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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
der Bremsanlage eines Fahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Ein
derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise
aus der
EP 166 258 B2 bekannt.
Das dort beschriebene Antriebsschlupfregelsystem betätigt die
Bremse des wenigstens einen durchdrehenden Rades bei Regelbeginn
mit einem schlupfunabhängigen
Ansteuerpuls, welcher so groß ist,
daß die
Bremsbacken gerade anliegen, aber noch keine wesentliche Bremsung
erfolgt. Danach wird die Bremskraft an dem durchdrehenden Rad im
Sinne einer Reduzierung des Schlupfes gesteuert. Bei der Bestimmung
des ersten Ansteuerpulses wird die jeweilige Temperatur des Bremsmediums
nicht berücksichtigt.
Diese hat jedoch insbesondere bei hydraulischen Bremsen erheblichen
Anteil an der Dynamik des Bremsdruckaufbaus.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die Steuerung einer Bremsanlage
mit Blick auf die Temperatur des Bremsmediums bzw. der Bremsanlage
zu verbessern.
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Dies
wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Bei
einer hydraulischen Bremsanlage werden im Rahmen einer Antriebsschlupfregelung
in der Regel die Aufbau- und Abbaupulszeiten derart bestimmt, daß sich mit
jedem Puls eine in etwa gleiche Bremsdruckänderung ergibt. Eine derartige
Vorgehensweise ist beispielsweise aus der
DE 41 23 783 A1 (
US-Patent 5 419 622 ) bekannt.
Auch hier wird die Temperatur der Bremsanlage bzw. des Druckmediums
nicht berücksichtigt.
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Aus
der nachveröffentlichten
DE 196 15 294 A1 sind
eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Steuerung der Bremskraft
an wenigstens einem Rad eines Fahrzeuges bekannt, welche bzw. welches
folgende Mittel enthält:
Mittel zur Ermittlung eines die Fahrzeugbewegung beschreibenden
und/oder beeinflussenden Kriteriums, Mittel zur Ermittlung einer die
Raddynamik des zugehörigen
Rades beschreibenden Größe und Mittel,
mit denen in Abhängigkeit des
ermittelten, die Fahrzeugbewegung beschreibenden und/oder beeinflussenden
Kriteriums festgestellt wird, ob ein fahrerunabhängiger Bremseneingriff an einem
Rad absehbar ist. Des weiteren enthält die Vorrichtung bzw. das
Verfahren Mittel, mit denen bei Vorliegen des Erfordernis eines
absehbaren, fahrerunabhängigen
Bremseingriffes, zeitlich vor diesem absehbaren, fahrerunabhängigen Bremseingriff, eine
geringfügige
Betätigung
variabler Dauer der dem Rad zugeordneten Aktuatoren durchführbar ist. Die
Dauer der geringfügigen
Betätigung
der Aktuatoren wird dabei wenigstens in Abhängigkeit der die Raddynamik
des zugehörigen
Rades beschreibenden Größe ermittelt.
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In
der nachveröffentlichten
DE 196 15 305 A1 wird
eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Steuerung der Bremskraft
an wenigstens einem Rad eines Fahrzeuges vorgeschlagen, welche bzw.
welches folgende Mittel enthält:
erste Mittel, mit denen eine Bremskraft an wenigstens einem Rad
eines Fahrzeuges wenigstens aufgebaut werden kann, zweite Mittel,
mit denen eine Ansteuerzeit für
die ersten Mittel zur Erreichung wenigstens eines definierten Zustandes
der ersten Mittel ermittelt wird, dritte Mittel, mit denen die ermittelte
Ansteuerzeit mit einer zugehörigen
vorgegebenen Zeit, die den definierten Zustand der ersten Mittel
beschreibt, verglichen wird, und mit denen daraus ein Korrekturfaktor
ermittelt wird, vierte Mittel, mit denen in Abhängigkeit des Korrekturfaktors
die Ansteuerzeiten für
die ersten Mittel zum Aufbau einer wählbaren Bremskraft an einem Rad
korrigiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung berücksichtigt
in vorteilhafter Weise die Temperatur des Druckmediums und/oder
der Komponenten der Bremsanlage und deren Einfluß auf das dynamische Verhalten der
Bremskraftänderung
bei der Steuerung. Dadurch wird die Steuerung der Bremsanlage insbesondere bei
tiefen Temperaturen verbessert.
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Besondere
Vorteile weist die erfindungsgemäße Lösung bei
der Anwendung bei einer hydraulischen oder pneumatischen Bremsanlage
im Rahmen einer Antriebsschlupfregelung auf. Hier wird der Bremsdruck
in der Radbremse mit zufriedenstellender Dynamik an das erforderliche
Druckniveau auch bei sehr tiefen Temperaturen herangeführt. Trotz
dieser Vorteile bei tiefen Temperaturen treten keine Nachteile bei höheren Temperaturen
auf, so daß die Traktion
des Fahrzeugs in allen Temperaturbereichen ausreichend ist.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß auf
den ersten Bremskraftaufbaupuls folgende schlupfabhängige Pulse
auf den Anfahrbereich oder auf den Bereich sinkender Fahrgeschwindigkeit
begrenzt sind. Dadurch treten keine Komfortnachteile im Bereich
höherer
Temperaturen durch zu große
Bremskraftaufbaustufen auf.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild
einer Steuereinheit zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs,
während
in 2 ein Flußdiagramm
dargestellt ist, welches ein in dem Mikrocomputer der Steuereinheit
ablaufendes Programm darstellt. 3 schließlich zeigt
die Wirkungsweise der in 2 dargestellten Antriebsschlupfregelung
anhand von Signalverläufen.
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1 zeigt
ein Übersichtsschaltbild
einer elektronischen Steuereinheit 10, die zumindest eine Radbremse 34 der
Bremsanlage eines Fahrzeugs steuert. Die Steuereinheit 10 besteht
dabei im wesentlichen aus einer Eingangsschaltung 14, wenigstens
einem Mikrocomputer 16 sowie eine Ausgangsschaltung 18.
Diese Elementen sind über
ein Kommunikationssystem 20 zum gegenseitigen Datenaustausch
miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 14 sind Eingangsleitungen 22 bis 24 von
Meßeinrichtungen 26 bis 28 zugeführt. Diese
Meßeinrichtungen
erfassen wenigstens die Geschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeugs. Ferner
werden der Steuereinheit 10 nicht dargestellte weitere
Betriebsgrößen, beispielsweise
das aktuelle, von der Antriebseinheit des Fahrzeugs abgegebene Moment, zugeführt. Über wenigstens
eine Ausgangsleitung 30, die an die Ausgangsschaltung 18 angebunden ist,
steuert die Steuereinheit 10 elektrisch ansteuerbare Stelleinrichtungen 32 (z.B.
Ventile und Pumpen), welche die Bremskraft an der beispielhaft dargestellten
Radbremse 34 einsteuert. Bei den Stelleinrichtungen 32 handelt
es sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel
um die aus dem Stand der Technik bekannten ABS/ASR-Ventile einer
hydraulischen oder pneumatischen Bremsanlage.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der elektronischen Steuereinheit 10 ein ABS/ASR-Steuergerät. Zur Durchführung der
Antriebsschlupfregelung wird dabei in bekannter Weise aus den zugeführten Radgeschwindigkeiten
die Durchdrehneigung für
wenigstens ein angetriebenes Rad abgeleitet. Dies geschieht beispielsweise
dadurch, daß die
Geschwindigkeit dieses Rades mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit
angenäherten
Referenzgröße verglichen
wird und bei Überschreiten einer
vorgegebenen Differenz (Schlupf) als durchdrehend erkannt wird.
In diesem Fall wird zur Verringerung des Schlupfes Bremskraft aufgebaut
und/oder das Antriebsmoment des Motors beeinflußt.
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Bei
einer hydraulischen Bremsanlage erfolgt der Bremskraftaufbau durch
Ansteuern einer Pumpe und Betätigen
der Ein- und Auslaßventile,
die dem schlupfenden Rad zugeordnet sind.
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Im
eingangsgenannten Stand der Technik wird bei Regelbeginn zunächst mit
einem vorgegebenen Puls die Bremszange des schlupfenden Rades gefüllt und
die Bremsbeläge
angelegt. Dazu müssen ca.
5 bis 10 bar Raddruck aufgebaut werden, was einer großen Volumenverschiebung
entspricht. Anschließend
wird der Druck gepulst aufgebaut, bis bei Verschwinden des Schlupfes
der Druck wieder abgebaut wird. Dabei wird bei Reglern mit festen
Aufbaupulszeiten die Pausenzeit bei größer werdender Raddynamik (größer werdender
Schlupf) verkürzt,
andere Regler versuchen die Aufbaupulszeiten zu variieren, so daß bei jedem
Druckniveau gleich große Druckstufen
umgesetzt werden. Hier wird dann ebenfalls die Pausenzeit bei größer werdender
Raddynamik verkürzt.
Bei allen derartigen Regelsystemen wird davon ausgegangen, daß bei allen
Betriebszuständen
mit einer bestimmten Ansteuerung immer die gleiche Druckänderung
erzielt wird.
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Die
Dynamik des Bremsdruckaufbaus ist insbesondere bei hydraulischen
Bremsanlagen stark von der Temperatur der Hydraulikflüssigkeit
bzw. der Komponenten der Bremsanlage abhängig. Bei tiefen Temperaturen
ist die Viskosität
der Bremsflüssigkeit stark
erhöht.
Dies bedeutet, daß bei
tiefen Temperaturen gegenüber
höheren
Temperaturen mit der gleichen Aufbauzeit weniger Bremsdruck an den
Rädern aufgebaut
wird. Die Dynamik der Regelung ist somit mit der herkömmlichen
Verfahrensweise bei tiefen Temperaturen unbefriedigend.
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Erfindungsgemäß ist daher
vorgesehen, daß der
erste, schlupfunabhängige
Puls bei Regelbeginn so lange ausgeführt wird, bis sich am schlupfenden Rad
eine Bremswirkung abzeichnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der erste Puls dann beendet, wenn die Beschleunigung des Rades
eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. Der die Beschleunigung
ermittelnde Differenzierer ist dabei vorzugsweise mit einer PT1-Filterung
versehen, um nicht auf typische 10 Hz-Radschwingungen zu reagieren.
Durch diese Lösung
ist gewährleistet,
daß der erste
Impuls erst dann abgebrochen wird, wenn schon ausreichend Bremsdruck
im Rad aufgebaut wurde. Diese Maßnahme bewährt sich besonders bei tiefen
Temperaturen (ca. –10°C), da auf
diese Weise der erste Impuls um den Faktor 2 bis 3 verlängert wird.
Ebenso greift diese Maßnahme
bei extremen Antriebsmomentenvorgaben durch den Fahrer („Powerstart” auf μ-Split-Fahrbahnen)
und sorgt auch in diesem Fall für
eine Traktionsverbesserung.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der oben genannten Lösung ist zur Verbesserung der
Traktion insbesondere bei tiefen Temperaturen vorgesehen, nach die
dem ersten Impuls folgende Bremskraftaufbaupulse abhängig vom
erfaßten
Schlupf zu verlängern.
Je größer der
Schlupf, desto größer ist
die Druckstufe. Diese Maßnahme
ist derart abzustimmen, daß auch
bei warmer Hydraulik keine Komfortnachteile durch zu große Druckstufen
auftreten. Daher wird sie nur im Anfahrbereich eingesetzt. Sobald das übertragbare
Antriebsmoment am High-Rad
erreicht ist, wird auf eine herkömmliche,
aus dem Stand der Technik bekannte Drucksteuerung umgeschaltet. Ebenso
erfolgt die Umschaltung, wenn das Fahrzeug eine Mindestgeschwindigkeitsschwelle überschreitet,
d. h. sich in Bewegung setzt. Ferner erfolgt die Umschaltung während eines Regelvorgangs
dann, wenn das Fahrzeug während
der Regelung beschleunigt. Dabei wird der schlupfabhängige Bremskraftaufbau
vorzugsweise bei Beginn des Regelzyklus, beim erstmaligem Bremskraftaufbau
zu Regelzwecken vorgenommen, während
weitere Bremskraftaufbauphasen in demselben Regelzyklus nach einer
anderen Vorgehensweise durchgeführt
werden.
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Die
erste Maßnahme
der Verlängerung
des ersten Pulses hat bei warmer Hydraulik keine Komfortnachteile,
da der Impuls früher
abgebrochen wird, wenn die Temperatur sich erhöht.
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Zusammenfassend
ist daher festzustellen, daß durch
die Anwendung einer oder beider Maßnahmen die Traktion bei tiefen
Temperaturen wesentlich verbessert wird, ohne daß die Traktion bei höheren Temperaturen
beeinträchtigt
wird.
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Im
Flußdiagramm
nach 2 ist eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung beschrieben,
bei der beide oben genannten Maßnahmen
eingesetzt werden. Dieses Flußdiagramm
skizziert ein Programm des Mikrocomputers 16 der Steuereinheit 10.
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Das
skizzierte Programm wird bei Erkennen einer Antriebsschlupfregelsituation
eingeleitet und während
der Dauer dieser Regelung zu vorgegebenen Zeitpunkten durchlaufen.
Für jedes
schlupfende Rad ist dabei eine entsprechendes Programm vorgesehen.
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Nach
Beginn des Programms wird im ersten Schritt 100 ein Bremskraft
aufbauender Ansteuerpuls ausgesendet. Danach wird im Schritt 102 auf
der Basis der Radgeschwindigkeit des schlupfenden Rads die Radbeschleunigung
ermittelt. Im darauf folgenden Abfrageschritt 104 wird
diese Radbeschleunigung überprüft, ob sie
eine vorbestimmte Schwelle b0 unterschritten
hat. Dies zeigt an, daß durch
den im Schritt 104 gestartete Aufbaupuls eine nennenswerte Bremswirkung
erreicht wurde. Hat die Radbeschleunigung die Schwelle gemäß Schritt 104 nicht
unterschritten, wird mit Schritt 100 der Puls aufrecht
erhalten. Die Schritte 100 bis 104 beschreiben
die Maßnahme,
bei Regelbeginn einen ersten Bremskraft aufbauenden Puls auszugeben,
der erst dann abgebrochen wird, wenn das schlupfende Rad wieder
verzögert,
d. h. wenn so viel Bremskraft aufgebaut ist, daß sich eine Bremswirkung am
Radverhalten zeigt. Neben der Ermittlung der Radbeschleunigung und Überwachung
der Radbeschleunigung zur Ermittlung des Auftretens einer Bremswirkung
wird in anderen Ausführungsbeispielen
diese Tatsache aus dem Verhalten der Radgeschwindigkeit selbst oder
im Vergleich mit einer Referenzgröße ermittelt. Eine weitere Alternative
besteht darin, daß der
Radbremsdruck (gemessen oder geschätzt) mit einem Schwellwert verglichen
wird, der sicher eine Bremswirkung ergibt.
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Hat
Schritt 104 ergeben, daß an dem schlupfenden Rad eine
Bremswirkung aufgetreten ist, so wird gemäß Schritt 106 der
Bremskraftaufbaupuls beendet. Zu diesem Zeitpunkt wurde also an
der betrachteten Radbremse so viel Druck aufgebaut, daß unabhängig von
der herrschenden Temperatur die Bremsbacken anliegen und auf das
Rad eine Bremswirkung ausüben.
Nach Schritt 106 wird im Schritt 108 auf der Basis
der Radgeschwindigkeit der Schlupf des Rades berechnet. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
erfolgt dies auf der Basis einer Referenzgröße sowie der Geschwindigkeit
des Rades, wobei der aktuelle Schlupfwert die Differenz zwischen
der aktuellen Geschwindigkeit und einem aus der Referenzgröße abgeleiteten
Schlupfgrenzwert ist. Nach Berechnen des Schlupfes wird im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
im nachfolgenden Abfrageschritt 110 überprüft, ob das System sich im Anfahrbereich
befindet. Dies erfolgt anhand der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs,
wobei der Anfahrbereich vom normalen Fahrbereich durch eine Geschwindigkeitsschwelle
abgegrenzt ist. Ferner kann bei einer Betriebssituation auf einer μ-Split-Fahrbahn der
Anfahrbereich dadurch abgegrenzt werden, daß er dann vorliegt, wenn das übertragbare
Antriebsmoment am High-Rad erstmals erreicht ist. Dem Anfahrbereich
gleich zu setzen ist eine Betriebssituation während der Antriebsschlupfregelung,
wenn nach Beginn der Regelung das Fahrzeug nicht mehr verzögert, sondern
erstmals wieder beschleunigt. Liegt der Anfahrbereich nicht vor,
wird gemäß Schritt 112 z.B.
gemäß dem eingangsgenannten
Stand der Technik der Bremskraftauf- bzw. -abbau derart vorgenommen,
daß mit
jedem Puls eine im wesentlichen gleiche Druckänderung stattfindet. Nach Schritt 112 wird
im Schritt 114 überprüft, ob das
Regelende erreicht ist. Dies erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel
durch eine Druckschwelle, wobei das Regelende als erreicht betrachtet
wird, wenn der Druck im betrachteten Rad, der aus den Auf- und Abbauimpulsen
abgeschätzt
wird, einen minimalen Grenzwert unterschritten hat. Ist das Regelende
erreicht, wird der Programmteil beendet, andernfalls mit Schritt 108 weitergeführt.
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Hat
Schritt 110 ergeben, daß sich das Fahrzeug im Anfahrbereich
befindet, so wird zum Bremsdruckaufbau und in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
auch zum Bremskraftabbau eine gegenüber Schritt 112 andere
Strategie verfolgt. Im Schritt 116, der auf den Schritt 110 folgt,
wird überprüft, ob aufgrund
des berechneten Schlupfes des Rades ein Bremskraftaufbau gewünscht ist.
Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 118 die
Ansteuerzeit TAUF für die Ventilanordnung zum Druckaufbau
beispielsweise aus einer Tabelle oder einer Kennlinie abhängig vom erfaßten Schlupf
bestimmt und ausgegeben. Wird gemäß Schritt 116 kein
Bremskraftaufbau gewünscht,
wird im darauffolgenden Schritt 120 überprüft ob Bremskraft abgebaut werden
soll. Ist dies der Fall, wird im Schritt 122 in einem Ausführungsbeispiel die
Ansteuerzeit TAB für die Ventilanordnung zum Druckabbau
ebenfalls auf der Basis des berechneten Schlupfes aus einer vorbestimmten
Tabelle ermittelt. Soll der Druck konstant gehalten werden, d. h.
soll kein Abbau erfolgen, so wird wie nach Schritt 118 und 122 direkt
mit Schritt 114 fortgefahren.
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Die
Zuordnung der Ansteuerzeiten abhängig vom
erfaßten
Schlupf ist so abzustimmen, daß sowohl
bei warmer als auch bei kalter Hydraulik ein befriedigendes Traktionsverhalten
vorliegt. Dabei kann es sein, daß sich bei kalter Hydraulik
geringe Traktionsnachteile im Vergleich zur optimalen Abstimmung ergeben.
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In 3 ist die Wirkungsweise der in 2 beschriebenen
Lösung
anhand von Signalverläufen dargestellt.
Dabei zeigt 3a den Verlauf der Radgeschwindigkeit
VRAD sowie der Bezugsgröße (gestrichelt), 3b den
Verlauf der Aufbaupulse und der Abbaupulse (gestrichelt) sowie 3c den
Verlauf des Raddrucks PRAD.
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Zum
Zeitpunkt T0 tritt in einer Anfahrsituation ein überhöhter Schlupf
eines Antriebsrades auf. Dies führt
nach Überschreiten
der Schlupfschwelle zum Zeitpunkt T1 zum
ersten Puls (Füllpuls),
der zum Zeitpunkt T2, wenn die Radbeschleunigung
eine Schwelle unterschreitet, abgebrochen wird. Analog dazu findet
zwischen dem Zeitpunkt T1 und T2 ein
Druckaufbau statt. Ab dem Zeitpunkt T2 wird
der weitere Aufbaupuls nach Maßgabe
des erfaßten
Schlupfwertes bestimmt. Der Aufbaupuls hat eine Länge vom
Zeitpunkt T2 zum Zeitpunkt T3.
Entsprechend findet dort ein Druckaufbau statt, während bis
zum Zeitpunkt T4 der Druck konstant gehalten
wird. Zum Zeitpunkt T4 wird auf Druckabbau
erkannt, was einen vom Schlupfwert abhängigen Druckabbaupuls der Länge T5-T4 zur Folge hat.
Der Raddruck wird zwischen den Zeitpunkten T4 und
T5 entsprechend abgebaut. Danach wird der
Anfahrbereich verlassen. Zum Zeitpunkt T6 nimmt
der Schlupf des Rades wieder zu. Da sich das System nicht mehr im
Anfahrbereich befindet, werden Aufbaupulse ausgegeben, welche gleiche
Druckänderungsstufen
nach sich ziehen (vergleiche Zeitpunkt T6 bis
T7). Zum Zeitpunkt T7 wird
auf Druckabbau erkannt, was zu mehreren Druckabbaupulsen führt, die
den Druck schließlich
in gleichen Druckstufen zum Zeitpunkt T8 auf
Null absteuern.
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Neben
der Anwendung bei einer hydraulischen Bremsanlage mit ABS, ASR und/oder FDR-Funktion
sowie entsprechenden pneumatischen Bremsanlagen wird die dargestellte
erfindungsgemäße Vorgehensweise
auch bei elektrisch gesteuerten Bremsanlagen im Rahmen der Antriebsschlupfregelung
eingesetzt.
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Die
Verlängerung
des Füllpulses
sowie die entsprechenden Gestaltungen der Aufbau- und gegebenenfalls
Abbaupulse werden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemeinsam angewendet.
In anderen Ausführungen
wird entweder die eine oder die andere Vorgehensweise zur Traktionsverbesserung
bei tiefen Temperaturen genutzt.