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Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum
Regulieren des Drucks in hydraulischen Bremskreisen von
Kraftfahrzeugen. In diesen Kreisen, wie in den meisten
hydraulischen Anlagen, muß der hydraulische Druck in einem
Druckempfänger auf ein Steuersignal hin verändert werden
können. Der Druckempfänger kann beispielsweise aus einem
Hydraulikzylinder oder einem Hydromotor bestehen, und das
Steuersignal kann beispielsweise mechanisch, hydraulisch oder
elektrisch sein.
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Das Dokument GB-A-2 215 416, zum Beispiel, offenbart
ein System dieser Art, bei dem der Druckempfänger eine
Bremsbetätigungsvorrichtung ist und das Steuersignal elektrisch ist.
Das in diesem Dokument beschriebene System hat jedoch
zahlreiche Nachteile, wie zum Beispiel einen sehr hohen
Stromverbrauch. Es hat vor allem den Hauptnachteil, daß der geringste
Ausfall des elektrischen Stromkreises ein Bremsen des mit
diesem System ausgestatteten Fahrzeugs unmöglich macht. Das
Eintreten eines solchen Ausfalls ist umso wahrscheinlicher, je
höher der Stromverbrauch ist.
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Andererseits kennt man zahlreiche Bremssysteme, bei
denen das Steuersignal mechanisch ist; sie bestehen im
wesentlichen aus einem Hauptzylinder, der von einem Bremspedal
gesteuert und unter Umständen an einen
Bremskraftunterstützungs-Servomotor angeschlossen ist, die elektrisch
gesteuerte Elektroventile umfassen können, die beim Bremsen für
eine Antiblockierfunktion der Räder sorgen oder beim
Beschleunigen für eine Antirutschfunktion. Diese Systeme
erlauben indessen keine rein elektrische Steuerung des
Bremsdrucks. Eine solche Steuerung ist aber wünschenswert, wenn
man möchte, daß das System gleichermaßen eine automatische
Bremsfunktion erfüllt, beispielsweise in Zusammenhang mit einem
Antikollisionsradar.
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Die vorliegende Erfindung hat es demzufolge zur
Aufgabe, ein System zum Regulieren des Drucks in einem
hydraulischen Bremskreis vorzuschlagen, das von einem rein
elektrischen oder automatischen Steuermodus in einen
mechanischen oder manuellen Steuermodus umschalten kann, und in
dem, bei einem Ausfall des automatischen Steuerkreises, ein
Funktionieren unter der Einwirkung einer mechanischen oder
manuellen Steuerung immer noch möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft also ein System
zum Regulieren des Drucks in einem Hydraulikkreis mit
mindestens einem Druckfluidgenerator, mindestens einem
Niederdruck-Fluidvorratsbehälter und mindestens einem Druckempfänger,
wobei das System mindestens ein Elektroventil mit einer
elektrischen Spule und einem beweglichen Magnetkern hat, der
die Stellung eines Verteilschiebers steuert, der in einer
Bohrung gleitet, wobei die Bohrung mit einem ersten Kanal
verbunden ist, der an den Druckfluidgenerator angeschlossen
ist, sowie einem zweiten Kanal, der an den Druckempfänger
angeschlossen ist, und einem dritten Kanal, der an den
Niederdruck-Fluidvorratsbehälter angeschlossen ist, wenn das
System abhängig von einem ersten Typ von Steuersignal arbeitet,
wobei die Spule des Elektroventils die Stellung des
Verteilschiebers steuert, das vom Typ Proportional ist.
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Ein solches System kennt man beispielsweise aus der
EP-A-0 470 858.
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Erfindungsgemäß enthält das System zum Regulieren des
Drucks ein Elektroventil mit zwei Stellungen, das an den
Druckfluidgenerator und den Niederdruck-Vorratsbehälter
angeschlossen ist, um die Versorgung des Systems durch den
Druckfluidgenerator zu unterbrechen und eine Versorgung durch
einen zweiten Druckfluidgenerator zuzulassen, der abhängig von
einem zweiten Typ von Steuersignal arbeitet, wenn wenigstens
eine Bedingung nicht erfüllt ist, die einen Betrieb abhängig
von einem ersten Typ von Steuersignal erlaubt.
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Die Erfindung wird besser verstanden und weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der sich auf die
beigefügte Zeichnung beziehenden Beschreibung einer
Ausführungsform hervor. In der Zeichnung zeigt
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die einzige Figur ein Schnittschema einer
Ausführungsform eines Systems zum Regulieren des Drucks nach der
vorliegenden Erfindung.
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Auf der Figur ist ein System zum Regulieren des
Drucks dargestellt, das ein Regulierungsmodul enthält, das
insgesamt mit 100 bezeichnet ist und in einem Hydraulikkreis
zwischen dem Druckfluidgenerator 110, der mit einem
Sicherheits- bzw. Überlaufventil 115 bestückt ist, einem
Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120, und mindestens einem
Druckempfänger 130, 130a, 130b untergebracht ist.
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Das Regulierungsmodul 100 ist in einem Körper 10
gebildet, und jeder Druckempfänger 130, 130a, 130b ist durch
einen Kanal 12, 12a, 12b mit einer im Körper 10 ausgebildeten
Bohrung 14, 14a, 14b verbunden. In jeder Bohrung 14, 14a, 14b
ist ein Verteilschieber 16, 16a, 16b verschiebbar
untergebracht, der von der Spule 18, 18a, 18b des Proportional-
Elektroventils gesteuert ist, das mit einem mobilen Magnetkern
zusammenwirkt, der mit einem Stößel 20, 20a, 20b fest
verbunden ist.
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Bekanntermaßen hat die Spule eines Elektroventils
dieses Typs das wesentliche Merkmal, über einen nicht
vernachlässigbaren Verstellweg des Magnetkerns bei einem
bestimmten Strom eine im wesentlichen konstante Kraft zu
liefern. Dieses Merkmal wird in der vorliegenden Erfindung
vorteilhaft ausgenutzt, um die gewünschte
Druckregulierungsfunktion durch eine Modulation des in der Spule 18, 18a,
18b fließenden Stroms sicherzustellen.
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Der Körper 10 umfaßt auch eine Bohrung 22, in der ein
Verteilschieber 24 mit zwei Auflagern 26 und 28 gleitet, der
die Bohrung 22 in eine Zentralkammer 30 und zwei Endkammern 32
und 34 unterteilt.
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Die Endkammer 34 ist über einen Kanal 36 mit einem
der Wege eines Elektroventils mit drei Wegen und zwei
Stellungen 40 verbunden, das außerdem über einen Druckspeicher
42 und ein Rückschlagventil 44 an den Druckfluidgenerator 110
sowie an den Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120 über einen
Kanal 46 angeschlossen ist.
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Die Endkammer 32 ist an einen Dosierverteiler 50
angeschlossen, der den vom Druckfluidgenerator 110 gelieferten
hydraulischen Druck mittels eines austarierten Ventilelements
52 in Abhängigkeit von dem Druck moduliert, den der
Fahrzeuglenker auf ein Bremspedal 54 ausübt. Ferner ist in der Kammer
32 eine Druckfeder 55 untergebracht, um den Schieber 24 in die
Ruhestellung zu bringen.
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Da der Aufbau und die Wirkungsweise der Schieber 16,
16a und 16b identisch sind, werden sie hiernach nur mit Bezug
auf den Schieber 16 beschrieben; auf die anderen Schieber kann
man leicht dadurch rückschließen, indem man den Index a oder b
hinzufügt.
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Der Schieber 16 ist dazu vorgesehen, eine Verbindung
zwischen dem Druckempfänger 130, der Kammer 32 und der Kammer
34 des Verteilers 24 zu öffnen oder zu schließen. Um diese
Funktion zu erfüllen, gleitet der Schieber 16 in der Bohrung
14, und er umfaßt zwei Auskehlungen 56 und 58, die durch drei
Auflager 60, 62 und 64 abgeteilt werden, wobei sich die
Endflächen des Schiebers 16 in den Kammern 66 und 68 auf der
einen und anderen Seite des Schiebers 16 befinden.
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Der Schieber 16 umfaßt auch eine axiale Blindbohrung
70, die mit der Auskehlung 56 in ständiger Verbindung steht und
auf dichte Weise durch eine Nadel 72 geschlossen wird, die am
Körper 10 anliegt. Die Bohrung 70 bildet eine Reaktionskammer,
die eine Reaktionskraft erzeugt, die der auf den Stößel 20
wirkende Kraft entgegenwirkt, wie man später sehen wird.
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Die Hohlkammern 66 und 68 sind über einen Kanal 74
ständig miteinander verbunden. Je nach Stellung des Schiebers
16 ermöglicht oder unterbricht das Auflager 62 die Verbindung
zwischen dem Kanal 12 und der Kammer 34, wie auch das Auflager
60 die Verbindung zwischen dem Kanal 12 und der Kammer 66
ermöglicht oder unterbricht. In seiner Ruhestellung ermöglicht
der Verteilschieber 24 die Verbindung zwischen den Kammern 32
und 66.
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Die Wirkungsweise des soeben beschriebenen
Bremsdruckregulierungssystems wird nun erklärt. In der Ruhestellung
haben alle Elemente die in der Figur wiedergegebene Stellung
inne.
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Das mit diesem Bremsdruckregulierungssystem
ausgestattete Fahrzeug ist außerdem mit einem Prozessor 200
ausgestattet, der als Eingangssignale die Signale E&sub1;, E&sub2;, E&sub3;,
..., En empfängt, die von verschiedenen (nicht dargestellten)
am Fahrzeug angebrachten Sensoren ausgesandt werden, und der
die Ausgangssignale S&sub1; zur Steuerung der Ansteuerung des
Elektroventils 40 sendet, wie auch die Signale S, Sa, Sb zur
Steuerung der Stromstärke in den Spulen 18, 18a bzw. 18b. Die
Sensoren, die die Signale E&sub1;, ..., En liefern, messen
beispielsweise unter anderem auch die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugreifen. Die
Eingangssignale E&sub1;, .... En des Prozessors 200 können auch
genauso von einem Antikollisionsradar oder einer beliebigen
anderen Quelle kommen.
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Man geht nun in erster Linie davon aus, daß alle
Sensoren, die an dem mit diesem Bremsdruckregulierungssystem
ausgestatteten Fahrzeug angebracht sind und deren Signale E&sub1;,
..., En für einen der Bremsparameter typisch sind, voll
betriebsfähig sind. Nun treffen alle Bedingungen aufeinander,
damit eine Bremsung unter dem Einfluß eines elektrischen
Steuersignals erfolgen kann.
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Der Prozessor 200 steuert nun über seinen Ausgang S&sub1;
die Erregung des Elektroventils 40. Dieses hat schon eine der
Positionen eingenommen, bei der es den Kanal 46 verschließt,
beispielsweise mittels einer Kugel 76, und in der es die
Verbindung zwischen dem Druckfluidgenerator 110 und dem
Druckspeicher 42 mit dem Kanal 36 zuläßt.
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Das von dem Generator 110 abgegebene Hochdruckfluid
wird also über die Bohrung 22 an die Kammer 34 weitergegeben,
was ein Zurückstoßen des Verteilschiebers gegen die Wirkung der
Feder 55 in eine Position zur Folge hat, in der das Auflager 26
verschoben ist und die Verbindung zwischen der Kammer 66 und
der Kammer 32 unterbricht, und in der es die Verbindung
zwischen der Kammer 66 und der Kammer 30 zuläßt, wobei sie
selbst über den Kanal 46 in ständiger Verbindung mit dem
Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120 steht.
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Der Druckempfänger 130 ist nun über den Kanal 12, die
Auskehlung 56 des Schiebers 16, die Kammern 66 und 30, die
untereinander über einen Kanal 78 in Verbindung stehen, und
über den Kanal 46 an den Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120
angeschlossen.
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Das vom Generator 110 abgegebene Hochdruckfluid
gelangt gleichermaßen über den Kanal 36 und die Kammer 34 zur
Auskehlung 58 des Schiebers 16, der sich nun in der
dargestellten Ruhestellung befindet. Unter der Einwirkung der Daten,
die er von den verschiedenen Sensoren enthält, steuert der
Prozessor 200 nun über seinen Ausgang S die Stromstärke in der
Spule 18, um den Schieber 16 mittels des Stößels 20 gegen eine
Rückholfeder 80 zu drücken.
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Da die Kammern 66 und 68 untereinander über den Kanal
74 in Verbindung stehen und an den
Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120 angeschlossen sind, muß die durch den in der Spule
18 fließenden Strom erzeugte Kraft nur der der Feder 80
entgegenwirken, wodurch sich der Stromverbrauch des
Elektroventils verringert.
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Der ansteigende Strom in der Spule 18 zieht eine
Verschiebung des Schiebers 16 entgegen der Wirkung der Feder 80
nach sich. Diese Verschiebung bewirkt die Bewegung des
Auflagers 60 in der Bohrung 14, um die Verbindung zwischen der
Auskehlung 56 und der Kammer 66 zu unterbinden. Der
Druckempfänger 130 ist nun vom Vorratsbehälter 120 getrennt.
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Die Stärke des in der Spule 18 fließenden Stroms und
die Position des Schiebers 16 befinden sich nun in den
Wertbereichen, für die eine Proportionalität zwischen der auf den
Schieber 16 ausgeübten Kraft und dem Steuerstrom besteht.
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Der Prozessor 200 kann dann den Strom innerhalb
dieses Wertbereichs modulieren. Wenn die Stromstärke ansteigt,
wird der Schieber 16 etwas stärker gegen die Wirkung der Feder
80 gedrückt, so daß die Auskehlung 56 des Schiebers 16
gleichzeitig mit dem Einspeise-Kanal 12 des Druckempfängers 130
über einen Kanal 82 mit der Kammer 34 verbunden ist. Das vom
Generator 110 ausgegebene Hochdruckfluid wird dann an den
Druckempfänger 130 weitergegeben, in welchem der Druck
ansteigt.
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Wenn die Stromstärke abnimmt, nimmt die vom Stößel 20
auf den Schieber 16 ausgeübte Kraft ab, und der Schieber wird
durch die Feder 80 in die andere Richtung gedrückt, so daß die
Auskehlung 56 des Schiebers 16 gleichzeitig mit dem Einspeise-
Kanal 12 des Druckempfängers 130 und der Kammer 66 in
Verbindung steht, die selbst mit dem Vorratsbehälter 120 in
Verbindung ist. Der Druck im Druckempfänger 130 kann dann
abnehmen.
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Man sieht also, vorausgesetzt, der Prozessor 200 hat
die Funktionsfähigkeit aller Sensoren, deren Betriebsfähigkeit
zur Bremsung notwendig ist, bestätigt, daß die Bremsung des
Fahrzeugs einzig unter dem Einfluß der elektrischen Steuerung
des Prozessors 200 erfolgen kann, indem dieser, beispielsweise
durch Zerhacken, die Stromstärke in der Spule 18 moduliert, um
folglich den Druck im Empfänger 130 zu modulieren.
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Man sieht auch, daß der Druck, der während dieser
Modulationsphase in der Reaktionskammer 70 herrscht, mit dem
Druck im Druckempfänger 130 anhaltend gleich ist und auf den
Schieber 16 eine Kraft ausübt, die sich der Verschiebung des
Schiebers in direkter Abhängigkeit von dem im Druckempfänger
herrschenden Druck entgegensetzt, was ein präzises Steuern des
Drucks durch die Stromstärke in der Spule 18 zuläßt.
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Die so durch elektrische Steuerung erhaltene Bremsung
kann alle gewünschten Merkmale enthalten und diese im Prozessor
200 speichern, um beispielsweise eine Antiblockierfunktion der
Reifen, eine Antirutschfunktion bei der Beschleunigung, die
Spurtreue des Fahrzeugs, die Beibehaltung einer konstanten
Geschwindigkeit oder eines konstanten Abstands zum
vorausfahrenden Fahrzeug zu erfüllen, wobei diese Beispiele nicht
einschränkend sind.
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Die Bremsung kann gleichermaßen mit mechanischer oder
manueller Steuerung erreicht werden. Das Elektroventil 40
befindet sich nun in Ruhestellung und untersagt die Verbindung
zwischen dem Druckfluidgenerator 110 und dem Kanal 36. Die
Kammer 34 in der Bohrung 22 ist nun über die Kanäle 36 und 46
mit dem Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120 verbunden, und der
Verteilschieber 24 hat die dargestellte Position inne.
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Wenn der Fahrzeuglenker auf das Pedal 54 drückt,
moduliert der Dosierverteiler 50, der vom Generator 110 über
die Ventilelemente 44 und 52 mit Druckfluid versorgt wird, in
Abhängigkeit von dem Druck, den der Fahrer auf das Pedal 54
ausübt, den Druck in der Kammer 32.
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Der Druck in der Kammer 32 wird an die Kammer 66 über
den Kanal 78, an die Auskehlung des Schiebers 16, an den Kanal
12 und somit an den Druckempfänger 130 übertragen. Der
Fahrzeuglenker kann so den Druck im Druckempfänger 130 direkt
modulieren und damit, auf absolut herkömmliche Weise, die
Bremsung des Fahrzeugs.
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Wenn der Prozessor 200 während einer solchen Bremsung
das bevorstehende Blockieren eines Reifens entdeckt,
beispielsweise desjenigen, der mit dem Druckempfänger 130
verbunden ist, veranlaßt er einen Stromanstieg in der Spule 18.
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Dieser Stromanstieg offenbart sich durch eine
Verschiebung des Schiebers 16 gegen die Feder 80, bis das
Auflager 60 die Verbindung zwischen der Kammer 66 und der
Auskehlung 56 unterbricht. In diesem Augenblick ist die
Versorgung des Druckempfängers 130 mit Druckfluid vom
Dosierverteiler 50 unterbrochen.
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Der in der Spule 18 weiter ansteigende Strom zieht
ein weiteres Verschieben des Schiebers 16 nach sich und bringt
das Auflager 62 über die Öffnung des Kanals 82 in der Bohrung
14 hinaus und verbindet so die Auskehlung 56 und somit den
Empfänger 130 über den Kanal 82, die Kammer 34 und die Kanäle
36 und 46 mit dem Niederdruck-Fluidvorratsbehälter 120.
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Der Druck im Empfänger 130 kann dann wieder abnehmen,
bis der Prozessor 200 eine zu hohe Drehgeschwindigkeit des
Reifens, der mit dem Empfänger 130 verbunden ist, entdeckt. Er
veranlaßt dann eine Verringerung des Stroms in der Spule 18,
worauf unter dem Einfluß der Feder 80 eine Bewegung des
Schiebers 18 in entgegengesetzter Richtung erfolgt.
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Die Verschiebung der Auflager 62 und 60 wirkt sich in
einer Unterbrechung der vorher hergestellten Verbindung
zwischen dem Empfänger 130 und dem Niederdruck-Vorratsbehälter
120 aus und in der Wiederherstellung der Verbindung zwischen
dem Empfänger 130 und dem Dosierverteiler 50 über die Kammer
32, den Kanal 78, die Auskehlung 56 und den Kanal 12. So kann
der Druck im Empfänger 130 erneut ansteigen.
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Wie bei der elektrisch gesteuerten Bremsung ist der
in der Reaktionskammer 70 herrschende Druck anhaltend gleich
dem im Empfänger herrschenden Druck, so daß der Prozessor 200
für einen manuell gesteuerten Ablauf bei einer
Antiblockierphase den Druck im Empfänger 130 auf präzise Weise
steuern kann.
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Man kann also gut erkennen, daß hier ein System zum
Regulieren des Bremsdrucks entwickelt wurde, das mit einer rein
elektrischen Steuerung eine automatische Funktionsweise
ermöglicht, indem es beispielsweise bei der Beschleunigung ein
Nichtrutschen der Reifen sicherstellt, und einer manuell
gesteuerten Funktionsweise, die eine konventionelle Bremsung
des Fahrzeugs zuläßt, eventuell begleitet von ABS.
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Wenn darüber hinaus während der automatischen
Funktionsweise das Elektroventil 40 erregt wird, verschiebt
sich der Verteilschieber 24 durch den in der Kammer 34
herrschenden Druck, der vom Druckfluidgenerator 110 ausgeht.
Das Ventilelement 52, das zwischen den Generator 110 und den
Dosierverteiler 50 eingefügt ist, ist beispielsweise auf 30 Bar
austariert, so daß der Höchstdruck, der vom Dosierverteiler 50
an die Kammer 32 abgegeben werden kann, unter dem in der Kammer
34 herrschenden Druck liegt und gleich dem vom Generator 110
gelieferten Druck ist.
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So ergibt eine Betätigung des Pedales 54 durch den
Fahrer beim automatischen Bremsvorgang in allen Fällen in der
Kammer 32 einen geringeren Druck als in der Kammer 34, der
somit nicht auf den Verteilschieber 24 wirken kann. Das
austarierte Ventilelement 52 verleiht also der automatischen
Bremsung den Vorrang, indem es jegliches Eingreifen des Fahrers
verhindert, der die elektrisch gesteuerte Wirkungsweise stören
könnte.
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Wenn auf der anderen Seite der Prozessor 200 einen Ausfall
mindestens eines der Sensoren entdeckt, mit denen das Fahrzeug
ausgestattet ist, verhindert er jegliche Erregung des
Elektroventils 40, oder, falls der Prozessor 200 selbst
ausfällt, nimmt das Elektroventil 40 von selbst seine
dargestellte Ruhestellung wieder ein. Der Verteilschieber 24
hat die in der Figur dargestellte Position inne, in der eine
mechanisch oder manuell gesteuerte Bremsung möglich ist,
eventuell mit einer Antiblockierfunktion, wenn der Prozessor
200 betriebsfähig ist, und wenn alle Sensoren, die für diese
Wirkungsweise spezifisch sind, gleichermaßen betriebsfähig
sind.
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Die Erfindung ist wohlgemerkt nicht auf die soeben
beschriebene Ausführungsweise beschränkt, und der Fachmann kann
ihr mehrere Änderungen hinzufügen, ohne den in den beigefügten
Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen. So
sind drei Druckempfänger dargestellt, von denen zwei zum
Beispiel dazu benutzt werden könnten, die beiden Vorderräder
eines Fahrzeugs unabhängig voneinander zu bremsen, und der
dritte dazu, um die Hinterräder des Fahrzeugs gleichzeitig zu
bremsen. Selbstverständlich kann man nur zwei proportionale
Elektroventile benutzen, wenn eine Vorn-Hinten-Bremsverteilung
als ausreichend erachtet wird, oder man kann vier oder mehr
benutzen, wenn man die Räder des Fahrzeugs getrennt bremsen
will oder dieses mehr als zwei Achsen hat. Ebenso kann man
einen konventionellen Hauptzylinder verwenden, der an einen
pneumatischen Bremskraftverstärkungs-Servomotor anstelle des
Dosierverteilers angeschlossen ist, indem man sich versichert,
daß der Höchstdruck, den er erbringen kann, kleiner als der
Druck ist, der vom Druckfluidgenerator geliefert wird.