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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems, welches umfasst
- • eine Fahrerbremswunscherfassung;
- • hydraulisch betätigbare Radbremsen;
- • den Radbremsen zugeordnete Einlassventile und Auslassventile, wobei jede Radbremse jeweils hydraulisch mit einem Einlassventil und einem Auslassventil verbunden ist;
- • eine mittels eines Zuschaltventils hydraulisch mit den Radbremsen verbindbare Druckbereitstellungeinrichtung mit einem in einer Druckkammer mit Hilfe eines Motors verfahrbaren Druckkolben zur Bereitstellung eines Systemdruckes zum aktiven Druckaufbau in den Radbremsen;
- • einer elektronische Steuer- und Regeleinheit zur Ansteuerung der Einlass- und Auslassventile,
wobei der Systemdruck bestimmt wird, und
wobei das Zuschaltventil durch einen Schaltvorgang geöffnet werden kann und bei Vorliegen einer definierten Druckdifferenz öffnet.
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Bei elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“ ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Bei Betätigung des Pedals werden gewöhnlich eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator betätigt, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der Pedalsimulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollbremsmomentes, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
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Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in 5 derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel verwirklichen.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden Aktuatoren als Linearaktuatoren ausgebildet, bei denen zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben wird, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
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In derartigen Bremssystemen ist gewöhnlich eine mechanische bzw. hydraulische Rückfallebene vorgesehen, durch die der Fahrer durch Muskelkraft bei Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug abbremsen bzw. zum Stehen bringen kann, wenn die „By-Wire“-Betriebsart ausfällt oder gestört ist. Im Normalbetrieb betätigt bei einer derartigen Fremdkraftbremsanlage der Fahrer einen Pedalsimulator, wobei diese Pedalbetätigung durch Pedalsensoren erfasst wird und ein entsprechender Drucksollwert für den Linearaktuator zu Betätigung der Radbremsen ermittelt wird.
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Eine Bewegung des Linearaktuators aus seiner Ruhelage nach vorn in den Druckraum hinein verschiebt Bremsflüssigkeitsvolumen vom Linearaktuator über die geöffneten Ventile in die Radbremsen und bewirkt somit einen Druckaufbau. Im umgekehrten Fall führt die Bewegung des Linearaktuators zurück in Richtung seiner Ruhelage zu einem Druckabbau in den Radbremsen. Die Einstellung eines geforderten Systemdruckes erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Druckreglers bzw. eines geeigneten Druckregelsystems.
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Eine hydraulische Rückfallebene entfällt bei einem Bremssystem mit einem trockenen Pedal. Hier muss in der Rückfallebene eine zweite Druckquelle, z. B. ein weiterer Linearaktuator oder eine Pumpe, für den aktiven Druckaufbau in den Radbremsen bereitgestellt werden.
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Aus der
DE 10 2017 219 598 A1 ist ein Bremssystem bzw. eine Bremsanlage mit einem Hauptbremszylinder, einem Simulator und einer Druckbereitstellungseinrichtung, die über ein Zuschaltventil hydraulisch mit den Radbremsen verbindbar ist, bekannt. Der Systemdruck, der dem Druck im Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung entspricht, wird dabei von einem Systemdrucksensor gemessen, der von dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung aus gesehen hinter dem Zuschaltventil liegt.
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Eine derartige Positionierung des Systemdrucksensors außerhalb der Druckkammer hat den Vorteil, dass auch bei einem Nicht-by-Wire-Betrieb dieser Sensor für die Druckbestimmung verwendet werden kann. Zudem kann bei geschlossenem Zuschaltventil während Refill, Pressurehold etc. eine Überwachung des Systemdrucks durchgeführt werden.
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Bei bekannten Bremssystemen wird der Systemdrucksensor für den Öffnungsalgorithmus des oder der Zuschaltventile verwendet. Dies wird nach einem Pressurehold oder nach einem Refill benötigt. Das Ziel der Platzierung des Systemdrucksensors außerhalb der Druckkammer der Druckbereitstellungseinrichtung ist auch, ein Aufdrücken des Zuschaltventils anhand eines Druckanstiegs im System zu erkennen. Der Druckanstieg soll also mit dem Sensor detektiert werden. Dabei kann das Zuschaltventil bei Druckausgleich zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung und dem hydraulischen System mit den Radbremsen öffnen.
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Nachteilig ist, dass die Position des Systemdrucksensors zu einer Übersensibilität des Öffnungsalgorithmus des oder der Zuschaltventile führt, weil der Druckanstieg im System von anderen Phänomenen, wie Auslassventilschalten, DCV-Schalten, Aktivitäten der integrierten Parkbremse, Scheibenschlag etc. verursacht werden kann. Das Zuschaltventil ist gewöhnlich stromlos geschlossen ausgeführt und kann bei Bestromung vollständig geöffnet werden. Das Zuschaltventil ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass es bei Druckgleichheit auf beiden Seiten von selbst öffnet, es wird dann gewissermaßen aufgedrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist dann die vollständige Öffnung durch Bestromung vorgesehen
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Das Zuschaltventil kann durch den LAC aufgedrückt werden. Liegt eine definierte Druckdifferenz vor bzw. ein definierter Druckabfall am Zuschaltventil an, insbesondere auch Druckgleichheit, so kann das Zuschaltventil durch den Schaltstrom der jeweiligen Ventilspule geöffnet werden. Wird das Zuschaltventil durch Schaltstrom oder durch den LAC geöffnet, so muss der Stößel durch die magnetische Kraft der Spule in seiner Position gehalten werden, damit das Ventil offen bleibt. In einer bevorzugten Variante ist die Druckdifferenz 0 bar, es herrscht dann also Druckgleichheit. Beispielhaft kann diese Druckdifferent auch 6 bar sein. Bei der Druckdifferent liegt der höhere Druck seitens des Systems vor. Alternativ dazu kann der höhere Druck auch auf Seiten des Lac liegen.
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Gerade während eines Refills kann es aufgrund der geschlossenen Einlassventile und den damit vorhandenen steifen Raum, durch Auslassventilaktivitäten zu Druckanstiegen bis zu 50 bar im System kommen. Daher kann allein aufgrund eines Druckanstiegs im System nicht sicher davon ausgegangen werden, dass dieser Druckanstieg durch die Druckbereitstellungseinrichtung bei aufgedrücktem Zuschaltventil/aufgerückten Zuschaltventilen erfolgte. Die Logik zum Erkennen eines geöffneten Zuschaltventils ist daher bisher nicht sehr robust, sodass im By-Wire-Modus Bremsvorgänge nicht zuverlässig durchgeführt werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems bereitzustellen, welches auch bei der beschriebenen Position des Systemdrucksensors zuverlässig ein Öffnen bzw. Aufdrücken des Zuschaltventils erkennt. Weiterhin soll ein entsprechendes Bremssystem bereitgestellt werden.
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In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, zur Erkennung der Öffnung des Zuschaltventils das Motormoment und der Verfahrweg des Druckkolbens verwendet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass das Öffnen des Zuschaltventils zu einer stark veränderten Steifigkeit führt, gegen welche die Druckbereitstellungseinrichtung arbeitet. Diese Situation ist vergleichbar mit einer geänderten PV-Kennlinie (PV Kennlinie bezeichnet die Druck-Volumen-Kennlinie).
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Wie nunmehr erkannt wurde, kann das Öffnen des Zuschaltventils anhand der beiden Größen des Motormomentes und Verfahrweges erkannt werden, beispielsweise durch den Verlauf des Torque-Weg- bzw. den Torque-Motorgeschwindigkeits-Verlauf erkannt werden. Dabei bezeichnet Torque das Motormoment und Weg den LAC-Verfahrweg bzw. den Verfahrweg des Druckkolbens der Druckbereitstellungseinrichtung. Der Verfahrweg kann beispielsweise verwendet werden, um bei einem vorliegenden Motormoment dieses zu plausibilisieren. Nur wenn beide Größen in vorgegebenen Bereich liegen bzw. vorgegebene Schwellenwerte überschritten haben, gilt vorzugsweise das Öffnen als erkannt.
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Vorteilhafterweise wird eine Relation zwischen Motormoment und dem Verfahrweg oder der zeitlichen Ableitung des Verfahrwegs des Kolbens der Druckbereitstellungseinrichtung und/oder der zeitliche Verlauf des Motormoments und der Verfahrweg verwendet.
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Vorteilhafterweise wird eine Relation zwischen dem Motormoment und dem Verfahrweg des Kolbens der Druckbereitstellungseinrichtung, oder eine Relation zwischen dem Motormoment und der zeitlichen Ableitung des Verfahrwegs des Kolbens der Druckbereitstellungseinrichtung verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird eine Relation zwischen dem zeitlichen Verlauf des Motormoments und dem Verfahrweg des Kolbens der Druckbereitstellungseinrichtung verwendet.
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Bei geschlossenem Zuschaltventil wird vorzugsweise zum Aufdrücken des Zuschaltventils das Motormoment erhöht, wobei das Öffnen des Zuschaltventils erkannt wird anhand eines Knicks im zeitlichen Motormomentverlauf und einem in einem vorgegebenen Bereich liegenden Verfahrweg.
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In einer bevorzugten Ausführung ist ein Systemdrucksensor zur Messung des Systemdruckes vorgesehen, welcher insbesondere hydraulisch zwischen den Radbremsen und dem Zuschaltventil angeordnet ist.
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In einer anderen bevorzugten Variante des Verfahrens wird der Systemdruck vor Schließen des Zuschaltventils bzw. des jeweiligen Zuschaltventils gemerkt. Dazu kann auch ein Systemdrucksensor verwendet werden. Ohne Systemdrucksensor erfolgt die Hinterlegung des Systemdruckes durch ein Modell. Der durch das Zuschaltventil eingesperrte Druck kann beispielsweise abgespeichert werden. Zudem kann der eingesperrte Druck anschließend mit den Radventilaktivitäten verrechnet werden, um den neuen Systemdruckwert zu bestimmen. Als weitere Möglichkeit kann der Motormoment gemerkt werden, mit dem der LAC vor dem Schließen des Zuschaltventils gewirkt hat. Wird das gleiche Moment wieder durch den Motor aufgebaut, kann der LAC den erforderlichen Systemdruck aufbauen.
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Bevorzugt wird Relation zwischen Motormoment und Verfahrweg verwendet, welche vorzugsweise eine funktionelle Abhängigkeit der beiden Größen voneinander ist. Insbesondere ein Knick in diesen Verläufen zeigt ein Öffnen des Zuschaltventils an. Als Knick wird hierbei insbesondere verstanden eine Änderung der Steigung der entsprechenden Funktion, die größer oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist bzw. die betragsmäßig größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, wobei hierbei insbesondere von einem gemittelten bzw. weichen Verlauf der Kurve ausgegangen wird. Knicks, die durch Rauschen im Signal entstehen, sind nicht gemeint und werden bevorzug geglättet.
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Vorteilhafterweise wird bei geschlossenem Zuschaltventil zum Aufdrücken des Zuschaltventils das Motormoment erhöht, wobei das Öffnen des Zuschaltventils anhand eines Knicks erkannt wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird bei geschlossenem Zuschaltventil der Druckkolben der Druckbereitstellungseinrichtung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorgefahren, wobei das Öffnen des Zuschaltventils anhand eines Knicks in der Relation zwischen Motormoment und Kolbenweg erkannt wird.
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Bei geschlossenem Zuschaltventil wird vorteilhafterweise zum Öffnen des Zuschaltventils dem Motor eine konstante Geschwindigkeit vorgegeben wird.
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Das Öffnen des Zuschaltventils wird vorteilhafterweise durch einen Knick im Motormomentverlauf erkannt.
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Die Erkennung des Öffnens des Zuschaltventils wird vorteilhafterweise anhand von wenigstens einer weiteren Größe, insbesondere dem von dem Systemdrucksensor gemessenen Druck, plausibilisiert.
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Um die Knicke beim Verhältnis Torque-Geschwindigkeit zwischen den Fällen Zuschaltventil-Öffnen und Losbrechen des LAC-Druckkolbens wegen zu hoher Haftreibung unterscheiden zu können, sollte vorteilhafterweise wenigstens eine der folgenden Randbedingungen berücksichtigt und damit das Erkennen plausibilisiert werden:
- • passt der Torque-Wert zum Systemdruck,
- • was ist die vorherige und anschließende Rotationsgeschwindigkeit des Motors,
- • der Verlauf des Knicks (die Schärfe sollte nicht zu stark ausgeprägt sein)
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Erfolgt der Knick bei zu niedrigen Torquewerten, die nicht zum anliegenden Systemdruck passen, könnte das Zuschaltventil noch nicht aufgedrückt worden sein. Erfolgt ein Torqueknick bei zu niedrigen Geschwindigkeiten, wird höchstwahrscheinlich der Kolben gerade die Haftreibung überwunden haben und nicht das Zuschaltventil geöffnet. Der Verlauf des Knicks, also die Schärfe sollte nicht zu stark ausgeprägt sein, weil physikalisch der Motor wegen der Masse nicht abrupt beschleunigen kann.
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Das Motormoment wird vorzugsweise verwendet, um den Zeitpunkt des Öffnens des Zuschaltventils zu antizipieren oder vorherzusagen. Bevorzugt wird hierbei eine bekannte bzw. hinterlegte Relation von Motormoment und Druck verwendet, mit der ausgehend vom aktuellen Motormoment, vorzugsweise linear, extrapoliert wird. Durch diese Relation von Motormoment zu Druck kann antizipiert oder vorhergesagt werden, wann am Ventil Druckgleichheit vorliegt bzw. wann das Ventil aufgedrückt wird. Dadurch kann auch der Zeitpunkt des Anlegens des Schaltstroms vom Zuschaltventil optimiert werden, um die thermische Belastung vom Ventil zu limitieren. Bevor eine Druckgleichheit erreicht wird, soll der Schaltstrom angewandt werden. Beispielsweise könnte die Bedingung dafür sein, dass 80 % vom Zielmoment erreicht wurden.
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Der Druckkolben wird vorteilhafterweise nach Öffnung des Zuschaltventils, welches stromlos offen ausgeführt ist, nicht zurückgefahren, bis der Schaltstrom für das Zuschaltventil eine vorgegebene Zeitspanne anlag. Sollte der Schaltstrom nicht lange genug angelegen haben, um die Stößelposition des Ventilstößels zu sichern, so würde das Ventil wieder zufallen. Dies kann durch die oben beschriebene Maßnahme zuverlässig verhindert werden.
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Vorzugsweise wird wenigstens ein Einlassventil geöffnet, wenn das Motormoment nahe dem vom Systemdrucksensor gemessenen Systemdruck kommt. Hierbei wird vorzugsweise das Einlassventil vom druckhöchsten Rad geöffnet. Der Druck im Rad wird bestimmt, indem der Druck beim Schließen des Einlassventils mit dem Drucksensor gemessen wurde. Anschließend auftretende Auslassventilaktivitäten werden mit der Blendenfaktoren des Auslassventils und der PV-Charakteristik des Rades verrechnet, um den Raddruck zu bestimmen. Hierdurch wird die Elastizität im System erhöht, sodass die Lebensdauer der verwendeten Komponenten erhöht wird. Anhand der bekannten Spezifizierungen und Eigenschaften der Bauteile kann bestimmt werden, bei welchem Moment welcher Druck resultiert. Es wird daher vorteilhafterweise eine Moment/Druck-Kennlinie verwendet. Auch kann vor dem Schließen des entsprechenden Zuschaltventils gelernt werden, mit wieviel Moment der anliegende Systemdruck gehalten wurde. Dieses Druck-Moment-Verhältnis kann dann beim Vorfahren des Druckkolbens genutzt werden, um beim anliegenden Druck den Motormomentbedarf zu bestimmen.
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Bei einer Ansteuerung des Druckkolbens aus einer Stillstandsposition wird vorteilhafterweise ein Mindestmotormoment oder eine Mindestmotorgeschwindigkeit vorgegeben. Dadurch werden Losbrecheffekte des Druckkolbens aus dem Stillstand berücksichtigt.
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Zum Anfahren des Druckkolbens wird bevorzugt eine Motorgeschwindigkeitsrampe verwendet. Um einen ersten Momentenpeak von der Beschleunigung und Haftreibungsüberwindung zu limitieren, wird mit einer Geschwindigkeitsrampe angefangen werden. Nach einer vorgegebenen Zeit wird eine konstante Geschwindigkeit eingestellt, um das Öffnen des Zuschaltventils zuverlässig zu erkennen. Zu Beginn des Verfahrens des Druckkolbens der Druckbereitstellungseinrichtung hat diese im Druckraum einen Nulldruck, weil sie zurückgefahren ist und/oder nachgesaugt hat. Von diesem bekannten Startdruck kann durch die PV-Kurve ermittelt werden wieviel Druck sich höchstens aufbaut, wenn der Druckkolben vorfährt. Vorteilhafterweise lässt man den Druckkolben einen vorgegebenen Weg fahren, bis ein gewisser Druck erreicht wird, und schaltet dann auf eine konstante Geschwindigkeit (Motorgeschwindigkeit) um und beobachtet das Motormoment.
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Vorteilhafterweise wird in dem Fall, dass die Druckbereitstellungseinrichtung keinen Bremsdruck abbauen kann, obwohl eine Öffnung des Zuschaltventils erkannt wurde, der Druck durch Öffnen wenigstens eines Auslassventils abgebaut. Der LAC bzw. die Druckbereitstellungseinrichtung könnte bei geschlossenem Zuschaltventil immer noch Druck aufbauen. Der LAC könnte aber keinen Druck abbauen, weil bei der Rückwärtsbewegung des Druckkolbens das Ventil wieder zufällt, wenn es nicht durch den Ventilschließstrom gesichert wurde. Diese fehlende Druckabbaueigenschaft kann durch die Radventile bzw. Auslassventile kompensiert werden. Es erfolgt daher bevorzugt in Abhängigkeit vom Vordruck, Druckrequest, PV-Kennlinie und Blendfaktoren der Ventile eine Aktivierung der Ventile derart, dass der resultierende Raddruck der Druckanforderung entspricht.
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In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem Bremssystem gemäß Anspruch 13.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Position des Systemdrucksensors beibehalten kann und eine robuste Öffnungserkennung des Zuschaltventils ermöglicht wird. Auch ohne Drucksensor wird durch das beschriebene Verfahren eine Erkennung des Öffnens des Zuschaltventils möglich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems;
- 3 einen zeitlichen Verlauf von Motormoment und Kolbenweg der Druckbereitstellungseinrichtung;
- 4 einen weiteren zeitlichen Verlauf von Motormoment und Kolbenweg der Druckbereitstellungseinrichtung;
- 5 eine erste Relation zwischen Kolbenweg und Motormoment;
- 6 eine zweite Relation zwischen Kolbenweg und Motormoment; und
- 7 einen zeitlichen Verlauf eines Motormomentes.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein in 1 dargestelltes Bremssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst vier hydraulisch betätigbaren Radbremsen 8a-8d. Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1 betätigbaren Hauptbremszylinder 2, einen mit dem Hauptbremszylinder 2 zusammenwirkenden Wegsimulator bzw. eine Simulationseinrichtung 3, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5, und radindividuelle Bremsdruckmodulationsventile, welche beispielsgemäß als Einlassventile 6a-6d und Auslassventile
7a-7d ausgeführt sind. Weiterhin umfasst das Bremssystem eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Bremssystems.
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Beispielsgemäß ist die Radbremse 8a dem linken Vorderrad (FL), die Radbremse 8b dem rechten Vorderrad (FR), die Radbremse 8c dem linken Hinterrad (RL) und die Radbremse 8d dem rechten Hinterrad (RR) zugeordnet.
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Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 16 einen Hauptbremszylinderkolben 15 auf, der eine hydraulische Druckkammer 17 begrenzt, und stellt einen einkreisigen Hauptbremszylinder dar. Die Druckkammer 17 nimmt eine Rückstellfeder 9 auf, die den Kolben 15 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 in einer Ausgangslage positioniert. Die Druckkammer 17 steht einerseits über in dem Kolben 15 ausgebildete radiale Bohrungen sowie eine entsprechende Druckausgleichsleitung 41 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei diese durch eine Relativbewegung des Kolbens 17 im Gehäuse 16 absperrbar sind. Die Druckkammer
17 steht andererseits mittels eines hydraulischen Leitungsabschnitts (auch als erste Zufuhrleitung bezeichnet) 22 mit einer Bremsversorgungsleitung 13 in Verbindung, an welche die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a-6d angeschlossen sind. So ist die Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 mit allen Einlassventilen 6a-6d verbunden.
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In der Druckausgleichsleitung 41 bzw. in der Verbindung zwischen der Druckkammer 17 und dem Druckmittelvorratsbehälter 4 ist beispielsgemäß kein Ventil, insbesondere kein elektrisch oder hydraulisch betätigbares Ventil und kein Rückschlagventil, angeordnet.
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Alternativ kann in der Druckausgleichsleitung 41 bzw. zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem Druckmittelvorratsbehälter 4 ein, insbesondere stromlos offenes, Diagnoseventil, bevorzugt eine Parallelschaltung eines stromlos offenen Diagnoseventils mit einem zum Druckmittelvorratsbehälter 4 hin schließenden Rückschlagventil, enthalten sein.
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Zwischen der an die Druckkammer 17 angeschlossenen Zufuhrleitung 22 und der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein Trennventil 23 angeordnet bzw. Druckkammer 17 ist mit der Bremsversorgungsleitung 13 über die erste Zufuhrleitung 22 mit einem Trennventil 23 verbunden. Das Trennventil 23 ist als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes (SO-), 2/2-Wegeventil ausgebildet. Durch das Trennventil 23 kann die hydraulische Verbindung zwischen der Druckkammer 17 und der Bremsversorgungsleitung 13 abgesperrt werden.
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Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des Hauptbremszylinderkolbens 15, dessen Betätigungsweg von einem vorzugsweise redundant ausgeführten Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch eines Fahrzeugführers.
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Ein an die erste Zufuhrleitung 22 angeschlossener Drucksensor 20 erfasst den in der Druckkammer 17 durch ein Verschieben des Kolbens 15 aufgebauten Druck. Dieser Druckwert kann ebenso zur Charakterisierung oder Bestimmung des Bremswunschs des Fahrzeugführers ausgewertet werden. Alternativ zu einem Drucksensor 20 kann auch ein Kraftsensor 20 zur Bestimmung des Bremswunschs des Fahrzeugführers verwendet werden.
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Die Simulationseinrichtung 3 ist beispielsgemäß hydraulisch ausgeführt und hydraulisch an den Hauptbremszylinder 2 angekoppelt. Die Simulationseinrichtung 3 weist beispielsweise im Wesentlichen eine Simulatorkammer 29, eine Simulatorrückkammer 30 sowie einen die beiden Kammern 29, 30 voneinander trennenden Simulatorkolben 31 auf. Der Simulatorkolben 31 stützt sich durch ein in der (beispielsgemäß trockenen) Simulatorrückkammer 30 angeordnetes elastisches Element 33 (z. B. Simulatorfeder) an einem Gehäuse ab. Die hydraulische Simulatorkammer 29 ist beispielsgemäß mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigbaren, vorzugsweise stromlos geschlossenen Simulatorfreigabeventils 32 mit der Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 verbunden.
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Das Bremssystem bzw. die Bremsanlage umfasst je hydraulisch betätigbarer Radbremse 8a-8d ein Einlassventil 6a-6d und ein Auslassventil 7a-7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremse 8a-8d angeschlossen sind. Den Einlassventilen 6a-6d ist jeweils ein zu der Bremsversorgungsleitung 13 hin öffnendes, nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil parallelgeschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a-7d sind über eine gemeinsame Rücklaufleitung 14 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden.
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Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung (bzw. ein einkreisiger, elektrohydraulischer Aktuator (Linearaktuator)) ausgebildet, deren Kolben 36 von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes 39 betätigbar ist. Der Kolben 36 begrenzt den einzigen Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet.
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An den Druckraum 37 der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist ein Leitungsabschnitt (auch als zweite Zufuhrleitung bezeichnet) 38 angeschlossen. Die Zufuhrleitung 38 ist über ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos geschlossenes, Zuschaltventil 26 mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden. Durch das Zuschaltventil 26 kann die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 37 der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 und der Bremsversorgungsleitung 13 (und damit den Eingangsanschlüssen der Einlassventile 6a-6d) gesteuert geöffnet und abgesperrt werden.
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Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 36 auf das im Druckraum 37 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die zweite Zufuhrleitung 38 eingespeist. In einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart, insbesondere in einem fehlerfreien Zustand der Bremsanlage, wird die Zufuhrleitung 38 über das Zuschaltventil 26 mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden. Auf diesem Weg erfolgt bei einer Normalbremsung ein Radbremsdruckauf- und -abbau für alle Radbremsen 8a-8d durch Vor- und Zurückfahren der Kolbens 36.
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Bei einem Druckabbau durch Zurückfahren des Kolbens 36 strömt das vorher aus dem Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 in die Radbremsen 8a-8d verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 37 zurück.
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Alternativ können radindividuell unterschiedliche Radbremsdrücken einfach mittels der Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d eingestellt werden. Bei einem entsprechenden Druckabbau strömt der über die Auslassventile 7a-7d abgelassene Druckmittelanteil über die Rücklaufleitung 14 in den Druckmittelvorratsbehälter 4.
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Ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 ist durch ein Zurückfahren des Kolbens 36 bei geschlossenem Zuschaltventil 26 möglich, indem Druckmittel aus dem Behälter 4 über die Leitung 42 mit einem in Strömungsrichtung zum Aktuator
5 öffnenden Rückschlagventil 53 in den Akuatordruckraum bzw. Druckraum 37 strömen kann.
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Beispielsgemäß ist Druckraum 37 außerdem in einem unbetätigten Zustand des Kolbens 36 über ein oder mehrere Schnüffellöcher mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Diese Verbindung zwischen Druckraum 37 und Druckmittelvorratsbehälter 4 wird bei einer (ausreichenden) Betätigung des Kolbens 36 in Betätigungsrichtung 27 getrennt.
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In der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein elektrisch betätigbares, stromlos offenes Kreistrennventil 40 angeordnet, durch welches die Bremsversorgungsleitung 13 in einen ersten Leitungsabschnitt 13a, welcher (über das Trennventil 23) mit dem Hauptbremszylinder 2 verbunden ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 13b, welcher (über das Zuschaltventil 26) mit der Druckbereitstellungseinrichtung 5 verbunden ist, trennbar ist. Der erste Leitungsabschnitt 13a ist mit den Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b verbunden und der zweite Leitungsabschnitt 13b ist mit den Einlassventilen 6c, 6d der Radbremsen 8c, 8d verbunden.
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Bei geöffnetem Kreistrennventil 40 ist die Bremsanlage einkreisig ausgeführt. Durch Schließen des Kreistrennventils 40 kann die Bremsanlage, insbesondere situationsgerecht gesteuert, in zwei Bremskreise I und II aufgetrennt oder aufgeteilt werden. Dabei ist im ersten Bremskreis I der Hauptbremszylinder 2 (über das Trennventil 23) mit nur noch den Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b der Vorderachse VA verbunden, und im zweiten Bremskreis II die Druckbereitstellungseinrichtung 5 (bei geöffnetem Zuschaltventil 26) mit nur noch den Radbremsen 8c und 8d der Hinterachse HA verbunden.
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Die Eingangsanschlüsse aller Einlassventile 6a-6d können bei offenem Kreistrennventil 40 mittels der Bremsversorgungsleitung 13 mit einem Druck versorgt werden, der in einer ersten Betriebsart (z. B. „Brake-by-Wire“-Betriebsart) dem Bremsdruck entspricht, der von der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgestellt wird. Die Bremsversorgungsleitung 13 kann in einer zweiten Betriebsart (z. B. in einer stromlosen Rückfallbetriebsart) mit dem Druck der Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 beaufschlagt werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die Bremsanlage eine Pegelmesseinrichtung 50 zur Bestimmung eines Druckmittelpegels/-standes in dem Druckmittelvorratsbehälter 4. Vorteilhafterweise erfolgt eine Situationserkennung zur Kreistrennung mittels des Kreistrennventils 40 über die Pegelmesseinrichtung 50.
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Beispielsgemäß sind die hydraulischen Komponenten, nämlich der Hauptbremszylinder 2, die Simulationseinrichtung 3, die Druckbereitstellungseinrichtung 5, die Ventile 6a-6d, 7a-7d, 23, 26, 40 und 32 sowie die hydraulischen Verbindungen inklusive der Bremsversorgungsleitung 13, zusammen in einer
(einzigen) hydraulischen Steuer- und Regeleinheit 60 (HCU) angeordnet. Der hydraulischen Steuer- und Regeleinheit 60 ist die (einzige) elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) 12 zugeordnet. Bevorzugt sind hydraulische und elektronische Steuer und Regeleinheit 60, 12 als eine Einheit (HECU) ausgeführt
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Das Bremssystem umfasst einen Drucksensor 19 bzw. Systemdrucksensor zur Erfassung des von der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgestellten Druckes. Der Drucksensor 19 ist hierbei von der Druckkammer 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 gesehen hinter dem Zuschaltventil 26 angeordnet.
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In 2 ist ein Bremssystem in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Bremssystem umfasst drei Module 70, 72, 74, die jeweils eine separate Steuer- und Regeleinheit 80, 82, 84 umfassen. Das Modul 70 umfasst den Hauptbremszylinder 2, der als Tandemhauptbremszylinder mit einer Primärkammer 90 und einer Sekundärkammer 92 ausgebildet ist und den Simulator bzw. die Simulationseinrichtung 3. Mit Hilfe des Simulatorfreigabeventils 32 ist im By-Wire-Modus die Primärkammer 90 mit der Simulatorkammer 29 verbindbar. Die beiden Kammern 90, 92 des Hauptbremszylinders sind hydraulisch mit einem Druckmittelvorratsbehälter 4a verbindbar. Eine Trennwand 100 in diesem Behälter stellt sicher, dass auch bei einer Leckage eines der beiden jeweils mit einer Kammer 90, 92 verbundenen Bremskreises I, II für den anderen Bremskreis noch Druckmittel zur Verfügung steht. Die Steuer- und Regeleinheit 80 des Moduls 80 dient im Wesentlichen der Steuerung des Ventils 32.
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Das Bremssystem weist eine Fahrerbremswunscherfassung auf, welche einen Pedalwegsensor 25 umfasst sowie einen Drucksensor 20 zur Messung des Druckes im Hauptbremszylinder.
Das zweite Modul 72 mit der Steuer- und Regeleinheit 82 umfasst die Druckbereitstellungseinrichtung 5 und zwei Zuschaltventile 26a, 26b, durch die der Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 hydraulisch mit den Radbremsen verbindbar ist. Sie umfasst weiterhin den einen Rotorlagensensor 44 sowie einen Drucksensor 20 zur Messung des Druckes in der Primärkammer 90. Die beiden Kammern 90, 92 können im Brake-by-Wire-Modus mit Hilfe von Trennventilen 23a, 23b von den Radbremsen hydraulisch getrennt werden, sodass der Fahrer bei geöffnetem Simulatorfreigabeventil 22 Bremsflüssigkeit aus der Primärkammer 90 in die Simulatorkammer 29 verschiebt.
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Die Druckkammer 37 ist hydraulisch mit einem Druckmittelvorratsbehälter 4b verbunden und kann aus diesem Bremsmittel nachsaugen, wobei durch ein Rückschlagventil 120 der Rückfluss von Druckmittel aus Druckkammer 37 in den Behälter 4b verhindert wird.
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Wenn die Trennventile 23a, 23b geschlossen sind und den Hauptbremszylinder 2 hydraulisch während des By-Wire-Betriebes von den Radbremsen 8a-d abtrennen, kann über eine Leitung 124 und Öffnen eines Ablassventils 122 überschüssiges Bremsvolumen in den Behälter 4b gefördert werden.
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Im Druckmittelvorratsbehälter 4b ist eine Zwischenwand 130 vorgesehen, welche zwei getrennte Kammern definiert, wenn der Füllstand unter die Höhe der Zwischenwand 130 sinkt. Die Steuer- und Regeleinheit 82 dient zur Ansteuerung der Druckbereitstellungseinrichtung 5 und der Ventile 26a, 26b, 23a, 23b, 122.
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Das dritte Modul 74 mit der Steuer- und Regeleinheit 84 umfasst die den Radbremsen zugeordneten Einlassventile 6a-d und Auslassventile 7a-d. In jedem Bremskreis ist jeweils eine Pumpe 140, 142 vorgesehen, die jeweils über ein Pumpenzuschaltventil 160, 162 hydraulisch im Saugpfad mit der Druckbereitstellungseinrichtung verbunden werden kann.
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Mit Hilfe von Überstromventilen 150, 153 kann jeweils der Druck eingestellt werden, welcher mit Hilfe der jeweiligen Pumpe 140, 142 aufgebaut werden kann. Fördert die Pumpe 140, 142 zu viel Volumen und der Druck steigt, wird dieses Ventil 150, 152 aufgedrückt und der Druck im Pumpenraum bleibt durch dieses Ventil 150, 152 und dessen Strom regelbar.
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Weiterhin ist in jedem der beiden Bremskreise jeweils ein Niederdruckspeicher 164, 166 vorgesehen. Mit Hilfe eines Rückschlagventils 168, 170 wird jeweils Fluss von Druckmittel aus dem Förderkries der Pumpe 140, 142 in Richtung der Auslassventile 7a-d verhindert. Die Steuer- und Regeleinheit 84 dient der Ansteuerung der Pumpen 140, 142 sowie der Ventile 67a-d, 7a-d 160, 162, 150, 152. Das Modul 74 umfasst weiterhin den Systemdrucksensor 19.
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Die beiden Druckmittelvorratsbehälter 4a, 4b sind mit dem gemeinsamen Druckmittelvorratsbehälter 4 hydraulisch verbunden.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung 5 dient in diesem Bremssystem zur Bereitstellung eines Vordruckes, während die Pumpen 140, 142 insbesondere zu Regelvorgängen benutzt werden und den Druckaufbau durch die Druckbereitstellungseinrichtung 5 unterstützen.
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Die drei Steuer- und Regeleinheiten 80, 82, 84 sind signalseitig miteinander verbunden, insbesondere über einen CAN-Bus.
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Die Steuer und Regeleinheit 12 bzw. 80, 82, 84 ist dazu ausgebildet, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen, welches im Folgenden anhand der 3 bis 7 in Zusammenhang mit 1 erläutert wird.
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Als Beispiel werden Steifigkeitswerte in einer Bremsanlage mit Druckbereitstellungseinrichtung und Zuschaltventil gengenannt. Bei einem geschlossenen Zuschaltventil kann die hydraulische Steifigkeit 137 bar/mm betragen. Bei einem offenen Zuschaltventil im unteren Druckbereich ist diese 2 bar/mm, im oberen Druckbereich 4 bar/mm. Die oberen Werte zeigen einen Sprung der Elastizität auf teilweise mehr als das 50-fache beim Öffnen des Zuschaltventils.
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In 3 ist auf der x-Achse 200 die Zeit und auf der y-Achse 202 jeweils das Motormoment bzw. der Kolbenweg des Druckkolbens der Druckbereitstellungseinheit 5 dargestellt. Eine Kurve 204 zeigt dabei das Motormoment, eine Kurve 206 den Verfahrweg des Druckkolbens. In diesem und den folgenden Beispielen wird davon ausgegangen, dass wenigstens ein Einlassventil offen ist, um genügend Elastizität im System bereitzustellen. Es soll nun eine Momentrampe gefahren werden. Die Rampe soll einerseits steil genug sein, um das Zuschaltventil 26 schnell genug zu öffnen und wieder in den By-Wire-Normalbremsmodus überzugehen und andererseits flach genug sein, damit der Verfahrweg eingeschwungen ist.
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Die Kurven 204 und 206 zeigen dabei den zeitlichen Verlauf von Motormoment und Verfahrweg bzw. Kolbenposition bei geschlossenem Zuschaltventil. Beide Kurven sind im Wesentlichen linear, das Zuschaltventil 26 ist während des jeweiligen gesamten Kurvenverlaufes geschlossen.
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In 4 ist der zeitliche Verlauf von Motormoment und Verfahrweg bei einem öffnenden Zuschaltventil 26 dargestellt. Die Kurve 206 des Verfahrweges weist einen Knick 208 auf, während die Kurve 204 weiterhin die gefahrene Rampe darstellt und damit weiterhin linear ist. Der Knick 208 wird hervorgerufen durch eine schlagartige Elastizitätserhöhung beim Öffnen des Zuschaltventils 26.
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In 5 ist auf der x-Achse das Motormoment und auf der y-Achse der Verfahrweg aufgetragen. Eine Kurve 212 repräsentiert die Relation zwischen diesen beiden Größen bei geschlossenem Zuschaltventil 26. Es muss sehr viel Moment aufgebaut werden, um einen gewünschten Verfahrweg zu realisieren.
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Die 6 zeigt den gleichen Zusammenhang bzw. die gleiche Relation bei einem sich öffnenden Zuschaltventil 26. Auch bei dieser Relation führt die sich ändernde Elastizität zu einem Knick 214 in der Kurve 212.
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Das Auftreten eines Knicks 214 in der Relation zwischen Motormoment und Verfahrweg dient hierbei zur Erkennung des Öffnens des Zuschaltventils 26, welches zu diesem Zeitpunkt bestromt wird, um es vollständig zu öffnen bzw. offen zu halten.
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In einer anderen bevorzugten Variante des Verfahrens wird keine Rampe gefahren, sondern der Motorregelung des Motors 35 wird eine konstante Geschwindigkeitsvorgabe gegebene, d. h. die Geschwindigkeit wird auf einen vorgegebenen Wert geregelt. In 7 ist dabei beispielsgemäß aus einer Simulation als Kurve 220 der zeitliche Verlauf des Motormomentes dargestellt mit anfänglich geschlossenem Zuschaltventil 26.
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In der Simulation wurde der Druckkolben 36 aus dem Stillstand mit einer Sollgeschwindigkeitsvorgabe von 700 rpm angetrieben. Zu einem Zeitpunkt 224 steigt das notwendige Motormoment, um Haftreibungen zu überwinden und den Kolben 36 beschleunigen zu können. Zwischen Zeitpunkt 224 und einem späteren Zeitpunkt 226 muss die Motorregelung kontinuierlich mehr Moment aufbringen, um die Sollgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten.
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Zum Zeitpunkt 226 reicht der in der Druckkammer 37 aufgebaute Druck aus, um das Zuschaltventil 26 zu öffnen. Zu diesem Zeitpunkt erfährt der Motormomentverlauf einen Knick, weil sich durch das Öffnen des PFV die hydraulische Elastizität stark ändert. Als Folge dessen muss die Motorregelung das Moment anpassen, um die Sollgeschwindigkeitsvorgabe aufrecht zu erhalten. Durch diesen Knick in dem Motormomentverlauf wird das Öffnen des Zuschaltventils erkannt.
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Bei dem in der 2 dargestellten Bremssystem werden die beiden Zuschaltventile 26a, 26b vorteilhafterweise nacheinander geöffnet. Wird beispielsweise das erste Zuschaltventil 26a geöffnet, sollten die Einlassventile 6a, 6b hinter dem zweiten Zuschaltventil 26b geschlossen werden, damit, falls das zweite Zuschaltventil 26b aufgedrückt werden sollte, der Elastizitätswechsel nicht das Verfahren stört. Wurde bereits ein Zuschaltventil 26a, 26b geöffnet, sollten auf dieser Seite die Einlassventile 6a, 6b; 6c, 6d geschlossen werden, damit sich die Steifigkeit wieder erhöht und der Steifigkeitswechsel nur durch ein Öffnen des angestrebten Zuschaltventils 26a, 26b zustande kommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017219598 A1 [0008]