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WO2010092083A1 - Bremssystem mit vom regler ausgewähltem druckänderungsverlauf zum druckauf- und druckabbau in den radbremsen - Google Patents

Bremssystem mit vom regler ausgewähltem druckänderungsverlauf zum druckauf- und druckabbau in den radbremsen Download PDF

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Publication number
WO2010092083A1
WO2010092083A1 PCT/EP2010/051651 EP2010051651W WO2010092083A1 WO 2010092083 A1 WO2010092083 A1 WO 2010092083A1 EP 2010051651 W EP2010051651 W EP 2010051651W WO 2010092083 A1 WO2010092083 A1 WO 2010092083A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
control
brake
piston
wheel
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/051651
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Leiber
Christian Koeglsperger
Anton Van Zanten
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves Ag & Co. Ohg filed Critical Continental Teves Ag & Co. Ohg
Publication of WO2010092083A1 publication Critical patent/WO2010092083A1/de

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    • B60T8/321—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
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    • B60T8/326—Hydraulic systems
    • B60T8/3265—Hydraulic systems with control of the booster
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    • B60T13/745—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on a hydraulic system, e.g. a master cylinder
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    • B60T8/5006—Pressure reapplication by pulsing of valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T8/5075—Pressure release by pulsing of valves

Definitions

  • the present invention relates to a brake system with a brake booster, the piston-cylinder system is driven by an electric motor and having at least one working space, which is connected via hydraulic lines with at least one wheel brake in each case a wheel brake associated with a 2/2-way switching valve is by means of which the hydraulic connection line between the wheel brake and the working space of the piston-cylinder system can be closed, wherein the electric motor and the switching valves are controlled by a control device
  • the throttling effect of the inlet control valve should be large, at relatively coarse graduated Ventilan Kunststoffzei- th of 2 ms, 3 ms, 4 ms or longer small pressure build-up levels of 1 bar, 2 bar, 3 bar or greater, even with large pressure differences across the control valve to achieve.
  • the throttle effect in the control valve should be small enough to achieve a fast response of the braking effect during braking.
  • the throttling action should on the one hand be large in order to be able to achieve small pressure reduction stages at high wheel cylinder pressures and therefore high differential pressures via the control valve and relatively coarse graduated valve control times.
  • the throttle effect should be low in order to reduce the pressure in the wheel cylinders quickly enough at low wheel cylinder pressures - and therefore low differential pressures on the control valve - and low ambient temperatures and to avoid large deviations in the wheel slip.
  • the throttling effect of the inlet control valve therefore represents a corollary between these contradictory requirements.
  • An elaborate PWM control of the 2/2-way control valves can in principle meet all requirements, both for the inlet and the outlet control valve.
  • LMV linearly controllable control valves
  • This PWM control is difficult and relatively inaccurate because it should consider the pressure gradient, the pressure amplitude and also the temperature, on the one hand, and requires elaborate hydraulic models on the other hand
  • this solution places very high demands on the production and reproducibility of the control valves and on the valve control, since the valve characteristic is very steep in these control valves which switch from the origin.- Despite this measure, the amplitude of the hydrauli vibrations are still too high. The inexperienced driver is thereby irritated when inserting an ABS or ESP control intervention.
  • the object of the invention is to provide a brake system which permits a simple, low-pressure pressure and accurate pressure control independent of temperature and tolerances of the control valves, and requires no expensive valve design, production and control, and a the switching system also allows variable pressure gradients and has no dynamic losses in extreme situations.
  • a piston is used in contrast to the complex control with complex hydraulic models of a control valve for the pressure control.
  • the desired pressure change is realized according to the invention via a simple displacement of the HZ-piston.
  • the invention provides that, in order to reduce the hydraulic oscillations, the time profile of the pressure change is adapted over the time curve of the piston displacement.
  • a high-resolution piston displacement is advantageous, so that the pressure change and the timing of the pressure change can be specified precisely and flexibly, even with small and rapid pressure changes.
  • the high-resolution piston displacement for a precise pressure change is calculated taking into account the pressure-volume characteristics of the wheel and master cylinder and implemented by means of rotary encoder with reduction gear to motor commutation and to determine the HZ piston position.
  • the required characteristics are stored as maps in the memory of the controller. They can be adaptive, ie they can be determined and corrected at intervals by correlation of the piston position with the measured pressure in the master cylinder; this can be done, for example, when the vehicle is at a standstill or during the starting phase.
  • By controlling the electric motor advantageously both the pressure change and the time profile of the pressure change, the rate of pressure change, can be varied within wide limits as a function of the specification of the superimposed regulator, for example ABS regulators.
  • the brake system according to the invention is characterized in particular by the fact that the control device selects a change in pressure as a function of the driving situation and / or as a function of a signal of a superordinated regulator and / or the time available for the regulation of a desired pressure in one or more wheel brakes, and the controller specifies to control the electric motor.
  • the control of the piston via freely selectable trajectories of engine rotation.
  • the time profile of the pressure change from the actual pressure to the desired pressure can be designed as desired so that not only pressure levels and pressure ramps but also other transitions, such as ramps with smooth transitions from pressure hold to pressure change and pressure change to pressure hold, or as required Sinusoidal transitions are feasible.
  • the trajectories can be determined experimentally depending on the desired or predetermined pressure changes and temporal pressure change characteristics.
  • the target position of the HZ piston is quite specifically via suitable trajectories of the motor rotation of the electric motor, which lead to the desired target pressure and the time transition from the actual pressure to the desired pressure , controlled.
  • the stored in the memory of the control device possible trajectories can be quickly selected and controlled or adjusted the best possible pressure transition.
  • an individual HZ piston can be used for each wheel. For cost reasons, however, only a single HZ piston is preferably used.
  • the pressures in the individual wheel cylinders are adjusted synchronously via the one single HZ piston.
  • pressure modulations for a higher-level control such as driver assistance systems
  • wheel-individual pressure changes are desired.
  • These wheel-individual pressure changes in the wheel cylinders are then made in succession in a freely selectable sequence and assigned in the multiplex process by appropriate control of the switching valves to be controlled wheels. If the wheel-individual pressure change takes place in a single wheel cylinder, the pressure in the other wheel cylinders is kept constant.
  • MUX multiplex method described in EP 0672447, the pressure preset by ABS / ESP controllers and other higher-level controllers is set.
  • the waiting time in which the pressure in the other wheel cylinders is kept constant depends on how fast the process of pressure change in the single wheel cylinder can be completed. It is important for various higher-level operations that the process of pressure change in the single wheel cylinder in the multiplex process is very fast, so that the waiting times are low, and a good overall scheme, such as ABS, is possible.
  • the shape of the trajectories should be selected in such a way that especially the fast transitions from pressure change to pressure keep very smooth. Also, the beginning of a pressure change should not be too jerky.
  • the trajectories are adapted as needed in order to quickly achieve a large pressure change in borderline cases, eg when jumping in the friction coefficient of the road.
  • the frequency spectrum of the pressure change should be below the natural frequencies of the hydraulic system consisting of valves, lines, wheel cylinders and master cylinder. This ensures that optimum pressure modulation is achieved from the point of view of accuracy of the applied pressures in the wheel cylinders and hydraulic vibrations.
  • trajectory control is advantageously also the possibility of reducing the pressure dynamics, if desired by the higher-level controllers, eg for ACC (Adaptive Cruise Control).
  • FIG. 2 shows pressure profiles of a typical ABS braking with a conventional ABS device and with PWM control of the intake valves
  • FIG. 3 shows a detail of the pressure curves of an ABS braking on a slippery road surface with piston pressure control according to the invention
  • Fig. 4 Detail of the pressure curves of an ABS braking on ice with inventive piston pressure control.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an electromotive concept of the pressure control, as previously known from EP 06724475 and PCT / EP2007 / 009683.
  • the EC motor via a spindle drive 2 controls the plunger piston not shown and the hydraulically coupled floating piston of a tandem master cylinder (THZ) 3.
  • the desired high-resolution piston movement is generated by a controlled motor rotation, which is detected by a rotary encoder 5 with reduction gear ,
  • the pedal travel is detected by a pedal travel transmitter 4, and supplied to the electric control unit ECU 9.
  • the pressure in the THZ 3 is fed via the switching valves 7a to 7d to the wheel brakes 8a to 8d in accordance with the signals VL, VR, HL, HR.
  • MUX multiplexing
  • ABS / ESP and other higher-level controllers pressure.
  • the corresponding switching valve 7i is opened for the respective wheel brake, during which time the other switching valves remain closed in order to implement the wheel-individual pressure control.
  • the temporal pressure curve inter alia, the pressure change rate and the smooth transition from pressure hold in pressure change and vice versa of pressure change in pressure hold and the pressure change height for a good and low-pressure control is crucial.
  • the total pressure change in the pressure build-up and pressure drop phases on average is known to be about 10-15 bar and at low friction values such as ice 3-5 bar with pressure levels amount to about 20%.
  • the task for electromotive pressure control is to achieve these values.
  • the ABS / ESP control contains many special cases, such as inhomogeneous railways, so-called ⁇ -jump or low temperatures.
  • the control according to the invention should be adaptive.
  • Today's concepts are limited in the pressure reduction speed by the throttling effect of the control valves, which are designed according to the switching times at high road friction coefficients (corresponding to about 100 bar). This results in ice with about 10 bar blocking pressure relatively small pressure reduction rates evt that in a ⁇ -jump. can still be reduced when the storage chamber is filled and the pump delivery rate determines the pressure gradient.
  • the switching valves have no great throttle effect, so that the piston speed through the EC motor the Can determine pressure change rate, which are fast and vibration-free pressure changes possible even at low wheel cylinder pressures.
  • the pressure control according to the pressure requirements of the ABS / ESP controller in time change and pressure change size must therefore be implemented with a special pressure control.
  • the brake system therefore has a control device 9, which comprises a trajectory control 9a.
  • the desired pressure signals of the higher level governors such as e.g. ABS, ESP, etc. are radindividuell the trajectory control 9a supplied.
  • the output signal of the trajectory control 9a is the target position of the EC motor and the associated valve switching signals in purely logical form.
  • priorities can be changed by the higher-level controller.
  • the precision of the pressure position to the target pressure higher and the suppression of hydraulic vibrations and increase in comfort are prioritized lower.
  • the pressure control will rely on pressure gradients that have a smooth start-up behavior and deceleration behavior in order to avoid possible pressure oscillations in the hydraulic system.
  • the spectrum of possible trajectories extends from linear trajectories via sine trajectories or sine quadrature trajectories over trajectories that are specially adapted to the course of the pressure-volume characteristic.
  • the trajectory controller 9a first calculates the minimum time required for the print position. This is based on a function that is dependent on the current wheel cylinder pressure and the requested pressure increase f (Piudp R )). This feature ensures that maximum dynamics can always be used.
  • the higher-level controller sends an evaluation of the current driving Situation transmitted. Depending on this, the trajectory control increases the time window t Tra: as a percentage. Trajectory control now has the choice between various trajectories.
  • the spectrum of possible trajectories extends from linear trajectories via sine trajectories, sine wave quadrature trajectories or trajectories which are specially adapted to the course of the pressure-volume characteristic of the wheel cylinders.
  • the selectable trajectories are stored in a memory of the trajectory control. In situations where the maximum piston velocity dictated by the EC motor is achieved, the trajectory control will use the linear trajectory. In other situations, where the priority is placed on a comfortable and quiet printing position and the given window of time allows it, due to the EC motor performance, sine trajectories or sine square trajectories can be selected.
  • the trajectory control it is thus possible to influence the pressure curve advantageously and thus to improve the vehicle dynamics control of ABS, ESP and, in particular, to reduce driver irritation by driver assistance systems.
  • the priorities can either be laid on a precise, comfortable and quiet control, which today especially in interventions by driver assistance systems such. ACC, or even a pressure modulation with maximum dynamics. If the maximum dynamics are selected or specified, however, the pressure setting will no longer work as precisely and with possibly resulting pressure oscillations, more noise will tend to occur. Most of these are driving situations such as inhomogeneous roadways, ⁇ -jump or similar.
  • FIG. 2 shows a detail of the pressure curves in the wheel cylinders with a conventional ABS device from a typical ABS control with high coefficient of friction of the roadway, in which PWM-controlled LMV control valves are used as intake valves and switching control valves as exhaust valves.
  • the pressure increase is approximately linear with a low gradient.
  • the irregular gradient of the pressure increase clearly shows the difficulty of setting a reproducible pressure value by means of PWM control.
  • FIG. 3 shows the pressure curve in the individual wheel cylinders in an ABS braking with individual control of the wheels in multiplex mode with piston pressure control on a slippery road surface (black ice).
  • the pressure changes show predetermined ramped pressure curves, which are implemented by means of trajectory input for the motor rotation both for the pressure build-up and for the pressure reduction.
  • FIG. 3 also shows the multiplex operation. During a pressure change in one wheel cylinder, the pressures in the other wheel cylinder remain constant.
  • the amount of the pressure gradient is selectable and selected as large as possible depending on the pressure level, the required pressure change amount and pressure change sign in the wheel cylinder and for a good ABS control (as can be implemented by the actuator), provided that the hydraulic pressure oscillations do not exceed acceptable level.
  • Figure 4 shows in a section of the brake pressures in the wheel cylinder of an ABS braking with individual control on the front and with select-low control on the rear axle on a slippery road surface (black ice) in multiplex mode with piston pressure control.
  • the predefined pressure curve is here ramp-shaped with an impressed sine. This pressure curve can be effected by means of trajectory specification for the motor rotation both for the pressure build-up and for the pressure reduction.
  • the clearly visible smoothed gradients at the transitions of pressure hold in Druckauf- or pressure reduction and Druckauf- or pressure reduction in pressure hold help to further reduce the hydraulic pressure modulation oscillations.
  • trajectory control t Tra time window in which a trajectory can be set p R wheel cylinder pressure dp R requested pressure difference at the wheel cylinder

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem (2,3) von einem Elektromotor angetriebenen ist und mindestens einen Arbeitsraum aufweist, der über hydraulische Leitungen mit mindestens einer Radbremse in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil (7a, 7b, 7c, 7d) zugeordnet ist mittels dem die hydraulische Verbindungsleitung zwischen der Radbremse (8a, 8b, 8c, 8d) und dem Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (2, 3) verschließbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile (7a, 7b, 7c, 7d) von einer Regeleinrichtung angesteuert werden, wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder in Abhängigkeit eines Signals eines übergeordneten Reglers und/oder der für die Einregelung eines Solldrucks in einer oder mehreren Radbremsen zur Verfügung stehenden Zeit einen Druckänderungsverlauf auswählt und dem Regler zur Ansteuerung des Elektromotors vorgibt.

Description

Bremssystem mit vom Regler ausgewähltem Druckänderungsverlauf zum Druckauf- und Druckabbau in den Radbremsen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem von einem Elektromotor angetriebenen ist und mindestens einen Arbeitsraum aufweist, der über hydraulische Leitungen mit mindestens einer Radbremse in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2 /2-Wege-Schaltventil zugeordnet ist mittels dem die hydraulische Verbindungsleitung zwischen der Radbremse und dem Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems verschließbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile von einer Re- geleinrichtung angesteuert werden
Bekanntlich wird bei allen ABS und ESP Systemen der Druck in den Radzylindern moduliert, um das Rad in einem engen, vorgegebenen Schlupfbereich zu halten und z.B. bei Vollbremsungen kurze Bremswege zu ermöglichen. Hierzu wird auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen. „Bosch Taschenbuch 25. Auflage S813, 814 ABS Regelzyklus" und „van Zanten A. T.; Erhardt, R.; Pfaff, G. : „VDC - The Vehicle Dynamics Control System of Bosch", SAE 95, Paper Nr. 950759." Entscheidend für eine gute Regelung ist eine schnelle und genaue Druckdosierung. Bis auf die elektromechanische Bremse (EMB) weisen alle bekannten Systeme hydraulische 2/2-Wege- Regelventile zur Einstellung des Radzylinderdrucks auf. Ohne besondere Maßnahmen weisen diese Regelventile ein digitales Schaltverhalten „auf" und „zu" auf. Durch das schnelle Schließen entstehen abhängig vom Druckgradienten und von der Höhe der Druckänderung hydraulische Schwingungen mit großer Amplitude, die sich auf das Radverhalten und die genaue Druckein- Stellung auswirken und vor allem irritierende Geräusche verursachen, die über verschiedene Wege (Luft, Hydraulik, Körper) zum Fahrgastraum übertragen werden. Der Druckgradient hängt dabei vom Differenzdruck über das Regelventil ab, der im Regelbereich zwischen μ= 0,05 (Eis) und μ=l,0 (Asphalt trocken) stark schwankt und außerdem vom stark schwankendem HZ-Druck abhängt. Die Dosierbarkeit der Druckaufbaustufen im Bereich vom 1-10 bar (Sollwert) gelingt nur relativ ungenau.
Einerseits soll die Drosselwirkung des Einlass-Regelventils groß sein, um bei relativ grob abstufbaren Ventilansteuerzei- ten von 2 ms, 3 ms, 4 ms oder länger kleine Druckaufbaustufen von 1 bar, 2 bar, 3 bar oder größer auch bei großen Druckdifferenzen über das Regelventil erzielen zu können. Andererseits soll die Drosselwirkung im Regelventil klein genug sein, um beim Anbremsen ein schnelles Ansprechen der Bremswirkung zu erzielen. Beim Auslass-Regelventil soll die Drosselwirkung einerseits groß sein, um bei hohen Radzylinderdrücken und deshalb hohen Differenzdrücken über das Regelventil und relativ grob abstufbaren Ventilansteuerzeiten kleine Druckabbaustufen erzielen zu können. Andererseits soll beim Auslass-Regelventil die Drosselwirkung gering sein, um bei niedrigen Radzylinderdrücken - und deshalb niedrigen Differenzdrücken über das Regelventil - und tiefen Umgebungstemperaturen den Druck in den Radzylindern schnell genug reduzieren zu können und um damit große Regelabweichungen im Radschlupf zu vermeiden. Die Dros- selwirkung des Einlass-Regelventils stellt deshalb einen Kora- promiss zwischen diesen widersprüchlichen Anforderungen dar. Ähnliches gilt für das Auslass-Regelventil . Da eine große Drosselwirkung den Komfort und die Regelgüte (hydraulische Schwingungen) positiv beeinflusst, gehen die Kompromisse noch weiter in Richtung große Drosselwirkung. Eine aufwändige PWM-Steuerung der 2/2-Wege-Regelventile kann im Prinzip allen Anforderungen, sowohl für das Einlass- als auch für das Auslass-Regelventil, gerecht werden. Zum Einsatz kommen sogenannte „Linear ansteuerbare Regelventile" (LMV) . Damit lässt sich der Druckgradient und insbesondere der Über- gang vom Druckaufbau zum Druckhalten beeinflussen, so dass die Amplitude der hydraulischen Schwingungen kleiner wird. Der Druckübergang vom Ist-Druck zum Soll-Druck soll mit konstantem Druckgradient einer Druckrampe so lange folgen, bis der Solldruck erreicht ist. Diese PWM-Steuerung ist deshalb schwierig und relativ ungenau weil sie einerseits den Druckgradienten, die Druckamplitude und auch die Temperatur berücksichtigen sollte, und andererseits aufwändige hydraulische Modelle benötigt. Durch diese Schwierigkeiten ist die Druckmodulation schlecht reproduzierbar. Weiter stellt diese Lösung sehr hohe Ansprüche an die Fertigung und Reproduzierbarkeit der Regelventile und an die Ventilsteuerung, da die Ventilcharakteristik bei diesen vom Ursprung her schaltenden Regelventile sehr steil ist.—Trotz dieser Maßnahme ist die Amplitude der hydraulischen Schwingungen noch zu hoch. Der ungeübte Fahrer wird dadurch beim Einsetzten eines ABS- oder ESP-Regeleingriffs irritiert .
In der EP 06724475 ist ein anderes Verfahren zur Drucksteuerung mittels Elektromotor und Kolbensteuerung beschrieben. Hier wird die Möglichkeit der variablen Drucksteuerung er- wähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem bereitzustellen, das eine einfache, druckschwingungsarme und genaue, von Temperatur und von Toleranzen der Regelventile unabhängige Drucksteuerung ermöglicht, und keiner aufwändigen Ven- tilkonstruktion, Fertigung und Ansteuerung bedarf, sowie ein- fache Schaltventile verwendet, wobei das Bremssystem auch variable Druckgradienten ermöglicht und keine Dynamikverluste bei Extremsituationen aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Bremssystem wird im Gegensatz zur komplexen Ansteuerung mit komplexen hydraulischen Modellen eines Regelventils für die Drucksteuerung ein Kolben verwendet. Die gewünschte Druckänderung wird erfindungsgemäß über eine einfache Verschiebung des HZ-Kolbens realisiert. Die Erfindung sieht vor, dass zur Reduzierung der hydraulischen Schwingungen der zeitliche Verlauf der Druckänderung über den zeitlichen Verlauf der Kolbenverschiebung angepasst wird. Dabei ist eine hochauflösende Kolbenverschiebung von Vorteil, damit die Druckänderung und der zeitliche Ablauf der Druckänderung auch bei kleinen und schnellen Druckänderungen genau und flexibel vorgegeben werden kann. Die hochauflösende Kolbenverschiebung für eine genaue Druckänderung wird unter Berücksichtigung der Druck-Volumen-Kennlinien der Rad- und Hauptzylinder berechnet und mittels Drehwinkelgeber mit Untersetzungsgetriebe zu Motorkommutierung und zur Bestimmung der HZ-Kolbenposition umgesetzt . Die benötigten Kennlinien sind dabei als Kennfeldern im Speicher der Regeleinrichtung abgelegt. Sie können adaptiv sein, d.h. in zeitlichen Abständen durch Korrelation der Kolbenposition mit dem gemessenen Druck im Hauptzylinder ermittelt und korrigiert werden, dies kann z.B. bei Fahrzeugstillstand oder während der Startphase erfolgen. Durch die Steuerung des E- lektromotors kann vorteilhaft sowohl die Druckänderung als auch der zeitliche Verlauf der Druckänderung, die Druckänderungsgeschwindigkeit, abhängig von der Vorgabe des überlagerten Reglers, z.B. ABS-Regler, in weiten Grenzen variiert wer- den. Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder in Abhängigkeit eines Signals eines ü- bergeordneten Reglers und/oder der für die Einregelung eines Solldrucks in einer oder mehreren Radbremsen zur Verfügung stehenden Zeit einen Druckänderungsverlauf auswählt und dem Regler zur Ansteuerung des Elektromotors vorgibt. Besonders vorteilhaft ist die Steuerung des Kolbens über frei wählbare Trajektorien der Motordrehung. Dabei kann der zeitliche Ver- lauf der Druckänderung vom Ist-Druck zum Solldruck beliebig gestaltet werden, so dass nicht nur Druckstufen und Druckrampen, sondern je nach Anforderung auch andere Übergänge, wie z.B. Rampen mit verschliffenen Übergängen von Druckhalten in Druckänderung und Druckänderung in Druckhalten oder sinusför- mige Übergänge realisierbar sind. Somit ist es auch bei sehr schnellen Übergängen vom Ist-Druck zum Soll-Druck möglich, hydraulische Schwingungen zu unterdrücken und gleichzeitig Druckwerte genau einzustellen. Die Trajektorien können in Abhängigkeit der gewünschten bzw. vorgegebenen Druckänderungen und zeitlichen Druckänderungsverläufe experimentell bestimmt werden. Entsprechend der Vorgaben durch den überlagerten Regler, insbesondere des ABS-Reglers, wird die Sollposition des HZ-Kolbens ganz gezielt über geeignete Trajektorien der Motordrehung des Elektromotors, die zum gewünschten Soll-Druck und den zeitlichen Übergang vom Ist-Druck zum Soll-Druck führen, gesteuert. Durch die im Speicher der Regeleinrichtung abgelegten möglichen Trajektorien kann schnell der bestmögliche Druckübergang ausgewählt und eingesteuert bzw. eingeregelt werden . Im Prinzip kann für jedes Rad ein individueller HZ-Kolben verwendet werden. Aus Aufwandsgründen wird jedoch bevorzugt nur ein einzelner HZ-Kolben verwendet. Bei normalen Bremsungen werden die Drücke in den einzelnen Radzylinder synchron über den einen einzelnen HZ-Kolben verstellt. Bei Druckmodulationen für eine übergeordnete Regelung, z.B. Fahrerassistenzsysteme, sind auch radindividuelle Druckänderungen erwünscht. Diese radindividuellen Druckänderungen in den Radzylindern werden dann in einer frei wählbaren Abfolge nacheinander vorgenommen und im Multiplexverfahren durch entsprechende Ansteuerung der Schaltventile den zu regelnden Rädern zugeordnet. Erfolgt die radindividuelle Druckänderung in einem einzelnen Radzylinder, so wird der Druck in den anderen Radzylindern konstant gehalten. Entsprechend der in EP 0672447 beschriebenen Multiplexverfahren (MUX) wird der von ABS/ESP-Reglern und andern übergeordneten Reglern vorgegebene Druck eingestellt. Die Warte- zeit in der der Druck in den anderen Radzylindern konstant gehalten wird, hängt davon ab, wie schnell der Vorgang der Druckänderung in dem einzelnen Radzylinder abgeschlossen werden kann. Dabei ist es für verschiedene übergeordnete Einsätze wichtig, dass der Vorgang der Druckänderung in dem einzelnen Radzylinder im Multiplexverfahren sehr schnell erfolgt, damit die Wartezeiten gering sind, und eine gute übergeordnete Regelung, z.B. ABS, möglich ist.
Aus regelungstechnischen und Komfortgründen ist es dabei besonders wichtig, wie oben beschrieben, hydraulische Schwingun- gen zu vermeiden. Die Form der Trajektorien sollte dabei so ausgewählt werden, dass besonders die schnellen Übergänge von Druckänderung auf Druck halten sehr sanft verlaufen. Auch der Anfang einer Druckänderung sollte nicht zu ruckartig verlaufen. Die Trajektorien werden jeweils bedarfsgerecht angepasst, um in Grenzfällen, z.B. bei einem Sprung im Reibbeiwert der Fahrbahn, eine große Druckänderung schnell zu erzielen. Prinzipiell gilt, dass das Frequenzspektrum der Druckänderung unterhalb der Eigenfrequenzen des hydraulischen Systems, bestehend aus Ventilen, Leitungen, Radzylinder und Hauptzylinder, liegen sollte. Damit kann gewährleistet werden, dass eine optimale Druckmodulation unter den Gesichtspunkten Genauigkeit der eingesteuerten Drücke in den Radzylindern und hydraulische Schwingungen erreicht wird. Damit lässt sich eine bisher nicht mögliche Genauigkeit in der Drucksteuerung im zeitlichen Ver- lauf und Höhe der Druckänderung bei gleichzeitig sehr niedriger Amplitude der hydraulischen Schwingungen erzielen. Durch die Trajektoriensteuerung besteht vorteilhaft auch die Möglichkeit, die Druckdynamik zu reduzieren, sofern dies von den übergeordneten Reglern, z.B. für ACC (Adaptive Cruise Control), gewünscht wird.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen das erfindungsgemäße Bremssystem näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: Blockschaltbild zur Systemdarstellung Trajektoriensteuerung;
Fig. 2: Druckverläufe einer typischen ABS-Bremsung mit einem konventionellen ABS-Gerät und mit PWM- Ansteuerung der Einlassventile;
Fig. 3: Ausschnitt der Druckverläufe einer ABS-Bremsung auf glatter Fahrbahn mit erfindungsgemäßer Kolben- Drucksteuerung;
Fig. 4: Ausschnitt der Druckverläufe einer ABS-Bremsung auf Eis mit erfindungsgemäßer Kolben-Drucksteuerung.
Die Figur 1 zeigt den Grundaufbau eines elektromotorischen Konzeptes der Drucksteuerung wie es aus EP 06724475 und PCT/EP2007/009683 vorbekannt ist. In diesem Konzept steuert der EC-Motor über einen Spindelantrieb 2 den nicht gezeichneten Druckstangenkolben und den hydraulisch angekoppelten Schwimmkolben eines Tandemhauptzylinders (THZ) 3. Die ge- wünschte hochauflösende Kolbenbewegung wird durch eine geregelte Motordrehung erzeugt, die von einem Drehwinkelgeber 5 mit Untersetzungsgetriebe erfasst wird. Der Pedalweg wird von einem Pedalweggeber 4 erfasst, und der elektrischen Steuereinheit ECU 9 zugeführt. Der Druck im THZ 3 wird über Schaltven- tile 7a bis 7d den Radbremsen 8a bis 8d entsprechend der Signale VL, VR, HL, HR zugeleitet. Entsprechend des in EP 06724475 beschriebenen Multiplexverfahrens (MUX) wird der von ABS/ESP und anderen übergeordneten Reglern vorgegebene Druck eingestellt. Abwechselnd wird das entsprechende Schaltventil 7i für die jeweilige Radbremse geöffnet, wobei während dieser Zeit die anderen Schaltventile geschlossen bleiben, um die radindividuelle Drucksteuerung umzusetzen. Dabei ist der zeitliche Druckverlauf u. a. die Druckänderungsgeschwindigkeit und der verschliffene Übergang von Druckhalten in Druckänderung und umgekehrt von Druckänderung in Druckhalten und die Druck- änderungshöhe für eine gute und druckschwingungsarme Regelung entscheidend. Bei hohen Fahrbahnreibwerten μ beträgt die gesamte Druckänderung in den Druckaufbau- und Druckabbauphasen im Mittel bekanntlich ca. 10-15 bar und bei kleinen Reibwerten wie z.B. Eis 3-5 bar mit Druckstufen die ca. 20% betragen. Be- kanntlich erfolgt im Normalfall bei instabilem Rad nach Überschreiten des Maximums der μ-Schlupfkurve der Druckabbau im Bereich der o.g. Druckänderung. Anschließend erfolgt nach einer größeren Druckaufbaustufe von ca. 80% ein kleinerer und langsamerer Druckaufbau von ca. 10%-20%. Dies bedeutet bei Eis eine Druckänderung von größer 1 bar was mit einer Drucksteuerung heutiger Bremssysteme nicht erreicht werden kann.
Die Aufgabe für die elektromotorische Drucksteuerung besteht darin, diese Werte zu erreichen. Bekanntlich beinhaltet die ABS/ESP-Regelung viele Sonderfälle, wie z.B. inhomogene Fahr- bahn, sogenannter μ-Sprung oder tiefe Temperaturen. Aus diesem Grund sollte die erfindungsgemäße Regelung adaptiv sein. Die heutigen Konzepte sind in der Druckabbaugeschwindigkeit begrenzt durch die Drosselwirkung der Regelventile, die nach den Schaltzeiten bei hohen Fahrbahn-Reibbeiwerten (entsprechen ca. 100 bar) ausgelegt sind. Daraus resultieren bei Eis mit ca. 10 bar Blockierdruck relativ kleine Druckabbaugeschwindigkeiten, die bei einem μ-Sprung evt . noch reduziert werden, wenn die Speicherkammer gefüllt ist und die Pumpenförderleistung den Druckgradienten bestimmt. Beim erfindungsgemäßen elektromoto- rischen System haben die Schaltventile keine große Drosselwirkung, so dass die Kolbengeschwindigkeit durch den EC-Motor die Druckänderungsgeschwindigkeit bestimmen kann, wodurch auch bei niedrigen Radzylinderdrücken schnelle und schwingungsfreie Druckänderungen möglich sind.
Die Drucksteuerung entsprechend der Druckanforderungen des ABS/ESP-Reglers in zeitlicher Änderung und Druckänderungsgröße muss daher mit einer speziellen Drucksteuerung umgesetzt werden. Das Bremssystem weist daher eine Regeleinrichtung 9 auf, die eine Trajektoriensteuerung 9a umfasst. Die Solldrucksignale der übergeordneten Regler wie z.B. ABS, ESP, usw. werden radindividuell der Trajektoriensteuerung 9a zugeführt. Das Ausgangssignal der Trajektoriensteuerung 9a ist die Sollposition des EC-Motors und die dazugehörigen Ventilschaltsignale in rein logischer Form. Dabei können vom übergeordneten Regler Prioritäten bedarfsgerecht geändert werden. So kann z.B. in kritischen Fahrsituationen die Präzision der Druckstellung auf den Soll-Druck höher und die Unterdrückung von hydraulischen Schwingungen und Erhöhung von Komfort niedriger priorisiert werden. In Standard-ESP-Regelfallen wird die Drucksteuerung hingegen auf Druckverläufe zurückgreifen die ein sanftes An- fahrverhalten und Abbremsverhalten aufweisen, um möglichst Druckschwingungen im hydraulischen System zu vermeiden. Das Spektrum der möglichen Trajektorien erstreckt sich von linearen Trajektorien über Sinus-Trajektorien oder Sinusquadrad- Trajektorien über Trajektorien die speziell an den Verlauf der Druck-Volumenkennlinie angepasst sind. Man hat damit die Möglichkeit den Druckverlauf vorteilhaft zu beeinflussen und somit die Fahrdynamikregelung von ABS, ESP usw. zu verbessern.
Wird vom übergeordneten Regler ein Druckaufbau oder Druckabbau angefordert, so berechnet die Trajektoriensteuerung 9a zuerst die minimale Zeit die für die Druckstellung benötigt wird. Diese beruht auf einer Funktion, die abhängig vom aktuellen Radzylinderdruck und der angeforderten Druckerhöhung ist f(PiudpR) ) . Über diese Funktion ist gewährleistet, dass stets mit der maximalen Dynamik gearbeitet werden kann. Vom übergeordneten Regler wird eine Bewertung der aktuellen Fahr- Situation übermittelt. Abhängig davon erhöht die Trajekto- riensteuerung das Zeitfenster tTra: prozentual. Nun hat die Trajektoriensteuerung die Auswahl zwischen diversen Trajekto- rien. Das Spektrum der möglichen Trajektorien erstreckt sich von linearen Trajektorien über Sinus-Trajektorien, Sinusquad- rat-Traj ektorien oder Trajektorien die speziell an den Verlauf der Druck-Volumenkennlinie der Radzylinder angepasst sind. Die auswählbaren Trajektorien sind in einem Speicher der Trajektoriensteuerung abgelegt. In Situationen in denen die maximale Kolbengeschwindigkeit erreicht wird, die durch den EC-Motor vorgegeben ist, wird die Trajektoriensteuerung die lineare Trajektorie verwenden. In anderen Situation, in denen die Priorität auf eine komfortable und geräuscharme Druckstellung gelegt wird und das vorgegebne Zeitfenster es aufgrund der EC- Motor-Performance zulässt, können Sinus-Trajektorien oder Si- nusquadrat-Trajektorien ausgewählt werden.
Mit der Trajektoriensteuerung ist es somit möglich, den Druckverlauf vorteilhaft zu beeinflussen und somit die Fahrdynamikregelung von ABS, ESP zu verbessern und insbesondere die Fah- rerirritation durch Fahrerassistenzsysteme zu verringern. Dabei können die Prioritäten entweder auf eine präzise, komfortable und geräuscharme Regelung gelegt werden, welche heute speziell bei Eingriffen durch Fahrerassistenzsysteme wie z.B. ACC gefordert wird, oder eben auf eine Druckmodulation mit ma- ximaler Dynamik. Wird die maximale Dynamik gewählt bzw. vorgegeben, wird allerdings die Druckeinstellung nicht mehr so präzise funktionieren und bei evtl. entstehenden Druckschwingungen wird tendenziell mehr Geräusch entstehen. Meist handelt es sich dabei um Fahrsituationen wie inhomogene Fahrbahnen, μ- Sprung oder ähnliche.
Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Druckverläufe in den Radzylindern mit einem konventionellen ABS-Gerät aus einer typischen ABS-Regelung mit hohem Reibbeiwert der Fahrbahn, bei der PWM-angesteuerte LMV-Regelventile als Einlassventile und schaltende Regelventile als Auslassventile zum Einsatz kommen. Der Druckanstieg verläuft annähernd linear mit geringem Gradient. Der unregelmäßige Gradient des Druckanstiegs zeigt deutlich die Schwierigkeit, mittels PWM-Steuerung einen reproduzierbaren Druckwert einzustellen.
Die Figur 3 zeigt den Druckverlauf in den einzelnen Radzylindern bei einer ABS-Bremsung mit Individualregelung der Räder im Multiplexbetrieb mit Kolben-Drucksteuerung auf glatter Fahrbahn (Glatteis) . Die Drückänderungen zeigen vorgegebene rampenförmige Druckverläufe, die mittels Trajektorienvorgabe für die Motordrehung sowohl für den Druckaufbau als auch für den Druckabbau umgesetzt wird. Die Figur 3 zeigt auch den Multiplexbetrieb. Während einer Druckänderung in einem Radzylinder bleiben die Drücke in den anderen Radzylinder konstant. Der Betrag des Druckgradienten ist hierbei wählbar und abhän- gig vom Druckniveau, von dem geforderten Druckänderungsbetrag und Druckänderungsvorzeichen im Radzylinder und für eine gute ABS-Regelung so groß wie möglich gewählt (wie vom Steller umsetzbar) , unter der Bedingung, dass die hydraulischen Druckschwingungen ein akzeptables Niveau nicht überschreiten.
Die Figur 4 zeigt in einem Ausschnitt der Bremsdrücke in den Radzylinder einer ABS-Bremsung mit Individualregelung an der Vorderachse und mit Select-Low-Regelung an der Hinterachse auf glatter Fahrbahn (Glatteis) im Multiplexbetrieb mit Kolben- Drucksteuerung. Der vorgegebene Druckverlauf ist hier rampen- förmig mit einem aufgeprägten Sinus. Auch dieser Druckverlauf kann mittels Trajektorienvorgabe für die Motordrehung sowohl für den Druckaufbau als auch für den Druckabbau bewirkt werden. Die deutlich sichtbaren verschliffenen Verläufe bei den Übergängen von Druckhalten in Druckauf- oder Druckabbau und von Druckauf- oder Druckabbau in Druckhalten helfen, die hydraulischen Druckmodulationsschwingungen weiter zu reduzieren. Bezugs zeichenliste :
1 Bremspedal
2 Bremskraftverstärker über E-Motor und Spindel ange- trieben
3 Tandemhauptzylinder (THZ)
4 Pedalhubsensor
5 Drehwinkelgeber mit Untersetzungsgetriebe zur Motorkommutierung und zur Bestimmung der HZ-Kolbenposition 6 Drucksensor im DK-Kreis
7a-7d 2/2-Schaltventile
8a-8d Radzylinder VL, VR, HL, HR
9 ECU-Blockschaltbild
9a Trajektoriensteuerung tTra: Zeitfenster in der eine Trajektorie gelegt werden kann pR Radzylinderdruck dpR angeforderte Druckdifferenz am Radzylinder
Sk HZ-Kolbenposition

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem (2,3) von einem Elektromotor angetriebenen ist und mindestens einen Arbeitsraum aufweist, der über hydraulische Leitungen mit mindestens einer Radbrem- se in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil (7a, 7b, 7c, 7d) zugeordnet ist mittels dem die hydraulische Verbindungsleitung zwischen der Radbremse (8a, 8b, 8c, 8d) und dem Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (2, 3) verschließbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile (7a, 7b, 7c, 7d) von einer Regeleinrichtung angesteuert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder in Abhängigkeit eines Signals eines übergeordneten Reg- lers und/oder der für die Einregelung eines Solldrucks in einer oder mehreren Radbremsen zur Verfügung stehenden Zeit einen Druckänderungsverlauf auswählt und dem Regler zur Ansteuerung des Elektromotors vorgibt.
2. Bremssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung für jede Radbremse einen individuellen Druckänderungsverlauf ermittelt.
3. Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung unter Berücksichtigung der Druck-Volumen-Kennlinien der Radbremsen und des Kolben-Zylindersystems (HZ) die erforderliche Kolbenverschiebungsfunktion (s (t) ) für den Kolben des Kolben-Zylindersystems aus dem zuvor für mindestens eine Radbremse bestimmten Druckänderungsverlauf berechnet .
4. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung für die Umsetzung des einzuregelnden Druckänderungsverlaufs die Traj ektoriensteuerung der Motordrehung verwendet .
5. Bremssystem nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die von der Regeleinrichtung auswählbaren Trajektorien experimentell aus vorgegebenen Druckänderungsverläufen ermittelt und in einem Speicher der Regeleinrichtung zum Abruf abgespeichert sind.
6. Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung die Trajektorien, insbesondere die im Speicher abgelegten Trajektorien, in Abhängigkeit von Eingangsparametern, insbesondere einem oder mehreren Parametern aus der Gruppe von „zeitlichem Verlauf der Druckänderung", „Druck im Radzylinder einer oder mehrerer Radbremsen", „Umgebungstemperatur", „Temperatur des Ventilblocks", „Fahrzeuggeschwindigkeit", „fahrdynamischen Bedingungen", „Reibbeiwert der Fahrbahn", „Zeitliche Änderung des Reibbeiwerts der Fahrbahn", modifiziert oder adaptiert.
7. Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung aus den abgespeicherten oder adaptierten Trajektorien diejenige (n) auswählt, die bei den vorgege- benen Bedingungen einen sanften Übergang bei der Einrege- lung des Bremsdrucks, eine minimale Geräuschentwicklung des Bremssystems und/oder geringe hydraulische Schwingungen im Bremssystem bewirkt.
8. Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung bei der Auswahl der Trajektorie (n) für die Einregelung einer Druckänderung in einer oder mehreren Radbremse bzw. Radbremsen, die geforderte Druckänderung einer oder mehrerer anderen bzw. anderer Radbremsen berücksichtigt .
9. Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Re- geleinrichtung die zur Verfügung stehende Zeit tTra: für die Einregelung eines neuen Druckniveaus aufgrund der Funktion tTra:= f (pR,dpR) berechnet.
10. Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anre- gungsfrequenzen im Bremsdruck einer gewählten Trajekto- rienform und/oder -dynamik unterhalb der Eigenfrequenzen des hydraulischen Systems, welches insbesondere aus den Schaltventilen, Leitungen, Radbremse besteht, liegt.
11. Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass lineare Tra- jektorien, sinusförmige Traj ektorien, sinusquadratische Trajektorien oder Trajektorien die speziell an den Verlauf der Druck-Volumenkennlinie der Radzylinder angepasst sind, im Speicher abgelegt sind.
12. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die ü- bergeordnete Regelung der ABS- und/oder ESP-Regler ist.
13. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Re- geleinrichtung in Abhängigkeit von Komfortanforderungen eines übergeordneten Reglers, insbesondere des ACC (Adaptive Cruise Control), die Dynamik des Übergangsverhaltens bei der Einregelung eines geforderten neuen Bremsdrucks berücksichtigt .
14. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Re- geleinrichtung anhand des Druckgebersignals im Druckkolben-Kreis den Elektromotor zur Kolbenverstellung regelt.
15. Bremssystem nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung den vor dem Regelvorgang vorgegebenen Solldruck nach Abschluss des Regelvorgangs mit dem IST-Druck vergleicht.
16. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regeleinrichtung die Druck-Volumenkennlinie einer oder mehrerer Radbremsen und/oder des Kolben-Zylindersystems beim Fahrzeugstart und/oder beim Fahrzeugstillstand überprüft, insbesondere die abgelegte (n) Druck-Volumenkennlinie (n) adaptiert .
17. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mo- tordrehdynamik und die Drehwinkelauflösung des Elektromotors groß ist, derart, dass der Kolben des Kolben- Zylindersystems mit einer hohen Auflösung, insbesondere mittels eines hochauflösenden Drehwinkelgebers, zur Druckeinregelung mit radindividuellen variablen Verläufen der Druckänderungen gleichzeitig und/oder nacheinander in den Radbremsen positionier- bzw. bewegbar und eine gute übergeordnete Regelung (z.B. ABS) möglich ist.
18. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Drehwinkelgeber zur Ermittlung der Kolben- oder Motorposition eine hohe Winkelauflösung hat, wobei die hohe Winkelauflösung durch ein Untersetzungsgetriebe vergrößerbar ist.
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