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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer hydraulischen Pumpe in einem Bremssystem und eine entsprechende Bremsanlage.
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Für autonomes Fahren bzw. teilautonomes Fahren ist es ab einer gewissen Geschwindigkeitsschwelle unerlässlich, dass das Fahrzeug sicher abgebremst werden kann. Dabei soll auch die Stabilität des Fahrzeugs gewährleistet sein. Dazu sind typischerweise zwei unabhängige Druckquellen notwendig, welche einen hydraulischen Druck in der Bremsanlage und damit an den Radbremsen zur Verfügung stellen können. Zur Einhaltung hoher Sicherheitsstandards muss die Funktionsfähigkeit der Bremssysteme gewährleistet sein und muss daher in gewissen Abständen geprüft werden. Die Prüfung erfolgt in der Regel durch Auswertung integrierter Drucksensoren bei Normalbremsungen oder in gesonderten Testläufen. Dazu werden in den Systemen, die für den Druckaufbau in der Rückfallebene zuständig sind, zusätzliche Drucksensoren integriert. Die Druckaufbauprüfung in Systemen mit elektrischen Bremskraftverstärkern (EBKV) und einer radindividuellen Druckregelung, insbesondere bei Stabilitätssystemen (ESC), erfordert zusätzliche Drucksensorik in den Radbremskreisen.
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Die zusätzlichen Drucksensoren sind ein hoher Kostenfaktor und vergrößern den erforderlichen Bauraum für die Aggregate. Zudem müssen auch die Drucksensoren wiederum auf Funktionstüchtigkeit geprüft werden. Druckaufbauten über die zusätzliche Druckquelle bei Normalbremsungen verursachen für die Mehrheit der Kunden nicht annehmbare Geräusche. Separate Druckaufbauten zu Testzwecken stören i.d.R. den Fahrer, da die Ursache des Geräuschs für diesen nicht nachvollziehbar ist. Die gleichen Probleme treten auch bei anderen Bremseinheiten, wie einem brake-by-wire System auf.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktionsfähigkeit von Bremsanlagen mit einer elektrischen Bremseinheit und einem Bremssystem mit eigener Druckquelle zu überprüfen.
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Die Lösung besteht darin, im Systemverbund Elektronische Bremseinheit und Bremssystem bestehende Eigenschaften der Komponenten zu nutzen, um sicherzustellen, dass das Bremssystem in der Rückfallebene Druck aufbauen kann. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer hydraulischen Pumpe in einem Bremssystem, mittels der Schritte:
- a) Fördern von Bremsflüssigkeit mittels einer elektrischen Bremseinheit in fluider Verbindung mit dem Bremssystem in einen Niederdruckspeicher des Bremssystems,
- b) Rückfördern der Bremsflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher zur elektrischen Bremseinheit mittels der hydraulischen Pumpe des Bremssystems,
- c) Vergleich von Überprüfungsdaten mit Sollwerten und Evaluierung der Funktionsfähigkeit basierend auf dem Vergleich.
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Das Bremssystem kann insbesondere als ESC-System (Electronic Stability Control - Elektronische Stabilitäts-Kontrolle) ausgebildet sein, welches die Bremsdrücke der einzelnen Radbremsen unabhängig voneinander einstellen kann, um Stabilitätseingriffe in das Fahrverhalten des Fahrzeugs vorzunehmen. Durch das Verschieben von Bremsflüssigkeit wird somit auf besonders einfache Weise die Funktionsfähigkeit überprüft, wodurch die Sicherheit erhöht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Bremseinheit ein elektrischer Bremskraftverstärker und/oder ein brake-by-wire Bremssystem.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst Schritt a):
- - Kommunizieren einer Druck-, Bremsmoment- und/oder Volumenanforderung an den elektrischen Bremskraftverstärker,
- - Schalten einer Ventilanordnung des Bremssystems zur Herstellung einer strömungsoffenen Verbindung zwischen dem elektrischen Bremskraftverstärker und dem Niederdruckspeicher des Bremssystems.
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Als Bremsmomentanforderung kann bevorzugt ein Wert zwischen 10Nm und 100Nm, besonders bevorzugt von 30Nm bis 50Nm übermittelt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Schritt a) in einer ungebremsten Situation durchgeführt und/oder Schritt b) in einer gebremsten Situation durchgeführt. Während Schritt a) befindet sich die Bremsanlage somit gerade in einem ungenutzten Zustand. Eine mögliche Bremsung wird somit nicht beeinflusst, wodurch die Sicherheit immer gewährleistet ist. Außerdem könnte in einer ungebremsten Situation je nach Ausführung des Elektronischen Bremskraftverstärkers die Pedalbewegung vom Fahrer wahrgenommen werden.
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Durch die Durchführung von Schritt b) während einer Bremsung gehen möglicherweise auftretende Geräusche gut in der allgemeinen Geräuschkulisse der Bremsung unter. Bei einer ungebremsten Ausführung von Schritt b) wäre außerdem die Auswertung der Messwerte schwieriger, da das verschobene Volumen nur dem angeforderten Moment/Druck entspricht. Im gebremsten Zustand entspricht das verschobene Volumen einem deutlich höheren Moment/Druck, was die Auswertung der Signale einfacher und verlässlicher macht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) die Bremsflüssigkeit in einen Hauptzylinder des elektrischen Bremskraftverstärkers gefördert. Die Bremsflüssigkeit steht damit direkt für die nächste Bremsung zur Verfügung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst Schritt b) das Regeln eines Drucks in dem Hauptbremszylinder auf einen Solldruckwert. Der elektronische Bremskraftverstärker stellt somit einen Solldruckwert ein, der basierend auf einer Betätigung des Bremspedals oder einer Anforderung eines Assistenzsystems bestimmt wird. Zur Regelung kann der aktuelle Druck in dem Hauptbremszylinder durch einen Drucksensor oder Auswertung anderer Signale, wie etwa dem Motormoment, gemessen werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Schritt b) durchgeführt, wenn eine Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder des elektrischen Bremskraftverstärkers zu einem Vorratsbehälter unterbrochen ist. Somit führt zusätzliches Volumen, welches in den Hauptbremszylinder gefördert wird zu einem Druckanstieg, welcher einfach zu detektieren ist und der somit ausgeregelt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Schritt b) durchgeführt, wenn der Solldruck für eine vorgegebene Zeitspanne konstant war. In einer solchen stationären Situation lässt sich der Druck besonders gut regeln. Das System hat in einem stationären Zustand wenig Einfluss durch die Viskosität der Bremsflüssigkeit. Darüber hinaus ist die Auswertung in Schritt c) genauer. Im nichtstationären Zustand wäre gegebenenfalls unklar, ob die Änderung der Istwerte durch das Zurückfördern der Flüssigkeit oder durch einen neuen Sollwert verursacht wurde. Hier müsste entsprechend eine Bilanzierung durchgeführt werden, die somit im stationären Zustand entfallen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst Schritt b) das Kommunizieren einer negativen Volumenanforderung an den elektrischen Bremskraftverstärker, welcher im Betrag dem Volumenstrom der hydraulischen Pumpe des Bremssystems entspricht. Während der Füllstand des Niederdruckspeichers durch die hydraulische Pumpe abgebaut wird, muss die Regelung daher nicht reagieren, sondern hat bereits als Anforderung den gegenläufigen Volumenstrom. Ausgeregelt werden müssen somit lediglich Fluktuationen um den gewünschten Volumenstrom.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst Schritt b)
- - Feststellen, dass für eine vorbestimmte Zeitdauer keine Bremsung durchgeführt wurde,
- - Kommunizieren einer Volumenanforderung an den elektrischen Bremskraftverstärker, welche Schnüffellöcher in dem Hauptbremszylinder des elektrischen Bremskraftverstärkers gerade verschließt,
- - Schließen der Einlassventile der Radbremsen;
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Somit kann des Testverfahren auch ohne Vorliegen einer Bremsung innerhalb einer vorgegebenen Zeit sicher abgeschlossen werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Überprüfungsdaten während des Rückförderns aufgenommen. Es wird demnach eine Überwachung während der Aktivität der Hydraulikpumpe umgesetzt, wodurch Informationen über deren Funktionstüchtigkeit gesammelt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Überprüfungsdaten einen Verfahrweg des Bremskraftverstärkers. Dieser ist besonders einfach zu messen, wobei entsprechende Sensorik im Allgemeinen bereits vorhanden ist und somit keinerlei zusätzliche Kosten verursacht werden.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Bremssystem zur radindividuellen Regelung von Bremsdrücken in zumindest einer Radbremse, aufweisend eine hydraulische Pumpe, deren Druckseite mit einem Einlassventil, zur Verbindung mit einer Radbremse, und, insbesondere über ein Überströmventil, mit einem Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem Hauptzylinder einer elektrischen Bremseinheit verbunden ist, und deren Sauganschluss über ein Umschaltventil mit dem Eingangsanschluss, mit einem Auslassventil, zur Verbindung mit einer Radbremse, und mit einem Niederdruckspeicher verbunden ist, wobei ein Steuergerät zur Regelung des Bremssystems vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist ein vorstehendes Verfahren durchzuführen. Wenn als Bremseinheit ein Bremskraftverstärker eingesetzt wird, kann der Hauptzylinder der bekannte Hauptzylinder des Bremskraftverstärkers sein. Wird hingegen eine andere Bremseinheit, insbesondere ein brake-by-wire System verwendet, so ist der Hauptzylinder bevorzugt die Einrichtung, welche das elektrisch bewegte Volumen umfasst, beispielsweise ein Linearaktuator.
- 1 zeigt schematisch einen elektronischen Bremskraftverstärker,
- 2 zeigt eine Bremsanlage mit einem elektronischen Bremskraftverstärker und einem ESC-System,
- 3 zeigt charakteristische Größen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 zeigt weitere charakteristische Größen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 5 zeigt weitere charakteristische Größen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 6 zeigt weitere charakteristische Größen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 7 zeigt weitere charakteristische Größen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 8 zeigt einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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In 1 ist ein elektronischer Bremskraftverstärker (EBKV) 1 dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieser weist ein Reservoir 2 auf, in welchem die Bremsflüssigkeit gespeichert ist. Ein erster Kolben 3 ist über eine Kolbenstange 9 mit einer elektrischen Antriebseinheit verbunden, welche den ersten Kolben linear verfahren kann. Der elektronische Bremskraftverstärker 1 weist außerdem einen zweiten Kolben 4 auf, wobei der erste Kolben 3 einen ersten Bremskreis 5 und der zweite Kolben 4 einen zweiten Bremskreis 6 mit Bremsflüssigkeit versorgt. Der zweite Kolben 4 bewegt sich über die hydraulische Kopplung und eine Feder gemeinsam mit dem ersten Kolben 3. Im Hydraulikraum des ersten Kolbens 3 ist ein erstes Schnüffelloch 7 angeordnet und im Hydraulikraum des zweiten Kolbens 4 ist ein zweites Schnüffelloch 8 angeordnet, welches jeweils bei vollständig zurückgefahrenem Kolben 3, 4 eine strömungsoffene Verbindung zum Reservoir 2 darstellt. Alternativ kann ein einkolbiger Hauptzylinder genutzt werden.
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Wie in 2 dargestellt kann ein elektronischer Bremskraftverstärker 1 mit einem nachgeschalteten ESC-System 10 ausgestattet werden, um radindividuelle Bremsdruckmodulationen vornehmen zu können. Das ESC-System 10 weist als Kernelement eine hydraulische Pumpe 17 auf, deren Saugseite über ein Umschaltventil 12 mit dem elektronischen Bremskraftverstärker 1 verbunden ist und deren Druckseite über ein Trennventil 11 mit dem elektronischen Bremskraftverstärker 1 verbunden ist. Gleichzeitig weist die hydraulische Pumpe 17 mit ihrer Druckseite über zumindest ein Einlassventil 13 eine Verbindung an zumindest eine Radbremse 16 auf. Die Saugseite ist überje ein Auslassventil 14 mit den Radbremsen 16 verbunden. Darüber hinaus ist auf der Saugseite der hydraulischen Pumpe 17 ein Niederdruckspeicher 15 angeordnet. In 2 dargestellt ist eine diagonale Bremskreisaufteilung, es kann jedoch auch eine Aufteilung zwischen den Vorderradbremsen und den Hinterradbremsen erfolgen (schwarz-weiß). Der zweite Bremskreis ist äquivalent aufgebaut.
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In 3 ist nun ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, für den Fall, dass das ESC-System 10 und der elektronische Bremskraftverstärker 1 über eine Gesamtbremsmomentschnittstelle verbunden sind, über welche diese kommunizieren. In diesem ersten Schritt wird Bremsflüssigkeitsvolumen in dem ESC-System (Bremssystem) 10 gespeichert. In einer ungebremsten Situation fordert das ESC-System 10 dazu ein Gesamtbremsmoment, also ein Sollbremsmoment 20, größer als null, insbesondere von 30 Nm bis 50 Nm an und verbietet die Umsetzung über regeneratives Bremsen. Das ESC System 10 aktiviert dabei die Auslassventile 14 und speichert somit das Bremsflüssigkeitsvolumen im Niederdruck Speicher (NDS) 15. Die Auslassventile 14 werden dabei geöffnet, um kein wirksames Bremsmoment 21 aufzubauen. Die Anforderung des Sollbremsmoments 20 wird beendet, sobald der Füllstand 22 des Niederdruckspeichers 15 ausreichend hoch ist. Zur Umsetzung dieser Anforderung fährt der elektronische Bremskraftverstärker 1 nach vorne, um Bremsflüssigkeitsvolumen zu fördern und entsprechend steigt der Verfahrweg 23 des elektronischen Bremskraftverstärker (EBKV) an.
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Das System wartet nun zur Umsetzung eines Tests mit gefülltem Niederdruckspeicher 15 auf eine Bremsanforderung (4). Diese kann durch Betätigung eines Bremspedals vom Fahrer ausgelöst sein oder es kann sich um eine Anforderung eines Assistenzsystems handeln. Liegt ein stationärer Zustand, also ein Zustand mit einem konstanten Sollbremsmoment 20, vor, wird das Volumen aus dem Niederdruckspeicher 15 zurück in den Hauptbremszylinder des elektronischen Bremskraftverstärkers 1 gefördert. Dazu wird die hydraulische Pumpe 17 des ESC-Systems entsprechend angesteuert. Die damit verbundene Druckerhöhung wird erkannt und entsprechend ausgeregelt. Das wirksame Bremsmoment 21 bleibt daher bis auf kleine Schwankungen im Wesentlichen konstant. Die Tatsache, dass der Druck erhöht wurde, also Volumen in den Hauptbremszylinder gefördert wurde, ist am Verfahrweg 23 des elektronischen Bremskraftverstärkers 1 sichtbar, welcher durch Zurückfahren das eingebrachte Volumen ausgleichen muss. Als Verfahrweg des elektronischen Bremskraftverstärkers kann insbesondere der Verfahrweg des Aktuators verwendet werden. Die Druckerhöhung kann außerdem mittels Drucksensor detektiert werden.
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Daraus kann geschlossen werden, dass das ESC-System in der Lage ist Druck aufzubauen und eine Funktionsfähigkeit somit gegeben ist.
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Während des Rückförderns ist die Verbindung des Hauptzylinders zum Vorratsbehälter unterbrochen, das heißt, die Schnüffellöcher geschlossen. Dazu kann der EBKV Verfahrweg größer als ein Mindestwert s0 sein. So kann ohne Ventilschaltung Druck aufgebaut werden und der mit dem Hauptbremszylinder verbundene Drucksensor zur Druckmessung herangezogen werden.
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Im Falle, dass eine Bremsung mit rein regenerativer Verzögerung vorliegt, kann das ESC-System eine Umsetzung als reines Reibbremsmoment anfordern, bzw. eine Teilumsetzung als Reibbremsmoment anfordern.
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Es besteht die Möglichkeit, dass ein Steuergerät des ESC-Systems und ein Steuergerät des elektrischen Bremskraftverstärkers miteinander kommunizieren und sich diese insbesondere über einen aktiven oder bevorstehenden Test informieren.
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Alternativ kommuniziert das ESC-System 10 anstelle des Gesamtbremsmoments eine Volumenstromanforderung 25 an den elektronischen Bremskraftverstärker 1, wie dies in 5 dargestellt ist. Diese wird auf ein vorbestimmten Wert Q3 gesetzt und für eine bestimmte Dauer aufrechterhalten, bis der Füllstand 22 des Niederdruckspeichers 15 groß genug ist. Auch in diesem Fall werden die Auslassventile 14 geöffnet, um kein wirksames Bremsmoment aufzubauen.
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Das Zurückfördern erfolgt dann gemäß 6, wobei wieder auf eine Normalbremsung oder autonome Bremsung gewartet wird. Entsprechend ist das Bremsmoment 26 wieder größer als null. Gleichzeitig wird eine Volumenstromanforderung 28 an die ESC-Hydraulikpumpe 17 gesendet. Es wird somit Volumen aus dem Niederdruckspeicher 15 zurück zum elektronischen Bremskraftverstärker 1 gefördert, wodurch der Füllstand 22 des Niederdruckspeichers 15 abnimmt. Der Hauptzylinderdruck 27 wird währenddessen auf dem für die aktuelle Bremsung notwendigen Druckwert gehalten und Störungen ausgeregelt. Das durch die ESC-Hydraulikpumpe 17 eingebrachte Volumen wird daher durch ein Zurückfahren des EBKV ausgeglichen, was sich wiederum im Verfahrweg 23 des EBKV zeigt.
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Eine leicht abgewandelte Variante ist in 7 gezeigt. Auch dabei wird bei Vorliegen einer Bremsung, also einem Bremsmoment 26 größer als null, eine Volumenstromanforderung 28 an die ESC-Hydraulikpumpe 17 gesendet. Gleichzeitig wird an den elektronischen Bremskraftverstärker 1 eine gegenläufige Volumenstromanforderung 25 gesendet, welche die Volumenstromanforderung 28 an die ESC-Hydraulikpumpe 17 gerade ausgleicht. Während der Füllstand 22 des Niederdruckspeichers 15 dadurch abgebaut wird, ist die Ausregelung des Hauptzylinderdrucks 27 wesentlich genauer, da die Regelung nicht reagieren muss, sondern bereits als Anforderung den gegenläufigen Strom bekommt. Ausgeregelt werden müssen somit lediglich Fluktuationen um den gewünschten Volumenstrom 25, 28. Es ist besonders vorteilhaft die Streckenparameter in der Volumenstromvorgabe für den EBKV zu berücksichtigen.
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Wie oben beschrieben, wartet die Bremsanlage mit der Rückförderung des Volumenstroms eine Bremsung ab. Tritt jedoch für eine unzulässig lange Zeit keine Bremsung mit einem Druckaufbau auf, kann ein weiterer Verfahrensteil umgesetzt werden, welcher schematisch in 8 dargestellt ist. Dazu wird über eine Volumenstromanforderung der EBKV in eine Position verfahren, in welcher die Schnüffellöcher gerade geschlossen sind. Danach werden die Einlassventile 13 aller Radbremsen 16 geschlossen und das Rückfördern wird begonnen. Sobald der Hauptzylinderdruck einen gewissen Wert überschreitet, ist bewiesen, dass das ESC-System Druck aufbauen kann. Idealerweise erfolgt dies im gesicherten Fahrzeugstillstand, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
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Durch die Erfindung wird es somit ermöglicht, ohne Veränderungen in Aufbau der Bremsanlage die Funktionsfähigkeit der ESC-Hydraulikpumpe zu überwachen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronischer Bremskraftverstärker
- 2
- Reservoir
- 3
- Erster Kolben
- 4
- Zweiter Kolben
- 5
- Erster Bremskreis
- 6
- Zweiter Bremskreis
- 7
- Erstes Schnüffelloch
- 8
- Zweites Schnüffelloch
- 9
- Kolbenstange
- 10
- ESC-System
- 11
- Trennventil
- 12
- Umschaltventil
- 13
- Einlassventil
- 14
- Auslassventil
- 15
- Niederdruckspeicher
- 16
- Radbremse
- 17
- Hydraulikpumpe
- 20
- Sollbremsmoment
- 21
- Wirksames Bremsmoment
- 22
- NDS Füllstand
- 23
- EBKV Verfahrweg
- 25
- Volumenstromanforderung EBKV
- 26
- Bremsmoment
- 27
- Hauptzylinderdruck
- 28
- Volumenstromanforderung an die Hydraulikpumpe des ESC