Patentanspruchsmerkmale – mod. Anspruch im Nichtigkeitsverfahren ​

(finale Rechtsbeständigkeit bestätigt durch 2. Instanz BGH)

1. Bremsanlage, eine Betätigungseinrichtung (30), nämlich ein Bremspedal, einen Pedalwegsensor (38) zur Erfassung eines Pedalwegs des Bremspedals und eine Steuer- und Regeleinrichtung (22) aufweisend, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (22) unter Berücksichtigung des erfassten Pedalwegs eine Antriebsvorrichtung (5c, 6, 7, 7a) mit einem Elektromotor (8) steuert, ​
2. wobei die elektromotorische Antriebsvorrichtung ein bürstenloser Motor ist, der von Endstufen (21) über drei Stränge von einem Microcontroller (22) gesteuert wird, ​
3. wobei die Antriebsvorrichtung (5c, 6, 7, 7a) einen Kolben (1, 1a) eines Kolben-Zylinder-Systems über eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung verstellt, so dass sich im Arbeitsraum (4′, 4a’, 4b’) des Zylinders ein Druck einstellt, ​
4. wobei der Arbeitsraum (4′, 4a’, 4b’) über eine Druckleitung (13) mit einer Radbremse in Verbindung ist, ​
5. wobei bei Ausfall der Antriebsvorrichtung (5c, 6, 7, 7a) die Betätigungseinrichtung den Kolben (1) verstellt,​
6. gekennzeichnet durch: ​

1. einen Stromsensor (23) zur Messung eines Stroms des Elektromotors, ​
2. wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, entsprechend einer Verstärkerkennlinie eine stromproportionale Drucksteuerung vorzunehmen, ​
3. wobei unter Verwendung des Stromsensors (23) eine Position des Kolbens angefahren wird, die einem bestimmten Druck entspricht, ​
4. wobei das Kolben-Zylinder-System eingerichtet ist, gleichsam einen Bremsdruckaufbau und Bremsdruckabbau zur Realisierung einer ABS-Regelung zu erzeugen.

Kurzfassung:​
Die Erfindung ist ein F-BbW Bremssystem mit einer Betätigungseinrichtung (Bremspedal), einem Pedalwegsensor zur Erfassung des Pedalwegs, einer Steuer- und Regeleinrichtung sowie einem bürstenlosen Elektromotor, die zusammen mit einem Kolben-Zylinder-System und einem Stromsensor den Bremsdruck proportional zur Pedalweg-Erfassung steuern und eine ABS-Regelung ermöglichen, wobei bei Ausfall der Antriebsvorrichtung eine manuelle Betätigung des Kolbens möglich ist​
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Technische Relevanz​
Die Erfindung ist von hoher technischer Relevanz für moderne Brake-by-Wire-Systeme (BbW), da sie auch ein frühes Modell eines rein elektromechanischen Bremssystems darstellt. Sie integriert Schlüsselkomponenten wie bürstenlose Elektromotoren, Stromsensoren und eine ABS-Funktion in Form einer automatisierten Stotterbremse. Damit legt sie den Grundstein für eine sicherheitskritische Funktionalität, insbesondere für Fahrzeuge mit hochautomatisiertem Fahrbetrieb gemäß SAE-Stufe 3 (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/SAE_J3016/). Neben der automatisierten Stotterbremse verfügt das System über eine zusätzliche Rückfallebene: die manuelle Betätigung über ein konventionelles Bremspedal.

Patentanspruchsmerkmal (Anspruch 1)

1. Verfahren zur Steuerung einer Bremsanlage mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung (5c, 6, 7, 7a), ​
2. wobei die elektromotorische Antriebsvorrichtung (5c, 6, 7, 7a) einen Kolben (1) eines Kolben-Zylinder-Systems über eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung verstellt, so dass sich in einem Arbeitsraum (4′, 4a’, 4b’) des Zylinders ein Druck einstellt,​
3. wobei unter Verwendung einer Sensorik sowie eines Wegsimulators eine variable Pedalcharakteristik eingeregelt wird, ​
4. wobei eine Zuordnung des Drucks zu einer Pedalkraft frei variabel ist ​
5. und bei einem rekuperierbaren Bremsen mittels eines Generators unter Berücksichtigung eines Korrekturwerts erfolgt, so dass die Bremswirkung des Generators berücksichtigt wird,​
6. wobei die Antriebsvorrichtung der Bremsanlage ein bürstenloser Elektromotor ist, bei dem unter Berücksichtigung einer Positionsbestimmung des Kolbens sowie einer Strommessung drei Stränge mittels eines Microcontrollers angesteuert werden.

Kurzfassung:​
Elektrohydraulisches Bremssystem mit bürstenlosem Motor, Strom- und Positionsregelung des Elektromotors zur präzisen Drucksteuerung im regenerativen Bremsbetrieb. Dabei wird ein Korrekturwert berücksichtigt, der das generatorische Bremsmoment des Fahrzeugantriebsmotors im Rekuperationsmanagement des Bremssystems ausgleicht.​
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Technische Relevanz​
Die technische Relevanz dieses Patents liegt in der präzisen Druckregelung eines regenerativen Bremssystems, das ein fein abgestimmtes Blending zwischen der elektromotorischen Rekuperation des Fahrzeugantriebsmotors und der hydraulischen Bremskraft ermöglicht.​
Das System steigert die Energieeffizienz des Fahrzeugantriebs, indem es kinetische Energie beim Bremsvorgang zurückgewinnt, und sorgt gleichzeitig für ein gleichbleibendes Pedalgefühl während des Blendings. Dies wird erreicht, indem der hydraulische Bremsdruck dynamisch so angepasst wird, dass die vom Fahrer wahrgenommene Betätigungskraft proportional zur tatsächlichen Fahrzeugverzögerung bleibt – auch während der Rekuperation. Dies wird auch Pedalkraftblending genannt.​
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Besonders entscheidend ist die präzise Druckregelung im Zusammenhang mit einem elektrohydraulischen Folgebremskraftverstärker mit Pedalwegsimulator, welches den Bremsdruck in Abhängigkeit vom Pedalweg darstellt. In dieser Konfiguration wirkt sich jede Veränderung des hydraulischen Drucks unmittelbar auf das vom Fahrer wahrgenommene Pedalgefühl aus. Daher muss eine Druckreduktion im Rahmen rekuperativen Bremsens in eine proportionale Anpassung der Verstärkungsleistung des Bremskraftverstärkers umgesetzt werden.

Patentanspruchsmerkmale (Anspruch 1)

1. Bremsanlage, eine Betätigungseinrichtung (33), nämlich ein Bremspedal (30), und eine Steuer- und Regeleinrichtung (22) aufweisend, ​
2. wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (22) anhand der Bewegung und/oder Position der Betätigungseinrichtung (33) eine elektromotorische Antriebsvorrichtung (7a, 6, 5c) steuert, ​
3. wobei die Antriebsvorrichtung (7a, 6, 5c) einen Kolben eines Kolben-Zylinder-Systems über eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung verstellt, ​
4. so dass sich in einem Arbeitsraum (4a‘) eines Zylinders des Kolben-Zylinder-Systems ein Druck einstellt, ​
5. wobei der Arbeitsraum über mehrere Druckleitungen (13, 13a) mit zwei oder vier Radbremsen (15, 17) mit Radbremsventilen (14, 15) in Verbindung ist, ​
6. wobei eine Sensorik sowie ein Wegsimulator (38) vorgesehen sind, um eine variable Pedalcharakteristik einzuregeln,​
7. wobei die Antriebsvorrichtung (7a, 6, 5c), ein bürstenloser Elektromotor ist, der über drei Stränge mittels eines Mikrocontrollers (22) gesteuert ist,​
8. wobei zumindest in einem Brake-by-Wire-Betrieb ein Druckanstieg unabhängig von Pedalbetätigung frei variabel erfolgt, ​
9. wobei zumindest bei Bremsbeginn zur Verkürzung des Bremswegs bei vollständiger Öffnung mindestens eines der Radbremsventile (14, 15) ein schneller Druckanstieg durch Voll- oder Teilbestromung der Antriebsvorrichtung (7a, 6, 5c) implementiert ist,​
10. wobei die Bremsanlage dazu ausgebildet ist, zur Einstellung eines vorgegeben Drucks eine Position des Kolbens zu bestimmen und diese Position dann anzufahren.

Kurzfassung:​
Die Erfindung beschreibt ein elektrohydraulisches Fail Safe Brake-by-Wire (F-BbW) Bremssystem, das durch einen hochdynamischen elektromotorischen Antrieb und präzise Positionsregelung des Kolbens einen extrem schnellen Druckaufbau ermöglicht, um den Bremsweg zu verkürzen.​
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Technische Relevanz​
Die technische Relevanz dieses Patents liegt in der Fähigkeit, durch präzise Kolbenpositionsregelung einen extrem schnellen Bremsdruckaufbau zu realisieren – und damit automatisch, ohne Fahrereingriff, eine sehr schnelle Bremsung einzuleiten, was für eine Automatisch Notbremsung (AEB) von zentraler Bedeutung ist.​
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Diese Innovation ist von zentraler sicherheitstechnischer Bedeutung, da sie eine unmittelbare Reaktion auf erkannte Gefahrensituationen ermöglicht – ohne die Verzögerung durch die menschliche Betätigungszeit. Während konventionelle Bremssysteme auf das Betätigen des Bremspedals durch den Fahrer angewiesen sind, erlaubt dieses System, nach eine sensorbasierte Gefahrenanalyse in Echtzeit durch die AEB, einen sofortigen Bremseingriff.​
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Der Bremsmomentaufbau erfolgt dabei deutlich dynamischer als bei herkömmlichen mechanischen konventionellen Bremssystemen Systemen. Ein bürstenloser Elektromotor mit Mikrocontrollersteuerung und feldorientierter Regelung (inkl. Feldschwächung) steuert den Kolben hochpräzise an. Dadurch kann der Bremsdruck innerhalb kürzester Zeit aufgebaut werden: Im Patent sind für den Bremsdruckaufbau bis zu 100bar (TTL) 50 Millisekunden bei Verwendung von zwei EC-Motoren spezifiziert; in der technischen Umsetzung dem Prototypen IBS Premium mit nur einem EC-Motor wurden 120 Millisekunden erreicht. Heute ist eine Druckaufbauzeit von 150 ms bis zu 100bar Standard bei modernen 1-Box EHB-Bremssystemen​
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Die Kombination aus automatisierter Bremsdruckerzeugung und extrem schnellem Druckaufbau definiert einen neuen Sicherheitsstandard – vergleichbar mit der Einführung von ABS und ESP. Sie bildet die Grundlage für die heutige weite Verbreitung elektrohydraulischer Bremssysteme mit bürstenlosen Motoren in nahezu allen modernen Fahrzeugen.​
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Darüber hinaus verschiebt diese Technologie den sicherheitsrelevanten Bewertungsmaßstab vom klassischen Bremsweg hin zum umfassenderen Anhalteweg – also dem Zeitraum von Gefahr erkannt bis zum vollständigen Stillstand des Fahrzeugs. Genau hier setzt die aus dieser Innovation hervorgegangene automatische Notbremsfunktion (AEB) an, die heute unabhängig vom Antriebskonzept – ob Elektro- oder Verbrennungsmotor – zum Serienstandard gehört. Vertiefende Literatur: J. Weisse, „Gibt es Verbesserungspotezial für den Bremsassistenten?“, XXIII. Internationales µ-Symposium, Okt. 2003, VDI-Fortschrittsberichte, Reihe 12, Nr. 556; und M. Fach, J. Breuer, F. Baumann, M. Nuessle, T. Unselt, „Objektive Bewertungsverfahren für radbremsenbasierte Systeme der Aktiven Sicherheit, XXV. Internationales µ-Symposium, Juni 2005, VDI-Fortschrittsberichte, Reihe 12, Nr. 597.