專利名稱：用于測量制動執(zhí)行器中的力的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理電子制動系統(tǒng)尤其是包括力傳感器子組 件與信號處理裝置的車輛制動系統(tǒng)中的力信號的測力裝置，該力傳感器
子組件包括制動執(zhí)行器以及至少一個(gè)承壓部件，無定形的類金剛石碳層 涂敷于承壓部件上作為力傳感器。
背景技術(shù)：
近期，新的電子機(jī)械制動系統(tǒng)(EMB)已為人所知，所述系統(tǒng)作為 汽車外力制動單元，具有全線控制動功能而沒有液壓或氣動元件。借助 這些系統(tǒng)，踏板傳感器系統(tǒng)檢測到駕駛員的意愿，并且在中樞電子裝置 中，相應(yīng)的控制命令被傳遞給車輪制動器。"干式"車輪組件(沒有液 壓流體的制動執(zhí)行器，帶有車輪電子裝置形式的"局部智能裝置")將 這些控制命令轉(zhuǎn)變?yōu)槊總€(gè)車輪的相應(yīng)制動力矩。通過對來自內(nèi)部傳感器 系統(tǒng)(制動應(yīng)用力、行程)、環(huán)境傳感器系統(tǒng)(駕駛員輔助設(shè)備)以及 行駛動態(tài)傳感器系統(tǒng)(車輛)的信息進(jìn)行推算來實(shí)現(xiàn)控制力/制動力矩 向不同車輪(前/后、右/左)的分配，因此所述分配基于最佳的單獨(dú)車 輪適應(yīng)于正在進(jìn)行的行駛狀態(tài)、環(huán)境狀況以及各種不同影響。所述EMB 系統(tǒng)依賴具有冗余構(gòu)造的可靠電源系統(tǒng)。控制技術(shù)信息與信號借助于特 定的總線系統(tǒng)傳送。為安全起見，都設(shè)置有雙回路系統(tǒng)。電子鎖式制動 器(駐車制動器)集成在后車橋制動執(zhí)行器處。
這種全EMB系統(tǒng)的改型表現(xiàn)為混合制動器，在所述混合制動器中， 前車橋仍然以常規(guī)方式液壓制動，但后車橋已經(jīng)包括所述EMB執(zhí)行器 系統(tǒng)，所述EMB執(zhí)行器系統(tǒng)包括電動駐車制動器。為此，因?yàn)橐簤貉b 置是法律上規(guī)定的第二制動回路，所以僅需要單個(gè)隨車攜帶的電源系 統(tǒng)。
在每種情況下，為了能夠連續(xù)控制，在所述制動系統(tǒng)內(nèi)對制動盤上 的制動襯片的張力進(jìn)行力學(xué)測量都是必要的，尤其是在機(jī)電 一體化的制 動執(zhí)行器系統(tǒng)中更是如此。
迄今為止已知的傳感器系統(tǒng)不適用于這項(xiàng)作業(yè)。DE 103 08 798 Al 中描述了一個(gè)實(shí)例，在該實(shí)例中，公開了用于電子制動系統(tǒng)中的壓力信 號冗余處理的壓力測量裝置及其應(yīng)用。該文描述了包括多個(gè)電動壓力測 量元件的傳感器子組件，所述元件一起置于隔膜上。
DE 103 147 98 Al中描述了從現(xiàn)有技術(shù)中已知的又一方案。該方案 涉及用于電子機(jī)械地執(zhí)行盤式制動的執(zhí)行單元。
因此，車輛制動器中的制動測力裝置的已知實(shí)施例，或者是借助于 例如隔膜狀傳感器來測量液壓力的間接測量系統(tǒng)，或者是才艮據(jù)金屬絲應(yīng) 變原理應(yīng)用的傳感器，所述傳感器提供底層的變形(變長或變短)，通 常為專門成形的傳感支架。所述已知的方案涉及分立的金屬絲應(yīng)變計(jì)， 這些金屬絲應(yīng)變計(jì)粘貼在基本主體上并因此具有非常復(fù)雜的校準(zhǔn)要求。 另一個(gè)缺點(diǎn)就是欠缺系統(tǒng)剛性(在使用金屬線應(yīng)變計(jì)的情況下，需要變 形)，并不能集成到小型化且輕質(zhì)量的制動器單元中。

發(fā)明內(nèi)容
因此從這些問題出發(fā)，本發(fā)明的目的是提出一種測力裝置，該測力 裝置即使在機(jī)械及熱負(fù)栽的極限條件下，從成本方面來看，也適用于機(jī) 動車輛中。
所述目的通過權(quán)利要求1的特定特征來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求披露了 有利的進(jìn)步。
因此，根據(jù)本發(fā)明提供一種測力裝置，所述測力裝置具有至少一個(gè)力 傳感器子組件，所述力傳感器子組件包括至少 一個(gè)制動執(zhí)行器以M擦連 接至所述至少一個(gè)制動執(zhí)行器的承壓部件，至少一個(gè)作為力傳感器的無定 形碳層被涂敷在所#壓部件上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以從所述無定形碳層具有以下屬性的事實(shí)得到了
解
極高剛度的力/壓力傳感器； 溫度傳感器；
摩擦性能極好、腐蝕穩(wěn)定性。
對正在發(fā)生的力的測量借助于電阻測量來實(shí)現(xiàn)，電阻測量通過所述 層來實(shí)現(xiàn)并且還能夠在一段較長的時(shí)間上進(jìn)行靜態(tài)測量。對于高度動態(tài) 測量，這種力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于它質(zhì)量非常輕。
由于無定形碳層的硬度(15-40GPa)及在所述層法線上進(jìn)行的測 量原理，所述無定形碳層能夠?qū)崿F(xiàn)輕質(zhì)且充分剛性的測量裝置。因此， 在該應(yīng)用領(lǐng)域中，在不使系統(tǒng)的剛度及動態(tài)受到不利影響的情況下，能 夠形成例如旋轉(zhuǎn)對稱盤形狀的力傳感器。而且，所述層非常防磨損并且 具有腐蝕穩(wěn)定性，因而在車輛制動器中要求苛刻的應(yīng)用情況下，它具有 極好的適應(yīng)性。對于這種薄膜傳感器，力測量通過電阻的變化來實(shí)現(xiàn)， 事實(shí)上是優(yōu)選通過層法線的變化來實(shí)現(xiàn)。在這方面，類金剛石的傳感器 層可以直接集成到所述制動執(zhí)行器的力流。
形成所述力傳感器的所述無定形碳層優(yōu)選為類金剛石的碳層，所述 類金剛石的碳層已為人所知，名稱為a: CH、 i-CH、 Me:CH、 DLC與 Me:DLC。根據(jù)本發(fā)明，所述無定形碳層能具有與帶有sp3雜化的類金 剛石的結(jié)構(gòu)結(jié)合的帶有spZ雜化的石墨結(jié)構(gòu)。從現(xiàn)有技術(shù)中已知，所述 層能設(shè)置有金屬的和/或非金屬的摻雜元素。DE 199 45 164 Al中描述了 這種層。因此，可參照該文件的整個(gè)公開內(nèi)容。
產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明所使用的所述無定形碳層可以借助于常規(guī)PVD和/ 或等離子體cvd方法來實(shí)現(xiàn)，或者可以借助于這兩種方法的結(jié)合來實(shí) 現(xiàn)。為此，可以使用從市場上可買到的噴鍍設(shè)備或等離子體cvd設(shè)備。 為此，通過示例方式參照EP-B-008736。
根據(jù)本發(fā)明的所述無定形碳層優(yōu)選具有大約20GPa的硬度，并被涂 敷的厚度范圍為l到10nm。
優(yōu)選使用承壓板、承壓圓柱、承壓盤或承壓環(huán)來作為根據(jù)本發(fā)明的 所述力傳感器子組件的承壓部件?；旧?，根據(jù)本發(fā)明，制動執(zhí)行器的 位于力流上的所有零部件都適用。
除進(jìn)行力測量之外，還可以測量所述傳感器的溫度，并因此可以測 量制動執(zhí)行器的溫度，以便提高所述制動系統(tǒng)的可靠性。所述溫度測量
一方面用于補(bǔ)償力傳感器的溫度特性，而且還用于監(jiān)控并優(yōu)化所述執(zhí)行 器控制。利用所述無定形碳層實(shí)現(xiàn)溫度測量，以便在處于熱平衡但沒有 位于力流上的一點(diǎn)處測量所述層的電阻。
為了結(jié)合進(jìn)行力與溫度的測量，可以使用連線方案。為此，例如薄 膜電極設(shè)有條狀導(dǎo)體以及連接位置，然后利用連接或焊接或粘結(jié)的方法 將這些電極以已知方式連接至電線。隨后可以通過密封化合物來保護(hù)接 觸表面。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在于集成的求值電路，因?yàn)槔鏏SIC或其 他微電子部件被直接施加在所述力傳感器上，即在無定形碳層上，或者 在制動系統(tǒng)的也承載所述無定形敏感涂層的適合部件上。所述力傳感器 的連接或傳感器的局部再分借助于薄膜電路或以已知方式通過電線連 接/焊接、粘結(jié)的方法來實(shí)現(xiàn)。
而且，本發(fā)明還涉及無定形碳層作為用于車輛制動系統(tǒng)、尤其是電 子機(jī)械制動系統(tǒng)的力傳感器的應(yīng)用。


下面參照圖1至6更加詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖l示出承壓部件被構(gòu)造為金屬盤形式的實(shí)施例，該盤作為制動執(zhí) 行器內(nèi)的承壓主體；
圖2示出在一側(cè)具有無定形碳層的涂層并在后側(cè)具有電絕緣涂層的 實(shí)施例；
圖3與圖4示出承壓部件由帶有中央電極的兩個(gè)盤構(gòu)成的實(shí)施例； 圖5、 6a以及6b示出同時(shí)應(yīng)用用于溫度測量的局部電極的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出承壓部件被構(gòu)造為金屬盤1的實(shí)施例，該金屬盤1同時(shí)作 為兩個(gè)執(zhí)行器部件2和3之間的承壓主體，所述兩個(gè)執(zhí)行器部件位于張 力流內(nèi)。作為承壓主體的該金屬盤1的兩側(cè)上設(shè)有層厚為4nm的無定 形壓阻式碳層4。在根據(jù)圖l的實(shí)施例中，在制動力作用在承壓板l上
的情況下測量所述層的電阻變化(在這種情況下，借助于所述承壓板l 和測量線，相對于接地情況測量前、后兩側(cè)的并聯(lián)層電阻)。
圖2示出在承壓板1一側(cè)具有力敏無定形碳層4的涂層并在后側(cè)涂 敷有電絕緣涂層5的實(shí)施例。已知的厚膜及薄膜加工方法可應(yīng)用于該目 的，例如，A120、 A1N、 Si()2或SiN的噴鍍方法。有利地，也可涂敷由 SiCON構(gòu)成的等離子體CVD層或有機(jī)層甚至絕緣漆。然后相對接地情 況進(jìn)行測量，只算出無定形碳層4的電阻變化。
除以上描述的根據(jù)本發(fā)明的測力裝置的實(shí)施例之外，本發(fā)明還延伸 至包括兩個(gè)承壓部件的實(shí)施例。圖3和4示出這樣的實(shí)施例。
在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，設(shè)有兩個(gè)承壓板6、 7，在所述兩個(gè)承壓板 的彼此面對的側(cè)上設(shè)有無定形壓阻式傳感器層4。在所述壓阻式傳感器 層4之間，片狀金屬電極8(例如，包括帶有由Me-DLC、 Ni、 Cr等制 成的涂層的不銹鋼)置于承壓板6和7之間。這種構(gòu)造也可以具有用于 形成非加力溫度傳感器與電觸點(diǎn)的凹部，以及用于電路的開口。所述構(gòu) 造以合適裝置密封地封閉也是本發(fā)明的一部分。例如，這可以通過密封 化合物或膠水、已知的機(jī)械覆蓋方法或焊接方法來實(shí)現(xiàn)。
圖4示出與根據(jù)圖3的實(shí)施例相當(dāng)?shù)膶?shí)施例，但該實(shí)施例包括兩個(gè) 承壓板9和10，所述承壓板的彼此面對的側(cè)設(shè)置為附圖標(biāo)記為9的承 壓板上帶有無定形壓阻式碳層4，另一個(gè)承壓板10帶有絕緣層5。在這 一方面，可以參照圖2的實(shí)施例，其中已經(jīng)對這種承壓部件的理論構(gòu)造 與操作模式做過描述。
本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施例是可以從力學(xué)角度或幾何角度出發(fā) 再分該無定形壓阻式碳層，以便能夠進(jìn)行局部力-壓力測量。圖5和6 示意性地示出這種實(shí)施例。圖5示出這種實(shí)施例的截面圖，該承壓部件 12具有表面輪廓13,該表面輪廓13用來接收溫度傳感器和/或電路14。 另外，例如，支撐表面可以通過銑削方法被再分并且/或者將結(jié)構(gòu)化薄 膜電極施加在無定形碳層上。在另一個(gè)實(shí)施例中，還可以使用具有結(jié)構(gòu) 化表面或電極的單獨(dú)反體。在圖5中，無定形碳層以16標(biāo)出。因而凸 起區(qū)域16用作力測量。該實(shí)施例中，在沒有位于壓力流上的無定形碳 覆蓋部分20內(nèi)，還可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量部件溫度。
根據(jù)圖6a和6b所提出的實(shí)施例也允許構(gòu)造局部測力傳感器與力敏 網(wǎng)絡(luò)。
在根據(jù)圖6a的實(shí)施例中提供了承壓環(huán)18，所述承壓環(huán)18在其表面 上設(shè)有壓阻式傳感器層19與局部電極結(jié)構(gòu)21。在電極結(jié)構(gòu)21上的接觸 點(diǎn)涂鍍有銅，并且測量導(dǎo)線焊接在其上。
根據(jù)圖6b的實(shí)施例包括承壓板22，該承壓板22在其表面上設(shè)有壓阻 式無定形傳感器層23以及圓形電極結(jié)構(gòu)24，以便實(shí)現(xiàn)局部分解地進(jìn)行力 測量。
權(quán)利要求
1.一種用于處理特別地用于機(jī)動車輛的電子制動系統(tǒng)尤其是電子機(jī)械制動系統(tǒng)中的壓力信號的測力裝置，所述制動系統(tǒng)具有用于每個(gè)車輪制動器的至少一個(gè)力傳感器子組件和至少一個(gè)信號處理機(jī)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)力傳感器子組件包括摩擦連接于至少一個(gè)承壓部件的制動執(zhí)行器，所述至少一個(gè)承壓部件至少部分地設(shè)有形成力傳感器的無定形壓阻式類金剛石的碳層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測力裝置，其中所述類金剛石的碳層選 自a: CH、 i-CH、 Me:CH、 DLC與Me:DLC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測力裝置，其中所述無定形碳層具 有與帶有spS雜化的類金剛石的結(jié)構(gòu)結(jié)合的帶有spZ雜化的石墨結(jié)構(gòu)， 并且/或者被摻雜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所述無 定形碳層的層厚為1至10jim。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所述承 壓部件為承壓板、承壓圓柱、承壓盤或承壓環(huán)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所述承 壓部件包括用來接收溫度傳感器和/或電路的開口 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所述無定形 碳層設(shè)有薄膜電極并且/或者可能設(shè)有薄膜條形導(dǎo)體和/或連接位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測力裝置，其中所述電極被構(gòu)造為用于力分 布的局部測量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中設(shè)置所述開 口用于接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所^壓 部件為在兩側(cè)上i殳有所述無定形碳層的盤。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所#壓 部件包括兩個(gè)盤、涂敷于所述兩個(gè)盤的一側(cè)的無定形碳層以及置于所述兩 盤之間的金屬片狀電極，所述無定形碳層彼此面對。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6至10中至少一項(xiàng)所述的測力裝置，其中所述開口 被密封。
13. 無定形類金剛石碳層作為用于車輛制動系統(tǒng)的力傳感器的應(yīng)用， 尤其是作為電子機(jī)喊制動系統(tǒng)中的力傳感器的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理特別地用于機(jī)動車輛的電子制動系統(tǒng)尤其是電子機(jī)械制動系統(tǒng)中的壓力信號的測力裝置，所述制動系統(tǒng)具有用于每個(gè)車輪制動器的至少一個(gè)力傳感器子組件和至少一個(gè)信號處理機(jī)構(gòu)。所述至少一個(gè)力傳感器子組件包括摩擦連接于至少一個(gè)承壓部件(1)的制動執(zhí)行器(2、3)，所述至少一個(gè)承壓部件至少部分地設(shè)有形成力傳感器的無定形壓阻式類金剛石的碳層(4)。
文檔編號F16D65/18GK101107502SQ200680002561
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者安德烈亞斯·席爾林, 薩斯基亞·比爾, 貝恩沃德·拜爾, 霍爾格·呂特耶 申請人:大陸-特韋斯貿(mào)易合伙股份公司及兩合公司