CN104813060A - 制造具有被结合的传感器的制动元件尤其是制动片的方法、具有被结合的传感器的制动片、车辆制动系统和相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法，在该方法中，可将受到的每一机械力转换成电信号且具有高于200℃居里温度的至少一个压电陶瓷传感器(15)被直接结合在车辆制动元件(1)的金属支撑元件(11)的表面(13)上，所述车辆制动元件(1)在使用过程中朝向车辆受制动元件(3)；电路(18)被实现为与该表面(13)接触，其获取并最终处理该电信号；该电路与和金属支撑元件成为一体的连接器(20)连接；电绝缘层(12B)被实现为夹入至少一个压电陶瓷传感器(15)及电路(18)和摩擦材料块(14)之间，在所述电绝缘层上形成基础阻尼层(12C)；形成摩擦材料块(14)后，通过连接器(20)向其施加预定的电势差将压电陶瓷传感器(15)极化。

Description

制造具有被结合的传感器的制动元件尤其是制动片的方法、具有被结合的传感器的制动片、车辆制动系统和相关方法
技术领域
本发明涉及制造具有被结合的传感器的制动元件尤其是制动片的方法，所述传感器使得能够在车辆制动期间检测作用在制动片上的力。本发明还涉及采用该方法构造的与传感器一体化的制动片，以及都采用根据本发明的具有被结合的传感器的制动片的车辆制动系统和相关控制方法。
背景技术
对于目前生产的车辆制动系统而言，在车辆使用时，如果不通过外部系统，没有办法检测在制动片(对于设有鼓式制动器的车辆而言为制动蹄片)和附接到正被制动的车轮的盘或鼓元件之间交换的力。这使得不可能检测和/或预测许多缺陷的发生，这些缺陷可能由于例如即使在制动未发生的情况下，因为制动钳调整不良，制动片“触碰”制动盘而导致的制动片的磨损异常而各不不同，而不是说制动时的噪音、振动和不期望的啸叫声。这些问题可导致故障或者甚至过早且通常不必要的制动片更换。
KR2004-48957A试图通过在称为“背板(backplate)”的制动片的金属支撑件后面布置压电元件来解决制动过程中产生噪音和振动的问题。作为在使用过程中背板经受振动的结果，这些压电元件产生电能，该电能随后通过将其提供给多个LED而耗散。通过以该方式吸收能量，这些振动被抑制。
更一般地，将压电元件(传感器或致动器)用于实验目的在本领域中是已知的。例如，为了在制动台架实验中检测背板的变形，或用于通过通电地提供压电致动器以使所述致动器随后向背板施加应当抗衡并从而抑制振动的力，将压电元件布置为紧靠背板并朝向制动钳的外侧。
例如，SAE技术文献2004-01-2773描述了达姆施塔特大学(Universityof Darmstadt)进行的研究，其中，压电元件与加速传感器偶接在一起用作传感器和致动器两者以抑制制动过程中的啸叫声。然而，该研究指出所描述的系统应认为是一种设计辅助工具，且不是一种适用于制动片量产的系统。
EP1531110和GB2478423描述了车辆制动系统，其中压电传感器分别被布置在制动盘上或制动钳活塞和背板之间以相应地产生由电机使用以调节制动钳活塞的位置或用于快速检测制动过程中车轮抱死的任何迹象的信号。
应该指出，事实上，目前认为使压电传感器位于制动片附近或位于制动片本身上如果不是不可能，也是非常困难的，因为在制造过程中制动片经受的高温和高压，或在制动过程中产生的高温和高压导致大多数已知的压电传感器不适应的温度和压力。
因此，EP 1431606B1描述了一种测量施加到摩擦层的力的方法，其中有一个其电阻随施加到其上的力而变化的功能层与所述摩擦层相联接，然后测量功能层电阻的变化，从而给出所施加力量的指示。
而EP1923592B1描述了一种制动或摩擦元件，该制动或摩擦元件具有摩擦层和支撑板，在所述摩擦层和所述支撑板之间带有至少一个电容传感器，该电容传感器的电容随施加至所述摩擦层的力而变化。
最后，US2006/0254868描述了一种系统，其类似于EP 1431606B1中的系统，其中，直接测量制动元件摩擦层的电阻(如制动片的电阻)变化。
然而，这些基于传感器或整个功能层的电容或电阻的变化的系统在实践中非常难以具有可行性，因为在一方面，它们可以用于以静态方式或以非常慢的作用方式施加的力的相对精密的测量，但不能检测力的快速变化，如在制动过程中发生的力变化；而且，在另一方面，它们还需要连续不断地被供电，从而导致相关的能量消耗以及相当复杂的构造，因为要给相当快得移动的部件供电。
发明内容
本发明旨在提供制动片(更一般地，制动元件，因此也包括制动蹄片)的一种简单经济的构造方法，其中因此能够在使用中实时地且以简单和精确的方式检测在制动过程中制动元件(制动片或制动蹄片)和被制动元件(制动盘和制动鼓)之间的界面处力的存在和/或力的量值。
本发明的另一目的是提供一种制动元件，尤其是一种传感器化的制动片，其在使用中能够传送跟由于制动元件与被制动元件接触而施加于所述制动元件的制动力成比例的电信号，该制动元件不但易于构造而且易于使用。
最后，本发明的又一目的是提供一种车辆制动系统和相关的方法，其中能够进行实时的有源或无源制动控制以消除一些麻烦(例如，不希望有的振动、啸叫声)和/或指示异常的操作状态。
因此，本发明涉及如权利要求1限定的一种用于简单经济地构造带有传感器的制动元件(尤其是制动片)的方法。本发明还涉及根据权利要求6的带有传感器的制动元件(尤其是制动片)。
本发明还涉及根据权利要求8的车辆制动系统和根据权利要求11的相关的控制方法。
根据本发明的一主要方面，当受到机械力时能够发出电信号且选择为在等于或甚至高于200℃的温度下可操作的至少一个压电陶瓷传感器(即选自最高操作温度等于或高于200℃的压电陶瓷传感器)因而由居里温度高于200℃的压电陶瓷材料制成，被直接与制动元件的金属支撑元件(称作背板)的第一表面一体化制造或结合或制造或结合于其上，在使用过程中有意让该第一表面朝向要被制动的车辆元件(例如盘或鼓)，而且在涉及传感器一体化到金属支撑(背板)上的步骤之前或紧接着该步骤，将电路实现在第一表面上，以获取来自所述至少一个传感器的电信号并可能对其进行处理，且所述电路连接至连接器或端接于连接器的电缆，所述连接器或电缆一体化于所述金属支撑元件中；随后将连续或不连续的电绝缘层实现在所述第一表面上，使得所述至少一个压电陶瓷传感器和所述电路包在第一表面和绝缘层之间；将所述至少一个压电陶瓷传感器和所述电路在没有汽泡介入的情况下嵌入所述电绝缘层内；然后在电绝缘层上形成隔热和阻尼层(称为“衬层(underlayer)”)，并最后在后者上形成摩擦材料块，该摩擦材料块由金属支撑件保持为刚性；因此，所述至少一个压电陶瓷传感器和其相关的电路一起被直接嵌入所述摩擦材料块内，其通过电绝缘层分离，而电绝缘层本身也嵌入所述摩擦材料块内；如果需要，在形成摩擦材料块的步骤后，通过连接器和可能存在的电缆对所述至少一个压电陶瓷传感器施加预定的电势差，该电势差使传感器的压电陶瓷材料极化或重新极化。
压电陶瓷传感器将接收到的机械能(例如力或压力形式的机械能)转化成电能，并因此在不需要供电的情况下，当在受力激励的方向上被迫改变其厚度时，产生电荷变化，该电荷变化测量为电势差，即电压信号或电荷，这两者都根据所施加力的量值而改变。
根据本发明使用的压电陶瓷传感器由于它们丧失了惯性质量并仅由有源元件形成这一事实而区别于已知的压电陶瓷加速度计。此外，根据本发明，所采用的传感器必须能够给出实时信号响应。就实时而言，意在传感器的转换速度(响应时间)少于0.16微秒，从而允许具有高达50kHz的典型声学范围的顺序抽样的采集频率。
根据本发明的另一些方面，多个压电陶瓷传感器仅采用压电陶瓷材料最终通过就地形成而结合在第一表面上，所述传感器可单独启用，被间隔开并且优选地根据对称阵列布置。然后，电路被连接至中央处理单元，该电路可选地包括处理由压电陶瓷传感器发出的电压或电荷信号的装置，或者适于分别向中央处理单元提供由每个传感器发出的电信号。
这之后，开发合适的信号处理算法将为检测和/或诊断和/或纠正各种可能的错误和/或故障创造条件。
例如，如果车辆制动系统并未启用，而中央处理单元却从一个或多个传感器接收到信号，可确定制动元件(例如制动片)正“触碰”受制动元件，例如由车辆车轮承载的制动盘。从而，可以根据本发明启用报警装置来警示使用者该异常，可通过例如简单地机械调整制动钳来消除异常，否则就自动干预制动元件致动机构(活塞或钳)以相对于被制动元件回缩该制动元件。因此，可避免不正常的制动片消耗并在驾驶车辆的过程中显著节能。
另一优点在于以下事实：通过适当地处理由按照阵列图案施用到单个制动元件的多个传感器发出的信号，有可能检测引起不同磨损和/或噪音和尖叫声的制动片和制动盘之间的任何振动和/或接触压力的异常分布。由于这些情况通常由于压力分布异常和/或施加离散的接触压力而发生，因此可以使压力分布重新平衡，或在一些情况下，检测引发该现象的压力，并例如通过作用于具有被结合的传感器的制动元件的致动机构来操作该制动系统，例如根据行车条件施加较高或较低的压力，从而避免施加引起所述现象的压力。
通过精细化来自多个压电陶瓷传感器即来自由多个独立的压电陶瓷传感器形成的一组离散的传感器的信号，其中的至少一个传感器被设计成对横向于由制动元件施加的压力方向的力作出反应，在与其它压电陶瓷传感器的极化方向垂直的方向上已被极化，从而能够计算出具有被结合的传感器的制动片和制动盘之间的瞬时摩擦系数。将该值传送给车载电脑，并实时地与来自其它系统(ABS、ESP等)的信号结合，这能够便于更好地控制制动状态和车辆的停车距离。
附图说明
从下面仅以示例方式给出，并参照附图中的图的对示例性非限制性实施例的描述，本发明的其它特点和优点将变得清楚，其中：
图1示意性地示出了关于车轮轴线纵向绘出的根据本发明的车辆制动系统的正视与局部剖切视图；
图2示意性地示出了根据本发明构造的制动元件(此处为制动片)的放大的分解立体图；以及
图3按箭头方向按顺序示意性地示出了构造图2的制动片的方法的步骤进展。
具体实施方式
参照图1-图3，在1处示出了结合有传感器的整个车辆制动元件(示出的实例中为制动片)，该制动元件用来装备制动系统2(图1)，制动系统2设有盘3(盘制动系统)；盘3以已知方式附装于每个车轮(为简明起见未示出)，因此绕车轮轴线A旋转。
除了盘3并为了盘3(因此为车辆的每一车轮)，制动系统2包括设有致动器5的制动钳4，在该实例中示为已知的油压式，但也可为电动式，以及与制动器5一起由制动钳保持的一对制动片，在使用中制动片1可通过致动器5在平行于轴线A的方向上压靠盘3，从而使盘3停止旋转，随即使其所刚性连接的车轮制动，并因此使设有制动系统2的车辆制动。所述致动器5为液压式，设有在充满油的腔室7内滑动的活塞6，当车辆使用者在制动踏板上加压时，通过管8对油加压，更一般地，由车载电脑10控制。显然，致动器5也可以为电动式，在该情况下，其由车载电脑10直接控制。同样清楚，本文前面和后面的描述也适用于组合液压-电动系统。
在此处及下文中，虽然具体指由制动片构成的制动元件，但清楚地是，将要描述的情形也同样适用于鼓式制动器的制动蹄片，因此上述制动系统2也可为仅包括用于(例如)车辆前轮的两个盘3和用于后轮的两个制动鼓(本领域已知，为简明起见未示出)的混合型式，在使用中制动鼓与由制动蹄片构成的制动元件一起工作，而不是与制动片1一起工作。
还有，参照图2，制动片(如制动片1)通常由金属支撑元件11(或称为“背板”，成形为具有轮廓的平板形式)、阻尼和隔热层12C(称为“衬层”，设置在金属支撑元件11的第一表面13的上面，在使用中要朝向车辆受制动元件(图示的例子中为盘3))以及由金属支撑元件11刚性保持在表面13侧并在已知的阻尼/隔热层即衬层12C的上面由摩擦材料制成的块14构成。
显然，在制动蹄片的情况下，可以有与针对制动片1描述的元件对应的元件，所述元件对本领域的技术人员来说，下文的描述不难被转用，使得具有被结合的传感器的制动蹄片也可以被构造。
根据本发明的一方面，制动片1(用于根据本发明的制动系统2中的每对制动片至少有一个制动片1)具有被结合的传感器，用于在使用过程中当制动片1和盘3发生接触时检测被交换的力。
根据本发明的制动片1因此还包括根据本发明选择的至少一个压电陶瓷压力传感器15，以便优选地各自没有其运行必需的聚合物或聚合物元件，如聚合物膜，例如，全部由压电陶瓷材料制成的传感器具有高于200℃的居里温度，设有相对的电连接电极或端子16。聚合物元件或膜也可以在不干扰/干涉传感器15的操作和(例如)仅用作固定的程度上存在。
根据本发明，至少一个制动片1的传感器15被制作成直接结合于金属支撑元件11的表面13，并在制动片整体构造之前，因而在采用本技术领域已知技术形成隔热及阻尼层12C和摩擦材料块14之前制造于该表面上；并且，在形成隔热/阻尼层12C之前，在其中与表面13一体的、保持被完全包住的并因而没有任何气泡介入的至少一个传感器15的连续或不连续电绝缘层与表面13一体化制造并在表面13上面。
然后，以本领域已知的方式，在电绝缘层12B的上面，层12C和摩擦材料块14被构造为完全覆盖布置在表面13上的传感器15，使得块14与背板11成为整体件，因此所述至少一个传感器15保持为被嵌入阻尼和隔热层12C内，在其内直接与其结合，仅有相关的电绝缘层12B介入其间。所述至少一个传感器15可仅占据表面13上的一个位置，或作为另外一种选择，传感器15可实现为覆盖表面13的全部或仅其一部分的陶瓷膜形式。
在图2示出的情况下，制动片1包括分立的一组由多个传感器15形成的压电陶瓷传感器，它们彼此独立并直接结合于表面13。所述可分别启动的传感器被间隔开，且优选地按对称阵列布置。所述多个压电陶瓷传感器15为优选地按对称阵列间隔开的压力传感器，以便仅以分立方式占据整个表面13，即对应于表面13的预定的位置/限定部分。
根据本发明的一优选方面，在图2和图3中示出的传感器15中的至少一个(称为15C)在与其它压电陶瓷传感器的极化方向垂直的方向上已被极化，从而被配置成对横向于由制动元件1施加的压力的方向上的力作出反应。在示出的非限制性例子中，传感器15按照垂直于表面13的方向极化，而传感器15C在平行于表面13的方向上极化且具体而言，在相对于轴线A的切线方向上极化，即关于制动片3绕轴线A的旋转方向与制动片3相切。
传感器15可选自商用类型的，前提条件是它们选自仅为压电陶瓷的那些，且根据本发明的一个方面，在垂直于表面13测量时，它们的厚度须等于或小于阻尼层即衬层12C的厚度。所述传感器以例如粘合或其它本领域已知的技术附接至表面13。
或者，传感器15、15C可在支撑元件或背板11上面直接就地形成，从而通过将它们一体化烧结、粘合至表面13使得它们直接与表面13成为一体。关于用来烧结压电陶瓷传感器15的材料，例如可采用“软”型或“硬”型锆钛酸铅(PZT)化合物或钛酸铋钠化合物或改性的偏铌酸铅。本文提供的可能材料的罗列不是穷尽性的，任何本领域现在已知的压电陶瓷材料以及将来有可能获得的满足上述要求的压电陶瓷材料都可用于本发明。
再根据本发明，制动片1还包括仅以示意方式且与实际情况无任何关系的图2中示出的电路18。电路18采用电极和端子16获取由至少一个压电陶瓷传感器15产生的电信号，并最终能够处理该信号，这将进一步阐述。电路18被布置成与表面13和传感器15接触，例如，在传感器与所述表面13一体化之前直接形成在第一表面13上面(如图3中由虚线所示)或在层12B设置在表面13本身上之前预先印刷在使用中朝向表面13的电绝缘层12B的面上，层12B例如通过本领域已知的用于印刷电路和/或微电路(微芯片)的技术制造为薄膜形式；例如，电路18被丝网印刷到表面13上或在使用过程中朝向表面13的层12B的面上并布置成使得其与层13接触，且与和金属支撑元件11形成一体的电缆19连接。电缆19端接于连接器20(图)。或者，电路18可直接一体连接于连接器20，连接器20本身直接与金属支撑元件11制成整体件。
在示出的其中制动片1包括多个传感器15和至少一个传感器15C的例子中，所有的传感器和电缆19/连接器20一起用电路18连接在一起；所述电路被构造成使得可能包括由多个压电陶瓷传感器15、15C产生的电压或电荷信号的预处理装置21(图2中以方块示出)；也就是说，电路18被构造为使得能够采用电缆19(在该情况下，如果存在，电缆19可以是扁平多信号电缆)分别提供来自每一传感器15和15C的电输出信号，或在任何情况下连接至连接器20。
在所有情况下，对于制动片而言，所述至少一个传感器(多个传感器15和15C)以及电路18被夹在金属支撑元件11的表面13和电绝缘层12B之间，阻尼层12C设置在上面，在其中传感器15、15C被直接包住，而电绝缘层12B介入其间，在阻尼层12C上叠加摩擦材料块14，而摩擦材料块14由金属支撑元件11整合并赋予刚性，而隔热/阻尼层12C介于其间。
另外，根据本发明的一必要方面，如果存在，电缆19、连接器20和电路18被构造为使得在使用过程中不但能够获取和传输由传感器15产生和发出的电信号，而且最重要的是，如所看到的，能够连接至电压产生装置25(图3)以极化和/或重新极化传感器15，否则其可能会保持惰性或不能很好地起作用。
事实上，根据本发明选择用于制动片(制动元件)1的压电陶瓷传感器15(15C)并非由天然表现出压电性质的材料制成，而是仅采用其由于晶体结构而仅在充分极化后表现出压电性质的材料制成。
根据本发明的制动系统2除了包括已指出的元件外，包括至少一个(示出的例子中为两个)设置成与盘3相互作用的制动片1，还可包括采用连接器20和最终存在的每个制动片1的电缆19以可拆卸方式连接至电路18和至少一个压电陶瓷传感器15(多个传感器15和15C被布置为呈阵列图案)的中央处理单元22。
中央处理单元22可直接附装在例如制动钳4上，或其可形成装配有制动系统2的车辆内的车载电脑或中央处理单元组的一部分。在所有情况下，中央处理单元22连接至控制致动器5的车载电脑10或为车载电脑10的一部分，在使用中，致动器5推动布置成朝向受制动元件的由制动片1(在鼓式制动器的情况下为制动蹄片)构成的每一个制动元件的摩擦材料块14抵靠由盘3(在鼓式制动器的情况下由制动鼓)限定的受制动元件。
参照图3，基于已描述的情况清楚的是，根据本发明的制动片1(或任何类似的制动元件1，如制动蹄片)采用在图3中示意性地示出的随后的工艺或方法构造。该方法或工艺包括以下步骤：
a)将至少一个压电陶瓷传感器15直接一体化到制动元件1的金属支撑元件或背板11的表面13上，在使用过程中所述表面13要朝向受制动元件3，当适当极化时，所述压电陶瓷传感器15在受到机械力时能够产生并输出电信号，传感器15优选地选择为不含其操作所需的聚合物成分且甚至在等于或高于200℃的温度下能完全运行；该步骤可通过简单地将商用型传感器15B粘合或以其他方式附接到表面13上完成(如图2中的非限制性情形所示出的，传感器15B为环的形式，而将要采用的根据本发明的压电陶瓷传感器可为各种形状，通常传感器15为柱形，而切向极化传感器15C为矩形，其中电极16由传感器15/15C的基部的相对面构成)，或者，如图3所示，传感器15/(15C)可就地制造，例如根据本领域已知的制造技术通过激光束30由粉末(通过烧结)制成。在这种情况下，存在于表面13上并一体结合于支撑件11的传感器15/15C是不活动(inactive)的，仍然没有压电性能；
b)构造电路18，使得其与面13接触，例如在将传感器15结合于面13上之前直接构造在所述面上，电路18(在图3中该电路示为虚线)在使用期间能够从传感器15获取电信号并可选地对其进行处理；该电路18还连接至与背板11一体化并端接于连接器20的电缆19，或者，根据为简明起见未示出的一个优选实施例，电路18直接连接至与背板11直接制造成一体的连接器20；
c)在所述表面13(或其一部分)上形成包住传感器15和电路18的电绝缘层12B，电路18可预先印刷到层12B，以将压电陶瓷传感器15和电路18两者夹在表面13和绝缘层12B之间；
c')在表面13上方且直接在层12B上形成阻尼和隔热层或“衬层”12C，层12B将保持为被嵌入/复合在层12C内；
d)在隔热层12C上形成摩擦材料块14，摩擦材料块14由金属支撑元件11保持刚性；以及
e)如果需要，采用连接器20和最终存在的电缆19向至少一个压电陶瓷传感器15或逐点分布在表面13上的多个传感器15/15C施加预定的电势差，该电势差能够将制成所述传感器的压电陶瓷材料初始极化或重新极化，但该电势差当且仅当摩擦材料块14的构造步骤完成时才施加。
在实践中，该最后阶段e)通过将连接器20连接到由中央处理单元26控制的电压产生装置25在完成的制动片1上实施，其中摩擦材料块14已经被形成、聚合并热处理。
当传感器15直接就地形成在表面13上时，其仅由居里温度高于200℃且尚未极化的压电陶瓷材料构成。因此，上述步骤e)是必须的。
作为根据本发明的方法的最后步骤的至少一个压电陶瓷传感器15的极化和重新极化阶段，采用电缆19以预定时间范围(如5-10秒)施加到传感器(每个传感器)15的反向电极16其范围可以为构成传感器15的压电陶瓷材料的每毫米厚度0.1至5kV的电势差来执行。该厚度在传感器的极化方向上测量。优选的传感器15的厚度为约1mm，因而在极化阶段期间可将例如2500V的电压施加至连接器20。而对于切向极化的传感器15C而言，极化/重新极化电压可提高至12500V，假设传感器15C的形状为正方形底的每条边为5mm的棱柱形。因此，电路18、连接器20以及最终存在的电缆19必须构造成能承受该最大适用电压。
这种方法导致结合有传感器的完备的最后完工制动片1，且不采用与传感器15的存在发生抵触的通常的制动片形成工艺，还以最佳方式布置传感器15以检测在使用期间摩擦材料块14经受的压力，且不妨碍背板11的刚性，因此具有期望的制动片性能。
再一次参照图2，在根据本发明的制动系统中，制动片1优选地总是被设有布置为阵列的多个传感器15，且电路18包括预处理由压电陶瓷传感器15产生并传送的电压和电荷信号并随后沿电缆19发送信号以通知中央处理单元22(或任何其它的适当连接和编程的电路)作用在块14上的接触压力情况(对于传感器15而言，在平行于传感器15的轴线A上测量，而对于作用在传感器15C上的剪切力而言，在垂直于轴线A的平面上测量)的合适装置21，或被配制成使得其分别地和单独地采用电缆19将由存在的所有传感器15/15C发出的信号发送给连接器20，所述信号直接由中央处理单元22处理。
在所有情况下，制动系统2包括响应于位于表面13上有效压电陶瓷传感器阵列内的一个或多个传感器的启动，随即响应于从电路18发送至中央处理单元22的电信号，用于控制致动装置5的装置28。所述装置28由中央处理单元22本身以及中央处理单元22和车载电脑10之间的双向联系进行限定。显然，车载电脑10、中央处理单元22和装置28可简单地通过软件借助于车辆内置的中央处理单元的适当编程来实现。
除此之外或作为上述的替代形式，制动系统2可包括信令装置29，其可由中央处理单元22响应于由至少一个位于表面13上的有源压电陶瓷传感器15发出的电信号而启动，而不启动致动装置5(一种中央处理单元22可通过与车载电脑10联系/交互进行验证的情况)。
最后，制动系统2还可包括与中央处理单元22相连的电容装置40，至少在车辆移动时，该电容装置40由中央处理单元22例如采用车辆电池41保持在带电状态，并且在中央处理单元22的控制下，能够在中央处理单元22当致动装置5为启动时检测到由电路18传送到中央处理单元22的信号故障或缺失的情况下通过电缆19和连接器20使位于表面13上的单个压电陶瓷传感器15/多个压电陶瓷传感器15重新极化。在密集使用制动(例如在下坡过程中)导致制动片1过热从而可能使嵌入制动片1的有源传感器15、15C全部或部分去极化的情形下，该情况可能会出现。
从上面的描述清楚的是，本发明还涉及一种车辆制动系统控制方法，该方法包括以下步骤：
i)提供至少一个具有被结合的传感器的制动元件，例如包括多个间隔开的压电陶瓷传感器15的制动片1，所述压电陶瓷传感器15优选地按对称阵列布置，可单独启动；以及电路18，所述电路18采用电缆19和连接器20将压电陶瓷传感器15连接至中央处理单元22或任何其它等同的中央处理单元，例如车辆内置的中央处理单元；
ii)实时响应于一个或多个压电陶瓷传感器15的启动，处理由电路18和/或每个传感器15提供的电信号；
iii)检测(例如通过查询车载电脑10)制动系统是否已启动；
iv)在未启动的情况下，启动信令装置28(如果存在)或具有被结合的传感器的制动元件1的致动装置5，以将制动元件1从受制动元件回缩(在图示的例子中从制动盘3回缩)。关于第一种方案，在不影响致动装置5的情况下，使用者可被警示制动钳未正确调整并需要进行调整以防止过早磨损和过分耗油。在该受限范围的语境中，制动片1的特征为可以仅有一个传感器15。对于作为优选的第二种方案，将以完全自动的方式直接解决该问题；
v)在其中已检测到制动系统启动的情况下，借助于实时适当地处理嵌入单一制动元件1内的多个压电陶瓷传感器15发出的电信号，通过测量致动装置5推动(甚至局部地推动)具有被结合的传感器的制动元件1在平行于轴线A的方向上抵靠受制动元件3采用的压力确定车辆是否正以不正常的方式制动(例如，检测到任何异常的振动)，以及作用于该致动装置5，使得其不再施加前述的压力(引起不正常现象的压力)，而是基于车辆行驶状态，施加另一较大或较小的压力，因而允许施加最佳压力分布。如果车辆不存在不正常制动，实时适当地处理布置在制动元件1上的多个压电陶瓷传感器15发出的电信号仍将向例如车载电脑提供有用信息，以更好地处理紧急制动。
更一般地，采用本发明，除了完全自动地纠正不佳的钳调整，还可能弥补制动片摩擦材料不均匀的磨损，且更重要的是，避免制动过程中产生噪音/尖叫声/振动，否则，这种情况对使用者而言将是显著的。
本发明的目的于是全部得以实现。
此外，由于电路18和电绝缘层12B的存在，本领域已知且为简明起见未示出的磨损传感器和/或温度传感器可在将块14直接构造于背板11上之前进行安装，从而显著降低成本并简化操作。

Claims (11)

1.一种用于制造车辆的传感化制动元件(1)尤其是制动片的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将至少一个压电陶瓷传感器(15；15C)直接结合于所述制动元件的金属支撑元件(11)的第一表面(13)上，在使用过程中所述第一表面(13)用来朝向受制动的车辆元件(3)例如盘或鼓，当受到机械力时，所述至少一个压电陶瓷传感器(15，15C)能将在其极化方向上接收到的机械能转化成电能用于发出电信号，所述传感器选自一组在等于或高于200℃的工作温度下能运行的压电陶瓷传感器且优选地不含聚合物活性成分；
b)完成与所述第一表面(13)接触的电路(18)，以获取所述电信号并可能对其进行处理，并将所述电路(18)可选地通过由所述连接器(20)端接的电缆(19)与和所述金属支撑元件制造成一体的所述连接器20连接；
c)在第一表面(13)上实现连续或不连续的电绝缘层(12B)，以将所述至少一个压电陶瓷传感器(15)和所述电路(18)夹在所述第一表面(13)和所述电绝缘层(12B)之间，以将它们嵌入在所述电绝缘层(12B)内；
c’)直接在所述电绝缘层(12B)上并且在所述第一表面(13)上面实现阻尼和隔热层(12C)，以使所述至少一个传感器(15；15C)被直接且完全地嵌入所述阻尼和隔热层(12C)内，而所述电绝缘层(12B)介于其间；
d)在所述阻尼和隔热层(12C)上形成摩擦材料块(14)，所述摩擦材料块(14)由所述金属支撑元件(11)保持具有刚性；以及
e)如果需要，在所述形成摩擦材料块(14)的步骤后，通过所述连接器(20)和电缆(19)向所述至少一个压电陶瓷传感器(15)施加预定的电势差，以将所述压电陶瓷传感器(15；15C)的所述压电陶瓷材料极化或重新极化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压电陶瓷传感器(15)被选择为当垂直于所述第一表面(13)测量时，其厚度等于或小于所述阻尼和隔热层(12C)的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个压电陶瓷传感器(15)直接在所述第一表面(13)上就地形成，且仅由居里温度高于200℃的压电陶瓷材料制成。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，多个压电陶瓷压力传感器(15)被与所述第一表面(13)结合为一体并且被优选地按对称阵列布置为间隔开，以分立地占据整个所述第一表面(13)，至少一个压电陶瓷压力传感器(15C)优选实现为在使用中对横向于施加至制动元件(1)的压力方向的力做出反应；所述多个传感器(15；15C)通过所述电路(18)彼此连接并连接至所述连接器(20)和/或电缆(19)，所述电路(18)在所述多个传感器被结合在所述第一表面(13)内之前直接在所述第一表面(13)上获得，包括用于处理由所述多个压电陶瓷压力传感器(15)产生的电压或电荷信号的装置(21)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个压电陶瓷传感器(15)的所述极化/重新极化步骤通过用所述连接器(20)和/或电缆(19)以5-10秒的预定时间在相对的传感器电极的两极(16)上按制备所述传感器(15)的压电陶瓷材料的每毫米厚度施加0.1至5kV的电势差来执行，所述厚度在所述传感器(15；15C)本身的极化方向上测量。
6.一种具有被结合的传感器的制动元件(1)，尤其是制动片，所述制动元件(1)包括金属支撑元件(11)，在金属支撑元件(11)上设置在金属支撑元件(11)的第一表面(13)的在使用期间要朝向受制动元件(3)，例如车辆的盘或鼓的一侧的阻尼和隔热层(12C)，以及由金属支撑元件(11)在所述第一表面(13)的一侧且在所述阻尼和隔热层(12C)上方保持为刚性的摩擦材料块(14)，其特征在于，所述制动元件(1)还包括：至少一个由居里温度高于200℃的压电陶瓷材料制成的压电陶瓷压力传感器(15；15C)，所述压电陶瓷压力传感器(15；15C)已被直接结合于所述金属支撑元件(11)的第一表面(13)上；用于获取由所述至少一个压电陶瓷传感器(15；15C)发出的电信号并可选地对其进行处理的电路(18)，所述电路(18)被设置成与所述第一表面(13)接触，优选地设置在所述第一表面(13)上，并连接至连接器20和/或带有由所述连接器(20)端接的电缆(19)，所述电路(18)与所述金属支撑元件(11)结合成一体；以及直接布置在所述第一表面(13)上且在所述阻尼和隔热层(12C)下方的连续或不连续的电绝缘层(12B)，所述至少一个传感器(15；15C)和所述电路(18)夹在所述金属支撑元件(11)的所述第一表面(13)和所述电绝缘层(12B)之间，所述摩擦材料块(14)和下面的阻尼和隔热层(12C)设置在其上，使得所述至少一个传感器直接地且完全地嵌入所述阻尼和隔热层(12C)内，所述电绝缘层(12B)介于其间；并且所述电缆(19)和连接器(20)以及电路(18)被适配成连接至电压产生装置(25；40)以使所述至少一个传感器(15)极化。
7.根据权利要求6所述的具有被结合的传感器的摩擦元件(1)，其特征在于，所述摩擦元件(1)已根据权利要求1-5中的一项的方法获得。
8.一种车辆制动系统(2)，所述系统包括：根据权利要求6所述的具有被结合的传感器的至少一个制动元件(1)；使用所述连接器(20)和所述电缆(19)可拆卸地连接到所述电路(18)和至少一个压电陶瓷传感器(15；15C)的中央处理单元(22)；受制动元件，例如制动盘或制动鼓，所述受制动元件被设置为朝向至少一个所述制动元件(1)；所述制动元件的致动装置(5)，其将所述制动元件的所述摩擦材料块(14)压靠所述受制动元件；以及用于所述至少一个制动元件(1)和所述致动装置(5)的支撑装置(4)，其特征在于，所述至少一个制动元件(1)包括间隔开、优选地按对称阵列布置可单独启动的多个压电陶瓷压力传感器(15；15C)；至少一个制动元件(1)的所述电路(18)可选地包括用于处理由所述压电陶瓷传感器(15)产生和发出的电压或电荷信号的装置(21)；并且所述制动系统还包括：响应于一个或多个所述多个压电陶瓷压力传感器(15；15C)的启动而发出的电信号用于控制致动装置(5)的装置(28)。
9.一种车辆制动系统(2)，所述系统包括：根据权利要求6所述的具有被结合的传感器的至少一个制动元件(1)；使用所述连接器(20)和所述电缆(19)可拆卸地连接到所述电路(18)和至少一个压电陶瓷传感器(15；15C)的中央处理单元(22)；受制动元件(3)，例如制动盘或制动鼓，所述受制动元件被设置为朝向至少一个所述制动元件；制动元件的致动装置(5)，使得其将所述制动元件的所述摩擦材料块(14)压靠所述受制动元件；以及用于所述至少一个制动元件(1)和所述致动装置(5)的支撑装置(4)，其特征在于，其还包括信令装置(29)，在没有所述致动装置(5)启动的情况下，所述信令装置(29)可响应于由所述至少一个压电陶瓷压力传感器(15)发出的电信号而被启动。
10.根据权利要求8或9所述的制动系统(2)，其特征在于，其还包括与所述中央处理单元(22)相连的电容装置(40)，至少在车辆移动时，所述电容装置(40)由中央处理单元(22)通过所述车辆的电池(41)保持在带电状态，并且在中所述央处理单元(22)的控制下，所述电容装置(40)能够在中央处理单元(22)当致动装置(5)为启动时检测到由电路(18)发出到达中央处理单元(22)的信号故障或缺失的情况下使所述至少一个压电陶瓷传感器(15；15C)或所述多个压电陶瓷传感器(15)重新极化。
11.一种车辆制动系统(2)控制方法，所述方法包括以下步骤：
i)提供至少一个根据权利要求6的具有被结合的传感器的制动元件(1)，并包括能单独启动且间隔开，优选地按对称阵列布置的多个压电陶瓷传感器(15；15C)；以及电路(18)，所述电路(18)将所述压电陶瓷传感器(15；15C)彼此连接并采用所述电缆(19)和连接器(20)将所述压电陶瓷传感器(15；15C)连接至中央处理单元(22)；所述电路包括用于处理由所述压电陶瓷传感器(15)发出的电压或电荷信号的装置(21)，或被配置为分别地提供由每个传感器(15)发出的电信号；
ii)响应于所述一个或多个压电陶瓷传感器(15)的启动，处理由所述电路(18)和/或所述每个传感器(15)提供的电信号；
iii)检测制动系统(2)是否已启动；
iv)在未启动的情况下，启动信令装置(28)或至少一个具有被结合的传感器的制动元件(1)的致动装置(5)，以将制动元件(1)从受制动元件(3)，例如制动盘或鼓回缩；
v)在启动的情况下，进一步处理所述电信号以确定车辆是否制动异常，当制动异常时，检测致动装置(5)推动具有被结合的传感器的所述至少一个制动元件(1)抵靠受制动元件的压力，并对致动装置(5)进行干预以改变该压力；而当制动正常时，可选地采用该处理的信息以优化总体制动行为。
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