CN105073520B - 具有行程传感器的用于集成的机动车制动系统的制动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有行程传感器(4)的制动设备，该行程传感器包括能够移动的行程指示器(17、23)和用于检测沿致动方向(10)的位移或位置的传感元件(8)，其中，制动设备作为紧凑的系统由带有壳体的电子控制单元(1)、液压单元(2)和特别是泵单元(3)在结构上相连接组成，其中，传感元件(8)集成在带有壳体的电子控制单元(1)之上或之中，其中，传感元件(4)直接地或间接地布置在印刷电路板(5、6)上，其中，印刷电路板(5、6)是电动液压设备的主印刷电路板(5)，或者是附加的、与主印刷电路板电连接且特别也机械连接的附加印刷电路板(6)。

Description

具有行程传感器的用于集成的机动车制动系统的制动设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的在电动液压设备中的行程传感器，该行程传感器包括能够移动的行程指示器和传感元件。

背景技术

当今批量应用在机动车中的电动液压制动设备的主要部分始终还至少包括具有通常为液压或气动的制动力放大件的致动装置(助力器)和与其分开布置的紧凑的电动液压的压力控制-或调节单元(HECU)。

已经已知的是电动液压的制动控制设备，其具有用于检测制动杆的致动行程的行程传感器，其中，行程传感器在结构上分开布置或至少在电子控制单元(ECU)的壳体之外布置。具有行程传感器的相应的布置结构例如已知为液压的“线控制动”制动器的概念。对此适合的行程传感器布置结构例如由DE 100 10 042 A1得出。

同样地，DE 10 2004 058 875 A1描述了一种用于电动液压制动器的无接触地且按照霍尔原理工作的行程传感器。传感器磁铁直接定位在柱塞上。行程传感器的真正的传感元件布置在压力产生单元或压力增强单元的壳体外部。

当前所述的制动设备具有压力产生-或增强装置(助力器)与压力控制-或调节单元之间的空间分开性。在“线控制动”制动器中也是这种情况，在那里，踏板模块以及踏板感觉-模拟器也共同地与真正的制动压力调节装置分开。在尺寸增大的情况下现在力求实现更大批量生产的制动设备，其通过电动液压部件组合成为组合单元的方式而取消了致动和压力控制或调节的空间分开性。即使这种布置结构已经是本身已知的，然而始终还存在这样的可能性：在遵循为此要提供的制造成本框架的情况下在汽车工业对于灵活性、制动功率和舒适性的要求方面进一步加以改进。

发明内容

因此本发明所要解决的问题是，为制动设备设计可靠且以高精度工作的行程传感器，该制动设备应具有再次改进的更紧凑的结构形式并且还可以成本有利地批量制造。

该目的根据本发明通过具有行程传感器的制动设备实现，该行程传感器包括能够移动的行程指示器和用于检测沿致动方向的位移或位置的传感元件，其中，制动设备作为紧凑的系统由带有壳体的电子控制单元、液压单元和特别是泵单元在结构上相连接组成，其特征在于，传感元件集成在带有壳体的电子控制单元之上或之中，并且传感元件直接地或间接地布置在印刷电路板上，其中，印刷电路板要么是电动液压设备的主印刷电路板，要么是附加的、与主印刷电路板以电、且特别也以机械的方式相连的附加印刷电路板。

传感元件因此集成在带有壳体的电子控制单元之上或之中。这应如此理解，即传感元件在无需用于传感元件的附加壳体的情况下与电子控制单元直接电连接和机械连接且控制单元的壳体负责传感元件和传感器的可能存在的分析电子设备相对于在机动车中存在的强烈的环境影响的密封，该环境影响例如由湿度、热量、灰尘以及机械震动决定。

制动设备的上述构造具有一系列优点。一个优点在于，通过传感元件的集成和在印刷电路板上的布置结构获得在传感器与用于传感器信号处理的电子设备之间的信号线长度明显更短的低欧姆接触。

优选地，行程传感器按照感应原理工作，其中，特别是根据该原理通过行程指示器的位移引发布置在传感元件中的电力/配电变压器的场变化，以用于确定行程。通过使用感应原理得到行程传感器(Wegaufnehmer)的特别简单的构造。借助于变压器技术可以例如结合可适宜地使用的数字式信号分析来提供相对而言位置精确的行程信号。

行程传感器优选地布置在印刷电路板上，其中，印刷电路板要么是电动液压设备的主印刷电路板，要么是附加的、与主印刷电路板电连接且特别也机械连接的附加印刷电路板。在此也可以涉及一种包括多个印刷电路板的机架，该多个印刷电路板彼此机械连接且特别也电连接。这一点在以下情况下是有利的，即由于结构上的原因而必须针对与测量传感器(Messgeber)的间隔来调整传感元件的结构高度。但由于成本原因，优选的是使传感元件能够在主电路板上的直接安装的建设性的解决方案。

在此，传感元件适宜地与可能需要的信号处理装置共同位于印刷电路板(附加印刷电路板或主印刷电路板)上。

作为行程指示器原则上可以使用各种产生磁场或影响磁场的部件、例如磁铁或电线圈。但行程指示器优选为任意形成的永磁铁，该永磁铁通过与制动杆的机械耦合根据制动操作(Bremsbetaetigung)的致动行程沿传感元件运动。特别优选地，永磁铁具有圆柱形形状，因此其可以与圆柱形的推杆的表面齐平地闭合。

电动液压设备优选地具有用于液压增强的装置，该装置特别基于发动机操作的机电式液压泵装置的原理。该泵装置的泵在此按照一个优选的实施方式包括用于产生液压压力的柱塞，该柱塞由高动力的电动机驱动。

按照另一个优选的实施方式，传感元件或传感元件的一部分伸入液压单元上的凹槽的自由空间中。换句话说，传感元件突出于电子单元的打开的(在图3中位于下方的)边缘的表面边界，其与液压单元相连，由此传感元件与阀线圈和电子设备共同通过电子单元的壳体不透水地封闭。虽然可能的是，在此传感元件的上述部分由控制单元的壳体的突出部件完全地或部分地包围，然而这不是必需的，因为通过电子设备壳体与液压单元的连接而取消了对传感器进行附加封闭的必要性。由此由于节省了电子连接件、附加的壳体部件和平常为此所需的固定件，因而得到了相对于将行程传感器布置在单独的壳体中的制动调节器布置结构的主要优点。

按照另一个优选的实施方式，行程传感器的致动方向垂直于柱塞的柱塞轴取向。由此可以实现整体制动单元的结构体积的进一步减小。一个特别优选的改进方案在于，该单元这样构造：泵的壳体完全地或部分地穿过电子设备壳体。以这种方式还可以进一步减小机动车中的对于整体单元所需要的结构空间的体积。壳体和/或主印刷电路板为此特别具有通孔。

磁芯的材料可以设计为单层的，但也可以设计为多层的。行程传感器的传感元件优选地包括由层叠材料(Schichtmaterial)制成的磁芯，其中，层叠材料特别设计为磁芯材料的薄膜堆垛或薄膜包。磁芯材料特别由软磁材料制成。通过传感元件的磁芯的适合的构造可能的是，将传感器设计得对电磁干扰足够不敏感，该电磁干扰在包括电驱动的泵和多个磁铁线圈的制动调节单元中特别由于由集成引起的结构上的接近而具有特别高的强度。与行程传感器在制动设备中的集成以及由此得出的更短的信号线路行程相联系地，整体上获得一种行程传感器系统，该行程传感器系统相对于电磁干扰明显更不敏感并且还具有改进的局部分辨率和动力。

传感元件的简单且有利的制造通过磁芯在布线支架(引线框架)、印刷电路板或另一种基板之上或之中的布置结构而实现。

按照本发明的一个改进方案，传感元件是所谓的线性的行程传感器(LIPS)，其按照自身已知的差动变压器-原理工作。功能原理类似于具有初级线圈和次级线圈的变压器，其中，变压器芯的电感以及进而传输发生变化。如果在初级线圈上施加有电的交流电压信号，只要没有位置传感器磁铁位于附近，则通过传感器的磁芯感应的电流在次级线圈中感应相同的输出信号。如果现在由推杆携带的位置传感器磁铁接近次级线圈，则其驱使磁芯进入饱和。这导致在初级线圈与传感器磁铁接近的次级线圈之间的电的交流电压信号的改变的传输性能，这可以以对于技术人员已知的方式通过传感器电路分析。以这种方式可以通过传感元件检测传感器磁铁的位置。

优选地，在传感元件中使用两个次级线圈，其尤其是构造相同，这对于分析的信号质量和精度是有利的。

为了接纳线圈，传感元件适宜地被分成多个缠绕区域，这些缠绕区域随后被相应的电隔离的线圈金属丝缠绕。在此特别优选地，在所有的缠绕区域都缠绕上初级线圈，而仅在部分区域中缠绕上所述一个或多个次级线圈。

根据所给出的传感器的另一个优选的实施方式，传感元件是电力/配电变压器，特别是线性的感应式位置传感器，也称为LIPS，其设置用于，将至少一个参考信号根据传感器元件的位置作为传感器信号传送。变压器可以是上述的改变磁通量的电子元件。在所给出的传感器的范围内，变压器应理解为一种具有两个彼此电隔离的线圈的电子元件，所述线圈彼此通过一种共同的接触介质如空气或上述的磁芯传送电能。如果传感器元件例如本身是磁铁，那么其改变共同的接触介质的传送性质，这在两个线圈的改变的传送情况中显示出来。在所给出的传感器的范围内，LIPS应是一种具有第三线圈的变压器，其中，第二和第三线圈布置用于与第一线圈交换电能。根据设计为磁铁的传感器元件相对于第二和第三线圈的位置得出在第一与第二线圈之间以及在第一与第三线圈之间的传送比的特定的状况。由于传感器元件的位置现在通过两个不同的传送比例在两个不同的位置处被检测，因此上述的磁芯饱和可以在检测位置时被一起使用。

如果线圈在变压器中通过线圈体缠绕在磁芯上，则磁芯在一个优选的改进方案中具有处于线圈体的膨胀系数的范围内的膨胀系数。以这种方式，线圈体可以例如通过以热固性塑料包覆注塑的方式直接安设在磁芯上，而不会出现机械应力引入到磁芯上并进而导致变压器的测量结果失真的情况。否则，这种机械应力的引入必须通过将磁芯支承在线圈体之内的弹性材料中来得以避免。

作为磁芯可以选择软磁性材料，例如具有或没有磁致伸缩自由度的铁-镍-磁铁。下面应将磁致伸缩理解为通过机械负荷如压力或拉应力所引起的磁性特征值——如磁场强度、磁通密度或导磁率——的变化。通过无应力地将磁芯插入凹槽中可以避免磁致伸缩。

行程传感器布置结构优选设计为冗余的并且优选地具有两个第一次级线圈和两个第二次级线圈，其与所述信号处理单元或与分别一个信号处理单元相连。

优选地，在行程传感器(Wegaufnehmer)之内或行程传感器附近布置有分离的数字式信号处理电子设备，通过该信号处理电子设备可以提供行程传感器信号。信号处理电子设备对于复杂的信号分析适宜地具有用于计算任务的微处理器。

特别优选地，数字式信号处理电子设备检测两个次级线圈的至少一个电变量且因此确定位置和/或偏移。特别优选地，用于该目的的信号处理单元包括至少一个下面详细描述的、用于频率选择的振幅计算的戈泽尔滤波器。

戈泽尔滤波器或戈泽尔算法可理解为1点离散的傅里叶变换，按照一种规定的算法，其提供所输送的信号的振幅作为结果。特别可以取消相位信息。与FFT、快速傅里叶变换不同，如果应对已知的、离散的频率进行分析，则戈泽尔算法始终适合。尤其在行程传感器布置结构中是这种情况。那么可以特别也在简单的、物有所值的μc上实现陡边的、频率选择的振幅计算。行程传感器布置结构则包括至少一个初级线圈、至少一个第一和第二次级线圈、至少一个软磁性的耦合元件(磁芯)，其将初级线圈和两个次级线圈磁性耦合，其中，行程传感器这样设计，使得位置和/或偏移根据在初级线圈与至少第一和第二次级线圈之间的磁性耦合进行检测，其中，行程传感器布置结构包括信号处理单元。

附图说明

由从属权利要求和下面根据附图对实施例的描述能够得出其它优选的实施方式。

图中示出

图1在示意图中示出本发明的一个实施例，

图2示出行程传感器在电子设备壳体中的集成，

图3示出用于具有安设在凹处中的行程传感器的电动液压制动器的整体单元，和

图4在剖视图中示出根据图3的整体单元。

具体实施方式

在图1中仅示出一些对于本发明重要的组件。电子控制单元(ECU)1与液压集成块(HCU)2和泵单元3组合成共同的制动单元。

行程传感器4包括传感元件8和行程指示器17。行程指示器17例如是永磁铁23(图4)，该永磁铁通过与致动装置(踏板杆12，其通过引导件13引导)的机械连接沿致动方向10运动。行程指示器17因此产生待探测的与行程有关的磁场，该磁场由传感元件8检测。

在图2中从打开侧示出电子控制单元1。在通过壳体20包围的体积范围中布置有常用于电动液压的压力调节系统的部件，例如主电路板5、阀线圈11和压力传感器26。阀线圈11用于操控阀拱顶27(图3)。

与图1中的实施例不同，传感元件8布置在附加印刷电路板6上。附加印刷电路板6通过插脚26与主印刷电路板5机械连接且基于该连接也附加地电连接。优选地，电子信号预处理电路和有源的和/或无源的电子元件9直接布置在附加印刷电路板6上。

在所示出的实施例中，传感元件8本身固定在小的载体印刷电路板上。如果传感元件在批量生产中也直接在附加印刷电路板6或主印刷电路板5上固定，则这种载体板不是必须设置。

行程传感器4可以通过一种布置结构组成，该布置结构包括传感器印刷电路板7和传感器体8，该传感器印刷电路板与主印刷电路板5或附加印刷电路板6电连接且特别机械连接。传感元件8可以是任意的本身已知的探测行程的和磁场有关的测量变换器，用于将磁场的位置变换成电信号。在示出的例子中，传感元件8例如通过铁氧体磁芯构成，该铁氧体磁芯缠绕上电线圈27。线圈在图中的布置仅视为示例性的。在差动线圈变换器的情况下，那么存在两个或更多个电隔离的线圈绕组。传感元件可以适宜地设计为带有壳体的电子控制单元，例如带有包覆注塑的塑料壳体。带有壳体的传感元件为了简化电子生产例如以SMD可焊接的电子元件的形式使用。上述的元件也可以在合适时重复地设置，例如沿传感器的移动轴的方向布置。

在传感元件8在主印刷电路板5上直接布置的情况下，获得特别紧凑的结构形式，这实现了再次简化由行程传感器和制动设备组成的整体单元。传感器的信号质量可以以这种方式进一步改进，这可以归因于取消了接触部位的接触电阻以及整体上更短的信号线。为了改进精度也证明为适合的是，将用于处理传感器信号的、特别主要数字式工作的电子设备9布置在空间上直接接近传感元件的位置。那么特别适宜的是，对传感元件和用于信号处理的电子设备9共同进行包覆注塑。

用于强化制动愿望的集成的机电的布置结构14优选被装配在高动力的电动机15和泵16上，其中，泵优选按照液压压力通过柱塞21工作，柱塞目前在机动车中批量地装配使用。

在图3和图4中示出，传感元件8由控制单元1的壳体20的突出部件19完全地或部分地包围。该突出部件伸入液压单元2上的凹槽18的自由空间中。

根据另一个未示出的相反实施例，行程指示器17越过外部的尽可能平坦的表面20伸出且因此安设在由电子控制单元1的壳体20围成的体积之内。

泵3的壳体22完全或部分地穿过电子设备壳体20，其中壳体20和/或主印刷电路板5为此特别具有通孔24。由于根据一个另选的实施方式可能的是，主印刷电路板5夹层式多层设计，那么因此根据其空间延伸得出，通孔24在每个这种印刷电路板中都是必需的。

制动液体储存容器25被安装在液压单元的尽可能平坦的一侧上，柱塞轴和踏板轴12都不穿过该侧，由此也得出车辆中单元的空间的整体定向。这种布置结构表明用于高度集成的电动液压制动设备的整体单元的一种特别紧凑的结构形式，其中，制动压力产生-或增强以及致动压力调节的空间分隔被取消。这能够实现制动单元在机动车的发动机室中直接布置在踏板轴的出口的区域中。

在图4中，行程指示器17设计为圆柱形的永磁铁23，该永磁铁通过驾驶员以及与其相联系的踏板杆12的踏板致动沿方向10移动。

Claims (15)

1.一种具有行程传感器(4)的制动设备，该行程传感器包括能够移动的行程指示器(17、23)和用于检测沿致动方向(10)的位移或位置的传感元件(8)，其中，制动设备作为紧凑的系统包括在结构上相连接的带有壳体的电子控制单元(1)和液压单元(2)，其特征在于，

-所述传感元件(8)集成在带有壳体的电子控制单元(1)之上或之中，和

-传感元件(8)直接地或间接地布置在印刷电路板(5、6)上，其中，所述印刷电路板(5、6)是电动液压设备的主印刷电路板(5)，或者是与主印刷电路板电连接的附加印刷电路板(6)。

2.根据权利要求1所述的制动设备，其特征在于，所述行程传感器按照感应原理工作。

3.根据权利要求1或2所述的制动设备，其特征在于，电动液压设备具有用于液压增强的装置。

4.根据权利要求1所述的制动设备，其特征在于，所述制动设备还包括泵装置(3)。

5.根据权利要求4所述的制动设备，其特征在于，所述泵装置(3)的泵包括用于产生液压压力的柱塞(21)，该柱塞由高动力的电动机(15)驱动。

6.根据权利要求1或2所述的制动设备，其特征在于，所述传感元件(8)的至少一部分伸入液压单元(2)上的凹槽(18)的自由空间中并且由电子控制单元(1)的壳体(20)完全地或部分地包围。

7.根据权利要求1或2所述的制动设备，其特征在于，所述行程传感器(4)的致动方向(10)垂直于柱塞(21)的柱塞轴布置。

8.根据权利要求4所述的制动设备，其特征在于，所述泵装置(3)的壳体(22)完全地或部分地穿过电子设备壳体。

9.根据权利要求1或2所述的制动设备，其特征在于，所述行程指示器(17)设计为永磁铁(23)。

10.根据权利要求1或2所述的制动设备，其特征在于，所述传感元件(8)包括由层叠材料制成的磁芯。

11.根据权利要求1或2所述的制动设备，其特征在于，在行程传感器之内或行程传感器附近布置有分离的数字式信号处理电子设备。

12.根据权利要求1所述的制动设备，其特征在于，所述附加印刷电路板(6)与主印刷电路板也机械连接。

13.根据权利要求2所述的制动设备，其特征在于，通过行程指示器(17、23)的位移引发布置在传感元件中的电气变压器的场变化，以用于确定行程。

14.根据权利要求3所述的制动设备，其特征在于，所述用于液压增强的装置基于发动机操作的机电式液压泵装置(3)的原理。

15.根据权利要求8所述的制动设备，其特征在于，电子设备壳体和/或主印刷电路板(5)具有通孔(24)。