CN117730214A - 具有带有加强装置的印刷电路板的装有传感器的制动片 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，该用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括印刷电路板(200)、具有其中固定该印刷电路板(200)的凹部(110)的后部支撑板(100)、安装在该印刷电路板(200)上的至少一个力传感器(201)、安装在该后部板(100)上的摩擦材料块(300)，其中该印刷电路板(200)插置在该后部板(100)和该摩擦材料块(300)之间，并且其中设置有用于该印刷电路板(200)的结构加强装置(260)。

Description

具有带有加强装置的印刷电路板的装有传感器的制动片

本发明涉及一种用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片，该用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括印刷电路板。

本领域早已知用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片，这种制动片通过压电元件和温度元件装有传感器，通常是力传感器，这些传感器检测在制动系统启动期间片的机械特性和热特性，并将数据传输到车载计算机系统，车载计算机系统处理信息并将信息转换为对车辆驾驶和安全性有用的系统。

由传感器检测到的数据被转换为合适的电信号，该数据通过电连接被传输到中心系统，这种中心系统通常由板支撑的印刷电路代表；这种由板支撑的印刷电路在行话中称为印刷电路板(PCB)。

在传统技术中，板被设置在刚性后部支撑板和摩擦制动材料块之间，检测该板的状况的传感器被设置成接触该板。

已知的印刷电路和传感器是通过以下经适当叠加的元件的丝网印刷以集成的方式直接获得的：电路的最终厚度极其有限，并且电路本身不具有在制动电路的运行期间抵抗其会承受的高应力的机械特性。

因此在传统技术中，印刷电路与具有合适的物理和机械特性的板结合在一起，从而实现印刷电路在装有传感器的片组件中的处理、定位和使用。

这样PCB将装有传感器的制动片(在行话中称为智能片)的(压电和温度)传感器特性集成到具有导电迹线和互连区的小型紧凑板中。

要实现智能片的工业化和大批量生产，成本、尺寸和生产工艺很重要。

PCB使得生产工艺适合大规模生产；该生产工艺的一个关键方面是如何在制动片中集成PCB以便制造智能制动片。

压电传感器对于其固定到的支撑件敏感。

具体地，如果支撑件不具有足够的刚性或者未适当地集成到智能片组件中，压应力可能会导致压电传感器产生一定应变，这种应变作为拉应力而不是压应力被传输和读取。

已知，将PCB适当地集成到智能片中对于保护板不受外部环境影响，对于检测的效率以及持续时间和可靠性也具有重要作用：当在预期智能片将被使用的恶劣环境中广泛使用智能片时，湿气、灰尘、水域存在的盐水溶液以及碎屑可能损坏板。

在传统技术中，PCB被固定到后部板，后部板经适当加工，得到一个特定的凹部，凹部的形状与要插入的板的形状相配合。

一旦将板插入到凹部中，通过沿着整个周边设置的多个焊接或机械铆接点将板固定到边缘。

众所周知，这些固定系统并不十分有效，因为其无法确保板完全粘合到后部板。

已知这至少会造成两类问题：具体来说，压力信号反转，这是由于板底部受到制动时摩擦材料的压力，在应力下达到完全粘合之前朝向后部板中的外壳凹部的底部出现初始损坏导致的。

另一类问题是湿气、灰尘和污垢可能会进入板和后部板中的外壳凹部的底部之间留下的间隙中，从而影响测量的效率、安全性和持续时间。

因此，需要改进包括印刷电路板的装有传感器的制动片的已知特性。

因此，本发明提出的技术任务是生产一种装有传感器的制动片，该装有传感器的制动片包括印刷电路板，使得有可能消除已知技术中的不利技术缺陷。

在这个技术任务的范围内，本发明的一个目标是生产一种装有传感器的制动片，该装有传感器的制动片包括印刷电路板，能够确保板在感兴趣区域中粘合到后部板。

本发明的另一个目标是生产一种装有传感器的制动片，该装有传感器的制动片包括印刷电路板，能够确保在制动系统的操作应力下对板的变形具有更大的抗性。

根据本发明的技术任务以及这些目标和其他目标通过以下方式实现：生产一种用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片，该用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括印刷电路板、具有其中固定所述板的凹部的后部支撑板、安装在所述板上的至少一个力传感器、安装在所述后部板上的摩擦材料块，其中所述板插置在所述后部板和所述摩擦材料块之间，其特征在于该板有用于加强所述板的结构加强装置。

在优选的实施方案中，所述凹部具有底壁和侧壁，所述印刷电路板具有与所述后壁界定间隙的后面，并且所述结构加强装置被构造和设置成至少部分地占据所述间隙。

在另一个优选的实施方案中，所述结构加强装置被构造和设置成将所述板刚性地连接到所述后壁。

在另一个优选的实施方案中，所述结构加强装置包括该板的刚性衬底。

在另一个优选的实施方案中，所述结构加强装置包括用于填充所述间隙的填料材料。

在另一个优选的实施方案中，所述结构加强装置包括一个或多个分立元件。

这些分立元件可优选地至少位于所述至少一个传感器处。

在另一个优选的实施方案中，所述结构加强装置包括一个或多个分立固定点。

所述一个或多个分立固定点可优选地包围所述至少一个力传感器。

本发明的其他特性也在以下权利要求书中限定。

本发明的另外的特性和优点将从根据本发明的一种包括印刷电路板的装有传感器的制动片的一个优选但非排他性实施方案的描述中更加显而易见，该描述在附图中仅以非限制性示例的方式示出，其中：

图1示出了装有传感器的制动片的示意图；

图2示出了根据已知技术的包括印刷电路板的后部板的内面的视图；

图3示出了包括印刷电路板的后部板的局部示意图；图4示出了加强装置的一个实施方案；

图5示出了加强装置的一个实施方案；

图6示出了加强装置的一个实施方案；

图7示出了加强装置的一个实施方案；

图8示出了对于固定强度的法向力对裸压电力传感器的影响的有限元模型模拟；

图9示出了对于固定强度的压缩力对安装在能够在法向力的影响下变形的钢板上的压电力传感器的影响的有限元模型模拟，其中z方向上的压缩力会造成y方向上的应变；

图10示出了强度随时间变化的法向力对安装在印制电路板上的压电力传感器的影响的有限元模型模拟，该印刷电路板具有通过点焊固定到后部支撑金属板的周边的不锈钢支撑件，该后部支撑金属板在理想情况下是刚性的，并与该不锈钢支撑件相隔20微米的间隙；

图11示出了随着印刷电路板支撑件的厚度变化由压电力传感器生成的信号的模拟。

参考以上各图，示出了一种用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片，一般用参考标号1表示。

装有传感器的制动片1通常包括后部支撑板100、印刷电路板200和安装在后部板100上的摩擦材料块300。

可能设置插置在摩擦材料块300和印刷电路板200之间的阻尼层。

板200具有至少一个压电力传感器201并可能具有至少一个温度传感器202，这些传感器通过印刷电路220中的导电迹线203电连接到电互连系统，这些电互连系统，例如，通过用于连接到车辆的车载计算机系统的连接器210形成。

通常，印刷电路220的传感器和导电迹线是通过连续的丝网印刷操作生产的。

板200还具有由合适的刚性材料(例如，不一定是不锈钢)制成的支撑件230，使得板具有必要的形状、大小以及保护和处理特性，以便在装有传感器的制动片1中实现并使用板200。

板200的支撑件230具有后面231。

后部支撑板100具有形状与板200的支撑件230的形状配合的凹部110，板200定位并固定在凹部中。

凹部110具有后壁111和侧壁112。

在装有传感器的制动片1组件中，板200被插置在摩擦材料块300和凹部110中的后部板100中。

由于在后部板200上执行的用于形成凹部110的机械加工操作，以及在印刷电路220的部件的丝网印刷操作期间板200的支撑件230中所产生的应变，在凹部110的后壁111和支撑件230的后面231之间有间隙250。

在图2所示的将板200固定到后部板100的常规方案中，利用沿着支撑件230的边缘分布的多个焊接点101固定板200。

当板200通过摩擦材料块300承受制动系统的操作应力时，经实验验证，未完全粘合到凹部110的后壁111的支撑件230向间隙250中弹性弯曲，直到后面231与底部111接合，由此改变了压电力传感器201的读数的精度。

有利地并且创新性地，根据本发明，印刷电路板200设置有结构加强装置，从而防止在支撑件230的负载下凹部110中形成的间隙250中产生应变。

有利地，在第一实施方案中，如图4所示，这些结构加强装置被构造和设置成至少部分地占据间隙250，并且将印刷电路板200刚性地连接到凹部110的后壁111。

这些结构加强装置包括用于填充间隙250的填料材料260，该填料材料通常是密封剂，通常是粘合材料。

由于制动片首先在生产以及其次在使用中承受机械和热应力，因此这种粘合材料必须适应现有的表面，并且必须具有稳定的热机械特性。

发现环氧树脂和硅酮粘合材料适合使用。

使用填料材料260，通常是密封剂，通常是粘合材料，填充后部支撑件100和印刷电路板200之间的间隙250，有利地将后部支撑件100固定到板200，通过密封间隙250构成防止板200的支撑件230弯曲的刚性接合部，在后部支撑件100和板200之间形成防止外部环境渗透的屏障。

有利地，通过使用结构粘合带可得到相同的结果。

有利地，在一个实施方案中，通过烧结生产用于填充间隙250的填料材料260。

烧结是通过热量和压力使材料在未达到液化点的情况下压实并形成固体的工艺。

在本发明的这个实施方案中，该工艺使得在将板200定位在凹部110中之前在凹部110的底部111上铺展具有金属晶粒(通常为银晶粒)的特定膏。

通过随后利用正确的压力和温度组合适当地操作，金属膏中发生晶粒中的银原子的原子扩散，这些银原子熔化并充满凹部110与板200之间的间隙250的剩余容积，由此所形成的填料材料260在板200和后部支撑件100之间构成具有包括极高熔点和良好热阻的金属物理特性的刚性接合部。

在一个实施方案中，如图5所示，用于加强板200的结构加强装置包括板200的支撑件230的刚性衬底240：通过确保收集的信息的一致性和由传感器201和202所传输的数据，添加到支撑件230的物理特性的刚性衬底240的厚度和刚性抵消了板200的操作负载下的应变。

通常支撑件230包括刚性衬底240，通常刚性衬底240包括刚性板，例如但不一定由具有基于3mm和10mm之间的厚度的不锈钢制成。

在一个实施方案中，如图6所示，用于加强板200的结构加强装置包括位于后部支撑件100的凹部110中的底部111上的一个或多个分立元件115i，这些分立元件通过支撑件100的差动加工形成：有利地，至少一个分立元件115A位于板200上至少一个力传感器201的位置处。

在凹部110的底部111上形成分立元件115i以及在板200上至少一个传感器201的位置处有利地形成至少一个元件115A可及时减少和抵消电路板200在制动运行负载下的应变，从而有利于由传感器201正确读取应力。

在一个实施方案中，如图7所示，用于加强板200的结构加强装置包括位于后部支撑件100的凹部110中的底部111上的一个或多个分立固定点116i，这些分立固定点通过支撑件100的差动机械加工形成：有利地，至少一个或多个分立点116A、116B、116C围绕板200上至少一个力传感器201的位置彼此极其靠近而定位。

在凹部110的底部111上形成分立固定点116i以及围绕板200上至少一个传感器201的位置形成彼此极其靠近而定位的至少一个或多个分立点116A、116B、116C可及时减少和抵消电路板200在制动运行负载下的应变，从而有利于由传感器201正确读取应力。

有利地，该一个或多个分立固定点116i包括销钉、螺钉、铆钉或焊接方案。

本发明还要求一种用于生产用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片的方法，该用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括印刷电路板、具有其中固定该板的凹部的后部支撑板、安装在该板上的至少一个力传感器、安装在该后部板上的摩擦材料块，其中该板插置在该后部板和该摩擦材料块之间，并且其中设置有用于加强该板的结构加强装置，例如，另选地是以下各者，并且/或者是以下各者的组合：

a.被构造和设置成至少部分地占据后部板和板之间的间隙的结构加强装置；

b.被构造和设置成将板刚性地连接到后壁的结构加强装置；

c.包括板的刚性衬底的结构加强装置，其中该刚性衬底包括具有介于3mm和10mm之间的厚度的钢板；

d.包括对支撑板进行差动加工，以便在板的力传感器的底座的位置处形成分立元件的结构加强装置；

e.包括对该支撑板进行差动加工，以便在板的力传感器的底座的位置处和周围形成分立固定点的结构加强装置。

根据本发明的包括印刷电路板的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片的操作根据上文的描述和描绘显而易见。

在实践中，发现，根据本发明的包括印刷电路板的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片尤其有利于板与后部板的完全粘合。

本发明的另一个优点是生产了一种装有传感器的制动片，该装有传感器的制动片包括印刷电路板，能够确保在制动系统的操作应力下对板的变形具有更大的抗性。

本发明的价值得到了所执行的各种模拟的支持。

参考图8，示出了对施加在圆盘形压电传感器的上面的纯压缩力(在所示的情况下等于100N)的模拟。机械应变使圆盘变薄，并使该上面面积增大。这种应力下所得的预期电势的理论计算结果与模拟的结果一致。具体地，考虑到沿着z轴的极化，该上面的极性为负。由此，压电传感器的压缩力导致负电势(在所示的情况下等于-60V)。

参考图9，当对圆盘形压电传感器的上面施加压缩力(在特定情况下为沿着z轴等于100N的压缩力)时，钢板在负载下趋于崩塌，造成圆盘出现应变，使得圆盘略微变厚，上面的表面收缩。这些应变使得上面出现与压应力下预期的相反的正极性(在特定情况下为169.27V)。这是厚度小于3mm的钢板的典型情况。结果显示，随着钢板的厚度增大，信号的符号和振幅都接近理想情况。

参考图10，上方的两图示出了模拟，下方的图示出了实验数据。

在模拟中，对压电传感器的上面施加随时间t增加而增大的压缩力F。对压电传感器的压缩C(理解为传感器的两个面之间的距离)以及电压V进行测量。模拟的结果再现了对安装在印制电路板上的压电压力传感器进行的试验所得到的典型实验数据，该印刷电路板具有通过点焊固定到后部支撑金属板的周边的不锈钢支撑件，该后部支撑金属板在理想情况下是刚性的，并与该不锈钢支撑件相隔20微米的间隙。如图可见，随着负载L变化的信号反转点P是不锈钢支撑件和理想情况下刚性的后部支撑金属板之间的接触的结果，这种接触最终改变了压电传感器的变形方式。

参考图11，模拟显示当印刷电路板的不锈钢支撑件的厚度S(横坐标)大于3mm时，信号P的符号正确。

由此设计了一种易于进行多种修改和变型的包括印刷电路板的装有传感器的制动片，所有修改和变型都落入如权利要求所限定的本发明构思的范围内；此外所有细节均可替换为技术上等效的要素。

在实践中，根据要求和技术现状，所使用的材料以及尺寸可为任何材料和尺寸。

Claims (14)

1.一种用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，所述用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括印刷电路板(200)、具有其中固定所述印刷电路板(200)的凹部(110)的后部支撑板(100)、安装在所述印刷电路板(200)上的至少一个力传感器(201)、安装在所述后部板(100)上的摩擦材料块(300)，其中所述印刷电路板(200)插置在所述后部板(100)和所述摩擦材料块(300)之间，其特征在于所述用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括用于所述印刷电路板(200)的结构加强装置。

2.根据权利要求1所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其中所述凹部(110)具有后壁(111)和侧壁(112)，其中所述印刷电路板(200)具有与所述后壁(111)界定间隙(250)的后面(231)，其特征在于所述结构加强装置被构造和设置成至少部分地占据所述间隙(250)。

3.根据权利要求2所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述结构加强装置被构造和设置成将所述印刷电路板(200)刚性地连接到所述后壁(111)。

4.根据权利要求1所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述结构加强装置包括所述印刷电路板(200)的刚性衬底(240)。

5.根据前述权利要求所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述刚性衬底(240)包括具有介于3mm和10mm之间的厚度的钢板。

6.根据权利要求3所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述结构加强装置包括用于填充所述间隙(250)的填料材料(260)。

7.根据前述权利要求所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述填料材料(260)是密封剂。

8.根据权利要求6和7中的任一项所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述填料材料(260)是胶或金属烧结膏。

9.根据权利要求2和3中的任一项所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述结构加强装置包括一个或多个分立元件(115i)。

10.根据权利要求9所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述一个或多个分立元件(115i)至少位于所述至少一个力传感器(201)处。

11.根据权利要求2和3中的任一项所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述结构加强装置包括一个或多个分立固定点(116i)。

12.根据前述权利要求所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述一个或多个分立固定点(116i)包围所述至少一个力传感器(201)。

13.根据前述权利要求所述的用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片(1)，其特征在于所述一个或多个分立固定点(116i)包括螺钉、铆钉或焊接方案。

14.一种用于生产用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片的方法，所述用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括印刷电路板、具有其中固定所述印刷电路板的凹部的后部支撑板、安装在所述印刷电路板上的至少一个力或温度传感器、安装在所述后部板上的摩擦材料块，其中所述印刷电路板插置在所述后部板和所述摩擦材料块之间，其特征在于所述用于机动车辆的制动系统的装有传感器的制动片包括用于所述印刷电路板的结构加强装置，也就是以下各者，另选地是以下各者，并且/或者是以下各者的组合：

a.被构造和设置成确保所述后部板和所述印刷电路板之间的粘合的结构加强装置；

b.被构造和设置成将所述印刷电路板刚性地连接到所述后部板的结构加强装置；

c.包括所述印刷电路板的刚性衬底的结构加强装置，其中所述刚性衬底包括具有介于3mm和10mm之间的厚度的钢板；

d.包括对所述后部支撑板进行差动加工，以便在所述印刷电路板的所述至少一个力传感器的底座的位置处形成分立元件的结构加强装置；

e.包括对所述后部支撑板进行差动加工，以便在所述印刷电路板的所述至少一个力传感器的底座的位置处和周围形成分立固定点的结构加强装置。