JP2004301835A - 力測定のためのセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価にかつ小さく構成されていて、力が小さい場合の精度が高められている、力測定のためのセンサ装置を提供する。
【解決手段】機械的な力Ｆを検出するためのセンサ装置であって、磁場依存の少なくとも１つのセンサエレメント３；１４；１６；１７が設けられており、該センサエレメント３；１４；１６；１７の出力信号が、磁場内の機械的な構成部材１；１２の、力影響に基づく変位に依存している形式のものにおいて、前記機械的な構成部材がばね１；１２であり、該ばね１；１２が力影響に基づいて、磁場内におけるその位置を変えるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械的な力を検出するためのセンサ装置であって、磁場依存の少なくとも１つのセンサエレメントが設けられており、該センサエレメントの出力信号が、磁場内の機械的な構成部材の、力影響に基づく変位に依存している形式の、力測定のためのセンサ装置、特に自動車における力測定のためのセンサ装置に関する。

例えば、例えば自動車のホイール支承部のような、転がり支承によって案内されている回転する部分において、駆動システムにとって、かつ場合によってはブレーキシステムにとっても極めて重要である種々異なる測定値が生じることが、自体公知である。前記のように支承された構成部材は、しばしば、アンチロックブレーキシステム、アンチスリップコントロール装置または走行挙動または走行安全性に好影響を与えるその他の制御システムの構成部分である。この場合、例えば回転数、路面からホイールを介して車両に伝達される力または加速および制動力に関する測定データを得ることが、極めて重要であってよい。

この場合、応用事例として、特に、液圧式ブレーキシステムまたは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６５２２３０号明細書に基づいて公知の電気機械式ブレーキシステム並びに同じく自体公知の、自己倍力装置を備えた電気機械式ブレーキシステムが、考慮に値する。このような電気機械式ブレーキ、特にディスクブレーキは、通常、ブレーキパッドがブレーキディスクに圧着される際に加えられる垂直力に関する情報を必要とする。このために、一般的に、適当な力センサが使用される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５３５５４号明細書に基づいて、前記のようなアクティブな磁場・力センサが公知である。この場合、測定力によって負荷される磁気弾性的な測定エレメントが設けられており、この測定エレメントは円形の磁場内に、測定力によって生ぜしめられる磁場の変化が例えば異方性磁気抵抗センサ（ＡＭＲセンサ）によって評価され得るように配置されている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６５２２３０号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５３５５４号明細書

本発明の課題は、安価にかつ小さく構成されていて、かつ力が小さい場合の精度が高められている、力測定のためのセンサ装置を提供することである。

この課題を解決した本発明によれば、前記機械的な構成部材がばねであり、該ばねが力影響に基づいて、磁場内におけるその位置を変えるようになっている。

有利な応用では、ばねは、自動車のためのブレーキシステムの構成部材であり、前記少なくとも１つのセンサエレメントが、ブレーキキャリパの力の伝達経路内に存在する。

第１の有利な実施態様によれば、前記少なくとも１つのセンサエレメントは、ブレーキシステムとしてのディスクブレーキのブレーキキャリパの一方の側に存在しており、締付け力を生ぜしめるための電気モータが、ブレーキキャリパの他方の側に存在する。

別の有利な実施態様によれば、前記少なくとも１つのセンサエレメントと、締付け力を生ぜしめるための電気モータとは、ディスクブレーキのブレーキキャリパの同一の側に配置されている。

あらゆる可能な実施態様において、磁場に敏感な前記少なくとも１つのセンサエレメントが、ＡＭＲセンサまたはＧＭＲセンサであると、特に有利である。このようなＡＭＲ（Anisotrop Magneto Resistance；異方性磁気抵抗）センサまたはＧＭＲ（Giant Magnto Resistance；巨大磁気抵抗）センサは、センサエレメントを透過する力線の方向を測定する。これにより、磁極移行部に対する、水平方向におけるセンサエレメントのずれも、磁石における磁場変化によって測定され得る。

有利には、必要とされる磁場を生ぜしめるための磁石は、センサエレメントのすぐ隣に配置されている。しかしながら、前記磁石を空間的に幾分離して配置することも可能である。この場合、力線は、センサエレメントの傍らを通過するように案内されるだけでよい。

ＡＭＲセンサまたはＧＭＲセンサとばね弾性的なエレメントとが電気機械式ブレーキにおいて本発明に従って併用されることによって、制動力検知が簡単にかつ安価に達成され得る。この場合、ばね弾性的なエレメントと距離測定装置との組合せによって力センサが形成されることが、利用される。ばね弾性的なエレメントは、ブレーキにおける使用時には、有利にはブレーキキャリパの一部であってよい。

要約すれば本発明の利点は、特に、小さく構成されている安価な測定原理によって得られ、この測定原理では、磁石とセンサエレメントとの間の間隔の精度要求は、決定的ではない。さらに、ばねとセンサとの組合せによって、非線形の特性曲線が生ぜしめられ得、この場合、僅かな力で比較的に大きい行程が生じ、大きい力で比較的に僅かな行程が生じる。このことは、ブレーキの挙動に好影響を与える。なぜならば、制動モーメントが高い場合には、比較的に僅かな精度で十分であるが、しかしながら力が僅かである場合には、高い精度がどうしても必要とされるからである。

以下に、本発明による、力センサとしてのセンサ装置の実施の形態を、図面につき説明する。

図１には、機能形式を説明するために、１つの略図を示してある。この略図では、ばね１は、力Ｆによる負荷に際して磁石２を、力センサとしてのセンサエレメント３によって磁場の変化が検出可能であるように変位させる。例えば先述のＡＭＲ技術もしくはＧＭＲ技術における、前記のようなセンサエレメントは、センサエレメント３を透過する力線の方向を測定する。これにより、磁極移行部に対する、水平方向におけるセンサエレメント３のずれも、磁石２における磁場変化によって測定され得る。

本発明の原理は、有利には、自己倍力作用を有する電気機械式ブレーキにおいてブレーキディスクで実現され得る。しかも前記原理は、古典的な電気機械式ブレーキにおいても機能する。もっともこの場合、ブレーキの操作の形式は重要ではない。センサエレメント３は垂直力Ｆの検知に用いられ、この力Ｆによってブレーキパッドがブレーキディスクに押し付けられる。ばね１の行程ｘは、関係式

に従って、作用している力Ｆとばね定数ｃとに依存している。

図１を用いて説明したエレメントは、図２によれば、自動車のブレーキシステム内に組み込まれ得る。この場合、本発明によるセンサ装置が、自己倍力式の支承部８を備えたブレーキキャリパ９の力の伝達経路（Kraftfluss）内に位置することが、保証されるだけでよい。このことは、種々異なる箇所で当てはまっていてよい。図２による配置形式では、ブレーキパッド１０はブレーキディスク１１に作用し、この場合、電気モータ１３がモータスピンドル１５を介して、ブレーキキャリパ９の一方の側に配置されており、ばね１２とＡＭＲセンサエレメント１４とが、ブレーキキャリパ９の他方の側に配置されている。

図３による実施例では、図２による実施例とは異なって、２つのＡＭＲセンサエレメント１６，１７がばね１２に対して対称的に設けられている。

図４には、第３の実施例を示してある。この実施例では、ＡＭＲセンサエレメント１６，１７は、自己倍力式のブレーキの支持プレート内で、電気モータ１３と同じ側に設けられている。例えばセンサエレメントが古典的な電磁式ブレーキの支持支承部の後方に配置されている、さらに別の実施例（図示せず）が可能である。

磁場依存のセンサと協働する、力によって負荷されるばねの原理図である。

ディスクブレーキを備えた自動車のためのブレーキシステムを示す図である。このディスクブレーキは、第１の実施例では、センサエレメントと締付け力を生ぜしめるための電気モータとが、ブレーキキャリパの異なる側に配置されている。

図１に対して部分変更されて２つのセンサエレメントを有している第２の実施例を示す図である。

ブレーキキャリパの、電気モータと同じ側に配置されているセンサエレメントを備えた、部分変更された第３の実施例である。

符号の説明

１ ばね
２ 磁石
３ センサエレメント
８ 支承部
９ ブレーキキャリパ
１０ ブレーキパッド
１１ ブレーキディスク
１２ ばね
１３ 電気モータ
１４ ＡＭＲセンサエレメント
１５ モータスピンドル
１６ ＡＭＲセンサエレメント
１７ ＡＭＲセンサエレメント
Ｆ 力

Claims (5)

1. 機械的な力（Ｆ）を検出するためのセンサ装置であって、磁場依存の少なくとも１つのセンサエレメント（３；１４；１６，１７）が設けられており、該センサエレメント（３；１４；１６，１７）の出力信号が、磁場内の機械的な構成部材（１；１２）の、力影響に基づく変位に依存している形式のものにおいて、前記機械的な構成部材がばね（１；１２）であり、該ばね（１；１２）が力影響に基づいて、磁場内におけるその位置を変えるようになっていることを特徴とする、力測定のためのセンサ装置。
2. ばね（１２）が、自動車のためのブレーキシステムの構成部材であり、前記少なくとも１つのセンサエレメント（１４；１６，１７）が、ブレーキキャリパ（９）の力の伝達経路内に存在する、請求項１記載のセンサ装置。
3. 前記少なくとも１つのセンサエレメント（１４；１６，１７）が、ブレーキシステムとしてのディスクブレーキ（１１）のブレーキキャリパ（９）の一方の側に存在しており、締付け力を生ぜしめるための電気モータ（１３）が、ブレーキキャリパ（９）の他方の側に存在する、請求項２記載のセンサ装置。
4. 前記少なくとも１つのセンサエレメント（１４；１６，１７）と、締付け力を生ぜしめるための電気モータ（１３）とが、ブレーキシステムとしてのディスクブレーキ（１１）のブレーキキャリパ（９）の同一の側に存在する、請求項２記載のセンサ装置。
5. 磁場に敏感な前記少なくとも１つのセンサエレメント（３；１４；１６，１７）が、ＡＭＲセンサまたはＧＭＲセンサである、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置。

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