JP2018036118A - Thrust sensor for electric brake - Google Patents

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健悟 鈴木
Kengo Suzuki
健悟 鈴木
洋 小貫
Hiroshi Konuki
洋 小貫
大介 寺田
Daisuke Terada
大介 寺田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress variation of strain output due to positional deviation and angular deviation between a piston and a thrust sensor to which thrust is applied from the piston.SOLUTION: In a thrust sensor 1, a strain sensor 11 (strain sensors 11a, 11b) is mounted on a pressure receiving frame 12 at which an inclination part 15 is formed, and deformation of the pressure receiving frame 12 is directly transmitted to the strain sensors 11a, 11b. The strain sensor 11a and the strain sensor 11b are mounted along an X-axis direction of the pressure receiving frame 12 at an equal interval, so as to output ideally the same strain by thrust via a piston 2. A curved surface 16 is formed at a tip of the piston 2, and the piston 2 and the thrust sensor 1 contact with each other via the curved surface 16 and the inclination part 15.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電動ブレーキ装置に用いられる推力センサに関する。   The present invention relates to a thrust sensor used in an electric brake device.

電動モータを駆動源として車両の制動を行う電動ブレーキ装置では、特許文献1に示されるように、電動モータを駆動する電流から、電流リプルや電流モータにより作動する機械部分のグリスの粘性を含む摺動抵抗分の電流(粘性・摩擦トルク成分電流)などを除去したブレーキパッド押付力(以下、推力と呼ぶ)の発生にのみ寄与する電流、いわゆる推力寄与電流を算出することで推力を推定し制御を行っている。   In an electric brake device that brakes a vehicle using an electric motor as a driving source, as shown in Patent Document 1, a slip including a current ripple and grease viscosity of a machine part that is operated by the current motor is generated from a current that drives the electric motor. Thrust is estimated and controlled by calculating the so-called thrust-contributing current that contributes only to the generation of the brake pad pressing force (hereinafter referred to as thrust) from which the dynamic resistance current (viscosity / friction torque component current) is removed. It is carried out.

上述した電動ブレーキ制御技術では、機械部分の経時変化などによって、推力の推定値の正確性を欠いてしまうことがある。このような状態が左右輪で発生すると、制動時の車両安定性が低下する恐れがある。   In the electric brake control technique described above, the accuracy of the estimated value of the thrust may be inaccurate due to a change in the mechanical portion over time. If such a state occurs in the left and right wheels, the vehicle stability during braking may be reduced.

そこで、従来では詳細な推力を算出する方法が検討されたり、推力センサなどで推力を計測したりすることで車両の制動を長期間確保している。推力センサとしては一軸方向(例えば直交座標系におけるZ方向)に作用する推力(荷重)を測定する特許文献2のような推力センサは従来から知られている。特許文献2に記載の推力センサは、ピストンを介してセンシング部を押すことにより推力を測定する推力センサであって、荷重を一軸方向に伝えるピストンと、ピストンを介して荷重を測定する歪ゲージと、歪ゲージを保護する支持ケースとストッパーを有し、歪ゲージの測定許容範囲内においては当該歪ゲージを用いて推力を測定するとともに、歪ゲージに加わる荷重がその測定許容範囲を超えた場合にはストッパーで止まり過剰に歪ゲージを変形させない構造となっている。また、一軸方向に推力が加わるようにピストン周辺はピストンガイドで覆われている。   Therefore, conventionally, methods for calculating a detailed thrust have been studied, and braking of the vehicle is ensured for a long time by measuring the thrust with a thrust sensor or the like. As a thrust sensor, a thrust sensor as in Patent Document 2 that measures a thrust (load) acting in a uniaxial direction (for example, a Z direction in an orthogonal coordinate system) has been conventionally known. The thrust sensor described in Patent Document 2 is a thrust sensor that measures thrust by pushing a sensing unit through a piston, and includes a piston that transmits a load in a uniaxial direction, and a strain gauge that measures the load through the piston. When there is a support case and stopper that protects the strain gauge, the thrust is measured using the strain gauge within the allowable measurement range of the strain gauge, and the load applied to the strain gauge exceeds the allowable measurement range. Has a structure that stops at the stopper and does not deform the strain gauge excessively. Further, the periphery of the piston is covered with a piston guide so that thrust is applied in one axial direction.

特開2003−106355号公報JP 2003-106355 A 特願2015−111084号公報Japanese Patent Application No. 2015-1111084

上記の特許文献2に記載の推力センサの構成では、ピストンをピストンガイドで覆うことによって一軸方向に推力が加わる構造になっており、ピストンとピストンガイドとを高精度に加工する必要があるためコストが大きくなる。   In the configuration of the thrust sensor described in Patent Document 2 described above, the piston is covered with the piston guide so that thrust is applied in a uniaxial direction, and it is necessary to process the piston and the piston guide with high accuracy. Becomes larger.

また、ピストンの先端は歪ゲージの中央を押すために円錐状になっているため、大きな推力が加わった際には円錐の頂部の一点で応力が集中してしまうため、大きな推力の計測には不適である。   In addition, since the tip of the piston has a conical shape to push the center of the strain gauge, stress is concentrated at one point on the top of the cone when a large thrust is applied. Unsuitable.

本発明の目的は、一軸方向に作用する大きな推力を正確に測定することができる低コスト推力センサを提供することにある。さらには、推力の印加位置がずれた時に位置補正を可能とする推力センサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a low-cost thrust sensor that can accurately measure a large thrust acting in a uniaxial direction. It is another object of the present invention to provide a thrust sensor that enables position correction when the thrust application position is shifted.

上述した課題を解決するために、本発明の請求項1に係る推力センサは、荷重を一軸方向に伝えるピストンと、前記ピストンを介して推力を受け取る受圧フレームと、前記受圧フレームを介して推力を受け取る受圧プレートと、前記受圧プレートを介して推力を受け取る歪センサとを有し、前記受圧フレームには傾斜部が形成されており、前記傾斜部と前記ピストンは接触しており、前記ピストンの前記傾斜部と接触している部分が曲面になっていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a thrust sensor according to a first aspect of the present invention includes a piston that transmits a load in a uniaxial direction, a pressure receiving frame that receives the thrust through the piston, and a thrust through the pressure receiving frame. A pressure receiving plate that receives the pressure sensor, and a strain sensor that receives thrust through the pressure receiving plate, wherein the pressure receiving frame has an inclined portion, the inclined portion and the piston are in contact with each other, and the piston A portion in contact with the inclined portion is a curved surface.

本発明によれば、ピストンと推力センサとの位置ずれや角度ずれに伴う歪出力ばらつきを低減した推力センサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thrust sensor which reduced the distortion output dispersion | variation accompanying the position shift and angle shift | offset | difference of a piston and a thrust sensor can be provided.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の推力センサを用いた電動ブレーキの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric brake using the thrust sensor of this invention. 本発明の第1実施例の推力センサの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thrust sensor of 1st Example of this invention. ブリッジ回路の例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of the bridge circuit. 本発明の第2実施例の推力センサの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thrust sensor of 2nd Example of this invention. 各角度ずれにおける本発明の第1実施例の推力センサから傾斜部がピストンから曲面が未実装時の出力ばらつきを示したグラフである。It is the graph which showed the output variation at the time of each angle shift | offset | difference at the time of the inclination part from the thrust sensor of 1st Example of this invention, and a curved surface from a piston.

以下、実施例を図面を用いて説明する。   Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の推力センサを用いた電動ブレーキの構造を示す断面図を示している。電動ブレーキ7は主に、推力センサ1、ピストン2、モータ3、回転-直動変換機構4、パッド5、ディスク6などにより構成される。ドライバーがブレーキを踏むことによって、モータ3の回転トルクは回転-直動変換機構4によって回転運動から並進運動に変換され,ピストン2がモータ回転軸方向に移動する。この移動によりピストン2と接触している推力センサ1にモータ回転軸方向の力である推力が印加される。同時に,ピストン2を介してパッド5を押し出すことでディスク6が両サイドのパッド5に挟み込まれてブレーキがかかる
図2は、本実施例の推力センサ1の断面図と平面図を示している。推力センサ1は、傾斜部15が形成された受圧フレーム12上に、接続ピン14を介して歪センサ11を搭載するための受圧プレート13が搭載された構成となっている。受圧プレート13と受圧フレーム12とは接続ピン14と受圧プレート外周部18とを溶接することで接続されており、受圧フレーム12の変形を接続ピン14と受圧フレーム外周部18を介して歪センサ11a、11bに伝えている。受圧プレート13は、受圧フレーム12の変形を妨げないように、変形が容易な薄い梁構造となっている。受圧プレート13上に、方形状の歪センサ11a、11bを接合層17a、17bを介して接合した構成となっている。歪センサ11aと歪センサ11bは、受圧プレート13のX軸方向に沿って、かつ、接続ピン14に対して対称に搭載されており、ピストン2を介した推力により理想的には同一の歪が出力される。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an electric brake using a thrust sensor of the present invention. The electric brake 7 is mainly composed of a thrust sensor 1, a piston 2, a motor 3, a rotation-linear motion conversion mechanism 4, a pad 5, a disk 6, and the like. When the driver steps on the brake, the rotational torque of the motor 3 is converted from a rotational motion to a translational motion by the rotation-linear motion conversion mechanism 4, and the piston 2 moves in the direction of the motor rotation axis. By this movement, a thrust, which is a force in the direction of the motor rotation axis, is applied to the thrust sensor 1 that is in contact with the piston 2. At the same time, by pushing the pad 5 through the piston 2, the disc 6 is sandwiched between the pads 5 on both sides and the brake is applied. FIG. 2 shows a cross-sectional view and a plan view of the thrust sensor 1 of this embodiment. The thrust sensor 1 has a configuration in which a pressure receiving plate 13 for mounting the strain sensor 11 is mounted on a pressure receiving frame 12 in which an inclined portion 15 is formed via a connection pin 14. The pressure receiving plate 13 and the pressure receiving frame 12 are connected by welding the connection pin 14 and the pressure receiving plate outer peripheral portion 18, and deformation of the pressure receiving frame 12 is detected via the connection pin 14 and the pressure receiving frame outer peripheral portion 18. , 11b. The pressure receiving plate 13 has a thin beam structure that can be easily deformed so as not to prevent deformation of the pressure receiving frame 12. On the pressure receiving plate 13, square strain sensors 11a and 11b are joined via joining layers 17a and 17b. The strain sensor 11a and the strain sensor 11b are mounted along the X-axis direction of the pressure receiving plate 13 and symmetrically with respect to the connection pin 14, and ideally the same strain is caused by the thrust through the piston 2. Is output.

ピストン2と傾斜部15の接触部は曲面16となっており、ピストン2と推力センサ1は曲面16と傾斜部15で接する構造となっている。   The contact portion between the piston 2 and the inclined portion 15 is a curved surface 16, and the piston 2 and the thrust sensor 1 are in contact with each other at the curved surface 16 and the inclined portion 15.

図3に歪センサ11のホイートストンブリッジ回路の構成を示す。歪センサ11は、受圧プレート13と接合しない側の表面の中央部にゲージ領域22を有し、ゲージ領域22内に4つの歪ゲージ21(第1〜第4歪ゲージ21a〜21d)を有する。4つの歪ゲージ21は、図示されていない配線で接続されている。ゲージ領域22は歪センサ11の中央部上に配置されており、第1歪ゲージ21aおよび第2歪ゲージ21bは受圧プレート13のX軸方向歪が、第3歪ゲージ21cおよび第4歪ゲージ21dは受圧プレート13のY軸方向の歪が計測できるように配置されている。推力センサ1は、ピストン2を介して加えられる推力に対して、受圧フレーム12と受圧プレート13が変形して歪ゲージ21の応力が変化し、それに伴って歪ゲージ21の抵抗が変化することで、ブリッジ回路の差動出力として圧力に比例した出力が得られる仕組みとなっている。   FIG. 3 shows the configuration of the Wheatstone bridge circuit of the strain sensor 11. The strain sensor 11 has a gauge region 22 at the center of the surface not joined to the pressure receiving plate 13, and has four strain gauges 21 (first to fourth strain gauges 21 a to 21 d) in the gauge region 22. The four strain gauges 21 are connected by wiring not shown. The gauge region 22 is disposed on the central portion of the strain sensor 11, and the first strain gauge 21a and the second strain gauge 21b have strain in the X-axis direction of the pressure receiving plate 13, and the third strain gauge 21c and the fourth strain gauge 21d. Are arranged so that the strain in the Y-axis direction of the pressure receiving plate 13 can be measured. In the thrust sensor 1, the pressure receiving frame 12 and the pressure receiving plate 13 are deformed with respect to the thrust applied via the piston 2, and the stress of the strain gauge 21 changes, and the resistance of the strain gauge 21 changes accordingly. As a differential output of the bridge circuit, an output proportional to the pressure is obtained.

受圧フレーム12と受圧プレート13はステンレスなどの金属を材質とする。受圧フレーム12は円板の上に円管が形成された構造をしている。加工方法には、切削や放電加工、あるいはプレス加工などを用いることができる。円管状に加工された側の面の端部である受圧フレーム外周部18には、傾斜部15が形成されており、受圧プレート13が溶接により取り付けられる構造となっている。   The pressure receiving frame 12 and the pressure receiving plate 13 are made of metal such as stainless steel. The pressure receiving frame 12 has a structure in which a circular tube is formed on a circular plate. As the processing method, cutting, electric discharge machining, press working, or the like can be used. An inclined portion 15 is formed on the pressure receiving frame outer peripheral portion 18 which is an end portion of the surface processed into a circular tube shape, and the pressure receiving plate 13 is attached by welding.

歪センサ11は単結晶シリコン基板を材料として製作され、歪ゲージ21は、不純物拡散により製作された、p型シリコンのピエゾ抵抗ゲージである。シリコン基板は結晶面(100)のものを用い、X軸およびY軸が、シリコン結晶軸の<110>と一致するようにしている。よって第1〜第4歪ゲージ21a〜21dは、全てp型シリコン<110>方向のピエゾ抵抗ゲージである。   The strain sensor 11 is manufactured using a single crystal silicon substrate as a material, and the strain gauge 21 is a p-type silicon piezoresistive gauge manufactured by impurity diffusion. A silicon substrate having a crystal plane (100) is used so that the X-axis and the Y-axis coincide with <110> of the silicon crystal axis. Accordingly, the first to fourth strain gauges 21a to 21d are all piezoresistive gauges in the p-type silicon <110> direction.

接着層17にはAu/Snはんだやガラスが用いられている。接合のプロセスは、例えば、歪センサ11の接合面にNi/Au膜をスパッタで形成しておき、受圧プレート13の歪センサ11接合領域にはSn膜をめっきで形成しておき、ペレット状のAu/Snを挟んで位置合わせし、加熱してAu/Snを溶融することで接合する。   Au / Sn solder or glass is used for the adhesive layer 17. The bonding process is performed, for example, by forming a Ni / Au film on the bonding surface of the strain sensor 11 by sputtering, and forming an Sn film on the bonding area of the strain sensor 11 of the pressure receiving plate 13 by plating. Alignment is performed with Au / Sn sandwiched, and bonding is performed by heating to melt Au / Sn.

本発明の推力センサ1においては、ピストン2のピストン2と傾斜部15との接触部は曲面16となっていることに特徴がある。   The thrust sensor 1 of the present invention is characterized in that the contact portion between the piston 2 of the piston 2 and the inclined portion 15 is a curved surface 16.

推力センサ1の実装誤差により、平面図で見たところの推力センサ1とピストン2の中心がずれた位置ずれが発生する可能性がある。位置ずれが発生している状態で、推力が印加されたとすると、受圧フレーム12に形成された傾斜部15とピストン2の曲面16が滑り合うことによりピストン2が位置補正され、推力センサ1の中央とピストン2の中央がほぼ一致する。これにより、ピストン2を介して受圧フレーム12に加わる推力の位置は、位置ずれの無い場合の推力の加わる位置とほぼ同じになり、位置ずれの無い場合の出力に近い出力となる。すなわち、位置ずれに対して歪出力のばらつきを小さくできる。   Due to the mounting error of the thrust sensor 1, there is a possibility that a positional shift in which the centers of the thrust sensor 1 and the piston 2 are shifted as seen in a plan view may occur. Assuming that a thrust is applied in a state in which the displacement has occurred, the inclined portion 15 formed on the pressure receiving frame 12 and the curved surface 16 of the piston 2 are slid together to correct the position of the piston 2, and the center of the thrust sensor 1 And the center of the piston 2 substantially coincide. As a result, the position of the thrust applied to the pressure receiving frame 12 via the piston 2 is substantially the same as the position to which the thrust is applied when there is no displacement, and the output is close to the output when there is no displacement. That is, the variation in distortion output can be reduced with respect to the positional deviation.

また、推力センサ1の実装誤差により、推力センサ1とピストン2の角度がずれた角度ずれが発生する可能性がある。角度ずれが発生している状態で、推力が印加されたとすると、ピストン2の曲面16が受圧フレーム12に形成された傾斜部15に押しつけられる。押しつけられた際に接触する場所は、ピストン2の先端が曲面16であるため、角度ずれの無い理想状態とほぼ同じ場所となり、角度ずれの無い場合の出力に近い出力となる。すなわち、角度ずれに対して歪出力のばらつきを小さくできる。   Further, due to mounting error of the thrust sensor 1, there is a possibility that an angle shift in which the angles of the thrust sensor 1 and the piston 2 are shifted occurs. Assuming that thrust is applied in a state where angular deviation has occurred, the curved surface 16 of the piston 2 is pressed against the inclined portion 15 formed on the pressure receiving frame 12. Since the tip of the piston 2 is the curved surface 16, the place where it comes into contact is almost the same as the ideal state with no angular deviation, and the output is close to the output when there is no angular deviation. That is, the variation in distortion output can be reduced with respect to the angular deviation.

また、本発明の推力センサ1は、受圧プレート13に沿って接続ピンから等間隔に歪センサ11を2個搭載しており、位置ずれや角度ずれなどが発生しない理想的な状態では同一の歪出力を発生させる。そのため、歪センサ11の故障、例えば、歪センサ11と受圧プレート13との接合層17の一つが経時劣化のせいで割れて歪出力が出なくなった場合においても、もう一つの歪センサ11の出力で電動ブレーキを制御可能になるといったフェイルセーフの機能を有する。   In addition, the thrust sensor 1 of the present invention has two strain sensors 11 mounted at equal intervals from the connection pin along the pressure receiving plate 13, and the same strain is obtained in an ideal state where no positional deviation or angular deviation occurs. Generate output. Therefore, even when a failure of the strain sensor 11 occurs, for example, when one of the bonding layers 17 between the strain sensor 11 and the pressure receiving plate 13 is cracked due to deterioration with time, the output of the other strain sensor 11 is not output. It has a fail-safe function that makes it possible to control the electric brake.

さらに、理想的には同じ出力を出す歪センサ11が2個搭載しているため、歪センサ11の出力の差分をとることにより位置ずれや角度ずれの予想や理想的出力の算出を可能とする。   Furthermore, ideally, since two strain sensors 11 that output the same output are mounted, it is possible to predict the positional deviation and the angular deviation and calculate the ideal output by taking the difference between the outputs of the strain sensors 11. .

歪センサ11には、ブリッジ回路だけでなく、出力アンプ、電流源、A/D変換、出力補正回路、補正値を格納するメモリ、温度センサなど、周辺回路を作り込むことができる。上記のような信号処理回路を歪センサ内に有することにより、出力信号の増幅や温度補正、ゼロ点補正などが行え、出力信号の精度を高くすることができる。温度補正においては、歪ゲージ21と温度センサを同じ歪センサ11上に形成できるので、歪ゲージ21の温度を正確に測定でき、温度補正を高い精度で行うことができる。   The strain sensor 11 can include not only a bridge circuit but also peripheral circuits such as an output amplifier, a current source, an A / D conversion, an output correction circuit, a memory for storing correction values, and a temperature sensor. By having the signal processing circuit as described above in the strain sensor, output signal amplification, temperature correction, zero point correction, and the like can be performed, and the accuracy of the output signal can be increased. In the temperature correction, since the strain gauge 21 and the temperature sensor can be formed on the same strain sensor 11, the temperature of the strain gauge 21 can be accurately measured, and the temperature correction can be performed with high accuracy.

本実施例では、推力を受ける受圧フレーム12および受圧プレート13がステンレス製であるため、材料の耐力が高く、高い圧力測定範囲のセンサを構成しやすい。また、測定対象の液体や気体の腐食性が高い場合にも使用できる。ステンレスの種類は、耐力を重視する場合はSUS630など析出硬化型のステンレスを選び、耐腐食性を重視する場合はSUS316など、耐腐食性の高いステンレスを選ぶなど、材質を選択できる。また、材質はステンレスに限ったものではなく、耐力や耐腐食性、シリコンとの線膨脹係数差などを考慮して、様々な鋼種を選択できる。   In the present embodiment, since the pressure receiving frame 12 and the pressure receiving plate 13 that receive thrust are made of stainless steel, the material has a high yield strength, and it is easy to configure a sensor with a high pressure measurement range. It can also be used when the liquid or gas to be measured is highly corrosive. The material of the stainless steel can be selected by selecting a precipitation hardening type stainless steel such as SUS630 when importance is attached to the proof stress and selecting a stainless steel having high corrosion resistance such as SUS316 when importance is attached to the corrosion resistance. Further, the material is not limited to stainless steel, and various steel types can be selected in consideration of proof stress, corrosion resistance, difference in linear expansion coefficient from silicon, and the like.

また、接合層17の材質および接合プロセスについても、上述した材質、プロセスに限るものではない。接合層17としては、例えばガラスやAu/Geはんだ、Au/Siはんだを用いることで、接合層17のクリープ変形をより小さくすることができる。また、クリープ変形はしやすいが、それを許容する用途であれば、各種の接着剤を用いることができる。接合プロセスについては、上述のAu/Suペレットを用いる方法以外にも、Au/Snを直接ダイアフラムまたはセンサチップ裏面にめっきなどで形成する方法などがある。   Further, the material of the bonding layer 17 and the bonding process are not limited to the materials and processes described above. As the bonding layer 17, for example, glass, Au / Ge solder, or Au / Si solder is used, so that the creep deformation of the bonding layer 17 can be further reduced. Moreover, although it is easy to carry out creep deformation | transformation, if it is a use which accept | permits it, various adhesive agents can be used. As for the bonding process, there is a method in which Au / Sn is directly formed on the rear surface of the diaphragm or sensor chip by plating or the like in addition to the method using the Au / Su pellet.

図4は、本発明の推力センサ1の第2実施例の断面図および平面図を示している。推力センサ1は、傾斜部15が形成された受圧フレーム12上に歪センサ11が搭載されており、受圧フレーム12の変形を直接歪センサ11a、11bに伝えている。歪センサ11aと歪センサ11bは、受圧フレーム12のX軸方向に沿って等間隔に搭載されており、ピストン2を介した推力により理想的には同一の歪が出力される。受圧プレート13を用いないことでコスト低減を図ることを可能にする。   FIG. 4 shows a cross-sectional view and a plan view of a second embodiment of the thrust sensor 1 of the present invention. In the thrust sensor 1, the strain sensor 11 is mounted on the pressure receiving frame 12 in which the inclined portion 15 is formed, and the deformation of the pressure receiving frame 12 is directly transmitted to the strain sensors 11a and 11b. The strain sensor 11 a and the strain sensor 11 b are mounted at equal intervals along the X-axis direction of the pressure receiving frame 12, and ideally the same strain is output by the thrust through the piston 2. Cost reduction can be achieved by not using the pressure receiving plate 13.

本発明の推力センサ1においては、ピストン2のピストン2と傾斜部15との接触部は曲面16となっていることに特徴がある。   The thrust sensor 1 of the present invention is characterized in that the contact portion between the piston 2 of the piston 2 and the inclined portion 15 is a curved surface 16.

推力センサ1の実装誤差により、平面図で見たところの推力センサ1とピストン2の中心がずれた位置ずれが発生する可能性がある。位置ずれが発生している状態で、推力が印加されたとすると、受圧フレーム12に形成された傾斜部15とピストン2の曲面16が滑り合うことによりピストン2が位置補正され、推力センサ1の中央とピストン2の中央がほぼ一致する。これにより、ピストン2を介して受圧フレーム12に加わる推力の位置は、位置ずれの無い場合の推力の加わる位置とほぼ同じになり、位置ずれの無い場合の出力に近い出力となる。すなわち、位置ずれに対して歪出力のばらつきを小さくできる。   Due to the mounting error of the thrust sensor 1, there is a possibility that a positional shift in which the centers of the thrust sensor 1 and the piston 2 are shifted as seen in a plan view may occur. Assuming that a thrust is applied in a state in which the displacement has occurred, the inclined portion 15 formed on the pressure receiving frame 12 and the curved surface 16 of the piston 2 are slid together to correct the position of the piston 2, and the center of the thrust sensor 1 And the center of the piston 2 substantially coincide. As a result, the position of the thrust applied to the pressure receiving frame 12 via the piston 2 is substantially the same as the position to which the thrust is applied when there is no displacement, and the output is close to the output when there is no displacement. That is, the variation in distortion output can be reduced with respect to the positional deviation.

また、推力センサ1の実装誤差により、推力センサ1とピストン2の角度がずれた角度ずれが発生する可能性がある。角度ずれが発生している状態で、推力が印加されたとすると、ピストン2の曲面16が受圧フレーム12に形成された傾斜部15に押しつけられる。押しつけられた際に接触する場所は、ピストン2の先端が曲面16であるため、角度ずれの無い理想状態とほぼ同じ場所となり、角度ずれの無い場合の出力に近い出力となる。すなわち、角度ずれに対して歪出力のばらつきを小さくできる。   Further, due to mounting error of the thrust sensor 1, there is a possibility that an angle shift in which the angles of the thrust sensor 1 and the piston 2 are shifted occurs. Assuming that thrust is applied in a state where angular deviation has occurred, the curved surface 16 of the piston 2 is pressed against the inclined portion 15 formed on the pressure receiving frame 12. Since the tip of the piston 2 is the curved surface 16, the place where it comes into contact is almost the same as the ideal state with no angular deviation, and the output is close to the output when there is no angular deviation. That is, the variation in distortion output can be reduced with respect to the angular deviation.

以下、本発明により得られる効果の検証を行った結果について示す。   Hereinafter, the result of verifying the effect obtained by the present invention will be described.

本発明の、ピストン2の角度ずれの影響を小さくする効果について確かめるため、有限要素法(FEM)を用いた数値解析を行った。本発明のモデルには図2の構造を用い、比較構造として受圧フレーム12の傾斜部15とピストン2の曲面16が無い構造を用いた。受圧フレーム12の直径を30mm、受圧フレーム12の傾斜部15深さを1mm、傾斜部15の角度を45゜、ピストン2の径を15mm、曲面16のRが15mmとして計算を実施した。   In order to confirm the effect of reducing the influence of the angular deviation of the piston 2 of the present invention, a numerical analysis using a finite element method (FEM) was performed. The structure of FIG. 2 was used for the model of the present invention, and a structure without the inclined portion 15 of the pressure receiving frame 12 and the curved surface 16 of the piston 2 was used as a comparative structure. The calculation was performed assuming that the diameter of the pressure receiving frame 12 was 30 mm, the depth of the inclined portion 15 of the pressure receiving frame 12 was 1 mm, the angle of the inclined portion 15 was 45 °, the diameter of the piston 2 was 15 mm, and the R of the curved surface 16 was 15 mm.

歪ゲージに発生する応力から推力センサの出力を計算する方法について以下に示す。   A method for calculating the output of the thrust sensor from the stress generated in the strain gauge is described below.

本発明の推力センサにおいて、X軸に沿って配置された第1歪ゲージ21aと第2歪ゲージ21bには同様の応力が働き、抵抗変化が等しいとみなせる。同様に第3歪ゲージ21cと第4歪ゲージ21dも等しい抵抗変化となる。初期抵抗R0は全ての歪ゲージで等しいとして、各歪ゲージの抵抗を以下の式で表す。 In the thrust sensor of the present invention, the same stress acts on the first strain gauge 21a and the second strain gauge 21b arranged along the X axis, and it can be considered that the resistance change is equal. Similarly, the third strain gauge 21c and the fourth strain gauge 21d have the same resistance change. Assuming that the initial resistance R 0 is the same for all strain gauges, the resistance of each strain gauge is expressed by the following equation.

Figure 2018036118
Figure 2018036118

Figure 2018036118
Figure 2018036118

図2のブリッジ回路で得られる電圧変化率 Vout/Vccは以下になる。 The voltage change rate V out / V cc obtained by the bridge circuit of FIG.

Figure 2018036118
Figure 2018036118

抵抗変化△R1および△R3は以下のように求められる。第1および第2歪ゲージに発生する応力で、X方向の応力成分をσ、Y方向の応力成分をσとすると、抵抗変化△R1は、歪ゲージの縦ピエゾ抵抗係数をπl、横ピエゾ抵抗係数をπtとして、 Resistance changes ΔR1 and ΔR3 are obtained as follows. When the stress component in the X direction is σ x and the stress component in the Y direction is σ y in the stress generated in the first and second strain gauges, the resistance change ΔR 1 is the longitudinal piezoresistance coefficient of the strain gauge π l , Where the transverse piezoresistance coefficient is π t

Figure 2018036118
Figure 2018036118

と表される。一方、第3および第4歪ゲージにも同じ応力が発生するが、ゲージがY方向に沿って配置されているため、電流方向の応力がσy、それに垂直な方向の応力成分がσxとなり、抵抗変化△R3It is expressed. On the other hand, the same stress is generated in the third and fourth strain gauges, but since the gauges are arranged along the Y direction, the stress in the current direction is σ y , and the stress component in the direction perpendicular thereto is σ x . , Resistance change △ R 3 is

Figure 2018036118
Figure 2018036118

と表わされる。なお、Z方向の応力はほぼゼロになるため無視した。
(3)式で、抵抗変化は初期抵抗に対して十分小さい(2R0≪ΔR1+ΔR3)として、式(4)(5)を代入すると、以下になる。
It is expressed as The stress in the Z direction was ignored because it was almost zero.
In equation (3), if the change in resistance is sufficiently small with respect to the initial resistance (2R 0 << ΔR 1 + ΔR 3 ), substituting equations (4) and (5) gives the following.

Figure 2018036118
Figure 2018036118

なお、p型シリコン<110>方向ではπlとπtは符号が反対でほぼ同程度の値となるので、 Note that in the p-type silicon <110> direction, π l and π t are opposite in sign and have almost the same value.

Figure 2018036118
Figure 2018036118

である。歪センサ11のヤング率をEとおくと、応力差σxyはE(εxy)とおける。電流方向の歪がεy、それに垂直な方向の歪成分がεxとである。 It is. Assuming that the Young's modulus of the strain sensor 11 is E, the stress difference σ xy is E (ε xy ). The strain in the current direction is ε y , and the strain component in the direction perpendicular thereto is ε x .

以上より、推力センサの出力変化率、すなわち感度は、歪ゲージに働くX方向とY方向の歪差εxyに比例する。 From the above, the output change rate of the thrust sensor, that is, the sensitivity is proportional to the strain difference ε xy acting on the strain gauge in the X direction and the Y direction.

図5に本発明構造と比較構造において、ピストン2に推力10kNを印加する解析を行った結果を示した。理想状態において10kNの推力を印加した際の歪差εxyを表示し、角度ずれが発生した時の歪差を比較した。 FIG. 5 shows the result of analysis for applying a thrust of 10 kN to the piston 2 in the structure of the present invention and the comparative structure. The strain difference ε xy when a thrust of 10 kN was applied in the ideal state was displayed, and the strain difference when the angle deviation occurred was compared.

結果を見ると、比較構造において影響の大きかった角度ずれの歪差出力ばらつきが本発明構造においては、角度ずれの影響を抑えられることが分かった。   From the results, it was found that the distortion difference output variation due to the angular deviation, which had a great influence on the comparative structure, can suppress the influence of the angular deviation in the structure of the present invention.

1 推力センサ
2 ピストン
3 モータ
4 回転-直動機構
5 パッド
6 ディスク
7 電動ブレーキ
11 歪センサ
12 受圧フレーム
13 受圧プレート
14 接続ピン
15 傾斜部
16 曲面
17 接合層
18 受圧フレーム外周部
21 歪ゲージ
22 ゲージ領域

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thrust sensor 2 Piston 3 Motor 4 Rotation-linear motion mechanism 5 Pad 6 Disk 7 Electric brake 11 Strain sensor 12 Pressure receiving frame 13 Pressure receiving plate 14 Connection pin 15 Inclination part 16 Curved surface 17 Bonding layer 18 Pressure receiving frame outer peripheral part 21 Strain gauge 22 Gauge region

Claims (5)

荷重を一軸方向に伝えるピストンと、前記ピストンを介して推力を受け取る受圧フレームと、推力を受け取る歪センサとを有し、前記受圧フレームには傾斜部が形成されており、前記傾斜部と前記ピストンは接触しており、前記ピストンの前記傾斜部と接触している部分が曲面になっていることを特徴とする。   A piston that transmits a load in a uniaxial direction; a pressure receiving frame that receives thrust through the piston; and a strain sensor that receives thrust; and the pressure receiving frame has an inclined portion, and the inclined portion and the piston Are in contact with each other, and the portion of the piston in contact with the inclined portion is a curved surface. 請求項1に記載の推力センサにおいて、荷重を一軸方向に伝えるピストンと、前記ピストンを介して推力を受け取る受圧フレームと、前記受圧フレームを介して推力を受け取る受圧プレートと、前記受圧プレートを介して推力を受け取る歪センサとを有し、前記受圧フレームには傾斜部が形成されており、前記傾斜部と前記ピストンは接触しており、前記ピストンの前記傾斜部と接触している部分が曲面になっていることを特徴とする。   2. The thrust sensor according to claim 1, wherein a piston that transmits a load in a uniaxial direction, a pressure receiving frame that receives the thrust via the piston, a pressure receiving plate that receives the thrust via the pressure receiving frame, and the pressure receiving plate A strain sensor that receives thrust, and an inclined portion is formed on the pressure receiving frame, the inclined portion and the piston are in contact with each other, and a portion of the piston that is in contact with the inclined portion is curved. It is characterized by becoming. 請求項1または2に記載の推力センサにおいて、前記歪センサが一定間隔で2つ搭載されており、推力が印加された時の出力が同一であることを特徴とする推力センサ。   3. The thrust sensor according to claim 1, wherein two strain sensors are mounted at a constant interval, and outputs when the thrust is applied are the same. 4. 請求項3に記載の推力センサにおいて、前記受圧フレームと前記受圧プレートが中心部で接続されていることを特徴とする圧力センサ。     4. The thrust sensor according to claim 3, wherein the pressure receiving frame and the pressure receiving plate are connected at a central portion. 請求項1乃至4の何れかに記載の推力センサにおいて、4つの歪ゲージはp型単結晶シリコンで構成され、シリコンの<110>結晶方位に沿って形成されていることを特徴とする推力センサ。     5. The thrust sensor according to claim 1, wherein the four strain gauges are made of p-type single crystal silicon and are formed along a <110> crystal orientation of silicon. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220009463A1 (en) * 2018-11-29 2022-01-13 Hitachi Astemo, Ltd. Electric brake

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004183694A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Tokico Ltd Disk brake
WO2006006677A1 (en) * 2004-07-14 2006-01-19 Nagano Keiki Co., Ltd. Load sensor and method of producing the same
JP2006194709A (en) * 2005-01-13 2006-07-27 Honda Motor Co Ltd Load sensor
JP2013250161A (en) * 2012-05-31 2013-12-12 Aisin Seiki Co Ltd Load detection device
JP2014102155A (en) * 2012-11-20 2014-06-05 Aisin Seiki Co Ltd Load detector
JP2016033460A (en) * 2014-07-31 2016-03-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 Pressure sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004183694A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Tokico Ltd Disk brake
WO2006006677A1 (en) * 2004-07-14 2006-01-19 Nagano Keiki Co., Ltd. Load sensor and method of producing the same
JP2006194709A (en) * 2005-01-13 2006-07-27 Honda Motor Co Ltd Load sensor
JP2013250161A (en) * 2012-05-31 2013-12-12 Aisin Seiki Co Ltd Load detection device
JP2014102155A (en) * 2012-11-20 2014-06-05 Aisin Seiki Co Ltd Load detector
JP2016033460A (en) * 2014-07-31 2016-03-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 Pressure sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220009463A1 (en) * 2018-11-29 2022-01-13 Hitachi Astemo, Ltd. Electric brake

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