KR20070102518A - 브레이크 엑츄에이터의 힘을 측정하기 위한 장치 - Google Patents

브레이크 엑츄에이터의 힘을 측정하기 위한 장치 Download PDF

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KR20070102518A
KR20070102518A KR1020077016523A KR20077016523A KR20070102518A KR 20070102518 A KR20070102518 A KR 20070102518A KR 1020077016523 A KR1020077016523 A KR 1020077016523A KR 20077016523 A KR20077016523 A KR 20077016523A KR 20070102518 A KR20070102518 A KR 20070102518A
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홀거 뤼쓰제
사스키아 비엘
안드레아스 쉬이르링
베른바르트 바이에르
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 힘 센서 서브조립체와 휠 브레이크마다 적어도 하나의 신호 처리 기구를 구비한 전자식, 보다 상세하게는 전기기계식 브레이크 시스템에서 압력을 처리하기 위한, 특히 자동차용 힘 측정 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 힘 센서 서브조립체는 적어도 하나의 압력부와 마찰 결합 상태에 있는 브레이크 엑츄에이터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 압력부에는 힘 센서를 형성하는 비결정질의 피에조저항 다이아몬드-형 탄소층이 적어도 부분적으로 제공되는 힘 측정 장치에 관한 것이다.
Figure 112007052328315-PCT00001
힘 센서 서브조립체, 휠 브레이크, 신호 처리 기구, 자동차, 전기기계식 브레이크 시스템, 힘 측정 장치, 브레이크 엑츄에이터, 비결정질의 피에조저항 다이아몬드-형 탄소층, 압력 신호.

Description

브레이크 엑츄에이터의 힘을 측정하기 위한 장치{APPARATUS FOR MEASURING THE FORCE OF BRAKE ACTUATORS}
본 발명은 전기 브레이크 시스템, 특히 힘 센서 서브조립체와 신호 처리 장치를 포함한 차량 브레이크 시스템에서 힘 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치에 관한 것으로, 상기 힘 센서 서브조립체는 브레이크 엑츄에이터와 적어도 하나의 압력부를 포함하고, 비결정질의 다이아몬드-형 탄소층이 힘 센서와 같은 압력부에 도포되는 힘 측정 장치에 관한 것이다.
최근에, 새로운 전기기계식 브레이크 시스템(EMB)이 공지되었고, 이러한 브레이크 시스템은 유압부나 또는 공압부 없이 풀 브레이크-바이-와이어 기능(full brake-by-wire function)을 갖은 차량 외력 브레이크 유닛으로서 사용된다. 이들 시스템을 구비하여, 페달 센서 시스템에 의해 구동기가 탐지될 필요가 있고, 중앙 전자장치에서 통신관계의 제어 명령(corresponding control commands)이 휠 브레이크에 전송된다. "드라이(dry)" 휠 모듈(휠 전자장치의 형태로, "로컬 인텔리전스"를 구비하고, 작동유가 없는 브레이크 엑츄에이터)은 이들 제어 명령을 각각의 휠의 통신관계의 브레이크 모우멘트로 변환시킨다. 제어력/브레이크 모우멘트가 내부 센서 시스템(브레이크 작용력, 이동), 주위 센서 시스템(운전자 보조) 및 이동 동역학 센서 시스템(차량)으로부터의 정보를 평가함으로써 상이한 휠(전방/후방, 우측/좌측)로 부여되고, 이에 따라 최상의 휠 기준과 개별 휠 기준에 영향을 미치는 전류 이동 상태 및 주위 상황 등에 적용된다. 상기 EMB 시스템은 예비 구성부를 구비한 신뢰성 있는 파워 시스템에 의존한다. 제어-기술 정보와 신호는 특정 버스 시스템을 통하여 전송된다. 이중 회로 시스템 또한 안전을 이유로 구비된다. 전기 로킹 브레이크(파킹 브레이크)는 후방 차축 브레이크 엑츄에이터에 통합된다.
이러한 풀 EMB 시스템의 수정은 하이브리드 브레이크에 의해 것이고, 여기서 상기 전방 차축은 종래 방식과 같이 유압식으로 여전히 제동되나 후방 차축은 전기식 파킹 브레이크를 포함한 상기 EMB 엑츄에이터 시스템을 이미 포함하고 있다. 이러한 목적을 위하여, 단 하나의 기판의 전기 파워 시스템이 필요한데 그 이유는 유압장치가 합법적으로 특정된 제 2 브레이크 회로이기 때문이다.
모든 경우에 있어서, 브레이크 시스템내에서, 특히 메카트로닉스 브레이크 엑츄에이터 시스템내에서 제어를 계속하기 위하여 브레이크 디스크상의 브레이크 라이닝의 인장력을 기계적으로 측정할 필요가 있다.
현재 공지된 센서 시스템은 이러한 일에는 적합하지 않다. 일 실시예가 문헌 DE 103 08 798 A1에 기재되었고 이 실시예에는 브레이크 시스템에서 압력 신호를 중복(redundant) 처리하기 위한 압력 측정 장치와 그 사용방법이 개시되어 있다. 따라서 복수의 전기 압력 측정 소자를 포함한 센서 서브조립체가 기재되어 있고, 상기 전기 압력 측정 소자는 멤브레인 상에 함께 배치되어 있다.
종래 기술로부터 공지된 또 다른 해결책이 문헌 DE 103 147 98 A1에 기재되 어 있다. 이러한 해결책은 전기기계식으로 작동가능한 디스크 브레이크용 작동 유닛에 관한 것이다.
차량 브레이크에 있어서 제동력 측정장치의 공지된 실시예는 예를 들면 멤브레인과 같은 센서의 도움으로써 유압이 측정되는 식으로, 간접적으로 시스템을 측정하거나, 또는 센서는 하층의 변형, 일반적으로 특정 형상의 센서 픽업부의 변형(신장 또는 감소)을 제공하는 와이어 스트레인 원리에 따라 적용된다. 공지된 해결책은 원격 와이어 스트레인 게이지에 관한 것으로서, 상기 게이지는 기준 몸체에 접착되고 이 결과 매우 복잡한 교정을 필요로 한다. 또 다른 단점은 시스템 강성(rigidity)(와이어 스트레인 게이지의 경우에 변형이 필요함)이 부족하고, 소형 및 저중량의 브레이크 유닛으로 될 가능성이 희박하다는 것이다.
따라서 상기 단점을 시발점으로 하여, 본 발명의 목적은 기계부하와 열부하에 대한 극한의 요구조건하에서 및 비용 측면에서 자동차에 사용하기에 적합한 힘 측정 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 본 발명의 청구항 제1항에 기재된 특징부에 의해 달성된다. 종속 청구항은 본 발명의 장점이 되는 향상된 사항을 나타내었다.
본 발명에 따라, 힘 측정 장치가 제공되고, 상기 힘 측정 장치는 적어도 하나의 힘 센서 서브조립체를 구비하고, 상기 힘 센서 서브 조립체는 적어도 하나의 브레이크 엑츄에이터 및 상기 브레이크 엑츄에이터와 마찰 결합 상태에 있는 압력부를 포함하고, 힘 센서로서 작용하는 적어도 하나의 비결정질의 탄소층은 상기 압력부 상에 도포된다.
본 발명의 장점에 의하면 비결정질의 탄소층이 다음과 같은 특징을 갖는다는 사실을 알 수 있는데, 상기 특징은:
· 극한의 고강성의 힘/압력 센서
· 온도 센서
· 뛰어난 마찰 특성(tribological property), 부식-안정성이다.
현재 전류의 측정은 상기 층을 통하여 이루어지고 연장된 시간의 기간 내내 정적 측정을 가능하게 하는 저항 측정의 도움에 의해 이루어진다. 높은 동력 측정하는데, 이러한 힘 센서의 장점은 그 중량이 매우 적다는 사실에 있다.
비결정질의 탄소층은 그 경도(15-40 GPa)와 상기 층에서 수직으로 작용하는 측정 원리 때문에, 저중량의 그리고 충분한 강성의 측정 장치를 가능하게 한다. 이 결과, 예를 들면, 시스템의 강성과 동력에 불리하게 작용하지 않으면서, 브레이크 시스템에 통합되고, 이러한 적용 분야에 회전방향으로 대칭인 디스크 형태의 힘 센서를 생산할 수 있다. 더욱이, 상기 탄소층은 차량 브레이크의 경우에 필요한 경우 적응성이 우수하도록 내마모성이 최대이다. 이러한 박막형 센서의 경우에 있어서 힘의 측정은 전기 저항의 변화와 사실상 바람직한 층 기준의 변화에 의해 영향을 받는다. 이러한 경우에 있어서, 다이아몬드-형 센서층은 직접적으로 브레이크 엑츄에이터의 힘이 작용하는 곳에 통합될 수 있다.
상기 힘 센서를 형성하는 비결정질의 탄소층은 타이틀 a: CH, i-CH, Me:CH, DLC 및 Me:DLC로 공지된 다이아몬드-형 탄소층이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 비결정질의 탄소층은 sp3 혼성 다이아몬드-형 구조와 복합하여 sp2 혼성 그래파이트 구조를 가질 수 있다. 종래 기술로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 탄소층에는 금속제의 및/또는 비금속제의 도핑 소자가 제공될 수 있다. 이러한 타입의 층이 문헌 DE 199 45 164 A1에 개시되어 있다. 따라서 이 문헌에 개시된 내용 모두가 특히 참조되었다.
본 발명에 따라 사용된, 비결정질의 탄소층은 종래 PVD 공정 및/또는 플라즈마 CVD 공정에 의해 또는 상기 두 공정의 조합 공정에 의해 생산될 수 있다. 이러한 목적을 위하여 상업적으로 이용가능한 스퍼터링 플랜트(sputtering plants) 또는 플라즈마 CVD 플랜트가 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여 문헌 EP-B-008736의 실시예가 참조된다.
본 발명에 따른 비결정질의 탄소층은 그 경도가 대략 20 GPa 이고 1 내지 10 ㎛ 범위의 두께로 도포되는 것이 바람직하다.
압력판, 실린더, 디스크 또는 링이 본 발명에 따른 힘 센서 서브조립체의 압력부로서 사용되는 것이 바람직하다. 기본적으로, 힘이 작용하는 곳에 위치된 브레이크 엑츄에이터의 모든 구성요소의 부품은 본 발명에 따라 적용될 수 있다.
힘 측정 이외에도, 센서의 온도와 이에 따른 브레이크 엑츄에이터의 온도도 또한 상기 브레이크 시스템의 신뢰성을 높이기 위하여 측정될 수 있다. 한편, 온도 측정이 힘 센서의 온도 특성을 보상하기 위하여 또한 엑츄에이터 제어를 모니터하고 최적화하기 위하여 사용된다. 열적으로 평형을 이루고 있으나 힘이 작용하는 곳에 위치되지 않은 한 지점에서 탄소층의 저항이 측정되기 위하여 상기 온도 측정이 비결정질의 탄소층의 도움에 의해 실시된다.
힘 측정과 온도 측정을 연관시키기 위하여, 라인 연결된 솔루션이 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들면 박막의 전극에 스트립 컨덕터와 본딩 스팟이 제공되고 이들은 본딩이나 납땜이나 접착에 의해 공지된 방식으로 와이어에 연결된다. 이어서 접촉면이 실링 컴파운드에 의해 보호될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 예를 들면 ASIC 또는 다른 마이크로전자부품이 직접 힘 센서에, 즉 비결정질의 검지 코팅부를 지탱하는 브레이크 시스템의 적당한 구성요소나 비결정질의 탄소층에 도포되는 통합식 이밸루에이션 회로(intergrated evaluation circuit)에 있다. 힘 센서의 연결 또는 상기 센서의 국부 세분화의 경우는 박막 회로의 도움에 의해 달성되거나, 또는 공지된 방식, 즉 와이어 본딩/납땜, 접착에 의해 달성된다.
본 발명은 또한 차량 브레이크 시스템, 특히 전기기계적 브레이크 시스템용 힘 센서로서 비결정질의 탄소층의 사용방법에 관한 것이다.
이어서 본 발명은 도 1 내지 6을 참조하여 보다 상세하게 설명되었다.
도 1은 압력부가 금속제의 디스크의 형태로 형성되고, 상기 금속제의 디스크는 브레이크 엑츄에이터내의 압력체로서 작동하는 실시예를 도시한 도면,
도 2는 한측에서 비결정질의 탄소층을 갖는 코팅부와 후방측에서 전기 절연 코팅부를 구비한 실시예를 도시한 도면,
도 3 및 도 4는 압력부가 중심 전극을 구비한 2개의 디스크로부터 형성되는 실시예를 도시한 도면, 및
도 5, 6a 및 6b는 온도를 측정하기 위해 국부 전극을 동시에 사용하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 1은 실시예를 도시하는 도면으로서, 상기 도면에는 압력부가 금속제의 디스크(1)로 형성되어 있고, 상기 금속제의 디스크(1)도 역시 인장력이 작용하는 곳에 위치된 2개의 엑츄에이터 구성요소(2 및 3) 사이에서 압력체로서 동시에 사용된다. 압력체로서 사용되는 상기 금속제의 디스크(1)에는 그 양쪽에 층 두께가 4㎛인 비결정질의 피에조저항 탄소층(4)이 제공된다. 도 1에 따른 실시예에 있어서, 상기 탄소층의 저항 변화는 제동력이 압력판(1)에 가해지는 경우(접지에 대해 영향을 받을 수 있고, 평행하게 연결된 전방 및 후방의 상기 탄소층 저항의 측정, 상기 압력판(1)과 측정 라인에 의한 경우)에 측정된다.
도 2는 실시예를 도시하는 도면으로서, 상기 도면에는 힘 감지 비결정질의 탄소층(4)을 구비한 압력판(1)의 한면에 코팅부가 있고 후방면 상에 전기절연 코팅부(5)의 도포부가 있는 것으로 도시되었다. 이러한 목적을 위하여 공지된 후박형 및 박막형 필름 프로세스에는 예를 들면, Al2O, AlN, SiO2, 또는 SiN의 스퍼터링이 사용될 수 있다. 유리하게도, SiCON으로 제조된 플라즈마 CVD 층 또는 유기층이 또한 절연 페인트인 경우 도포될 수 있다. 이때 상기 측정은 접지에 대해서만 영 향을 받게 되고, 비결정질의 탄소층(4)의 저항 변화가 평가되어 진다.
본 발명에 따른 힘 측정 장치의 상기 설명된 실시예에 부가하여, 본 발명은 또한 2개의 압력부를 포함한 실시예로 확장된다. 도 3 및 도 4는 이러한 관점에 관한 실시예를 나타내고 있다.
도 3에 따른 실시예에 있어서, 2개의 압력판(6, 7)이 제공되며 이들 서로 마주한 면에 비결정질의 피에조저항 센서층(4)이 제공된다. 피에조저항 센서층(4) 사이에, (예를 들면, Me-DLC, Ni, Cr 등으로 제조된 코팅부를 구비한 스테인레스 스틸을 포함한) 시트 금속-형 전극(8)이 압력판(6 및 7) 사이에 배치된다. 이러한 구성은 또한 무부하(non-force-loaded) 온도 센서 및 전기 접속부 및 전자 회로용 개구를 만들기 위하여 리세스를 구비할 수 있다. 또한 적당한 장치에 의해 밀봉식으로 폐쇄되는 상기 구성은 본 발명의 구성요소이다. 이것은 예를 들면 실링 컴파운드나 글루, 공지된 기계식 커버링 공정 또는 용접 공정에 의해 영향을 받을 수 있다.
도 4는 도 3에 따른 실시예에 대한 비교 실시예를 도시하고 있으나 상기 실시예는 2개의 압력판(9 및 10)을 포함하고, 이들 압력판의 면은 서로 마주하며, 한 압력판의 케이스, 즉 부재번호 9로 지시된 압력판의 케이스에 제공되며 상기 압력판은 비결정질의 피에조저항 탄소층(4)을 구비하고 다른 압력판(10)은 절연층(5)을 구비한다. 이와 관련하여, 도 2의 실시예가 참조되었고, 상기 도 2에 있어서 이론적인 구성 및 상기 타입의 압력부의 작동 모드가 이미 개시되어 있다.
본 발명의 또 다른 장점은 국부 힘-압력 측정도 가능하도록 비결정질의 피에 조저항 탄소층을 기계적 또는 기하학적으로 세분화될 가능성이 있다는 것이다. 이러한 것은 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시되었다. 도 5는 상기 타입의 실시예의 단면도를 나타내고, 여기서 압력부(12)는 온도 센서 및/또는 전자 회로(14)를 수용하는데 사용되는 표면 프로파일(13)을 구비하고 있다. 더욱이, 예를 들면 지지면은 밀링에 의해 세분화될 수 있고 및/또는 구성된 박막의 전극은 비결정질의 탄소층 상에 도포된다. 또 다른 실시예에 있어서, 구성된 표면 또는 전극을 구비한 별도의 카운터부(counter-body)가 또한 사용되지 않을 수 있다. 도 5에 있어서, 비결정질의 탄소층은 부재번호 16으로 지시되었다. 상승된 부분(16)이 힘 측정을 위해 사용된다. 힘이 작용하는 곳에 위치되지 않은 비결정질의 탄소 코팅부(20)에 있어서, 더욱이 본 실시예에 있어서 구성요소 온도의 측정이 동시에 달성될 수 있다.
도 6a 및 6b를 따라 제안된 실시예는 또한 국부 힘-측정 셀 및 힘-감지 네트워크의 구성을 가능하게 한다.
도 6a에 따른 실시예에 있어서, 압력 링(18)이 제공되며 표면에 피에조저항 센서층(19)과 국부 전극 구성부(21)가 제공된다. 접촉점이 한 전극 구성부(21)에서 구리로써 코팅되고 측정 와이어가 거기에 납땜된다.
도 6b에 따른 실시예는 압력판(22)을 포함하며, 표면에 피에조저항 비결정질의 센서층(23)과 원형 전극 구성부(24)가 제공되어 국부 분석(local resolution)으로써 힘 측정이 실행된다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 힘 센서 서브조립체와 휠 브레이크마다 하나 이상의 신호 처리 기구를 구비한 전자식, 보다 상세하게는 전기기계식 브레이크 시스템에서 압력 신호를 처리하기 위한, 특히 자동차용 힘 측정 장치로서,
    상기 하나 이상의 힘 센서 서브조립체는 하나 이상의 압력부와 마찰 결합상태에 있는 브레이크 엑츄에이터를 포함하고, 상기 하나 이상의 압력부에는 힘 센서를 형성하는 비결정질의 피에조저항 다이아몬드-형 탄소층이 적어도 부분적으로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아몬드-형 탄소층은 a:CH, i-CH, Me:CH, DLC 및 Me:DLC 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비결정질의 탄소층은 sp3 혼성 다이아몬드-형 구조와 복합하여 sp2 혼성 그래파이트 구조를 구비하고 및/또는 도핑처리되는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비결정질의 탄소층은 두께가 1 내지 10 ㎛인 층 내에 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력부는 압력판, 실린더, 디스크 또는 링인 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력부는 온도 센서 및/또는 전자 회로를 수용하는데 사용되는 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비결정질의 탄소층에는 박막의 전극 및/또는 박막가능한 스트립 컨덕터 및/또는 본딩 스팟이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전극은 힘의 분포를 국부 측정하기 위하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항에 있어서, 상기 개구는 접촉부용으로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력부는 디스크이며, 상기 디스크의 양면에는 비결정질의 탄소층이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력부는 2개의 디스크와 상기 디스크의 한면에 도포된 비결정질의 탄소층과 상기 디스크 사이에 배치된 금속 시트-형 전극을 포함하고, 상기 비결정질의 탄소층은 상기 디스크 사이에 있고, 상기 비결정질의 탄소층은 서로 마주하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  12. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구는 실링되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 신호를 처리하기 위한 힘 측정 장치.
  13. 차량용 브레이크 시스템, 특히 전기기계식 브레이크 시스템용 힘 센서로서 비결정질의 다이아몬드-형 탄소층을 사용하는 것을 특징으로 하는 비결정질의 다이아몬드-형 탄소층의 사용 방법.
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