压力传感器、压力测量设备、制动系统和测量压力的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种压力传感器、压力测量设备、制动系统和测量压力的方法，压力传感器(15)带有双测量刻度，包括：柔性本体(16，34)，设计成根据压力(P)而经受偏转；压阻转换器(28，29；94)，用于检测偏转；第一聚焦区域(30)，设计成在第一操作条件过程中将压力(P)的第一值(PINT1)集中在柔性本体的第一部分(19)中，以便使柔性本体的第一部分发生偏转；以及第二聚焦区域(33)，设计成在第二操作条件过程中将所述压力(P)的第二值(PINT2)集中在柔性本体的第二部分(17)中，以便使柔性本体的第一部分二部分发生偏转。压阻转换器将柔性本体的第一部分的偏转关联至第一压力值(PINT1)，并且将柔性本体的第二部分的偏转关联至第二压力值(PINT2)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有双测量刻度的集成压力传感器、包括该集成压力传感器的压力测量设备、制动系统以及使用该集成压力传感器测量压力的方法。特别地，之后的处理将在不暗指失去任何一般性的情况下明确参照所述传感器在车辆的制动系统中的使用，特别是BbW(线控制动器)类型的机电制动系统。
技术介绍
如已知的，车辆的常规类型的盘式制动系统包括相对于车辆的相应轮固定的盘、与盘相关联的卡钳(calliper)、以及液压控制电路。卡钳在其中容纳有摩擦材料制成的垫以及连接至液压控制电路的一个或多个活塞。当车辆的使用者在制动踏板上施加一个动作之后，液压控制电路中的泵对包含在电路自身中的流体加压。因此，配备有专门设置的密封元件的活塞脱出相应的支座并且按压垫以抵靠盘的表面，从而以这种方式在轮上施加制动动作。目前，已提出所谓的DbW(线控驱动)系统，其构想车辆的主要功能的电子控制，例如转向系统、离合器和制动系统。特别地，已提出电子控制的制动系统，其构想使用机电类型的致动器来代替液压卡钳。详细而言，适当的传感器检测制动踏板的操作并且产生对应的电信号，该电信号由电子控制单元接收和解释。电子控制单元然后控制机电致动器(例如由电子电极驱动的活塞)的介入，其通过垫在对应制动盘上作用制动动作。电子控制单元进一步从与制动系统关联的传感器接收与由机电致动器作用的制动动作有关的信息，从而例如通过PID(比例积分微分)控制器提供适当的闭合环路反馈控制。为了测量前述电压，同时在低压和高压下具有高灵敏度并且类似地具有高的全刻度值的压力传感器是必要的。实际上，特别需要以双
测量刻度来测量压力，以便以高的精度同时测量低压和高压。此外，根据制动系统，垫按压抵靠盘的力可呈现从0N至处于10000N至35000N范围内的最大值。当前已知存在能够测量高压值的传感器，其由钢芯制成，芯上固定有应变片元件。应变片元件通过电阻的变化来检测它们所关联的芯的几何变形。然而，出于可靠性、尺寸和成本的原因，这些传感器仅仅应用和适用于先前描述类型的制动系统的表征和改进，而不用在制造阶段。此外，它们不具有高精度且仅仅具有一个测量刻度。类似已知的是通过半导体技术获得的集成压力传感器。这些传感器通常包括悬置在硅本体中开出的腔之上。在薄膜内扩散的是连接在一起以形成惠特斯通电桥的压阻元件。当承受压力时，薄膜经受变型，导致压阻元件的电阻变化以及惠特斯通电桥的不平衡。然而，这种传感器可能不会用于测量高压，因为它们具有低的全刻度值(即10kg/cm2区域中的)，特别地显著低于先前描述的制动系统中产生的压力值。EP1907811公开了一种对前述问题的解决方案，其中，为了测量高压，提议薄膜传感器设置有第一压阻元件和第二压阻元件，第一压阻元件设置在薄膜的邻近区域，第二压阻元件设置成与薄膜相距一定距离，处于实心和紧凑的块体区域中。第一压阻元件设计成检测在低压下经受变型的薄膜的偏转，直到到达最大偏转(饱和)。第二压阻元件设计成检测由于超出薄膜的饱和压力的压力增加而作用在第二压阻元件上的横向类型(但并非是纵向的，因为块体区域不存在弯折或弯曲现象)的压力。这种类型的传感器提供低压(由第一压阻元件提供的信号)下的良好测量准确度，但在高压(由第二压阻元件提供的信号)下测量准确度差。此外，这种类型的传感器不会区分低于最小检测阈值的压力变化。为了制动系统的反馈-控制系统可选地起作用，有利的还有使得高
压下进行的测量准确并且对最小压力变化敏感。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种压力传感器、包括该集成压力传感器的压力测量设备、以及使用压力传感器测量压力的方法，它们使得能够克服前述缺点和问题，并且特别地将呈现双测量刻度、高的全刻度值、以及高准确度和灵敏度，以便以良好的精度水平同时测量高压和低压。根据本专利技术，因此提供如在所附权利要求中限定的具有双测量刻度的集成压力传感器、包括该集成压力传感器的压力测量设备、制动系统、以及使用该集成压力传感器测量压力的方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在将仅仅以实例的方式并参照附图描述本专利技术优选实施例，附图中：-图1示出了线控制动机电类型的制动系统的框图；-图2为根据本专利技术一个实施例获得的压力传感器的截面图(未成比例)；-图3示出了集成在图2的压力传感器中由压阻元件形成的惠特斯通电桥；-图4为图2的压力传感器的透视图；-图5为根据本专利技术另一实施例获得的压力传感器的截面图(未成比例)；-图6为根据本专利技术另一实施例获得的压力传感器的截面图(未成比例)；-图7示出了根据传感器自身在使用中受到的压力而变的从图6的压力传感器的输出产生的电信号；以及-图8至图12示出了设计成传递从压力传感器的输出处根据传感器传感器在使用中受到的压力而产生的电信号的传感器的相应实施
例。具体实施方式图1示出了机电类型的制动系统1(所谓的“线控制动”系统)的框图，包括：制动踏板2；第一传感器3，设计成检测制动踏板2的行程C和致动速度v；电子控制单元4，连接至第一传感器3；机电致动器5，连接至电子控制单元4，并且由发动机6和活塞7构成，活塞例如通过蜗杆类型的连接元件(未示出)而连接至发动机6；制动盘8，连接至机电致动器5并且相对于车辆的轮固定(以已知的方式且未示出)；以及第二传感器9，设计成检测与由机电致动器5作用在制动盘上的制动动作有关的信息，并且反馈连接至电子控制单元4。在使用中，第一传感器3将与制动踏板2的行程C和致动速度v有关的数据发送给电子控制单元4，该电子控制单元根据所述数据而产生用于机电致动器5(特别是用于发动机6)的控制信号(以电压V或电流I的形式)。根据是控制信号，发动机6产生转矩，该转矩由蜗杆类型的连接元件转化成活塞7的线性运动。因此，活塞7按压在制动盘8上(通过由摩擦材料制成的垫，未示出)，以便制动其旋转。第二传感器9检测由活塞7作用在制动盘8上的压力P以及活塞7相对于制动盘8的位置x，并且将所述反馈数据发送给电子控制单元4。电子控制单元4因此执行制动动作的闭合环路控制(例如PID控制)。根据本专利技术的一个方面，第二传感器9包括根据在下文中描述的任一实施例的压力传感器，特别是集成类型的，该第二传感器通过MEMS技术获得并且设计成测量由活塞7作用在制动盘8上的压力P。以未示出的方式，压力传感器15容纳在机电致动器5的壳体中，并且以对由活塞7施加的压力P敏感的方式配置。详细而言，如图2所示，在正交轴X、Y、Z的参考系中，压力传感器15包括由半导体材料(优选是硅，特别是单晶硅)制成的单
片式本体16，例如为N型且晶面定向为(100)。该单片式本体16具有四边形截面，例如具有边1(沿着轴线X或Y测量)的方形，该边介于1mm与20mm之间，优选介于10mm与15mm之间，顶部由第一表面16a界定而底部由第二表面16b界定，第二表面与第一表面相反且平行。单片式本体16具有的厚度(在第一和第二表面16a、16b之间沿着Z测量)等于w且大致均匀，例如介于50μm与900μm之间，优选介于500μm与900μm之前，特别是等于720μm。单片式本体16包括块体区域17和第一腔18，该第一腔埋置在单片式本体16中。第一腔18具有例如方形的横截面，其边长介于300μm与40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器(15)，具有双测量刻度，所述压力传感器被配置成接收沿着一个方向(Z)作用的压力(P)，所述压力传感器包括：‑柔性本体(16，34)，适于根据所述压力(P)而至少部分地经受偏转；‑第一衬底(32；52)，被布置为面向所述柔性本体(16，34)的第一侧(16a)；‑转换组件(28，29；94)，被配置成根据所述柔性本体(16，34)的相应的第一部分(19)和第二部分(17)的偏转而产生第一输出信号(Vout1)和第二输出信号(Vout2)；‑第一聚焦区域(30)，被布置在所述第一衬底与所述柔性本体之间，所述第一聚焦区域被配置成在第一操作条件期间将所述压力(P)中的第一值(PINT1)集中在所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)中，从而仅仅使得所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)产生偏转；以及‑第二聚焦区域(33)，被布置在所述第一衬底与所述柔性本体之间，所述第二聚焦区域被配置成在第二操作条件期间将所述压力(P)中的第二值(PINT2)集中在所述柔性本体(16，34)的第二部分(17)中，从而使得所述柔性本体(16，34)的所述第二部分(17)产生偏转，所述转换组件配置成：在所述第一操作条件期间，通过将所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)的所述偏转关联至所述第一压力值(PINT1)来产生所述第一输出信号(Vout1)；以及在所述第二操作条件期间，通过将所述柔性本体(16，34)的所述第二部分(17)的所述偏转关联至所述第二压力值(PINT2)来产生所述第二输出信号(Vout2)。...

【技术特征摘要】
2015.05.27 IT 1020150000183541.一种压力传感器(15)，具有双测量刻度，所述压力传感器被配置成接收沿着一个方向(Z)作用的压力(P)，所述压力传感器包括：-柔性本体(16，34)，适于根据所述压力(P)而至少部分地经受偏转；-第一衬底(32；52)，被布置为面向所述柔性本体(16，34)的第一侧(16a)；-转换组件(28，29；94)，被配置成根据所述柔性本体(16，34)的相应的第一部分(19)和第二部分(17)的偏转而产生第一输出信号(Vout1)和第二输出信号(Vout2)；-第一聚焦区域(30)，被布置在所述第一衬底与所述柔性本体之间，所述第一聚焦区域被配置成在第一操作条件期间将所述压力(P)中的第一值(PINT1)集中在所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)中，从而仅仅使得所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)产生偏转；以及-第二聚焦区域(33)，被布置在所述第一衬底与所述柔性本体之间，所述第二聚焦区域被配置成在第二操作条件期间将所述压力(P)中的第二值(PINT2)集中在所述柔性本体(16，34)的第二部分(17)中，从而使得所述柔性本体(16，34)的所述第二部分(17)产生偏转，所述转换组件配置成：在所述第一操作条件期间，通过将所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)的所述偏转关联至所述第一压力值(PINT1)来产生所述第一输出信号(Vout1)；以及在所述第二操作条件期间，通过将所述柔性本体(16，34)的所述第二部分(17)的所述偏转关联至所述第二压力值(PINT2)来产生所述第二输出信号(Vout2)。2.根据权利要求1所述的压力传感器，进一步包括位于所述第一衬底(32)与所述柔性本体(16，34)之间的第一腔，其中所述第一聚焦区域(30)在所述第一腔中延伸且具有等于存在于所述第一衬底与所述柔性本体(16，34)之间的距离的第一厚度，并且所述第二聚焦区域
\t(33)在所述第一腔中延伸且具有小于所述第一厚度的第二厚度。3.根据权利要求1或权利要求2所述的压力传感器，其中，所述第二聚焦区域(33)从所述第一衬底(32；52)伸出并且至少部分地围绕所述第一聚焦区域(30)，并且其中所述第一衬底(32；52)被配置成沿着施加所述压力(P)的所述方向(Z)经受偏转，其中通过所述第二聚焦区域(33)与所述柔性本体(16，34)的接触而触发从所述第一操作条件向所述第二操作条件的过渡。4.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，进一步包括：-第二衬底(35)，面向所述柔性本体(16，34)的与所述第一侧(16a)相反的第二侧(16b)；以及-间隔件(37)，在所述第二衬底(35)与所述柔性本体(16，34)之间延伸，所述间隔件限定第二腔(38)，所述柔性本体(16，34)悬置在所述第二腔之上，使得所述柔性本体(16，34)形成适于在所述第二操作条件期间经受偏转的第二薄膜。5.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，进一步包括在所述柔性本体(16，34)内延伸的埋置腔(18)，所述埋置腔直接地面向所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)，使得所述柔性本体(16，34)的所述第一部分(19)以悬置在所述埋置腔(18)上的方式延伸以形成第一薄膜(19)。6.根据权利要求5所述的压力传感器，其中，所述第二聚焦区域(33)沿着所述方向(Z)测量的厚度以及所述埋置腔(18)沿着所述方向(Z)测量的幅度被选择，以使得所述第一薄膜(19)在所述第二聚焦区域(33)与所述柔性本体(16，34)接触时与所述第二腔(18)的底部(35a)接触。7.根据权利要求6所述的压力传感器，其中，所述埋置腔(18)具有沿着所述压力(P)作用的所述方向(Z)测量的幅度，所述幅度等于在所述第二聚焦区域(33)处测量的所述第一腔的相应延伸。8.根据权利要求5或权利要求7所述的压力传感器，其中，所述
\t转换组件包括至少部分地布置在所述第一薄膜(19)中的第一压阻元件(28)。9.根据权利要求5-8中任一项所述的压力传感器，其中，所述转换组件进一步包括第二压阻元件(29)，所述第二压阻元件在所述第一薄膜(19)外部布置在所述柔性本体(16，34)的所述第二部分(17)中。10.根据权利要求9所述的压力传感器，其中，所述柔性本体(16，34)的容纳所述第二压阻元件(29)的所述第二部分(17)为所述柔性本体(16，34)的实心和紧凑区域。11.根据权利要求9或权利要求10所述的压力传感器，其中，所述第一压阻元件(28)一起被电连接成设计为供应所述第一输出信号(Vout1)的惠特斯通电桥电路或环形振荡电路；并且所述第二压阻元件(29)一起被电连接成设计为供应所述第二输出信号(Vout2)的惠特斯通电桥电路或环形振荡电路。12.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，其中，压力(P)的所述第一值(PINT1)小于压力(P)的所述第二值(PINT2)，特别地，压力(P)的所述第一值(PINT1)被包括在0-20N的范围之间，而压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·帕加尼，B·穆拉里，M·费雷拉，D·朱斯蒂，D·卡尔塔比亚诺，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT