车辆制动衬块及其生产方法与流程

1.以下公开涉及包括至少剪切力感测装置的车辆智能制动衬块及其生产工艺。


技术实现要素：

2.压电是响应于外部施加的机械应力而积聚在特定类型的固体材料内部的电荷。
3.压电材料包括石英、电气石和罗谢尔盐的纳米晶体，但是它们对外部请求的压电响应相对较小。为了克服这个问题，合成了一些多晶铁电陶瓷，诸如钛酸钡(batio3)和锆钛酸铅(pzt)，使得合成的陶瓷在施加机械应力后表现出更大的位移或引起更大的电压。
4.具体地，pzt压致陶瓷材料可用于致动器或传感器应用。pzt材料被分为两个类别，这两个类别对于晶格子结构内的掺杂水平而言是彼此不同的。材料结构内的电荷盈余或缺乏影响压电性能及其使用领域。被视为“软”的pzt是用于将机械振动转换成电信号的常用材料。
5.为了正确地使用这些合成的压电材料，进行极化程序。为此，施加几kv/mm的强电场以在先前未组织的陶瓷化合物中产生不对称性。电场引起自发极化的重新定向，同时，具有对极性场方向有利定向的域生长，而具有不利定向的域被抑制。该过程在材料晶体结构内部产生变化，并且域壁在晶格中移位。在极化后，即使没有施加电场，大部分的重新定向也得以保持。然而，由于内部机械应力，少数域壁移位回到其原始位置。
6.如上所述，这种诱导的域重组在晶格结构内部产生位移，该位移在材料的某些特征温度下得到良好保存，例如所谓的固化温度(tc)。在低于tc的温度下，pzt晶体的晶格结构可能变得扭曲和不对称，这可能导致对压电技术感兴趣的偶极的形成。在高于tc的温度下，压电陶瓷材料可能丧失其晶格内部的不对称性，且其压电特性可能丧失。
7.压电陶瓷化合物有几种不同的生产方式。制造技术可以基于喷雾干燥的颗粒材料的机械液压压制。生产之后，化合物在至多约1300℃的温度下进行烧结。这导致本体体积收缩大约30％。结果是具有高密度的固体陶瓷材料。随后，如上所述使压电材料极化，然后如果需要，可以锯开和加工非常硬的烧结陶瓷。这些压块有不同的形状，如圆盘、板、杆和圆柱体。制造过程的最后阶段包括电极的沉积。通过丝网印刷技术或pvd(溅镀)将电极施加到压电材料上，并且随后在高于800℃的温度下烘烤。取决于传感器的最终应用，膜厚度可以为1μm至10μm。
8.极化压电材料的特征在于若干系数和关系。
9.在简化形式中，电特性和弹性特性之间的基本关系可以如下表示：
10.d＝d
·
t+ε
t
·e11.s＝se·
t+d
·e12.其中d是电通量密度，t是机械应力，e是电场，s是机械应变，d是压电电荷系数，ε
t
是介电率，se是弹性系数。这些关系应用于小电气和机械振幅，或所谓的小信号值。在此范围内，机械、弹性变形s或应力t与电场e或电通量密度d之间的关系是线性的，并且系数的值是恒定的。
13.如图1所示，方向由1、2和3表示，对应于经典右手正交轴系的x、y和z轴。旋转轴线用4、5和6表示(图1)。极化方向(轴线3)通过在两个电极之间施加的强电场在极化过程中建立。
14.参数是压电电荷系数，其是感应电荷与机械应力的比率，或者换句话说，是可实现的机械应变与施加的电场的比率。由于压电材料是各向异性的，因此由张量描述对应的物理量：
[0015][0016]
压电装置可包括压力和剪切传感器。第一类型对法向机械应力是敏感的，并且其特性由压电电荷系数张量的d
33
分量控制。第二类型(即，剪切传感器)对传感器的两个面(上部和下部)的相对滑动是敏感的，并且其响应取决于d矩阵的非对角d
15
分量。
[0017]
因此，可能期望剪切传感器具有大的d
15
和小的d
33
分量，以便最小化所施加外部力的法向分量与切向分量之间的串扰。
[0018]
丝网印刷技术是一种快速且低成本的工艺。该技术用于印刷电子器件，并且是制造各种电子装置的最有前途的技术之一。丝网印刷传感器的优点包括灵敏度、选择性、大规模生产的可能性和小型化。
[0019]
丝网印刷技术包括在绝缘基板上沉积连续的特殊油墨或膏层。该膏通常基于具有金属分散体或石墨的聚合物粘合剂，并且还可以包括功能性材料，诸如辅因子、稳定剂和介体。
[0020]
丝网印刷技术的优点在于可以在单个步骤中完成装置制造的所有阶段的制造，即从电极到材料沉积。要克服的障碍涉及制造装置的原位极化。与此同时，该过程对于压力传感器的极化可能是非常简单的，但对于需要大纵向极化分量的传感器而言可能是困难的。
[0021]
使用这种类型的技术制造的装置通常非常薄(h＝10
÷
100μm)，并且在几何形状或平面延伸上没有特别的限制。利用这些几何特性可以定义一些电极配置，以便控制场方向，目的是获得优先极化方向。
[0022]
智能制动衬块是带传感器的制动衬块，该带传感器的制动衬块被配置成(例如，利用适当的软件和硬件系统架构以及一些算法)测量一个或多个参数，诸如制动衬块温度和/或包括在制动期间施加的法向力和剪切力的静态和动态量。
[0023]
剪切力感测装置可包括丝网印刷的压电材料片材，在两个平行的主面中的每一个上具有一对丝网印刷的交叉指型电极。
[0024]
彼此平行的那些主面识别剪切感测装置的剪切应力方向。
[0025]
一个主面上的每个电极与另一个主面上的对应电极沿着与应力剪切方向正交的读取方向对齐。
[0026]
在某些实施方式中，所有电极尽管具有不同互连，但预期均用于压电材料的初始批量极化且随后用于拾取剪切力信号。
[0027]
压电片材的丝网印刷可以在带传感器的对象(例如智能制动衬块)的工业生产过程中实现稳健的设计并降低成本。
[0028]
与目前市场上用于压电剪切传感器的其它技术相比，丝网印刷技术减少了生产步骤，因为传感器一旦在待设置传感器的对象上生产就也可以“原位”极化。也就是说，与其中使压电材料在传感器的制造过程期间或刚好在传感器的制造过程之后极化的制造方法相比，由于使本公开的压电材料极化所需的电压相对较低，因此本公开的压电材料可以在传感器已经被制造并安装到应用中之后被极化。因此，没有必要生产传感器，使其极化然后将其安装在对象上。替代地，本公开的压电材料可以在传感器本身的制造过程中被极化。
[0029]
甚至更进一步，与其中使压电材料在传感器的制造过程期间极化的制造方法相比，由于使本公开的压电材料极化所需的电压相对较低，因此本公开的压电材料可以在安装到应用中(例如安装在制动衬块中)的同时被极化或再极化。
[0030]
上述特征的限制在于，当用于读取剪切力信号时，电极收集在法向方向上产生的大量电荷，并且可能在一定程度上使信号的正确解释复杂化。
[0031]
wo2019/171289公开了用于读取剪切力的交叉指型电极的设计。
[0032]
本公开的各种实施方案可以解决一个或多个上述问题或其他问题。
[0033]
例如，在一些实施例中，包括提供车辆制动衬块，其特征在于包括：支撑板；摩擦衬块；至少一个剪切力感测装置；以及被配置成从所述至少一个剪切力感测装置收集信号的电路；其中所述剪切力感测装置包括：压电材料片材，其具有彼此平行以识别剪切应力方向的第一主面和第二主面；位于所述第一主面上的至少一个第一指状读取电极；位于所述第二主面上的至少一个第二指状读取电极，所述第一和第二读取电极具有沿正交于所述剪切应力方向的读取方向对齐的指；至少一个第一指状极化电极，其位于所述第一主面上且与所述第一指状读取电极交叉；和至少一个第二指状极化电极，其位于所述第二主面上并且与所述第二指状读取电极交叉。所述压电材料具有体积电极化，其矢量场相对于所述读取方向横向地定向，所述第一和第二读取电极的每对对齐的指封闭所述压电材料的相应区域，使得所述矢量场相对于所述剪切应力方向最切向地定向。
[0034]
提供施加到压电材料片材的相对的主面上的电极的合适极化策略和几何形状，使得有可能获得具有非常小的法向分量的极化场。为此，压电材料片材制成为使得相对于厚度h具有大平面延伸部l。
[0035]
更详细地，l表面尺寸可以远大于h线性尺寸，以便最小化信号收集区域中电场的畸变。
[0036]
在车辆制动衬块的实施例中，所述压电材料片材由丝网印刷层制成。
[0037]
在车辆制动衬块的实施例中，所述第一读取电极和所述第二读取电极以及所述第一极化电极和所述第二极化电极均由丝网印刷层制成。
[0038]
在车辆制动衬块的实施例中，所述第一极化电极和所述第二极化电极的指具有沿着所述剪切应力方向的偏移。
[0039]
在车辆制动衬块的实施例中，所述第一读取电极和第二读取电极的每对对齐的指沿着所述剪切应力方向处于所述第一极化电极与第二极化电极的相邻指之间。
[0040]
在车辆制动衬块的实施例中，第一读取电极和第二读取电极的指大于第一极化电极和第二极化电极的指。
[0041]
在车辆制动衬块的实施例中，第一读取电极和第二读取电极的指的宽度在第一极化电极和第二极化电极的指之间的距离的60％至85％之间。
[0042]
在车辆制动衬块的实施例中，感测装置的压电片材的厚度在0.15mm与0.25mm之间，读取电极的指的宽度在0.1mm与0.2mm之间，极化电极的指的宽度在0.025mm与0.1mm之间，并且压电材料片材的相同面上的相邻指之间的最小距离在0.025mm与0.05mm之间。
[0043]
本公开还涉及车辆制动衬块的生产方法。在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤中的一个或多个(例如，在时间序列中)：在支撑板上丝网印刷电路；在所述电路上丝网印刷至少一个剪切力感测装置，所述剪切力通过以下产生：在所述电路上丝网印刷至少一个第一指状读取电极和至少一个第一指状极化电极；在所述第一读取电极和所述第一极化电极上丝网印刷具有彼此平行以识别剪切应力方向的第一主面和第二主面的压电材料片材，所述第一主面施加于所述第一读取电极和所述第一极化电极上；在所述片材的所述第二主面上印刷丝网至少一个第二指状读取电极和至少一个第二指状极化电极，所述第一极化电极和所述第二极化电极具有沿着所述剪切应力方向的偏移，所述第一读取电极和第二读取电极具有沿正交于所述剪切应力方向的读取方向对齐的指；在所述支撑板上施加摩擦衬块；以及通过向所述第一极化电极和所述第二极化电极供电来体积极化所述压电材料片材，以在由沿着正交于所述剪切应力方向的读取方向对齐的所述第一读取电极和第二读取电极的所述指封闭的区域中产生相对于所述剪切应力方向最切向地定向的矢量场。
[0044]
在一个实施例中，在所述压电材料的体积极化期间，所述第一读取电极和所述第二读取电极保持在浮动电位。
[0045]
在一个实施例中，在所述压电材料的体积极化期间，所述第一读取电极和所述第二读取电极保持在固定等电位。
附图说明
[0046]
出于说明性目的而在附图中描绘各种实施例，且各种实施例决不应被解译为限制本公开的范围。可组合不同所公开实施例的各种特征以形成额外实施例，所述额外实施例是本公开的部分。
[0047]
图1示意性地示出了描述极化压电材料的特性的正交坐标系；
[0048]
图2示意性地示出了第一类型的剪切力感测装置，其中为清楚起见，未示出压电材料片材；
[0049]
图3示意性地示出了第一类型的剪切力感测装置的竖直横截面，其中示出在极化阶段期间的电场；
[0050]
图4示意性地示出了第二类型的剪切力感测装置，其中为清楚起见，未示出压电材料片材；
[0051]
图5示意性地示出了第二类型的剪切力感测装置的竖直横截面，其中示出在极化阶段期间的电场；
[0052]
图6示意性地示出了从第二类型的剪切力感测装置拾取剪切力信号的电路；以及
[0053]
图7示意性地示出了车辆制动衬块，其包括至少一个“原位”极化的剪切力感测装置。
具体实施方式
[0054]
在以下详细描述中参考附图，附图形成本文的一部分。在附图中，除非上下文另有说明，否则类似附图标记通常标识类似组件。在详细说明和附图中所描述的说明性实施例并不旨在是限制性的。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以作出其它改动。可以以各种不同的配置来布置、替代、组合和设计如本文中一般所描述且在图中示出的本公开的各方面，所有配置都被明确地考虑并构成本公开的一部分。
[0055]
参考图2-6，剪切力感测装置1包括压电材料片材2，其具有第一主面3和第二主面4，第一主面和第二主面彼此平行以识别剪切应力方向s。具有指5a的至少一个第一指状读取电极5位于压电材料片材2的第一主面3上。具有指6a的至少一个第二指状读取电极6位于压电材料片材2的第二主面4上。第一读取电极5和二读取电极6分别具有指5a和6a，这些指沿着正交于剪切应力方向s的读取方向r彼此对齐。
[0056]
具有指7a的至少一个第一指状极化电极7位于压电材料片材2的第一主面3上。
[0057]
第一指状极化电极7与第一指状读取电极5成交叉指状。
[0058]
具有指8a的至少一个第二指状极化电极8位于压电材料片材2的第二主面4上。
[0059]
第一指状极化电极7与第一读取电极5成交叉指状。
[0060]
第一极化电极7在平行于剪切应力方向s的方向上与第二极化电极8相距一定距离地定位在压电材料片材2的每个相应侧上。在一些实施例中，第一极化电极7与第二极化电极8之间的距离可以在压电材料的厚度的至少约3到约5倍的范围内。在一些实施例中，第一极化电极7与第二极化电极8之间的距离可以小于或等于压电材料的厚度的大约3倍。在一些实施例中，第一极化电极7与第二极化电极8之间的距离可以大于或等于压电材料的厚度的大约5倍。
[0061]
第一读取电极5和第二读取电极6可以在压电材料片材2的每个相应侧上彼此相对地定位。在一些实施方式中，第一读取电极5和第二读取电极6在平行于剪切应力方向s的方向上处于大体上居中位于第一极化电极7和第二极化电极8之间的位置处。也就是，第一读取电极5和第二读取电极6的中心可以在平行于剪切应力方向s的方向上基本上位于第一极化电极7和第二极化电极8之间的中点处。
[0062]
在一些实施例中，第一读取电极5和第二读取电极6可以彼此相对地定位在第一极化电极7和第二极化电极8之间的偏心位置处和/或定位成更靠近第一极化电极7和第二极化电极8中的一个。也就是，第一读取电极5和第二读取电极6的中心可以在平行于剪切应力方向s的方向上定位成更靠近第一极化电极7和第二极化电极8中的一个。在一些实施例中，第一读取电极5和第二读取电极6定位成远离第一极化电极7和第二极化电极8一定距离，其中该距离至少等于或大于压电材料的厚度的至少两倍。
[0063]
片材2的压电材料具有体积电极化，其具有相对于读取方向r横向地定向(即，正交)的矢量场。
[0064]
在图中，f表示矢量场线，e代表电场，e
┴
代表电矢量e垂直于剪应力方向s的分量，而e‖代表电矢量e平行于剪应力方向s的分量。
[0065]
有利地，第一读取电极5和第二读取电极6的每对对齐的指5a、6a封闭矢量e相对于剪应力方向s最切向地定向的压电材料片材2的相应区域2a，也就是，电矢量e的e‖分量远大
于电矢量e的e
┴
分量。在若干实施例中，e
┴
分量的大小基本上为零并且/或者e‖分量的大小可以在比e
┴
分量的大小大至少约10倍至约100倍的范围内。在一些实施方案中，e‖分量的大小可以比e
┴
分量的大小大至少大约100倍。在一些实施方案中，e‖分量的大小可以小于或等于e
┴
分量的大小的约10倍。
[0066]
压电材料片2可以由丝网印刷层制成。压电材料可以包括合成的多晶铁电陶瓷材料，诸如钛酸钡(batio3)和锆钛酸铅(pzt)。本公开的压电材料不限于合成陶瓷，并且可以包括其他类型的铁电材料。在一些实施方案中，压电陶瓷材料的丝网印刷层可以具有在约200-300μm、100-200μm或10-100μm范围内的厚度。在一些实施方案中，压电陶瓷材料的丝网印刷层可以具有大于约300μm或小于约10μm的厚度。
[0067]
每个读取电极5、6和每个极化电极7、8也可以由丝网印刷层制成，该丝网印刷层可以施加到压电材料片材2。
[0068]
第一读取电极5和二读取电极6的指5a、6a是具有长度和相同宽度的条状物。
[0069]
在一些实施例中，第一读取电极5和二读取电极6的指5a、6a可以具有基本上相同的宽度和/或厚度。然而，本公开允许压电材料上的不同电极几何形状和位置，其中电极布局和电极的电位可以不同。
[0070]
在一些实施例中，读取电极和极化电极5、6、7、8可以由金属材料(诸如银、金、铜、镍、钯)的丝网印刷层形成。在某些实施例中，读取电极和极化电极5、6、7、8可以由银墨或银膏形成。在一些实施例中，读取电极和极化电极5、6、7、8中的一个或多个可以部分或全部被保护材料覆盖，诸如绝缘层或陶瓷玻璃层，以使电极电绝缘和热绝缘并防止氧化。
[0071]
在一些实施例中，电极5、7可以直接丝网印刷到基板(诸如绝缘基板)上。基板可以包括保护材料。后续层可以丝网印刷在绝缘基板和先前丝网印刷的电极5、7上。也就是，压电材料片材2和电极6、8可以丝网印刷到绝缘基板和先前丝网印刷的电极5、7上。
[0072]
在一个实施例中，第一读取指状电极5和第二读取指状电极6的指5a、6a的宽度大于所述第一极化电极7和第二极化电极8的指7a、8a的宽度。
[0073]
更详细地，第一读取电极5和二读取电极6的指5a、6a的宽度w在第一极化电极7和第二极化电极8的指7a、8a之间的距离d的60％和85％之间。
[0074]
电极5、6、7、8的这种配置可以以感测装置1的最低负担提供从读取电极5、6的最高信号收集。
[0075]
第一极化电极7和第二极化电极8的指7a、8a沿着剪切应力方向s彼此偏移。
[0076]
此外，第一读取电极5和第二读取电极6中的每对对齐的指5a、6a沿着剪切应力方向s处于第一极化电极7和第二极化电极8的相邻指7a、8a之间。
[0077]
本公开提供了不同的电极几何形状，其中电极布局和电极设定的电位可以不同。
[0078]
在第一实施例中，第一类型的剪切力感测装置1在图2和3中示出。剪切力感测装置1包括四个电极，即压电材料片材2的第一主面3上的单个第一读取电极5和单个第一极化电极7，以及压电材料片材2的第二主面4上的单个第二读取电极6和单个第二极化电极8。第一读取电极5和第一极化电极7可以是共面的且成交叉指状的。第二读取电极6和第二极化电极8共面且成交叉指状，第一和第二读取电极5和6具有沿着所述读取方向r对齐的指5a和6a。第一极化电极7和第二极化电极8的指7a和8a具有沿着剪切应力方向s的偏移。第一读取电极5和第二读取电极6的每对对齐的指5a和6a沿着剪切应力方向s处于第一极化电极7和
第二极化电极8的相邻指7a和8a之间。
[0079]
剪切力感测装置1的三个层包括下部电极5和7、压电材料2以及上部电极6和8，这三个层各自从最低到最顶端按顺序丝网印刷。使用电极7和8使传感器极化，将在压电材料的体积内部限定不同的区域。有可能将传感器划分为两个不同区域：活动区域2a和非活动区域2b。活动区域是在压电材料2内限定的区域，其中感应场几乎是纵向的(例如，电矢量e中的e
┴
分量基本上是0)，并且其中将收集信号。反之，非活动区域是压电材料2内的区域，其中场不具有期望定向(例如，不几乎纵向)。通常，感应场几乎或基本上纵向的活动区域的宽度可以根据极化电极7和8之间的距离而变化。在一些实施例中，活动区域可以包括其中电矢量e中的e
┴
分量不为0和/或大小基本上等于e‖分量的区域。在一些实施例中，非活动区域可以是未使用的或几乎是未使用的。
[0080]
利用这种类型的策略来极化信号，我们获得彼此相邻的“传感器阵列”，其由“非活动”区域分开。一旦传感器极化，信号管理从“传感器阵列”中提取正确的信息。
[0081]
在极化阶段期间，极化电极7和8被供电，从而在压电材料中产生大部分水平的电场。通常，使本公开的压电材料极化所需的电压可以比先前已知的制造方法低几个数量级。这可能是由于通过丝网印刷形成的压电材料的厚度相对较小。在一些实施方案中，在极化阶段期间施加到极化电极7和8的电压可以在剪切应力方向s上在极化电极7和8之间的约2kv/mm至约3kv/mm距离之间。在一些实施例中，在极化阶段期间施加到电极7和8的电压可以小于或等于大约1kv/mm，介于约1kv/mm与约2kv/mm之间，或者大于或等于约3kv/mm。施加到极化电极7和8以使压电材料极化的电压可以根据例如极化和读取电极5、6、7、8的大小、几何形状和位置、压电材料的类型或厚度等而变化。
[0082]
在极化阶段期间，将读取电极5和6保持在浮动电位或固定等电位，以避免附近电场的畸变。
[0083]
在读取阶段期间，不使用极化电极7和8，但它们原位保留，而读取电极5和6收集由压电材料2的变形产生的信号。
[0084]
使压电材料原位极化的能力与在传感器制造过程之前或期间使压电材料极化的制造方法形成对比。原位极化允许本公开的压电材料在传感器被制造并安装到应用中之后被极化。压电材料的原位极化是可能的，部分原因是丝网印刷的压电材料的厚度相对较小，其通常需要低电压来极化。因此，由应用提供的电源可能足以使传感器原位极化，或者换句话说，当传感器安装在应用中时。因此，与其他制造方法相反，本公开的压电传感器在压电材料何时可以被极化方面提供了灵活性。
[0085]
在某些实施方式中，本公开的压电材料可以在传感器本身的制造过程中被极化。例如，压电材料可以在极化电极7和8被丝网印刷到压电材料片材2上之后立即被极化。
[0086]
在一些实施例中，与其中压电材料在传感器的制造过程中被极化的制造方法相比，本公开的压电材料可以在已经被初始极化之后，在应用中安装时被重新极化。在第二实施例中，第二类型的传感器1在图4至6中示出。剪切力感测装置1包括多个(例如，六个)电极。某些实施方式包括压电材料片材2的第一主面3上的两个第一读取电极5、5’和单个第一极化电极7，以及压电材料片材2的第二主面4上的两个第二读取电极6、6’和单个第二极化电极8。两个第一读取电极5、5’和一个第一极化电极7共面且成交叉指状。两个第二读取电极6、6’和单个第二极化电极8共面且成交叉指状。两个第一读取电极中的每一个和两个第
二读取电极中的对应电极5、6和5'、6'具有沿着读取方向r对齐的指5a、6a和5'a、6’a。第一极化电极7和第二极化电极8的指7a和8a具有沿着剪切应力方向s的偏移。两个第一读取电极和两个第二读取电极5、6和5'、6'的每对对齐的指5a、6a和5'a、6’a沿着剪切应力方向s处于第一极化电极7和第二极化电极8的相邻指7a与8a之间。
[0087]
(例如，下部)电极5、5’和7、压电材料2以及(例如，上部)电极6、6’和8的三个层各自从最低到最顶端按顺序丝网印刷。如上所述，使用电极7和8来极化传感器，有可能将传感器划分为活动区域2a和非活动区域2b。
[0088]
在极化阶段期间，将读取电极5、5’、6、6’保持在浮动电位或固定等电位，以避免附近电场的畸变。
[0089]
在读取阶段期间，不使用极化电极7和8，但它们原位保留，而读取电极5、5’、6、6’收集由压电材料2的变形产生的信号。
[0090]
由于存在两个第一和二读取电极5、6和5'、6'，在读取阶段中，每对读取电极5、6和5'，6'收集两个符号相反的信号。
[0091]
因此，这些信号必须组合，以便从虚拟“传感器阵列”提取正确的信息，如图6所示。
[0092]
在电读取电路时，信号vout通过电阻器r
l
测量。
[0093]
为了获得正确的信号组合，通过将位于压电材料片材2的相对主面上的那些电极对5、6和5
′
、6
′
连接到参考电位(地电位)来收集来自读取电极对5、6的电流i
p1
和i
p3
以及来自读取电极对5
′
、6
′
的电流i
p2
和i
p4
。
[0094]
从2-d有限元模拟推断出，也是优选实施例的电极的最方便配置是图2和图3中所示的第一类型的传感器，其在读取电极留在浮动电位的同时极化。这样，在读取电极下方的区域中，具有平行平面内(剪切)极化的压电材料的体积也增加和/或最大化。也就是，可以增大或最大化其中感应场几乎或基本上纵向的活动区域的宽度。
[0095]
本发明还涉及智能制动衬块。智能制动衬块是带传感器的制动衬块，该带传感器的制动衬块被配置成(例如，利用适当的软件和硬件系统架构以及一些算法)测量一个或多个参数，诸如制动衬块温度和/或包括在制动期间施加的法向力和剪切力的静态和动态量。
[0096]
用于智能制动衬块的剪切力感测装置可包括丝网印刷的压电材料片材，在两个平行的主面中的每一个上具有一对丝网印刷的交叉指型电极。彼此平行的那些主面识别剪切感测装置的剪切应力方向。一个主面上的每个电极与另一个主面上的对应电极沿着与剪切应力方向正交的读取方向对齐。所有电极，尽管具有不同的互连，但预期用于压电材料的初始体积极化和随后用于拾取剪切力信号。
[0097]
如上所述的剪切力感测装置1可以集成到车辆制动衬块装置中并且“原位”极化。
[0098]
制动衬块装置包括制动器或制动衬块100，所述制动器或制动衬块包括支撑板21、摩擦衬块20以及配备有传感器1、11、13的电路，所述电路用于实时检测与至少剪切力有关和优选与温度和/或法向力有关的信号。
[0099]
在图7所示的实施例中，制动衬块100包括根据本公开的类型的至少一个剪切力传感器、至少一个温度传感器11和至少一个法向力传感器13。
[0100]
法向力传感器可以包括压电陶瓷传感器，但替代地还可以是电容或压阻传感器。
[0101]
温度传感器可以是热敏电阻，例如pt1000、pt200或pt100。
[0102]
电路22具有布置在区域12中的用于从所述制动衬块100收集信号的电端子。支撑
板21(优选但不是必须由金属制成)直接支撑电路22。摩擦衬块20应用于存在电路22的支撑板21的一侧，电路22因此并入支撑板21与摩擦衬块20之间。
[0103]
在一些实施例中，制动衬块具备传感器(压电陶瓷、压电、电容、压阻、应变计或其它力或变形传感器)，且其主要由四个不同部分构成：背板(金属支撑件)、背板上的感测层(电子电路、互连介质和集成力和温度传感器)、阻尼层(或底层ul，作为任选层)和摩擦材料层(摩擦材料fm)。
[0104]
智能制动装置可以包括有限数量的传感器，以将电子器件的操作次数和功率预算限制成适合于车载应用的无线系统。
[0105]
在使用期间，制动衬块可能能够传输电信号，所述电信号与由于与被制动的元件接触而施加到所述制动元件的制动力成比例，所述制动元件既易于构造又易于使用。
[0106]
剪切力传感器可以优选地具有至少0.2mm的厚度，并且由操作温度高于200℃的压电陶瓷材料片材制成。
[0107]
在各种实施例中，剪切力传感器允许测量磨损、残余阻力和/或制动扭矩。
[0108]
安装有传感器1、11、13的电路22被电绝缘。电路22具有适当形状的分支，以将传感器1、11、13布置在支撑板21上的离散位置。电路22可以是丝网印刷电路。如图所示，可以包括阻尼层23，其涂覆电路22且插在摩擦衬块20与支撑板21之间。
[0109]
如上所述，制动衬块100设置有适当的传感器1、11、13，该传感器能够在工作条件下传输与由于与受到制动的元件接触而施加到制动元件上的至少剪切力成比例的电信号。可以处理剪切力以便估计制动扭矩和/或残余制动扭矩和/或制动衬块100上的磨损。
[0110]
制动装置应用于车辆的制动卡钳。具体地，每个制动卡钳包括至少一个制动装置，且因此例如车辆上总共载有至少四个制动装置。
[0111]
尽管在某些示例性实施例的上下文中已经公开了某些剪切力感测装置、系统和制造方法，但是本领域技术人员将会理解，本公开的范围超出了具体公开的实施方案，延伸到其他替代实施例和/或实施例的使用及其某些修改和等同物。任何结构的使用明确地在本发明的范围内。所公开实施例的各种特征和方面可彼此组合或替代以便形成组件的不同模式。本公开的范围不应受本文中所描述的所公开的特定实施例限制。
[0112]
在本公开中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征还可以在单个实施方案中组合地实施。相反地，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征还可以单独地在多个实施方案中实施或以任何合适的子组合形式实施。此外，尽管特征可以在上文描述为以某些组合起作用，但在一些状况下，来自所要求的组合的一个或多个特征可从所述组合切离，且所述组合可以被要求为任何子组合或任何子组合的变化。
[0113]
本文中所使用的定向术语，例如“顶部”、“底部”、“近侧”、“远侧”、“纵向”、“横向”和“末端”，在所说明的实施例的上下文中使用。然而，本公开不应限于所示出的定向。实际上，其它定向是可能的且在本公开的范围内。关于如本文中所使用的圆形形状的术语，例如直径或半径，应理解为不需要完美的圆形结构，但实情为，应适用于具有可从边到边测量的横截面区的任何合适的结构。通常，关于形状的术语，例如“圆形”、“圆柱形”、“半圆形”或“半圆柱形”或任何相关或类似术语不需要严格地符合圆形或圆柱形或其它结构的数学定义，但可以涵盖为合理地密切近似的结构。
[0114]
除非确切地陈述是其它情况，或在所使用的上下文内另外理解，否则条件语言，例
如“可以(can)”、“可以(could)”、“可能(might)”或“可能(may)”，大体上意图传达包括或不包括某些特征、元件和/或步骤的某些实施例。因此，此类条件语言并非大体上意图暗示一个或多个实施例以任何方式需要这些特征、元件和/或步骤。
[0115]
除非确切地陈述是其它情况，否则例如短语“x、y以及z中的至少一个”等连接性语言在所使用的上下文中一般另外理解为传达某一条目、项等可以是x、y或z中的任一个。因此，此类连接性语言并非大体上意图暗示某些实施例需要x中的至少一个、y中的至少一个和z中的至少一个的存在。
[0116]
如本文中所使用的术语“大致”、“约”和“基本上”表示接近仍执行所要功能或实现所需结果的规定量的量。例如，在一些实施例中，如上下文可指示，术语“大致”、“约”和“基本上”可指代在规定量的小于或等于10％内的量。如本文中所使用的术语“大体上”表示主要包括或趋向于特定值、量或特性的值、量或特性。作为一实例，在某些实施例中，如上下文可指示，术语“大体上并行”可指与确切平行偏离小于或等于20度的某物。
[0117]
已经结合附图描述了一些实施方案。附图是按比例绘制的，但是这种比例不应被解释为限制性的，因为除了所示出的尺寸和比例之外的尺寸和比例也是可以预期的，并且在所公开的发明的范围之内。距离、角度等仅仅是说明性的，并不一定与所示装置的实际尺寸和布局有精确的关系。可添加、去除和/或重新布置各部件。此外，本文中的结合各种实施例的任何特定特征、方面、方法、性质、特性、质量、属性、元件或类似者的公开内容可用于本文中阐述的所有其它实施例。另外，将会认识到，本文所描述的任何方法都可以使用适用于执行所述步骤的任何装置来实践。
[0118]
已经公开了剪切力感测装置、系统和制造方法的各种说明性实施方案。尽管已经在那些实施方案的上下文中公开了装置、系统和方法，但是本公开内容超出了具体公开的实施方案，延伸到其他替代实施方案和/或实施方案的其他用途，以及其某些修改和等同物。本公开明确地设想了所公开的实施方案的各种特征和方面可以彼此组合或替换。因此，本公开的范围不应受到上述具体公开的实施方案的限制，而应仅由对所附权利要求及其等同物的全部范围的合理解读来确定。