车辆制动衬块及其生产方法技术

一种车辆制动衬块(100)，其包括：支撑板(21)；摩擦衬块(20)；至少一个剪切力感测装置；以及被配置成从所述剪切力感测装置(1)收集信号的电路；其中所述剪切力感测装置(1)包括：压电材料片材(2)，其具有彼此平行以识别剪切应力方向(S)的第一主面和第二主面(3、4)；位于所述第一主面(3)上的至少一个第一指状读取电极(5)；位于所述第二主面(4)上的至少一个第二指状读取电极(6)，第一读取电极和第二读取电极(5、6)具有沿着正交于所述应力剪切方向(S)的读取方向(R)对齐的指(5a、6a)；至少一个第一指状极化电极(7)，其位于所述第一主面(3)上并且与所述第一指状读取电极(5)成交叉指状；和至少一个第二指状极化电极(8)，其位于所述第二主面(4)上并且与所述第二指状读取电极(6)成交叉指状；并且其中所述压电材料具有体积电极化，其中矢量场(E)相对于所述读取方向(R)横向地定向，所述第一读取电极和所述第二读取电极(5、6)的每对对齐的指(5a、6a)封闭所述压电材料的相应区域(2a)，使得所述矢量场(E)相对于所述剪切应力方向(S)最切向地定向。所述剪切应力方向(S)最切向地定向。所述剪切应力方向(S)最切向地定向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】车辆制动衬块及其生产方法


[0001]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。

技术实现思路

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]极化压电材料的特征在于若干系数和关系。
[0009]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：
[0010]D＝d
·
T+ε
T
·
E
[0011]S＝S
E
·
T+d
·
E
[0012]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，S
E
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。
[0013]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。
[0014]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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种车辆制动衬块(100)，所述车辆制动衬块包括：支撑板(21)；摩擦衬块(20)；至少一个剪切力感测装置；以及电路，所述电路被配置成从所述至少一个剪切力感测装置收集信号；其中所述剪切力感测装置包括：压电材料，所述压电材料包括第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第一面和所述第二面在剪切应力方向上彼此平行延伸；第一读取电极(5)，所述第一读取电极位于所述第一面上并且包括第一读取指(5a)；第二读取电极(6)，所述第二读取电极位于所述第二面上并且包括第二读取指(6a)，所述第一读取电极和所述第二读取电极(5、6)沿着正交于所述应力剪切方向的读取方向彼此对齐；第一极化电极(7)，所述第一极化电极位于所述第一主面上并且与所述第一读取电极(5)成交叉指状；第二极化电极(8)，所述第二极化电极位于所述第二面上并且与所述第二读取电极(6)成交叉指状；在所述剪切力感测装置的第一区域中，所述压电材料具有相对于所述读取方向横向地定向的极化矢量场，在所述剪切力感测装置的第二区域中，所述压电材料具有相对于所述剪切应力方向切向地定向的极化矢量场，其中所述第一极化电极(7)包括第一极化指(7a)，并且所述第二极化电极(8)包括第二极化指(8a)，并且其中所述第一读取指和所述第二读取指(5a、6a)大于所述第一极化电极和所述第二极化电极(7、8)的指(7a、8a)。2.根据权利要求1所述的车辆制动衬块，其中所述压电材料片材包括丝网印刷层。3.根据权利要求1所述的车辆制动衬块，其中所述第一读取电极和所述第二读取电极(5、6)以及所述第一极化电极和所述第二极化电极(7、8)包括丝网印刷层。4.根据权利要求1所述的车辆制动衬块，其中：所述第一极化电极(7)包括第一极化指(7a)，所述第二极化电极(8)包括第二极化指(8a)，并且所述第一极化指和所述第二极化指(7a、8a)在所述剪切应力方向上处于偏移距离处。5.根据权利要求1所述的车辆制动衬块，其中所述第一读取电极和所述第二读取电极(5、6)沿着所述应力剪切方向定位于所述第一极化电极与所述第二极化电极(7、8)之间。6.根据权利要求1所述的车辆制动衬块(100)，其中所述第一读取指和所述第二读取指(5a、6a)的宽度在所述第一极化电极和所述第二极化电极(7、8)之间的距离的60％至85％的范围内。7.一种车辆制动衬块，所述车辆制动衬块包括：支撑板；摩擦衬块；至少一个剪切力感测装置；以及
电路，所述电路被配置成从所述至少一个剪切力感测装置收集信号；其中所述剪切力感测装置包括：压电材料，所述压电材料包括第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第一面和所述第二面沿着剪切应力轴线彼此平行延伸；第一读取电极(5)，所述第一读取电极位于所述第一面上并且包括第一读取指(5a)；第二读取电极(6)，所述第二读取电极位于所述第二面上并且包括第二读取指(6a)；第一极化电极(7)，所述第一极化电极位于所述第一面...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡诺，
申请(专利权)人：意大利ITT有限责任公司，
类型：发明
国别省市：