用于对在车轮的制动卡钳处或悬架处的检测点作用的切向力和法向力同时进行检测的设备和方法与流程

1.本发明的目的是一种基于能够提供电信号或电子信号的传感器的力检测设备和相关方法。
2.更具体地，本发明的目的是一种用于对在车轮的制动卡钳处或悬架处的检测点作用的切向力和法向力同时进行检测的设备和方法。
3.本发明的另外的目的是一种包括上述设备的制动卡钳系统。
4.此外，本发明的目的是一种使用上述检测设备确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或扭矩的设备、系统和方法。


背景技术：

5.对于制动系统例如电控盘式制动系统的控制、监测和实施，在制动作用期间，实时地、尽可能准确地了解由制动系统的制动卡钳施加的制动力或扭矩的值非常有用。
6.然而，难以直接、精确和可靠地测量制动力和/或扭矩，因此这样的值通常是间接地估计和/或计算的，其缺点是这样的估计或计算不能完全满足必要的精度要求。
7.在这方面，背景技术示出了基于测量来确定制动扭矩和/或力的趋势，这些测量是间接的但是涉及到与制动扭矩和/或力例如作用在制动卡钳的不同点处的力严格相关的量。
8.另一方面，必须考虑到使用传感器设备的另外的需要，传感器设备被尽可能小型化和紧凑化，使得它们可以容易地集成到制动系统中而不会引起功能问题。
9.在这方面，一些紧凑型传感器设备是已知的，其能够通过使用应力传感器检测和/或测量在制动卡钳支撑件和车辆轮毂之间作用的侧向(剪切)力或法向力。
10.然而，这种已知的设备是基于所进行的侧向力或轴向力的测量、以较差的精度以及基于相对有限的可测量力的范围能够确定制动力和/或扭矩。
11.此外，在单独用于测量剪切力的设备的情况下，由这种设备提供的结果并不完全独立于用于紧固两个部件的旋拧件的夹持(clamp，夹紧)扭矩，这两个部件之间的力被测量。换言之，该结果不是独立于轴向力的，这构成了关于制动力和/或扭矩的估计精度的干扰。
12.鉴于上述情况，强烈需要设计用于更精确地确定制动扭矩和/或力的设备和方法。
13.与上述要求密切相关的是，还需要设计用于对在车轮的制动卡钳和/或悬架处的一个或更多个检测点作用的切向力和法向力同时进行检测的设备和方法，其具有紧凑性和精确性的特征，以便能够在制动系统的环境中被有效使用。
14.事实上，实现对在一个或更多个检测点处例如制动卡钳的一个或更多个检测点处作用的切向力和法向力的精确测量对其本身而言通常在制动系统的电子控制中的众多应用中是非常有用的。
15.在最有用的应用中，存在一应用，该应用能够响应于上述需求中之一在制动作用
期间基于检测到的法向力分量和切向力分量来实时估计和/或确定作用的制动力和/或扭矩。
16.能够适用于该情况的用于测量在一个点处作用的切向力和法向力的设备所期望的另外的要求是：紧凑性，且特别是轴向尺寸；坚固性以确保在严苛的环境条件下的运行；组装简单(使用例如已经提供的紧固系统来将制动卡钳紧固到轮毂保持件)；在固定式或浮动式卡钳盘式制动器的情况下、使用轴向或径向组装以及在这种系统的若干点和/或连结部和/或接合部处的使用的多功能性；以及在较宽的温度范围内提供可靠测量的能力。
17.如上所述，背景技术目前可用的方案不能完全满足上述需求。


技术实现要素：

18.本发明的目的是提供一种设备，该设备用于对在车轮的制动卡钳处或悬架处的检测部分中作用的法向力(或法向力的模数)分量和一个或更多个切向力分量同时进行检测，该设备允许至少部分地消除以上参考背景技术所抱怨的缺点，并且允许满足特别在所考虑的技术领域中考虑到的上述要求。
19.该目的和其他目的通过根据权利要求1的用于检测切向力分量和法向力分量的检测设备来实现。
20.这种检测设备的一些有利实施方式是从属权利要求2-15的主题。
21.本发明另外目的是提供一种采用上述检测设备的、用于检测切向力分量和法向力分量的系统。
22.该目的和其他目的通过根据权利要求16的用于检测切向力分量和法向力分量的系统来实现。
23.这种系统的一些有利实施方式是从属权利要求17-18的主题。
24.本发明的另外的目的是提供一种采用根据权利要求1-15的上述设备的、用于确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或扭矩的设备。
25.该目的和其他目的通过根据权利要求19的用于确定制动力和/或扭矩的设备来实现。
26.本发明的另外的目的是提供一种采用根据权利要求1-15的上述设备的、用于确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或扭矩的系统。
27.该目的和其他目的通过根据权利要求20的用于确定制动力和/或扭矩的系统来实现。
28.本发明的另外的目的是提供一种方法，用于对在车轮制动卡钳处作用的力的切向分量和法向分量同时进行检测或对车轴和车轮悬架之间传输(exchange，交换)的力的切向分量和法向分量同时进行检测。
29.该目的和其他目的通过根据权利要求21的用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的方法来实现。
30.这种方法的一些有利实施方式是从属权利要求22-27的主题。
31.本发明的另一目的在于提供一种基于上述用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的方法以用于确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或扭矩的方法。
32.该目的和其他目的通过根据权利要求28的用于确定制动力和/或扭矩的方法来实
现。
33.这种方法的一些有利实施方式是从属权利要求29-30的主题。
34.最后，本发明的目的是提供一种具有制动力估计功能的制动卡钳系统。
35.该目的和其他目的通过根据权利要求31的具有制动力估计功能的制动卡钳系统实现。
36.这种系统的有利实施方式是从属权利要求32的对象。
附图说明
37.参考附图、根据通过指示性且非限制性给出的本发明的优选实施方式的以下描述，根据本发明的设备、方法和系统的另外的特征和优点将变得明显，所述附图中：
[0038]-图1是根据本发明中包括的实施方式的用于用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的设备的立体图；
[0039]-图2和图3分别示出了图1的设备的正交俯视图和分解立体图；
[0040]-图4a和图4b分别示出了根据本发明的检测设备中包括的力传感器组件的实施方式的立体图和局部侧截面图；
[0041]-图5示出了根据本发明的检测设备中包括的力传感器组件的实施方式的功能图；
[0042]-图6示出了根据本发明的用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的设备的另一实施方式的正交俯视图；
[0043]-图7示出了根据本发明的应用示例的在制动卡钳的附接点附近的图1的设备，该设备被紧固到该附接点；
[0044]-图8示出了根据本发明的用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的系统的实施方式的简化框图；
[0045]-图9至图12例示了本发明中包括的用于对作用在车轮的制动卡钳处的力的切向分量和法向分量同时进行检测的方法的各个实施方式，并且同时例示了具有制动力估计功能的制动卡钳系统101的若干实施方式；
[0046]-图13示出了根据本发明的用于对在车轴和车轮悬架之间传输的切向力分量和法向力分量同时进行检测的方法的实施方式；
[0047]-图14a和图14b分别示出了图10的制动卡钳系统的详细立体图和详细的侧向截面。
具体实施方式
[0048]
参考图1至图7，现在描述检测设备1，该设备用于对在车轮的制动卡钳100处或悬架200处的检测部分z中作用的力的法向分量和切向分量同时进行检测。
[0049]
设备1包括板状壳体2、力传感器组件3和电气接口4。
[0050]
板状壳体2主要沿着参考平面p延伸(在图2中被表示为示出设备的俯视图所相对于的平面；如下详述的，产生的切向力处于平面p上)。
[0051]
这种壳体2由约束和/或焊接至彼此的两个部分形成。第一部分20具有朝向壳体外侧的平行于参考平面p的第一平面表面，该第一平面表面适于被放置成与前述检测部分z(该检测部分例如属于制动卡钳，或制动卡钳与支撑件的附接点)紧密接触。第二部分21朝
向壳体的外侧具有平行于参考平面p的第二平面表面，该第二平面表面适于被放置成与紧固和夹持装置5紧密接触。
[0052]
力传感器组件3被容置在壳体2中并且被机械约束和/或焊接到壳体2的上述第一部分20和第二部分21。
[0053]
力传感器组件3被配置成检测：沿着正交于参考平面p的方向的法向力分量fn，该法向力分量通过壳体2的接触和压力被传递到传感器；以及沿着由参考平面p限定(或位于所述参考平面中)的相应的至少一个切向方向的至少一个切向力分量ft，该切向力分量通过壳体2的接触和压力被传递至传感器。
[0054]
上述法向力分量fn代表作用在壳体2上的法向力fn(例如，壳体2的第一面和第二面所承受的法向力)。
[0055]
上述至少一个切向力分量ft代表作用在壳体2上的侧向力ft(例如，壳体2的第一面和第二面所承受的切向力)。
[0056]
事实上，由于将传感器连装到壳体2的每个面的机械约束或焊接，作用在壳体2上的法向力和切向力决定了这种壳体的变形，该变形又决定了作用在传感器上的法向(压力)力分量和切向或侧向(剪切)力分量。
[0057]
力传感器组件3被配置成通过压阻效应生成一个或更多个电信号sa、sb，一个或更多个电信号代表检测到的法向力分量fn和至少一个切向力分量ft。
[0058]
电气接口4集成在壳体2中并且连接到力传感器组件3以传导前述生成的一个或更多个电信号sa、sb并使它们可用。
[0059]
需要说明的是，术语“力传感器组件”(以下也统称为“力传感器”)在本文中是广义的，也可以指包括布置于设备的若干位置的多个传感器元件组的组件，下面将对其进行更多的描述，如图1至图3所示。每组传感器元件又可以包括一个或更多个传感器元件。类似地，电气接口4可以包括多个接口端子4，例如，每个传感器组件一个接口端子，或者每个传感器元件一个接口端子。
[0060]
单个集成的传感器元件组3(如图4a所示)可以定义为“双轴力传感器”，因为它能够检测沿法线方向n的力分量和沿切向方向t(由双轴传感器3的定位和/或定向确定)的切向力分量中的一个切向力分量。
[0061]
根据一实施方式(例如，在图6中示出，但也包括图1和图2中所示的情况)，设备1包括至少两个传感器元件组件3、3'，至少两个传感器元件组件相对于彼此正交布置(例如，在图6中通常表示为“s”和“e”的位置；其他组合n-e、n-o、s-o显然是可以的)。在这种情况下，力传感器3作为包括至少两个上述传感器组件的整体，除了能够检测沿法线方向n作用的法向力分量外，还能够检测沿属于平面p的、彼此正交的两个切向方向ta、tb作用的两个切向力分量。在这个意义上，这种力传感器组件3可以被定义为“三轴力传感器”，以便允许设备1基于下述两项确定作用在设备1上的法向力fn和切向力ft：由两个传感器组件检测到的法向力分量fn；以及检测到的第一切向力分量fta和第二切向力分量ftb。
[0062]
在图1至图3所示的实施方案中，力传感器组件3包括四个传感器组件3，每个传感器组件连接到相应的接口端子4，其中每个接口端子4被配置成传递由相应传感器元件3生成的相应信号对(在图1中分别表示为sa1和sb1；sa2和sb2；sa3和sb3；sa4和sb4)。
[0063]
根据一实施方案选项，设备1还包括在板状壳体2上获得的至少一个开口6，其适于
与外部紧固和夹持装置5配合，以确保设备1被紧固和按压至车辆的车轮的一部分和/或制动卡钳100的一部分和/或悬架200的一部分。因此，壳体2受到前述法向力和切向力的作用，法向力和切向力可以相对于静止值变化，例如在制动作用时相对于静止值变化。
[0064]
根据设备1的一实施方式，上述壳体2为具有至少一个开口6的盘状板形壳体和/或垫圈形壳体，该开口适于由外部螺杆状紧固和夹持装置5穿过。
[0065]
根据一实施方案选项，设备1还包括耦接元件7，耦接元件被配置成与设备要附接到的制动器或悬架或其他车轮部分的紧固区域的相应部分耦接，以便限定正确的相互紧固位置。
[0066]
如图1所示，这种耦接元件包括例如销7，销可以附接到在与卡钳本体附接的点上获得的对应开口(在图7中用附图标记90表示)，以确保设备的正确角度安装位置。或者，这种耦接元件可以通过壳体2与制动卡钳100和/或紧固和夹持装置5之间的形状耦接获得。
[0067]
如下文将较好地描述的，从卡钳本体到垫圈设备的紧固和载荷转移可以例如有利地通过将——已经被提供用于通常将制动器或卡钳本体紧固到相应支撑件的——旋拧件夹持来获得。
[0068]
在若干可能的实施方案选项中，壳体2可以由不同的材料制成，只要它们具有足够的抵抗力并且适于将例如由于变形作用在壳体上的力朝向壳体本身的内部转移，在壳体本身的内部容置有力传感器。
[0069]
根据实施方案选项，壳体2是金属的。
[0070]
根据更具体的优选实施方案选项，上述壳体2为不锈钢壳体。
[0071]
根据设备的若干实施方案选项，可以使用能够执行上述功能的不同类型的传感器(本身已知的)。
[0072]
在一优选实施方式中，上述传感器或传感器组件或传感器组件元件是使用微机电系统(mems)技术制成的压阻式传感器。
[0073]
在图3中，通过分解图示出传感器组件3中之一，其示出了传感器3的不同部件30(它们一起制成例如法向力传感器、切向力传感器和温度传感器)；它们可以被放置在设备的座部中并电连接到接口4，该接口呈“接口卡”和从壳体2突出的相关布线4的形式。
[0074]
根据若干可能的实施方案选项，检测设备1可以由被约束至彼此的不同部分和/或可以彼此分离和重新连接至彼此的不同部分构成。特别地，设备的壳体2可以由被约束至彼此的不同部分和/或可以彼此分离和重新连接至彼此的不同部分构成。
[0075]
根据设备1的实施方案，传感器3被机械地约束到设备的壳体2的上部部分20和下部部分21两者上(例如，如图4b所示)。
[0076]
参考图4和图5，现在描述双轴力传感器组件3的另外的细节，或者描述包括在上述双轴力传感器3中的每个元件的另外的细节。
[0077]
在图4b中，示出了一实施方式，其中双轴传感器组件3：通过钎焊或粘合剂42被紧固到壳体2的第一部分20并且通过粘合剂43被紧固到壳体的第二部分21，并且通过电引线粘结41被连接到接口卡44(例如，pcb)并且因此被连接到电气接口的端子4(例如，被焊到接口卡的电缆)。双轴传感器单元3对局部作用在其上的力的切向ft分量和法向分量fn敏感，这些分量又以已知方式取决于作用在壳体2的面上的力的法向分量fn和切向分量ft，以及壳体将这些分量机械传递到双轴传感器3。在图4b所示的实施例中，双轴传感器组件生成电
信号sa和sb，它们在接口端子4上是可得到的。
[0078]
根据设备1的实施方式，力传感器组件3包括至少一个双轴力传感器组件3，该双轴力传感器组件包括至少一个第一法向力传感器元件31和一个第二切向力传感器元件32。
[0079]
至少一个第一法向力传感器元件31被配置成检测前述法向力分量fn并生成至少一个第一电信号sa。
[0080]
至少一个第二切向力传感器元件32被配置成检测前述切向力分量ft并生成至少一个第二电信号sb。前述的至少一个第一电信号sa和至少一个第二电信号sb的集合代表每个检测到的力分量，即检测到的法向力分量fn和检测到的切向力分量ft两者。
[0081]
根据一实施方案示例，传感器组件3包括与前述至少一个第一传感器元件31和至少一个第二传感器元件32中的每一者可操作地连接的第一芯片38和第二芯片39。第一芯片38通过钎焊或粘合剂42紧固到壳体2的第一部分20，第二芯片39通过粘合剂43紧固到壳体2的第二部分21。第一芯片和第二芯片二者又机械地约束到传感器元件。
[0082]
根据特定实施方案选项，传感器组件3包括两个第二传感器元件(在图4b中表示为32a和32b)。
[0083]
根据设备的一实施方案选项(如图5的功能图所示)，上述至少一个第一电信号sa为代表检测到的法向力分量fn的电信号sn，以及上述至少一个第二电信号sb是代表检测到的切向力分量ft的电信号st。因此，在这种情况下，所生成的每个信号与相应的力分量之间存在对应关系。
[0084]
在其他实施方案选项中，可能不存在这种对应关系，前提是可以从传感器或传感器组件生成的信号中以本身已知的方式同时获得作用在这种传感器或传感器组件上的力的法向分量和切向分量两者。因此，生成的信号可能多于两个，或者它们可能是单端信号而不是差分信号，或者是另一种类型的信号，这取决于由所使用的传感器组件生成的具体信号类型以及由读取电路图(事实上，可以使用本身已知的读取电路图)生成的具体信号类型。
[0085]
同样在这样的实施方式中，(一个或更多个传感器组件3中的每一个的)上述至少一个第一传感器元件31和至少一个第二传感器元件32例如是使用微机电系统(mems)技术制造的压阻式传感器。
[0086]
根据一实施方式，设备1包括多个上述双轴力传感器组件3，双轴力传感器组件被布置在设备1的不同位置以检测存在于相应位置的相应多个法向力和切向力，并且生成相应的多个第一电信号(sn1-sn4)和相应的多个第二电信号(st1-st4)。
[0087]
因此，根据若干可能的实施方案，“传感器”或“传感器组件”作为整体包括多个n个传感器组，每个组包括m个(一个或更多个)传感器元件，这些传感器元件生成m个电信号(通常，传感器元件为至少两个并生成至少两个对应的电信号snm和stm)。如下文更详细描述的，该设备基于上述多个mxn电信号既能够确定作用在传感器元件所位于的每个点上的力的法向分量和切向分量(基于由相应传感器元件生成的m个电信号)又能够估计作用在设备的壳体2上的总力(例如，由这些分量得出的值)的法向分量和切向分量。
[0088]
在图1至图3所示的实施例中，每个垫圈设备的传感器组件的数量n为4(每个是mems传感器组件，其又包括两个或更多个mems传感器元件)。在图1至图3的实施例中，四个传感器组件和相关接口位于壳体2的外圆周区域；它们以相同角度间隔开(即，在这种情况
下，在以90
°
角度间隔开)。
[0089]
根据若干实施方案选项，组件的数量可以是一个、或两个或三个，或者可以大于四个。
[0090]
根据另外的实施方案示例，该设备包括单个电气接口4，单个电气接口通过在设备1内部实现的互连件被连接到每个传感器组件3，并且单个电气接口被配置成传递下述和使得下述可得到：由设备1中包括的所有传感器组件的传感器元件生成的所有电信号。
[0091]
在图6所示的实施例中，设备1包括两个传感器组件3和3'以及单个接口4，该单个接口局部地连接到传感器组件3中之一并通过集成互连件35连接到另一传感器组件3'。
[0092]
根据设备1的实施方案选项，传感器组件3的传感器元件31、32中的每个传感器元件被直接或间接地机械约束到设备的壳体2的上部面20和下部面21(即，通过与其他元件的约束，又被约束到设备壳体的面)。
[0093]
根据实施方案选项，传感器组件的每个第二传感器元件32被机械地约束到壳体2的上部面20和不可变形柱22，该不可变形柱具有在壳体21的下部面上的基部。
[0094]
根据另一实施方案示例，传感器组件的每个第二传感器元件32被机械地约束到在壳体的上部面上具有基部的不可变形柱。
[0095]
根据另一实施方案示例，传感器组件的每个第二传感器元件32被机械地焊接到在壳体的下部面上具有基部的第一不可变形柱以及被机械地焊接到在壳体的上部面上具有基部的第二不可变形柱。
[0096]
根据一实施方式，设备1还包括电子处理装置8，该电子处理装置被连接到上述电气接口4以接收由力传感器组件3生成的一个或更多个电信号(sa、sb)，并该电子处理装置被配置成基于上述接收到的一个或更多个电信号(sa、sb或sn、st)确定存在于一个或更多个检测区域z中的每个检测区域中的法向力分量fn和切向力分量ft。
[0097]
在设备1包括四个传感器组件3(诸如例如，在图2中，在指示为n、o、s、e的位置中)的实施方案选项中，处理装置8被配置成基于从四个传感器组件检测到的法向分量fn(例如，作为平均值)确定作用在设备上的法向力fn。此外，处理装置8被配置成确定作为下述的结果的作用在设备上的切向力ft：沿第一切向方向ta作用的切向分量(如由在位置o、e的两个传感器组件检测到的)以及沿第二切向方向tb作用的切向分量(如由在位置s、n的两个传感器组件检测到)。
[0098]
根据实施方案选项，电子处理装置8集成在设备1中。
[0099]
根据若干实施方案选项(对应于上文关于传感器生成的信号描述的各个实施方案选项)，电子处理装置8被配置成基于下述来确定法向力分量fn和切向力分量ft：基于前述至少一个第一电信号sn和至少一个第二电信号st(如图5所示)；或者基于由设备中包括的不同传感器组件的传感器元件生成的多个第一电信号(sn1-sn4)和多个第二电信号(st1-st4)。
[0100]
根据一实施方案选项(也在图5中示出)，设备1还包括集成在设备1中的第三传感器元件33，该第三传感器元件被配置成检测存在于检测部分中的温度值，并且该第三传感器元件被配置生成代表检测到的温度的至少一个第三电信号sc。
[0101]
在这种情况下，电子处理装置8被配置成基于前述至少一个第一电信号sn、至少一个第二电信号st和至少一个第三电信号sc来确定至少一个法向力分量fn和至少一个切向
力分量ft。
[0102]
根据该设备的一实施方式，壳体2的第一部分20的第一平面表面和壳体2的第二部分21的第二平面表面具有表面变化，该表面变化适于增大分别抵靠制动卡钳检测部分以及紧固和夹持装置的这种第一平面表面和第二平面表面的摩擦，在操作条件下，前述第一平面表面和第二平面表面分别与制动卡钳检测部分以及紧固和夹持装置接触。
[0103]
根据前述实施方式的实施方案选项，平面表面的前述表面变化通过本身已知的“机械”精加工例如滚花获得。
[0104]
根据前述实施方式的另一实施方案选项，所述平面表面的前述表面变化通过使用激光技术制成的表面纹理化获得，或者使用本身已知的适用于任何金属表面例如钢、钛或铝的方法等获得。
[0105]
根据上述实施方式的另一实施方案选项，上述平面表面的表面变化是通过涂层获得的。在这方面，可以使用本身已知的不同的工艺，诸如例如：嵌入电解镍中的金刚石颗粒或碳化硅sic的沉积；或在基材是铝的情况下碳化钨、钨铬钴合金或者氧化铝的电火花沉积；或其他已知方法。
[0106]
根据若干可能的实施方案选项，上述平面表面的表面变化通过下述获得：通过机械去除的精加工；或通过局部材料变形(压印、滚花)的精加工；或激光去除(或精加工)，这可能导致材料的汽化、熔化或燃烧；或多种可能的涂层技术，例如，基于纳米技术、高硬度纳米粉末的涂层技术，生成了具有高力传输并因此具有高摩擦力的接触点、对表面局部雕刻以创建“保持件”的硬夹杂物；或者其他技术。
[0107]
应当注意，上述实施方式允许增大传感器与卡钳本体或悬架之间的摩擦，这在本发明的上下文中可能是特别有利的，其中如上所述，作用在壳体2上的法向力和切向力确定这种壳体的变形，该变形又确定作用在传感器上的法向(压力)力分量和切向或侧向(剪切)力分量。
[0108]
特别地，该实施方式的效果是消除或显著减少由于车辆运动的反转引起的应力的局部变化现象：实际上，通过所采取的措施，接口表面上的摩擦系数增大。因此，可以避免或显著减少那些微调整，这些微调整在向前和向后行进之间进行改变时会改变局部摩擦情况，并因此改变壳体(即，例如，垫圈)表面上的应力分布。这非常重要，因为如果局部条件随着车辆的每次方向变化而改变，垫圈的变形不同，并且传感器输出特征将不是完全可重复且是非线性的。相反，凭借该实施方式的上述特征，由制动扭矩在向前和向后行进条件之间对敏感元件引起的影响被标准化并有确定性，因此改进传感器输出特性的可重复性和线性度。
[0109]
现在描述系统10，该系统用于对在车轮的制动卡钳100处或悬架200处的检测部分z中作用的力的法向分量fn和切向分量ft同时进行检测。
[0110]
该系统包括根据上述任一实施方式的用于对法向力分量和切向力分量同时进行检测的检测设备1；并且还包括电子处理装置8，该电子处理装置可操作地连接到检测设备1的电气接口4以接收由力传感器组件3生成的一个或更多个电信号sa、sb，并且该电子处理装置被配置成基于由力传感器组件3的传感器元件生成的前述一个或更多个电信号sa、sb确定存在于一个或更多个检测区域中的法向力分量fn和至少一个切向力分量ft。
[0111]
这种系统与配备有电子处理装置8的设备的前述实施方式的不同之处在于，在这
种情况下，这种电子处理装置8没有集成在设备中而是在设备外部，并且可操作地和物理地连接到该设备。
[0112]
例如，在若干可能的实施方案选项中，电子处理装置8被容置或安装在车轮的制动卡钳100和/或连结部和/或线束上。
[0113]
在所有上述情况下，电子处理装置8包括例如本身已知的、能够执行存储在其中的软件程序的、适于执行上述处理步骤的一个或更多个处理器和相关存储器。
[0114]
根据系统的一实施方式(特别地，在图8的框图中例示)，检测设备1包括多个传感器组件3，每个传感器组件包括能够生成相应电信号(例如、两个电信号st、sn)的一个或更多个传感器元件，并且其中，电子处理装置8被配置成基于由相应的多个传感器元件生成的多个电信号(st1-st4、sn1-sn4)来确定存在于与传感器元件的位置对应的每个检测区域中的法向力分量fn和至少一个切向力分量ft。
[0115]
根据一实施方案选项(未明确示出，但很容易从图3中得出)，由力传感器3提供并由电子处理装置8使用以确定存在于每个检测区域中的法向力分量fn和至少一个切向力分量ft的上述电信号包括代表由存在于力传感器组件3中的温度传感器元件33检测到的温度的相应多个电信号。
[0116]
现在描述用于确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或扭矩的设备，这种设备包括用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的检测设备1，包括电子处理装置8。
[0117]
在这种情况下，电子处理装置8还被配置成基于由力传感器组件3检测的至少一个检测点处的法向力分量fn和切向力分量ft来确定上述制动力和/或制动扭矩。
[0118]
现在描述用于确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或制动扭矩的系统，这种系统包括根据上述任一实施方式的用于对法向力分量和切向力分量同时进行检测的检测系统10。
[0119]
在这种情况下，电子处理装置8还被配置成基于由力传感器组件(3)检测的至少一个检测点处的法向力分量fn和至少一个切向力分量ft来确定上述制动力和/或制动扭矩。
[0120]
上述系统和设备涉及上述能够同时确定作用在传感器处的法向力分量和切向力分量的技术方案的特别有利的应用。该应用包括基于上述“局部”力分量(例如，在制动卡钳与相应支撑件的附接点处检测到的)确定制动作用期间作用在制动卡钳上的制动力和/或扭矩。
[0121]
根据实施方案选项，上述确定制动力和/或扭矩的步骤基于作用在设备上的力的分量与作用在制动卡钳上的生成上述分量的力和/或扭矩之间的预定关系。
[0122]
这种关系可以例如在与预期操作条件相似的条件下在包括检测设备的制动卡钳系统的初始表征步骤中被限定。
[0123]
从壳体的特征得出的上述实验关系然后被存储在电子处理装置8中，例如，以查找表的形式或以使用在表征步骤被限定的参数的一个或更多个数学关系的形式被存储在电子处理装置中。
[0124]
参考图9至图13、图14a和图14b，现在描述一种方法，该方法用于对作用在车轮的制动卡钳处的力的法向分量和切向分量同时进行检测或者对在车轴和车轮的悬架之间传输的力的法向分量和切向分量同时进行检测。
[0125]
该方法首先涉及通过支撑和紧固装置5将至少一个检测设备1牢固地紧固到相应检测部分z，相应检测部分位于制动卡钳100处或悬架200处或在悬架与车轴之间的连结部处。根据上述任一实施方式，前述至少一个检测设备1是用于对法向力分量和切向力分量同时进行检测的检测设备。
[0126]
该方法还包括下述步骤：通过设备1中包括的力传感器组件3检测法向力分量fn，该法向力分量代表由于支撑和紧固装置5以及检测部分z施加的接触和压力产生的作用在设备1的壳体2上的法向力fn，设备1被夹持在支撑和紧固装置与检测部分之间；以及还通过所述力传感器组件3本身检测至少一个切向力分量ft，至少一个切向力分量代表由于支撑和紧固装置5以及检测部分z施加的接触和压力产生的作用在设备1的壳体2上的侧向或剪切力ft，设备被夹持于支撑和紧固装置与检测部分之间。
[0127]
最后，该方法涉及：通过可操作地连接到设备1的电子处理装置8，基于由设备1检测到的切向力分量ft和法向力分量fn，确定作用在制动卡钳的检测部分z处的切向力ft和法向力fn、或者在车轴和悬架之间传输的力。
[0128]
根据实施方式，该方法使用设备1，该设备包括被布置在相对于彼此正交的位置的至少一个第一力传感器组件3和第二力传感器组件3'。
[0129]
该方法包括下述步骤：通过第一力传感器组件3，检测沿正交于参考平面p的方向n的相应法向力分量，以及检测沿参考平面p的第一切向方向ta的相应第一切向力分量fta。
[0130]
该方法还包括：通过第二力传感器组件3'，检测沿正交于参考平面p的方向n的相应法向力分量，以及检测沿参考平面p的与第一切向方向tb正交的第二切向方向tb的相应第二切向力分量ftb。
[0131]
然后，该方法包括基于下述两项来确定作用在检测设备1上的法向力fn和切向力ft：由两个传感器组件检测到的法向力分量fn；以及检测到的第一切向力分量fta和第二切向力分量ftb。
[0132]
根据该方法的一实施方案选项，上述确定的步骤是基于作用在壳体上的力的分量和作用在壳体内的传感器上的局部力的分量之间的预定关系的，该预定关系取决于壳体本身的机械和变形特性，以及因此，该预定关系可以例如在与预期操作条件相似的条件下在壳体本身的初始表征步骤中以及包括制动卡钳和设备的系统的初始表征步骤中被限定。
[0133]
从壳体的特征得出的上述实验关系然后被存储在电子处理装置8中，例如，以查找表的形式或以使用在表征步骤被限定的参数的一个或更多个数学关系的形式。
[0134]
根据一实施方式(例如在图9的简化图中例示的)，该方法旨在对作用在车轮的制动卡钳100处的力的切向分量和法向分量同时进行检测。在这种情况下，上述支撑和紧固装置5包括制动卡钳支撑件51和至少一个螺杆状紧固元件52，紧固步骤包括：通过至少一个螺杆状紧固元件52，将上述至少一个设备1夹持在制动卡钳支撑件的平面部分53和制动卡钳本体的检测部分z处的相应至少一个附接点54之间，使得该设备的第一部分20的第一平面表面与制动卡钳本体的附接点54紧密接触，以及该设备的第二部分21的第二平面表面与制动卡钳支撑件的平面部分53紧密接触。
[0135]
根据该方法的一实施方式，紧固步骤包括将多个检测设备1紧固到相应检测区域中的相应紧固点，并且确定步骤包括基于由设备检测到的相应位置的切向力分量和法向力分量来确定作用在每个检测区域处的力的切向分量和法向分量。
[0136]
根据该方法的一实施方式(例如在图10的简化图中例示并且在图14a的更详细的立体图中例示)，紧固步骤包括：通过第一螺杆状紧固元件52a将第一检测设备1a紧固在制动卡钳本体的第一附接点54a处，以及通过第二螺杆状紧固元件52b将第二检测设备1b紧固在制动卡钳本体的第二附接点54b处。
[0137]
根据该方法的另一实施方式(例如在图11的简化图中例示)，紧固步骤包括：通过螺杆状紧固元件52a将第一检测设备1a紧固在制动卡钳本体的附接点54a与制动卡钳支撑件的第一平面部分53a之间，以及将第二检测设备1c紧固在制动卡钳支撑件的第二平面部分53c与螺杆状紧固元件52a的一个端部之间。
[0138]
根据该方法的另一实施方式(例如在图12的简化图中例示)，紧固步骤包括：通过第一螺杆状紧固元件52a将第一检测设备1a和第二检测设备1c紧固在制动卡钳本体的第一附接点54a处，并且通过第二螺杆状紧固元件52b将第三检测设备1b和第四检测设备1d紧固在制动卡钳本体的第二附接点54b处。
[0139]
根据一实施方式(例如在图13的简化图中例示的)，该方法旨在对在车轴60和车轮w的悬架200之间传输的切向力和法向力同时进行检测。在这种情况下，支撑和紧固装置5包括配备有至少一个紧固元件62(例如，螺杆状紧固元件)的用于将悬架附接到轴61的装置，并且紧固步骤包括通过至少一个紧固元件62将上述至少一个检测设备1夹持在前述悬架-车轴附接装置61处。
[0140]
现在描述一种用于确定由于车辆制动卡钳的作用而产生的制动力和/或制动扭矩的方法，该方法包括下述步骤：通过根据上述任一实施方式的检测设备执行根据上述任一实施方式的用于对切向力分量和法向力分量同时进行检测的方法；以及基于通过检测设备检测到的在至少一个检测点处的法向力分量和切向力分量，通过电子处理装置来确定制动力和/或制动扭矩。
[0141]
根据一实施方式，上述方法包括检测多个力的切向分量和法向分量的步骤，其中这些力是作用在车轮的制动卡钳的多个检测区域处的力或在车轴和车轮的悬架之间传输的力。
[0142]
在这种情况下，确定步骤包括基于由检测设备检测到的在前述多个检测区域的多个力的法向分量和切向分量来确定制动力和/或扭矩。
[0143]
如前所见，这种方法的实施方案选项假定了：确定制动力和/或制动扭矩的上述步骤基于作用在设备上的力的分量与作用在制动卡钳上的生成力的分量的力和/或扭矩之间的预定关系。
[0144]
这种关系可以例如在与预期操作条件相似的条件下在包括检测设备的制动卡钳系统的初始表征步骤中被限定。
[0145]
从壳体的特征得出的上述实验关系然后被存储在电子处理装置8中，例如，以查找表的形式或以使用在表征步骤被限定的参数的一个或更多个数学关系的形式被存储在电子处理装置中。
[0146]
根据该方法的一实施方式，确定的步骤包括：基于所检测的至少一个切向力分量ft或检测到的两个正交切向力分量fta、ftb来估计近似制动力或制动扭矩的值；因此，在法向分量fn的基础上，对这种近似的制动力或扭矩的值进行校准和/或调整，以获得制动力或扭矩。
[0147]
再次参考图1、图9至图13、图14a、图14b，现在描述具有制动力估计功能的制动卡钳系统101，该制动卡钳系统包括制动卡钳100、制动卡钳支撑件51、紧固装置52、至少一个力检测设备1和电子处理装置8。
[0148]
制动卡钳100包括制动卡钳本体和用于与支撑件附接的至少一个点54。
[0149]
紧固装置52被配置成将制动卡钳支撑件51在上述至少一个附接点54处附接于制动卡钳本体100，并且还被配置成将至少一个检测设备1紧固在至少一附接点54处，使得检测设备1检测作用在至少一个附接点54处的力的法向分量fn和至少一个切向分量ft(或两个正交的切向分量fta、ftb)。
[0150]
根据上述任一实施方式，至少一个检测设备1是用于对法向力分量和切向力分量同时进行检测的检测设备。
[0151]
电子处理装置8可操作地连接到检测设备1的电气接口4以接收由力传感器3生成的一个或更多个电信号sa、sb，并且该电子处理装置被配置成基于由力传感器组件3的传感器元件生成的前述一个或更多个电信号sa、sb确定作用在至少一个检测设备1中的每个检测设备上的制动力和/或法向力fn和/或切向力ft，上述一个或更多个电信号代表由检测设备1检测到的前述正交力分量fn以及至少一个切向力分量ft(或两个正交的切向力分量fta、ftb)。
[0152]
根据若干实施方案选项，制动卡钳系统101被配置成执行根据上述任一实施方式的用于确定制动力和/或制动扭矩的方法。
[0153]
特别地，根据制动卡钳系统101的实施方式(例如在图9的简化图中例示的)，它包括单个检测设备1。在这种情况下，上述支撑和紧固装置5包括制动卡钳支撑件51和螺杆状紧固元件52，并且被配置成通过至少一个螺杆状紧固元件52将设备1夹持在制动卡钳支撑件的平面部分53和在制动卡钳本体的检测部分z处的相应至少一个附接点54之间，使得该设备的第一部分20的第一平面表面与制动卡钳本体的附接点54紧密接触，以及该设备的第二部分21的第二平面表面与制动卡钳支撑件的平面部分53紧密接触。
[0154]
根据制动卡钳系统101的其他实施方式，它包括多个检测设备1，这些检测设备被紧固至相应检测区域中的相应紧固点。
[0155]
根据另一实施方案选项(例如，在图10的简化图中例示并在图14a和图14b的更详细的立体图中例示)，制动卡钳系统101包括两个检测设备：通过第一螺杆状紧固元件52a被紧固在制动卡钳本体的第一附接点54a处的第一检测设备1a；以及通过第二螺杆状紧固元件52b被紧固在制动卡钳本体的第二附接点54b处的第二检测设备1b。
[0156]
根据另一实施方案选项(例如在图11的简化图中例示的)，制动卡钳系统101包括两个检测设备：通过螺杆状紧固元件52a被紧固在制动卡钳本体的附接点54a与制动卡钳支撑件的第一平面部分53a之间的第一检测设备1a；以及被紧固在制动卡钳支撑件的第二平面部分53c与螺杆状紧固元件52a的一个端部之间的第二检测设备1c。
[0157]
根据实施方案选项(例如，在图12的简化图中例示)，制动卡钳系统101包括四个检测设备：通过第一螺杆状紧固元件52a被紧固在制动卡钳本体的第一附接点54a处的第一检测设备1a和第二检测设备1c；以及通过第二螺杆状紧固元件52b被紧固在制动卡钳本体的第二附接点54b处的第三检测设备1c和第四检测设备1d。
[0158]
根据另一实施方案选项，制动卡钳系统101包括三个检测设备，上述三个检测设备
中两个检测设备被紧固在制动卡钳支撑件的第一附接点处，以及一个检测设备被紧固在制动卡钳支撑件的第二附接点处。
[0159]
根据另外的实施方式，制动卡钳系统101包括一个或更多个检测设备1，检测设备被布置并紧固在制动卡钳的其他部分处，例如检测设备被布置在衬垫的紧固销和制动卡钳本体之间。
[0160]
可以注意到，本发明的目的通过上述设备、系统和方法凭借其功能和结构特征完全实现。
[0161]
事实上，上述检测设备凭借被封装在坚固且紧凑的壳体/包装中的力传感器组件的存在能够同时且良好准确性检测作用在车轮的制动卡钳或悬架处的一个或更多个检测点的切向力和法向力中的每一者，上述壳体/包装能够将作用在其上的力转移到被容纳在其中的传感器中。
[0162]
从而，即使在特定环境条件下，诸如暴露于高热偏移范围(该设备能够在最高至例如250℃的高温运行)以及暴露于湿气、水和其他不良天气，检测设备可以有效地使用。
[0163]
此外，凭借其较小的尺寸和“垫圈”形状，这种检测设备使用已经提供的紧固装置(例如，已经被提供用于将制动卡钳附接到其支撑件、一个或更多个附接点的旋拧件)可以有利且容易地被插入在车轮设备和车辆的车轴之间。
[0164]
如上所述，设备相对于车轮的制动系统和车辆车轴之间的连接装置的制动卡钳或悬架或其他部分或连结部的可能布置可以有多种。一方面，这允许使用的多功能性，使用的多功能性允许最多样化的结构选择；另一方面，它提供了根据要求获得不同准确度水平的自由度：例如，涉及被布置于若干点并且每个设备具有多个传感器组件的多个设备的方案，为控制系统提供更大量的检测和相应的电信号，这允许更精确的处理和估计。
[0165]
此外，凭借其力传感器组件的特性和所描述的结构特征，上述检测设备能够在宽动态范围内提供高精度的力测量，范围从非常高的力(例如，由于到高制动扭矩，诸如紧急制动)直至相反地非常低的力(例如，由于作用在制动系统上的残余扭矩)。
[0166]
此外，该设备能够独立检测轴向力(例如，用于测量用于对车辆的两个部件，例如制动卡钳和支撑件进行紧固的旋拧件上的夹持力)和相对动态变化，以及侧向力(例如，可用于间接测量制动扭矩)。
[0167]
根据本发明，用于测量切向力和法向力的设备的其他优点是：紧凑、坚固、组装简单(使用例如已经提供的用于紧固制动卡钳的紧固系统)、在以下情况下使用的多功能性，在固定式或浮动式卡钳盘式制动器以及这种系统的不同点和/或连结部和/或接合部处的情况下。
[0168]
借助以上描述的用于检测切向力和法向力的系统和方法以及借助具有制动卡钳制动力估计功能的制动卡钳系统，可以获得类似的优点。
[0169]
上述特征允许实现对作用在一个或更多个检测点处例如制动卡钳的一个或更多个检测点处的切向力和法向力的精确测量，通常这本身对于制动系统的电子控制中的众多应用是非常有用的。
[0170]
如前所述，在最有用的应用中，存在一应用，该应用在制动作用期间基于检测到的法向和切向力分量估计和/或确定实时作用的制动力和/或制动扭矩。该结果是通过如上所述的用于确定制动力和/或制动扭矩的设备和/或系统和/或方法获得的。
[0171]
本领域的技术人员为了满足偶然的和具体的需要，可以在不脱离所权利要求的范围的情况下，以他功能上等效的元素变更、修改和替换上述实施方式的许多元素。可以实现被描述为属于可能实施方式的每个特征，而与描述的其他实施方式无关。