[发明专利]带有高满刻度值的集成式压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种由半导体技术制成的集成式压力传感器。该传感器具有高满刻度值(high full-scale value)，并因此能够测量高压力。在不失任何通用性的情况下，下面的说明尤其对这种压力传感器，在BBW(线控制动(Brake-By-Wire))机电制动系统中的使用做了具体参考。

背景技术

众所周知，用于车辆的常用的圆盘制动系统包括固定在车辆相应车轮上的圆盘、与圆盘相结合的制动钳和液压控制电路。摩擦材料垫片(通常数量是两个)和连接在液压控制电路上的一个或多个活塞被容纳在制动钳内。在使用者操作制动踏板之后，液压控制电路中的泵使电路中的流体加压。因此，装备了密封元件的活塞离开它们各自的座位、并将垫片压向圆盘表面，由此施加对车轮的制动作用。

近来，已经提出了所谓的″线控驱动″(Drive-by-Wire)系统，其为车辆的主要功能提供了电子式控制，诸如转向系统、离合器和制动系统。尤其提出了电子式控制的制动系统，在该制动系统中设想用机电促动器替代液压式制动钳。具体而言，适当的传感器感应制动踏板的操作、并产生将由电子控制单元接收和解译的相应电信号。电子控制单元控制机电促动器(例如由电动机驱动的活塞)的操作，机电促动器通过垫片在相应的制动圆盘上施加制动动作。电子控制单元还从传感器接收信息，该传感器与包括机电促动器施加的制动作用的制动系统相结合，以实现闭环反馈控制(例如，通过比例-积分-微分控制器-PID)。电子控制单元特别接收各促动器施加在相应制动圆盘上的压力信息。

在测量这个压力时，需要具有高满刻度值的压力传感器。事实上，垫片施加在圆盘上的力在0到最高达15000÷35000N范围内。作用于垫片的活塞具有的截面面积为大约2cm²，因此压力传感器必须能够在满刻度值高达大约1700Kg/cm²或更高的情况下工作。

目前，能够测量如此高压力值的传感器制成为带有应变测量元件安装在其上的铁芯。在压力的作用下，铁芯根据胡克定律而变形：

ΔL＝E·σ

其中ΔL表示芯的线尺寸的几何变化，E是构成芯的材料的Young′s模型，σ是作用在芯上、并与变形尺寸方向平行的压力。应变测量元件检测通过电阻的改变而与应变测量元件相联系的芯的几何变形。

然而，出于可靠性、尺寸和成本的原因，这些传感器仅仅可以应用和适用于前述类型的制动系统的表征和研发的目的，而非生产制造阶段。

由半导体技术制成的集成压力传感器也是已知的。这些传感器包括悬在单晶硅硅体空腔上的薄膜片(membrane)。相互连接并形成惠斯登桥(wheatstone bridge)的压力电阻元件散布于空腔内。当受压力时，膜片变形、并引起压力电阻元件电阻的改变，因此惠斯登桥不平衡。特别地，为了形成平衡的惠斯登桥，一些压力电阻元件通常受到压应力，而其余的压力电阻元件受到拉应力。

然而，在高压力时，膜片在垂直方向上受到如此的变形，以至于其与下部空腔的底部接触，这样在输出提供饱和压力值。典型地，这种饱和发生在与前述制动系统中出现的压力相比明显要小的压力(特别是压力为大约10Kg/cm²)时。结果，这些压力传感器不可用于测量高压力。

发明内容

本发明的目的因此是提供一种具有高满刻度值、并能够解决上述缺点和问题的集成式压力传感器。

根据本发明，提供了一种由权利要求1限定的集成式压力传感器。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将仅仅通过非限制性的示例并参考附图来说明本发明的优选实施例，其中：

图1图示了机电线控制动的制动系统的方块图，

图2显示了根据本发明第一实施例而制成的集成式压力传感器的透视截面图，

图3显示了本发明的第二实施例中的压力传感器的截面图，

图4是图5中压力传感器的相应电路图，

图5显示了根据第二实施例制造的压力传感器的示意性顶视图，并且，

图6显示了根照本发明一方面的压力测量器件。

本发明的最佳实施方式