车辆制动系统的制作方法

本申请要求2018年10月31日提交的第62/753,325号美国临时专利申请和2017年5月17日提交的第102018000005484号意大利专利申请的优先权权益，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。根据37cfr1.57，随本申请提交的申请数据表中标识了外国或本国优先权要求的任何和所有申请在此以引用的方式并入。

以下公开内容涉及一种智能制动装置，特别是但不一定用于车辆，所述智能制动装置的类型包括用于检测与温度和/或静态负载和/或动态负载和/或制动扭矩和/或残余制动扭矩和/或衬块本身的磨损有关的数据的实时检测传感器。

背景技术：

技术实现要素：

智能衬块是被配置成(例如，通过适当的软件和硬件系统架构和一些算法)测量例如制动衬块温度的一个或多个参数的传感化(sensorized)制动衬块。在一些实施例中，智能衬块可以测量静态和动态量和/或可以提供与寿命预测(衬块残余寿命和制动衬块何时需要更换)相关联的实时磨损程度。智能衬块可以针对磨损和温度具有诊断范围(信息和安全性)。例如，在正常驱动条件下，温度监测可以快速检测制动系统故障，例如卡钳部分堵塞，这是由于不必要的连续制动导致的，这最终导致制动系统严重损坏或排放异常和衬块磨损。实际上，具有车载无线传输器的spws将数据直接发送到外部装置(例如，智能电话、平板电脑、高级车载无线装置等)或向外部装置广播信息的定制接收器。此外，智能衬块无线系统还可以测量残余阻力和制动扭矩并将其传送给终端用户。

智能衬块可以包括无线传感器，从而形成智能衬块无线系统(spws)。通过车载无线传输器，制动衬块可使数据从制动衬块直接发送到外部装置(例如，智能电话、平板电脑、高级车载无线装置、车辆车载计算机等)或定制接收器，所述定制接收器又向外部装置广播数据。在一些实施方案中，智能衬块无线系统可以被配置成测量残余阻力和制动扭矩并将其传送给终端用户。

由智能衬块传感器收集的此数据可以发送到数据处理单元，所述数据处理单元连接到传输单元以将经过处理的数据传输到车辆上的车载中央单元。这些连接可以由例如电缆的物理部件进行，所述物理部件虽然在车辆内部受到保护，但是会受到明显温度变化或由于悬架的持续移动而导致的材料磨损的影响。另外，由车载服务和用户产生的电场可能会在数据传输和读取过程中产生明显变化，并且当考虑到智能衬块系统检测到的电信号的极小量或量值时，系统的全部效率可能会受阻。还考虑到将智能衬块连接到处理单元的电缆的相关长度，环境电磁干扰也可能会明显引起系统效率的进一步降低。

因此，本公开中描述的技术任务是消除此类限制。通过提供一种制动装置实现根据本公开的技术任务，所述制动装置包括：制动衬块，其由支撑板、摩擦衬块以及电路构成，所述电路配备有用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信号的传感器且具有布置在区域中的用于从制动衬块收集信号的电端子，所述制动装置进一步包括：至少一个电子模块，其具有可能需要能量才能运作的有源部件；以及热解耦元件，其将所述电子模块物理连接到所述制动衬块且将所述电子模块电连接到所述电端子，所述电子模块包括用于调节信号的模拟调节单元、用于转换信号的模/数转换单元、用于处理来自数字信号的数据的数据处理单元，以及用于传输所述数据的传输单元。模拟调节单元也可以被称为模拟调节级。模/数转换单元也可以被称为模/数转换器。数据处理单元也可以被称为数据处理器。传输单元也可被称为传输器。

本公开的一些价值主张是以下各项中的一个或多个：减少维护停机时间和成本(系统效率)、提供警报递送(提高安全性)、远程服务(实时数据)和关于制动性能和维护的实时信息(数字体验)。

如所提供的，电子模块可以有利地定位成尽可能靠近制动衬块，以减小环境电磁噪声对系统效率的影响。优选地，所述电子模块定位成与所述制动衬块相距5cm到10cm的距离。所述传输单元优选地为无线类型。所述法向力和/或剪切力传感器优选地为压电陶瓷传感器。所述法向力和/或剪切力传感器优选地生成由所述电路中存在的对应电阻器转换成电压信号的电荷信号，且所述处理单元包括所述电压信号的数字积分器。所述传输单元优选地包括具有至少一个天线的至少一个无线电传输器。所述电子模块优选地包括微处理器、电力单元和用于控制电力的至少一个电子控制器。

在实施例中，所述电子模块包括至少一个供电电池。

在实施例中，至少一个热电能量回收单元并入在所述制动衬块中。所述电子模块优选地根据预设切换策略从非活动状态切换到活动状态。所述微处理器优选地包括：至少一个专用集成电路(asic)专用微电路，其包括至少一个计算功率测量装置以及根据信号读取和转换算法的复杂性而设定尺寸的至少一个存储器；用于在所述非活动状态期间存储数据的至少一个非易失性存储器；在预定时间内从所述非活动状态到所述活动状态的至少一个自动电力恢复系统；以及用于降低所述非活动状态和所述活动状态下的能耗的至少一个系统。

本公开还涉及一种包括一个或多个制动装置的车辆。

在实施例中，车辆包括具有由所述传输单元传输的数据的至少一个车载接收器，所述传输单元被配置成向车辆外部的接收器单元和/或向车辆的车载网络传输数据。所述接收器优选地实施关于多个所述制动装置的通信优先级的管理协议。

在实施例中，一种车辆制动系统包括制动衬块、电路、电子处理器单元和热解耦器。制动衬块包括支撑板、摩擦衬块和力传感器。电路包括布置在制动衬块上的区域中的电端子，所述电端子被配置成从力传感器接收信号。电子处理器单元包括：模拟调节级，其被配置成调节来自力传感器的信号；模/数转换器，其被配置成将已调节的信号转换成数字信号；数据处理器，其被配置成处理来自数字信号的数据；以及传输器，其被配置成传输数据。热解耦器将电子处理器单元物理地连接到制动衬块且将电子处理器单元电连接到电端子，其中电子处理器单元与制动衬块间隔开。

在实施例中，热解耦器包括具有多根电线的电缆，所述电缆将电子处理器单元电连接到电端子。

在实施例中，热解耦器包括支撑电路的板，其中所述电路包括定位在板上的导电轨。

在实施例中，热解耦器将电子处理器单元定位成与制动衬块相距至少5cm的距离。

在实施例中，热解耦器被配置成可与电子处理器单元断开连接。

在实施例中，热解耦器的末端通过焊合、焊接或粘合中的至少一种连接到制动衬块。

在实施例中，传输器包括无线传输器。

在实施例中，电子处理器单元进一步包括容纳模拟调节级、模/数转换器、数据处理器和传输器的壳体。

在实施例中，力传感器包括剪切力传感器。

在实施例中，力传感器包括法向力传感器。

在实施例中，力传感器包括压电陶瓷传感器。

在实施例中，力传感器被配置成生成由电路中的电阻器转换成电压信号的电荷信号，并且其中数据处理器包括被配置成对信号进行积分的数字积分器。

在实施例中，制动衬块进一步包括温度传感器。

在实施例中，一种车辆制动系统包括制动衬块、电子处理器单元和热解耦器。制动衬块包括支撑板、摩擦衬块和传感器，所述传感器被配置成检测制动衬块的条件且基于检测到的条件输出信号。电子处理器单元定位在制动衬块外部，所述电子处理器单元被配置成接收由传感器输出的信号，处理所述信号以生成关于制动衬块的条件的数据，并且传输关于制动衬块的条件的数据。热解耦器可操作地连接电子处理器单元和制动衬块的传感器，所述热解耦器被配置成将电子处理器单元定位成与制动衬块相距一段距离，使得电子处理器单元在低于制动衬块的运行温度的温度下运行。

在实施例中，检测到的条件包括温度和力中的至少一个。

在实施例中，一种车辆制动系统包括制动衬块和电子处理器单元。制动衬块包括支撑板、摩擦衬块和至少部分地嵌入所述摩擦衬块中的传感器。传感器被配置成检测制动衬块的条件并且基于检测到的条件输出信号。电子处理器单元包括电源和微处理器，所述电子处理器单元定位成与制动衬块间隔开且被配置成：接收由传感器输出的信号，处理所述信号以生成关于制动衬块的条件的数据，传输关于制动衬块的条件的数据，并且控制从电源输出的电力。

在实施例中，电子处理器单元被配置成根据切换策略在非活动状态与活动状态之间切换。

在实施例中，微处理器包括：非易失性存储器，其被配置成在非活动状态期间存储数据；自动电力恢复系统，其被配置成使电子处理器单元从非活动状态恢复到活动状态；以及能耗降低系统，其被配置成在至少非活动状态下降低电子处理器单元的能耗。

在实施例中，电源进一步包括电池。

在实施例中，制动衬块进一步包括热电能量回收单元。

本文中所描述的装置、系统和方法具有数个创新方面，其中没有一个是必不可少的或仅对其所需属性负责。上文的发明内容或下文的具体实施方式或相关联的图式都不应被解释为限制权利要求的范围。

附图说明

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。

图1示意性地示出用于车辆的车轮的制动装置；

图1a示意性地示出配备有无线类型系统的区段中有智能摩擦制动衬块的制动装置；

图2a示出第一无线类型通信的可能性；

图2b示出第二无线类型通信的可能性；

图3a示出制动装置的制动衬块的第一实施例；

图3b示出制动装置的制动衬块的第二实施例；

图4示出剪切流传感器的信号形状和系统激活阈值；

图5是第一事件激活情况的图式；

图6示出原始信号形状和数据采集范围；

图7是第二事件激活情况的图式；

图8是第二事件激活情况的图式；

图9示出检测时段内作为衬块的归一化温度的函数的趋势；

图10是时间激活与事件激活的叠加的示意性实例；并且

图11示出用于评估制动衬块的磨损状况的算法的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中参考附图，附图形成本文的一部分。在图式中，除非上下文另外规定，否则类似的附图标记通常标识类似的部件。在具体实施方式和附图中描述的示意性实施例并不意图为限制性的。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。可以用各种不同的配置来安排、替代、组合和设计如本文中一般描述的且在图中示出的本公开的各方面，所有方面明确地涵盖在本公开中且成为本公开的部分。

制动衬块磨损监测可以由以下类型的制动衬块磨损指示器中的一种或多种或其它类型提供：电、机械、位置传感器，电子停车制动器和/或其它。在一些实施例中，在电指示器中，电线或电金属主体引入制动衬块内部，同时摩擦材料厚度减少盘之间的接触且电缆通过激活车辆中的警示灯来闭合电路。一些汽车在同一衬块内有不止一根电缆，且放置在两个不同的深度，结合车辆的车轮速度、里程等)信息，能够估计衬块的剩余寿命。在一些实施例中，机械指示器包括具有适当修改的背板，用于在摩擦材料电平到达设计电平(例如，可以产生刮擦)时生成噪声。在一些实施例中，位置传感器指示器用于重型车辆，例如由于成本限制。在一些变型中，位置传感器测量距背板的距离。在一些实施例中，系统具有电子停车制动器指示器且被配置成计算接合后制动衬块(例如，步进式电动机或致动电缆的电动机)所需的电动机旋转次数。

与上述系统相比，本公开的智能制动装置能够直接测量、实时且连续地传送磨损数据，甚至具有卡钳中两个衬块的单个贡献的差动磨损、温度以及最终的残余扭矩和扭矩制动以及制动压力。

制动装置包括制动器或制动衬块1，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10、11、13的电路，所述电路用于实时检测与温度和/或法向力和/或剪切力有关的信号。法向力和剪切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。温度传感器可以是热敏电阻器，例如pt1000、pt200或pt100。电路22具有布置在区12中的用于从所述制动衬块1收集信号的电端子24。优选地但非必要地由金属制成的支撑板21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。

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)。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。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。

在一些实施例中，制动衬块由至少一个剪切力传感器(优选地为压电陶瓷)、温度传感器(例如，pt1000)和互连单元构成，以将传感器的电信号从外部引入衬块并精确地引入模拟调节级和/或无线系统。传感器优选地放置在电路上(在与背板电隔离的一侧上且在与ul(如果存在的话)和摩擦材料电隔离的另一侧上)，此电路可以优选地是丝网印刷方案，也可以是安装在背板中的类似于pcb的电路，以固定到背板(焊合、胶合等)，从而在制动衬块中具有嵌入方案。

剪切传感器可以优选地具有至少0.2mm的厚度并由工作温度高于200℃的压电陶瓷材料制成，且温度传感器的使用范围优选地为-50℃至600℃。剪切力传感器允许测量磨损、残余阻力(和制动扭矩)，而温度传感器测量衬块的温度，并用于补偿信号随温度的变化。

在一些实施例中，制动衬块包括法向力传感器(优选地，厚度<0.3mm和居里温度高于200℃的压电陶瓷材料)。这种传感器可以任选地例如用于进一步控制制动/非制动状态。添加此项以测量压力作为额外信息。

上面安装有传感器10、11、13的电路22特别是电绝缘的。电路22具有适当形状的分支，以将传感器10、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，或者可以是印刷电路(pcb)。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。

如所提及，智能衬块1具备适当的传感器10、11、13，其能够在工作条件下传输电信号，所述电信号与由于与受制动元件接触而施加到制动元件的制动温度和力成比例：正如我们将看到的那样，信号携带与温度和/或法向力和/或剪切力相关的信息，所述信息可以被处理以估计制动扭矩和/或残余制动扭矩和/或制动衬块1上的磨损。图3a示出配备有温度传感器10和剪切力传感器11的制动衬块1的第一实施例；图3b是制动衬块1的第二实施例，其中除了前述传感器之外，还存在法向力传感器13。参考图1、1a、2a和2b，制动装置应用于车辆的制动卡钳2。具体地，每一制动卡钳2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。

本公开的智能制动装置的可能架构如下：装置或系统由以下各项构成：每一卡钳中至少一个传感化制动衬块，车上共计4个(在车上所有衬块都被敏化(sensitized)的情况下最多8个智能衬块)；互联单元(不一定是连接器)；集成模拟/数字调节和转换级的无线收发器；处理级；以及无线电传输器单元(带有通信天线)。无线电传输器可以在无线条件下传送各种信息。例如，无线电传输器可以传送制动衬块磨损、温度和状态消息。无线电传输器可以直接与一个或多个外部装置(例如，智能电话、平板电脑、高级车载装置等)通信，或者例如通过向外部装置广播信息的定制接收器间接地与外部装置通信。系统可以包括例如电池的电力单元或电源，其具有电力管理电子器件和/或能量收集方案，例如热电模块。在一些实施例中，可以基于电动车辆中的动能回收系统(kers)架构根据例如再生制动器原理来提供能量收集。

在一些实施例中，本公开的智能制动装置由具有传输器和定制接收器的收发器构成，所述定制接收器用于直接或间接与外部装置通信。

在一些实施例中，制动装置有利地进一步包括：至少一个电子模块4，其具有可能需要能量才能运作的有源部件；以及热解耦元件3，其将电子模块4物理地连接到制动衬块1。电子模块4也可以被称为电子处理器单元。热解耦元件3也可以称为热解耦器。热解耦元件3有利地具有电子模块4的电连接构件29到电路22的电端子24。热解耦元件3将电子模块4定位成与制动衬块1相距校准距离。所述距离可以使得电子模块4能够在不高于125℃的温度下运行。电子模块4可以包括壳体5，所述壳体容纳用于调节信号的模拟调节单元、用于转换信号的模拟/数字转换单元、用于处理来自数字信号的数据的数据处理单元以及用于传输数据的传输单元。

热解耦元件3具体包括伸长元件，其具有连接到制动衬块1的近侧末端25以及连接到电子模块4的远侧末端26。热解耦元件3优选地以不可移除方式连接到制动衬块1。热解耦元件3与制动衬块1的永久性物理连接可以例如通过将电导体29的近侧电端子27焊合或粘合或机械连接到电路22的电端子24来实现。热解耦元件3以可断开方式连接到所述电子模块4。为了将热解耦元件3与电子模块4以可移除方式物理地连接，热解耦元件3在其远侧末端具有例如可接合到电子模块4的小连接块28。

在实施例中，热解耦元件3是耐高温的电缆。电导体29并入电缆内部，且可以包括电线、电缆、印刷导电迹线等。电缆可以例如由硅或基于氟碳聚合物的材料制成。在不同实施例中，热解耦元件3替代地是耐高温的板。所述板支撑电导体29，所述电导体可以是丝网印刷在板上的导电轨。板可以例如由基于聚酰亚胺的聚合材料制成，尤其是kapton^tm或聚醚醚酮(peek)，或由陶瓷材料制成，例如用氧化锆(zta)硬化的氧化铝，或由例如不锈钢的金属材料制成。如果热解耦元件3由导电材料制成，则包括与电导体29的电绝缘。

电子模块4包括微处理器、电力单元和用于控制电力的至少一个电子控制构件。电力单元可以包括至少一个供电电池。作为对供电电池的补充或替代，可以有利地提供集成在制动衬块1中的至少一个热电能量回收单元，用于电子模块4的供电。电导体29还将热电回收单元连接到电子模块4。然而，可以根据预设的切换策略将电子模块4从非活动状态切换到活动状态，以减少能量消耗。

电子模块4包括用于调节信号的模拟调节单元、用于转换信号的模拟/数字转换单元、用于处理来自数字信号的数据的数据处理单元，以及用于传输数据的传输单元。在优选实施例中，法向力和/或剪切力传感器优选地产生电荷信号，所述电荷信号由存在于电路22中的对应电阻器转换成电压信号。在使用压电陶瓷传感器的情况下，模拟调节单元可以包括高阻抗电路，其具有带低通滤波器的解耦相位，用于去除高频噪声。

在一些实施例中，压电陶瓷传感器用作剪切力传感器，然后用简单的高阻抗电路将信号转换成电压信号。带低通滤波器的解耦级，用于去除高频噪声，转换信号且将其引入集成在芯片上的a/d转换器。选择不同的传感器可以具有不同的调节级，但总体架构将是类似的。

在一些实施例中，使用简单的调节级来获取温度传感器(pt1000或pt100)，所述温度传感器向热电偶馈送低电流(例如，低于或等于约0.3ma)以及何时需要对温度数据进行采样。由于这种消耗，只能在采集之前对传感器进行馈送，且可以在电源瞬态后对信号进行采样。

在另一方面，由于功率预算要求与功率预算最小化有关，因此所有部件可以选择与微米或纳米瓦功耗兼容，具有数据处理单元的快速唤醒时间和策略。由于传输器可能会在其寿命的大部分时间处于空闲状态且消耗量为微安，因此制动应用一开始(使用剪切或压力传感器)或在需要(温度传感器)时，所述传输器就需要准备好采集，需要实施硬件唤醒架构。

处理单元包括此电压信号的数字积分器。电子模块4的微处理器包括：至少一个专用集成电路(asic)专用微电路，其包括至少一个计算功率测量装置以及根据信号读取和转换算法的复杂性而设定尺寸的至少一个存储器；用于在非活动状态期间存储数据的至少一个非易失性存储器；用于在预定时间内从非活动状态到活动状态的至少一个自动电力恢复系统；以及用于降低非活动状态和活动状态下的能耗的至少一个系统。

采集和调节的信号可以由微处理器处理。为了最小化功耗且优化物理布局，最好开发专用的专用集成电路(asic)芯片。特征可以包括以下各项中的一个或多个或其它：适用于算法复杂性的计算功率和代码存储器尺寸；用于在空闲状态切断期间存储数据的非易失性存储器；短于5ms的上电复位时间；和/或在空闲状态和正常操作期间的低功耗。

为了例如最小化功耗，可以在不用于进行数据采集或数据分发的全部时间内关闭装置。asic可能准备好在唤醒后不久采集并详细描述数据，以使用来自衬块的全部信息。通常，可能需要几十微秒的唤醒时间才能满足此类要求。

在一些实施例中，智能制动装置可以是自洽系统(其可以在没有外部物理信息的情况下正常工作)，且可以实时检测来自衬块的信号的变化，以识别至少制动应用的开始和结束，且限定哪些算法适用，且限定其待处理的状态机树的相位。由于制动应用的随机性和原始数据的脉冲结构，唤醒策略可能会快速响应。系统的激活优选地由基于硬件的唤醒策略提供。例如，硬件阈值比较器可能是实现系统激活的良好方法，但原则上可以使用其它方法。为了减少或避免信息丢失，激活触发器可以具有基本为零的延迟，因为在制动应用开始和结束时的峰值包含大部分信号信息。各种实施例被配置成适应可用于为系统供电的少量能量。装置(低功率预算应用)可以在大部分时间保持在空闲状态。这可以增加装置寿命周期(例如3到10年范围内的寿命周期)。在各种实施例中，装置在唤醒后可以在唤醒状态保持几秒(优选地少于2-3秒)，然后回到空闲状态。

电子模块4的传输单元有利地为无线类型。具体地，电子模块4的传输单元包括具有至少一个天线的至少一个无线电传输器。电子模块4的传输单元可以与外部接收器6或与传输数据的车载单元7直接通信。例如，电子模块4的传输单元可以与智能电话或平板电脑6直接通信，即与适当地预处置的车载单元7通信，所述车载单元向车辆8外部的接收器单元和/或向车辆9车载的数据网络发送信息。

传输单元可以集成不同的部分，从信号采集到数据传输，优选地在asic或soic架构中。在一些实施例中，传输单元的主要操作层是以下各项中的一个或多个：模拟调节级；数据处理级(mpu集成)；数据传输(无线收发器)；和/或电源管理单元。

电力消耗是无线传输应用的重要方面；因为无线智能衬块被设计成有至少5年的使用工作寿命，因此与制动衬块的平均工作寿命相比，可能需要特别注意电力可用性的管理。标识两种主要的不同方法：安装在传输单元内部的长寿命电池(锂离子、固态电池或锂离子聚合物)，例如纽扣电池；以及能量回收系统，例如具有热电发电机的系统，所述系统类似于制动步骤期间的能量回收。

两种方案都具有优点，并且对所述方案的选择可以基于评估对应用的成本和预期工作寿命问题的电力进行管理的需要而取决于特定应用。

根据机动车辆车载的无线通信系统，制动装置具有许多传感器，所述传感器与电子微处理器的检测和计算操作以及电力使用的数量兼容。为了最小化能耗，电子模块4在不专用于采集或传输数据的整个时间内关闭。一旦系统进入服务，微处理器和asic微电路就可以准备好采集和处理数据，以使用来自智能衬块的所有传入信息。

制动装置可以在没有任何外部物理指令的情况下正常工作，且可以实时地识别从传感器接收的信号的变化，以识别至少制动应用的开始和结束且选择适当的算法计算。出于各种原因(例如，驾驶员使用制动器的方式(可能是随机的)和/或原始数据的脉冲性质)，从尽可能被动的静止状态开发系统的唤醒策略可能是有益的。为了重新激活系统，优选提供基于物理仪器的唤醒策略；例如输入信号的阈值比较器可能是激活系统的良好策略，但原则上可以使用其它仪器。为了防止数据损失，考虑到制动应用开始和结束时的峰值包含大部分信号信息，因此激活的致动器可以具有几乎为零的延迟。

需要考虑的另一重要元素涉及用于为系统供电的有限能量，因此系统在大部分时间保持静止，目的是确保3到10年的使用寿命周期，平均为5年，虽然它被激活了几秒钟，但优选地在唤醒后在唤醒状态保持少于2-3秒。

系统的唤醒策略可以是各种类型。事件激活：这种方法可能会很有用，因为当输入信号超过预定阈值时，在制动应用期间会采集数据；参考图4，来自力传感器的信号具有随时间变化的脉冲配置；因此，物理系统可能能够使用信号阈值40来识别制动应用：当信号超过此值时，集成微处理器激活，并在此时刻之后立即从电平41开始采集信号。

定义不同类型的事件激活是可能的：以下描述了三种不同的类型。

通常，在第一种情况下，这种方法能够快速标识信号变化，但由于数据的脉冲类型，重要信息可能会在系统激活之前丢失。参考图5，所述系统通过物理手段激活且为了采集和处理数据而在激活状态保持了数秒；在采集阶段之后，所述系统回到静止状态，同时等待下一个激活事件。图6示出来自制动衬块的信号和与数据采集有关的场或数据采集范围62：所述物理激活手段可能会对信号的正向变化敏感，以在制动应用之后立即将系统置于激活步骤。

在事件激活的第二种情况下，可以针对整个制动应用采集信号，但代价是更多的能量消耗。图7中示意性地示出具有双信号阈值的方法，其目的在于标识智能衬块的信号的正向变化和负向变化两者。激活后，系统保持在信号采集状态，直到由于释放制动器应用而发生以下事件：制动事件结束的检测系统可以是物理的、通过阈值比较器或是实用的、通过算法标识限制或事件。

图8所示的另一和第三种情况与先前描述的第二种情况类似，但能耗较低。在激活系统之后，所述系统在采集步骤之前保持在低能耗状态，且因此正在等待后续的事件激活，以回到受限的功能状态和之后的采集步骤。所述系统识别由于制动应用结束而导致的信号变化，所述制动应用借助于物理阈值比较器激活了采集系统。

可以通过时间激活来定义不同的系统唤醒策略。这种策略比事件激活更简单，因为其基于计时器，并且不一定需要存在信号阈值的物理比较器才能获得有关制动状态的信息。由于制动应用的不可预测性，可能无法检测到某些数据：而且，数据采集的低频(介于0.005和0.100hz之间)不能保证获取所有事件，但确实有丢失重要信息的风险。

另一方面，使用时间激活策略来检测由温度传感器获取的数据是适当的。从温度传感器接收的信息可能不仅在制动步骤期间是有用的，而且还用于定期监测潜在的过热事件。微处理器内部的专用预处置使用内部计时器激活系统；所述时段可以是恒定的或与上一次检测到的温度值相关：温度越高，到下一次检测的时段越短，如图9所示。这种时间激活策略可以用于控制那些需要在一段时间内和在所有条件下监测的量，所述量是在制动应用之外获得的且与和信号突变无关的物理数据有关。

前面描述的两种激活策略不是替代方案，但在实际应用中，可以优选地在复杂的集成逻辑中一起工作以用于系统激活。

如图10所示，事件激活用于标识信号中的变化，且时间激活用于采集可以持续采集的量。因此，可以定义复杂的激活活动，所述激活活动只是事件激活和时间激活策略的叠加。为了从由传感器在活动步骤期间采集的原始数据获得信息，可以包括各种算法。专门开发和专用的算法可以具有较短的执行时间，目的是在系统回到静止状态并发送信息之前处理所有数据。

优选地，尽管不是排他地，数据是在采集步骤结束时传输的：可以使用不同的传输技术，例如在接收器是智能电话的情况下，优选地使用ble(蓝牙低功耗)，或者在与车辆车载的电子器件集成度更高的不同情境下，处于ism波段。独立于采用的传输技术，每一电子模块向接收器发送相互独立检测的数据。

在一些实施例中，可在采集时段结束时传输处理的数据。原则上可以使用不同的技术和协议。如果数据接收器直接是智能电话装置，则可以采用ble(蓝牙低功耗)技术；在一些实施例中，这对于售后应用而言可能是优选的方案，降低了硬件成本和安装复杂性。在例如与车载汽车电子器件的集成度更高的不同情境下，可以采用其它无线标准和技术作为优选的方案，例如ism波段。

在一些实施例中，spws中的每一传输器独立地向接收器发送数据，所述接收器可以被设计成能够连接到至少8个智能衬块，或实施管理不同无线传感器之间的通信优先级的协议。

对于车载应用，可以设计或使用现有或定制接收器装置(如tpms、轮胎压力监测系统、接收器单元)。可以使用前述相同的ble技术或ism波段发送数据。接收器可以具有带集成接口和通信堆栈的零件，以在车辆网络(例如can总线)或用于车内通信的其它wi-fi协议上发送数据。在车载方案中，无线系统可以有益地集成到预先存在的tpms单元中，以保持成本降低并利用现有的数据接收架构。

接收器被适当地配置成能够连接各种制动装置，即，实施通信优先级的管理协议。对于车载应用，可以使用现有的或专门设计的接收器，例如集成在车辆上的tpms系统(轮胎压力监测系统)的接收单元。车载接收器可以具有与车辆的数据网络通信的集成区段，例如用于车辆内部通信的can总线或其它wi-fi协议。

由于由智能制动衬块的传感器检测到的数据的处理和计算算法的参数取决于衬块的厚度和传感器，且由于这些特性可能会根据制动衬块的具体型号而有所不同，因此这些参数可以在衬块生产线结束和部件组装时写入每一特定智能衬块的无线传输器中。优选地考虑用于校准和设置参数的两种方法。第一种方法可以包括用适当的通信和hmi界面构件校准参数：这种方法可能会需要在智能衬块与外部之间进行双向传输；在生产线结束时，出于将算法参数加载到微处理器中的目的，对无线传输器进行了编程。第二种方法可以包括通过产生代码进行特定编程，为每一类型的智能衬块预先配置参数；在生产线结束时，每一特定衬块与具有特定预加载参数的特定传输器不可分割地关联。

在下文中将简要地论述存在于处理单元中的一些计算算法。

处理温度的算法

温度信号优选地由pt100/pt1000获取，且使用lut(查找表)将电压值转换成工程单位。热电偶能够测量-50℃与600℃之间的温度。当系统重新激活以获得关于制动系统状态的诊断信息时，可以获取温度。温度在信号处理系统(spw)中具有两个重要作用，一个是信号补偿且一个是选择性采集。

信号补偿

集成在制动装置中的法向力和剪切力传感器展现取决于需要补偿的温度的性能。利用spw信号与温度之间的函数关系f(t)，可以消除原始数据对温度的依赖性。这种方法可以增加所有数据可以被获取且重要的可能性。可能需要对制动装置进行表征以获得热性能，例如以下类型：

spwcmp＝f(t)×spw原始数据

选择性采集

温度可以用作用于区分超过预定阈值的数据的阈值。这种方法能够忽略超过某一温度的所有数据，且在不使用引入高度复杂性的补偿定律的情况下保存大量数据。温度采集可以借助于基于具有可变采样频率的时间触发的逻辑而激活。例如，当温度值超过阈值时，采样频率可以例如基于预定义的lut而增大，以具有更好的时间分辨率，从而准确地跟踪和/或报告过热告警指示。

用于评估扭矩和压力的算法

如前文所描述，由电路上的制动事件引起的信号被转换成两个峰值，一个为正且第二个为负(反之亦然)；第一峰值表示制动事件开始且第二峰值表示制动事件结束。峰值的高度将与施加的力f和使用的电子电路所涉及的电路参数成比例。由于优选调节电路的衍生性质，压力和扭矩的评估将包括对传感器获得的信号进行数值积分，且结果将与传感器上累积的总负载和其关于力变化的变化直接相关。

进行积分计算以获得指示为spwi的压力/扭矩的指示器。

假设：

则下式成立：

对扭矩τ或压力p的评估是最后的步骤：

τ＝f(kτ,spwid)

p＝g(kp,spwid)

然而，校准程序对于定义将原始数据转换成作为输出提供的工程单位的参数kτ和kp是有益的。

即使在完整的制动采集模式下，此算法也可以正常运行，以实时提供关于压力和扭矩变化的信息。这种方法提供了完整的信息，但是由于电子模块保持在活动状态而消耗更多的能量。

在一些实施例中，在此类校准过程之后，有可能通过spw与物理量扭矩τ和压力p之间的函数关系f和g来获得值k，其中kτ和kp分别是扭矩和压力的校准参数的集合。此外，即使在“充分制动采集”下，此算法也可以正常工作，以提供关于压力和扭矩分布的变化的实时信息。

用于评估残余扭矩的算法

通过使用spwi指示器，有可能估计残余扭矩(rd)，即在没有制动的情况下测得的扭矩值。实验观察表明，在车轮在制动衬块与轮盘之间的接触区域中旋转期间，由于接触/非接触条件的变化而引起的制动扭矩中的变化之间存在相关性。因此，开发了一种基于剪切式传感器的频率响应来估计rd的算法，如第102016000077944号意大利专利申请所示。

指示器spwi提供关于制动系统的rd状态的信息；有两种可能的使用类型：

指示器：高低rd电平(定义rd电平的自校准程序)；

rd传感器：按工程单位的精确rd值(请求的校准程序)。

只要不发生制动，就可以使用时间触发系统激活残余扭矩的采集。以此方式，可以在没有制动应用的情况下，例如在车流稀少的高速公路驾驶条件下，进行长采样时段。

用于评估磨损的算法

扭矩指示器(spw指示器或spwi)示出对摩擦衬块的材料消耗的强依赖性。系统响应取决于安装的剪切力传感器的几何和机械特性，具体地说，剪切力传感器的厚度至关重要，并且可以优选地大于200μm且优选地小于1-2mm。为了将这种依赖性用作磨损检测机制，已经开发了物理模型，所述物理模型解释了依赖性的物理起源并以定量的方式解释了所述依赖性。具体地，显示了对传感器的几何和机械参数以及对制动衬块的依赖性，这使得能够通过解析关系实时检测摩擦衬块的消耗。

扭矩指示器spwi取决于压电陶瓷传感器的厚度h、摩擦衬块在零磨损状况下的厚度do和摩擦衬块的瞬时厚度d。响应与瞬时磨损条件和零磨损条件的厚度之间的差成比例，所述差即在制动衬块的寿命期间消耗的摩擦材料的量(w＝do-d)。

在这种情况下：

spwi＝h(h,do,w,ffrict)

其中ffrict是剪切力。

为了将扭矩指示器spwi用作磨损检测工具，已经开发了一种算法，以提供制动衬块的全部工作寿命期间制动衬块消耗量的可靠和可用读数。图11的流程图简要描述了算法和结构。所述算法是基于对具有不同尺寸的缓冲器上的扭矩指示器spwi的统计评估。当系统首次接通时，所述算法执行自校准过程，所述自校准过程(自动一致地)评估“零磨损条件”参数。自校准包括制动数据的积累时段及其调停(mediation)；此时段可以具有可变的持续时间，但可能会很长(例如，至少一周)，以提供准确的制动统计样本。在此时段之后，为了进行“零磨损条件”值的初始估计，采取此扭矩指示器spwi的平均值。在制动衬块的工作寿命开始时产生统计上显著的参数使得能够根据扭矩指示器spwi的初始零值与有效平均值之间的比例因子估计磨损状况。以此方式，系统将利用从物理模型获得的数学公式开始提供磨损的百分比值，所述数学模型描述在制动器的每一重要应用下剪切力的传感器输出对磨损的依赖性。

图11的流程图所示的算法按以下方式工作。

在s120，在数据采集之后，评估扭矩指示器spwi。

在s132，以统计方式定义制动衬块的初始寿命中的零磨损条件响应。

在s136，评估在衬块的初始寿命中的零磨损条件wid响应中的磨损指示器。所述过程的最终结果与零消耗条件有关，但系统会在每次制动时记住在创建制动衬块时序(chronology)时使用的磨损程度，然后将其用作统计基础。

在s142，评估“零磨损条件”参数的自校准过程终止。

在s150，考虑到来自物理模型的解析函数h(h,do,w,ffrict)的逆函数，基于在自校准过程期间测得的有效零值与初始估计的零值之间的比率，使用迭代算法评估磨损指示器wid，所述物理模型被开发以从比率中提取未知磨损值wid并描述磨损过程中涉及的物理现象以及所述值对括号内的变量的依赖性。

在s160，算法输出示出磨损程度百分比作为磨损指示器wid的函数。

在智能制动衬块的传统生产线结束时，将变成无线的智能衬块会经过物理互连构件的安装，所述物理互连构件将收集单元不可分割地连接到无线传输器，在所述无线传输器内部预加载特定智能衬块的典型线参数或所述智能衬块的生产批次，这使得能够实施所述算法的正确操作。

除了那些描述的修改和变化之外的修改和变化自然是可能的；这样设想的无线型智能摩擦衬块和由配备有至少一个无线型智能摩擦衬块的制动钳构成的制动系统易受许多修改和变化的影响，所述无线型智能摩擦衬块和所述制动系统都在本发明概念的范围内；另外，所有细节都可以用其它技术上等效的元素替换。实际上，根据需要和现有技术水平，所使用的材料以及系统可以是任何材料以及系统。

诊断

所描述的过程提供了大量信息，以执行制动系统诊断(除了上文所论述的直接使用之外)。与时间/公里历史记录相关联的磨损信息允许执行衬块寿命预测，随着采集历史记录规模增大，所述预测会变得更加准确。一些实施例包括时间投影，其可以是磨损/时间比率(δw/δt)的评估。可以用两种不同的方式获取时间信息：使用微处理器内部的内置时钟，或使用传输/接收协议以允许与外部时间源同步。一些实施例包括公里投影，其可以包括评估磨损/公里比率(δw/δs)。可以从外部源(例如，can总线)提供关于安装spw系统起行驶的公里数的信息。

使用磨损和寿命预测信息可以执行诊断分析。例如，当达到或超过预定磨损阈值时，结合寿命预测评估，系统可以给出警告消息，以警告用户即将进行衬块更换。另一诊断用途可以与温度和阻力信息相关以提供关于制动系统故障的信息。在超过温度和残余扭矩的预设阈值的情况下，系统可以给出例如“卡钳堵塞”或“卡钳故障”的诊断信息，或关于排放节省(异常粉尘排放或燃料排放，ev中的电池节省的能量消耗)的诊断信息。

人机界面(hmi)

在一些实施例中，算法参数取决于衬块厚度和传感器，且可以根据特定衬块模型而变化。在某些实施方案中，衬块厚度和/或衬块模型信息可以写入spws的电子系统中，例如在衬块的生产线结束时和组装无线部件时。下文提出了用于调整参数的两种示例方法。第一实例是通过适当的通信和hmi界面调整参数。这种方法可以包括衬块与外界之间的双向传输。在生产线结束时，将对无线系统进行编程以将算法参数加载到微处理器内部。第二实例是具有“内联参数”的程序不同代码(例如，用于每一衬块类型的预定零件编号)。在生产线末端，衬块可以用独特的方式与具有预加载参数的传输器相关联。在这种方法中，衬块将以不可分割的方式与无线系统链接。

制造生产

用于无线系统的智能衬块是传感化制动衬块且可以包括以下各项中的一个或多个：背板(或金属支撑件)、传感化层、减震层(或ul底层)，和摩擦材料(或摩擦材料fm)。用于无线系统的智能衬块的生产工艺可以划分成两个部分：后道工序和前道工序。

后道工序

后道工序工艺由制作金属背板、传感化背板的工艺组成。传感化背板可能能够在制动期间(例如磨损、制动扭矩、温度等)且在非制动期间(例如，针对残余扭矩的现象或针对温度测量)生成电信号。在沉积传感化层的状态之前，如有必要，优选地通过精密冲裁对背板进行机械预处理，以允许定位层或可能的连接器/互连部件，并通过喷砂进行清理。

传感化层可以用不同方式引入背板，例如作为直接在背板上的丝网印刷电路，或作为在不锈钢inox板上的印刷，或一般来说作为单独地并且胶合、焊合或以机械方式固定以变得紧固且稍后放置在背板中的薄外部板。传感器将放置在丝网印刷电路上或外部薄支撑板中(胶合或焊合或直接集成在电路中，例如，丝网印刷传感器或3d印刷传感器)。

传感化层可以与背板侧和ul或摩擦材料侧都不导电，并且可以进行机械/电保护(例如，使用树脂或其它不导电的材料)。此层应具有互连单元(不一定是连接器)以将电信号从传感化层引入传输器的模拟调节。

在后道工序工艺结束时，可能会存在线末控制(在线测试)以验证传感化背板的功能：它们可以验证传感器的功能性(例如，测量传感器的电容和电阻，或替代地通过机械或热应力施加压力)，电路与背板绝缘且其完整性取决于互连单元。

通过互连构件的存在，将允许线末测试且其有益于spws完整性测试(与背板的电隔离以及从传感化层到外部的电连接的完整性)。

前道工序

前道工序工艺可以包括集成到制动衬块生产工艺中的传感化背板生产之后的一些或所有阶段。背板可以用材料(ul和摩擦材料)模制，在相同的模制条件下，对制动衬块进行相同的热处理，然后对所述制动衬块进行打磨、抛光(喷漆和冲压、垫片和夹子安装)，并验证设计特性(尺寸、压缩性等)。

除了用于制动衬块生产的工艺之外，一些实施方案包括确定如先前所解释的“k”参数的校准程序，以及连接衬块和电子无线部件的互连单元的安装。这种连接单元可以是高温电缆(优选地高于250℃)，或高温扁平电缆、条带、丝网印刷电路或具有以上电路(关于金属电绝缘)的金属结构，所述电路焊合、胶合或以机械方式连接到互连单元。关于校准机的校准步骤的精整线和喷涂线被设置以校准集成在衬块中的所有传感器。这可以在制造工艺之后测试衬块的完整性和/或设置校准的参数以允许扭矩、压力和阻力的直接测量。

在前道工序工艺结束时，互连单元和传输器变为用衬块固定，从而形成智能衬块无线系统。在一些实施方案中，生产工艺的最后部分由整个链的端线控制组成，所述链包括连接单元和传输器(传输部分)。在传输器内部，可以添加典型的衬块(或批次或投影)的所有“内联参数”以允许所实施算法的正确操作。

某些术语

尽管已经在某些示例实施例的上下文中公开了某些制动装置、系统和方法，但本领域的技术人员将理解，本公开的范围延伸超出具体公开的实施例，扩展到其它替代性实施例和/或实施例的使用及其某些修改和等效物。任何结构的使用显然在本发明的范围内。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。

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。

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。

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。

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。

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。

已经结合附图描述了一些实施例。诸图是按比例的，但此类比例不应为限制性的，这是由于除所展示以外的尺寸和比例也被涵盖并且在本发明的范围内。距离、角度等仅是说明性的，且未必具有与所示出的装置的实际尺寸和布局的精确关系。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，应认识到，本文中所描述的任何方法可使用适合于执行所叙述的步骤的任何装置实践。

总结

已经公开了制动装置、系统和方法的各种示意性实施例。尽管已经在那些实施例的上下文中公开了机器、系统和方法，但本公开延伸超出具体公开的实施例扩展到其它替代性实施例及/或实施例的其它使用及其某些修改和等效物。本公开明确地预期所公开实施例的各种特征和方面可彼此组合或替代。因此，本公开的范围不应受到上文所描述的特定公开实施例的限制，而应仅由所附权利要求书以及其等效物的完整范围的公正阅读来确定。