(57)【要約】  車両ブレーキシステムは、支持プレート（２１）と、摩擦パッド（２０）と、力センサー（１０、１１、１３）とを含む、ブレーキパッド（１）と、ブレーキパッド（１）上のゾーンに配置された電気端子（２４）を含む電気回路であって、電気端子（２４）が力センサー（１０、１１、１３）からの信号を受信するように構成された電気回路と、力センサーからの信号を調整するように構成されたアナログ調整ステージと、調整された信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタルコンバータと、デジタル信号からのデータを処理するように構成されたデータプロセッサと、データを送信するように構成された送信機とを含む電子プロセッサユニット（４）と、電子プロセッサユニット（４）をブレーキパッド（１）に物理的に接続し、電子プロセッサユニット（４）を電気端子（２４）に電気的に接続し、故に電子プロセッサユニット（４）がブレーキパッド（１）から離間する、熱デカップラ（３）と、を含む。【選択図】図３ｂ
2021524559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両ブレーキシステムであって、
支持プレートと、
摩擦パッドと、
力センサーと、を含むブレーキパッドと、
前記ブレーキパッド上のゾーンに配置された電気端子を含む電気回路であって、前記電気端子が前記力センサーからの信号を受信するように構成された、電気回路と、
電子プロセッサユニットであって、
前記力センサーからの前記信号を調整するように構成されたアナログ調整ステージと、
前記調整された信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタルコンバータと、
前記デジタル信号からのデータを処理するように構成されたデータプロセッサと、
前記データを送信するように構成された送信機と、を含む、電子プロセッサユニットと、
前記電子プロセッサユニットを前記ブレーキパッドに物理的に接続し、前記電子プロセッサユニットを前記電気端子に電気的に接続して、前記電子プロセッサユニットが前記ブレーキパッドから離間する、熱デカップラと、を含む、ブレーキシステム。
【請求項２】
前記熱デカップラが、複数の電気配線を有するケーブルを含み、前記ケーブルが、前記電子プロセッサユニットを前記電気端子に電気的に接続する、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項３】
前記熱デカップラが、前記電気回路を支持するプレートを含み、前記電気回路が、前記プレート上に位置付けられた導電性トラックを含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項４】
前記熱デカップラが、前記電子プロセッサユニットを前記ブレーキパッドから少なくとも５ｃｍの距離に位置付ける、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項５】
前記熱デカップラが、前記電子プロセッサユニットから切断可能であるように構成される、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項６】
前記熱デカップラの端部が、溶接、はんだ付けまたは接合の少なくとも一つによって前記ブレーキパッドに接続される、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項７】
前記送信機が無線送信機を含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項８】
前記電子プロセッサユニットが、前記アナログ調整ステージ、前記アナログ−デジタルコンバータ、前記データプロセッサ、および前記送信機を含むハウジングをさらに含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項９】
前記力センサーがせん断力センサーを含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項１０】
前記力センサーが、垂直力センサーを含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項１１】
前記力センサーが圧電セラミックセンサーを含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項１２】
前記力センサーが、前記電気回路内の抵抗器によって電気電圧信号に変換された電荷信号を生成するように構成され、前記データプロセッサが前記信号を積分するように構成されたデジタル積分器を含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項１３】
前記ブレーキパッドが、温度センサーをさらに含む、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項１４】
車両ブレーキシステムであって、
支持プレートと、
摩擦パッドと、
ブレーキパッドの状態を検出し、前記検出された状態に基づいて信号を出力するように構成されたセンサーと、を含むブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドの外部に配置された電子プロセッサユニットであって、
前記センサーによって出力される前記信号を受信し、
前記信号を処理して、前記ブレーキパッドの前記状態に関するデータを生成し、
前記ブレーキパッドの前記状態に関する前記データを送信するように構成された、電子プロセッサユニットと、
前記電子プロセッサユニットと前記ブレーキパッドの前記センサーを操作可能に接続する熱デカップラであって、前記電子プロセッサユニットが前記ブレーキパッドの動作温度よりも低い温度で動作するように、前記電子プロセッサユニットを前記ブレーキパッドから離れた距離に配置するように構成された熱デカップラと、を含む、ブレーキシステム。
【請求項１５】
前記検出された状態が、温度および力のうち少なくとも一つを含む、請求項１４に記載のブレーキシステム。
【請求項１６】
車両ブレーキシステムであって、
支持プレートと、摩擦パッドと、前記摩擦パッドに少なくとも部分的に埋め込まれたセンサーとを含むブレーキパッドであって、前記センサーが前記ブレーキパッドの状態を検出し、前記検出された状態に基づいて信号を出力するよう構成された、ブレーキパッドと、
電源およびマイクロプロセッサを含む電子プロセッサユニットであって、前記ブレーキパッドから離れて位置付けられ、
前記センサーによって出力される前記信号を受信し、
前記信号を処理して、前記ブレーキパッドの前記状態に関するデータを生成し、
前記ブレーキパッドの前記状態に関する前記データを送信し、
前記電源からの出力された電力を制御するように構成された、電子プロセッサユニットと、を含む、ブレーキシステム。
【請求項１７】
前記電子プロセッサユニットが、スイッチング戦略に従って非アクティブ状態とアクティブ状態との間に切り替えるように構成される、請求項１６に記載のブレーキシステム。
【請求項１８】
前記マイクロプロセッサが、
前記非アクティブ状態の間に前記データを保存するように構成された不揮発性メモリと、
前記電子プロセッサユニットを前記非アクティブ状態から前記アクティブ状態に回復するよう構成された自動電力回復システムと、
少なくとも前記非アクティブ状態の前記電子プロセッサユニットのエネルギー消費を削減するように構成されたエネルギー消費削減システムと、を含む、請求項１７に記載のブレーキシステム。
【請求項１９】
前記電源が、電池をさらに含む、請求項１６に記載のブレーキシステム。
【請求項２０】
前記ブレーキパッドが、熱電エネルギー回復ユニットをさらに含む、請求項１６に記載のブレーキシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／７５３，３２５号、および２０１７年５月１７日に出願されたイタリア特許出願第１０２０１８０００００５４８４号に対する優先権の利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。本出願で出願された出願データシートにおいて外国または国内の優先権主張が特定される全ての出願は、３７  ＣＦＲ  １．５７に基づき参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
以下の開示は、温度および／または静的負荷および／または動的負荷および／またはブレーキトルクおよび／または残留ブレーキトルクおよび／またはパッド自体の摩耗に関連するデータを検出するためのリアルタイム検出センサーを含むタイプの、特に車両用であるが、必ずしもその必要がない、スマートブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
スマートパッドは、ブレーキパッド温度などの一つまたは複数のパラメーターを測定するために（例えば、適切なソフトウェアおよびハードウェアシステムアーキテクチャーおよびいくつかのアルゴリズムを用いて）構成されたセンサー化されたブレーキパッドである。いくつかの実施形態では、スマートパッドは、静的および動的な量を測定することができ、および／または寿命予測（パッド残留寿命およびブレーキパッドが交換を必要とする時）に関連するリアルタイムの摩耗レベルを提供することができる。スマートパッドは、摩耗と温度の両方について診断スコープ（情報と安全性）を持つことができる。例えば、通常の運転状態では、温度監視は、結果として、ブレーキシステムへの重大な損傷またはエミッションおよびパッドの摩耗における異常につながる望ましくない連続ブレーキに起因する、部分的にブロックされたキャリパーなどのブレーキシステムの故障を迅速に検出することができる。実際には、無線送信機をオンボードに装備しているＳＰＷＳは、外部装置（スマートフォン、タブレット、高度なオンボード・無線装置など）に、または情報を外部装置にブロードキャストするカスタマイズされた受信機にデータを直接送信する。さらに、スマートパッド無線システムは、残留抗力とブレーキトルクを測定してエンドユーザーに伝達することもできる。
【０００４】
スマートパッドは、無線センサーを含むことができ、それによってスマートパッド無線システム（ＳＰＷＳ）を形成する。ブレーキパッドに無線送信機を搭載すると、ブレーキパッドから外部装置（例えば、スマートフォン、タブレット、高度なオンボード無線装置、車両のオンボードコンピューターなど）に、またはデータを外部装置にブロードキャストするカスタマイズされた受信機に、データを直接送信できる。いくつかの実装では、スマートパッド無線システムは、残留抗力およびブレーキトルクを測定し、エンドユーザーに伝達するように構成され得る。
【０００５】
スマートパッドセンサーによって収集されたこのデータは、処理されたデータを車両上の中央ユニットに送信するために送信ユニットに接続されるデータ処理ユニットに送信され得る。これらの接続は、例えば、車両内で保護される一方で、サスペンションの連続的な動きによって引き起こされる著しい温度変化または重大な摩耗に曝される、電気ケーブルなどの物理的部品によって実行され得る。さらに、オンボードサービスとユーザーによって引き起こされる電界は、データの送信と読み取りに大きな変動をもたらす可能性があり、スマートパッドシステムによって検出される電気信号の非常に少量または大きさを考慮する場合、システムの完全な効率が妨げられる可能性がある。また、環境電磁干渉は、スマートパッドを処理ユニットに接続する電気ケーブルの関連する長さも考慮すると、システムの効率をさらに低下させるのに著しく寄与し得る。
【発明の概要】
【０００６】
従って、本開示に記載される技術的作業は、このような制限を克服することである。本開示による技術的タスクは、支持プレート、摩擦パッドを含むブレーキパッドと、温度および／または垂直力および／またはせん断力に関連する信号をリアルタイムで検出するためのセンサーを含み、ブレーキパッドから信号を収集するためのゾーンに配置された電気端子を有する電気回路とを含む、ブレーキ装置を提供することによって達成される。ブレーキ装置は、機能するためにエネルギーを必要とし得るアクティブ構成要素を有する少なくとも電子モジュールと、前述の電子モジュールを前述のブレーキパッドに物理的に接続し、前述の電子モジュールを前述の電気端子に電気的に接続する熱デカップリング要素とをさらに含み、前述の電子モジュールは、信号を調整するためのアナログ調整ユニットと、信号を変換するためのアナログ／デジタル変換ユニットと、デジタル信号からのデータを処理するためのデータ処理ユニットと、前述のデータを送信するための送信ユニットとを含む。アナログ調整ユニットは、アナログ調整ステージとも称され得る。アナログ／デジタル変換ユニットは、アナログ／デジタルコンバータとも称され得る。データ処理ユニットは、データプロセッサとも称され得る。送信ユニットは、送信機とも称され得る。
【０００７】
本開示の価値提案のいくつかは、以下の一つまたは複数であるか、またはその他である。つまり、メンテナンスのダウンタイムとコストを削減し（システム効率）、アラーム配信（安全性の向上）、リモートサービス（リアルタイムデータ）、およびブレーキの性能とメンテナンスに関するリアルタイム情報（デジタル経験）を提供する。
【０００８】
提供されるように、電子モジュールは、有利なことに、システムの効率に対する環境電磁ノイズの影響を低減するように、ブレーキパッドに可能な限り近い位置に配置され得る。好ましくは、前述の電子モジュールは、前述のブレーキパッドから５ｃｍ〜１０ｃｍの距離に位置付けられる。前述の送信ユニットは、好ましくは無線式である。前述の垂直力および／またはせん断力センサーは、圧電セラミックセンサーであることが好ましい。前述の垂直力および／またはせん断力センサーは、好ましくは、前述の電気回路に存在する対応する抵抗器によって電気電圧信号に変換された電荷信号を生成し、前述の処理ユニットは、前述の電気電圧信号のデジタル積分器を含む。前述の送信ユニットは、好ましくは、少なくともアンテナを有する、少なくとも無線送信機を含む。前述の電子モジュールは、好ましくは、マイクロプロセッサと、電源ユニットと、電力を制御するための少なくとも電子コントローラーとを含む。
【０００９】
一実施形態では、前述の電子モジュールは、少なくとも電力供給電池を含む。
【００１０】
一実施形態では、少なくとも熱電エネルギー回復ユニットは、前述のブレーキパッドに組み込まれる。前述の電子モジュールは、好ましくは、プリセットスイッチング戦略に従って、非アクティブ状態からアクティブ状態に切り替える。前述のマイクロプロセッサは、好ましくは、少なくとも計算能力測定装置を含む、少なくともＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）専用マイクロ回路と、信号の読み取りおよび変換アルゴリズムの複雑さに応じて寸法が決められた、少なくともメモリと、前述の非アクティブ状態の間にデータを保存するための、少なくとも不揮発性メモリと、所定の時間内に前述の非アクティブ状態から前述のアクティブ状態までの、少なくとも自動電力回復システムと、前述の非アクティブ状態と前述のアクティブ状態の両方で、エネルギー消費を削減するための、少なくともシステムと、を含む。
【００１１】
本開示はまた、一つまたは複数のブレーキ装置を含む車両に関する。
【００１２】
一実施形態において、車両は、前述の送信ユニットによって送信されるデータの少なくともオンボード受信機を含み、車両外部の受信機ユニットおよび／または車両のオンボードネットワークにデータを送信するように構成される。前述の受信機は、好ましくは、複数の前述のブレーキ装置との通信優先順位の管理プロトコルを実装する。
【００１３】
一実施形態では、車両ブレーキシステムは、ブレーキパッドと、電気回路、電子プロセッサユニットと、熱デカップラとを含む。ブレーキパッドは、支持プレートと、摩擦パッドと、力センサーとを含む。電気回路は、ブレーキパッド上のゾーンに配置された電気端子を含み、電気端子は力センサーからの信号を受信するように構成される。電子プロセッサユニットは、力センサーからの信号を調整するように構成されたアナログ調整ステージと、調整された信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタルコンバータと、デジタル信号からのデータを処理するように構成されたデータプロセッサと、データを送信するように構成された送信機とを含む。熱デカップラは、電子プロセッサユニットをブレーキパッドに物理的に接続し、電子プロセッサユニットを電気端子に電気的に接続して、電子プロセッサユニットがブレーキパッドから離間する。
【００１４】
一実施形態では、熱デカップラは、複数の電気配線を有するケーブルを含み、ケーブルは電子プロセッサユニットを電気端子に電気的に接続する。
【００１５】
一実施形態では、熱デカップラは、電気回路を支持するプレートを含み、電気回路は、プレート上に位置付けられた導電性トラックを含む。
【００１６】
一実施形態では、熱デカップラは、電子プロセッサユニットをブレーキパッドから少なくとも５ｃｍの距離に配置する。
【００１７】
一実施形態では、熱デカップラは、電子プロセッサユニットから切断可能であるように構成される。
【００１８】
一実施形態では、熱デカップラの端部は、溶接、はんだ付け、または接合の少なくとも一つによってブレーキパッドに接続される。
【００１９】
一実施形態では、送信機は無線送信機を含む。
【００２０】
一実施形態では、電子プロセッサユニットは、アナログ調整ステージと、アナログ−デジタルコンバータと、データプロセッサと、送信機とを含むハウジングをさらに含む。
【００２１】
一実施形態では、力センサーはせん断力センサーを含む。
【００２２】
一実施形態では、力センサーは、垂直力センサーを含む。
【００２３】
一実施形態では、力センサーは圧電セラミックセンサーを含む。
【００２４】
一実施形態では、力センサーは、電気回路内の抵抗器によって電気電圧信号に変換された電荷信号を生成するように構成され、データプロセッサは信号を積分するように構成されたデジタル積分器を含む。
【００２５】
一実施形態では、ブレーキパッドは、温度センサーをさらに含む。
【００２６】
一実施形態では、車両ブレーキシステムは、ブレーキパッドと、電子プロセッサユニットと、熱デカップラとを含む。ブレーキパッドは、支持プレートと、摩擦パッドと、ブレーキパッドの状態を検出し、検出された状態に基づいて信号を出力するように構成されたセンサーとを含む。電子プロセッサユニットはブレーキパッドの外部に配置され、電子プロセッサユニットは、センサーから出力された信号を受信し、信号を処理してブレーキパッドの状態に関するデータを生成し、ブレーキパッドの状態に関するデータを送信するように構成される。熱デカップラは、電子プロセッサユニットとブレーキパッドのセンサーを操作可能に接続し、熱デカップラは、電子プロセッサユニットがブレーキパッドの動作温度よりも低い温度で動作するように、電子プロセッサユニットをブレーキパッドから離れた距離に配置するように構成される。
【００２７】
一実施形態では、検出される条件は、温度および力のうちの少なくとも一つを含む。
【００２８】
一実施形態では、車両ブレーキシステムは、ブレーキパッドと、電子プロセッサユニットとを含む。ブレーキパッドは、支持プレートと、摩擦パッドと、摩擦パッドに少なくとも部分的に埋め込まれたセンサーとを含む。センサーは、ブレーキパッドの状態を検出し、検出した状態に基づいて信号を出力するよう構成される。電子プロセッサユニットは、電源とマイクロプロセッサを含み、電子プロセッサユニットは、ブレーキパッドから離れて位置付けられ、センサーによって出力された信号を受信し、信号を処理してブレーキパッドの状態に関するデータを生成し、ブレーキパッドの状態に関するデータを送信し、電源から出力された電力を制御するように構成される。
【００２９】
一実施形態では、電子プロセッサユニットは、スイッチング戦略に従って、非アクティブ状態とアクティブ状態に切り替えるように構成される。
【００３０】
一実施形態では、マイクロプロセッサは、非アクティブ状態の間にデータを格納するように構成された不揮発性メモリと、電子プロセッサユニットを非アクティブ状態からアクティブ状態に回復するように構成された自動電力回復システムと、少なくとも非アクティブ状態の電子プロセッサユニットのエネルギー消費を削減するように構成されたエネルギー消費削減システムとを含む。
【００３１】
一実施形態では、電源は電池をさらに含む。
【００３２】
一実施形態では、ブレーキパッドは熱電エネルギー回復ユニットをさらに含む。
【００３３】
本明細書に記載される装置、システム、および方法は、いくつかの革新的な態様を有し、そのうちの一つが、その望ましい特性に不可欠でもないし、または単独で責任を持たない。上記の要約、以下の詳細な説明、または関連する図面のいずれも、特許請求の範囲を限定するために解釈されるべきではない。
【００３４】
さまざまな実施形態が、例示的目的のために添付図面に図示されており、本開示の範囲を限定するものとは解釈されないものとする。異なる開示された実施形態のさまざまな特徴を組み合わせて、本開示の一部である追加的な実施形態を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、車両のホイールのためのブレーキ装置を概略的に示す。
【図１ａ】図１ａは、無線タイプシステムを含むセクション内にあるスマート摩擦ブレーキパッドを有するブレーキ装置を概略的に図示する。
【図２ａ】図２ａは、第一の無線タイプの通信可能性を図示する。
【図２ｂ】図２ｂは、第二の無線タイプの通信可能性を図示する。
【図３ａ】図３ａは、ブレーキ装置のブレーキパッドの第一の実施形態を図示する。
【図３ｂ】図３ｂは、ブレーキ装置のブレーキパッドの第二の実施形態を図示する。
【図４】図４は、せん断センサーの信号形状およびシステムアクティベーション閾値を図示する。
【図５】図５は、第一のイベントアクティベーションケースの図である。
【図６】図６は、未加工の信号形状およびデータ取得範囲を示す。
【図７】図７は、第二のイベントアクティベーションケースの図である。
【図８】図８は、第二のイベントアクティベーションケースの図である。
【図９】図９は、パッドの正規化された温度の関数としての検出期間にわたる傾向を示す。
【図１０】図１０は、イベントアクティベーションとの時間アクティベーションの重ね合わせの概略図である。
【図１１】図１１は、ブレーキパッドの摩耗状態を評価するためのアルゴリズムのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の詳細な説明において、その一部を構成する添付図面を参照する。図面では、類似の参照番号または記号は、別段の文脈が別途指示されない限り、類似の構成要素を特定する。詳細な説明および図面に記載された例示的実施形態は、限定することを意味するものではない。他の実施形態を利用することができ、また他の変更は、本明細書に提示される主題の精神または範囲から逸脱することなく行われてもよい。本開示の態様は、本明細書に一般的に記載され、図に図示されるように、多種多様な異なる構成で配置、置換、組み合わせ、および設計することができ、その全ては明示的に意図され、本開示の一部にすることができる。
【００３７】
ブレーキパッド摩耗監視は、ブレーキパッド摩耗インジケーターの一つまたは複数のタイプまたはその他、つまり、電気、機械的、位置センサー、電子パーキングブレーキ、および／またはその他のブレーキパッドによって提供され得る。いくつかの実施形態では、電気インジケーターでは、ワイヤまたは電気金属体がブレーキパッド内に導入され摩擦材料の厚み減少するとき、ディスクとケーブル間の接触が車両内の警告灯を作動させることによって電気回路を閉じる。車によっては、同じパッド内に二つの異なる深さに配置された複数のケーブルがあり車両の車輪速度、走行距離などの情報を組み合わせて、パッドの残存寿命を見積もることができる。いくつかの実施形態では、機械的インジケーターは、摩擦材料レベルが設計レベルに到達した時にノイズを生成する（例えば、スクラッチを生成することができる）ために適切な修正を有するバックプレートを含む。いくつかの実施形態では、位置センサーインジケーターは、コストの制約などにより、大型車両で使用される。いくつかの変形では、位置センサーは、バックプレートからの距離を測定する。いくつかの実施形態では、システムは電子パーキングブレーキインジケーターを有し、後部ブレーキパッドを係合するために必要なモーター回転の数をカウントするよう構成される（例えば、ステッパーモーターまたはケーブルを作動させるモーター）。
【００３８】
上記のシステムとは対照的に、本開示のスマートブレーキ装置は、摩耗データ、キャリパーの二つのパッドの単一の寄与を持っている差動摩耗、温度、そして最終的には残留トルクとトルクブレーキ、およびブレーキ圧力でさえ直接測定し、リアルタイムで継続的に通信することができる。
【００３９】
ブレーキ装置は、支持プレート２１、摩擦パッド２０を含むブレーキまたはブレーキパッド１、および温度および／または垂直力および／またはせん断力に関連する信号をリアルタイムで検出するためのセンサー１０、１１、１３を備えた電気回路を含む。垂直力およびせん断力センサーは、圧電セラミックセンサーを含んでもよいが、代替的に、容量性センサーまたはピエゾ抵抗センサーであり得る。温度センサーは、ＰＴ１０００、ＰＴ２００、またはＰＴ１００などのサーミスタであり得る。電気回路２２は、前述のブレーキパッド１からの信号を収集するためのゾーン１２に配置された電気端子２４を有する。支持プレート２１は、好ましくは金属で作製されるが、必ずしもそうである必要がなく、電気回路２２を直接支持する。摩擦パッド２０は、電気回路２２が存在する支持プレート２１の側面上に適用され、電気回路２２は、支持プレート２１と摩擦パッド２０との間に組み込まれる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ブレーキパッドはセンサー（圧電セラミック、圧電、静電容量、圧電抵抗、ひずみゲージ、またはその他の力または変形センサー）を含む。そしてそれは主に四つの異なる部分、バックプレート（金属サポート）、バックプレート上のセンシング層（電子回路、相互接続メディア、統合された力および温度センサー）、ダンピング層（またはオプション層としてのアンダー層ＵＬ）、および摩擦材料層（摩擦材料ＦＭ）で構成されている。スマートブレーキ装置は、動作数および電子機器の電力予算を制限して、オンボードアプリケーションのための無線システムに適した限定された数のセンサーを含み得る。使用中に、ブレーキパッドは、ブレーキされる要素、構成が容易で、かつ容易に使用できるブレーキ要素と接触した結果として前述のブレーキ要素に適用されるブレーキ力に比例した電気信号を伝達することができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、ブレーキパッドは、少なくとも一つのせん断力センサー、好ましくは圧電セラミック、温度センサー（ＰＴ１０００など）、およびセンサーの電気信号をパッドの外部に、正確にアナログ調整ステージおよび／または無線システムに送るための相互接続ユニットからなる。センサーは、好ましくは電気回路上（一方はバックプレートから電気的に絶縁され、もう一方はＵＬ（存在する場合）および摩擦材料から電気的に絶縁されている）に配置される。この電気回路は、スクリーン印刷されたソリューションであることが好ましいが、ブレーキパッドに埋め込まれたソリューションを有するために、バックプレートに固定（溶接、接着など）されるようにバックプレートに取り付けられたＰＣＢのような回路であり得る。
【００４２】
せん断センサーは、好ましくは、少なくとも０．２ｍｍの厚さを有し、２００℃より高い動作温度を有する圧電セラミック材料でできていてもよく、および温度センサーは使用範囲が好ましくは−５０〜６００℃であり得る。温度センサーがパッドの温度を測定し、そしてそれが温度の関数の信号の変化のための補償目的のために使用される間、せん断力センサーにより、摩耗、残留抗力（およびブレーキトルク）を測定できる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、ブレーキパッドは、垂直力センサー（厚さ＜０．３ｍｍで、２００℃より高いキュリー温度を有する圧電セラミック材料が好ましい）を含む。このセンサーは、例えば、ブレーキ／ノンブレーキ状態をさらに制御するために任意に使用され得る。これは、追加情報として圧力を測定するために追加される。
【００４４】
センサー１０、１１、１３が取り付けられている電気回路２２は、特に電気的に絶縁される。電気回路２２は、センサー１０、１１、１３を支持プレート２１上の離散位置に配置するために、適切に形成された分岐を持つ。電気回路２２は、スクリーンプリント回路であってもよく、またはプリント回路（ＰＣＢ）であり得る。図示したように、電気回路２２を被覆し、摩擦パッド２０と支持プレート２１との間に介在するダンピング層２３を含めることができる。
【００４５】
スマートパッド１は、前述のように、作業条件で使用可能な適切なセンサー１０、１１、１３を含み、信号が、ブレーキトルクおよび／または残留ブレーキトルクおよび／またはブレーキパッド１の摩耗を推定するために処理することができる温度および／または垂直力および／またはせん断力に関連する情報を伝達することを確認するとき、ブレーキの対象となる要素との接触によりブレーキ要素に加えられるブレーキ温度および力に比例する電気信号を送信する。図３ａは、温度センサー１０、およびせん断力センサー１１を備えたブレーキパッド１の第一の実施形態を図示する。図３ｂは、前述したセンサーだけでなく、垂直力センサー１３もあるブレーキパッド１の第二の実施形態である。図１、１ａ、２ａおよび２ｂを参照すると、ブレーキ装置は、車両のブレーキキャリパー２に適用される。特に、少なくともブレーキ装置は、各ブレーキキャリパー２に対して含まれ、従って、例えば、車両に搭載された少なくとも合計四つのブレーキ装置を含む。
【００４６】
本開示のスマートブレーキ装置の可能なアーキテクチャーは以下の通りである。装置またはシステムは、各キャリパーに少なくとも一つで車内には合計４つのセンサー化されたブレーキパッド（全てのパッドが感知された車の場合、最大８つのスマートパッド）、相互接続ユニット（必ずしもコネクターである必要はない）、アナログ／デジタル調整および変換段階、処理段階を統合する無線トランシーバ、および無線送信機ユニット（通信アンテナ付き）からなる。無線送信機は、無線状態で、さまざまな情報を通信することができる。例えば、無線送信機は、ブレーキパッド摩耗、温度、およびステータスメッセージを通信することができる。無線送信機は、一つまたは複数の外部装置（例えば、スマートフォン、タブレット、高度なオンボード装置など）と直接に通信するか、または情報を外部装置にブロードキャストするカスタマイズされた受信機を介して、外部装置へ間接的に通信することができる。本システムは、電力管理電子機器を有する電源ユニットまたは電池などの電源、および／または熱電モジュールなどのエネルギーハーベスティングソリューションを含み得る。いくつかの実施形態では、エネルギーハーベスティングは、例えば、電気自動車の運動エネルギー回収システム（ＫＥＲＳ）アーキテクチャーに基づく再生ブレーキ原理から提供され得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、本開示のスマートブレーキ装置は、外部装置に直接的または間接的に通信するための送信機およびカスタマイズされた受信機を有するトランシーバから構成される。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ブレーキ装置は、有利には、機能するためにエネルギーを必要とする可能性のあるアクティブ構成要素を有する少なくとも電子モジュール４と、電子モジュール４をブレーキパッド１に物理的に接続する熱デカップリング要素３とをさらに含む。電子モジュール４は、電子プロセッサユニットと称されることもある。熱デカップリング要素３は、熱デカップラ素子と称されることもある。熱デカップリング要素３は、有利には、電子モジュール４の電気接続手段２９を電気回路２２の電気端子２４に有する。熱デカップリング要素３は、電子モジュール４をブレーキパッド１から較正された距離に配置する。距離は、電子モジュール４が１２５℃以下の温度で動作できるように、あり得る。電子モジュール４は、信号を調整するためのアナログ調整ユニット、信号を変換するためのアナログ／デジタル変換ユニット、デジタル信号からのデータを処理するためのデータ処理ユニット、およびデータを送信するための送信ユニットを含むハウジング５を含み得る。
【００４９】
特に熱デカップリング要素３は、ブレーキパッド１に接続された近位端２５、および電子モジュール４に接続された遠位端２６を有する細長い要素を含む。熱デカップリング要素３は、ブレーキパッド１に取り外し不可能に接続されることが好ましい。熱デカップリング要素３のブレーキパッド１への永久的な物理的接続は、例えば、溶接もしくは接合によって、または電気導体２９の近位電気端子２７の電気回路２２の電気端子２４への機械的接続によって実現され得る。熱デカップリング要素３は、前述の電子モジュール４に切断可能に接続される。熱デカップリング要素３の電子モジュール４への取り外し可能な物理的接続のために、熱デカップリング要素３は、例えば、その遠位端に、電子モジュール４に係合可能な小さな接続ブロック２８を有する。
【００５０】
一実施形態では、熱デカップリング要素３は、高温に耐性のあるケーブルである。電気導体２９は、ケーブル内部に組み込まれ、電線、ケーブル、印刷された導電トレースなどを含み得る。ケーブルは、例えば、シリコンまたはフッ化炭素ポリマー系材料で作製され得る。別の実施形態において、熱デカップリング要素３は、代わりに、高温に対する耐熱性プレートである。プレートは、プレート上に導電性トラックのスクリーン印刷され得る電気導体２９を支持する。プレートは、例えば、ポリイミド系高分子材料、特にＫａｐｔｏｎ（商標）、またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはセラミック材料、例えばジルコニア（ＺＴＡ）で硬化したアルミナ、または例えばステンレス鋼などの金属材料で作製され得る。熱デカップリング要素３が導電性材料で作られる場合、電気導体２９からの電気絶縁体が含まれる。
【００５１】
電子モジュール４は、マイクロプロセッサと、電源ユニットと、電力を制御するための少なくとも電子制御手段とを含む。電源ユニットは、少なくとも電力供給電池を含むことができる。電力供給電池に加えて、または代替的に、電子モジュール４の電力供給のためにブレーキパッド１に統合された熱電タイプの少なくともエネルギー回復ユニットを有利に提供し得る。電気導体２９はまた、熱電回収ユニットを電子モジュール４に接続する。しかしながら、電子モジュール４は、エネルギー消費を改善するように、プリセットスイッチング戦略に従って、非アクティブ状態からアクティブ状態に切り替えることができる。
【００５２】
電子モジュール４は、信号を調整するアナログ調整ユニットと、信号を変換するためのアナログ／デジタル変換ユニットと、デジタル信号からのデータを処理するデータ処理ユニットと、データを送信するための送信ユニットとを含む。好ましい実施形態では、垂直力および／またはせん断力センサーは、電気回路２２に存在する対応する抵抗器によって電気電圧信号に変換された電荷信号を生成することが好ましい。圧電セラミックセンサーが使用される場合、アナログ調整ユニットは、高周波ノイズを除去するために、ローパスフィルターを有するデカップリング位相を有する高インピーダンス回路を含んでもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態では、圧電セラミックセンサーは、せん断力センサーとして使用され、その後、信号は単純な高インピーダンス回路で電圧信号に変換される。高周波ノイズ除去用のローパスフィルターを有するデカップリングステージは、信号を変換し、それをチップに統合されたＡ／Ｄコンバータにもたらす。センサーに対する異なる選択肢は、異なる調整ステージを有し得るが、一般的なアーキテクチャーは同様である。
【００５４】
いくつかの実施形態では、温度センサー（ＰＴ１０００またはＰＴ１００）は、熱電対に低電流（例えば、約０．３ｍＡ以下）を供給する単純な調整ステージを使用して、温度データをサンプリングする必要があるときに取得される。この消費のため、センサーは取得前にのみ供給され、電力供給過渡後に信号がサンプリングされる。
【００５５】
別の態様では、電力予算要件は、電力予算の最小化にリンクされるため、全ての構成要素は、データ処理ユニットの高速ウェイクアップ時間および戦略とともに、マイクロワットまたはナノワットの電力消費量と互換性があるように選択され得る。送信機は、マイクロアンペアの消費でほとんどの寿命の間アイドル状態になる可能性があるため、ブレーキアプリケーションが（せん断または圧力センサーで）開始次第、それらは獲得する準備ができている必要があるか、または必要な（温度センサー）時に、ハードウェアウェイクアップアーキテクチャーを実装する必要がある。
【００５６】
処理ユニットは、この電気電圧信号のデジタル積分器を含む。電子モジュール４のマイクロプロセッサは、少なくとも計算能力測定装置を含む、少なくともＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）専用マイクロ回路と、信号の読み取りおよび変換アルゴリズムの複雑さに応じて寸法が決められた、少なくともメモリと、非アクティブ状態の間にデータを保存するための、少なくとも不揮発性メモリと、所定の時間内に非アクティブ状態からアクティブ状態までの、少なくとも自動電力回復システムと、非アクティブ状態とアクティブ状態の両方で、エネルギー消費を削減するための、少なくともシステムとを含む。
【００５７】
獲得および調整された信号は、マイクロプロセッサによって処理され得る。消費電力を最小限に抑え、物理レイアウトを最適化するために、専用のＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）チップを開発する方が良い。機能には、次の一つまたは複数、またはその他、つまり、アルゴリズムの複雑さに適合した計算能力とコードメモリの次元、アイドル状態のスイッチオフ時のデータストレージ用の不揮発性メモリ、５ｍｓより短いパワーオンリセット時間および／またはアイドル状態と通常動作の両方の低消費電力が含まれてもよい。
【００５８】
例えば、電力消費量を最小限に抑えるために、装置は、データ取得またはデータ発送に使用されていない時間は常にオフにすることができる。ＡＳＩＣは、パッドから来る全ての情報を使用するため、ウェイクアップ後すぐにデータを取得して精緻化できる状態になっていることができる。このような要件を満たすには、通常、数十マイクロ秒のウェイクアップ時間が必要になることがある。
【００５９】
いくつかの実施形態では、スマートブレーキ装置は、自己矛盾のないシステムであり得る（外部の物理情報がなくても正常に動作することができる）。または、ブレーキアプリケーションの少なくとも開始と終了を認識し、どのアルゴリズムを適用するかを定義し、処理するステートマシンツリーのフェーズを定義するため、パッドからの信号の変化をリアルタイムで検出できる。ブレーキアプリケーションのランダムな性質と生データの衝動性構造により、ウェイクアップ戦略は迅速に反応し得る。システムのアクティベーションは、ハードウェアベースのウェイクアップ戦略によって提供されることが好ましい。例えば、ハードウェア閾値コンパレータは、システムアクティベーションを達成するのに良い方法であり得るが、他の方法は原則として使用され得る。情報の損失を低減または回避するために、アクティベーショントリガーは、ブレーキアプリケーションの開始時および終了時のピークに信号情報の大部分が含まれるため、実質的にゼロ遅延を有することができる。さまざまな実施形態が、システムに電力を供給するために利用可能な低量のエネルギーに適応するように構成される。装置は、ほとんどの時間、アイドル状態（低電力予算アプリケーション）に留まる。これにより、装置のライフサイクル（例えば、３年から１０年の範囲のライフサイクル）が増加する。種々の実施形態において、装置は、ウェイクアップ後、数秒間（好ましくは２〜３秒未満）ウェイクしたままで、その後、アイドル状態に戻ることができる。
【００６０】
電子モジュール４の送信ユニットは、有利には無線タイプである。特に、電子モジュール４の送信ユニットは、少なくともアンテナを有する少なくとも無線送信機を含む。電子モジュール４の送信ユニットは、外部受信機６またはデータを送信するオンボードユニット７と直接通信し得る。例えば、電子モジュール４の送信ユニットは、スマートフォンまたはタブレット６と直接通信することができる。すなわち、車両８の外部の受信機ユニット、および／または車両９に搭載されたデータネットワークに情報を送信する適切にあらかじめ配置されたオンボードユニット７と通信することができる。
【００６１】
送信ユニットは、信号取得からデータ送信まで、好ましくはＡＳＩＣまたはＳＯＩＣアーキテクチャーで異なる部品を統合することができる。いくつかの実施形態では、送信ユニットの主要な動作層は、アナログ調整ステージ、データ処理ステージ（ＭＰＵ統合）、データ送信（無線トランシーバ）、および／または電源管理ユニットのうちの一つまたは複数である。
【００６２】
電力の消費は、無線送信アプリケーションの重要な側面である。無線スマートパッドは、少なくとも５年の耐用年数を実現するように設計されるため、ブレーキパッドの平均動作寿命と比較して、電力の利用性の管理には特に注意が必要な場合がある。二つの主な異なるアプローチ、つまり、ボタン電池などの、送信ユニット内に設置される長寿命電池（リチウムイオン、固体セル、またはリチウムイオンポリマー）、およびエネルギー回収システム、例えば、ブレーキステップ中のエネルギー回収と同様の熱電発電機を備えたシステムが特定される。
【００６３】
どちらのソリューションも利点がありその選択は、アプリケーションのコストと動作寿命の問題に対する電力を管理する必要性の評価に基づいて、特定のアプリケーションとともにある。
【００６４】
ブレーキ装置は、自動車に搭載された無線通信システムに従って、検出および計算動作の数および電子マイクロプロセッサの電力使用と互換性のある多数のセンサーを有する。エネルギー消費量を最小化する目的で、電子モジュール４は、データ取得または送信専用ではない時間の間ずっとオフにされる。マイクロプロセッサおよびＡＳＩＣマイクロ回路は、システムが使用を開始するとすぐにデータを取得および処理し、スマートパッドからの全ての入力情報を使用する準備ができていてもよい。
【００６５】
ブレーキ装置は、ブレーキアプリケーションの少なくとも開始と終了を認識し、適切なアルゴリズム計算を選択することを目的とし、外部からの物理的な指示がなくても正しく動作することができ、センサーから受信した信号の変化をリアルタイムで認識できる。さまざまな理由（例えば、（ランダムであり得る）ドライバのブレーキのアプリケーション方法、および／または生データのパルス特性）のために、可能な限り反応的な残りの状態からシステムのウェイクアップ戦略を発展させることが有益であり得る。システムを再起動させるために、物理的器具に基づくウェイクアップ戦略が好ましくは提供される。例えば、入力信号の閾値コンパレータは、システムを起動するための良い戦略であり得るが、原則として他の器具が使用され得る。データの損失を防止するために、ブレーキアプリケーションの開始時および終了時のピークが信号情報の大部分を含むことを考えると、アクティベーションのアクチュエータは、ほぼゼロの遅延を有し得る。
【００６６】
考慮すべきさらに重要な要素は、ウェイクアップ後数秒間、好ましくは２〜３秒未満の間にアクティブになる一方で、３年から１０年、平均５年の耐用年数を確保することを目的として、ほとんどの時間静止したままであるシステムに電力を供給するために利用できる限られたエネルギーに関連している。
【００６７】
システムのウェイクアップ戦略には、さまざまなタイプがある。イベントアクティベーション：このアプローチは、入力信号があらかじめ固定された閾値を超えたとき、ブレーキアプリケーション中にデータが取得されるので便利である。図４を参照して、力センサーから来る信号は、時間とともにランダムであるパルス構成を有する。その結果、物理システムは、信号閾値４０を使用してブレーキアプリケーションを認識できる。信号がこの値を超えると、統合マイクロプロセッサがアクティブになり、信号は、レベル４１から開始して、この瞬間の直後に取得される。
【００６８】
異なるタイプのイベントアクティベーションを定義することが可能である。三つの異なるタイプは以下に記述される。
【００６９】
一般に、第一のケースでは、この方法では信号の変化を迅速に特定できるが、データのパルスタイプにより、重要な情報はシステムアクティベーション直前に失われ得る。図５を参照すると、システムは物理的手段によってアクティブ化され、データ取得および処理の目的で数秒間アクティブ化されたままであり、取得期間の後、システムは、次のアクティベーションイベントを待つ間、休止状態に戻る。図６は、ブレーキパッドから来る信号と、データ取得に関係するフィールドまたはデータ取得範囲６２を示している。物理的アクティブ化手段は、ブレーキアプリケーションの直後のアクティベーションステップにシステムを配置することを目的として、信号の正の変動に敏感であり得る。
【００７０】
イベントアクティベーションの第二のケースでは、ブレーキアプリケーション全体に対して信号を取得できるが、エネルギーの消費が増大する。図７に概略的に示すが、方法は、スマートパッドの信号の正および負の変動の両方を識別する目的で、二重信号閾値を持つ方法を図示している。アクティベーション後、ブレーキのアプリケーションが解除されたために次のイベントが発生するまで、システムは信号取得ステータスのままである。ブレーキイベントの終了の検出システムは、閾値コンパレータを介して、物理的であり得る、またはリミットまたはイベントを識別するアルゴリズムを介して適用可能である。
【００７１】
図８に例証されるさらなる第三のケースは、前述の第二のケースと類似しているが、エネルギー消費はより低い。システムのアクティベーション後、取得ステップの前に低エネルギー消費ステータスのままであり、従って、制限された機能状態および次の取得ステップに戻るために、後続のイベントアクティベーションを待っている。システムは、物理的な閾値コンパレータによって取得システムをアクティブ化させるブレーキアプリケーションの終了により、信号の変化を認識する。
【００７２】
異なるシステムウェイクアップ戦略は、時間アクティベーションによって定義できる。この戦略は、タイマーに基づいており、ブレーキ状態に関する情報を得るために必ずしも信号閾値の物理的コンパレータの存在を必要としないため、イベントアクティベーションよりも単純である。ブレーキアプリケーションの予測不可能性により、一部のデータが検出されない場合がある。また、データ取得の低周波数（０．００５〜０．１００Ｈｚ）により、重要な情報が欠落する実際のリスクを伴う全てのイベントの取得を保証するものではない。
【００７３】
一方、温度センサーで取得したデータは、時間アクティベーション戦略を用いて検出することが適当である。温度センサーから受信した情報は、ブレーキステップ中だけでなく、潜在的な過熱イベントを監視する目的で定期的に役立つ場合がある。マイクロプロセッサ内部の専用の素因は、内部タイマーを使用してシステムをアクティブ化する。周期は一定にすることも、最後に検出された温度の値に関連付けることもできる。図９に示すように、温度が高いほど、次の検出まで、周期は短くなる。この時間アクティベーション戦略は、経時的およびあらゆる条件で監視し、ブレーキアプリケーションを超えて、信号の突然の変化と相関しない物理データに対して取得する必要のある数量を制御するのに有用である。
【００７４】
前述した二つのアクティベーション戦略は代替ではなく、実際の用途では、システムアクティベーションのための複雑な統合ロジックで共に機能することが好ましい。
【００７５】
図１０に示すように、イベントアクティベーションは、信号のばらつきを識別するために使用され、時間アクティベーションは、常に獲得され得る量の獲得に使用される。結果として、単にイベントアクティベーションと時間アクティベーションの戦略の重ね合わせである、アクティベーションの複雑なアクティビティを定義することが可能である。アクティビティのステップ中にセンサーが取得した生データから情報を取得することを目的とし、さまざまなアルゴリズムを含めることができる。特別に開発され専用化されたアルゴリズムは、システムが休止状態に戻り、情報を送信する前に、全てのデータを処理する目的で、短い実行時間を有することができる。
【００７６】
好ましくは、排他的ではないが、データは取得ステップの終了時に送信される。受信機がスマートフォンである場合、好ましくはＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ）、または車両に搭載される電子機器とのより大きな統合の別のシナリオの場合はＩＳＭバンドなどのさまざまな送信テクノロジーを使用できる。採用される伝送技術とは関係なく、各電子モジュールは、受信機に、他の受信機から独立して検出されたデータを送信する。
【００７７】
一部の実施形態において、処理データは、取得期間の終了時に送信され得る。原則的には、異なる技術やプロトコルを用いることができる。データ受信機が直接スマートフォン装置である場合、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ）技術を採用できる。いくつかの実施形態では、これは、ハードウェアのコストと設置の複雑さを低減する、市販のアプリケーションにとって望ましいソリューションである。例えば、車載カーエレクトロニクスとのより高い統合レベルを持つ別のシナリオでは、ＩＳＭバンドなどの好ましいソリューションとして、他の無線標準および技術を採用することができる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、ＳＰＷＳの各送信機は、少なくとも８つのスマートパッドに接続できるように設計され得る、または異なる無線センサー間の通信優先順位を管理するプロトコルを実装することができる受信機に独立してデータを送信する。
【００７９】
オンボードアプリケーションでは、既存またはカスタムの受信機装置（ＴＰＭＳ、タイヤ圧力監視システム、受信機ユニットなど）を設計または使用できる。データは、前述の同じＢＬＥ技術またはＩＳＭバンドを使用して送信することができる。受信機は、車両ネットワーク（例えば、ＣＡＮバス）上のデータまたは車内通信のための他のＷｉ−Ｆｉプロトコルを送信するための統合インターフェイスおよび通信スタックを有する部品を有し得る。オンボードソリューションでは、無線システムは既存のＴＰＭＳユニットに採算良く統合され、コストを抑え、既存のデータ受信アーキテクチャーを活用することができる。
【００８０】
受信機は、さまざまなブレーキ装置を接続できるように、すなわち、通信優先順位の管理プロトコルを実装できるように適切に構成される。オンボードアプリケーションでは、車両に統合されたＴＰＭＳシステム（タイヤ圧力監視システム）の受信ユニットなど、既存または特別に設計された受信機を使用できる。オンボード受信機は、例えば、ＣＡＮバスまたは車両内部の通信のための他のＷｉ−Ｆｉプロトコルなど、車両のデータネットワークと通信する統合セクションを有し得る。
【００８１】
スマートブレーキパッドのセンサーによって検出されたデータの処理および計算アルゴリズムのパラメーターは、パッドとセンサーの厚さに依存し、これらの特性がブレーキパッドの特定のモデルによって異なりえるので、これらのパラメーターは、パッドの生産ラインの最後に、およびコンポーネントの組み立て時に、特定の各スマートパッドの無線送信機に書き込むことができる。パラメーターを較正および設定するための二つの方法が、好ましくは検討される。第一の方法には、適切な通信とＨＭＩインターフェイス手段を使用したパラメーターの較正を含めることができる。このアプローチでは、スマートパッドと外部の間で双方向の送信が必要になり得る。生産ラインの終わりに無線送信機は、アルゴリズムのパラメーターをマイクロプロセッサにロードする目的でプログラムされる。第二の方法は、各タイプのスマートパッドに対してパラメーターがあらかじめ設定され、製造コードによる特定のプログラミングを含むことができる。生産ラインの終わりに、各特定のパッドは、特定のあらかじめロードされたパラメーターを有する特定の送信機に解除できないように関連付けられる。
【００８２】
処理ユニット内に存在する以下のいくつかの計算アルゴリズムについて、簡単に考察する。
【００８３】
温度処理のアルゴリズム
温度信号は、好ましくはＰｔ１００／Ｐｔ１０００によって取得され、電圧値は、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を使用して工業単位に変換される。熱電対により、−５０°Ｃ〜６００℃の温度測定が可能である。ブレーキシステムのステータスに関する診断情報を取得するために、システムが再アクティブ化されたときに温度を取得できる。温度は信号処理システム（ＳＰＷ）において、二つの重要な役割がある一つは信号の補正用と一つは選択的な収集用である。
【００８４】
信号補正
ブレーキ装置に組み込まれた垂直力およびせん断力センサーは、補正を要求した温度に依存する挙動を示す。ＳＰＷ信号と温度間の関数関係ｆ（Ｔ）により、生データを温度依存から排除できる。このアプローチは、全てのデータが取得でき、重要なものである可能性を高めることができる。ブレーキ装置の特性が、タイプの熱挙動を得るために必要となってもよい。
【００８５】
ＳＰＷｃｍｐ  ＝  ｆ（Ｔ）  ｘ  ＳＰＷｒａｗｄａｔａ
選択的な取得
所定の閾値を超えるデータを区別するための閾値として温度を使用することができる。この方法では、特定の温度を超える全てのデータを無視し、高度な複雑さをもたらす補正法を使用することなく、重要なデータを保存することができる。温度取得は、可変サンプリング周波数を持つ時間トリガーに基づくロジックによってアクティブ化することができる。例えば、温度値が閾値を超えると、サンプリング周波数は、オーバーヒートアラーム表示に正確に従い、および／または報告するために、より良好な時間分解能を有するために、例えば、所定のＬＵＴに基づいて、増加し得る。
【００８６】
トルクと圧力を評価するためのアルゴリズム
前述で説明したように、回路上のブレーキイベントによって誘発された信号は、一つの正および第二の負（またはその逆）の二つのピークに変換され、第一のピークはブレーキイベントの開始を表し、第二のピークは終了を表す。ピークの高さは、印加された力Ｆおよび使用される電子回路に関与する回路パラメーターに比例する。好ましい調整回路の派生的な性質のために、圧力とトルクの評価は、センサーによって取得された信号の数値積分にあり、結果は、センサーに蓄積された総負荷と、力の変化に対するその変化に直接相関する。
【００８７】
積分計算は、ＳＰＷｉとして示される圧力／トルクのインジケーターを得るために実行される。
【００８８】
【数１】
2021524559.tif 000003
【００８９】
とすると、下記が成立する。
【００９０】
【数２】
2021524559.tif 000004
【００９１】
トルクτまたは圧力ｐの評価は、最終経過である。
【００９２】
【数３】
2021524559.tif 000005
【００９３】
しかし、生データを出力として提供される工学単位に変換するパラメーターｋτおよびｋｐを定義するには、較正手順が有益である。
【００９４】
このアルゴリズムは、完全なブレーキ取得モードでも正しく機能し、圧力とトルク変動に関する情報をリアルタイムに供給できる。このアプローチは完全な情報を提供するが、電子モジュールがアクティブ状態のままであるため、エネルギー消費量が多くなる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、このような較正プロセス後、ＳＰＷと物理的量トルクτおよび圧力ｐとの間の関数関係ｆおよびｇを通してｋ値を取得することが可能であり、ｋτおよびｋｐは、それぞれトルクおよび圧力の較正パラメーターのセットである。さらに、このアルゴリズムは、圧力およびトルクプロファイルの変動に関するリアルタイムの情報を提供するために、「フルブレーキ取得」においても適切に機能することができる。
【００９６】
残留トルクを評価するためのアルゴリズム
ＳＰＷｉインジケーターを使用して、残留トルク（ＲＤ）、すなわち、ブレーキなしで測定されたトルク値の推定を実行することができる。実験的観察により、ブレーキパッドとホイールディスクとの間の接触領域におけるホイールの回転中の接触／非接触状態の変化によって誘発されるブレーキトルクの変動間の相関関係が明らかになった。従って、特にイタリア特許出願第１０２０１６００００７７９４４号に図示されるように、せん断切断センサーの周波数応答に基づいてＲＤを推定するためのアルゴリズムが開発される。
【００９７】
インジケーターＳＰＷｉは、ブレーキシステムのＲＤステータスに関する情報を提供し、二種類の使用が可能である。
【００９８】
インジケーター：高−低ＲＤレベル（ＲＤレベルを定義するための自己較正の手順）
ＲＤセンサー：エンジニアリングユニットにおける正確なＲＤ値（要求された較正手順）
ブレーキの掛からない状態であれば、タイムトリガーシステムにより残留トルクの取得をアクティブ化することができる。この方法では、例えば、交通量が少ない高速道路の運転状況など、ブレーキアプリケーション無しに長いサンプリング期間を実行できる。
【００９９】
摩耗を評価するためのアルゴリズム
トルクインジケーター（ＳＰＷｉｎｄｉｃａｔｏｒまたはＳＰＷｉ）は、摩擦パッドの材料の消費に強い依存度を示す。システム応答は、設置されるせん断力センサーの幾何学的および機械的特性に依存し、特に、せん断力センサーの厚さは重要であり、好ましくは２００μｍより大きく、好ましくは１〜２ｍｍ未満であり得る。この依存性を摩耗検出機構として用いるために、依存性の物理的起源を説明し、定量的に依存性を説明する物理モデルが開発される。特に、それは、センサーの幾何学的および機械的なパラメーター、およびブレーキパッドに依存して表示され、分析関係を通して摩擦パッドの消費をリアルタイムで検出することを可能にする。
【０１００】
トルクインジケーターＳＰＷｉは、圧電セラミックセンサーの厚さｈ、ゼロ摩耗状態での摩擦パッドの厚さｄｏ、および摩擦パッドの瞬間厚さｄに依存する。応答は、瞬間摩耗状態の厚さとゼロ摩耗状態との差、すなわち、ブレーキパッドの寿命中に消費される摩擦材料の量（ｗ＝ｄｏ−ｄ）に比例する。
【０１０１】
この場合：
ＳＰＷｉ＝Ｈ（ｈ、ｄｏ、ｗ、Ｆｆｒｉｃｔ）
式中、Ｆｆｒｉｃｔはせん断力である。
【０１０２】
トルクインジケーターＳＰＷｉを摩耗検出ツールとして使用するために、ブレーキパッドの全動作寿命中のブレーキパッドの消費量を信頼性が高く、かつ使用可能な読み取りを提供するアルゴリズムが開発された。図１１のフローチャートは、アルゴリズムおよび構造を簡単に説明する。アルゴリズムは、異なる寸法のバッファ上のトルクインジケーターＳＰＷｉの統計的評価に基づいている。システムを初めてオンにすると、アルゴリズムは、「ゼロ摩耗状態」パラメーターを（自動的に）評価する自己較正プロセスを実行する。自己較正は、ブレーキデータの蓄積期間およびその調停に存在する。この期間は可変期間を有することができるが、ブレーキの正確な統計的サンプルを提供するためにかなり長くてもよい（例えば、少なくとも一週間）。この期間後、「ゼロ摩耗状態」値の初期推定を行う目的で、このトルクインジケーターＳＰＷｉの平均値を取る。ブレーキパッドの動作寿命の開始時に統計的に有意なパラメーターを生成することで、トルクインジケーターＳＰＷｉの初期ゼロ値と有効平均値の間のスケール係数からの摩耗の推定が可能になる。このようにして、システムは摩耗のパーセント値を提供し始め、ブレーキのそれぞれの重要なアプリケーションにおいて、摩耗に対するせん断力のセンサー出力の依存を記述する物理モデルから得られた数式を利用する。
【０１０３】
図１１のフローチャートに図示したアルゴリズムは、以下の方法で機能する。
【０１０４】
Ｓ１２０では、データ取得後、トルクインジケーターＳＰＷｉが評価される。
【０１０５】
Ｓ１３２では、ブレーキパッドの初期寿命におけるゼロ摩耗状態応答が統計的に定義される。
【０１０６】
Ｓ１３６では、パッドの初期寿命におけるゼロ摩耗状態ｗｉｄ応答における摩耗インジケーターが評価される。工程の最終結果は消費ゼロの状態に対するものであるが、システムは、各ブレーキにおいて、ブレーキパッドの時系列の作成に使用される摩耗のレベルを記憶し、その後統計ベースとして利用される。
【０１０７】
Ｓ１４２では、「ゼロ摩耗状態」パラメーターを評価する自己較正プロセスが終了する。
【０１０８】
Ｓ１５０では、摩耗インジケーターｗｉｄは、比率から未知の摩耗値ｗｉｄを抽出するために開発された物理モデルから、分析関数Ｈ（ｈ、ｄｏ、ｗ、Ｆｆｒｉｃｔ）の逆関数を考慮し、測定された実効ゼロ値と自己較正プロセス中に最初に推定されたゼロ値の間の比率に基づく反復アルゴリズムで評価される。摩耗プロセスに関連する物理現象と、括弧内の変数への依存性について説明する。
【０１０９】
Ｓ１６０では、アルゴリズム出力は、摩耗インジケーターｗｉｄの関数としてパーセント摩耗レベルを表示する。
【０１１０】
スマートブレーキパッドの従来の生産ラインの終わりに、無線になるスマートパッドは、収集ユニットを無線送信機に解除できないように接続する物理的な相互接続手段のインストールを受ける。その内部において、特定のスマートパッドまたは前述のスマートパッドの生産バッチの一般的なラインパラメーターがプリロードされ、実装されたアルゴリズムの正しい動作が可能になる。
【０１１１】
説明されたものに加えて、変更やバリエーションは当然可能である。無線タイプのスマート摩擦パッドと、少なくともこのように考案された無線タイプのスマート摩擦パッドを備えたキャリパーブレーキで構成されるブレーキシステムは、多くの変更や変形の影響を受けやすい。これらは全て、本発明の概念の範囲内にある。さらに、全ての詳細は、他の技術的に同等の要素に置き換えることができる。実際には、使用される材料、ならびにシステムは、ニーズおよび最先端の状態に応じて任意のものであり得る。
【０１１２】
診断
記載されたプロセスは、ブレーキシステム診断を実施するために（上述の直接使用に加えて）大量の情報を提供する。時間的／カイロメトリック履歴に関連する摩耗情報により、取得履歴のサイズが大きくなるにつれてより正確なパッド寿命予測を実行できる。いくつかの実施形態では、摩耗／時間比の評価とすることができる（Δｗ／Δｔ）時間的投影を含む。時間情報は、二つの異なる方法で取得されるか、マイクロプロセッサ内の内蔵クロックを使用、または外部時間ソースとの同期を可能にするために送受信プロトコルを使用して取得され得る。いくつかの実施形態では、評価摩耗／キロメートル比（Δｗ／Δｓ）を含み得る、キロメトリック投影を含む。ＳＰＷシステムの設置から移動したキロメートルに関する情報は、外部ソース（ＣＡＮバスなど）から供給できる。
【０１１３】
摩耗および寿命予測情報を用いて、診断解析を行うことが可能である。例えば、寿命予測評価に関連して、所定の摩耗閾値が満たされるか、またはそれを超えると、システムは、ユーザーに近々のパッド変更について警告するために警告メッセージを提供し得る。別の診断用途は、ブレーキシステムの不具合についての情報を提供するために、温度および抗力情報にリンクすることができる。温度および残留トルクのプリセットされた閾値を超えた場合、システムは「ブロックされたキャリパー」または「キャリパーの故障」、または排出削減（異常な粉塵排出または燃料排出、ＥＶの電池節約のためのエネルギー消費量）の点から診断情報を提供することができる。
【０１１４】
ヒューマンマシンインターフェイス（ＨＭＩ）
いくつかの実施形態では、アルゴリズムパラメーターは、パッドの厚さおよびセンサーに依存し、特定のパッドモデルに応じて可変であり得る。特定の実施では、パッドの厚さおよび／またはパッドモデル情報は、パッドの生産ラインおよび無線構成要素を有するアセンブリーの最終段階などで、ＳＰＷＳの電子システムに書き込まれ得る。パラメーターをチューニングするための二つの例示的方法を以下に提案する。第一の例は、適切な通信とＨＭＩインターフェイスによるパラメーターのチューニングである。このアプローチは、パッドと外界との間の双方向の送信を含み得る。生産ラインの終わりで、マイクロプロセッサ内のアルゴリズムパラメーターをロードするために、無線システムがプログラムされる。第二の例は、「インラインパラメーター」（例えば、各パッド類型に対してあらかじめ定義された部品番号）を持つプログラムが異なるコードである。生産ラインの終わりで、パッドは、プリロードパラメーターを有する送信機にユニークな方法で関連付けることができる。このアプローチでは、パッドは無線システムと解除不可能な方法でリンクされる。
【０１１５】
製造生産
無線システム用スマートパッドは、センサー化されたブレーキパッドであり、バックプレート（または金属サポート）、センサー化された層、衝撃吸収性層（またはＵＬアンダー層）、および摩擦材料（または摩擦材料ＦＭ）のうちの一つまたは複数を含み得る。無線システム用スマートパッドの生産プロセスは、次の二つの部分に分けることができる。バックエンド生産とフロントエンド生産。
【０１１６】
バックエンド生産
バックエンドの生産プロセスは、金属のバックプレート（センサー化されたバックプレート）から作られるプロセスで構成される。センサー化されたバックプレートは、ブレーキ中（例えば、摩耗、ブレーキトルク、温度など）、およびブレーキ中でないとき（例えば、残留トルクの現象または温度測定のため）の両方の間、電気信号を生成することができる。センサー化された層の状態を堆積させる前に、バックプレートは、必要に応じて、層または可能性のあるコネクター／相互接続構成要素のための位置付けを可能にするために、好ましくは微細なブランクを通して機械的に事前加工され、砂ブラストを通して洗浄される。
【０１１７】
センサー化された層は、例えば、バックプレートに直接スクリーンプリント回路として、またはステンレス鋼のｉｎｏｘプレートに印刷されるように、または、一般に、個別に製造され、接着、溶接、または機械的に固定されて、固定され、後でバックプレートに配置される薄い外部プレートとして、異なる方法でバックプレートに導入され得る。センサーは、スクリーンプリント回路上または外部薄型支持プレート（スクリーンプリントセンサーまたは３Ｄプリントセンサーなど、接着または溶接、または回路内に直接統合）に配置される。
【０１１８】
センサー化された層は、バックプレート側およびＵＬまたは摩擦材料側の両方から電気的に非導電であってもよく、機械的／電気的に保護され得る（例えば、樹脂または次に、電気的に非導電である他の材料で）。この層は、センサー化された層から送信機のアナログ調整に電気信号を送るための相互接続ユニット（必ずしもコネクターではない）を有するべきである。
【０１１９】
バックエンドの生産プロセスの最後にセンサー化されたバックプレートの機能を検証するためのエンドオブラインコントロール（インサーキットテスト）があり得る。それらはセンサーの機能（例えば、センサーの静電容量と抵抗を測定するか、あるいは、機械的および熱的にセンサーにストレスをかける）、バックプレートによる電気回路の絶縁、および相互接続ユニットまでの完全性を検証することができる。
【０１２０】
相互接続手段の存在により、エンドオブラインテストが、ＳＰＷＳ完全性テスト（バックプレートによる電気的絶縁およびセンサー化された層から外部への電気的接続の完全性）に対し許容され、有益である。
【０１２１】
フロントエンド生産
フロントエンド生産プロセスは、ブレーキパッド生産プロセスに統合される、センサー化されたバックプレート生産に続くいくつかのまたは全てのフェーズを含み得る。バックプレートは、同じ成形条件で、材料で成形でき（ＵＬと摩擦材料）、ブレーキパッドと同じ熱処理で、その後、ブレーキパッドを研磨して仕上げ（塗装とスタンピング、シムとクリップの取り付け）、設計された特性（寸法、圧縮率など）が検証される。
【０１２２】
ブレーキパッド製造のプロセスに加えて、いくつかの実装には、前述の「ｋ」パラメーターを決定するための較正手順、およびパッドと電子無線構成要素を接続する相互接続ユニットの設置が含まれる。この接続ユニットは高温ケーブル（できれば２５０℃より高い）、または高温フラットケーブル、ストリップ、スクリーンプリント回路、または相互接続ユニットに溶接、接着、または機械的に接続されている上記の電気回路を備えた金属構造（金属に対して電気的に絶縁されている）であり得る。仕上げラインおよび塗装ラインは、較正装置による較正ステップであり、パッドに組み込まれた全てのセンサーを較正するよう設定される。これは、製造プロセス後のパッドの完全性を試験し、および／またはトルク、圧力、および抗力の直接測定を可能にする較正のパラメーターを設定する。
【０１２３】
フロントエンドの生産プロセスの終了時に、相互接続ユニットと送信機がパッドで固定され、スマートパッド無線システムが形成される。いくつかの実装では、生産プロセスの最後の部分は、接続ユニットおよび送信機（送信部分）を含むチェーン全体のエンドライン制御から構成される。送信機内部では、パッド（またはバッチまたはプロジェクト）の典型的な「インラインパラメーター」を全て追加して、実装されたアルゴリズムの正しい動作を可能にする。
【０１２４】
特定の用語
特定のブレーキ装置、システム、およびプロセスは、特定の例示的な実施形態の文脈で開示されるが、本開示の範囲は、具体的に開示された実施形態を超えて、他の代替の実施形態および／または実施形態の使用、ならびにその特定の修正および同等物に及ぶことが当業者によって理解されるであろう。任意の構造で使用することは、本発明の範囲内に明示的にある。開示された実施形態のさまざまな特徴および態様は、組立品のさまざまなモードを形成するために、互いに組み合わせるか、または置換することができる。本開示の範囲は、本明細書に記載される特定の実施形態によって限定されるべきではない。
【０１２５】
別々の実装の文脈において本開示で説明される特定の特徴は、単一の実施で組み合わせて実施され得る。逆に、単一の実施の文脈で説明されるさまざまな特徴は、複数の実施まで別々に、または任意の適切な部分組み合わせで実施され得る。さらに、特定の組み合わせに作用するように特徴を上記に説明することができるが、特許請求のある組み合わせからの一つまたは複数の特徴は、ある場合において、組み合わせから切り離されることができ、組み合わせは任意のサブ組み合わせまたは任意のサブ組み合わせの変形として特許請求され得る。
【０１２６】
「上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」、「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」、「長手方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」、「横方向（ｌａｔｅｒａｌ）」、「端部（ｅｎｄ）」など、本明細書で使用される方向の用語は、図示した実施形態の文脈で使用される。しかし、本開示は、図示された向きに限定されるべきではない。実際に、他の配向は可能であり、本開示の範囲内である。直径または半径など、本明細書で使用される円形形状に関連する用語は、完全な円形構造を必要としないことが理解されるべきであり、むしろ横断面から測定できる断面領域を有する任意の適切な構造に適用されるべきである。「円形（ｃｉｒｃｕｌａｒ）」、「円筒形（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」、「半円形（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｕｌａｒ）」、または「半円筒形（ｓｅｍｉ−ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」または任意の関連また類似の用語などの一般に形状に関連する用語は、円または円筒またはその他の構造の数学的定義に厳密に適合する必要はなく、合理的に閉じた近似物の構造を包含することができる。
【０１２７】
「し得る（ｃａｎ）」、「できる（ｃｏｕｌｄ）」、「可能性がある（ｍｉｇｈｔ）」、または「場合がある（ｍａｙ）」等の条件付き言い回しは、別途具体的に記載されない限り、または使用される文脈の範囲内で別途解釈されない限り、特定の実施形態が、特定の特徴、要素、またはステップを含むまたは含まないということの伝達を意図するのが通例である。従って、こうした条件言語は、一般的に、その特徴、要素、および／またはステップが一つまたは複数の実施形態に必要な任意の方法であることを暗示することを意図していない。
【０１２８】
語句「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも一つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  Ｘ，Ｙ，ａｎｄ  Ｚ）」などの連言的言い回しは、別途具体的に記載されない限り、ある項目や用語などが、Ｘか、Ｙか、Ｚのいずれかであり得ることを伝えるのに一般的に用いられる文脈とともに、別途解釈されるものである。従って、こうした連言的言い回しは、特定の実施形態が、少なくともＸのうちの一つと、少なくともＹのうちの一つと、少なくともＺのうちの一つとを含むことを必要とするという示唆を必ずしも意図するものではない。
【０１２９】
「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、本明細書で使用される場合、所望の機能を実施または所望の結果を達成する記述された量に近い量を表す。例えば、いくつかの実施形態では、文脈が指定するように、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、記述された量の１０％以内の量を指し得る。「一般的に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」という用語は、本明細書で使用される場合、主に特定の値、量、または特性を含むまたはそれに向かう傾向のある値、量、または特性を表す。一例として、特定の実施形態では、文脈が指定するように、「略平行（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ  ｐａｒａｌｌｅｌ）」という用語は、厳密に平行から２０°以下離れた何かを指すことができる。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、添付図面に関連して説明してきた。図はスケールされるが、図示されるもの以外の寸法および比が意図されており、開示された本発明の範囲内であるため、こうしたスケールは限定すべきではない。距離、角度などは単に例示であり、図示した装置の実際の寸法およびレイアウトとは正確な関係を必ずしも保持しない。構成要素を追加、削除、および／または再配置することができる。さらに、さまざまな実施形態に関連して、任意の特定の特徴、態様、方法、特質、特性、品質、属性、要素、またはこれに類するものの本明細書の開示は、本明細書に記載される全ての他の実施形態で使用することができる。さらに、本明細書に記載される任意の方法は、列挙した工程を実施するのに適切な任意の装置を使用して実施され得ることが認識されるであろう。
【０１３１】
要約
ブレーキ装置、システムおよび方法のさまざまな例示的実施形態が開示される。機械、システム、方法が、これらの実施形態の文脈において開示されてきたが、本開示は、特に開示された実施形態を超えて、他の代替実施形態および／または実施形態の他の用途およびその特定の修正および均等物を超えて広がる。本開示は、開示された実施形態のさまざまな特徴および態様を、互いに組み合わせることができ、または置換することができることを明示的に意図している。従って、本開示の範囲は、上述の特定の実施形態によって限定されるべきではないが、以下の請求項、ならびにそれらの等価な完全な範囲の公正な読み取りによってのみ決定されるべきである。
【図１】
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【図１ａ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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