通过结合在制动衬垫中的光子传感器来检测和测量车辆的制动系统的制动力的方法和系统与流程

通过结合在制动衬垫中的光子传感器来检测和测量车辆的制动系统的制动力的方法和系统
发明领域
1.本发明涉及一种通过结合在制动衬垫中的光子传感器(即，光纤传感器)来检测和测量车辆(vehicle：载具、交通工具、运载工具)的制动系统的夹持力和/或制动力的方法和系统。
2.本发明还涉及一种被配备为允许上述方法被实施的感测式制动衬垫。
现有技术
3.对于控制、监测和致动制动系统例如电子控制的盘式制动系统，实时地且尽可能精确地了解由制动系统的制动卡钳在制动动作期间所施加的夹持力值或制动扭矩值(优选地了解两者)非常有用。
4.然而，很难直接地、准确地、可靠地测量由制动系统的制动卡钳所施加的夹持力和/或制动扭矩。
5.用于对夹持力和/或制动扭矩进行间接但潜在有效的测量的方案可以是测量作用在属于制动卡钳的制动衬垫内的力或其他相关量，这些力或其他相关量是由制动事件时制动卡钳的动作引起的。
6.为此目的，期望可以将能够检测和提供此类信息的力传感器和/或其他力相关量(例如，应变)的其他传感器结合在制动衬垫本身中。
7.然而，已知技术中可用的力和/或应变传感器不适合结合在制动衬垫的本体中，这是因为它们不够小型化与紧凑，或者是因为它们不能容易地连接到外部以进行启用和读取，或者是因为它们对温度变化太敏感或不够鲁棒而无法在高温下操作，并因此不适合在经受较大温度波动的环境诸如制动衬垫中操作。
8.上述缺陷中的至少一些缺陷适用于例如基于压电或压阻现象的已知力和/或应变传感器。
9.鉴于此，可以尝试基于对其他量的检测，或基于在制动衬垫或卡钳本身的外部进行的力检测，来间接地估计和/或计算夹持力和/或制动扭矩的值。然而，这会造成另外的缺陷，该缺陷源于以下事实：这样的估计或计算不能完全满足所需的精度要求。
10.尽管传感器技术的技术领域提供了广泛的解决方案，但已知的解决方案提供的传感器要么从实用的角度来看不能容易地结合在制动衬垫中(因为它们要么不够紧凑，要么太复杂且具有侵入性，要么对温度不够鲁棒)，要么根据其所提供的间接测量不可能获得具有足够精度的夹持力和/或制动扭矩的值，更不用说获得具有足够精度的两者的值了。
11.因此，需要力传感器或与夹持力和/或制动扭矩相关的其他量(例如，应变)的传感器，这些传感器紧凑、小型化且易于启用/读取，因此适合于被实际地结合在制动衬垫的本体中而完全不会影响它的性能，并且同时可以在制动动作期间实时地且以高准确性和可靠性在所有环境和操作状况下，确定由制动卡钳所施加的夹持力和/或制动扭矩(优选地确定两者)。
12.如上所述，现有技术中目前可用的解决方案不能完全地满足这些要求。


技术实现要素：

13.本发明的目的是提供一种通过在制动系统的制动衬垫中实行的检测来检测和测量由每个车辆的摩擦制动系统的致动所生成的夹持力和/或制动扭矩的方法，该方法使得可以至少部分地弥补参考现有技术所描述的上述缺点，并且满足在相关技术领域中特别感受到的上述要求。
14.这个目的和其他目的通过根据权利要求1所述的用于检测和测量夹持力和/或制动扭矩的方法来实现。
15.这种方法的一些优选实施方式是从属权利要求2-21的主题。
16.本发明的另一目的是提供一种用于车辆制动系统的制动卡钳的感测式制动衬垫，该感测式制动衬垫被配备为使得能够执行根据权利要求1-21所述的用于检测和测量夹持力和/或制动扭矩的上述方法。
17.这些目的和其他目的通过根据权利要求22所述的感测式制动衬垫来实现。
18.这种衬垫的一些优选实施方式是从属权利要求23-34的主题。
19.本发明的另一目的是提供一种用于制动系统的制动卡钳，该制动卡钳包括上述感测式衬垫中的至少一个。
20.这些目的和其他目的通过根据权利要求35所述的制动卡钳来实现。
21.本发明的另一目的是提供通过在制动系统的至少一个制动衬垫中实行的检测，使用上述感测式衬垫中的至少一个，以对夹持力和/或制动扭矩进行检测和测量。
22.这个目的和其他目的通过根据权利要求36所述的用于检测和测量夹持力和/或制动扭矩的系统来实现。
23.这种系统的一些优选实施方式是从属权利要求37-45的主题。
24.本发明的另一目的是提供一种制动系统，该制动系统使用上述感测式制动衬垫中的至少一个或者使用对夹持力和/或制动扭矩进行检测和测量的上述系统。
25.这些目的和其他目的通过根据权利要求46所述的制动系统来实现。
附图说明
26.根据参考附图通过非限制性示例的方式给出的本发明的优选实施方式的以下描述，根据本发明的方法和系统的另外的特征和优点将变得明显，其中：
[0027]-图1和图2以简化方式例示了根据本发明实施方式的用于检测和测量夹持力和/或制动扭矩的方法和系统的一些结构上和功能上的方面；
[0028]-图3-图6通过功能框图例示了根据本发明的感测式制动衬垫和用于检测和测量夹持力和/或制动扭矩的系统的相应不同实施方式；
[0029]-图7a、图7b、图8a、图8b是根据本发明的特定实施方式的容纳传感器的预成型壳体的相应实施方案的细节，该预成型壳体适于结合在感测式衬垫中；
[0030]-图9是根据本发明的实施方式的感测式制动衬垫的侧视图；
[0031]-图10-图14例示了感测式制动衬垫的相应另外的实施方式，并且特别地示出了根据不同的实施方案，传感器在制动衬垫中的可能位置；
[0032]-图15-图18是用于检测和测量夹持力和/或制动扭矩的上述系统中所包括的光学读取/询问单元的相应实施方案的功能框图；
[0033]-图19例示了根据本发明的包括多个感测式制动衬垫的制动系统的实施方式，这些制动衬垫又属于制动系统的多个制动卡钳。
具体实施方式
[0034]
参考图1-图19，以下描述了一种通过在车辆的摩擦制动系统的制动衬垫10中执行的检测来检测和测量由制动系统致动产生的夹持力cf和/或制动扭矩bt的方法。
[0035]
特别地，参考图1-图3，该方法首先包括以下步骤：将至少一个光纤应变传感器2封装在壳体9中以及将上述壳体9结合在摩擦材料m的相应部分中，该摩擦材料粘附于制动衬垫10的基部板或平台11。
[0036]
摩擦材料m的这种部分对摩擦敏感，使得壳体9在切向参考方向x上经受的剪切应变(即切向应变)st-eff表示作用在制动衬垫10上的切向力ft，并且壳体9在法向参考方向y上经受的法向力fn-eff表示作用在制动衬垫10上的法向力fn。
[0037]
值得注意的是，切向和法向参考方向(x，y)是指作用在制动衬垫上的力的作用方向。
[0038]
然后，该方法提供通过上述至少一个光纤应变传感器2检测沿预定的第一空间方向w1存在于壳体9的第一位置中的第一应变s1；并且还通过上述至少一个光纤应变传感器2检测沿预定的第二空间方向w2存在于壳体9的第二位置中的第二应变s2。
[0039]
至少一个光纤应变传感器被配置成使得上述第一应变s1取决于作用在壳体9上的法向力fn-eff和切向应变st-eff两者，并且上述第二应变s2取决于作用在壳体9上的法向力fn-eff和切向应变st-eff两者。
[0040]
如上所述，该方法因此提供了双重检测，其中每个检测包括表示作用在相应位置中的力的法向力和切向分量两者的应变信息(并且最终取决于由制动卡钳施加的夹持力和/或制动扭矩)。
[0041]
然后，该方法包括以下步骤：由光纤应变传感器2生成表示检测到的第一应变s1的第一光子信号l1和表示检测到的第二应变s2的第二光子信号l2；然后通过被光学连接到上述光纤应变传感器2的光学读取/询问单元4，接收上述第一光子信号l1和第二光子信号l2。
[0042]
最终，该方法提供：基于上述第一接收光子信号l1和第二接收光子信号l2，通过光学读取/询问单元4，分别确定第一应变s1的值和第二应变s2的值；并且基于第一应变s1和第二应变s2的确定值，确定夹持力cf和/或制动扭矩bt的测量结果。
[0043]
根据该方法的实施方式，上述光纤应变传感器2是光纤布拉格光栅型传感器，并且上述预定的第一空间方向w1和第二空间方向w2是与所述切向参考方向x和法向参考方向y不同的方向。
[0044]
根据可能的实施方案，第一空间方向w1和第二空间方向w2相对于法向参考方向y对称，即它们相对于正切向参考方向x形成互补角。
[0045]
根据另一实施方案(如图2和图3所示，特别是在图3右上方处所示的参考系中)，由第一空间方向w1与切向参考方向x的正方向形成的角β等于由第二空间方向w2与负切向参考方向x形成的角β。
[0046]
根据该方法的另一实施方式，上述光纤应变传感器2是被布置在双折射光纤中的光纤布拉格光栅型传感器。
[0047]
在这种情况下，预定的第一空间方向w1与切向参考方向x一致，以及上述第二空间方向w2是垂直于切向参考方向x的方向。
[0048]
根据该方法的实施方式(例如在图2-图6中所示)，光纤应变传感器2包括第一传感器元件21和第二传感器元件22。
[0049]
第一传感器元件21包括第一光纤布拉格光栅，该第一光纤布拉格光栅被布置在上述第一位置中，位于被布置成与上述第一空间方向w1对准的第一部分光纤内。
[0050]
第二传感器元件22包括第二光纤布拉格光栅，该第二光纤布拉格光栅被布置在上述第二位置中，位于被布置成与第二空间方向w2对准的第二部分光纤内。
[0051]
根据实施方案(图5和图6中所示)，上述第一传感器元件21和第二传感器元件22被包括在单个光纤25中。
[0052]
根据另一实施方案(图3和图4所示)，上述第一传感器元件21和第二传感器元件22被包括在两个不同的相应光纤25中。
[0053]
根据该方法的实施方式，确定步骤包括：通过光学读取/询问单元4，生成表示第一光子信号l1的第一电信号e1和表示第二光子信号l2的第二电信号e2；然后，将上述第一电信号e1与第二电信号e2传输至控制单元20；最后，基于上述第一电信号e1和第二电信号e2，通过由一个或更多个软件程序执行的一个或更多个算法，由控制单元20的处理器来计算夹持力cf和/或制动扭矩bt。
[0054]
根据该方法的实施方案，上述计算步骤包括：通过比例系数，基于由第一应变s1和第二应变s2的确定值之间的差给出的差分应变δs计算制动扭矩测量结果bt，其中比例系数取决于与传感器相对于参考方向x、y的布置相关的几何参数，取决于与衬垫及传感器在衬垫中的位置有关的几何参数，以及取决于表示制造壳体和摩擦材料的材料的摩擦系数的参数。
[0055]
例如，上述计算步骤可以基于微分作用力δs与制动扭矩bt之间的如下比：
[0056][0057]
其中：
[0058]
β＝与传感器方向w1、w2的角；
[0059]
ν＝壳体材料的泊松比；
[0060]kgeom
＝取决于衬垫几何形状的常数；
[0061]
r＝传感器位置的有效半径；
[0062]ehm
＝壳体材料的杨氏模量；
[0063]efm
＝摩擦材料的杨氏模量；
[0064][0065]
根据该方法的实施方式，计算步骤包括：基于作用在结合于制动衬垫中的壳体上
的法向力或压力(例如fn-eff)来计算夹持力cf，即作用在制动衬垫上的法向压力。
[0066]
基于检测到的第一应变s1和/或检测到的第二应变s2，通过比例系数来计算作用在壳体上的上述法向力或压力fn-eff，其中该比例系数取决于与传感器相对于参考方向x、y的布置相关的几何参数以及取决于摩擦材料的杨氏模量。
[0067]
例如，上述计算步骤可以基于计算出的应变(s1和s2)的平均值与夹持扭矩cf之间的以下关系：
[0068][0069]
其中β＝传感器方向w1、w2的角；a＝衬垫等效面积；ν＝壳体材料的泊松系数；e
hm
＝壳体材料的杨氏模量；k1(ν,β)＝系统的特征系数。
[0070]
根据实施方式(例如在图4-图6中示出)，该方法包括另外的步骤：将光纤温度传感器5封装在壳体9中，位于被布置在上述第一和第二位置附近的第三位置处；然后，通过光纤温度传感器5检测第三位置处的温度t，并生成表示所检测温度的第三光子信号lt；然后，通过被光学连接到所述光纤应变传感器5的光学读取/询问单元4，接收上述检测到的第三光子信号lt；以及通过光学读取/询问单元4，基于接收到的第三光子信号lt确定温度值t。
[0071]
在此情况下，确定夹持力cf和/或制动扭矩bt的测量结果的步骤包括：基于第一应变s1和第二应变s2的值以及确定的温度值t的值，来确定夹持力cf和/或制动扭矩bt的测量结果。
[0072]
根据实施方案，光纤温度传感器5是光纤布拉格光栅光纤温度传感器。
[0073]
根据优选的实施方案，上述光纤应变传感器和温度传感器是相互成一体的。更具体地，如果两个fbg应变传感器被包括在相同光纤25中，则上述温度传感器也被包括在相同光纤25中(如图5、图6和图7a所示)。
[0074]
例如，光纤温度传感器包括第三传感器元件23，该第三传感器元件包括在容纳有第一传感器元件21和第二传感器元件22的光纤中获得的第三光纤布拉格光栅；光纤中的这种第三布拉格光栅被组装在毛细管71中和/或壳体内的适当腔体中，以便不受将该第三布拉格光栅放置在内的材料的热膨胀和变形的影响。
[0075]
根据另一实施方案，如果两个应变传感器fbg被包括在两个不同的光纤中，则温度传感器包括第三光纤布拉格光栅，该第三光纤布拉格光栅被制造在容纳有第一或第二光纤布拉格光栅应变传感器的两个光纤中的一个之中，位于与第一或第二位置不同的第三位置处，并被放置在壳体外部并因此被放置在摩擦材料中，或者被布置在被容纳于壳体中的光纤段中(如图4所示)。在这两种情况下，这种第三光纤布拉格光栅被插入到毛细管71中或壳体的腔体中，使得该第三光纤布拉格光栅与将其封装在内的材料的可能的热膨胀和变形现象相隔离。
[0076]
根据另一实施方案(图中未示出)，光纤温度传感器包括第三传感器元件23，该第三传感器元件包括由专用光纤制造的第三光纤布拉格光栅，该专用光纤相对于容纳第一传感器元件21和第二传感器元件22的光纤是附加的；专用光纤中的这种第三布拉格光栅被组装在毛细管71中和/或壳体内的适当腔体中，以便不受将该第三布拉格光栅放置在内的材料的热膨胀和变形的影响。
[0077]
上述光纤布拉格光栅光学传感器(以下也称为“fbg传感器”)是以下所示类型的传
感器。
[0078]
已知fbg传感器是一种非常灵敏且通用的光学设备，用于测量包括应变和温度在内的各种物理参数。在其最简单的形式中，fbg传感器是通过对刻在光纤的芯部中的折射率进行空间周期性调制来获得的(例如，其可以通过光敏现象或使用飞秒光脉冲来获得)。
[0079]
fbg传感器利用谐振状况的存在，该谐振状况以所谓的“布拉格波长”λb反射入射光，该布拉格波长被限定为λb＝2n
eff
λ，其中n
eff
是光纤的基模的有效折射率，λ是光栅的空间间距(周期率)。
[0080]
fbg传感器的工作原理基于以下特性：由外部效应诸如应变或温度所引起的有效折射率或光栅间距中的任何变化，都会致使工作波长(布拉格波长)的相应偏移δλb，该偏移可以由公式[1]推导出：
[0081][0082]
其中，δλb＝λ-λb布拉格波长相对于参考布拉格波长λb的变化，k是比例因子，α
t
是热光系数；对于1550nm范围内的硅光纤，布拉格波长偏移线性依赖于灵敏度值为约1.2pm/με的纵向应变ε和灵敏度值为约为11pm/℃的温度变化。
[0083]
如上所述，在被结合在壳体中的fbg传感器(2)的工作状况下，相对于温度变化适当地补偿由fbg传感器获得的应变结果。可以通过将上述等式[1]展开如下来进行这种补偿：
[0084][0085]
其中，ε＝εm ε
t
包括两个部分，一个部分是由于纯机械应变，另一部分是由热膨胀ε
t
引起的(α
sp
是材料的热膨胀系数)。用λb和t0表示参考布拉格波长和参考温度以及用λ和t表示波长和温度的实时值可以被写成：
[0086][0087]
从中可以得到纯机械力εm为：
[0088][0089]
实时温度值(在上面的公式中输入该实时温度值以获得εm的补偿值)是通过附加的fbg传感器(即温度传感器5)获得的，该附加的fbg传感器可以被封围在被放置于fbg应变传感器2附近的松管中。
[0090]
特别地，根据该方法的实施方案，确定夹持力cf和/或制动扭矩bt的测量结果的步骤包括：基于所确定的温度值，计算由于热变化引起的应变值；从第一应变的总测量值中减去由于热变化引起的应变值，以便获得仅取决于机械效应的第一有效应变值；从第二应变的总测量值中减去由于热变化引起的应变值，以便获得仅取决于机械效应的第二有效应变值；基于第一有效应变值和第二有效应变值确定制动力和/或制动扭矩的测量结果。
[0091]
fbg传感器是“无源”传感器，这意味着它们不需要被供电，而是通过照射来启用，即通过在光纤部段中以适当的波长(例如，布拉格波长)发送光学启用辐射来启用，该光纤
部段中容纳传感器中的光栅。响应于此，fbg传感器反射或传输光学(即，光子)信号，该信号不仅取决于入射辐射，还取决于光栅本身所经受的应变实现方式。在以下将要例示的该方法的不同实施方案中，这种光子信号可以是传输的光信号(即，光谱)或反射的光信号(即，光谱)。
[0092]
根据该方法的实施方式，光纤应变传感器2和/或光纤温度传感器5通过连接光学接口3被连接到光学读取/询问单元4。
[0093]
根据实施方案，在其中获得光纤布拉格光栅型传感器的每个光纤与通往光学读取/询问单元的相应连接光纤之间的每个连接是通过光纤接头或可拆卸的光子连接元件(光连接器)进行的。
[0094]
根据实施方案，上述第一光子信号l1包括由第一传感器元件21反射或传输的第一光谱，该第一光谱通过连接光学接口3到达光学读取/询问单元4。
[0095]
根据实施方案，上述第二光子信号l2包括由第二传感器元件22反射或传输的第二光谱，该第二光谱通过所述连接光学接口3到达光学读取/询问单元4。
[0096]
根据实施方案，上述第三光子lt信号包括由第三传感器元件23反射或传输的第三光谱，该第三光谱通过光学连接接口3(在实施方案中，该光学连接接口是光纤温度传感器连同一个或两个fbg光纤应变传感器所在的相同光纤，，该光纤向外延伸形成光学接口；或者，在另一实施方案中，该光学连接接口可以是与容纳传感器的上述光纤相连接的另一光纤)到达光学读取/询问单元4。
[0097]
根据该方法的实施方式，光学读取/询问单元4被配置成通过经由连接光学接口3传输光学启用辐射oa或相应的光学启用辐射(oa1、oa2、oat)来启用所述第一传感器元件21和/或第二传感器元件22和/或第三传感器元件23中的每一个。
[0098]
根据实施方式(例如在图5和图6中示出)，适用于如果多个传感器元件21、22是在相同光纤中制成的，并且相应的光纤布拉格光栅中的每一者与相应的不同中心工作波长(λ1、λ2)相关联，该方法包括另外的步骤，该另外的步骤借助于波分复用(wdm)传输技术，通过光学读取/询问元件4经由连接光学接口3将相应的光学启用辐射oa1、oa2以相应的工作波长λ1、λ2为中心传输到多个传感器元件21、22；并且该方法包括第一步骤，该第一步骤通过连接光学接口3来接收并通过使用波分复用(wdm)技术进行解复用来区分由多个传感器元件21、22中的每一者反射或传输的相应光谱。根据该方法的实现方式(例如在图3中示出)，适用于如果多个传感器元件是在相同光纤中制成的，并且由传感器所发射的光子信号包括传输光谱，连接光学接口3包括：输入连接光纤32，由波长复用的第一光学启用辐射oa1和/或第二光学启用辐射oa2共享；和输出连接光纤33，由形成第一光子信号l1和/或第二光子信号l2和/或第三光子信号的波长复用的传输光谱共享。
[0099]
根据实施方式(例如在图5和图6中示出)，适用于如果多个传感器元件21、22和23是在相同光纤25中制成的，并且相应的光纤布拉格光栅中的每一者与相应的不同的中心工作波长(λ1、λ2、λt)相关联，该方法包括另外的步骤，该另外的步骤借助于波分复用(wdm)传输技术，通过光学读取/询问元件4经由连接光学接口3将相应的光学启用辐射oa1，oa2，oat以相应的工作波长λ1、λ2、λt为中心传输到多个传感器元件21、22、23；并且该方法包括另外的步骤，该另外的步骤通过连接光学接口3来接收，并通过使用波分复用(wdm)技术进行解复用来区分由多个传感器元件21、22、23中的每一者反射或传输的相应光谱。
[0100]
根据该方法的实现方式(例如在图6中示出)，适用于如果多个传感器元件是在相同光纤中制成的，并且由传感器发射的光子信号包括反射光谱，连接光学接口3包括连接光纤35，该连接光纤由波长复用的第一光学启用辐射oa1和/或第二光学启用辐射oa2和第三光学启用辐射oat共享，并且由形成第一光子信号l1、第二光子信号l2和第三光子信号lt的波长复用的反射光谱共享。
[0101]
根据该方法的另一实施方案(图中未示出)，连接光学接口3包括一个或更多个连接光纤(31、34)，每个连接光纤专用于上述第一光学启用辐射oa1、第二光学启用辐射oa2和/或第三光学启用辐射oat之中的相应光学启用辐射，以及专用于形成上述第一光子信号l1和/或第二光子信号l2和/或第三光子信号lt之中的相应光子信号的反射光谱。
[0102]
根据实施方式的特定变型，在其中获得光纤布拉格光栅的光纤与通往光学读取/询问单元的相应连接光纤之间的每个连接是通过光纤接头或可拆卸的光子连接元件进行的。
[0103]
根据该方法的实施方式，壳体9由聚合物材料或矿物材料制造，与制动衬垫10不同并且可以被固定和/或结合到制动衬垫中，具有预定的几何形状和尺寸并且适于容置至少一个光纤应变传感器2和光纤温度传感器5，以及光学连接接口3的至少一部分。
[0104]
在此情况下，封装步骤包括将至少一个光纤应变传感器2嵌入壳体9中，此外，在制造制动衬垫期间，将所述壳体9在摩擦材料m的上述部分中的固定和预定位置处结合在制动衬垫10中和/或将该壳体固定到制动衬垫10。
[0105]
根据实施方案，将至少一个光纤应变传感器2嵌入壳体9中的步骤包括：通过粘合剂7将容纳光纤传感器2、5的一个或更多个光纤25、26结合在壳体9的给定部分71中，适于将光纤定向在正确的位置并对其进行布线。
[0106]
该方法然后包括以下步骤：通过粘合剂7在壳体9的特定壳体部分71内将光学接口3的一个或更多个连接光纤嵌入在毛细连接管73中，该毛细连接管从壳体9引出，并适于通过毛细管或框架结构75在制动衬垫上朝向收集器74进行布线，该收集器被固定到制动衬垫，并且可连接到制动卡钳外部的光学连接接口30的保护输出管和可连接到读取/询问器单元4。
[0107]
图7a和图8a(以及图7b和图8b中的相应放大细节)例示了：通过粘合剂7并在壳体9中的特定腔体71内以及还在毛细连接管73内，将应变传感器2结合在壳体9中的两种可能实施方式。
[0108]
在上述实施方式中，壳体9和毛细连接管73形成检测元件90(如图9所示)，其中壳体容纳通过粘合剂7被固定在适当部分71内的上述至少一个光纤应变传感器2。
[0109]
在图10-图13中，检测元件90、收集器74和框架75被例示在感测式制动衬垫的若干示例中。图11-图13分别涉及结合有一个、两个和三个检测元件90(每个均具有相应的框架75)的制动衬垫的实施方案。
[0110]
图14例示了在具有双折射光纤fb的实施方式中结合检测元件90的结构方面。
[0111]
根据不同的可能实施方案，壳体9由矿物和/或塑料和/或聚合物材料和/或树脂化合物制造。
[0112]
根据可能的实施方案，壳体(或外壳)9具有大致平行六面体的形状，并且尺寸为几十毫米或几毫米。
[0113]
根据具体的实现示例，壳体9具有的尺寸等于或不超过20mm的基部宽度、12mm的基部高度和4mm的厚度。
[0114]
根据实施方案，上述封装步骤包括：通过用粘合剂组装或通过壳体9的直接共同成型，结合至少一个光纤应变传感器2。
[0115]
根据实施方案(例如在图9中示出)，该方法提供：在制动衬垫的制造期间，通过基台11与壳体9之间的形状耦合或机械耦合6，将上述检测元件90连同上述收集器74和上述框架75在制动衬垫12的摩擦材料内的制动衬垫的基部平台(或板)11的固定和预定位置处固定到制动器衬块10和/或结合在制动器衬块10中，使得至少一个光纤应变传感器2被完全地结合在摩擦材料的期望部分中。
[0116]
根据实施方式，该方法的步骤在盘式制动卡钳的一个或两个衬垫10中执行，并且每个衬垫10包括与该衬垫相关联和/或与之绑定的相应的光学读取/询问单元。
[0117]
根据另一实施方式，该方法的步骤在盘式制动卡钳的两个衬垫10中执行，并且上述接收和生成步骤由单个光学读取/询问单元4执行，该光学读取/询问单元与制动卡钳相关联，并且通过单个光学接口3或通过两个单独的光学接口3可操作地连接到两个衬垫10。
[0118]
根据另一实施方式(例如图19中所示)，该方法的步骤在车辆制动系统的多个盘式制动卡钳的两个制动衬垫中执行，并且上述接收和生成步骤由一个或更多个光学读取/询问单元4执行，该光学读取/询问单元可操作地连接到车辆制动系统的上述多个盘式制动卡钳中的所有制动卡钳的制动衬垫。
[0119]
根据不同的实施方案，该方法包括以下列出的一个或更多个另外的步骤：
[0120]-基于测量的第一应变s1和第二应变s2的时间演变，获得夹持力cf和/或制动扭矩bt的实时趋势的动态测量结果；和/或
[0121]-检测光纤传感器2、5的可能故障；和/或
[0122]-基于光纤传感器2、5所做的检测，估计衬垫磨损水平10；和/或
[0123]-基于光纤传感器2、5所做的检测，估计由于制动摩擦所引起的排放颗粒水平；和/或
[0124]-在制动事件发生时，基于由光纤传感器21、22在制动卡钳的两个制动衬垫上所执行的测量，测量制动压力，计算制动的有效摩擦系数，并计算制动卡钳的实际夹持力；
[0125]-在制动事件发生时，基于由光纤传感器2、5在一个或更多个制动卡钳的衬垫上所做的测量，测量制动卡钳的衬垫或一个或更多个制动卡钳的衬垫的制动压力之间可能的不平衡；和/或
[0126]-在制动事件发生时，基于由光纤传感器2、5在一个或更多个制动卡钳的上述一个或更多个衬垫上所执行的检测，检测一个或更多个制动卡钳衬垫的可能故障。
[0127]
现在将再次参照图1-图19描述根据本发明的用于车辆制动系统的摩擦制动卡钳的感测式制动衬垫10(或感测式衬垫10)。
[0128]
这种感测式衬垫10(例如图3或图10所示)包括制动衬垫1，该制动衬垫由适于在制动事件发生时通过制动卡钳在被放置为与摩擦制动盘接触时生成制动摩擦的材料制造；并且该制动衬垫还包括壳体9和连接光学接口3，该壳体容纳至少一个光纤应变传感器2，该光纤应变传感器被结合在制动衬垫10的粘附到制动衬垫10的基部板或平台11处的摩擦材料m的一部分中。
[0129]
摩擦材料m的该部分对摩擦敏感，使得壳体9在切向参考方向x上受到的剪切(即切向)应变st-eff表示作用在感测式制动衬垫10上的切向力ft，并且壳体9在法向参考方向y上受到的法向力fn-eff表示作用在感测式制动衬垫10上的法向力fn，以及表示被施加在制动盘上的夹持力cf和/或制动扭矩bt。
[0130]
至少一个光纤应变传感器2被配置成执行以下动作：检测沿预定的第一空间方向w1存在于壳体9的第一位置中的第一应变s1，其中，此类第一应变s1取决于作用在壳体9上的法向力fn-eff和切向力st-eff两者；此外，检测沿预定的第二空间方向w2存在于壳体9的第二位置中的第二应变s2，其中，此类第二应变s2取决于作用在壳体9上的法向力fn-eff和切向力st-eff两者；此外，生成表示检测到的第一应变s1的第一光子信号l1和表示检测到的第二应变s2的第二光子信号l2。
[0131]
光学连接接口3被连接到光纤应变传感器2并适于被连接到光学读取/询问单元4，以传输上述第一光子信号l1和第二光子信号l2。
[0132]
根据感测式衬垫10的实施方式，光纤应变传感器2是光纤布拉格光栅型传感器，且上述预定的第一空间方向w1和第二空间方向w2是与上述切向参考方向x和法向参考方向y不同的方向。
[0133]
根据感测式衬垫10的实施方案，第一空间方向w1和第二空间方向w2关于法向参考方向y对称，
[0134]
根据感测式衬垫10的另一实施方案，第一空间方向w1和第二空间方向w2相对于切向参考方向x的正定向形成互补角。
[0135]
根据感测式衬垫10的另一实施方案，由第一空间方向w1与切向参考方向x的正方向所形成的角β等于由第二空间方向w2与负切向参考方向x所形成的角β。
[0136]
根据感测式衬垫10的另一实施方式，上述光纤应变传感器2是被布置在双折射光纤中的光纤布拉格光栅型传感器。
[0137]
在这种情况下，预定的第一空间方向w1与切向参考方向x一致，以及上述第二空间方向w2是垂直于切向参考方向x的方向。
[0138]
根据感测式衬垫10的实施方式(例如在图3-图6中示出)，光纤应变传感器2包括：第一传感器元件21，该第一传感器元件包括第一光纤布拉格光栅，该第一光纤布拉格光栅被布置在上述第一位置中，位于被布置成与上述第一空间方向w1对准的第一部分光纤内；以及第二传感器元件22，包括第二光纤布拉格光栅，该第二光纤布拉格光栅被布置在上述第二位置中，位于被布置成与上述第二空间方向w2对准的第二部分光纤内。
[0139]
根据实施方案，第一传感器元件21和第二传感器元件22被包括在单个光纤25中。
[0140]
根据另一实施方案，第一传感器元件21和第二传感器元件22被包括在两个不同的相应光纤25、26中。
[0141]
根据其他可能的实施方案，光纤应变传感器(即应变传感器组件)中所包括的传感器元件是多个，包括大于两个的任意数量的传感器元件。
[0142]
根据实施方式(例如在图4-图6中示出)，感测式衬垫10还包括在靠近上述第一位置和第二位置的第三位置处被封装在壳体9中的至少一个光纤温度传感器5。
[0143]
至少一个光纤温度传感器5被配置成检测存在于第三位置处的温度，并生成表示所检测温度的第三光子信号lt。
[0144]
在此情况下，连接光学接口3还被连接到光纤应变传感器5并且适于被连接到光学读取/询问单元4，以传输第三光子信号lt。
[0145]
根据实施方案，光纤温度传感器是光纤布拉格光栅光纤温度传感器。
[0146]
根据实现示例，上述光纤应变传感器和温度传感器是相互成一体的。
[0147]
根据实施方案，光纤温度传感器5是光纤布拉格光栅型的光纤温度传感器并且包括第三传感器元件23，该第三传感器元件包括在容纳有上述第一传感器元件21和第二传感器元件22的光纤25中获得的第三光纤布拉格光栅。专用光纤中的这种第三布拉格光栅在毛细管71中和/或壳体内的合适腔体中，以便不受将该第三布拉格光栅放置在内的材料的热膨胀和变形的影响。
[0148]
根据另一实施方案，光纤温度传感器5是光纤布拉格光栅型的光纤温度传感器，并且包括第三传感器元件23，该第三传感器元件包括第三光纤布拉格光栅，该第三光纤布拉格光栅在容纳有第一或第二光纤布拉格光栅型应变传感器的光纤之一(25或26)中获得，位于与第一位置或第二位置不同的第三位置处，并被放置在壳体外部并因此被放置在摩擦材料中，或者被放置在被容纳于壳体中的光纤段中。在这两种情况下，该第三光纤布拉格光栅被插入到毛细管71中或壳体的腔体中，使得该第三光纤布拉格光栅与将其封装在内的材料的可能的热膨胀和变形现象相隔离。
[0149]
根据实施方式，感测式衬垫10还包括光学读取/询问单元4，该光学读取/询问单元可以被连接到衬垫外部的远程控制单元20。
[0150]
光学读取/询问单元4被光学连接到光学接口以接收上述第一光子信号l1和第二光子信号l2，并被配置成生成至少一个或更多个电信号e1、e2，该至少一个或更多个电信号表示第一光子信号l1和第二光子信号l2并且指示检测到的第一应变s1和第二应变s2。上述一个或更多个电信号e1、e2适于被传输到远程控制单元20。
[0151]
根据感测式衬垫10(例如在图3中示出)的实施方案，连接光学接口3包括一个或更多个连接光纤31，每个连接光纤被配置成：承载意在用于相应的传感器元件21、22的相应光学激活辐射oa1、oa2；以及承载形成上述第一光子信号l1和/或第二光子信号l2之中的相应光子信号的相应光反射光谱。
[0152]
根据感测式衬垫10的另一实施方案(例如在图4中示出)，连接光纤31中的一者还被配置成承载温度传感器23的相应光学启用辐射oat并承载形成第三光子信号lt的相应光学反射光谱(除了光学辐射和由应变传感器fbg反射的光子信号之外，该应变传感器fbg被包括在还包括温度传感器23的相同光纤25中)。
[0153]
根据感测式衬垫10的另一实施方案(例如在图5中示出)，可选的连接接口3包括由波长复用的第一光学启用辐射oa1和/或第二光学启用辐射oa2共享的输入连接光纤32以及由形成第一光子信号(l1)和/或第二光子信号(l2)的波长复用的传输光谱共享的输出连接光纤33，其中多个传感器元件在相同光纤中被获得并且由传感器发射的光子信号包括传输光谱。
[0154]
根据感测式衬垫10的另一实施方案(例如图6中所示)，如果多个传感器元件被制造在相同光纤中，并且由传感器发射的光子信号包括反射光谱，光学连接接口3包括连接光纤35，该连接光纤由波长复用的第一光学启用辐射oa1和/或第二光学启用辐射oa2和/或第三光学启用辐射oat共享，并且由形成第一l1和/或第二l2和/或第三lt光子信号的波长复
用的反射光谱共享。
[0155]
在另一实施方案中(图中未示出)，第三光学启用辐射oat通过专用连接光纤34被传输到温度传感器5，并且第三光子信号lt包括光学反射光谱lt，该光学反射光谱通过该专用连接光纤34被发送到光学读取/询问单元4。
[0156]
根据实施方案，在其中获得光纤布拉格光栅型传感器的光纤与通往光学读取/询问单元的连接光纤之间的每个连接是通过可拆卸的光纤接头或光子连接元件进行的。
[0157]
根据实施方式(例如在图10-图13中示出)，感测式制动衬垫10包括位于制动衬垫的摩擦材料12内的制动衬垫的基部平台(或板)11。
[0158]
传感衬垫10还包括至少一个检测元件90，该检测元件又包括壳体9，该壳体容纳至少一个光纤应变传感器2(通过粘合剂7被固定在适当的腔体71内)和至少一个毛细连接管73。
[0159]
由矿物和/或塑料和/或聚合物材料和/或树脂化合物所制造的壳体9与制动衬垫10不同并且可以被固定和/或结合在制动衬垫中。壳体9被配置成容置(并且在工作状况下容置)至少一个光纤应变传感器2和光纤温度传感器5，以及连接光学接口3的至少一部分。
[0160]
从壳体9引出的至少一个毛细连接管73被配置成封围光学接口3的一个或更多个连接光纤。
[0161]
在此情况下，感测式衬垫10还包括收集器74，该收集器被固定到制动衬垫，并且可连接到制动卡钳外部的连接光学接口30的保护输出管，并且可连接到读取/询问单元4。上述至少一个毛细连接管73朝向收集器74进行布线并与该收集器连接。
[0162]
根据实施方案，壳体9通过粘合剂7被固定到感测式衬垫10，该粘合剂将容纳光纤传感器2、5的一个或更多个光纤25、26固定在壳体9的给定部分71中，适于将光纤定向在正确的位置并对它们进行布线。这种固定结构7又被用在壳体9的两个实施方式中(图7a和8a中示出)。
[0163]
根据更具体的实施方案，上述壳体9由矿物和/或塑料和/或聚合物材料和/或树脂复合物制造，其中，通过使用粘合剂来组装或共同成型，将至少一个光纤应变传感器2嵌入。
[0164]
在此情况下，通过基部平台11和壳体9之间的形状耦合或机械耦合6，将上述检测元件90在制动衬垫的摩擦材料12中的基部平台或板11的固定和预定位置处固定到制动衬垫10和/或结合在制动衬垫10中，使得至少一个光纤应变传感器2被完全地结合在摩擦材料m的期望部分中。
[0165]
图7a和图8a(以及图7b和图8b中的相应放大细节)例示了：通过粘合剂7并在壳体9中的特定腔体71内部以及还在毛细连接管73内，将应变传感器2结合在壳体9中的两种可能实施方式。
[0166]
根据实施方式，感测式衬垫10包括多个检测元件90，每个检测元件被固定在摩擦材料m的一部分中并且包括壳体9、被结合在其中的相应的至少一个光纤应变传感器2、粘合剂7和壳体9中的适当腔体71。
[0167]
图11、图12、图13例示了感测式衬垫10的三种不同的实施方式，分别包括一个、两个和三个检测元件90。
[0168]
由于上述特征，感测式衬垫10的特征在于在选择放置检测元件90的位置方面具有很大的灵活性。实际上，参考容纳有光纤应变传感器2的检测元件90的数量和位置，许多不
同的实施方案是可能的。
[0169]
现在描述用于车辆盘式制动系统的制动卡钳。这种制动卡钳包括根据上述实施方式中任一者的一个或两个感测式制动衬垫10。
[0170]
参考图1-图6和图15-图19，系统100被描述为：通过在车辆的摩擦制动系统的至少一个感测式制动衬垫10中执行的检测，来检测和测量由制动系统致动产生的夹持力和/或制动扭矩。
[0171]
这种用于检测和测量制动力和/或制动扭矩的系统100包括根据上述实施方式中的任一者的至少一个感测式衬垫10；并且还包括光学读取/询问单元4和远程控制单元20。
[0172]
光学读取/询问单元4被光学连接到至少一个感测式衬垫10的光学连接接口3，以接收上述至少一个第一光子信号l1和至少一个第二光子信号l2。
[0173]
光学读取/询问单元4被配置成：基于上述接收到的第一光子信号l1和第二光子信号l2，生成表示检测到的第一应变s1和检测到的第二应变s2的一个或更多个电信号e1、e2。
[0174]
感测式衬垫外部的远程控制单元20被连接到光学读取/询问单元4以接收一个或更多个电信号e1、e2，并被配置成处理这种一个或更多个电信号e1、e2以获得和提供夹持力cf的测量结果和/或制动扭矩bt的测量结果。
[0175]
根据系统100的实施方式，光学读取/询问单元4还被配置成：通过传输第一光学启用辐射oa1和/或第二光学启用辐射oa2和/或第三光学启用辐射oat，启用被包括在传感器元件21、22、23中的每个光纤布拉格光栅，这些传感器元件结合在感测式衬垫10中。
[0176]
系统100的不同实施方案对应于如图4-图6所示的、以上在描述方法时所描述的应变传感器(和可能的附加温度传感器)的不同布置。
[0177]
特别地，提到了系统100的实施方案(如图5和图6所示)，其中多个传感器元件21、22和23被制造在相同光纤中，并且提到了相应的光纤布拉格光栅中的每一者均与相应的不同中心工作波长λ1、λ2、λt相关联。
[0178]
在此情况下，光学读取/询问元件4还被配置成，借助于波分复用(wdm)传输技术，通过连接光学接口3将相应的光学启用辐射oa1、oa2、oat以相应的工作波长λ1、λ2为中心传输到多个传感器元件21、22、23。
[0179]
此外，光学读取/询问单元4被配置成通过光学连接接口3接收并通过使用波分复用(wdm)技术进行解复用来区分由多个传感器元件21、22、23中的每个传感器元件反射或传输的相应光谱。
[0180]
以下将提供关于光学读取/询问单元4的另外的细节。
[0181]
根据系统100的实施方式(图15中所示)，光学读取/询问单元4包括宽波段光学辐射源40、光学循环器46和光电光谱仪接收器41。
[0182]
宽波段光学辐射源40被配置成传输上述第一启用光学辐射oa1和/或第二启用光学辐射oa2和/或如果存在温度传感器则传输第三启用光学辐射oat。
[0183]
发射的光学辐射照射(通过光学循环器46的输入端口和直通端口)容纳光纤布拉格光栅(fbg)传感器的光纤，并引起fbg传感器的响应，该fbg传感器生成相应的回射光子信号(l1、l2、l3)，该回射光子信号通过光学循环器46的输出端口被耦合到光电光谱仪接收器41。
[0184]
光电光谱仪接收器41被配置成选择要接收的一个和/或多个波长，并且还被配置
成：接收上述至少一个第一光子信号l1和/或至少一个第二光子信号l2中的每一者，并将其转换为相应的至少一个第一电信号e1和/或第二电信号e2；和/或接收上述第三光子信号lt，并将其转换为上述第三电信号et。
[0185]
根据系统100的另一实施方式(图16中所示)，光学读取/询问单元4包括可调谐光学辐射源42、光学循环器46和光敏二极管光电接收器43。
[0186]
可调谐光学辐射源42被配置成在给定的时刻传输上述第一光学启用辐射oa1和/或第二光学启用辐射oa2和/或第三光学启用辐射oat之中的期望光学辐射(图13的示例中的oa1)，其中每个辐射都处于相应的期望波长。
[0187]
所发射的光学辐射照射(通过光学循环器46的输入端口和直通端口)容纳光纤布拉格光栅(fbg)传感器的光纤，并且确定对波长(例如，λ1)敏感的fbg传感器的响应，该响应生成回射光子信号(例如，l1)，该回射光子信号通过光学循环器46的输出端口耦合到光敏二极管接收器43。
[0188]
光敏二极管光电接收器43被配置成接收上述回射光子信号，并将其转换为相应的电信号：例如，在随后的瞬间，光敏二极管光电接收器43接收上述第一光子信号l1并将其转换成第一电信号e1，然后接收第二光子信号l2并将其转换成第二电信号e2，再接收第三光子信号lt并将其转换成第三电信号et。
[0189]
根据系统100的另一实施方式(图17中所示)，光学读取/询问单元4完全通过使用pic(光子集成电路)技术的单个光子集成电路制造。在此情况下，这种单个集成光子电路包括宽波段光学辐射源40、至少一个波长光学滤波元件44、和一批光敏二极管接收器43。
[0190]
宽波段光学辐射源40被配置成传输第一启用光学辐射oa1和/或第二启用光学辐射oa2和/或第三启用光学辐射oat。
[0191]
所发射的光学辐射(在图17的示例中包括光学辐射oa1、oa2、oat)通过光学循环器46的输入端口和直通端口，照射容纳fbg传感器的光纤，每个传感器反射相应的光子信号l1、l2、lt。由信号l1、l2、lt——每个信号均处于其自身的且不同的波长——的总和给出的作为一整体的光子信号wdm通过光学循环器46的输出端口被传送到光学滤波器元件44的输入。
[0192]
光敏二极管光电接收器43被配置成通过选定的光学滤波元件44接收上述第一光子信号l1和第二光子信号l2，并将它们转换为所述第一电信号e1或第二电信号e2；和/或如果所述第三光子信号lt被选定则接收所述第三光子信号并将其转换成所述第三电信号et。
[0193]
根据系统100的另一实施方式(例如图18所示)，感测式衬垫10包括布置在双折射光纤fb中的光纤布拉格光栅传感器2，并且光学读取/询问单元4包括可调谐光学辐射源42、偏振分束器45、第一光敏二极管接收器43a和第二光敏二极管接收器43b。
[0194]
可调谐光学辐射源42被配置成：根据在给定时刻所期望的，传输第一启用光学辐射oa1和/或第二启用光学辐射oa2和/或第三启用光学辐射oat，每个辐射均处于期望的相应波长。
[0195]
发射的光学辐射(其包括光学辐射oa1，在图18的示例中)通过光学循环器46的输入端口和直通端口照射容纳fbg传感器的双折射光纤，每个fbg传感器反射相应的光子信号。由双折射光纤布拉格光栅反射或传输的光子信号由具有不同的第一和第二双折射偏振的两个分量组成(实际上，获得了两个光子信号，这两个光子信号在图18的示例中是前两个
光子信号l1a、l1b)。
[0196]
作为一整体的光子信号wdm(在图15中由信号l1a和l1b之和给出)通过光学循环器46的输出端口被传送到偏振分束器45的输入。
[0197]
偏振分束器45被配置成接收由双折射光纤布拉格光栅反射或传输的由分别具有不同的第一和第二双折射偏振的两个分量组成的上述光子信号，并且生成与具有第一偏振的分量相对应的第一光束l1a和与具有第二偏振的分量相对应的第二光束l1b。
[0198]
第一光敏二极管光电接收器43a被配置成接收第一光束l1a并生成对应的第一电信号e1a。
[0199]
第二光敏二极管光电接收器43b被配置成接收第二光束l1b并生成对应的第二电信号e1b。
[0200]
关于接收和处理由双折射光纤传感器生成的光子信号的细节，可以使用用于接收和处理由双折射光纤传感器生成的光子信号的已知技术(例如，如在singh p.、julich f.、roths j.“polarization dependence of the strain sensitivity of the fiber bragg gratings inscribed in highly birefringent optical fibers”——optical sensing and detection ii，2012年——doi10.1117.922733中所述)。
[0201]
根据该系统的实施方案(在描述感测式衬垫时已经在上面提到)，光学读取/询问单元4被一体化和/或容置在感测式衬垫10中。在此情况下，电信号e从感测式衬垫输出并被引导到远程控制单元。
[0202]
根据该系统的另一优选实施方案(在图3-图6中以不同的变型示出)，光学读取/询问单元4在感测式衬垫10的外部。在此情况下，光子信号l从感测式衬垫发射，通过光纤被朝向光学读取/询问单元4引导(根据以上所述的方法)。
[0203]
参考图19，现在描述用于检测和测量夹持力cf和/或制动扭矩bt的系统100的另一实施方式。
[0204]
在此情况下，系统100包括：多个感测式衬垫101、102、103、104，其属于车辆的制动系统的一个或更多个制动卡钳200、300；以及单个光学读取/询问单元4，其被可操作地连接到上述多个感测式衬垫中的每个感测式衬垫101、102、103、104。
[0205]
光学读取/询问单元4被配置成将相应的光学启用辐射对(oa11、oa12；oa21、oa22；oa31、oa32；oa41-oa42)传输到传感器制动衬垫101-104的光纤应变传感器中的每一者，并根据所选配置从这些光纤应变传感器中的每一者接收反射或传输的相应光子信号对(l11、l12；l21、l22；l31、l32；l41、l42)。光学读取/询问单元4还被配置成基于从多个感测式制动衬垫101-104接收的光子信号(l11、l12；l21、l22；l31、l32；l41、l42)来生成多个相应的电信号(e11、e12；e21、e22；e31、e32；e41、e42)。
[0206]
在图19所示的示例中，有被连接到光学读取/询问单元4的两个制动卡钳。在其他的实现示例中，该数量可以不同于两个(例如，四个)。
[0207]
此外，在其他可能的实施方案中，其中每个感测式衬垫包括多个检测元件，每个检测元件被光学读取/询问单元4照射并且提供相应的光子信号对。在此情况下，由光学读取/询问单元接收并转换成电信号的光子信号的数量为2
×n×
k，其中n是每个感测式衬垫中的检测元件的数量，k是被连接到光学读取/询问单元4的感测式衬垫的数量。
[0208]
此外，在其他可能的实施方案中，感测式衬垫还将从温度传感器5导出的相应的第
三光子信号lt发送到光学读取/询问单元4，该光学读取/询问单元生成相应的电信号et。
[0209]
由光学读取/询问单元在不同的可能情况下生成的所有上述电信号被发送到远程控制单元20，该远程控制单元可以基于多个接收到的电信号来确定夹持力cf和/或制动扭矩bt。
[0210]
根据系统100的实施方式，远程控制单元20包括至少一个处理器，在该处理器中存储了一个或更多个软件程序，该软件程序被配置为基于所确定的第一应变s1和第二应变s2和/或基于所确定的第一应变s1、第二应变s2和温度，来运行适于计算夹持力cf和/或制动扭矩bt的算法。
[0211]
根据更具体的实施方案，计算步骤包括：通过夹持力cf和/或制动扭矩bt与由每个应变传感器fbg在其被结合在制动衬垫中的相应位置处所检测到的应变之间的预定非线性比率，计算夹持力cf和/或制动扭矩bt(如以上若干次所示，检测应变以表示法向力和生成应变的力的切向分量两者)。
[0212]
这种预定的非线性比率例如由被存储以供控制单元20的处理器访问的计算机化模型或查找表来表示。
[0213]
例如，通过在至少一个应变传感器2被结合在制动卡钳10中之后并且在使用制动卡钳10之前所执行的实验和/或表征和/或校准，来确定上述预定非线性比率。
[0214]
根据实现示例，上述测试和/或表征和/或校准的步骤可以包括功能的和/或结构的模拟，例如基于有限元方法(fem)的计算。
[0215]
以上所提到的计算和详细说明使得能够限定夹持力和/或制动扭矩与在衬垫的一个或更多个点处的应变测量结果之间的非线性比率，从而使得能够基于所做的应变测量结果来估计夹持力和/或制动扭矩。
[0216]
现在将描述本发明中所包括的用于车辆的盘式制动系统。
[0217]
根据实施方式，制动系统包括具有摩擦制动器的制动系统，该制动系统包括根据上述实施方式中之一的多个制动衬垫。
[0218]
根据另一实施方式，制动系统包括具有摩擦制动器的制动系统，并且还包括根据上述实施方式的、用于检测和测量由制动系统的实施方式所生成的夹持力和/或制动扭矩的系统100。
[0219]
值得注意的是，本发明的目的通过以上示出的方法、感测式制动衬垫和系统，凭借它们的功能和结构特征来完全实现。
[0220]
实际上，本文所描述的技术方案提供了一个或更多个光子传感器，该光子传感器可以容易且有效地一体化和/或固定和/或结合到摩擦制动卡钳的制动衬垫中，用于间接但精确且可靠地测量由制动器的致动产生的制动力或者由制动卡钳在制动盘上的夹持力生成的扭矩。
[0221]
光纤传感器由基于光纤布拉格光栅(fbg)技术的若干应变传感器元件构成。
[0222]
传感器元件可以检测在至少两个不同位置处的应变，并且被配置和/或布置成检测表示作用在相应位置中的法向力和切向力分量两者的相应应变。
[0223]
局部作用在每个检测位置中的法向力和切向力又是密切相关的，并且因此忠实地表示了由于夹持力和制动扭矩而作用在制动衬垫上的力。
[0224]
此外，同时检测在至少两个明确限定的位置中的法向应变和切向应变使得能够有
效地限定这些量。
[0225]
有利地，根据本发明的技术方案使得能够检测和/或确定夹持力和制动扭矩两者(如上所示)。
[0226]
有利地，还提供也采用fbg技术的至少一个温度传感器，这允许获得甚至更精确的温度补偿估计。
[0227]
有利地，在一些实施方式中，应变传感器被结合在聚合物或矿物材料壳体中，该壳体可以在期望位置中被固定和/或结合到制动衬垫中。
[0228]
有利地，容纳光纤传感器元件的一个或更多个光纤可以通过粘合剂以精确的定向被附接到上述壳体。
[0229]
上述特征确保应变传感器在制动衬垫上的期望点中的正确定位和定向。
[0230]
有利地，检测制动衬垫上若干位置中的应变的可能性有助于较准确地确定夹持力和/或制动扭矩，尽管是间接确定。
[0231]
由于上述特征，感测式衬垫的特征在于在选择放置传感器的数量和位置方面具有很大的灵活性。
[0232]
该系统由上述感测式制动衬垫构成，该感测式制动衬垫包括被光学地连接到用于对应变信息进行光电转换的读取/询问单元(可以是远程的或者也可以被一体化在制动衬垫中)的光纤传感器，该读取/询问单元有利地也可以基于wdm技术。
[0233]
读取/询问单元可以基于不同的电子光学技术来制造。
[0234]
有利地，这种读取/问询单元可以通过硅基光子技术(例如，pic：光子集成电路)，这允许通过将这种单元一体化在感测式制动卡钳中或电子控制单元中来制造该单元。
[0235]
因此，系统的控制单元可以确定具有高精度和温度补偿的夹持力和/或制动扭矩，并且工作范围很广。
[0236]
此外，有利地，若干感测式衬垫(每个感测式衬垫容纳两个或更多个传感器)可以被连接到单个读取/询问单元，提供大量重要信号，基于这些信号来确定夹持力和/或制动扭矩的准确性可以根据需求提高。
[0237]
本领域技术人员可以对上述实施方式进行许多变化和调整，或者可以用功能上等效的其他元件来替换元件以满足可能的需要而不脱离所附权利要求的范围。上述属于一种可能实施方式的所有特征可以独立于其他描述的实施方式来实现。