CN113994184B 通过结合在制动卡钳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 （乐姆宝公开有限公司）

2021.12.10PCT/IB2020/0555202020.06.12WO2020/250187EN2020.12.17JP2005308147A,2005.11.04通过结合在制动卡钳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描述了检测和测量制动力和/或制动扭矩的方法。该方法包括将变形和/或应变传感器在相应位置处结合在制动卡钳的本体的材料的一部分中。变形和/或应变传感器是光纤布拉格光栅应变传感器检测作用于相应位置的局部变形和/或应变并生成表示检测到的变形和/或应变的第一光子信号；通过光学读取/询问单元接收第一示局部的检测到的变形和/或应变的第一电信对制动力和/或制动扭矩的测量结果的步骤。以及用于检测和测量制动力和/或制动扭矩的对2和测量由所述制动系统的致动所产生的制动力和/或制动扭矩的方法，所述方法包括以下-通过所述光学读取/询问单元（4基于接收到的所述至少一个第一光子信号（L生光栅制成的，所述至少一个温度传感器在相对于制成所述至少一个变形和/或应变传感器3温度传感器（5）反射的第二光谱，所述第二光谱与由所述至少一个变形和/或应变传感器温度传感器（5）传输的第二光谱，所述第二光谱与由所述至少一个变形和/或应变传感器4-超声波增材制造超声波技术，其适于通过金属层将传感器结合到所述制动卡钳的金并且其中，接收和生成步骤是通过单个光学读取/询问单元执行的，所述单个光学读或者其中，接收和生成步骤是通过多个光学读取/询问单元执行的，所述多个光学读5取/询问单元中的每个光学读取/询问单元能够操作地连接到车辆的制动系统的多个所述合在所述制动卡钳中的相应位置检测到的变形和/或应变之间的预定非线性关系来计算制所述预定非线性关系由被存储以供所述控制单元（20）的所述处理所述预定非线性关系是在至少一个变形和/或应变传感器（2）被结合的。-本体（1所述制动卡钳的本体由易于因在制动事件时在制动力和/或制动扭矩下被-至少一个变形和/或应变传感器（2所述至少一个变形和/或应变传感器在相应的限其中，所述至少一个变形和/或应变传感器（2）是光纤布拉-第一光子连接装置（3所述第一光子连接装置连接至所述至少一个变形和/或应变-至少一个温度传感器（5所述至少一个温度传感器在相应的预定和固定位置处结合6-光学读取/询问单元（4所述光学读取/询问单元能够连接至所述制动卡钳外部的远所述光学读取/询问单元（4）还被配置为基于接收到的所述至少一个第二光子信号出连接光纤适于将包括第一光谱的所述至少一个第一光子信号（L）从所述至少一个变形22.根据权利要求21所述的感测式的制动卡钳（10其中，所述至少一个温度传感器少一个变形和/或应变传感器（2）反射的所述第一光谱波长复用，通过所述第一7光纤之间的每个连接是通过光纤接头或者可拆卸的光子连接元件或光25.根据权利要求17至23中的任一项所述的感测式的制动卡钳（10包括多个变形和/λc）相关联的相应布拉格光栅制成，所述布拉格光栅在一个或更多个光纤元件中获得，其中，所述一个或更多个光纤元件中的每一者都被结合在所述制动卡钳（10）的本体的材料2b、2c以及接收和通过使用波分复用技术进行解复用来区分由所述多个变形和/或应变其中，所述光学读取/询问单元（4）还被配置为基于接收到-预制框架和/或壳体（7所述预制框架和/或壳体具有预定几何形状和尺寸27.根据权利要求18至23中任一项所述的感测式的制动卡钳（10还包括焊接到所述-宽波段光学辐射源（40所述宽波段光学辐射源被配置为传输相应的第一光学启用8-光电光谱仪接收器（41所述光电光谱仪接收器被配置为选择要接收的一个和/或多-可调谐光学辐射源（42所述可调谐光学辐射源被配置为传输相应的第一光学启用-光敏二极管光电接收器（43所述光敏二极管光电接收器被配置为接收相应的第一-宽波段光学辐射源（40所述宽波段光学辐射源被配置为传输相应的第一光学启用-至少一个波长光学滤波元件（44所述波长光学滤波元件能够被调谐在被询问的光-光学读取/询问单元（4所述光学读取/询问单元光学连接至所述制动卡钳的第一光所述光学读取/询问单元（4）还被配置为基于接收到的所述至少一个第二光子信号9用来区分由所述多个变形和/或应变传感器中的每一者-宽波段光学辐射源（40所述宽波段光学辐射源被配置为传输相应的第一光学启用-光电光谱仪接收器（41所述光电光谱仪接收器被配置为选择要接收的一个和/或多-可调谐光学辐射源（42所述可调谐光学辐射源被配置为传输相应的第一光学启用-宽波段光学辐射源（40所述宽波段光学辐射源被配置为传输相应的第一光学启用-至少一个波长光学滤波元件（44所述波长光学滤波元件能够被调谐在被询问的光37.根据权利要求31或32所述的系统（100包括属于所述车辆的制动系统的多个感测并且包括与多个感测式的所述制动卡钳中的每个感测式的制动卡钳能够操作地连接或者包括多个光学读取/询问单元（4每个光学读取/询问单元能够操作地连接至车38.一种用于车辆的制动系统（1000包括多个根据权利要求18至30中任一项所述的或者包括用于检测和测量由所述制动系统的致动所产生的制动力和/或制动扭矩的系通过结合在制动卡钳中的光子传感器来检测和测[0001]本发明涉及一种通过结合在制动卡钳中的光子传感器(即光纤传感器)来检测和准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制动力或扭矩值是非常有用者是因为它们对温度变化太敏感并因此不适合在经受较大温度和气候波动的环境诸如制[0007]例如，上述缺点中的至少一部分缺点适用于基于压电或压阻现象的已知力传感的精度和可靠性检测由制动卡钳在制动动作期间实时施加的制动力和紧凑的、小型化的且易于启用/读取的以便实际地结合在制动卡钳的本体中而完全不影响[0013]本发明的目的是提供一种通过至少在制动系统的制动卡钳中进行检测来检测和测量由车辆摩擦制动系统的致动所产生的制动力和/或制动扭矩的方法，该方法允许至少部分地克服参照现有技术所述的上述缺点并满足在相关技术领域中特别感受到的上述要[0014]通过根据本发明的用于检测和测量制动力和/或扭矩的方法实现了这一目的和其[0016]本发明的另一目的是提供一种通过在车辆的与制动卡钳相连接的至少一个悬架部分中进行的检测来检测和测量由摩擦制动器的致动所产生的制动力和/或扭矩的类似方动卡钳被配备为允许执行根据本发明的用于检测和测量制动力和/或制动扭矩的上述方[0021]本发明的另一目的是提供一种用于使用根据本发明的至少一个感测式卡钳来检[0022]根据本发明的用于检测和测量制动力和/或制动扭矩的系统实现了这一目的和其感测式制动卡钳和用于检测和测量制动力和/或制动扭矩的系统的相[0028]-图7和图8示出了根据本发明的感测式制动卡钳的两个可能的其他实施方式的立和测量制动力和/或制动扭矩的系统的一些细节，并特别提到了被包括在该系统中的传感[0030]-图12-图14是被包括在用于检测和测量制动力和/或制动扭矩的上述系统中的光[0031]-图15和图16例示了根据本发明的包括多个上述感测式卡钳的制动系统的两个相过在车辆摩擦制动系统1000的至少一个制动卡钳10中进行的检测来检测和测量由制动系应变传感器2在相应的预定和固定位置处结合在上述至少一个制动卡钳10的本体的易于因在制动力和/或扭矩BF/BT下施加到制动卡钳上的反作用力而变形的材料M的一部分中，使得局部地作用在至少一个变形和/或应变传感器2所在的上述位置的变形和/或应变S表示上述至少一个第一光子信号L，生成表示检测到的局部变形和/或应变S的至少一个第一电上述部分中结合至少一个温度传感器5(同样，温度传感器5是光纤布拉格光栅型光纤温度生成表示检测到的温度T值的相应至少一个第二光子元4接收所述至少一个第二生成的光子信号Lt；以及通过光学读取/问询单元4基于接收到射率进行空间周期性调制来获得的(其可以例如通过[0045]FBG传感器的工作原理是基于以下特性：由外部影响诸如应变或温度引起的有效于约1.2pm/με的纵向应变ε和灵敏度值为约11pm/℃的温度变化。[0054]实时温度值(在上述公式中输入该实时温度值以获得εM的补偿值)是通过附加的光纤布拉格光栅在相对于制成至少一个变形和/或应变传感器2所用的一个或更多个光纤即通过在传感器中的光栅所被包含的光纤部分中以适当波长(例如布拉格波长)发送光学L包括由光纤布拉格光栅型的应变传感器2反射的第一光谱L，该第一光谱通过所述第一连二光子信号Lt包括由温度传感器5反射的第二光谱Lt(与由应变传感器2反射的第一光谱L元4被配置为通过经由第一输入连接光纤32传输光学启用辐射OA来启用上述光纤应变传感第一光谱通过第二连接光纤33到达光学读取/询接光纤32和第二输出连接光纤33连接到光学读取/及第二光子信号Lt包括由温度传感器5传输的第二光谱Lt(与由应变传感器2传输的第一光[0063]根据该方法的实施方式(在图3和图4C的实施方案中示意性地例示)，光纤温度传述第二光子信号Lt包括由光纤布拉格光栅型的温度传感器5反射的第二光谱Lt，该第二光[0064]根据实施方案，在其中获得光纤布拉格光栅型传感器的每根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个或更多个光纤元件中的每一者被结合在制动卡钳的本体的材料M的上述部分中，位于相[0068]通过光学读取/询问单元4生成至少一个第一电信号E的步骤包括基于接收到的多[0070]根据实施方案，所述一个或更多个光纤元件中的每一者都包括多个变形和/或应[0072]根据该方法的实施方案，制成制动卡钳10的材料的至少一个变形和/或应变传感器2被结合在其中的部分的材料M是铝或铸铁或钛或镁或铝合金或CFRP复合材料该材料部预制框架或封包件7(例如如图7和图8所示)在固定和预定的位置结合在制动卡钳的模具和/或模制外壳中，以便将上述至少一个变形和/或应变传感器2中的每一者部分或完全结提供了容纳应变传感器2的具有输入和输出的直通光纤以及专用于温度传感器5的另一光更多个光纤应变传感器2的一段或更多段光纤。在壳体73中存在用于通过合适的或胶粘剂[0080]图10A和图10B例示了下述实施方案(对应于图3所示的功能例示)，该实施方案提供了容纳应变传感器2的光纤以及专用于温[0083]容纳应变传感器的光纤是预组装的并通过粘合剂或胶粘剂77(例如，水泥基粘合[0084]被其自身的毛细管79包围的温度测量传感器5在壳体73中被封装在另一钢管中，该钢管较松以避免受到材料的热应力的影响以及以对卡钳本体的材料的热变形和机械变分中的至少一个传感器组件2'(图8中示出了被布置于意在意在用于固定的两个相应制动[0092]根据上述实施方式的实施方案，上述焊接是通过本身已知的超声波增材制造UAM提供了在制动卡钳的任何期望位置结合任何数量的传感器和/或任何数量的光纤变形和/[0096]根据该方法的实施方式，上述接收和生成步骤是通过集成和/或容置在制动卡钳一个或更多个软件程序运行的一个或更多个算法，基于上述至少一个第一电信号E计算制一个第二电信号Et计算制动力和/或扭矩和/或应变传感器2在其结合在制动卡钳中的相应位置检测到的变形和/或应变之间的预定[0107]根据实施示例，上述测试和/或表征和/或校准的步骤可以包括功能和/或结构模[0108]上述计算和处理允许限定制动力/扭矩与卡钳的一个或更多个点中的应变测量结实时获得对制动力和/或扭矩BT/BF的测来检测和测量由摩擦制动器的致动产生的制动[0113]这种方法首先包括以下步骤：将至少一个变形和/或应变传感器在预定和固定位局部地作用于至少一个变形和/或应变传感器所在的上述位置的变形和/或应变表示制动[0116]根据上述方法的实施方案，布置在悬架处的至少一个变形和/或应变传感器还被[0117]再次参考图1-图14，下面描述一种用于车辆1000的制动系统的感测式制动卡钳[0119]该制动卡钳包括制动卡钳本体1，该制动卡钳本体由易于因在制动事件期间在制括上述材料M的下述部分，该部分的变形和/或应变S局部地表示施加在制动系统上的制动[0120]至少一个变形和/或应变传感器2在相应的预定固定相应位置处被结合在易于变形的材料M的一部分中，并包括至少一个光纤布拉格光栅型的光纤应变传感器(FBG传感器)，该光纤应变传感器被配置为检测局部地作用于相应位置的变形和/或应变S并生成表示检测到的变形和/或应变S的相应至少一个第一[0121]第一光子连接装置3连接至上述光纤应变传感器2并适于连接至光学读取/询问单器在预定和固定位置处结合在制动卡钳本体的材料M的上述部分中，靠近光纤应变传感器传感器被配置为检测存在于相应位置的温度值T并生成表示检测到的温度的相应至少一个[0123]感测式卡钳10还包括第二光子连接装置6，该第二光子连接装置连接至光纤温度传感器5并适于连接至光学读取/询问单元4以传输上述至少一个第二光子[0125]光学读取/询问单元4(如根据本发明的上述方法所例示的)光学连接至第一光子连接装置3，并被配置为传输第一光学启用辐射OA来启用所述至少一个光纤应变传感器2，[0126]此外，光学读取/询问单元4被配置为基于接收到的至少一个第一光子信号L生成第一光学启用辐射OA从光学读取/询问单元4输送到至少一个光纤应变传感器2，及将具有第一反射光谱L的第一光子信号L从至少一个光纤应变传感器2朝向光学读取/询问单元4输纤适于将第一光学启用辐射OA从光学读取/问询单元4输送到至少一个光纤应变传感器2，L的第一光子信号L从至少一个光纤应变传感器2朝向光学读取钳本体的材料的热变形和机械变形不敏感，该至少一个温度传感器与至少一个变形和/或[0135]根据另一实施方案(如图4A所示)，光纤温度传感器5通过上述第一输入连接光纤32和第二输出连接光纤33连接至光学读取/询问单元4，光学启用辐射OAt通过第一输入连有第二反射光谱Lt的第二光子信号Lt从光纤应变传感器5朝向光学读取/询[0137]根据实施示例，在其中获得光纤布拉格光栅型传感器的每根光纤与通往光学读取/询问单元4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一者被结合在制动卡钳10的本体的材料M的上述部分中，位于相应位置并具有相应的预定[0141]根据实施方案，一个或更多个光纤元件中的每一者包括多个变形和/或应变传感[0142]光学读取/询问单元4还被配置为通过波分复用(WDM)传输技术将相应的光学启用以及接收和通过使用波分复用(WDM)技术进行解复用来区分通过所述多个变形和/或应变框架和/或壳体具有预定的几何形状和尺寸，在制造感测式卡钳10期间被结合在感测式卡述至少一个变形和/或应变传感器2中的每一者被结合在感测式卡钳本体的材料M的期望部少一个变形和/或应变传感器2和/或至少一个温度传感器[0147]参照图12-图14，现在将参照读取/询问单元4通过示例的方式提供进一步的示例[0149]宽波段光学辐射源40被配置为传输一个第一光学启用辐射OA或多个第二光学启[0150]至少一个光电光谱仪接收器41被配置为选择要接收的一个和/或多个波长，并且[0152]宽谱源可以包括例如超发光二极管或自发发射源(诸如半导体光放大器或掺铒光[0157]可调谐光学辐射源42被配置为在给定的时间处传输期望的光辐射OAn(以相应的[0158]发射的光辐射OAn照射(通过光循环器46的输入端口和直通端口)容纳FBG传感器子信号通过光循环器46的输出端口耦合到光敏射光子信号转换为第一电信号En(或类似地接收第二光子信号Lt并将该第二光子信号转换[0163]宽波段光学辐射源40被配置为传输一个第一光学启用辐射OA和/或多个第二光学端口和直通端口照射容纳FBG传感器的光纤，每个FBG传感器反射相应的光子信号La、Lb、体的光子信号WDM通过光循环器46的输出端口被输送到至少一个[0165]至少一个波长光学滤波元件44可以被调谐到被询问的光纤布拉格光栅的波长周[0166]至少一个光电光敏二极管接收器43被配置为接收从上述光子信号中选定的光子信号并将该选定的光子信号转换为一个或更多个电信号，和/或被配置为接收第二光子信[0167]参照上述对读取/询问单元4的不同实施方式的描述(并参照图12-图14)，可以很容易地理解的是，完全相似的描述在以下情况下加以变通应用：三个FBG传感器包括两个FBG应变传感器和一个FBG温度传感器；或只提供一个光纤应变传感器和一个FBG温度传感其中结合了至少一个变形和/或应变传感器的部分的材料是由铝或铸铁或通常的铝合金或和/或应变传感器被结合到制动卡钳本身的本体中，并检测在制动期间施加到制动卡钳本传感器结合在制动卡钳的易损件诸如制动片中的技术解决[0170]根据不同的可能实施方式，感测式制动卡钳是固定式制动卡钳或浮动式制动卡[0171]现在将参照图1至图5B描述通过在制动系统的至少一个制动卡钳10中进行的检测来检测和测量由车辆制动系统的致动产生的制动力和/或制动扭矩BF/BT的[0172]这样的系统100包括：根据上述实施方式中的任何实施方式的至少一个感测式卡[0173]上述光学读取/询问单元4被配置为基于接收到的所述至少一个第一光子信号L生[0174]在感测式卡钳10外部的远程控制单元20连接至光学读取/询问单元4以接收至少一个第一电信号，并被配置为处理表示变形和/或应变S的上述至少一个第一电信号E以获得并提供对制动力和/或制动扭矩BF/BT的[0176]在这种情况下，光学读取/询问单元4还连接至感测式卡钳的第二光子连接装置6一个第一电信号E和所述至少一个第二电信号Et来获得对制动力和/或制动扭矩BF/BT的测[0180]根据系统100的实施方式，光学读取/询问单元4还被配置为启用被包括在感测式卡钳10中的光纤布拉格型的光纤应变传感器2和/或温度传感器5，从而传输第一光学启用[0181]根据该系统的实施方案，光学读取/询问单元4还被配置为通过波分复用WDM传输[0182]根据系统100的不同实施方案，它在制动卡钳10的外部包括根据上面例示的光学读取/询问单元4的设计变型中的任何一个设计变型的光学读取/询[0183]特别地，根据系统100的实施方案，光学读取/询问单元4包括宽波段光学辐射源[0184]宽波段光学辐射源40被配置为传输一个第一光学启用辐射OA或多个第二光学启[0187]可调谐光学辐射源42被配置为在给定的时间处传输期望的光辐射OAn(以相应的[0188]发射的光辐射OAn照射(通过光循环器46的输入端口和直通端口)容纳FBG传感器子信号通过光循环器46的输出端口耦合到光敏[0189]至少一个光敏二极管光电接收器43被配置为接收上述第一回射光子信号Ln并将该第一回射光子信号转换为所述第一电信号En(或类似地接收第二光子信号Lt并将该第二[0190]根据系统100的另一实施方案，光学读取/询问单元4完全通过使用PIC(光子集成[0191]宽波段光学辐射源40被配置为传输一个第一光学启用辐射OA或多个第二光学启端口和直通端口照射容纳FBG传感器的光纤，每个FBG传感器反射相应的光子信号La、Lb、体的光子信号WDM通过光循环器46的输出端口被输送到至少一个滤光元[0193]至少一个波长光学滤波元件44可以被调谐到被问询的光纤布拉格光栅的波长周元件44可以被调谐到不同的波长，从而根据需要依次或在不同时间选择由任何一个FBG传[0194]光电光敏二极管接收器43被配置为接收从上述光子信号中选定的光子信号并将[0195]参照上述对读取/问询单元4的不同实施方式的描述(并参照图12-图14)，可以很容易地理解的是，完全相似的描述在以下情况下加以变通应用：三个FBG传感器包括两个FBG应变传感器和一个FBG温度传感器；或只提供一个光纤应变传感器和一个FBG温度传感[0196