BR112015026168B1 - Método e dispositivo para estimação em tempo real da pressão aplicada e do ruído em um elemento de freio, em particular uma pastilha de freio - Google Patents

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA ESTIMAÇÃO EM TEMPO REAL DA PRESSÃO APLICADA E DO RUÍDO EM UM ELEMENTO DE FREIO, EM PARTICULAR UMA PASTILHA DE FREIO. Trata-se de um método em que um elemento de freio (1) é sensorizado por meio de pelo menos um sensor piezocerâmico (15) disposto entre um elemento de suporte metálico (11) e um bloco (14) de material de atrito de um elemento de freio, dito sensor completamente embutido no bloco de material de atrito; um sinal de tensão elétrica (ST) gerado por pelo menos um sensor piezocerâmico, sem a necessidade de uma fonte de alimentação elétrica, é captado por um circuito elétrico (18) que é integrado no elemento de suporte metálico, e o sinal elétrico é processado em tempo real na forma de amostras de duração de tempo iguais por unidade de tempo do sinal detectado processando-se sucessivamente em tempo real cada amostra da amostra de duração de tempo igual do sinal aplicando-se um algoritmo selecionado a partir do grupo: uma sequência de integrações de valores de tensão na amostra realizada em um intervalo de tempo na ordem de milissegundos; amostra de dados de tensão de FFT; integral das amostras de dados de tensão.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção se refere a um método e a um dispositivo para a estimação em tempo real da pressão aplicada e, mais particu-larmente, à distribuição de tal pressão, juntamente com o ruído presente em um elemento de freio, em particular, uma pastilha de freio, por meio da detecção direta das forças que agem no dito elemento de freio, quando em uso, durante a operação de frenagem de um veículo.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Com os sistemas de frenagem de veículo atualmente em produção, não há outro modo além do uso de sistemas externos extremamente complexos, para detectar, quando em uso em um veículo, as forças que são trocadas em uso entre as pastilhas de freio (ou sapatas de freio para veículos ainda equipados com freios a tambor) e o elemento a ser freado, o disco ou o tambor, que é ligado à roda.

[003] Normalmente, duas pastilhas de freio por disco de veículo (e, portanto, por roda) são controladas por uma pinça mecânica que é atuada por um circuito hidráulico e/ou elétrico quando se usa o veículo e que exerce pressão nas pastilhas, a qual é proporcional à força aplicada ao pedal de freio. À medida que a pressão (nominal) é exercida pela pinça, as pastilhas são empurradas contra o disco exercendo uma força que se opõe à rotação do disco, freando, dessa forma, o veículo.

[004] A distribuição de pressão variante que resulta durante o processo de frenagem faz com que os movimentos indesejados da pastilha de freio na própria pinça gerem, dessa forma, diferentes fenômenos conhecidos na técnica de pastilhas de freio como, por exemplo, torque residual, vibração e ruído.

[005] A presença de imperfeições no sistema de frenagem por exemplo, na maioria dos casos, devido ao desgaste das partes mecânicas empregadas (em particular, o disco, a pinça e as pastilhas de freio), leva ao contato entre as superfícies projetadas para executar a frenagem que, ao longo do tempo, é não homogênea. Acima de tudo, como um resultado de frenagem pesada, pode ocorrer que o contato permaneça entre as pastilhas e o disco mesmo após o pé ser tirado do pedal de freio, resultando, dessa forma, no fenômeno chamado "torque residual". O torque residual também pode ser gerado pela formação de ressaltos no disco, que podem já estar presentes quando montado, em primeiro lugar, ou que se formam como um resultado do superaquecimento de disco em excesso.

[006] Em relação ao ruído, o mesmo pode ser gerado em frequências diferentes na faixa de 0,1 a 20.000 Hz.

[007] Atualmente, não é possível detectar a distribuição de pressão de outra maneira senão estática com o uso de papel sensível à pressão ou, então, por meio de sistemas que fazem interface diretamente com computadores como, por exemplo, o sistema de mapeamento de pressão I-Scan® da Tekscan (http://www.tekscan.com/brake-pad-pressure- distribution).

[008] Também não é possível detectar o tipo de ruído, se não com equipamentos complexos como microfones e acelerômetros posi-cionados, como necessário, no sistema de frenagem; independente do fato de o sistema de frenagem ser montado em um dinamômetro de chassi ou em outro lugar no veículo.

[009] Isso significa que, no que diz respeito às questões provenientes do funcionamento imperfeito da pinça de freio em vez da pastilha ou disco, os sistemas de frenagem de veículo atuais são "cegos".

[0010] Os documentos EP1531110 e GB2478423 que descrevem os sistemas de frenagem de veículo, em que os sensores piezelétricos são dispostos, respectivamente, no disco de freio ou entre o pistão e a placa posterior das pinças de freio (a "placa posterior" é o elemento de suporte metálico do material de atrito da pastilha de freio que constitui o elemento transportador) para a finalidade de produzir, respectivamente, um sinal que é empregado por um motor elétrico para ajustar a posição do pistão de pinça de freio ou, então, detectar quaisquer sinais de travamento de roda durante a frenagem, não resolvem o problema.

[0011] O documento EP1431606B1 descreve um método para a medição de forças aplicadas a uma camada de material de atrito em que uma camada funcional, cuja resistência elétrica varia como uma função das forças aplicadas à mesma, é associada à dita camada de material de atrito; a variação na resistência elétrica da camada funcional é, então, medida e está em proporção com a grandeza das forças aplicadas.

[0012] O documento EP1923592B1 descreve, em vez disso, um freio ou elemento de atrito que tem uma camada de atrito e uma placa de suporte com pelo menos um sensor capacitivo disposto entre a camada de atrito e a placa de suporte, cuja capacitância varia como uma função da força aplicada à dita camada de atrito.

[0013] O documento US2006/0254868 descreve um sistema similar àquele do documento EP1431606B1, em que a variação na resistência elétrica de uma camada de elemento de freio de material de atrito, como uma pastilha de freio, é medida diretamente.

[0014] Até mesmo os sistemas descritos nos documentos EP 1431606B1, EP1923592B1 e US2006/0254868 não resolvem o problema da técnica mencionado acima, uma vez que os mesmos se baseiam na variação de capacidade elétrica ou de resistência elétrica de um sensor ou de toda uma camada funcional, o que permite, com precisão relativa, apenas a detecção estática, ou muito lenta, das forças aplicadas à pastilha de freio, mas não têm a capacidade de detectar rápidas variações de força como aquelas que ocorrem durante a fre- nagem.

[0015] Além do mais, esses sistemas precisam ser continuamente abastecidos com eletricidade, o que confere desvantagens, como a quantidade relativa de energia consumida e as complicações construtivas consideráveis associadas ao fato de garantir o fornecimento de energia elétrica entre as partes que estão em movimento rápido relativo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0016] O propósito da presente invenção é fornecer um método e um dispositivo para a determinação em tempo real da pressão aplicada e do ruído presentes em um elemento de freio, em particular uma pastilha de freio, de forma simples e econômica, por meio da detecção, em tempo real, da presença e/ou da intensidade das tensões na interface entre o elemento de freio (pastilha ou sapata) e o elemento que é freado (freio a disco ou freio a tambor) durante a frenagem.

[0017] Também é um propósito preferencial da invenção permitir a medição contínua da distribuição das pressões de contato que agem no elemento que é freado e do coeficiente de atrito entre o elemento de freio e o elemento que é freado, por exemplo, entre a pastilha de freio e o disco.

[0018] A invenção se refere, portanto, a um método para a estimação em tempo real da pressão aplicada e do ruído presente em um elemento de freio, em particular, uma pastilha de freio, como definido na reivindicação 1. A invenção também se refere a um dispositivo projetado para executar o método acima, como definido na reivindicação 15.

[0019] Na presente invenção e abaixo, deve-se compreender que o termo "em tempo real" significa que a sequência de resultados fornecida pelo sistema (detecção e processamento de parâmetros desejados como pressão aplicada, a presença de ruído e o coeficiente de atrito) é rápida o bastante para permitir que o sistema de frenagem aja de acordo enquanto o fenômeno que gera os ditos parâmetros medidos ainda estão em funcionamento.

[0020] A solução, de acordo com a invenção, envolve a inserção entre o elemento de suporte do bloco de material de atrito do elemento de freio, em particular, definido pela placa posterior de uma pastilha de freio, e o bloco do próprio material de atrito, de sensores definidos por elementos piezocerâmicos em uma configuração adequada, por exemplo, distribuída de uma maneira distinta e, de preferência, de acordo com uma matriz simétrica, por toda a extensão da interface entre o elemento de suporte e o bloco de material de atrito, de modo a permitir, em uso, a detecção oportuna da pressão aplicada e da distribuição de tal pressão. Os componentes piezocerâmicos (sensores), que transduzem energia mecânica em energia elétrica, têm a capacidade de gerar um sinal elétrico, uma tensão, por exemplo, sem a ne-cessidade de energia elétrica, e de transmitir o dito sinal para a pinça que controla as pastilhas de freio em vez da unidade de controle eletrônico do veículo que controla a dinâmica do veículo e da própria pinça. As informações são, então, pós-processadas por meio de algoritmos adequados a fim de obter as informações desejadas finais, como a distribuição de pressão e seu centro de pressão relativa juntamente com uma definição do tipo de ruído, a presença de torque residual e o valor de coeficiente de atrito.

[0021] Por exemplo, com o uso de uma pastilha de freio com sensores piezocerâmicos integrados, quando tal pastilha for conectada a um sistema de processamento de dados adequado, é possível determinar o tipo de vibração e/ou ruído presente, sem o uso de microfones e/ou acelerômetros adicionais.

[0022] De acordo com a invenção, isso é alcançado através do processamento do sinal elétrico por meio de uma Transformada Rápida de Fourier (FFT) e/ou integrando-se os valores de tensão detecta- dos presentes nas amostras de durações de tempo iguais dos sinais de tensão gerados pelos sensores em uma unidade de tempo.

[0023] Surpreendentemente, o sinal obtido por meio do processa mento em tempo real da FFT do sinal elétrico gerado por cada sensor piezocerâmico, corresponde à frequência do ruído que pode ser detectado, na operação ou por meio de instrumentação no painel do veículo. Dentre os tipos de ruído que podem ser detectados, é possível identificar, por exemplo, o "ruído de média e alta frequências (squeal)" e o "ruído de baixa frequência (creep-groan)", juntamente com as vibrações que são produzidas não apenas pelo sistema de freio, mas também pelo sistema de suspensão de veículo ou próprio processo de teste operacional. Deve-se notar que, de acordo com um significado atribuído de modo geral àqueles termos por especialistas técnicos no campo, o "ruído de média e alta frequências" é um ruído causado pelas vibrações induzidas por forças de atrito, em que os modos de vibração de disco de freio são acoplados àqueles das próprias sapatas de material de atrito de pastilha de freio; o "ruído de baixa frequência" é um ruído de alta intensidade, baixa frequência gerado pelas vibrações que afetam os veículos na estrada em velocidades baixíssimas.

[0024] Também é possível determinar qual sensor, e consequentemente, a posição da pastilha de freio, que gera ruído, a fim de, por exemplo, ser capaz de avaliar eficazmente por meio de testes operacionais o efeito que chanfros/cortes têm na pastilha de freio e/ou em qualquer relevo que possa ser implantado a fim de obter um efeito an- tirruído.

[0025] Em relação ao torque residual, é possível determinar sua grandeza integrando-se os dados de tensão em tempo real, em particular, integrando-se as amostras de sinal de duração de tempo igual provenientes dos sensores.

[0026] De modo similar, empregando-se pelo menos um sensor piezelétrico que é capaz de detectar as forças de cisalhamento, com o uso dos valores obtidos a partir dos dados de tensão aproximados resultantes e/ou a partir da integral do próprio sinal, o coeficiente de atrito pode, então, ser determinado por meio da relação conhecida:μ = FT/FN em que μ é o coeficiente de atrito alvo, FT é a força tangencial que age na interface entre a pastilha de freio e o elemento que é freado (nesse caso, tangencialmente ao disco de freio) e FN é a força normal aplicada ao disco de freio.

[0027] Dado que o sinal de sensor piezelétrico também é proporci onal à pressão exercida e à rigidez do sistema, então, com o uso de uma relação matemática adequada, a ser explicada posteriormente, é possível empregar os sensores piezoelétricos como detectores de desgaste indiretos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] As características e vantagens adicionais da presente in venção se tornarão mais evidentes a partir da descrição a seguir de uma modalidade não limitadora exemplificadora dada puramente por meio de exemplo e com referência às Figuras nos desenhos em anexo, em que:

[0029] - a Figura 1 é uma vista esquemática em elevação e parci almente de acordo com uma vista em corte longitudinal tomada ao longo do eixo de roda de um sistema de frenagem de veículo equipado com um dispositivo de acordo com a invenção;

[0030] - a Figura 2 ilustra esquematicamente uma vista em perspectiva explodida e de acordo com sua sequência de construção, um elemento de freio, nesse caso, uma pastilha de freio, que constitui um elemento essencial do dispositivo na Figura 1 de acordo com a invenção;

[0031] - as Figuras 3, 4, 7 e 8 ilustram os respectivos diagramas comparativos dos sinais que são detectados e processados de acordo com o método da invenção com o uso do dispositivo ilustrado nas Figuras 1 e 2;

[0032] - a Figura 5 ilustra um diagrama exemplificador em relação a uma metodologia de cálculo de acordo com o método da invenção; e

[0033] - a Figura 6 ilustra esquematicamente e em uma escala am pliada, um detalhe dos componentes de elemento de freio da Figura 2.

MODALIDADE PREFERENCIAL DA INVENÇÃO

[0034] Com referência às Figuras 1, 2 e 6, é indicado integralmente,com a referência numérica 1, um elemento de freio de veículo sensoriza- do, uma pastilha de freio no exemplo ilustrado, que é destinada a equipar um sistema de frenagem 2 (Figura 1), dotado de um disco 3 (sistema de freio de disco); em que um disco 3 é fixado, como é conhecido na técnica, a cada roda do veículo (não mostrado por questão de simplicidade) e, portanto, gira ao redor de um eixo geométrico de roda A.

[0035] O sistema de frenagem 2 inclui, além do disco 3 (e, portanto, para cada roda do veículo) e por cada disco 3, uma pinça de freio 4 equipada com um atuador 5, conhecido na técnica, e um par de pastilhas de freio 1 transportadas pela pinça de freio 4 juntamente com o atuador 5, em que as pastilhas 1 que, em uso, podem ser pressionadas contra o disco 3 por meio do atuador 5 a fim de frear a rotação do disco 3 e com isso, a roda à qual é fixado e, como um resultado, o veículo é equipado com o sistema de frenagem 2.

[0036] Aqui e abaixo, o termo "em uso" significa que o element de freio está em uma condição operacional, por exemplo, montado em um sistema de frenagem transportado por um veículo, se não por um teste operacional, independente do caso de o sistema de frenagem ser ativado ou não e que, portanto, o sistema de frenagem pressiona o elemento de freio contra o elemento a ser freado.

[0037] O atuador 5 que é ilustrado em uma modalidade não limitadora é do tipo hidráulico, equipado com um pistão 6 que desliza dentro de uma câmara preenchida com óleo 7 que é pressurizada por meio de uma tubulação 8 quando um usuário pressiona o pedal de freio do veículo e que é, de modo mais geral, controlado por uma unidade de controle de veículo 10. Obviamente, o atuador 5 também pode ser do tipo elétrico, em cujo caso será diretamente controlado pela unidade de controle a bordo 10. Também fica evidente que o conteúdo descrito mais adiante neste documento também se aplica aos sistemas hidráulicos elétricos combinados.

[0038] Tanto aqui quanto abaixo, será feita referência específica a um elemento de freio que consiste em uma pastilha de freio 1, mas fica evidente que o que será dito também é aplicável, de modo idêntico, à sapata de freio de um freio a tambor, de modo que o sistema de frenagem 2 descrito acima também possa ser de um tipo misturado que consiste em dois discos 3 apenas (por exemplo, para as rodas frontais do veículo) e dois tambores de freio (conhecidos na técnica e não mostrados por questão de simplicidade) para as rodas traseiras que, em uso, operam com os elementos de freio que consistem em sapatas de freio em vez de com as pastilhas de freio 1.

[0039] Com referência à Figura 2 também, os elementos de freio 1 formam parte de um dispositivo para determinar em tempo real, a bordo do veículo, a pressão aplicada e o ruído gerado em cada elemento de freio 1, cujo dispositivo é representado como um todo na Figura 1 pela referência numérica 100.

[0040] Para esse propósito, os elementos de freio 1 são projetados como mostrado esquematicamente na Figura 2, em que um elemento de freio 1 é ilustrado na configuração explodida a fim de realçar seu processo de produção, que será discutido posteriormente.

[0041] Consequentemente, de acordo com um aspecto da invenção, os elementos de freio 1 incluem, além de um elemento de suporte metálico 11, uma camada de amortecimento e isolamento contra o ca- lor 12C, conhecida como uma "camada inferior" e um bloco 14 de material de atrito, todos conhecidos na técnica, pelo menos um sensor piezocerâmico 15, indicado esquematicamente na Figura 1, como apenas uma camada adicional que é intercalada entre o bloco 14 de material de atrito e o elemento de suporte metálico 11.

[0042] Em particular, a camada de isolamento e amortecimento 12C é posicionada acima de uma primeira superfície 13 do elemento de suporte metálico 11 que, em uso, é destinado a estar voltado para um elemento a ser freado, no caso ilustrado no disco 3, de um veículo, e o bloco 14 de material de atrito é mantido rígido pelo elemento de suporte metálico 11 no lado da superfície 13 e acima da camada de isolamento/amortecimento ou camada inferior 12C.

[0043] No caso de pastilhas de freio, como na modalidade não limitadora ilustrada, o elemento 11, de outro modo conhecido como uma "placa posterior", é conformado como uma placa plana com um contorno conformado. Deve-se compreender que, no caso de uma sapata de freio, haverá elementos que correspondem àqueles descritos no presente documento para a pastilha de freio 1 para a qual, para aqueles versados na técnica, a descrição a seguir é facilmente transferível de modo que as sapatas de freio sensorizadas também possam ser construídas.

[0044] Conforme deve ser visto, o pelo menos um sensor 15 permite a detecção das forças de contato entre as pastilhas 1 e o disco 3 quando em uso. De fato, o pelo menos um sensor piezocerâmico 15 converte a energia mecânica recebida, na forma de, por exemplo, força ou pressão, em energia elétrica sem a necessidade de uma fonte de alimentação. Quando constrito para variar sua espessura na direção da dita força, o mesmo gera, consequentemente, uma diferença de potencial, isto é, um sinal de tensão elétrica ou carga elétrica que varia de acordo com a grandeza da força aplicada.

[0045] Na modalidade não limitadora preferencial ilustrada, cada pastilha de freio 1 compreende não somente um sensor 15, como também uma pluralidade de sensores piezocerâmicos 15, que estão diretamente integrados com a superfície 13 e que são distanciados, de preferência, dispostos de acordo com uma disposição simétrica; ademais, os sensores 15 podem ser individualmente ativados.

[0046] Os sensores piezocerâmicos 15 empregados de acordo com a invenção diferem dos acelerômetros piezocerâmicos conhecidos devido ao fato de que os mesmos estão sem massa sísmica, sendo formados apenas do elemento ativo. Além disso, de acordo com a invenção, os sensores 15 empregados devem ser projetados para ter uma resposta de sinal no campo acústico de 20 Hz a 20.000 Hz e, para esta finalidade, retratam um tempo de resposta (o intervalo entre submeter o sensor ao esforço mecânico e a geração subsequente pelo sensor do sinal elétrico) igual a 25 microssegundos ou menos. A fim de obter a exatidão de sinal ideal, é preferencial que os sensores piezocerâmicos sejam escolhidos de tal modo a apresentar um tempo de resposta, como definido acima, igual ou menor que 0,16 microssegundo.

[0047] O pelo menos um sensor piezocerâmico 15 ou a pluralidade de sensores 15 é/são disposto(s) entre o bloco 14 de material de atrito e o elemento de suporte metálico 11 do elemento de freio 1, completamente embutido no bloco 14 de material de atrito e diretamente sustentado de modo rígido pelo elemento de suporte metálico 11, na superfície 13 do elemento de suporte metálico 11 que é revestida pelo bloco 14 de material de atrito que, em uso, se volta para o elemento a ser freado 3.

[0048] Em particular, o pelo menos um sensor/pluralidade de sensores 15 é/são integrado(s) diretamente na superfície 13 do elemento de suporte metálico 11 antes de construir a pastilha de freio 1 em sua totalidade e, portanto, antes de formar, com o uso de procedimentos conhecidos na técnica, a camada de amortecimento e isolamento contra o calor 12C e o bloco 14 de material de atrito. Também, antes de formar a camada de amortecimento/isolamento contra o calor 12C, uma camada isolante eletricamente contínua ou descontínua adicional 12B (Figura 2) em que o pelo menos um sensor 15/pluralidade de sensores 15 permanece(m) completamente confinado(s) sem a criação de quaisquer bolhas de ar, é implantada na superfície 13.

[0049] Na camada eletricamente isolante 12B, de uma maneira conhecida na técnica, a camada 12C e o bloco 14 de material de atrito são, então, construídos de tal modo a cobrir completamente o(s) sen- sor(s) 15 disposto(s) na superfície 13, de modo que o bloco 14 se torne integral em uma peça com a placa posterior 11, e de modo que o pelo menos um sensor 15/pluralidade de sensores 15 permaneça(m) embutido(s) no bloco 14 de material de atrito com a interposição da camada de isolamento e amortecimento 12C, diretamente incorporada na última, com apenas a interposição da camada eletricamente isolan- te relativa 12B. Quando houver apenas um sensor 15, o mesmo pode ocupar apenas uma posição /porção limitada da superfície 13, se não, o mesmo pode ser implantado na forma de um filme de cerâmica que cobre toda ou apenas uma parte da superfície 13.

[0050] Por uma questão de simplicidade, as camadas 12B e 12C são esquematicamente ilustradas na Figura 1 na forma de uma única camada, indicada pelo número 12.

[0051] Em uma modalidade preferencial, a pluralidade de sensors piezocerâmicos 15 consiste em sensores de pressão que são distanciados de modo a ocupar toda a superfície 13, mas apenas de uma maneira distinta, isto é, em correspondência com os pontos/porções limitadas predeterminados da mesma.

[0052] Os sensores 15 podem ser escolhidos dentre os tipos comerciais, contanto que os mesmos sejam de uma espessura, medida perpendicularmente em relação à superfície 13, igual ou menor que a daqueles da camada de amortecimento ou camada inferior 12C e sejam fixados à superfície 13 através de colagem, por exemplo, ou por outros procedimentos conhecidos na técnica.

[0053] Alternativamente, os sensores 15 podem ser formados diretamente in situ no elemento de suporte ou placa posterior 11 integrando, dessa forma, os mesmos diretamente com a superfície 13, ligando integralmente os mesmos à dita superfície 13, por exemplo, através de sinterização, conforme esquematicamente ilustrado na Figura 2, por exemplo, por meio de um feixe de laser 30. Em relação ao material usado para integrar os sensores piezocerâmicos 15, um tipo "macio" ou "rígido" de composto de PZT (titanato zirconato de chumbo) pode ser usado, se não, por exemplo, um composto de titanato de sódio bismuto ou metaniobato de chumbo modificado. A lista de materiais possíveis aqui fornecidos não é abrangente e qualquer material piezo- cerâmico atualmente conhecido na técnica ou que possa estar dispo-nível no futuro e que satisfaça os requisitos pode ser usado na presente invenção.

[0054] A pastilha de freio 1 também inclui um circuito elétrico 18 mostrado na Figura 2 apenas de um modo esquemático e sem qualquer relação com a realidade.

[0055] Com referência à Figura 6, cada sensor piezocerâmico 15 compreende um bloco piezocerâmico 115 produzido a partir de um material piezocerâmico que tem uma temperatura de Curie maior que 200°C, dotado de um par de conexões elétricas formadas por eletrodos 16 de polaridades opostas, que são fornecidas em faces opostas do bloco piezocerâmico 115 e que são conectadas de qualquer modo adequado, não mostradas em detalhes por questão de simplicidade, ao circuito elétrico 18, que é integrado com o elemento de suporte metálico 11 do elemento de freio 1.

[0056] Na modalidade preferencial ilustrada, entre o bloco 14 de material de atrito e o elemento de suporte metálico 11 de cada pastilha de freio/elemento de freio 1, uma pluralidade de primeiros sensores piezocerâmicos 15b dispostos de modo que os mesmos sejam distanciados a fim de ocupar de modo distinto toda a primeira superfície 13 do elemento de suporte metálico 11 que é revestida pelo bloco 14 de material de atrito e pelo menos um segundo sensor piezocerâmico 15c disposto dentre os primeiros sensores piezocerâmicos 15b, são dispostos na superfície 13 e completamente embutidos no bloco 14 de material de atrito.

[0057] Um dos sensores 15b é ilustrado esquematicamente na Figura 6. Os sensores 15b têm um formato cilíndrico aplainado e são formados por um bloco cilíndrico de material piezocerâmico 115b e por dois eletrodos 16b que cobrem, inteiramente, as respectivas faces de base 116b do bloco 115b. De modo inverso, o sensor 15c, também ilustrado esquematicamente na Figura 6, tem um formato de paralelepípedo aplainado e consiste em um bloco de paralelepípedo de material piezocerâmico 115c e de duas conexões de sinal elétrico definidas por eletrodos 16c que cobrem, inteiramente, as respectivas faces de base 116c do bloco 115c.

[0058] Os sensores piezocerâmicos não são, logicamente, produzidos a partir de materiais que têm propriedades piezelétricas, mas apenas de materiais que, graças a sua estrutura cristalina assumem as propriedades piezelétricas após o processo de polimerização adequado.

[0059] Os sensores 15b são, dessa forma, polarizados em uma direção perpendicular à superfície 13 e às respectivas faces 116b que são dotadas de eletrodos 16b; enquanto que o pelo menos um sensor piezocerâmico 15c é polarizado em uma direção paralela à superfície 13 e às respectivas faces 116c que tem os eletrodos 16c, em particular, perpendicularmente às respectivas faces 117 ilustradas na Figura 6 por linhas tracejadas, cujas faces, durante o processo de produção de sensor 15c, são revestidas com eletrodos de polarização 118 (ilustrados esquematicamente, por linhas tracejadas na vista explodida, na Figura 6), que são, então, removidos.

[0060] Desse modo, os primeiros sensores piezocerâmicos 15b são projetados para gerar um sinal de tensão em resposta à aplicação de tensão paralela à direção, em uso, da pressão aplicada ao elemento de freio 1, enquanto o pelo menos segundo sensor piezocerâmico 15c é projetado para gerar um sinal de tensão em resposta à aplicação de tensão transversal à direção, em uso, da pressão aplicada ao elemento de freio 1, em particular, tangencialmente ao disco 3 e ao eixo geométrico relativo de rotação A.

[0061] O circuito elétrico 18 é conectado a um conector elétrico 20,no exemplo não limitador ilustrado por meio de um cabo 19, que pode, no entanto, ser omitido diretamente tornando-se o conector 20 uma parte integrante do elemento de suporte metálico 11. O conector 20 e o circuito elétrico 18 são construídos de tal modo a não serem apenas projetados para receber e transmitir os sinais elétricos gerados e transmitidos, em uso, pelo(s) sensor/sensores 15, mas também para serem conectados a um gerador de tensão 25 (Figura 2), por exemplo, no fim do processo de fabricação de pastilha 1 para o propósito de inclinar e/ou repolarizar o(s) sensor(es) 15, que, de outro modo, pode- ria(m) permanecer inerte(s) ou sem funcionamento total.

[0062] O dispositivo 100, de acordo com a invenção, também compreende um meio de processamento 22 que é, por exemplo, conectado de um modo destacável ao circuito elétrico 18 e ao pelo menos um sensor piezocerâmico 15 (à pluralidade de sensores 15b e 15c) por meio do conector 20 e do cabo elétrico opcional 19 de cada pastilha de freio 1. O meio de processamento 22 também pode ser integrado no conector 20 e será, em qualquer caso, conectado à unida de de controle 10 que controla os atuadores 5 que, em uso, são destinados a pressionar o bloco 14 de material de atrito de cada elemento de freio 1 contra o elemento a ser freado definido pelo disco 3 (ou por um tambor do freio no caso de freios a tambor).

[0063] De acordo com um aspecto adicional da invenção, a pastilha de freio 1 também inclui, além de um único sensor piezocerâmico 15 ou uma pluralidade de sensores piezocerâmicos 15b e 15c, um sensor de temperatura 21 de qualquer tipo conhecido, que também é integrado na placa posterior 11 de um modo similar aos sensores 15 e que é eletricamente conectado ao circuito elétrico 18 e que, em uso, também transmite os sinais elétricos (por exemplo, uma tensão) para o conector 20.

[0064] O circuito elétrico 18 e o conector 20 (juntamente com o cabo opcional 19) são produzidos a fim de fornecer ao meio de processamento 22 sinais separados para cada sensor 15 e 21.

[0065] Cada elemento de freio 1, de acordo com a invenção, compreende, portanto, além dos componentes já descritos:

[0066] - meios, representados pelo conector 20 (e pelo cabo opcional 19) para captura, a partir do pelo menos um sensor piezocerâmi- co 15/dos sensores 15b, 15c (e do sensor 21 quando presente) e por meio do circuito 18, de um respectivo sinal de tensão elétrica gerado pelo(s) sensor(es), sem a necessidade de uma fonte de alimentação separada, em resposta à aplicação a cada sensor 15/15b, 15c de um esforço mecânico que resulta do contato entre o elemento de freio 1 e o elemento a ser freado 3;

[0067] - primeiros meios 121, representados por um bloco desenhado com linhas tracejadas na Figura 1, para o processamento em tempo real do sinal de tensão elétrica gerado por pelo menos um sensor piezo- cerâmico 15/pelos sensores 15b, 15c a fim de gerar amostras de duração de tempo iguais do dito sinal, em outras palavras, segmentando o sinal em sequências tomadas em intervalos de tempo constantes;

[0068] - segundos meios 122, também representados por um bloco desenhado com linhas tracejadas na Figura 1, para o processamento em tempo real de cada uma das amostras de duração de tempo iguais do sinal gerado por pelo menos um sensor piezocerâmico 15/pelos sensores 15b, 15c aplicando-se um algoritmo adequado às ditas amostras de duração de tempo iguais do sinal.

[0069] De acordo com um aspecto da invenção, esse algoritmo é selecionado a partir do grupo que consiste em: uma sequência de integrações dos valores de tensão presentes nas amostras de duração de tempo iguais do sinal, em que cada integração é executada em um intervalo de tempo na ordem de milissegundos; FFT (Transformada Rápida de Fourier) das tensões na amostra de duração de tempo igual do sinal; integral das tensões nas amostras de duração de tempo igual do sinal; qualquer combinação dos mesmos.

[0070] Os meios de processamento 121 e 122 podem ser integrados no meio de processamento 22, como ilustrado esquematicamente na Figura 1, se não implantados separadamente ou como uma parte integrante, na forma de hardware ou software, da unidade de controle 10.

[0071] O dispositivo 100 de acordo com a invenção, além do meio de processamento 22 que é integrado, ou ligado, aos meios de processamento 121 e 122 e o sensor 15/sensores 15b, 15c incorporado(s) em cada elemento de freio 1, também compreende meios de sinalização 29 que podem ser ativados pelo meio de processamento 22 ou pela unidade de controle 10 em resposta a um sinal elétrico processado pelos meios de processamento 121 e 122, como será visto abaixo.

[0072] Por meio do dispositivo 100 descrito e, em particular, graças aos elementos de freio 1 sensorizados adequadamente, conforme já descrito de acordo com a invenção, os mesmos podem ser implantados, tanto no veículo durante seu uso normal e, portanto, durante todas as fases de frenagem do veículo, quanto durante os testes operacionais do sistema de frenagem 2, um método para a estimação em tempo real da pressão aplicada e o ruído presente em um elemento de freio, como o elemento de freio 1 (nesse caso, a pastilha de freio) um método que é ilustrado nos diagramas experimentais das Figuras 3, 4, 7 e 8, os diagramas que foram obtidos a partir de testes operacionais executados em protótipos de pastilha de freio 1 equipada com múltiplos sensores 15b juntamente com um único sensor 15c, como descrito anteriormente, e que envolve as etapas listadas abaixo.

[0073] Uma primeira etapa do método da invenção envolve ter pelo menos um sensor piezocerâmico 15 ou 15b, 15c entre o bloco 14 de material de atrito e o elemento de suporte metálico 11 do elemento de freio 1, que é completamente embutido no bloco 14 de material de atrito e sustentado diretamente de modo integral pelo elemento de suporte metálico 11, na superfície 13 do elemento de freio 1 que é revestida pelo bloco 14 de material de atrito e que, em uso, é voltada para o elemento a ser freado 3, como previamente descrito em detalhe.

[0074] Uma segunda etapa do método da invenção envolve a captura, a partir do pelo menos um sensor piezocerâmico 15/a partir de sensores 15b, 15c, por meio do circuito 18 e com o elemento de freio 1, em uso, e, portanto, com o elemento a ser freado 3 em rotação ao redor do eixo geométrico A, de um respectivo sinal elétrico, no exemplo ilustrado, uma tensão ST, cuja tendência ao longo do tempo é ilustrada na parte superior das Figuras 3, 4, 7, 8. O sinal ST é gerado pelo sensor 15/sensores 15b, 15c, sem a necessidade de uma fonte de alimentação, em resposta à aplicação de um esforço mecânico nos sensores 15 que resultam do contato entre o elemento de freio 1 e o elemento a ser freado 3.

[0075] No exemplo ilustrado, a pastilha de freio sensorizada 1 empregada nos experimentos que geraram os gráficos das Figuras 3, 4,7, 8 foi equipada com quatro sensores 15b (o sinal dos canais A, C, D e E) e um sensor 15c (o sinal de canal B). Os gráficos ilustrados nas Figuras 4, 7 e 8, se referem, cada um, a eventos de frenagem completos, o evento de frenagem no gráfico da Figura 4 foi executado de uma maneira repentina, como evidenciado pelos picos iniciais no sinal ST; a operação de frenagem para os gráficos nas Figuras 7 e 8 foi executada, em vez disso, gradualmente. Os picos finais no sinal ST nas Figuras 4, 7 e 8 correspondem ao fim da operação de frenagem e, portanto, à separação do elemento de freio 1 do elemento que é freado 3.

[0076] Deve-se notar que uma simples examinação desses gráficos (e, portanto, a mera compreensão dos dados brutos) revela, por exemplo, que a primeira pastilha de freio usada durante a operação de frenagem na Figura 4 apresenta um contato anormal no sensor 15b relacionado ao canal D, que é realçado pelo pico de tensão negativo. Essas informações por si só, produzidas, por exemplo, durante o teste operacional de uma nova pastilha de freio, permitiriam a revisão de projeto da dita pastilha de freio e/ou seu suporte (pinça) a fim de evitar esse problema quando subsequentemente em uso em um veículo. Ou onde obtidas a partir de um veículo em uso, essas informações poderiam ser passadas para a unidade de controle 10, que operariam, por exemplo, de uma maneira adequada, um ou mais dos atuadores 5 situados na pinça de freio.

[0077] O gráfico da Figura 3 (seção superior) se refere ao sinal ST produzido por um único sensor 15b (relacionado ao canal A) sob condições de operação de pastilha de freio 1 diferentes, como mostrado na legenda na parte inferior da mesma Figura 3, ou seja, quando a pastilha 1 não estiver em contato com o disco 3 e quando a pastilha 1 se aproximar do disco 3.

[0078] Uma terceira etapa do método da invenção envolve o processamento em tempo real do sinal de tensão elétrica ST gerado pelo sensor piezocerâmico 15/sensores 15b, 15c de modo que as amostras de duração de tempo iguais sejam tomadas do próprio sinal, por exemplo, para cada segundo de frenagem, cuja amostra é representada por todos os pontos das curvas que representam o sinal ST na unidade de tempo sob consideração. Na modalidade discutida, uma pluralidade de amostras de duração de tempo iguais do sinal ST é gerada através dos meios 121 ao longo da duração de uma operação de fre- nagem (alguns poucos segundos).

[0079] De acordo com um aspecto da invenção, a dita amostragem de sinal, executada, nesse caso, pelo meio de processamento 121, deve envolver uma grande quantidade de pontos, que é dos valores de tensão de sinal ST que são variáveis em tempo. Em particular, essa etapa é executada a fim de coletar uma pluralidade de valores digitais do sinal ST com o uso de uma frequência de amostragem igual ou maior que duas vezes uma mais alta frequência-alvo contida no dito sinal ST; a fim de detectar, de modo ideal, frequências no campo acústico, uma frequência de amostragem de pelo menos 40 kHz é usada (isto é, igual ou maior que 40 kHz) e, de preferência, igual a 50 kHz. Em outras palavras, isso significa que cada grupo de valores digitais que representam uma amostra de duração de tempo igual, em que o sinal ST processado pelo meio de processamento 121 é subdividido, é composto por (isto é, contém) pelo menos 40.000 valores do sinal ST por segundo e, de preferência, 50.000 valores do sinal ST por segundo, cujo sinal, como é evidente a partir dos gráficos das Figuras 3, 4, 7, 8, é um sinal oscilante, com os valores de tensão que passam de positivo a negativo, devido às vibrações inevitáveis que são geradas entre o elemento de freio 1 e o elemento que é freado 3 durante a fre- nagem. Os valores acima para a taxa de amostragem de sinal ST (frequência de amostragem) são, conforme serão vistos, críticos, de acordo com a invenção, para analisar o ruído associado à pastilha de freio 1 durante a frenagem.

[0080] Uma quarta etapa do método da invenção envolve, final mente, o processamento adicional, novamente em tempo real, de cada amostra de duração de tempo igual do sinal de tensão ST gerado pelos sensores 15, 15b, 15c pela aplicação, com o uso de meios 122, de um algoritmo adequado aplicado a cada amostra de duração de tempo igual do sinal processado pelo meio 121.

[0081] De acordo com a invenção, esse algoritmo deve ser selecionado a partir de um grupo que consiste em:

[0082] - uma sequência de integrações dos valores de tensão contidos em cada amostra de duração de tempo igual do sinal ST da pluralidade de amostras de duração de tempo iguais sob consideração, em que cada integração representa uma "Microintegração" do sinal ST e é processada dentro de um intervalo de tempo na ordem de milisse- gundos;

[0083] - uma FFT (Transformada Rápida de Fourier) de cada amostra de sinal ST de duração de tempo igual gerada por cada sensor 15, 15b, 15c e aplicada à totalidade de cada amostra de sinal ST de duração de tempo igual;

[0084] - a integral compreensiva dos valores de tensão para cada amostra de sinal ST de duração de tempo igual total gerada por cada sensor 15, 15b, 15c, e

[0085] - qualquer combinação dos mesmos.

[0086] O resultado da aplicação desses algoritmos ao sinal de tensão ST oscilante gerado por cada sensor piezocerâmico 15 é mostrado nas Figuras 3, 4, 7, 8.

[0087] Em particular, a parte central da Figura 3 mostra, a título de exemplo, o gráfico resultante da "Microintegração" de dois dos sinais ST mostrados na parte superior da mesma figura. Tal como é evidente, o resultado é uma série de curvas C1-Cn; a curva C1 corresponde ao estado em repouso da pastilha de freio 1 (sem frenagem, a pastilha não toca), a curva C2 corresponde, em vez disso, à presença de torque residual devido ao fato de que a pastilha de freio 1 está em contato com o disco 3, mas sem pressão de frenagem ser aplicada.

[0088] Por outro lado, o gráfico na parte inferior da Figura 3 corresponde à aplicação aos sinais ST da parte superior da mesma figura de uma FFT e também ilustra, nesse caso, a presença de qualquer torque residual gerado.

[0089] Os gráficos na parte intermediária das Figuras 4 e 7 correspondem aos resultados obtidos pelo processamento de sinal ST gerado durante o teste operacional de uma pastilha de freio 1 e ilustrados na parte superior das mesmas figuras por meio de uma FFT; os gráficos na parte intermediária das Figuras 4 e 7 mostram ambos os picos em frequências específicas. Para comparação, a parte inferior das mesmas Figuras 4 e 7 dá os gráficos dos resultados de laboratório obtidos durante o mesmo teste com o uso de equipamentos com base em microfone sofisticados conhecidos na técnica, o que ilustra as frequências e a intensidade do ruído gerado em uso pela pastilha de freio 1.

[0090] Surpreendentemente, os gráficos obtidos com o uso de uma FFT para processar as amostras de sinal ST de duração igual em tempo obtidas com base nos parâmetros críticos (frequência de amostragem) indicados acima têm a mesma tendência que os gráficos de ruído obtidos por meio de equipamentos com base em microfone; cujos gráficos exibem picos de sinal exatamente na mesma frequência e que, portanto, correspondem à geração de ruído naquela frequência, um ruído cuja intensidade é proporcional à altura do pico. Esse resultado provou ser reproduzível com precisão absoluta sob todas as condições de teste. Além disso, uma vez que os sinais são gerados por cada sensor separado 15b, 15c, cada um associado a um canal específico, também é possível detectar qual ponto físico na pastilha de freio 1 gera o ruído detectado, algo que é impossível de fazer com o uso dos equipamentos usados comumente com base em microfone e que custam muito mais que o dispositivo 100 equipado com pastilhas de freio sensorizadas 1 em cada roda do veículo, como de acordo com a invenção.

[0091] Finalmente, com referência à Figura 8, no fundo à esquerda da Figura 8, estão os gráficos obtidos pela integração do sinal ST inteiro dado na seção superior da mesma figura e mostrada separadamente para cada canal. As formas de onda em dente de serra nos gráficos G1-G5 correspondem qualitativamente à distribuição da pressão aplicada localmente à pastilha de freio 1 que corresponde aos sensores 15b, 15c que resultam do contato com o disco 3. O gráfico do canal B gráfico, que corresponde à integração do conjunto inteiro das amostras de sinal ST de duração igual em tempo do sensor 15c, é invertido uma vez que corresponde à aplicação de uma carga tangencial (pressão) que "estende" o sensor 15c, ao invés de comprimir o mesmo, como é o caso para os sensores 15b.

[0092] Com base no que foi descrito até agora, pode ser deduzido que a segunda etapa do método da invenção é executada por coleta separada para cada primeiro sensor 15b e segundo sensor 15c por meio do circuito 18, em que o sinal de tensão ST elétrico relativo é gerado por cada sensor, e que a terceira etapa do método da invenção é executada em tempo real pelo processamento do sinal de tensão ST elétrico gerado por cada primeiro e segundo sensor piezocerâmico 15b, 15c para obter amostras de sinal ST de duração igual em tempo geradas separadamente para cada sensor, de preferência, como para ler uma pluralidade de valores digitais em uma taxa de pelo menos 40.000 valores por segundo; enquanto a quarta etapa do método da invenção é realizada pela aplicação, a cada amostra de sinal ST de duração igual em tempo obtida a partir de cada sensor 15b, 15c, de um algoritmo selecionado a partir do grupo de algoritmos listado acima para identificar uma quantidade de interesse física específica.

[0093] O método da invenção também inclui uma quinta etapa para cada primeiro sensor 15b relacionado ao processamento de uma curva (curvas C1-C2 da Figura 3) que representa a tendência de torque residual presente localmente em uso dentro do elemento de freio 1. A dita quinta etapa de processamento é realizada em tempo real e envolve a aplicação a cada amostra de sinal ST de duração igual em tempo obtida a partir de cada sensor piezocerâmico 15b de um algoritmo que consiste em uma sequência de integrações dos valores de tensão lidos a partir de cada sensor, em que cada integração é realizada dentro de um intervalo de tempo na ordem de milissegundos.

[0094] O método da invenção também inclui, adicional ou alternativamente à quinta etapa anterior, uma sexta etapa de processamento para cada primeiro 15b e segundo sensores piezocerâmicos 15c de uma tensão de sinal por frequência (esses mostrados pelos gráficos na parte intermediária das Figuras 4 e 7), em que a presença de um pico em uma dada frequência representa a geração entre o elemento de freio 1 e o elemento a ser freado 3 de ruído que tem a mesma frequência e uma intensidade que é proporcional à amplitude do sinal de tensão; em que a dita sexta etapa é executada através da aplicação em tempo real de um algoritmo que consiste em uma FFT (Transformada Rápida de Fourier) para cada uma dentre as amostras de sinal ST de duração igual em tempo obtidas de cada sensor piezocerâmico.

[0095] Finalmente, o método de acordo com a invenção também inclui, adicional ou alternativamente às quinta e sexta etapas anteriores, a sétima etapa de processamento para cada sensor, uma curva que representa, durante um intervalo de tempo igual à execução de uma operação de frenagem completa, a tendência das pressões de contato local entre o elemento de freio e o elemento a ser freado para cada primeiro sensor 15b e a força tangencial aplicada entre o elemento de freio 1 e o elemento 3 a ser frenado para pelo menos um segundo sensor 15c; em que a dita sétima etapa é executada pela aplicação de um algoritmo em tempo real que calcula a integral compreensiva de cada amostra de sinal ST de duração igual em tempo obtida a partir de cada sensor piezocerâmico 15b, 15c.

[0096] De acordo com um aspecto adicional da invenção, o método da invenção também inclui a etapa de calcular o valor de coeficiente de atrito μ entre o elemento de freio 1 e um elemento 3 a ser frena- do durante um evento de frenagem pelo cálculo da razão entre a integral da leitura de dados de tensão de ST pelo menos pelo segundo sensor 15c e a integral da leitura de dados de tensão de ST por pelo menos um dentre os primeiros sensores 15b pela aplicação à invenção da relação conhecidaμ = FT/FN.

[0097] De acordo com um outro aspecto da invenção, o método da invenção também inclui uma etapa de dispor um sensor de temperatura 21, conectado ao circuito elétrico 18, sobre a primeira superfície 13 entre o bloco 14 de material de atrito e o elemento de suporte metálico 11 cuja superfície 13 é completamente embutida no bloco 14 de material de atrito; e a etapa de corrigir os valores de tensão de sinal ST obtidos a partir dos sensores piezocerâmicos 15b, 15c como uma função da temperatura detectada pelo sensor de temperatura de acordo com uma relação empírica conhecida antecipadamente e que pode ser armazenada pelos meios de processamento 122.

[0098] De modo similar, o método da invenção pode compreender:

[0099] - uma etapa de calibração, em que um tipo selecionado de elemento de freio 1 equipado com pelo menos um sensor piezocerâ- mico 15 é submetido a um teste operacional, em que, por meio de equipamento de medição externo ao elemento de freio 1 conhecido na técnica e não ilustrado por questão de simplicidade, pelo menos um parâmetro operacional de elemento de freio é medido selecionado a partir de um grupo que consiste em: a pressão de contato entre um elemento de freio e um elemento a ser freado, o coeficiente de atrito entre um elemento de freio e um elemento a ser freado e o torque residual; e em que o parâmetro operacional medido é correlacionado com o resultado de processamento conforme de acordo com a quarta etapa descrita previamente e com o resultado da correlação sendo parametrizado em uma tabela; e

[00100] - uma etapa de cálculo, em que o resultado de processamento de acordo com a quarta etapa anteriormente descrita é a tabela, armazenada de modo adequado por meios de armazenamento 123 conectados ao circuito elétrico 18 (integrado, por exemplo, na unidade de processamento 122, Figura 1) e o valor operacional de parâmetro de elemento de freio 1 instantâneo é fornecido em tempo real quando em uso durante cada operação de frenagem.

[00101] Na prática, por meio da dita etapa de processamento, a unidade de controle 10 do veículo pode ser capaz de reconhecer, em uso, segundo por segundo, os valores e a distribuição das pressões e tensão de cisalhamento aplicadas à pastilha de freio 1 pelo disco 3 durante a frenagem, o valor para o coeficiente de atrito instantâneo e a grandeza, a frequência e o local de qualquer ruído gerado durante a frenagem. A unidade de controle 10 estará, então, em uma posição adequada para intervir em tempo real, por exemplo, no meio de atua- dor 5, para corrigir qualquer frenagem anormal e para otimizar a dita frenagem como uma função das condições de condução do veículo, como monitorado por outros sistemas a bordo, que podem ser colocados em comunicação direta entre si e com o dispositivo 100 descrito, por exemplo, por meio do barramento CAN do próprio veículo.

[00102] Por fim, o método de acordo com a invenção, também per mite a detecção indireta do desgaste do elemento de freio por meio dos mesmos sensores piezocerâmicos 15b, 15c descritos acima. Para esta finalidade, o método da invenção compreende uma etapa comparativa prolongada (ao longo do tempo) de processar o sinal elétrico ST a partir de pelo menos um sensor piezocerâmico 15b que é executado a fim de identificar uma função de decaimento baseada em tempo associada à, por exemplo, relação linear entre o sinal ST elétrico e a pressão exercida no dito sensor (detectável, por exemplo, pelo circuito elétrico 8, ou diretamente pela unidade de controle 10) durante todas as etapas da frenagem do veículo, e a etapa de comparar o valor de função de decaimento instantâneo com um valor limiar, abaixo do qual o meio de sinalização de desgaste 29 do elemento de freio 1 é ativado.

[00103] Em outras palavras, explora-se a relação ilustrada na Figura 5, que representa a aplicação das fórmulas seguintes: (2) Ki= Ki(W,T,t) (3) V= a K0 + b Ki*p em que V = a grandeza de sinal de saída ST (em volts), K0 = dureza do sistema de frenagem de pastilha 1/disco 3 inicial, Ki = a dureza do sistema de frenagem no tempo "i", P = pressão aplicada, W = desgaste de pastilha de freio T = temperatura e t = tempo.

[00104] Como uma função da pressão aplicada pelo sistema de freio, um sistema de freio com dureza maior irá produzir uma resposta maior e, portanto, um sinal ST de tensão maior.

[00105] Em suma, de acordo com o método e o dispositivo da invenção é possível acessar de uma maneira quantitativa e qualitativa, o torque residual, o desgaste e o ruído e a intensidade de vibração provenientes do sistema de frenagem.

[00106] Os propósitos da invenção são, dessa forma, alcançados completamente.

Claims (16)

1. Método para a estimação em tempo real da pressão aplicada e do ruído em um elemento de freio, em particular, uma pastilha de freio, compreendendo um bloco de material de atrito (14) e um elemento de suporte metálico (11) para o bloco de material de atrito (14), o método caracterizado por compreender as etapas de: i)- fornecer pelo menos um sensor piezocerâmico (15) entre o bloco de material de atrito (14) e o elemento de suporte metálico (11) do elemento de freio, em que o pelo menos um sensor piezocerâmico (15) é conectado a um circuito elétrico (18) e sendo completamente embutido entre o bloco de material de atrito (14) e o elemento de suporte metálico (11); ii)- com o elemento de freio (1) em uso, capturar a partir do dito pelo menos um sensor piezocerâmico, por meio do dito circuito, um respectivo sinal de tensão elétrica (ST) gerado pelo sensor em resposta à aplicação de um esforço mecânico no sensor; iii)- processar em tempo real o sinal de tensão elétrica (ST) tomando-se amostras de duração de tempo iguais do dito sinal; iv)- processar em tempo real cada uma das ditas amostras de duração de tempo iguais do dito sinal aplicando-se um algoritmo selecionado a partir do grupo que consiste em: a sequência de integrações dos valores de tensão presentes na amostra, em que cada integração é realizada em um intervalo de tempo na ordem de milisse- gundos; FFT (Transformada Rápida de Fourier) das tensões na amostra; integral das tensões na amostra gerada por cada sensor; qualquer combinação dos mesmos.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa iii) é realizada de modo a capturar uma pluralidade de valores digitais com o uso de uma frequência de amostragem igual ou maior que o dobro de uma mais alta frequência-alvo con-tida no dito sinal (ST).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma frequência de amostragem de pelo menos 40 kHz é usada.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de primeiros sensores piezocerâmicos (15b) é disposta na dita primeira superfície (13), entre o dito bloco de material de atrito (14) e o dito elemento de suporte metálico (11) do elemento de freio, em que a dita pluralidade de primeiros sensores piezocerâmicos (15b) é disposta com os sensores separados entre si de modo a ocupar, de maneira discreta, toda a primeira superfície do elemento de suporte metálico; e em que pelo menos um segundo sensor piezocerâmico (15c) também é disposto na dita primeira superfície (13), separado dos primeiros sensores piezoce- râmicos; em que a etapa ii) é realizada capturando-se separadamente cada um dentre o primeiro e o segundo sensores, por meio do dito circuito, um respectivo sinal de tensão elétrica (ST) gerado por cada sensor; em que a etapa iii) é realizada processando-se em tempo real o sinal de tensão elétrica (ST) gerado por cada um dentre os primeiro e segundo sensores piezocerâmicos de modo a gerar separadamente, por unidade de tempo, amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais para cada sensor; e em que a etapa iv) é realizada aplicando-se a cada amostra das ditas amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais obtidos por meio de cada sensor um algoritmo escolhido a partir do grupo que consiste em: a sequência de integrações de valores de tensão detectados por cada sensor, em que cada integração é realizada em um intervalo de tempo na ordem de milissegundos; a FFT (Transformada Rápida de Fourier) de cada amostra de duração de tempo igual dos ditos sinais gerados por cada sensor; integral das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais gerados por ca-da sensor; qualquer combinação dos mesmos.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os primeiros sensores piezocerâmicos (15b) são inclinados em uma direção perpendicular à primeira superfície (13), enquanto o pelo menos um segundo sensor piezocerâmico (15c) é inclinado em uma direção paralela à primeira superfície (13), para que os primeiros sensores piezocerâmicos sejam adaptados para gerar o dito sinal de tensão (ST) em resposta à aplicação de esforços paralelos a uma direção de aplicação no uso de uma pressão de atuação no elemento de freio, enquanto o pelo menos um segundo sensor piezoce- râmico é adaptado para gerar o dito sinal de tensão (ST) em resposta à aplicação de esforços transversais a uma direção de aplicação no uso da pressão de atuação no elemento de freio.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada um dentre os ditos primeiro e segundo sensores piezocerâmicos (15b, 15c) é dotado de conexões de sinal elétrico (16) com o dito circuito conduzidas por primeiras faces opostas (116) de um bloco piezocerâmico que pertence a cada sensor disposto paralelo à primeira superfície do elemento de suporte metálico do elemento de freio.

7. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de processar uma curva (C1C2) para cada primeiro sensor (15b) que representa a tendência de torque residual localmente presente no uso no elemento de freio, em que a dita etapa é realizada aplicando-se um algoritmo em tempo real a cada uma das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais obtidos por meio de cada sensor piezocerâmico que consiste em uma sequência de integrações dos valores de tensão detectados por cada sensor, em que cada integração está em um intervalo de tempo na ordem de milissegundos.

8. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de processar uma tensão de sinal contra frequência para cada um dentre os primeiro e segundo sensores piezocerâmicos (15b, 15c), em cujo sinal a presença de um pico em uma frequência determinada representa a geração de um ruído entre o elemento de freio e um elemento a ser freado que tem a mesma frequência e intensidade proporcional à amplitude do sinal de tensão, em que a dita etapa é realizada aplicando-se um algoritmo que consiste em uma FFT (Transformada Rápida de Fourier) das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais produzidas em tempo real em cada uma das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais obtidos por meio de cada sensor piezocerâmico.

9. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de processar uma curva (G1- G5) para cada sensor (15b, 15c) que representa a tendência de pressões de contato local entre o elemento de freio e um elemento a ser freado durante o intervalo de tempo igual à execução de uma operação de frenagem completa para cada primeiro sensor e da força tangencial aplicada entre o elemento de freio e o elemento a ser freado para o pelo menos segundo sensor, em que a dita etapa é realizada aplicando-se um algoritmo que consiste em executar a integral geral das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais em tempo real em cada amostra de duração de tempo igual dos ditos sinais obtidos por meio de cada sensor piezocerâmico.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de processar o valor de coeficiente de atrito presente entre o elemento de freio (1) e um elemento a ser freado (3) durante uma operação de fre- nagem calculando-se a razão entre a integral dos valores dos dados de tensão (ST) detectados por pelo menos um segundo sensor (15c) e o valor da integral dos dados de tensão detectados por pelo menos um dos primeiros sensores (15b).

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de dispor um sensor de temperatura (21) conectado ao dito circuito elétrico na dita primeira superfície (13); e a etapa de ajustar os valores dos sinais de tensão obtidos a partir do dito pelo menos um sensor piezocerâmico com base na temperatura detectada pelo sensor de temperatura.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de calibração, em que um tipo selecionado de elemento de freio (1) dotado de pelo menos um sensor piezocerâmico (15) é submetido a um teste operacional em que pelo menos um parâmetro operacional do elemento de freio é medido por meio de meios de medição externos ao elemento de freio, em que o parâmetro é escolhido a partir do grupo que consiste em: pressão de contato entre o elemento de freio e um elemento a ser freado, coeficiente de atrito entre elemento de freio e um elemento a ser freado, torque residual; e em que o parâmetro operacional medido é correlacionado com o resultado do processamento de acordo com a etapa iv) e o resultado da correlação parame-trizada em uma tabela; e uma etapa de cálculo, em que o resultado do processamento de acordo com a etapa iv) é comparado com a tabela, adequadamente armazenada nos meios de armazenamento conectados ao dito circuito elétrico e em que o valor instantâneo do dito parâmetro operacional do elemento de freio quando em uso durante cada operação de frenagem é fornecido em tempo real.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende: uma etapa de processamento comparativo prolongado com o tempo do sinal elétrico (ST) proveniente do pelo menos um sensor piezocerâmico realizado de modo a identificar uma função de decaimento ao longo do tempo de uma razão linear entre o sinal elétrico do pelo menos um sensor e a pressão exercida no pelo menos um sensor durante a etapa de frenagem do veículo; e uma etapa de comparação de um valor instantâneo da função de decaimento processada com um valor limiar, abaixo do qual os meios de sinalização de desgaste do elemento de freio são ativados.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor piezocerâmico tem um tempo de resposta igual ou menor que 25 microssegundos.

15. Dispositivo (100) para a estimação em tempo real da pressão aplicada e do ruído em um elemento de freio, em particular, uma pastilha de freio, caracterizado pelo fato de que compreende em combinação: i)- pelo menos um sensor piezocerâmico (15) disposto entre um bloco de material de atrito (14) e um elemento de suporte metálico (11) do elemento de freio, em que o pelo menos um sensor piezoce- râmico (15) é conectado a um circuito elétrico (18) e sendo completamente embutido entre o bloco de material de atrito (14) e o elemento de suporte metálico (11); ii)- meios para capturar a partir do dito pelo menos um sensor piezocerâmico e por meio do dito circuito, um respectivo sinal de tensão elétrica (ST) gerado pelo sensor em resposta à aplicação no sensor de um esforço mecânico consequente a um contato entre o elemento de freio e um elemento a ser freado; iii)- primeiros meios (121) para processar em tempo real o sinal de tensão elétrica gerado pelo dito pelo menos um sensor piezo- cerâmico de modo a gerar amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais; iv)- segundos meios (122) para processar em tempo real cada uma das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais gerados por meio do pelo menos um sensor piezocerâmico aplicando- se um algoritmo às amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais escolhidos a partir do grupo que consiste em: sequência de integrações dos valores de tensão presentes nas amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais, cada uma realizada em um intervalo de tempo na ordem de milissegundos; FFT (Transformada Rápida de Fourier) das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais; integral das amostras de duração de tempo iguais dos ditos sinais gerados por cada sensor; qualquer combinação dos mesmos.

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de primeiros sensores piezoce- râmicos (15b) e pelo menos um segundo sensor piezocerâmico (15c) são dispostos na dita primeira superfície, dita pluralidade de primeiros sensores piezocerâmicos (15b) é disposta com os sensores distanciados entre si de modo a ocupar de maneira discreta toda a primeira superfície do elemento de suporte metálico revestido por um bloco de material de atrito, e em que o pelo menos um segundo sensor piezocerâmico (15c) é disposto distanciado dos primeiros sensores piezocerâmicos; dito circuito elétrico disposto no elemento de suporte metálico do elemento de freio e os primeiros sensores piezocerâmicos polarizados em uma direção perpendicular a uma primeira superfície, enquanto pelo menos um segundo sensor piezocerâmico é polarizado em uma direção paralela à primeira superfície, de modo que os primeiros sensores piezocerâmicos sejam adaptados para gerar o dito sinal de tensão em resposta à aplicação de tensões paralelas a uma direção de aplicação no uso de uma pressão de atuação no elemento de freio, enquanto o pelo menos um segundo sensor piezocerâmico é adaptado para gerar o dito sinal de tensão em resposta à aplicação de tensões transversais a uma direção de aplicação no uso da pressão de atuação no elemento de freio.

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