IT201900008874A1

IT201900008874A1 - Metodo e sistema per rilevare e misurare una forza di frenata di un sistema frenante per veicolo, mediante sensori fotonici incorporati in una pastiglia freno

Info

Publication number: IT201900008874A1
Application number: IT102019000008874A
Authority: IT
Inventors: Francesco Camozzi; Luca Maestrini; Alessandro Casini; Tiziano Nannipieri; Salvatore Bonomo
Original assignee: Freni Brembo Spa
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-13
Also published as: US20220299082A1; JP2022536905A; CN114007914B; CN114007914A; KR20220019769A; US12044281B2; WO2020250146A1; EP3983268A1; EP3983268B1

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Metodo e sistema per rilevare e misurare una forza di frenata di un sistema frenante per veicolo, mediante sensori fotonici incorporati in una pastiglia freno”

DESCRIZIONE

[0001]. Campo dell’invenzione

[0002]. Formano oggetto della presente invenzione un metodo e un sistema per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o una coppia frenata di un sistema frenante per veicolo, mediante sensori fotonici (cioè sensori in fibra ottica) incorporati in una pastiglia freno.

[0003]. È altresì oggetto della presente invenzione una pastiglia freno sensorizzata equipaggiata in modo tale da consentire l’effettuazione del suddetto metodo.

[0004]. Stato della tecnica

[0005]. Per il controllo, il monitoraggio e l’attuazione di un sistema frenante, ad esempio un sistema di freni a disco a controllo elettronico, è di grande utilità conoscere in tempo reale, nel modo più preciso possibile, il valore di forza di serraggio o il valore di coppia frenante (e preferibilmente entrambi) esercitati dalle pinze freno del sistema frenante durante un’azione di frenata.

[0006]. Tuttavia, è difficile misurare direttamente, in modo preciso ed affidabile, la forza di serraggio e/o coppia frenante esercitato dalle pinze freno del sistema frenante.

[0007]. Un’opzione per una misura indiretta, ma potenzialmente efficace, della la forza di serraggio e/o coppia frenante potrebbe essere quella di misurare forze, o altre grandezze ad esse correlate, agenti all’interno di una pastigliafreno, appartenentealla pinza freno, causate dall’azione della pinza freno in occasione di un evento di frenata.

[0008]. A tale scopo, sarebbe desiderabile poter incorporare nella stessa pastiglia freno dei sensori di forza, e/o di altre grandezze correlate alla forza (ad esempio sforzi), in grado di rilevare e fornire tale informazione.

[0009]. Tuttavia, i sensori di forza e/o sforzo resi disponibili dalla tecnica nota non si prestano ad essere incorporati nel corpo della pastiglia freno, perché non sufficientemente miniaturizzati e compatti, oppure perché non agevolmente collegabili all’esterno per attivazione e lettura, oppure perché troppo sensibili a variazioni di temperatura o poco robusti per funzionare ad alte temperature e quindi inadatti ad operare in un ambiente, quale una pastiglia freno, sottoposto a notevoli oscillazioni termiche.

[0010]. Almeno alcuni dei summenzionati inconvenienti si applicano ad esempio ai noti sensori di forza e/o sforzo basati su fenomeni piezo-elettrici o piezo-resistivi.

[0011]. A fronte di ciò, si può cercare di stimare e/o calcolare indirettamente il valore della forza di serraggio e/o coppia frenante sulla base della rilevazione di altre grandezze, oppure sulla base di rilevazioni di forza effettuate esternamente rispetto alla pastiglia o alla pinza freno stessa. Tuttavia, ciò causa l’ulteriore inconveniente derivante dal fatto che tale stima o calcolo non soddisfa pienamente i requisiti di precisione richiesti.

[0012]. Benché l’ambito tecnico della sensoristica offra una vasta gamma di soluzioni, le soluzioni note offrono sensori che o non sono facilmente incorporabili in una pastiglia freno, da un punto di vista pratico (perché non sufficientemente compatti o troppo complessi e invasivi o poco robusti in temperatura) oppure offrono misure indirette dalle quali non si riesce a ricavare con sufficiente accuratezza il valore di forza di serraggio e/o coppia frenante, e men che meno di entrambe.

[0013]. Emerge dunque l’esigenza di disporre di sensori di forza o di altre grandezze (ad esempio sforzi) correlate alla forza di serraggio e/o coppia frenante, che siano compatti, miniaturizzati e di semplice attivazione/ lettura, tali da poter essere praticamente incorporati nel corpo di una pastiglia freno, senza minimamente inficiarne le prestazioni, e che nel contempo consentano di determinare con elevata accuratezza e affidabilità la forza di serraggio e/o la coppia frenante (e preferibilmente entrambe) esercitate dalla pinza freno in tutte le condizioni ambientali e operative, ed in tempo reale durante l’azione di frenata.

[0014]. Come già sopra osservato, tali esigenze non sono pienamente soddisfatte dalle soluzioni rese attualmente disponibili dalla tecnica nota.

[0015]. Soluzione

[0016]. Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o una coppia di frenata derivante dall’attuazione di un sistema frenante ad attrito per veicolo, mediante rilevazione effettuata in una pastiglia freno del sistema frenante, che consenta di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra lamentati con riferimento alla tecnica nota, e di rispondere alle summenzionate esigenze particolarmente avvertite nel settore tecnico considerato.

[0017]. Questo ed altri scopi vengono raggiunti con un metodo per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata secondo la rivendicazione 1.

[0018]. Alcune forme di realizzazione vantaggiose di tale metodo sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti 2-21.

[0019]. È altresìscopo della presente invenzione quello di fornire una pastiglia freno sensorizzata per pinza freno di un sistema frenante di veicolo, equipaggiata in modo tale da consentire di eseguire il suddetto metodo per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata secondo le rivendicazioni 1-21.

[0020]. Questo ed altri scopi vengono raggiunti con una pastiglia freno sensorizzata in accordo con la rivendicazione 22.

[0021]. Alcune forme di realizzazione vantaggiose di tale pastiglia sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti 23-34.

[0022]. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire una pinza freno per sistema frenante comprendente almeno una delle suddette pastiglie sensorizzate.

[0023]. Questo ed altri scopi vengono raggiunti con una pinza freno secondo la rivendicazione 35.

[0024]. È altresìscopo della presente invenzione quello di fornire per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata, mediante rilevazione effettuata in almeno una pastiglia freno del sistema frenante, impiegante almeno una delle suddette pastiglie sensorizzate.

[0025]. Questo ed altri scopi vengono raggiunti con un sistema per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata secondo la rivendicazione 36.

[0026]. Alcune forme di realizzazione vantaggiose di tale sistema sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti 37-45.

[0027]. È inoltre scopo della presente invenzione quello di fornire unsistema frenante impiegante almenouna delle suddette pastiglie freno sensorizzate, oppure impiegante il suddetto sistema per rilevare e misurare forza di serraggio e/o coppia di frenata.

[0028]. Questo ed altri scopi vengono raggiunti con un sistema frenante secondo la rivendicazione 46.

[0029]. Breve descrizione dei disegni.

[0030]. Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dei metodi e sistemi secondo l’invenzione appariranno dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo non limitativo, con riferimento alle annesse figure nelle quali:

- le figure 1 e 2 illustrano in modo semplificato alcuni aspetti strutturali e funzionali del metodo e del sistema per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figura 3-6 illustrano, mediante schemi a blocchi funzionali, rispettive diverse forme di realizzazione di una pastiglia freno sensorizzata e di un sistema per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata, secondo la presente invenzione;

- le figure 7A, 7B, 8A, 8B rappresentano particolari di rispettive opzioni implementative di un involucro preformato contenente i sensori atto ad essere incorporato in una pastiglia sensorizzata secondo particolari forme di realizzazione previste dall’invenzione;

- la figura 9 rappresenta una vista laterale di una pastiglia freno sensorizzata, secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;

- le figure 10-14 illustrano rispettive ulteriori forme di realizzazione della pastiglia freno sensorizzata, e mostrano in particolare possibili posizionamenti dei sensori nella pastiglia freno, secondo diverse opzioni implementative;

- le figure 15-18 rappresentano schemi a blocchi funzionali di rispettive opzioni implementative di un’unità di lettura/interrogazione ottica compresa nel suddetto sistema per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata;

- la figura 19 illustra una forma di realizzazione di un sistema frenante secondo l’invenzione, comprendente una pluralità di pastiglie freno sensorizzate, a loro volta appartenenti ad una pluralità di pinze freno del sistema frenante.

[0031]. Descrizione dettagliata dell’invenzione

[0032]. Con riferimento alle figure 1-19, viene qui di seguito descritto un metodo per rilevare e misurare una forza di serraggio CF e/o una coppia di frenata BT derivante dall’attuazione di un sistema frenante ad attrito 1000 per veicolo, mediante rilevazione effettuata in una pastiglia freno 10 del sistema frenante.

[0033]. Con riferimento in particolare alle figure 1-3, il metodo comprende innanzi tutto la fase di incapsulare almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 in un involucro 9, e incorporare il suddetto involucro 9 in una rispettiva porzione di materiale d’attrito M aderente ad una piastrina o piattaforma di base 11 della pastiglia freno 10.

[0034]. Tale porzione di materiale d’attrito M è sensibile all’attrito in modo che lo sforzo di taglio (cioè lo sforzo tangenziale) St-eff a cui è soggetto l’involucro 9 in una direzione di riferimento tangenziale x sia rappresentativo della forza tangenziale Ft agente sulla pastiglia freno 10, e la forza normale Fn-eff a cui è soggetto l’involucro 9 in una direzione di riferimento normale y sia rappresentativa della forza normale Fn agente sulla pastiglia freno 10.

[0035]. Si osservi che le direzioni di riferimento tangenziale e normale (x, y) sono riferite alle direzioni d’azione delle forze agenti sulla pastiglia freno.

[0036]. Il metodo prevede quindi di rilevare, ad opera del suddetto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2, un primo sforzo S1, presente in una prima posizione dell’involucro 9 lungo una predefinita prima direzione spaziale w1; e inoltre di rilevare, ad opera del suddetto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2, un secondo sforzo S2, presente in una seconda posizione dell’involucro 9 lungo una predefinita seconda direzione spaziale w2.

[0037]. L’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica è configurato in modo che il suddetto primo sforzo S1 sia dipendente sia della forza normale Fn-eff sia dallo sforzo tangenziale St-eff agenti sull’involucro 9, e che il suddetto secondo sforzo S2 sia dipendente sia della forza normale Fn-eff sia dallo sforzo tangenziale St-eff agenti sull’involucro 9.

[0038]. Come sopra illustrato, il metodo prevede quindi, una doppia rilevazione, ciascuna delle quali include informazioni di sforzo rappresentative sia della forza normale sia della componente tangenziale di una forza agente in una rispettiva posizione (e dipendente inultima analisi dalle forza di serraggio e/o dalla coppia di frenata esercitate dalla pinza freno).

[0039]. Il metodo comprende poi le fasi di generare, da parte del sensore di sforzo a fibra ottica 2, un primo segnale fotonico L1, rappresentativo del primo sforzo rilevato S1, e un secondo segnale fotonico L2, rappresentativo del secondo sforzo rilevato S2; e poi di ricevere i suddetti primo segnale fotonico L1 e secondo segnale fotonico L2, da parte di un’unità di lettura/interrogazione ottica 4, collegata otticamente al suddetto sensore di sforzo a fibra ottica 2.

[0040]. Il metodo prevede infine di determinare, da parte dell’unità di lettura/interrogazione ottica 4, il valore del primo sforzo S1 e il valore del secondo sforzo S2, sulla base dei suddetti primo segnale fotonico ricevuto L1 e secondo segnale fotonico ricevuto L2, rispettivamente; e determinare una misura della forza di serraggio CF e/o della coppia di frenata BT sulla base dei valori determinati del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2.

[0041]. In accordo con una forma di realizzazione del metodo, il suddetto sensore di sforzo a fibra ottica 2 è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating, e le suddette predefinite prima direzione spaziale w1 e seconda direzione spaziale w2 sono direzioni diverse da dette direzioni di riferimento tangenziale x e normale y.

[0042]. Secondo diverse possibili opzioni implementative la prima direzione spaziale w1 e la seconda direzione spaziale w2 sono simmetriche rispetto alla direzione di riferimento normale y, ovvero formano angoli complementari rispetto ad un verso positivo della direzione di riferimento tangenziale x.

[0043]. Secondo un’altra opzione implementativa (illustrata nelle figure 2 e 3, ed in particolare nel sistema di riferimento riportato nella figura 3 in alto a destra), l’angolo β formato dalla prima direzione spaziale w1 con il verso positivo della direzione di riferimento tangenziale x è uguale all’angolo β formato dalla seconda direzione spaziale w2 con il verso negativo della direzione di riferimento tangenziale x.

[0044]. In accordo con un’altra forma di realizzazione del metodo, il suddetto sensore di sforzo a fibra ottica 2 è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating disposto in una fibra birifrangente.

[0045]. In tal caso, la suddetta predefinita prima direzione spaziale w1 coincide con la direzione di riferimento tangenziale x e la suddetta seconda direzione spaziale w2 è una direzione perpendicolare alla direzione di riferimento tangenziale x.

[0046]. Secondo una forma di realizzazione del metodo (illustrata ad esempio nelle figure 2-6), il sensore di sforzo a fibra ottica 2 comprende un primo elemento sensore 21 e un secondo elemento sensore 22.

[0047]. Il primo elemento sensore 21 comprende un primo reticolo di Bragg in fibra, disposto nella suddetta prima posizione, entro una prima porzione di fibra ottica disposta inmododa essere allineata conla prima direzione spaziale w1.

[0048]. Il secondo elemento sensore 22 comprende un secondo reticolodi Bragg in fibra, disposto nella suddetta seconda posizione, entro una seconda porzione di fibra ottica disposta in modo da essere allineata con la seconda direzione spaziale w2.

[0049]. Secondo un’opzione implementativa (illustrata nelle figure 5 e 6), i suddetti primo elemento sensore 21 e secondo elemento sensore 22 sono compresi in un’unica fibra ottica 25.

[0050]. Secondo un’altra opzione implementativa (illustrata nelle figure 3 e 4), i suddetti primo elemento sensore 21 e secondo elemento sensore 22 sono compresi in due diverse rispettive fibre ottiche.

[0051]. In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di determinare comprende: generare, ad opera dell’unità di lettura/interrogazione ottica 4, un primo segnale elettrico E1 rappresentativo del primo segnale fotonico L1 e un secondo segnale elettrico E2 rappresentativo del secondo segnale fotonico L2; quindi, trasmettere ad un’unità di controllo 20 i suddetti primo segnale elettrico E1 e secondo segnale elettrico E2; infine, calcolare la forza di serraggio CF e/o coppia di frenata BT, da parte di un processore dell’unità di controllo 20 mediante uno o più algoritmi eseguiti da uno o più programmi software, sulla base dei suddetti primo segnale elettrico E1 e secondo segnale elettrico E2.

[0052]. Secondo un’opzione implementativa del metodo, la suddetta fase di calcolare comprende calcolare la misura della coppia di frenata BT sulla base di uno sforzo differenziale ∆S dato dalla differenza tra i valori determinati del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2, attraverso un coefficiente di proporzionalità dipendente da parametri geometrici relativi alla disposizione dei sensori rispetto alle direzioni di riferimento (x, y), da parametri geometrici relativi alla pastiglia e al posizionamento del sensore nella pastiglia, e da parametri rappresentativi di coefficienti di attrito dei materiali di cui è fatto l’involucro e del materiale d’attrito.

[0053]. Ad esempio, la suddetta fase di calcolare può essere basata sulla seguente relazione tra lo sforzo differenziale ∆S e la coppia di frenata BT:

dove

β = angolo direzioni sensori w1, w2;

ν=coefficiente di Poisson del materiale d’involucro; kgeom= costante dipendente da geometria della pastiglia; r = raggio efficace della posizione del sensore;

EHM= Modulo di Young del materiale d’involucro;

EFM= Modulo di Young del materiale d’attrito;

= coefficiente caratteristico, funzione dei

materiali d’attrito e d'involucro.

[0054]. In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di calcolare comprende calcolare la forza di serraggio CF, ovvero della pressione normale agente sulla pastiglia freno, sulla base di una forza o pressione normale (ad esempio Fn-eff) agente sull’involucro, incorporato nella pastiglia freno.

[0055]. La suddetta forza o pressione normale agente sull’involucro Fn-eff è calcolata sulla base del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2 rilevati, attraverso un coefficiente di proporzionalità dipendente da parametri geometrici relativi alla disposizione dei sensori rispetto alle direzioni di riferimento (x, y) e dal modulo di Young del materiale di attrito.

[0056]. Ad esempio, la suddetta fase di calcolare può essere basata sulla seguente relazione tra la media degli sforzi calcolati (S1 e S2) e la forza di serraggio CF:

dove β=angolo delle direzioni sensori w1, w2; A = area equivalente pastiglia; ν= coefficiente di Poisson del materiale di involucro; EHM= Modulo di Young del materiale di involucro; k1 (ν,β) = coefficiente caratteristico del sistema.

[0057]. In accordo con una forma di realizzazione (illustrata ad esempio nelle figure 4-6), il metodo comprende le ulteriori fasi di incapsulare un sensore di temperatura a fibra ottica 5 nell’involucro 9, inuna terza posizione posta in prossimità delle suddette prima posizione e seconda posizione; quindi, rilevare, mediante il sensore di temperatura a fibra ottica 5, la temperatura presente nella terza posizione T, e generare un terzo segnale fotonico LT rappresentativo della temperatura rilevata; poi, ricevere il suddetto terzo segnale fotonico rilevato LT, da parte dell’unità di lettura/interrogazione ottica 4, collegata otticamente al sensore di temperatura a fibra ottica 5; e determinare, da parte dell’unità di lettura/ interrogazione ottica 4, un valore di temperatura T, sulla base del terzo segnale fotonico ricevuto LT.

[0058]. In tal caso, la fase di determinare una misura della forza di serraggio CF e/o della coppia di frenata BT comprende determinare una misura della forza di serraggio CF e/o della coppia di frenata BT sulla base dei valori del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2 e del valore di temperatura T determinati.

[0059]. In accordo con un’opzione implementativa, il sensore di temperatura a fibra ottica 5 è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipo Fibre Bragg Grating.

[0060]. In accordo con una opzione realizzativa preferita, i suddetti sensori di sforzo e sensore di temperatura a fibra ottica sono tra loro integrati. Più specificamente, nel caso in cui i due sensori di sforzo FBG sono compresi nella stessa fibra ottica 25, anche il sensore suddetto sensore di temperatura è compreso nella medesima fibra ottica 25 (come illustrato nelle figure 5, 6 e 7A).

[0061]. Ad esempio, il sensore di temperatura a fibra ottica comprende un terzo elemento sensore 23 che include un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato nella fibra ottica contenente il primo elemento sensore 21 e il secondo elemento sensore 22; tale terzo reticolo di Bragg nella fibra ottica è assemblato nell’involucro in una opportuna cavità e/o un tubo capillare 71 in modo da non risentire dei fenomeni di espansione termica e deformazione del materiale in cui è posto.

[0062]. Secondo un’altra opzione realizzativa, nel caso in cui i due sensori di sforzo FBG sono compresi in due diverse fibre ottiche, il sensore di temperatura comprende un terzo reticolo Fibre Bragg Grating ricavato in una delle due fibre contenenti il primo o il secondo reticolo Fibre Bragg Grating del sensore di sforzo, in una terza posizione distinta dalla prima o seconda posizione, e posta all’esterno dell’involucro, e quindi nel materiale d’attrito, oppure disposta in un tratto di fibra contenuto nell’involucro (come illustrato in figura 4). In entrambi i casi, tale terzo reticolo Fibre Bragg Grating è inserito in una cavità dell’involucro o in un tubo capillare 71 che lo isola da eventuali fenomeni di espansione termica e deformazione del materiale in cui è incapsulato.

[0063]. Secondo un’altra opzione implementativa (non rappresentata nelle figure), il sensore di temperatura a fibra ottica comprende un terzo elemento sensore 23 che include un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato in una fibra ottica dedicata, aggiuntiva rispetto alla fibra ottica contenente il primo elemento sensore 21 e/o il secondo elemento sensore 22; tale terzo reticolo di Bragg nella fibra ottica dedicata è assemblato nell’involucro in una opportuna cavità e/o un tubo capillare 71 in modo da non risentire dei fenomeni di espansione termica e deformazione del materiale in cui è posto.

[0064]. I suddetti sensori ottici in tecnologia Fibre-Bragg Grating (definiti qui di seguito anche come “sensori FBG”) sono sensori del tipo qui di seguito illustrato.

[0065]. Come è noto, unsensore FBG è un dispositivo ottico molto sensibile e versatile per misurare diversi parametri fisici, tra cui sforzo e temperatura. Nella sua forma più semplice, un sensore FBG viene ottenuto mediante una modulazione spazialmente periodica dell’indice di rifrazione inscritta nel “core” della fibra ottica (il che può essere ottenuto, ad esempio, attraverso il fenomeno della foto-sensibilità o utilizzando impulsi di luce di femto-secondi).

[0066]. I sensori FBG sfruttano la presenza di una condizione risonante che riflette la luce incidente alla cosiddetta “lunghezza d’onda di Bragg” λB, definita come λB=2neffΛ, dove neff è l’indice di rifrazione efficace del modo fondamentale della fibra ottica e Λ è il passo spaziale (periodicità) del reticolo (grating).

[0067]. Il principio operativo dei sensori FBG si basa sulla proprietà che ogni modifica o dell’indice di rifrazione efficace o del passo del reticolo, causata da effetti esterni quali sforzo o temperatura, determina un relativo spostamento della lunghezza d’onda operativa (lunghezza d’onda di Bragg) ricavabile dalla formula [1]:

dove la variazione della lunghezza d’onda di Bragg rispetto alla lunghezza d’onda di Bragg di riferimento k è un fattore di scala e αT è il coefficiente termo-ottico; lo spostamento della lunghezza d’onda di Bragg dipende linearmente dallo sforzo longitudinale con un valore di sensitività pari a circa 1.2 pm/µε e dalla variazione di temperatura con un valore di sensitività pari a circa 11 pm/°C per fibre in silicio nell’intorno di 1550 nm.

[0068]. Come sopra indicato, è opportuno compensare i risultati di sforzo ottenuto dai sensori FBG rispetto a variazioni di temperatura, in condizioni operative del sensore FBG (2) incorporato nell’involucro. Tale compensazione si può effettuare sviluppando la suddetta equazione [1] come:

dove nclude due contributi dovuto al puro sforzo meccanico, ed un ulteriore contributo indotto dall’espansione termica (αSP è il coefficiente di espansione termica del materiale). Indicando con e la lunghezza d’onda di Bragg di riferimento e la temperature di riferimento, e con λ e T i valori in tempo reale della lunghezza d’onda e della temperatura si puòscrivere:

da cui si ricava il puro sforzo meccanico come:

[ 0069] . Il valore in tempo reale della temperatura ( da inserire nella formula qui appena sopra riportata, al fine di ottenere il valore compensato di si ottiene tramite l’ulteriore sensore FBG (cioè il sensore di temperatura 5), che può essere racchiuso in un tubo lasco e collocato vicino al sensore FBGdi sforzo 2.

[0070]. In particolare, secondo un’opzione implementativa del metodo, la fase di determinare una misura della forza di serraggio CF e/o della coppia di frenata BT comprende: calcolare un valore di sforzo dovuto ad una variazione termica, sulla base del valore di temperatura determinato; sottrarre il valore di sforzo dovuto ad una variazione termica dal valore rilevato complessivo del primo sforzo, per ottenere unvalore di primosforzoefficace, dipendente solo da effetti meccanici; sottrarre il valore di sforzo dovuto ad una variazione termica dal valore rilevato complessivo del secondo sforzo, per ottenere un valore di secondo sforzo efficace, dipendente solo da effetti meccanici; determinare una misura della forza di frenata e/odella coppia di frenata sulla base dei valori del primo sforzo efficace e del secondo sforzo efficace.

[0071]. I sensori FBG sono sensori “passivi”, nel senso che essi non richiedono di essere alimentati, ma vengono attivati mediante illuminazione, cioè inviando una radiazione ottica di attivazione, ad una lunghezza d’onda opportuna (ad esempio, la lunghezza d’onda di Bragg), nel tratto di fibra ottica in cui è ricavato il reticolo nel sensore. In risposta a ciò, il sensore FBG riflette o trasmette un segnale ottico (cioè fotonico) che dipende non sono dalla radiazione incidente, ma anche dalle condizioni di sforzoa cui il reticolostessoè sottoposto. Tale segnale fotonico può essere, in diverse opzioni implementative del metodo che verranno qui di seguito illustrate, un segnale ottico (ovvero spettro ottico) trasmesso oppure un segnale ottico (ovvero spettro ottico) riflesso.

[0072]. In accordo con una forma di realizzazione del metodo, il sensore di sforzo a fibra ottica 2 e/o il sensore di temperatura a fibra ottica 5 sono collegati all’unità ottica di lettura/interrogazione 4 mediante una interfaccia ottica di collegamento 3.

[0073]. In accordo con un’opzione implementativa, ogni collegamento tra ciascuna fibra in cui sono ricavati i sensori di tipo Fibre Bragg Grating ed una rispettiva fibra ottica di collegamento all’unità di lettura/ interrogazione ottica è realizzato mediante un giunto in fibra o un elemento di collegamento fotonico staccabile (connettore ottico).

[0074]. Secondo un’opzione implementativa, il suddetto primo segnale fotonico L1 comprende un primo spettro ottico riflesso o trasmesso dal primo elemento sensore 21, che raggiunge l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 mediante l’interfaccia ottica di collegamento 3.

[0075]. Secondo un’opzione implementativa, il suddetto secondo segnale fotonico L2 comprende un secondo spettro ottico riflesso o trasmesso dal secondo elemento sensore 22, che raggiunge l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 mediante l’interfaccia ottica di collegamento 3.

[0076]. Secondo un’opzione implementativa, il suddetto terzo segnale fotonico LT comprende un terzo spettro ottico riflesso o trasmesso dal terzo elemento sensore 23, che raggiunge l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 mediante l’interfaccia ottica di collegamento 3 (che, in un’opzione implementativa, è la stessa fibra ottica nella quale si trova il sensore di temperatura a fibra ottica, insieme ad uno o a entrambi i sensori di sforzo a fibra ottica FBG, che si prolunga all’esterno costituendo l’interfaccia ottica; oppure, in un’altra opzione implementativa, puòessere un’altra fibra ottica collegata alla suddetta fibra ottica contenente i sensori).

[0077]. In accordo con una forma di realizzazione del metodo, l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 è configurata per attivare ciascuno dei suddetti primo 21 e/o secondo 22 e/o terzo elemento sensore 23 trasmettendo una radiazione ottica di attivazione OA o una rispettiva radiazione ottica di attivazione (OA1, OA2, OAT) attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3.

[0078]. Secondo una forma di realizzazione (illustrata ad esempio nelle figure 5 e 6), applicabile al caso in cui una pluralità di elementi sensori 21, 22 sono ricavati in una stessa fibra, e ciascuno dei rispettivi reticoli di Bragg in fibra è associato ad una rispettiva diversa lunghezza d’onda centrale di funzionamento (λ1, λ2), il metodo comprende l’ulteriore fase di trasmettere, da parte dell’elemento di lettura/interrogazione ottica 4, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3, rispettive radiazioni ottiche di attivazione OA1, OA2 alla pluralità di elementi sensori 21, 22, centrate sulle rispettive lunghezze d’onda di funzionamento λ1, λ2, mediante tecniche di trasmissione a multiplazione a lunghezza d’onda (WDM); e comprende l’ulteriore fase di ricevere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3, e distinguere i rispettivi spettri ottici riflessi o trasmessi da ciascuno della pluralità di elementi sensori 21, 22 mediante demultiplazione con tecniche di multiplazione a lunghezza d’onda (WDM). In accordo con una forma di realizzazione del metodo (illustrata ad esempio in figura 3), applicabile al caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici trasmessi, l’interfaccia ottica di collegamento 3 comprende una fibra ottica di collegamento di ingresso 32 condivisa dalla prima OA1 e/o seconda OA2 radiazione ottica di attivazione, multiplate in lunghezza d’onda, e una fibra ottica di collegamento di uscita 33 condivisa dagli spettri ottici trasmessi che costituiscono il primo L1 e/o secondo L2 segnale fotonico multiplati in lunghezza d’onda.

[0079]. Secondo una forma di realizzazione (illustrata ad esempio nelle figure 5 e 6), applicabile al caso in cui una pluralità di elementi sensori 21, 22 e 23 sono ricavati in una stessa fibra ottica 25, e ciascuno dei rispettivi reticoli di Bragg in fibra è associato ad una rispettiva diversa lunghezza d’onda centrale di funzionamento (λ1, λ2, λT), il metodo comprende l’ ulteriore fase di trasmettere, da parte dell’elemento di lettura/ interrogazione ottica 4, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3, rispettive radiazioni ottiche di attivazione OA1, OA2, OAT alla pluralità di elementi sensori 21, 22, 23 centrate sulle rispettive lunghezze d’onda di funzionamento λ1, λ2, λT mediante tecniche di trasmissione a multiplazione a lunghezza d’onda (WDM); e comprende l’ulteriore fase di ricevere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3, e distinguere i rispettivi spettri ottici riflessi o trasmessi da ciascuno della pluralità di elementi sensori 21, 22, 23 mediante demultiplazione con tecniche di multiplazione a lunghezza d’onda (WDM).

[0080]. In accordo con una forma di realizzazione del metodo (illustrata ad esempio in figura 6), applicabile al casoincui una pluralità di elementi sensori sonoricavati in una stessa fibra e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici riflessi, l’interfaccia ottica di collegamento 3 comprende una fibra ottica di collegamento 35 condivisa dalla prima OA1, seconda OA2 e terza OAT radiazione ottica di attivazione, multiplate in lunghezza d’onda, e dagli spettri riflessi che costituiscono il primo L1 , secondo L2 e terzo LT segnale fotonico, multiplati in lunghezza d’onda.

[0081]. Secondo un’altra opzione implementativa del metodo (non illustrata nelle figure), l’interfaccia ottica di collegamento 3 comprende una o più fibre ottiche di collegamento (31, 34), ciascuna dedicata ad una rispettiva radiazione ottica di attivazione, tra le suddette prima OA1, seconda OA2 e/o terza radiazione ottica di attivazione OAT, e ad uno spettro ottico riflesso che costituisce un rispettivo segnale fotonico, tra i suddetti primo L1 e/o secondo L2 e/o terzo segnale fotonico LT.

[0082]. Secondo una particolare variante implementativa, ogni collegamento tra una fibra in cui sono ricavati reticoli Fibre Bragg Grating ed una fibra ottica di collegamento all’unità di lettura/interrogazione ottica è realizzato mediante un giunto in fibra o un elemento di collegamento fotonico staccabile.

[0083]. Secondo una forma di realizzazione del metodo, l’involucro 9 è fatto di materiale polimerico o minerale, ed è distinto dalla pastiglia freno 10 ed è fissabile e/o incorporabile in essa, ha geometria e dimensioni predefinite, ed è atto ad alloggiare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 e il sensore di temperatura a fibra ottica 5, e almeno una porzione dell’interfaccia ottica di collegamento 3.

[0084]. In tal caso, la fase di incapsulare comprende inglobare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 entro l’involucro 9, ed inoltre incorporare nella pastiglia freno 10 e/o fissare alla pastiglia freno 10 detto involucro 9, durante la fabbricazione della pastiglia freno, in una posizione fissa e predefinita, nella suddetta porzione di materiale d’attrito M.

[0085]. Secondo un’opzione implementativa, la fase di inglobare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 entro l’involucro 9 comprende incorporare, per mezzo di un adesivo 7, le una o più fibre ottiche 25, 26, contenenti i sensori a fibra ottica 2, 5, in determinate porzioni 71 dell’involucro 9, atte a orientare nella corretta posizione ed instradare le fibre ottiche.

[0086]. Il metodo comprende quindi le fasi di inglobare per mezzo di un adesivo 7, all’interno di apposite porzioni di involucro 71 dell’involucro 9, una o più fibre di collegamento dell’interfaccia ottica 3 in un tubo capillare di collegamento 73 uscente dall’involucro 9 ed atto ad essere istradato sulla pastiglia freno per mezzo di una struttura a tubi capillari o telaio 75 verso un collettore 74 fissato alla pastiglia freno e collegabile ad un tubo protettivo di uscita 30 dell’interfaccia ottica di collegamento esterno alla pinza freno e collegabile all’unità di lettura/interrogazione 4.

[0087]. Le figure 7A e 8A (ed i rispettivi particolari ingranditi nelle figure 7B e 8B) illustrano due possibili implementazioni dell’incorporazione di sensori di sforzo 2 nell’involucro 9, per mezzo di un adesivo 7 e all’interno di apposite cavità 71 dell’involucro 9 ed inoltre il tubo capillare di collegamento 73.

[0088]. Nella forma di realizzazione sopra descritta, l’involucro 9, contenente il suddetto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2, fissato per mezzo di un adesivo 7 all’interno di apposite cavità 71 e il tubo capillare di collegamento 73 formano un elemento di rilevazione 90 (illustrato in figura 9).

[0089]. Nelle figure 10-13, sono illustrati elementi di rilevazione 90, il collettore 74 e il telaio 75 in diversi esempi di pastiglia freno sensorizzata. Le figure 11-13 si riferiscono ad opzioni implementative di pastiglie freno che incorporano uno, due e tre elementi di rilevazione 90 (ciascuno con un rispettivo telaio 75), rispettivamente.

[0090]. La figura 14 illustra aspetti strutturali dell’incorporazione di un elemento di rilevazione 90 nella forma di realizzazione con fibra birifrangente fb.

[0091]. Secondo diverse possibili opzioni implementative, l’involucro 9 è fatto di materiale minerale e/o plastico e/o polimerico e/o in composto di resina.

[0092]. Secondo possibili opzioni implementative, l’involucro (o housing) 9 ha una forma sostanzialmente di parallelepipedo, e dimensioni di alcune decine di millimetri, o di alcuni millimetri.

[0093]. Secondo uno specifico esempio implementativo, l’involucro 9 ha dimensioni uguali o non superiori a 20 mmdi larghezza base, 12 mmdi altezza base e 4 mmdi spessore.

[0094]. Secondo un’opzione implementativa, la suddetta fase di incapsulare comprende incorporare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2, mediante assemblaggio con adesivi o co-stampaggio diretto dell’involucro 9.

[0095]. Secondo un’opzione implementativa (illustrata ad esempio in figura 9), il metodo prevede di fissare alla pastiglia freno 10 e/o incorporare nella pastiglia freno 10 il suddetto elemento di rilevazione 90 insieme ai suddetti collettore 74 e suddetto telaio 75, durante la fabbricazione della pastiglia freno, inuna posizione fissa e predefinita della piattaforma di base (o piastrina) 11 della pastiglia freno, all’interno del materiale d’attrito della pastiglia freno 12, tramite accoppiamento di forma o accoppiamento meccanico 6 tra piattaforma di base 11 e involucro 9, in modo che l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 risulti completamente incorporato nella voluta porzione di materiale d’attrito.

[0096]. In accordo con una forma di realizzazione, le fasi del metodo sono eseguite in una o in entrambe le pastiglie 10 di una pinza di freno a disco, e ogni pastiglia 10 comprende una rispettiva unità di lettura/interrogazione ottica 4 ad essa associata e/o vincolata.

[0097]. In accordo con un’altra forma di realizzazione, le fasi del metodo sono eseguite in entrambe le pastiglie 10 di una pinza di freno a disco, ed le suddette fasi di ricevere e generare sono eseguite da un'unica unità di lettura/interrogazione ottica 4, associata alla pinza freno, ed operativamente collegata ad entrambe le pastiglie 10, tramite un’unica interfaccia ottica 3 oppure tramite due distinte interfacce ottiche 3.

[0098]. In accordo con un’altra forma di realizzazione (illustrata ad esempio in figura 19), le fasi del metodo sono eseguite in entrambe le pastiglie di una pluralità di pinze di freno a disco di un sistema frenante di un veicolo, e le suddette fasi di ricevere e generare sono eseguite da una o più unità di lettura/interrogazione ottica 4, operativamente collegata alle pastiglie di tutte le pinze freno della suddetta pluralità di pinze di freno a disco di un sistema frenante di un veicolo.

[0099]. Secondo diverse opzioni implementative, il metodo comprende una o più delle ulteriori fasi qui di seguito elencate:

- ottenere una misura dinamica dell’andamento in tempo reale della forza di serraggio CF e/o coppia frenante BT, sulla base dell’evoluzione temporale del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2 rilevati; e/o

- rilevare eventuali malfunzionamenti dei sensori a fibra ottica 2, 5; e/o

- stimare un livello di usura della pastiglia 10, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica 2, 5; e/o

- stimare un livello di emissioni di particolato emesso dovute all’attrito della frenata, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica 2, 5; e/o

- in occasione di un evento di frenata, misurare la pressione di frenata, calcolare l’effettivo coefficiente di attrito della frenata e calcolare l’effettiva forza di bloccaggio della pinza freno, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica 21,22 su entrambe le pastiglie della pinza freno; e/o

- in occasione di un evento di frenata, misurare eventuali sbilanciamenti tra le pressioni di frenata di pastiglie di una pinza freno o di più pinze freno, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica 2, 5 sulle pastiglie della una o più pinze freno; e/o

- in occasione di un evento di frenata, rilevare eventuali anomalie di funzionamento di una o più pastiglie di una o più pinze freno, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica 2, 5 sulle suddette una o più pastiglie della una o più pinze freno.

[00100]. Con riferimento ancora alle figure 1-19, viene ora descritta una pastiglia freno sensorizzata 10 (o pastiglia sensorizzata 10) per pinza freno di un sistema frenante ad attrito per veicolo, secondo la presente invenzione.

[00101]. Tale pastiglia sensorizzata 10 (come raffigurato ad esempio in figura 3 o in figura 10) comprende una pastiglia freno 1 realizzata con materiale atto a generare attrito frenante quando posto in contatto con un disco del freno ad attrito, da parte della pinza freno, in occasione di un evento di frenata; e comprende inoltre un involucro 9 contenente almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2, incorporato in una porzione di materiale d’attrito M della pastiglia freno 10 aderente ad una piastrina o piattaforma di base 11 della pastiglia freno 10, e un’interfaccia ottica di collegamento 3.

[00102]. La porzione di materiale d’attrito Mè sensibile all’attrito, in modo che lo sforzo di taglio (cioè tangenziale) St-eff a cui è soggetto l’involucro 9 in una direzione di riferimento tangenziale x sia rappresentativo della forza tangenziale Ft agente sulla pastiglia freno sensorizzata 10, e la forza normale Fn-eff a cui è soggetto l’involucro 9 in una direzione normale y sia rappresentativo della forza normale Fn agente sulla pastiglia freno sensorizzata 10, e rappresentativa della forza di serraggio CF e/o coppia di frenata BT esercitata sul disco del freno.

[00103]. L’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 è configurato per svolgere le seguenti azioni: rilevare un primo sforzo S1, presente in una prima posizione dell’involucro 9 lungo una predefinita prima direzione spaziale w1, in cui tale primo sforzo S1 è dipendente sia della forza normale Fn-eff sia dallo sforzo tangenziale St-eff agenti sull’involucro 9; inoltre, rilevare un secondo sforzo S2, presente in una seconda posizione dell’involucro 9 lungo una predefinita seconda direzione spaziale w2, in cui tale secondo sforzo S2 sia dipendente sia della forza normale Fn-eff sia dalla forza tangenziale St-eff agenti sull’involucro 9; inoltre, generare un primo segnale fotonico L1, rappresentativo del primo sforzo rilevato S1, e un secondo segnale fotonico L2, rappresentativo del secondo sforzo rilevato S2.

[00104]. L’interfaccia ottica di collegamento 3 è connessa al sensore di sforzo a fibra ottica 2, ed è atta ad essere collegata con un’unità di lettura/interrogazione ottica 4 per trasmettere i suddetti primo segnale fotonico L1 e secondo segnale fotonico L2.

[00105]. In accordo con una forma di realizzazione della pastiglia sensorizzata 10, il sensore di sforzo a fibra ottica 2 è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating, e le suddette predefinita prima direzione spaziale w1 e seconda direzione spaziale w2 sono direzioni diverse dalle suddette direzioni di riferimento tangenziale x e normale y.

[00106]. Secondo un’opzione implementativa della pastiglia sensorizzata 10, la prima direzione spaziale w1 e la seconda direzione spaziale w2 sono simmetriche rispetto alla direzione di riferimento normale y.

[00107]. Secondo un’altra opzione implementativa della pastiglia sensorizzata 10, la prima direzione spaziale w1 e la seconda direzione spaziale w2 formano angoli complementari rispetto ad un verso positivo della direzione di riferimento tangenziale x.

[00108]. Secondo un’altra opzione implementativa della pastiglia sensorizzata 10, l’angolo β formato dalla prima direzione spaziale w1 con il verso positivo della direzione di riferimento tangenziale x è uguale all’angolo β formato dalla seconda direzione spaziale w2 con il verso negativo della direzione di riferimento tangenziale x.

[00109]. In accordo con un’altra forma di realizzazione della pastiglia sensorizzata 10, il suddetto sensore di sforzo a fibra ottica 2 è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating disposto in una fibra birifrangente.

[00110]. In tal caso, la suddetta predefinita prima direzione spaziale w1 coincide con la direzione di riferimento tangenziale x e la suddetta seconda direzione spaziale w2 è una direzione perpendicolare alla direzione di riferimento tangenziale x.

[00111]. Secondo una forma di realizzazione della pastiglia sensorizzata 10 (illustrata ad esempio nelle figure 3-6), il sensore di sforzo a fibra ottica 2 comprende un primo elemento sensore 21 comprendente un primo reticolo di Bragg in fibra, disposto nella suddetta prima posizione, entro una prima porzione di fibra ottica disposta in modo da essere allineata con la suddetta prima direzione spaziale w1; e un secondo elemento sensore 22 comprendente un secondo reticolo di Bragg in fibra, disposto nella suddetta seconda posizione, entro una seconda porzione di fibra ottica disposta inmododa essere allineata con la suddetta seconda direzione spaziale w2.

[00112]. Secondo un’opzione implementativa, il primo elemento sensore 21 e il secondo elemento sensore 22 sono compresi in una unica fibra ottica 25.

[00113]. Secondo un’altra opzione implementativa, il primo elemento sensore 21 e il secondo elemento sensore 22 sono compresi in due diverse rispettive fibre ottiche (25, 26).

[00114]. Secondo altre possibili opzioni implementative, gli elementi sensori compresi nel sensore di sforzo (ovvero gruppo sensore di sforzo) a fibra ottica sonouna pluralità comprendente un qualsiasi numero di elementi sensori maggiore di due.

[00115]. In accordo con una forma di realizzazione (illustrata ad esempio nelle figure 4-6), la pastiglia sensorizzata 10 comprende inoltre almeno un sensore di temperatura a fibra ottica 5, incapsulato nell’involucro 9, in una terza posizione posta in prossimità delle suddette prima posizione e seconda posizione.

[00116]. L’almeno un sensore di temperatura a fibra ottica 5 è configurato per rilevare la temperatura presente nella terza posizione, e generare un terzo segnale fotonico LT rappresentativo della temperatura rilevata.

[00117]. In tal caso, l’interfaccia ottica di collegamento 3 è inoltre connessa al sensore di temperatura a fibra ottica 5, ed è atta ad essere collegata, con l’unità di lettura/interrogazione ottica 4 per trasmettere anche il terzo segnale fotonico LT.

[00118]. Secondo un’opzione implementativa, il sensore di temperatura a fibra ottica è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipo Fibre Bragg Grating.

[00119]. In accordo con un esempio implementativo, i suddetti sensore di sforzoe sensore di temperatura a fibra ottica sono tra loro integrati.

[00120]. Secondo un’opzione implementativa, il sensore di temperatura a fibra ottica 5 è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipo Fibre Bragg Grating, e include un terzo elemento sensore 23 comprendente un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato in una fibra ottica 25, contenente i suddetti primo elemento sensore 21 e secondo elemento sensore 22. Tale terzo reticolo di Bragg nella fibra ottica dedicata è assemblato nell’involucro in una opportuna cavità e/o tubo capillare 71 in modo da non risentire dei fenomeni di espansione termica edeformazione del materiale in cui è posto.

[00121]. Secondo un’altra opzione implementativa, il sensore di temperatura a fibra ottica 5 è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipo Fibre Bragg Grating, e include un terzo elemento sensore 23, comprendente un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato in una delle due fibre ottiche (25 o 26) contenenti il primo o il secondo reticolo di Bragg in fibra del sensore di sforzo, in una terza posizione distinta dalla prima o seconda posizione, e posta all’esterno dell’involucro e quindi nel materiale d’attrito o in un tratto di fibra contenuto nell’involucro. In entrambi i casi, questo terzo reticolo Fibre Bragg Grating è inserito in una cavità dell’involucro o in un tubo capillare 71 che lo isola da eventuali fenomeni di espansione termica e deformazione del materiale in cui è incapsulato.

[00122]. Secondo una forma di realizzazione, la pastiglia sensorizzata 10 comprende inoltre un’unità di lettura/ interrogazione ottica 4, collegabile ad un’unità di controllo remota 20 esterna alla pastiglia.

[00123]. L’unità di lettura/interrogazione ottica 4 è otticamente collegata all’interfaccia ottica di collegamento per riceverei suddetti primo segnale fotonico L1 e secondo segnale fotonico L2, ed è configurata per generare almeno uno o più segnali elettrici E1, E2, rappresentativi del primo segnale fotonico L1 e del secondo segnale fotonico L2, e indicativi del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2 rilevati. I suddetti uno o più segnali elettrici E1, E2 sono atti ad essere trasmessi all’unità di controllo remota 20.

[00124]. Secondo un’opzione realizzativa della pastiglia sensorizzata 10 (illustrata ad esempio in figura 3), l’interfaccia ottica di collegamento 3 comprende una o più fibre ottiche di collegamento 31, ciascuna configurata per trasportare una rispettiva radiazione ottica di attivazione OA1, OA2, destinata ad un rispettivo elemento sensore 21, 22, e per trasportare un rispettivo spettro ottico riflesso, che costituisce un rispettivo segnale fotonico, tra i suddetti primo L1 e/o secondo L2.

[00125]. Secondo un’altra opzione realizzativa della pastiglia sensorizzata 10 (illustrata ad esempio in figura 4), una delle fibre ottiche di collegamento 31 è inoltre configurata per trasportare una rispettiva radiazione ottica di attivazione OAT del sensore di temperatura 23 e per trasportare un rispettivo spettro ottico riflesso, che costituisce il terzo segnale fotonico LT (in aggiunta alla radiazione ottica e al segnale fotonico riflesso dal sensore di sforzo FBG compreso nella stessa fibra ottica 25 che comprende anche il sensore di temperatura 23).

[00126]. Secondo un’altra opzione implementativa della pastiglia sensorizzata 10 (illustrata ad esempio in figura 5), l’interfaccia ottica di collegamento 3 comprende una fibraottica di collegamento di ingresso 32 condivisa dalla prima OA1 e/o seconda OA2 radiazione ottica di attivazione, multiplate in lunghezza d’onda, e una fibra ottica di collegamento di uscita 33 condivisa dagli spettri ottici trasmessi che costituiscono il primo (L1) e/o secondo (L2) segnale fotonico, multiplati in lunghezza d’onda, nel caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra, e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici trasmessi.

[00127]. Secondo un’altra opzione realizzativa della pastiglia sensorizzata 10 (illustrata ad esempio in figura 6), l’interfaccia ottica di collegamento 3 comprende una fibra ottica di collegamento 35 condivisa dalla prima OA1 e/o seconda OA2 e/o terza OAT radiazione ottica di attivazione, multiplate in lunghezza d’onda, e dagli spettri riflessi che costituiscono il primo L1 e/o secondo L2 e/o terzo LT segnale fotonico, multiplati in lunghezza d’onda, nel caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra, e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici riflessi.

[00128]. In un’altra opzione implementativa (non illustrata nelle figure), la terza radiazione ottica di attivazione OAT è trasmessa su una fibra ottica di collegamento dedicata 34 al sensore di temperatura 5, e il terzo segnale fotonico LT comprende uno spettro ottico riflesso LT che viene inviato verso l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 attraverso la stessa fibra otica di collegamento dedicata 34.

[00129]. Secondo un esempio implementativo, ogni collegamento tra una fibra in cui sono ricavati reticoli di Bragg in fibra ed una fibra ottica di collegamento all’unità di lettura/interrogazione ottica è realizzato mediante un giunto in fibra o un elemento di collegamento fotonico staccabili.

[00130]. In accordo con una forma di realizzazione (illustrata ad esempio nelle figure 10-13), la pastiglia sensorizzata 10 comprende una piattaforma di base (o piastrina) 11 della pastiglia freno, all’interno del materiale d’attrito 12 della pastiglia freno.

[00131]. La pastiglia sensorizzata 10 comprende inoltre almeno un elemento di rilevazione 90, il quale a sua volta comprende un involucro 9, contenente almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 (fissato per mezzo di un adesivo 7 all’interno di apposite cavità 71) e almeno un tubo capillare di collegamento 73.

[00132]. L’involucro 9 di materiale minerale e/o plastico e/o polimerico e/o in composto di resina, è distinto dalla pastiglia freno 10 ed è fissabile e/o incorporabile in essa. L’involucro 9 è configurato per alloggiare (e in condizioni operative alloggia) l’almeno un sensore di sforzoa fibra ottica 2 e il sensore di temperatura a fibra ottica 5, e almeno una porzione dell’interfaccia ottica di collegamento 3.

[00133]. L’almeno un tubo capillare di collegamento 73, uscente dall’involucro 9, è configurato per racchiudere una o più fibre di collegamento dell’interfaccia ottica 3.

[00134]. In tal caso, la pastiglia sensorizzata 10 comprende inoltre un collettore 74 fissato alla pastiglia freno e collegabile ad un tubo protettivo di uscita 30 dell’interfaccia ottica di collegamento esterno alla pinza freno e collegabile all’unità di lettura/interrogazione 4. Il suddetto almeno un tubo capillare di collegamento 73 è istradato verso il collettore 74 e ad esso collegato.

[00135]. Secondo un’opzione implementativa, l’involucro 9 viene fissato alla pastiglia sensorizzata 10 per mezzo di un adesivo 7, che fissa le una o più fibre ottiche 25, 26 contenenti i sensori a fibra ottica 2, 5 in determinate porzioni 71 dell’involucro 9, atte ad orientare nella corretta posizione ed instradare le fibre ottiche.. Tale struttura di fissaggio 7 è a sua volta impiegata in due forme realizzative dell’involucro 9 (illustrate nelle figure 7A e 8A).

[00136]. Secondo una più specifica opzione implementativa, il suddetto involucro 9 è fatto di materiale minerale e/o plastico e/o polimerico e/o in composto di resina, ed ingloba l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2, mediante assemblaggio con adesivi o co-stampaggio.

[00137]. In tal caso, il suddetto elemento di rilevazione 90 è fissato alla pastiglia freno 10 e/o incorporato nella pastiglia freno 10 in una posizione fissa e predefinita, della piattaforma di base o piastrina 11 della pastiglia freno, all’interno del materiale d’attrito della pastiglia freno 12, tramite accoppiamento di forma o accoppiamento meccanico 6 tra piattaforma di base 11 e involucro 9, in modo che l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica 2 risulti completamente incorporato nella voluta porzione di materiale d’attrito M.

[00138]. Le figure 7A e 8A (ed i rispettivi particolari ingranditi delle figure 7B e 8B) illustrano due possibili implementazioni dell’incorporazione di sensori di sforzo 2 nell’involucro 9, per mezzo di un adesivo 7 e all’interno di apposite cavità 71 dell’involucro 9 ed inoltre il tubo capillare di collegamento 73.

[00139]. Secondo una forma di realizzazione, la pastiglia sensorizzata 10 comprende una pluralità di elementi di rilevazione 90, ciascuno fissato in una porzione di materiale d’attrito M e comprendente un involucro 9, un rispettivo almeno un sensore di sforzo in fibra ottica 2 in esso incorporato, un adesivo 7 e apposite cavità 71 dell’involucro 9.

[00140]. Le figure 11, 12, 13 illustrano tre diverse forme di realizzazione della pastiglia sensorizzata 10, comprendenti, rispettivamente uno, due e tre elementi di rilevazione 90.

[00141]. Grazie alle caratteristiche sopra indicate, la pastiglia sensorizzata 10 è caratterizzata da una grande flessibilità dal punto di vista della scelta delle posizioni in cui collocare gli elementi di rilevazione 90. Infatti, numerose diverse opzioni implementative sono possibili con riferimento al numero e alla collocazione degli elementi di rilevazione 90 contenenti i sensori di sforzo a fibra ottica 2.

[00142]. Viene ora descritta una pinza freno per sistema frenante a disco per veicolo. Tale pinza freno comprende una o due pastiglie sensorizzate 10 secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte.

[00143]. Con riferimento alle figure 1-6 e 15-19, viene ora descritto un sistema 100 per rilevare e misurare una forza di frenata e/o coppia di frenata derivante dall’attuazione di un sistema frenante ad attrito per veicolo, mediante rilevazione effettuata in almeno una pastiglia freno sensorizzata 10 del sistema frenante.

[00144]. Tale sistema per rilevare e misurare una forza di frenata e/o coppia di frenata 100 comprende almeno una pastiglia sensorizzata 10 secondo una qualsiasi delle orme di realizzazione precedentemente descritte; e comprende inoltre un’unità di lettura/interrogazione ottica 4 e un’unità di controllo remota 20.

[00145]. L’unità di lettura/interrogazione ottica 4 è otticamente collegata all’interfaccia ottica di collegamento 3 dell’almeno una pastiglia sensorizzata 10 per ricevere i suddetti almeno un primo segnale fotonico L1 e almeno un secondo segnale fotonico L2.

[00146]. L’unità di lettura/interrogazione ottica 4 è configurata per generare uno o più segnali elettrici E1, E2, rappresentativi del primo sforzo rilevato S1 e del secondo sforzo rilevato S2, sulla base dei suddetti primo segnale fotonico L1 e secondo segnale fotonico L2 ricevuti.

[00147]. L’unità di controllo remota 20, esterna alla pastiglia sensorizzata, è collegata all’unità di lettura/interrogazione ottica 4 per ricevere i suddetti uno o più segnali elettrici E1, E2, ed è configurata per elaborare tali uno o più segnali elettrici E1, E2 per ottenere e fornire una misura della forza di serraggio CF e/o una misura della coppia di frenata BT.

[00148]. Secondo una forma di realizzazione del sistema 100, l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 è inoltre configurata per attivare ciascuno dei reticoli di Bragg in fibra, compresi negli elementi sensori 21, 22, 23 incorporati nella pastiglia sensorizzata 10, trasmettendo una prima radiazione ottica di attivazione OA1 e/o una seconda radiazione ottica di attivazione OA2 e/o una terza radiazione ottica di attivazione OAT.

[00149]. Diverse opzioni implementative del sistema 100 corrispondono alle diverse disposizioni dei sensori di sforzo (e dell’eventuale aggiuntivo sensore di temperatura) già sopra descritte illustrando il metodo, ed illustrate nelle figure 4-6.

[00150]. In particolare, viene qui menzionata l’opzione implementativa del sistema 100 (illustrata nelle figure 5 e 6) in cui una pluralità di elementi sensori 21, 22, 23 sono ricavati in una stessa fibra, e ciascuno dei rispettivi reticoli di Bragg in fibra è associato ad una rispettiva diversa lunghezza d’onda centrale di funzionamento λ1, λ2, λT.

[00151]. In tal caso, l’unità ottica di lettura/ interrogazione 4 è inoltre configurata per trasmettere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3, rispettive radiazioni ottiche di attivazione OA1, OA2, OAT alla pluralità di elementi sensori 21, 22, 23 centrate alle diverse rispettive lunghezze d’onda di funzionamento λ1, λ2, λT mediante tecniche di trasmissione a multiplazione a lunghezza d’onda (WDM).

[00152]. Inoltre, l’unità ottica di lettura/interrogazione 4 è configurata per ricevere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento 3, e per distinguere i rispettivi spettri ottici riflessi o trasmessi da ciascuno della pluralità di elementi sensori 21, 22, 23 mediante demultiplazione con tecniche di multiplazione a lunghezza d’onda (WDM).

[00153]. Verranno qui di seguito forniti ulteriori dettagli in merito all’unità di lettura/interrogazione ottica 4.

[00154]. In accordo con una forma di realizzazione del sistema 100 (illustrata in figura 15), l’unità di lettura/ interrogazione ottica 4 comprende una sorgente di radiazione ottica a larga banda 40, un circolatore ottico 46 e un ricevitore opto-elettronico a spettrometro 41.

[00155]. La sorgente di radiazione ottica a larga banda 40 è configurata per trasmettere le suddette prima radiazione ottica di attivazione OA1 e/o seconda radiazione ottica di attivazione OA2, e/o, se presente il sensore di temperatura, terza radiazione ottica di attivazione OAT.

[00156]. La radiazione ottica emessa illumina (tramite la porta di ingresso e la porta passante del circolatore ottico 46) la fibra ottica contenente i sensori Fibre Bragg Grating (FBG), e determina una risposta da parte dei sensori FBG, che generano rispettivi segnali fotonici retro-riflesso (L1, L2, L3), i quali vengono accoppiati al ricevitore opto-elettronico a spettrometro 41 attraverso la porta di uscita del circolatore ottico 46.

[00157]. Il ricevitore opto-elettronico a spettrometro 41 è configurato per selezionare la lunghezza d’onda e/o la pluralità di lunghezze d’onda da ricevere, ed è inoltre configurato per ricevere ciascuno dei suddetti almeno un primo segnale fotonico L1 e/o almeno un secondo segnale fotonico L2 e convertirlo in un rispettivo almeno un primo segnale elettrico E1 e/o secondo segnale elettrico E2; e/o per ricevere il suddetto terzo segnale fotonico LT e convertirlo nel suddetto terzo segnale elettrico ET.

[00158]. Secondo un’altra forma di realizzazione del sistema 100 (illustrata in figura 16), l’unità di lettura/ interrogazione ottica 4 comprende una sorgente di radiazione ottica sintonizzabile 42, un circolatore ottico 46 e un ricevitore opto-elettronico a foto-diodi 43.

[00159]. La sorgente di radiazione ottica sintonizzabile 42 è configurata per trasmettere, in un dato istante di tempo, la radiazione ottica voluta (OA1 nell’esempio di figura 13) tra le suddette prima radiazione ottica di attivazione OA1 e/o seconda radiazione ottica di attivazione OA2, e/o terza radiazione ottica di attivazione OAT, ciascuna radiazione essendo alla rispettiva lunghezza d’onda desiderata.

[00160]. La radiazione ottica emessa illumina (tramite la porta di ingresso e la porta passante del circolatore ottico46) la fibra ottica contenente i sensori Fibre Bragg Grating (FBG), e determina una risposta da parte del sensore FBG sensibile alla lunghezza d’onda (ad esempio λ1), che genera un segnale fotonico retro-riflesso (ad esempio L1), il quale viene accoppiato al ricevitore a foto-diodi 43 attraverso la porta di uscita del circolatore ottico 46.

[00161]. Il ricevitore opto-elettronico a foto-diodi 43 è configurato per ricevere il suddetto segnale fotonico retro-riflesso e a convertirlo in un corrispondente segnale elettrico: ad esempio, inistanti successivi, il ricevitore opto-elettronico a foto-diodi 43 riceve il suddetto primo segnale fotonico L1 e lo converte nel primo segnale elettrico E1, poi riceve il secondo segnale fotonico L2 e lo converte nel secondo segnale elettrico E2, poi riceve il terzo segnale fotonico LT e lo converte nel terzo segnale elettrico ET.

[00162]. Secondo un’altra forma di realizzazione del sistema 100 (illustrata in figura 17), l’unità di lettura/ interrogazione ottica 4 è interamente realizzata mediante un singolo circuito fotonico integrato in tecnologia PIC (Photonic Integrated Circuit). In tal caso, tale singolo circuito fotonico integrato comprende una sorgente di radiazione ottica a larga banda 40, almeno un elemento di filtraggio ottico 44 in lunghezza d’onda e un blocco di ricevitori opto-elettronici a foto-diodi 43.

[00163]. La sorgente di radiazione ottica a larga banda 40 è configurata per trasmettere la prima radiazione ottica di attivazione OA1 e/o la seconda radiazione ottica di attivazione OA2 e/o la terza radiazione ottica di attivazione OAT.

[00164]. La radiazione ottica emessa (che comprende, nell’esempio di figura 17, le radiazioni ottiche OA1, OA2, OAT), tramite la porta di ingresso e la porta passante del circolatore ottico 46, illumina la fibra ottica contenente i sensori FBG, ciascuno dei quali riflette un rispettivo segnale fotonico L1, L2, LT. Il segnale fotonico WDM complessivo, dato dalla somma dei segnali L1, L2, LT, ciascuno alla propria e diversa lunghezza d’onda viene convogliato all’ingresso dell’elemento di filtraggio ottico 44, attraverso la porta di uscita del circolatore ottico 46.

[00165]. Il ricevitore opto-elettronico a foto-diodi 43 è configurato per ricevere attraverso l’elemento di filtraggio ottico 44 selezionato, i suddetti primo segnale fotonico L1 e secondo segnale fotonico L2, e convertirli nel suddetto primo segnale elettrico E1 o secondo segnale elettrico E2; e/o per ricevere il terzo segnale fotonico LT, se selezionato, e convertirlo nel terzo segnale elettrico ET.

[00166]. In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione del sistema 100 (illustrata ad esempio in figura 18), la pastiglia sensorizzata 10 comprende un sensore di tipoFibre Bragg Grating 2dispostoinuna fibra birifrangente fb, e l’unità di lettura/interrogazione ottica 4 comprende una sorgente di radiazione ottica sintonizzabile 42, un divisore di fascio a polarizzazione 45, un primo ricevitore opto-elettronico a foto-diodo 43a e un secondo ricevitore opto-elettronico a foto-diodo 43b.

[00167]. La sorgente di radiazione ottica sintonizzabile 42è configurata per trasmettere la prima radiazione ottica di attivazione OA1 e/o la seconda radiazione ottica di attivazione OA2, e/o la terza radiazione ottica di attivazione OAT, ciascuna radiazione essendo alla rispettiva lunghezza d’onda, a seconda di quanto voluto in un dato istante.

[00168]. La radiazione ottica emessa (che comprende, nell’esempio di figura 18, la radiazione ottica OA1), tramite la porta di ingresso e la porta passante del circolatore ottico 46, illumina la fibra ottica birifrangente contenente i sensori FBG, ciascuno dei quali riflette un rispettivo segnale fotonico. Il segnale fotonico riflesso o trasmesso dal reticolo di Bragg in fibra birifrangente è composto da due componenti con una diversa prima e seconda polarizzazione di birifrangenza (di fatto, si ottengono due segnali fotonici, che nell’esempio di figura 18 sono due primi segnali fotonici L1a, L1b).

[00169]. Il segnale fotonico WDM complessivo (dato in figura 15 dalla somma dei segnali L1a e L1b) viene convogliato all’ingresso del divisore di fascio a polarizzazione 45, attraverso la porta di uscita del circolatore ottico 46.

[00170]. Il divisore di fascio a polarizzazione 45 è configurato per ricevere il suddetto segnale fotonico riflesso o trasmesso dal reticolo di Bragg in fibra birifrangente, composto da due componenti con una diversa prima e seconda polarizzazione di birifrangenza, rispettivamente, e per generare un primo fascio ottico L1a corrispondente al componente con prima polarizzazione e un secondo fascio ottico L1b corrispondente al componente con seconda polarizzazione.

[00171]. Il primo ricevitore opto-elettronico a fotodiodo 43a è configurato per ricevere il primo fascio ottico L1a e per generare un corrispondente primo segnale elettrico E1a.

[00172]. Il secondo ricevitore opto-elettronico a fotodiodo 43b è configurato per ricevere il secondo fascio ottico L1b e per generare un corrispondente secondo segnale elettrico E1b.

[00173]. Per quanto riguarda i dettagli della ricezione ed elaborazione dei segnali fotonici generati da sensori ottici in fibra birifrangente, si possono utilizzare tecniche di ricezione ed elaborazione di segnali fotonici generati da sensori ottici in fibra birifrangente di per sé note (ad esempio, descritti in 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 - doi10.1117.922733).

[00174]. Secondo un’opzione implementativa del sistema (già precedentemente menzionata descrivendo la pastiglia sensorizzata), l’unità di lettura/interrogazione 4 ottica è integrata e/o alloggiata nella pastiglia sensorizzata 10. In tal caso, dalla pastiglia sensorizzata escono segnali elettrici E diretti verso l’unità di controllo remota.

[00175]. Secondo un’altra opzione implementativa preferita del sistema (illustrata, in diverse varianti, nelle figure 3-6), l’unità di lettura/interrogazione ottica 4 è esterna rispetto alla pastiglia sensorizzata 10. In tal caso, dalla pastiglia sensorizzata escono segnali fotonici L, su fibra, diretti verso l’unità di lettura/interrogazione ottica 4 (secondo le modalità già precedentemente descritte).

[00176]. Con riferimento alla figura 19, viene ora descritta un’ulteriore forma di realizzazione del sistema 100 per rilevare e misurare una forza di serraggio CF e/o una coppia di frenata BT.

[00177]. In tal caso, il sistema 100 comprende una pluralità di pastiglie sensorizzate 101, 102, 103, 104, appartenenti ad una o più pinze freno 200, 300 del sistema frenante del veicolo, ed una sola unità di lettura/ interrogazione ottica 4 operativamente collegata a ciascuna pastiglia sensorizzata 101, 102, 103, 104 della suddetta pluralità di pastiglie sensorizzate.

[00178]. L’unità di lettura/interrogazione ottica 4 è configurata per trasmettere a ciascuno dei sensori di sforzo a fibra ottica delle pastiglie freno sensorizzate 101-104 una rispettiva coppia di radiazioni ottiche di attivazione (OA11, OA12; OA21, OA22; OA31, OA32; OA41-OA42) e per ricevere da ciascuno dei suddetti sensori di sforzo a fibra ottica una rispettiva coppia di segnali fotonici (L11, L12; L21, L22; L31, L32; L41, L42), riflessi o trasmessi, a seconda della configurazione scelta.

[00179]. L’unità di lettura/interrogazione ottica 4 è inoltre configurata per generare una pluralità di rispettivi segnali elettrici (E11, E12; E21, E22; E31, E32; E41, E42), sulla base dei segnali fotonici (L11, L12; L21, L22; L31, L32; L41, L42), ricevuti dalla pluralità di pastiglie freno sensorizzate 101-104.

[00180]. Nell’esempio illustrato in figura 19, le pinze freno connesse all’unità di lettura/interrogazione ottica 4 sono due. In altri esempi implementativi, tale numero puòessere diverso da due (ad esempio, quattro).

[00181]. Inoltre, in altre possibili opzioni implementative, in cui ciascuna pastiglia sensorizzata comprende più elementi di rilevazione, ciascuno degli elementi di rilevazione è illuminatodall’unità di lettura/ interrogazione ottica 4 e fornisce una rispettiva coppia di segnali fotonici. In tal caso, il numero di segnali fotonici ricevuti e convertiti in segnali elettrici da parte dell’unità ottica di interrogazione/lettura è pari a 2xNxK, dove N è il numero di elementi di rilevazione in ogni pastiglia sensorizzata e K è il numero di pastiglie sensorizzate collegate all’unità ottica di lettura/interrogazione 4.

[00182]. Inoltre, in altre possibili opzioni implementative, le pastiglie sensorizzate inviano anche rispettivi terzi segnali fotonici LT, derivanti da sensori di temperatura 5, all’unità di lettura/interrogazione ottica 4, che genera rispettivi segnali elettrici ET.

[00183]. Tutti i suddetti segnali elettrici, generati nei vari possibili casi, dall’unità ottica di interrogazione/ lettura vengono inviati all’unità di controllo remota 20, che è in grado di determinare la forza di serraggio CF e/o coppia di frenata BT sulla base della pluralità di segnali elettrici ricevuti.

[00184]. In accordo con una forma di realizzazione del sistema 100, l’unità di controllo remota 20 comprende almeno un processore in cui sono memorizzati uno o più programmi software, configurati per eseguire un algoritmo atto a calcolare la forza di serraggio CF e/o coppia di frenata BT, sulla base del primo sforzo S1 e del secondo sforzo S2 determinati, e/o sulla base del primo sforzo S1, secondo sforzo S2 e temperatura determinati.

[00185]. In accordo con una più specifica opzione implementativa, la fase di calcolare comprende calcolare la forza di serraggio CF e/o coppia di frenata BT mediante relazioni nonlineari predefinite tra la forzadi serraggio CF e/o coppia di frenata BT e gli sforzi rilevati da ciascuno dei sensori di sforzo FBG nella rispettiva posizione in cui è incorporato nella pastiglia freno (in cui, come già sopra più volte illustrato, gli sforzi sono rilevati in modo tale da essere rappresentativi sia delle forze normali sia delle componenti tangenziali delle forze che li generano).

[00186]. Tali relazioni non lineari predefinite sono ad esempio rappresentate da modelli computerizzati o tabelle di look-up memorizzati in modo da essere accessibili da parte del processore dell’unità di controllo 20.

[00187]. Le suddette relazioni non lineari predefinite sono ad esempio determinate mediante fasi di sperimentazione e/o caratterizzazione e/o calibrazione effettuate dopo che l’almeno un sensore sforzo 2 è stato incorporato nella pastiglia freno 10, e prima dell’utilizzo della pastiglia freno 10.

[00188]. Secondo un esempio implementativo le suddette fasi di sperimentazione e/o caratterizzazione e/o calibrazione possono comprendere simulazioni funzionali e/o strutturali, ad esempio calcoli basati su metodi a elementi finiti (FEM).

[00189]. I calcoli e le elaborazioni sopra citate consentono di definire relazioni non lineari tra misure di sforzo in uno o più punti della pastiglia e la forza di serraggio e/o coppia frenante, consentendo dunque di stimare la forza di serraggio e/o coppia frenante sulla base delle misure di sforzo effettuate.

[00190]. Viene ora descritto un sistema frenante a disco 1000 per veicolo, compreso nella presente invenzione.

[00191]. Secondo una forma di realizzazione, il sistema frenante comprende un apparato frenante con freni ad attrito, il quale comprende una pluralità di pastiglie freno secondo una delle forme di realizzazione precedentemente descritte.

[00192]. Secondo un’altra forma di realizzazione, il sistema frenante comprende un apparato frenante con freni adattrito, e comprende inoltre un sistema 100 per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata derivante dall’attuazione del sistema frenante, in accordo con una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte.

[00193]. Come si può constatare, lo scopo della presente invenzione è pienamente raggiunto dal metodo, dalla pastiglia freno sensorizzata e dal sistema sopra illustrati, in virtù delle loro caratteristiche funzionali e strutturali.

[00194]. Infatti, la soluzione tecnica qui descritta prevede uno o più sensori fotonici che possono essere agevolmente e efficacemente integrati e/o fissati e/o incorporati in una pastiglia freno di una pinza freno di un freno ad attrito, per una misura, indiretta ma precisa ed affidabile, della forza di serraggio derivante da un’attuazione del freno, ovvero della coppia generata dalla forza di serraggio della pinza freno sul disco del freno.

[00195]. Il sensore a fibra ottica è composto da più elementi sensori di sforzo basati sulla tecnologia Fibre Bragg Grating (FBG– reticolo di Bragg in fibra).

[00196]. Gli elementi sensori sono in grado di rilevare sforzi in almeno due diverse posizioni, e sono configurati e/o disposti in modo da rilevare rispettivi sforzi che sono rappresentativi sia di una forza normale sia di una componente tangenziale di forza agente nella rispettiva posizione.

[00197]. A loro volta, le forze normali e tangenziali agenti localmente in ciascuna delle posizioni di rilevazione sono strettamente correlate, e quindi sono fedelmente rappresentative, delle forze agenti sulla pastiglia freno a causa della forza di serraggio e della coppia di frenata.

[00198]. Inoltre, la rilevazione contemporanea di sforzi normali e tangenziali in almeno due posizioni ben definite consente di determinare efficacemente tali grandezze.

[00199]. Vantaggiosamente, la soluzione tecnica secondo l’invenzione consente la rilevazione e/o determinazione sia della forza di serraggio sia della coppia di frenata (come precedentemente illustrato).

[00200]. Vantaggiosamente, viene previsto anche almeno un sensore di temperatura, pure in tecnologia FBG, che consente di ottenere stime ancor più precise, compensate in temperatura.

[00201]. Vantaggiosamente, in alcune forme di realizzazione, il sensore di sforzo viene incorporato in un involucro in materiale polimerico o minerale fissabile e/o incorporabile nella pastiglia freno in una posizione desiderata.

[00202]. Vantaggiosamente, l’una o più fibre contenenti gli elementi sensori a fibra ottica possono essere fissati al suddetto involucro con un preciso orientamento per mezzo di un adesivo.

[00203]. Le suddette caratteristiche assicurano il corretto posizionamento e orientamento dei sensori di sforzo nei punti desiderati della pastiglia freno,.

[00204]. Vantaggiosamente, la possibilità di rilevare lo sforzo in più punti della pastiglia freno aiuta a determinare con maggior precisione, sia pure in modo indiretto, la forza di serraggio e/o coppia di frenata.

[00205]. Grazie alle caratteristiche sopra indicate, la pastiglia sensorizzata è caratterizzata da una grande flessibilità dal punto di vista della scelta del numero e delle posizioni in cui collocare i sensori.

[00206]. Il sistema è composto dalla suddetta pastiglia freno sensorizzata, che include sensori a fibra ottica, connessa oticamente con una unità di interrogazione e lettura (che può essere remota o anche integrata a sua volta nella pastiglia freno) per una conversione optoelettronica dell’informazione sullo sforzo, che, vantaggiosamente, puòanche essere basata su tecniche WDM.

[00207]. L’unità di lettura/interrogazione può essere realizzata sulla base di diverse tecnologie elettroottiche.

[00208]. Vantaggiosamente, tale unità di lettura/ interrogazione può essere realizzata mediante tecnologie fotoniche basate su silicio (ad esempio, PIC: photonics integrated circuit), il che consente di realizzare tale unità anche integrandola nella pinza freno sensorizzata o nella centralina di controllo elettronica [00209]. L’unità di controllo del sistema è cosìin grado di determinare la forza di serraggio e/o coppia di frenata con grande accuratezza, con compensazione di temperature e su un ampio intervallo operativo.

[00210]. Inoltre, vantaggiosamente, più pastiglie sensorizzate (ciascuna contenente due o più sensori) possono essere connesse ad una singola unità di lettura/interrogazione, fornendo un ampio numero di segnali significativi sulla base dei quali si può migliorare, a seconda delle esigenze, l’accuratezza della determinazione di forza di serraggio e/o coppia frenante.

[00211]. Alle forme di realizzazione sopra descritte, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche, adattamenti e sostituzione di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza tuttavia uscire dall’ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per rilevare e misurare una forza di serraggio (CF) e/o una coppia di frenata (BT) derivante dall’attuazione di un sistema frenante ad attrito (1000) per veicolo, mediante rilevazione effettuata in una pastiglia freno (10) del sistema frenante, in cui il metodo comprende le fasi di: - incapsulare almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) in un involucro (9), e incorporare detto involucro (9) in una rispettiva porzione di materiale d’attrito (M) aderente ad una piastrina o piattaforma di base (11) di detta pastiglia freno (10), detta porzione di materiale d’attrito (M) essendo sensibile all’attrito in modo che lo sforzo tangenziale (St-eff) a cui è soggetto l’involucro (9) in una direzione di riferimento tangenziale (x) sia rappresentativo della forza tangenziale (Ft) agente sulla pastiglia freno (10), e la forza normale (Fn-eff) a cui è soggetto l’involucro 9 in una direzione di riferimento normale (y) sia rappresentativa della forza normale (Fn) agente sulla pastiglia freno (10); - rilevare, ad opera di detto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), un primo sforzo (S1), presente in una prima posizione dell’involucro (9) lungo una predefinita prima direzione spaziale (w1), detto primo sforzo essendo dipendente sia della forza normale (Fn-eff) sia dallo sforzo tangenziale (St-eff) agenti sull’involucro (9), - rilevare, ad opera di detto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), un secondo sforzo (S2), presente in una seconda posizione dell’involucro (9) lungo una predefinita seconda direzione spaziale (w2), detto secondo sforzo (S2) essendo dipendente sia della forza normale (Fn-eff) sia dallo sforzo tangenziale (St-eff) agenti sull’involucro (9); - generare, da parte del sensore di sforzoa fibra ottica (2), un primo segnale fotonico (L1), rappresentativo del primo sforzo rilevato (S1), e un secondo segnale fotonico (L2), rappresentativo del secondo sforzo rilevato (S2); - ricevere detti primo segnale fotonico (L1) e secondo segnale fotonico (L2), da parte di un’unità di lettura/interrogazione ottica (4), collegata otticamente a detto sensore di sforzo a fibra ottica (2); - determinare, da parte dell’unità di lettura/ interrogazione ottica (4), il valore del primo sforzo (S1) e il valore del secondo sforzo (S2), sulla base di detti primo segnale fotonico ricevuto (L1) e secondo segnale fotonico ricevuto (L2), rispettivamente; - determinare una misura della forza di serraggio (CF) e/o della coppia di frenata (BT) sulla base dei valori determinati di detto primo sforzo (S1) e secondo sforzo (S2).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto sensore di sforzo a fibra ottica (2) è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating, e dette predefinita prima direzione spaziale (w1) e seconda direzione spaziale (w2) sono direzioni diverse da dette direzioni di riferimento tangenziale (x) e normale (y).
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detta prima direzione spaziale (w1) e detta seconda direzione spaziale (w2) sono simmetriche rispetto alla direzione di riferimento normale (y), ovvero formano angoli complementari rispetto ad un verso positivo della direzione di riferimento tangenziale (x), ovvero l’angolo (β) formato dalla prima direzione spaziale (w1) con il verso positivo della direzione di riferimento tangenziale (x) è uguale all’angolo (β) formato dalla seconda direzione spaziale (w2) con il verso negativo della direzione di riferimento tangenziale (x).
4. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto sensore di sforzo a fibra ottica (2) è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating disposto in una fibra birifrangente, ed in cui detta predefinita prima direzione spaziale (w1) coincide con la direzione di riferimento tangenziale (x) e detta seconda direzione spaziale (w2) è una direzione perpendicolare alla direzione di riferimento tangenziale (x).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore di sforzo a fibra ottica (2) comprende: - un primo elemento sensore (21) comprendente un primo reticolo di Bragg in fibra, disposto in detta prima posizione, entro una prima porzione di fibra ottica disposta in modo da essere allineata con detta prima direzione spaziale (w1); - un secondo elemento sensore (22) comprendente unsecondoreticolodi Bragg infibra, dispostoindetta seconda posizione, entro una seconda porzione di fibra ottica disposta in modo da essere allineata con detta seconda direzione spaziale (w2).
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detto primo elemento sensore (21) e detto secondo elemento sensore (22) sono compresi in una unica fibra ottica (25), oppure in cui detto primo elemento sensore (21) e detto secondo elemento sensore (22) sono compresi in due diverse rispettive fibre ottiche (25, 26).
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di determinare comprende: - generare, ad opera dell’unità di lettura/ interrogazione ottica (4), un primo segnale elettrico (E1) rappresentativo di detto primo segnale fotonico (L1) e un secondo segnale elettrico (E2) rappresentativo di detto secondo segnale fotonico (L2); - trasmettere ad un’unità di controllo (20) detti primo segnale elettrico (E1) e secondo segnale elettrico (E2); - calcolare la forza di serraggio (CF) e/o coppia di frenata (BT), da parte di un processore dell’unità di controllo (20) mediante uno o più algoritmi eseguiti da uno o più programmi software, sulla base di detti primo segnale elettrico (E1) e secondo segnale elettrico (E2).
8. Metodo secondola rivendicazione 7, in cui la fase di calcolare comprende calcolare la misura della coppia di frenata (BT) sulla base di uno sforzo differenziale (∆S) dato dalla differenza tra i valori determinati del primo sforzo (S1) e del secondo sforzo (S2), attraverso un coefficiente di proporzionalità dipendente da parametri geometrici relativi alla disposizione dei sensori rispetto alle direzioni di riferimento (x, y), da parametri geometrici relativi alla pastiglia e al posizionamento del sensore nella pastiglia, e da parametri rappresentativi di coefficienti di attrito dei materiali di cui è fatto l’involucroe del materiale d’attrito.
9. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui la fase di calcolare comprende calcolare la forza di serraggio (CF), ovvero della pressione normale agente sulla pastiglia freno, sulla base di una forza o pressione normale agente sulla porzione di materiale d’attrito (M), incorporata nella pastiglia freno (10), in cui detta forza o pressione normale agente sulla porzione di materiale d’attrito è calcolata sulla base del primo sforzo (S1) e/o del secondo sforzo (S2) rilevati, attraverso un coefficiente di proporzionalità dipendente da parametri geometrici relativi alla disposizione dei sensori rispetto alle direzioni di riferimento (x, y) e dal modulo di Young del materiale di attrito.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le ulteriori fasi di: - incapsulare un sensore di temperatura a fibra ottica (5) nell’involucro (9), in una terza posizione posta in prossimità di dette prima posizione e seconda posizione; - rilevare, mediante detto sensore di temperatura a fibra ottica (5), la temperatura presente nella terza posizione (T), e generare un terzo segnale fotonico (LT) rappresentativo della temperatura rilevata; - ricevere detto terzo segnale fotonico rilevato (LT), da parte dell’unità di lettura/ interrogazione ottica (4), collegata otticamente al sensore di temperatura a fibra ottica (5); - determinare, da parte dell’unità di lettura/ interrogazione ottica (4), un valore di temperatura (T), sulla base del terzo segnale fotonico ricevuto (LT); in cui la fase di determinare una misura della forza di serraggio e/o della coppia di frenata (CF/BT) comprende determinare una misura della forza di serraggio e/o della coppia di frenata (CF/BT) sulla base dei valori del primo sforzo (S1) e del secondo sforzo(S2) e del valore di temperatura (T) determinati; ed in cui il sensore di temperatura a fibra ottica (5) è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipo Fibre Bragg Grating, comprendente un terzo elemento sensore (23) che include un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato in una fibra ottica (25, 26) contenente il primo e/o il secondo reticolo Fibre Bragg Grating del sensore di sforzo, in una terza posizione distinta dalla prima o seconda posizione.
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui la fase di determinare una misura della forza di serraggio (CF) e/o della coppia di frenata (BT) comprende: - calcolare un valore di sforzo dovuto ad una variazione termica, sulla base del valore di temperatura determinato; - sottrarre il valore di sforzo dovuto ad una variazione termica dal valore rilevato complessivo del primo sforzo, per ottenere un valore di primo sforzo efficace, dipendente solo da effetti meccanici; - sottrarre il valore di sforzo dovuto ad una variazione termica dal valore rilevato complessivo del secondo sforzo, per ottenere un valore di secondo sforzo efficace, dipendente solo da effetti meccanici; - determinare una misura della forza di frenata e/o della coppia di frenata sulla base dei valori del primo sforzo efficace e del secondo sforzo efficace.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore di sforzo a fibra ottica (2) e/o il sensore di temperatura a fibra ottica (5) sono collegati all’unità ottica di lettura/interrogazione mediante una interfaccia ottica di collegamento (3) ed in cui: - detto primo segnale fotonico (L1) comprende un primo spettro ottico riflesso o trasmesso dal primo elemento sensore (21), che raggiunge l’unità ottica di lettura/interrogazione (4) mediante detta interfaccia ottica di collegamento (3); e/o - detto secondo segnale fotonico (L2) comprende un secondo spettro ottico riflesso o trasmesso dal secondo elemento sensore (22), che raggiunge l’unità ottica di lettura/interrogazione (4) mediante detta interfaccia ottica di collegamento (3); e/o - detto terzo segnale fotonico (LT) comprende un terzo spettro ottico riflesso o trasmesso dal terzo elemento sensore (23), che raggiunge l’unità ottica di lettura/interrogazione (4) mediante detta interfaccia ottica di collegamento (3); in cui l’unità ottica di lettura/ interrogazione (4) è configurata per attivare ciascuno di detti primo (21) e/o secondo (22) e/o terzo elemento sensore (23) trasmettendo una radiazione ottica di attivazione (OA) o una rispettiva radiazione ottica di attivazione (OA1, OA2, OAT) attraverso detta interfaccia ottica di collegamento (3).
13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, quando una pluralità di elementi sensori (21, 22) sono ricavati in una stessa fibra, ciascuno dei rispettivi reticoli di Bragg in fibra è associato ad una rispettiva diversa lunghezza d’onda centrale di funzionamento (λ1, λ2), ed in cui il metodo comprende le ulteriori fasi di: - trasmettere, da parte dell’elemento di lettura/ interrogazione ottica (4), attraverso l’interfaccia ottica di collegamento (3), rispettive radiazioni ottiche di attivazione (OA1, OA2) alla pluralità di elementi sensori (21, 22), alle diverse rispettive lunghezze d’onda di funzionamento (λ1, λ2), mediante tecniche di trasmissione a multiplazione a lunghezza d’onda (WDM); - ricevere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento (3), e distinguere i rispettivi spettri ottici riflessi o trasmessi da ciascuno della pluralità di elementi sensori (21, 22) mediante demultiplazione con tecniche di multiplazione a lunghezza d’onda (WDM).
14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui: - nel caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra, e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici trasmessi, detta interfaccia ottica di collegamento (3) comprende una fibra ottica di collegamento di ingresso (32) condivisa dalla prima (OA1) e/o seconda (OA2) e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT), multiplate in lunghezza d’onda, e una fibra ottica di collegamento di uscita (33) condivisa dagli spettri ottici trasmessi che costituiscono il primo (L1) e/o secondo (L2) e/o terzo segnale fotonico (LT), multiplati in lunghezza d’onda; e/o - nel caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra, e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici riflessi, una fibra ottica di collegamento (35) condivisa dalla prima (OA1) e/o seconda (OA2) e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT), multiplate in lunghezza d’onda, e dagli spettri riflessi che costituiscono il primo (L1) e/o secondo (L2) e/o terzo segnale fotonico (LT), multiplati in lunghezza d’onda.
15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto involucro (9) è fatto di materiale polimerico o minerale, è distinto dalla pastiglia freno (10) ed è fissabile e/o incorporabile in essa, avente geometria e dimensioni predefinite, detto involucro (9) essendo atto ad alloggiare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) e il sensore di temperatura a fibra ottica (5), e almeno una porzione dell’interfaccia ottica di collegamento (3), ed in cui la fase di incapsulare comprende: - inglobare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) entro detto involucro (9); - incorporare nella pastiglia freno (10) e/o fissare alla pastiglia freno (10) detto involucro (9), durante la fabbricazione della pastiglia freno, in una posizione fissa e predefinita in detta porzione di materiale d’attrito (M).
16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui la fase di inglobare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) entro detto involucro (9) comprende: - incorporare le una opiù fibre ottiche (25, 26), contenenti i sensori a fibra ottica (2, 5), e/o una o più fibre di collegamento dell’interfaccia ottica (3) per mezzo di un adesivo (7), in determinate porzioni (71) dell’involucro (9), atte ad orientare nella corretta posizione ed instradare le fibre ottiche; - inglobare per mezzo di un adesivo (7), all’interno di apposite porzioni di involucro (71) di detto involucro (9) una o più fibre di collegamento dell’interfaccia ottica (3) in un tubo capillare di collegamento (73) uscente dall’involucro (9) ed atto ad essere istradato sulla pastiglia freno per mezzo di una struttura a tubi capillari o telaio (75) verso un collettore (74) fissato alla pastiglia freno e collegabile ad un tubo protettivo di uscita dell’ interfaccia ottica di collegamento (30) esterno alla pinza freno e collegabile all’unità di lettura/interrogazione (4), in cui detto involucro (9), contenente detto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), fissato per mezzo di un adesivo (7) all’interno di apposite porzioni (71) dell’involucro (9), e detto tubo capillare di collegamento (73) formano un elemento di rilevazione (90).
17. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui detto involucro (9)) è fatto di materiale minerale e/o plastico e/o polimerico e/o in composto di resina, ed in cui detta fase di incapsulare comprende: - incorporare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), mediante assemblaggio con adesivi o co-stampaggio diretto dell’involucro (9); - fissare alla pastiglia freno (10) e/o incorporare nella pastiglia freno (10) detto elemento di rilevazione (90), comprendente l’involucro (9), ed inoltre detto collettore (74) e detta struttura a tubi capillari o telaio (75), durante la fabbricazione della pastiglia freno, in una posizione fissa e predefinita, della piattaforma di base o piastrina (11) della pastiglia freno all’interno del materiale d’attrito della pastiglia freno (12), tramite accoppiamento di forma o accoppiamento meccanico 6 tra piattaforma di base (11) e involucro (9), in modo che detto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) risulti completamente incorporato nella voluta porzione di materiale d’attrito (M).
18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le fasi del metodo sono eseguite in una o in entrambe le pastiglie (10) di una pinza di freno a disco, ed in cui ogni pastiglia (10) comprende una rispettiva unità di lettura/interrogazione ottica (4) ad essa associata e/o vincolata.
19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-18, in cui le fasi del metodo sono eseguite in entrambe le pastiglie (10) di una pinza di freno a disco, ed in cui dette fasi di ricevere e generare sono eseguite da un'unica unità di lettura/interrogazione ottica (4), associata alla pinza freno, ed operativamente collegata ad entrambe le pastiglie (10), tramite un’unica interfaccia ottica (3) oppure tramite due distinte interfacce ottiche (3).
20. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-18, in cui le fasi del metodo sono eseguite in entrambe le pastiglie (10) di una pluralità di pinze di freno a disco di un sistema frenante di un veicolo, ed in cui dette fasi di ricevere e generare sono eseguite da una o più unità di lettura/interrogazione ottica (4), operativamente collegata alle pastiglie di tutte le pinze freno di detta pluralità di pinze di freno a disco di un sistema frenante di un veicolo.
21. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una o più delle seguenti ulteriori fasi: - ottenere una misura dinamica dell’andamento in tempo reale della forza di serraggio (CF) e/o coppia frenante (BT), sulla base dell’evoluzione temporale del primo sforzo (S1) e del secondo sforzo (S2) rilevati; e/o - rilevare eventuali malfunzionamenti dei sensori a fibra ottica (2, 5); e/o - stimare un livello di usura della pastiglia (10), sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica (2, 5); e/o - stimare un livello di emissioni di particolato emesso dovute all’attrito della frenata, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica (2, 5); e/o - in occasione di un evento di frenata, misurare la pressione di frenata, calcolare l’effettivo coefficiente di attrito della frenata e calcolare l’effettiva forza di bloccaggio della pinza freno, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica (21,22) su entrambe le pastiglie della pinza freno; - in occasione di un evento di frenata, misurare eventuali sbilanciamenti tra le pressioni di frenata di pastiglie di una o più pinze freno, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica (2, 5) su dette pastiglie della una o più pinze freno; - in occasione di un evento di frenata, rilevare eventuali anomalie di funzionamento di una o più pastiglie di una o più pinze freno, sulla base delle rilevazioni effettuate dai sensori a fibra ottica (2, 5) su dette una o più pastiglie della una o più pinze freno.
22. Pastiglia sensorizzata (10) per pinza freno di un sistema frenante ad attrito per veicolo, comprendente: - una pastiglia freno (1) realizzata mediante materiale atto a generare attrito frenante quando posto in contatto con un disco del freno ad attrito, da parte della pinza freno, in occasione di un evento di frenata; - un involucro (9) contenente almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), incorporato in una porzione di materiale d’attrito (M) della pastiglia freno (10) aderente ad una piastrina o piattaforma di base (11) della pastiglia freno (10), detta porzione di materiale d’attrito (M) essendo sensibile all’attrito, in modo che lo sforzo di taglio tangenziale St-eff a cui è soggetto l’involucro (9) in una direzione di riferimento tangenziale (x) sia rappresentativo della forza tangenziale (Ft) agente sulla pastiglia freno (10), e la forza normale Fn-eff a cui è soggetto l’involucro (9) in una direzione normale (y) sia rappresentativo della forza normale (Fn) agente sulla pastiglia freno (10), e rappresentativa della forza di serraggio (CF) e/o coppia di frenata (BT) esercitata sul disco del freno; in cui detto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) è configurato per: - rilevare un primo sforzo (S1), presente in una prima posizione dell’involucro (9) lungo una predefinita prima direzione spaziale (w1), detto primo sforzo (S1) essendo dipendente sia della forza normale (Fn-eff) sia dallo sforzo tangenziale (St-eff) agenti sull’involucro (9); - rilevare un secondo sforzo (S2), presente in una seconda posizione dell’involucro (9) lungo una predefinita seconda direzione spaziale (w2), detto secondo sforzo (S2) essendo dipendente sia della forza normale (Fn-eff) sia dalla forza tangenziale (St-eff) agenti sull’involucro (9); - generare un primo segnale fotonico (L1), rappresentativo del primo sforzo rilevato (S1), e un secondo segnale fotonico (L2), rappresentativo del secondo sforzo rilevato (S2); - un’interfaccia ottica di collegamento (3), connessa a detto sensore di sforzo a fibra ottica (2), ed atta ad essere collegata con un’unità di lettura/ interrogazione ottica (4) per trasmettere detti primo segnale fotonico (L1) e secondo segnale fotonico (L2).
23. Pastiglia sensorizzata (10) secondo la rivendicazione 22, in cui detto sensore di sforzo a fibra ottica (2) è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating, e dette predefinita prima direzione spaziale (w1) e seconda direzione spaziale (w2) sono direzioni diverse da dette direzioni di riferimento tangenziale (x) e normale (y).
24. Pastiglia sensorizzata (10) secondo la rivendicazione 23, in cui detta prima direzione spaziale (w1) e detta seconda direzione spaziale (w2) sono simmetriche rispetto alla direzione di riferimento normale (y), ovvero formano angoli complementari rispetto ad un verso positivo della direzione di riferimento tangenziale (x), ovvero l’angolo (β) formato dalla prima direzione spaziale (w1) con il verso positivo della direzione di riferimento tangenziale (x) è uguale all’angolo (β) formato dalla seconda direzione spaziale (w2 con il verso negativo della direzione di riferimento tangenziale (x).
25. Pastiglia sensorizzata (10) secondo la rivendicazione 22, in cui detto sensore di sforzo a fibra ottica (2) è un sensore di tipo Fibre Bragg Grating disposto in una fibra birifrangente, ed in cui detta predefinita prima direzione spaziale (w1) coincide con la direzione di riferimento tangenziale (x) e detta seconda direzione spaziale (w2) è una direzione perpendicolare alla direzione di riferimento tangenziale (x).
26. Pastiglia sensorizzata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 22-25, in cui il sensore di sforzo a fibra ottica (2) comprende: - un primo elemento sensore (21) comprendente un primo reticolo di Bragg in fibra, disposto in detta prima posizione, entro una prima porzione di fibra ottica disposta in modo da essere allineata con detta prima direzione spaziale (w1); - un secondo elemento sensore (22) comprendente un secondo reticolo di Bragg in fibra, disposto in detta seconda posizione, entro una seconda porzione di fibra ottica disposta in modo da essere allineata con detta seconda direzione spaziale (w2).
27. Pastiglia sensorizzata secondo la rivendicazione 26, in cui detto primo elemento sensore (21) e detto secondo elemento sensore (22) sono compresi in una unica fibra ottica, oppure in cui detto primo elemento sensore (21) e detto secondo elemento sensore (22) sono compresi in due diverse rispettive fibre ottiche.
28. Pastiglia sensorizzata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 22-27, comprendente inoltre: - almeno un sensore di temperatura a fibra ottica (5), incapsulato nell’involucro (9), in una terza posizione posta in prossimità di dette prima posizione e seconda posizione; in cui detto almeno un sensore di temperatura a fibra ottica (5) è configurato per rilevare la temperatura presente nella terza posizione, e generare un terzo segnale fotonico (LT) rappresentativo della temperatura rilevata; ed in cui detta interfaccia ottica di collegamento (3) è inoltre connessa al sensore di temperatura a fibra ottica (5), ed atta ad essere collegata conl’unità di lettura/ interrogazione ottica (4) per trasmettere anche detto terzo segnale fotonico (LT).
29. Pastiglia sensorizzata (10) secondo la rivendicazione 28, in cui il sensore di temperatura a fibra ottica (5) è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipoFibre Bragg Grating, e comprende unterzo elemento sensore (23) comprendente un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato nella fibra ottica (25) contenente detti primo (21) e secondo elemento sensore (22); oppure in cui il sensore di temperatura a fibra ottica (5) è un sensore di temperatura a fibra ottica di tipo Fibre Bragg Grating, e comprende un terzo elemento sensore (23) comprendente un terzo reticolo di Bragg in fibra, ricavato in una delle due fibre (25, 26) contenenti il primo o il secondo reticolo di Bragg in fibra del sensore di sforzo, in una terza posizione distinta dalla prima o seconda posizione, e posta all’esterno dell’involucro e quindi nel materiale d’attrito o in un tratto di fibra.
30. Pastiglia sensorizzata (10) secondo la rivendicazione 29 in cui il terzo reticolo Fibre Bragg Grating (23) è inserito in una cavità dell’involucro (9) o in un tubo capillare (71) che lo isola da eventuali fenomeni di espansione termica e deformazione del materiale in cui è incapsulato.
31. Pastiglia sensorizzata secondo una qualsiasi delle rivendicazione 22-30, in cui detta interfaccia ottica di collegamento (3) comprende: - una o più fibre ottiche di collegamento, ciascuna configurata per trasportare una rispettiva radiazione ottica di attivazione (OA1, OA2, OAT), destinata ad un rispettivo elemento sensore (21, 22, 23), e trasportare un rispettivo spettro ottico riflesso, che costituisce un rispettivo segnale fotonico, tra detti primo (L1) e/o secondo (L2) e/o terzo segnale fotonico (LT); e/o - una fibra ottica di collegamento di ingresso (32) condivisa dalla prima (OA1) e/o seconda (OA2) e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT), multiplate in lunghezza d’onda, e una fibra ottica di collegamento di uscita (33) condivisa dagli spettri ottici trasmessi che costituiscono il primo (L1) e/o secondo (L2) e/o terzo segnale fotonico (LT), multiplati in lunghezza d’onda, nel caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra, e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici trasmessi; e/o - una fibra ottica di collegamento (35) condivise dalla prima (OA1) e/o seconda (OA2) e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT), multiplate in lunghezza d’onda, e dagli spettri riflessi che costituiscono il primo (L1) e/o secondo (L2) e/o terzo segnale fotonico (LT), multiplati in lunghezza d’onda, nel caso in cui una pluralità di elementi sensori sono ricavati in una stessa fibra, e i segnali fotonici emessi dagli sensori comprendono spettri ottici riflessi.
32. Pastiglia sensorizzata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazione 22-30, comprendente una piattaforma di base o piastrina (11) della pastiglia freno all’interno del materiale d’attrito (12) della pastiglia freno, e comprendente inoltre almeno un elemento di rilevazione (90) comprendente: - un involucro (9) di materiale polimerico o minerale, distinto dalla pastiglia freno (10) e fissabile e/o incorporabile in essa, detto involucro (9) essendo configurato per alloggiare l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), fissato per mezzo di un adesivo (7) all’interno di apposite porzioni (71) di detto involucro (9), e il sensore di temperatura a fibra ottica (5), e almeno una porzione dell’interfaccia ottica di collegamento (3); - almeno un tubo capillare di collegamento (73) uscente dall’involucro (9), configurato per racchiudere una o più fibre di collegamento dell’interfaccia ottica (3); in cui la pastiglia sensorizzata (10) comprende inoltre un collettore (74) fissato alla pastiglia freno e collegabile ad un tubo protettivo di uscita dell’ interfaccia ottica di collegamento (30) esterno alla pinza freno e collegabile all’unità di lettura/interrogazione (4), ed in cui la pastiglia sensorizzata (10) comprende inoltre una struttura a tubi capillari o telaio (75) atta a istradare e collegare al collettore (74) detto almeno un tubo capillare di collegamento (73).
33. Pastiglia sensorizzata (10) secondo la rivendicazione 32, in cui detto involucro (9) è fatto di materiale organico e/o plastico e/o polimerico e/o in composto di resina, ed ingloba l’almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2), mediante assemblaggio con adesivi o co-stampaggio, ed in cui detto elemento di rilevazione (90) insieme a detto collettore (74) e detto telaio (75) è fissato alla pastiglia freno (10) e/o incorporato nella pastiglia freno (10) in una posizione fissa e predefinita, tra detta piattaforma di base o piastrina (11) all’interno del materiale d’attrito (12) della pastiglia freno, tramite accoppiamento di forma o accoppiamento meccanico (6) tra piattaforma di base (11) e involucro (9), in modo che detto almeno un sensore di sforzo a fibra ottica (2) risulti completamente incorporato nella voluta porzione di materiale d’attrito (M).
34. Pastiglia sensorizzata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 22-33, comprendente una pluralità di elementi di rilevazione (90), ciascuno comprendente l’involucro (9) ed un rispettivo almeno un sensore di sforzo in fibra ottica (2) in essa incorporato.
35. Pinza freno per sistema frenante a disco per veicolo, comprendente almeno una pastiglia sensorizzata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 22-34.
36. Sistema (100) per rilevare e misurare una forza di serraggio e/o coppia di frenata derivante dall’attuazione di un sistema frenante ad attrito per veicolo, mediante rilevazione effettuata in almeno una pastiglia freno sensorizzata (10) del sistema frenante, comprendente: - almeno una pastiglia sensorizzata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 22-34; - un’unità di lettura/interrogazione ottica (4), otticamente collegata all’interfaccia ottica di collegamento (3) della almeno una pastiglia sensorizzata (10) per ricevere detti almeno un primo segnale fotonico (L1) e almeno un secondo segnale fotonico (L2); detta unità di lettura/interrogazione ottica (4) essendo configurata per generare uno o più segnali elettrici (E1, E2), rappresentativi del primo sforzo rilevato (S1) e del secondo sforzo rilevato (S2), sulla base di detti primo segnale fotonico (L1) e secondo segnale fotonico (L2) ricevuti; - un’unità di controllo remota (20), esterna alla pastiglia sensorizzata, collegata a detta unità di lettura/interrogazione ottica (4) per ricevere detti uno o più segnali elettrici (E1, E2), l’unità di controllo remota (20) essendo configurata per elaborare detto uno o più segnali elettrici (E1, E2) per ottenere e fornire una misura della forza di serraggio (CF) e/o coppia di frenata (BT).
37. Sistema (100) secondo la rivendicazione 36, in cui l’unità ottica di lettura/interrogazione (4) è inoltre configurata per attivare ciascuno dei reticoli di Bragg in fibra, compresi negli elementi sensori (21, 22, 23) incorporati nella pastiglia sensorizzata (10), trasmettendo una prima radiazione ottica di attivazione (OA1) e/o una seconda radiazione ottica di attivazione (OA2) e/o una terza radiazione ottica di attivazione (OAT).
38. Sistema (100) secondo la rivendicazione 37, in cui, quando una pluralità di elementi sensori (21, 22) sono ricavati in una stessa fibra, ciascuno dei rispettivi reticoli di Bragg in fibra è associato ad una rispettiva diversa lunghezza d’onda centrale di funzionamento (λ1, λ2), ed in cui l’unità ottica di lettura/ interrogazione (4) è inoltre configurata per trasmettere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento (3), rispettive radiazioni ottiche di attivazione (OA1, OA2) alla pluralità di elementi sensori (21, 22), alle diverse rispettive lunghezze d’onda di funzionamento (λ1, λ2), mediante tecniche di trasmissione a multiplazione a lunghezza d’onda (WDM), e l’unità ottica di lettura/interrogazione (4) è inoltre configurata per ricevere, attraverso l’interfaccia ottica di collegamento (3), e distinguere i rispettivi spettri ottici riflessi o trasmessi da ciascuno della pluralità di elementi sensori (21, 22) mediante demultiplazione con tecniche di multiplazione a lunghezza d’onda (WDM).
39. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 36-38, in cui l’unità di lettura/ interrogazione ottica (4) comprende: - una sorgente di radiazione ottica a larga banda (40), configurata per trasmettere dette prima radiazione ottica di attivazione (OA1) e/o seconda radiazione ottica di attivazione (OA2) e/o, se presente un sensore di temperatura, terza radiazione ottica di attivazione (OAT); - un ricevitore opto-elettronico a spettrometro (41), configurato per selezionare la lunghezza d’onda e/o la pluralità di lunghezze d’onda da ricevere, ed inoltre configurato per ricevere ciascuno di detti almeno un primo segnale fotonico (L1) e/o almeno un secondo segnale fotonico (L2) e convertirlo in un rispettivo almeno un primo segnale elettrico (E1) e/o secondo segnale elettrico (E2); e/o ricevere detto terzosegnale fotonico(LT) e convertirlo in dettoterzo segnale elettrico (ET).
40. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 36-38, in cui l’unità di lettura/ interrogazione ottica (4) comprende: - una sorgente di radiazione ottica sintonizzabile (42), configurata per trasmettere detta prima radiazione ottica di attivazione (OA1) e/o seconda radiazione ottica di attivazione (OA2), e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT), ciascuna radiazione essendo alla rispettiva lunghezza d’onda desiderata; - un ricevitore opto-elettronico a foto-diodi (43), configurato per ricevere detto primo segnale fotonico (L1) e convertirlo in detto primo segnale elettrico (E1) e per ricevere detto secondo segnale fotonico (L2) e convertirlo in detto secondo segnale elettrico (E2); e/o configurato per ricevere detto terzo segnale fotonico (LT) e convertirlo in detto terzo segnale elettrico (ET).
41. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 36-38, in cui l’unità di lettura/ interrogazione ottica (4) è interamente realizzata mediante un singolo circuito fotonico integrato in tecnologia PIC (Photonic Integrated Circuit), e in detto singolo circuito fotonico integrato comprende: - una sorgente di radiazione ottica a larga banda (40), configurata per trasmettere dette prima radiazione ottica di attivazione (OA1) e/o seconda radiazione ottica di attivazione (OA2) e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT); - almeno un elemento di filtraggio ottico (44) in lunghezza d’onda, sintonizzabile sulla lunghezza d’onda del reticolo Fibre Bragg Grating interrogato, per selezionare un rispettivo segnale fotonico; - un ricevitore opto-elettronico a foto-diodi (43), configurato per ricevere il segnale fotonico selezionato tra detti primo segnale fotonico (L1) e secondo segnale fotonico (L2) e convertirlo in detto primo segnale elettrico (E1) o secondo segnale elettrico (E2); e/o ricevere detto terzo segnale fotonico (LT), se selezionato, e convertirlo in detto terzo segnale elettrico (ET).
42. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 36-38, in cui la pastiglia sensorizzata è secondo la rivendicazione 25 e comprende un sensore di tipo Fibre Bragg Grating (2) disposto in una fibra birifrangente (fb), in cui l’unità di lettura/interrogazione ottica (4) comprende: - una sorgente di radiazione ottica sintonizzabile (42), configurata per trasmettere detta prima radiazione ottica di attivazione (OA1) e/o seconda radiazione ottica di attivazione (OA2), e/o terza radiazione ottica di attivazione (OAT), ciascuna radiazione essendo alla rispettiva lunghezza d’onda desiderata; - un divisore di fascio a polarizzazione (45), configurato per ricevere il segnale fotonico riflesso o trasmesso dal reticolo di Bragg in fibra birifrangente, composto da due componenti con una diversa prima e seconda polarizzazione di birifrangenza, rispettivamente, e per generare un primo fascio ottico (L1a) corrispondente al componente con prima polarizzazione e un secondo fascio ottico (L1b) corrispondente al componente con prima polarizzazione; - un primo ricevitore opto-elettronico a fotodiodo (43a), configurato per ricevere il primo fascio ottico (L1a) e a generare un corrispondente primo segnale elettrico (E1a); - un secondo ricevitore opto-elettronico a fotodiodo (43b), configurato per ricevere il secondo fascio ottico (L1b) e a generare un corrispondente secondo segnale elettrico (E1b).
43. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 36-42, in cui l’unità di lettura/interrogazione ottica (4) è integrata e/o alloggiata nella pastiglia sensorizzata (10).
44. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 36 a 43, comprendente una pluralità di pastiglie sensorizzate (101, 102, 103, 104), appartenenti ad una o più pinze freno (200, 300), ed una sola unità di lettura/ interrogazione ottica (4) operativamente collegata a ciascuna pastiglia sensorizzata di detta pluralità di pastiglie sensorizzate.
45. Sistema (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 36 a 44, in cui l’unità di controllo remota (20) comprende almeno un processore in cui sono memorizzati uno o più programmi software, configurati per eseguire un algoritmo atto a calcolare la forza di serraggio (CF) e/o coppia di frenata (BT), sulla base di detti primo sforzo (S1) e secondo sforzo (S2) determinati, e/o sulla base di detti primo sforzo (S1), secondo sforzo (S2) e temperatura determinati.
46. Sistema frenante a disco (100) per veicolo, comprendente una pluralità di pastiglie freno secondo la rivendicazione 35, e/o comprendente un sistema (100) per rilevare e misurare una forza di frenata e/o coppia di frenata derivante dall’attuazione di detto sistema frenante a disco, in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni 36-45.