KR20150143696A

KR20150143696A - 브레이크 요소, 특히 브레이크 패드에 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 평가를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20150143696A
Application number: KR1020157032469A
Authority: KR
Inventors: 파브리지오 메를로; 루카 마르티노토; 다니엘레 돈젤리; 마티아 솔라리
Original assignee: 아이티티 매뉴팩츄어링 엔터프라이즈, 엘엘씨
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-12-23
Also published as: US20170030424A1; MX2015014671A; US9964167B2; US20160084331A1; JP6352395B2; EP2986868B1; JP2016516631A; CN104813060B; JP2016521336A; US11519474B2; EP2895767B1; US10119586B2; US9415757B2; WO2014170849A1; KR102051048B1; KR20150143404A; KR101980419B1; BR112015026168B1; ITTO20130307A1; US20180306262A1

Abstract

브레이크 요소(1)가 브레이크 요소의 금속제 지지 요소(11)와 마찰재 블록(14) 사이에 배열된 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)에 의해 센서화되고, 상기 센서는 마찰재 블록 내에 완전히 매립되고; 적어도 하나의 압전세라믹 센서에 의해 생성된 전압 신호(ST)는, 전원 장치의 필요 없이도, 금속제 지지 요소 내로 통합된 전기 회로에 의해 픽업되고, 전기 신호는 밀리초 차수의 시간 간격 내에서 수행되는 샘플 내의 전압 값들의 일련의 적분들; 전압 데이터 샘플의 FFT; 및 전압 데이터 샘플의 적분의 군으로부터 선택되는 알고리즘을 적용함으로써 신호의 동일 길이의 시간 샘플의 각각의 샘플을 실시간으로 연속하여 처리함으로써 검출된 신호의 단위 시간당 동일 길이의 시간 샘플의 형태로 실시간으로 처리되는 방법이 제공된다.

Description

브레이크 요소, 특히 브레이크 패드에 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 평가를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR REAL TIME ESTIMATION OF THE APPLIED PRESSURE AND OF NOISINESS IN A BRAKE ELEMENT, IN PARTICULAR A BRAKE PAD}

본 발명은, 브레이크 요소, 특히 브레이크 패드에 존재하는 노이즈와 함께, 인가된 압력 및 더 구체적으로는 그러한 압력의 분포를, 차량의 제동 동작 동안 사용 중에 상기 브레이크 요소에 작용하는 힘의 직접적인 검출에 의해, 실시간으로 평가하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재 생산 중인 차량 제동 시스템에서, 차량에서의 사용 중에, 브레이크 패드(또는 여전히 드럼 브레이크가 장착된 차량의 경우에는 브레이크 슈(brake shoe))와 휠에 결합된 피제동 요소, 즉 디스크 또는 드럼 사이에서의 사용 중에 교환되는 힘을 검출하기 위해서는, 극도로 복잡한 외부 시스템의 사용 이외에는 방법이 없다.

정상적으로, 차량 디스크당 (그리고 그에 따라 휠당) 2개의 브레이크 패드가, 차량을 이용할 때 유압 및/또는 전기 회로에 의해 작동되고 브레이크 페달에 인가되는 힘에 비례하는 압력을 패드 상에 인가하는 기계식 캘리퍼에 의해 제어된다. (공칭) 압력이 캘리퍼에 의해 인가됨에 따라서, 패드는 디스크에 대항하여 가압되어 디스크의 회전에 반대되는 힘을 인가하여, 차량을 제동한다.

제동 과정 동안 일어나는 가변하는 압력 분포는 캘리퍼 자체 내에서 원하지 않는 브레이크 패드 운동을 야기하고, 따라서 브레이크 패드의 분야에서, 예를 들어, 잔류 토크, 진동 및 노이즈로 알려진 상이한 현상들을 생성한다.

예를 들어, 대개의 경우 사용되는 기계 부품들(특히 디스크, 캘리퍼 및 브레이크 패드)의 마모로 인한 제동 시스템 내의 결함의 존재는, 시간에 따라 균일하지 않은 제동을 수행하도록 설계된 표면들 사이의 접촉으로 이어진다. 무엇보다도, 강한 제동의 결과로서, 브레이크 페달에서 발이 떨어져 들어 올려진 후에도 패드와 디스크 사이에 접촉이 남아 있는 일이 있어날 수 있어서, "잔류 토크"라고 불리는 현상을 야기할 수 있다. 잔류 토크는 또한, 처음 장착된 경우 이미 존재할 수 있거나 과도한 디스크 과열의 결과로서 형성된, 디스크 상의 로브(lobe)의 형성에 의해 생성될 수 있다.

노이즈와 관련하여, 이는 0.1 내지 20,000 ㎐ 범위 내의 상이한 주파수들에서 생성될 수 있다.

감압 페이퍼(pressure-sensitive paper)를 이용하거나 그렇지 않으면, 예를 들어 테스칸 아이-스캔(Tekscan I-Scan)® 압력 맵핑 시스템(http://www.tekscan.com/brake -pad-pressure-distribution)과 같은, 컴퓨터와 직접 인터페이스된 시스템에 의한 정적인 방식 이외에는 압력 분포를 현재로서는 검출할 수 없다.

제동 시스템이 섀시 다이나모미터(chassis dynamometer) 상에 장착되든 또는 그렇지 않으면 차량 상에 장착되든 간에, 제동 시스템 내에 필요한 경우 위치되는 마이크로폰 및 가속도계와 같은 복잡한 장비가 없다면 그러한 유형의 노이즈를 검출하는 것이 가능하지 않다.

이는 패드 또는 디스크보다는 오히려 브레이크 캘리퍼의 완벽하지 않은 기능으로부터 일어나는 문제와 관련하여, 현재 차량 제동 시스템이 "맹점(blind)"이 있다는 것을 의미한다.

브레이크 캘리퍼 피스톤의 위치를 조절하도록 전기 모터에 의해 사용되는 신호를 각각 생성하도록 하거나 그렇지 않으면 제동 동안 휠 잠김(wheel locking)의 어떠한 징후도 감지하도록 하는 목적으로 압전 센서들이 각각 브레이크 디스크 상에 또는 브레이크 캘리퍼의 백플레이트("백플레이트"는 캐리어 요소를 구성하는 브레이크 패드의 마찰 재료의 금속제 지지 요소임)와 피스톤 사이에 배열되는 차량 제동 시스템을 설명하는 EP1531110호 및 GB2478423호는 이러한 문제를 해결하지는 않는다.

EP1431606B1호는 마찰 재료의 층에 인가되는 힘의 측정을 위한 방법을 설명하고 있는데, 여기서 전기 저항이 인가되는 힘의 함수로서 가변하는 기능 층이 마찰 재료의 상기 층과 결합되고; 이어서, 기능 층의 전기 저항의 변동이 측정되고 이는 인가된 힘의 크기에 비례한다.

EP1923592B1호는 마찰 층 및 지지 플레이트를 갖는 브레이크 또는 마찰 요소를 대신 설명하고 있는데, 여기서 마찰 층과 지지 플레이트 사이에 적어도 하나의 정전용량 센서가 배열되고 그의 정전용량은 상기 마찰 층에 인가된 힘의 함수로서 가변한다.

US2006/0254868호는 EP1431606B1호의 시스템과 유사한 시스템을 설명하고 있는데, 여기서는 브레이크 패드와 같은 마찰 재료의 브레이크 요소 층의 전기 저항의 변동이 직접 측정된다.

EP1431606B1호, EP1923592B1호 및 US2006/0254868호에서 설명된 시스템도 앞서 언급된 기술적인 문제를 해결하지 못하는데, 이는 이들이 브레이크 패드에 인가되는 힘의 단지 정적인 또는 매우 느린 검출을 비교적 정확하게 허용하지만 제동 중에 일어나는 것들과 같은 빠른 힘의 변동을 검출할 수 없는 센서의 또는 전체 기능 층의 전기 용량 또는 전기 저항의 변동에 기초하기 때문이다.

더욱이, 이들 시스템은 전기적 공급이 계속될 필요가 있고, 이는 소모되는 에너지의 상대량 및 비교적 빠른 운동 상태에 있는 부품들 사이의 전력 공급을 보장하는 것과 관련된 상당한 구조적 복잡성과 같은 단점들을 포함한다.

본 발명의 목적은, 단순하고 경제적인 방식으로, 제동 동안 브레이크 요소(패드 또는 슈)와 피제동 요소(디스크 또는 드럼 브레이크) 사이의 계면에서 응력의 존재 및/또는 크기를 실시간으로 검출함으로써, 브레이크 요소, 특히 브레이크 패드 내에 존재하는 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 판정을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 목적은 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의, 예를 들어, 브레이크 패드와 디스크 사이의 마찰 계수 및 피제동 요소 상에 작용하는 접촉 압력의 분포의 연속적인 측정을 가능하게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 청구항 1에서 한정되는 바와 같이, 브레이크 요소, 특히 브레이크 패드에 존재하는 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 판정을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 청구항 15에서 한정된 바와 같이, 상기 방법을 수행하도록 설계된 장치에 관한 것이다.

여기서 그리고 아래에서, 용어 "실시간"은 시스템에 의해 제공되는 일련의 결과(인가된 압력, 노이즈의 존재 및 마찰 계수와 같은 원하는 파라미터의 검출 및 처리)가, 상기 측정된 파라미터를 생성하는 현상이 여전히 일어나고 있는 동안 제동 시스템이 작동되도록 하기에, 충분히 빠르다는 것을 의미하는 것으로 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 해결책은 인가된 압력 및 그러한 압력 분포의 적시의 검출을 사용 중에 허용하도록, 지지 요소와 마찰재 블록 사이의 계면의 전체 범위에 걸쳐서, 예를 들어 이산된 방식으로 그리고 바람직하게는 대칭 매트릭스에 따라 분포된, 적합한 구성으로 압전세라믹 요소에 의해 한정되는 센서를 특히 브레이크 패드의 백플레이트에 의해 한정되는 브레이크 요소의 마찰재 블록의 지지 요소와 마찰재 블록 자체 사이에 삽입하는 것을 포함한다. 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 압전세라믹 구성요소(센서)는 전력에 대한 필요성 없이, 전기 신호, 예를 들어 전압을 생성할 수 있고 차량의 그리고 캘리퍼 자체의 동력학적 특성을 제어하는 차량의 전자 제어 유닛보다는 오히려 브레이크 패드를 제어하는 캘리퍼에 상기 신호를 전송할 수 있다. 이어서, 정보는 마찰 계수 값, 잔류 토크의 존재 및 노이즈의 유형의 한정과 함께 압력 분포 및 그의 상대 압력 중심과 같은 최종적인 원하는 정보를 획득하기 위하여 적절한 알고리즘에 의해 후처리된다.

예를 들어, 통합된 압전세라믹 센서를 갖는 브레이크 패드를 이용하여, 그러한 패드가 적합한 데이터 처리 시스템에 접속된 경우에, 추가의 마이크로폰 및/또는 가속도계의 사용 없이 존재하는 진동 및/또는 노이즈의 유형을 판정하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 이는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)에 의해 그리고/또는 일 단위의 시간 내에서 센서에 의해 생성되는 전압 신호의 동일한 길이의 시간의 샘플 내에 존재하는 검출된 전압 값을 적분함으로써 전기 신호의 처리를 통하여 달성된다.

의외로, 각각의 압전세라믹 센서에 의해 생성된 전기 신호의 FFT의 실시간 처리에 의해 얻어진 신호는, 벤치(bench) 상에서 또는 차량에 탑재된 기기에 의해 검출될 수 있는 노이즈의 주파수에 대응한다. 검출될 수 있는 노이즈의 유형들 중에서 예를 들어 "스퀼(squeal)" 및 "크립-그론(creep-groan)"을, 브레이크 시스템에 의해서뿐만 아니라 차량 현가 시스템 또는 벤치 시험 공정 자체에 의해서 생성되는 진동과 함께, 식별할 수 있다. 당업자가 이들 용어에 대체로 있다고 생각하는 의미에 따르면, "스퀼"은, 브레이크 디스크 진동 모드가 브레이크 패드의 마찰재 슈 자체의 진동 모드와 결합되는, 마찰의 힘에 의해 유도되는 진동에 의해 기인되는 노이즈이고; "크립 그론"은 매우 낮은 속도에서 도로주행 차량에 영향을 주는 진동에 의해 생성되는 높은 세기의 낮은 주파수의 노이즈이라는 것에 유의하여야 한다.

어느 센서가 그리고 그에 따라 노이즈를 생성하는 브레이크 패드 어느 위치가, 예를 들어 차례로, 소음 방지 효과를 얻기 위하여 구현될 수 있는 임의의 릴리프 및/또는 브레이크 패드 상에서 챔퍼(chamfer)/컷(cut)이 갖는 효과를 벤치 시험에 의해 효과적으로 평가할 수 있는 가를 판정하는 것이 또한 가능하다.

잔류 토크에 관하여, 그의 크기는 전압 데이터를 실시간으로 적분함으로써, 특히 센서로부터 비롯된 동일 길이의 시간 신호 샘플을 적분함으로써 판정될 수 있다.

유사하게, 전단력을 검출할 수 있는 적어도 하나의 압전 센서를 사용함으로써, 생성된 대략적인 전압 데이터로부터 그리고/또는 신호 자체의 적분으로부터 얻어진 값들을 이용하여, 마찰 계수가 하기의 공지된 관계에 의해 판정될 수 있다:

(1) μ = FT/FN

여기서, μ는 목표 마찰 계수이고, FT는 브레이크 패드와 피제동 요소 사이의 계면에 (이 경우에 브레이크 디스크에 접선으로) 작용하는 접선력이고, FN은 브레이크 디스크에 수직인 힘이다.

압전 센서 신호가 또한 인가된 압력 및 시스템의 강성에 비례하는 것을 고려하면, 이어서 아래에서 설명되는 적절한 수학적 관계를 이용하여, 압전 센서를 간접 마모 검출기로서 이용하는 것이 가능하다.

본 발명의 추가 특징 및 이점은 순수하게 일 예로서 그리고 첨부 도면 내의 도면들을 참조하여 주어진 예시적인 비제한적인 실시예의 하기 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치가 장착된 차량 제동 시스템의 차축을 따라 취한 종단면도에 입면 표현으로 그리고 부분적으로 따른 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 장치의 본질적인 요소를 구성하는 브레이크 요소, 이 경우에는 브레이크 패드를 분해 사시도를 그리고 그의 구성 순서에 따라 개략적으로 도시한다.
도 3, 도 4, 도 7 및 도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 장치를 이용하여 본 발명의 방법에 따라 검출되고 처리되는 신호의 각각의 비교 도표를 도시한다.
도 5는 본 발명의 방법에 따른 계산 방법론에 관한 예시적인 도표를 도시한다.
도 6은 도 2의 브레이크 요소 구성요소의 상세한 내용을 개략적으로 그리고 확대된 축적으로 도시한다.

도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 이는 디스크(3)가 제공된 제동 시스템(2)(도 1)(디스크 브레이크 시스템)에 장착되기 위한 센서화된 차량 브레이크 요소(sensorized vehicle brake element), 도시된 예에서는 브레이크 패드를 전체로서 도면 부호 1로 나타내고; 디스크(3)는 차량(간략화를 위해 도시되지 않음)의 각각의 휠에 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이 부착되고 그에 따라 휠 축(A) 둘레를 회전한다.

제동 시스템(2)은 디스크(3)에 더하여 (그리고 그에 따라 차량의 각각의 휠에 대해) 그리고 각각의 디스크(3)마다, 본 기술 분야에서 공지된 작동기(5)를 장착한 브레이크 캘리퍼(4), 및 작동기(5)와 함께 브레이크 캘리퍼(4)에 의해 지지되는 한 쌍의 브레이크 패드(1)를 포함하며, 이들 패드(1)는, 사용 중에, 디스크(3) 및 그와 함께 그가 부착되는 휠의 회전을 그리고 그 결과로서 제동 시스템(2)이 장착된 차량을 제동하기 위해서 작동기(5)에 의해 디스크(3)에 대해 가압될 수 있다.

여기에서 그리고 이하에서, "사용 중"이라는 용어는 브레이크 요소가 동작 상태, 예를 들어 제동 시스템이 작동되는지의 여부에 관계 없이 차량에 의해 또는 그렇지 않으면 시험 벤치에 의해 지지되는 제동 시스템 내에 장착되어 있고, 그리고 그에 따라 제동 시스템이 브레이크 요소를 피제동 요소에 대해 가압하는 것을 의미한다.

비제한적 실시예로 도시되는 작동기(5)는 사용자가 차량의 브레이크 페달을 가압할 때 파이프(8)에 의해 가압되는 오일 충전 챔버(7) 내를 활주하고, 보다 일반적으로는 차량 제어 유닛(10)에 의해 제어되는 피스톤(6)이 장착된 유압식 유형이다. 명백하게는, 작동기(5)는 또한 전기식 유형일 수 있으며, 그 경우에 작동기는 온-보드 제어 유닛(10)에 의해 직접 제어될 것이다. 또한, 이후에 기술되는 내용은 조합형 유압-전기 시스템들에도 적용되는 것이 분명하다.

여기에서 그리고 아래에서, 브레이크 패드(1)로 구성되는 브레이크 요소가 특히 참조되지만, 언급될 것은 드럼 브레이크의 브레이크 슈에도 또한 동일하게 적용가능하여, 전술한 제동 시스템(2)이 또한 (예를 들어 차량의 전방 휠에 대한) 단지 두 개의 디스크(3)와, 사용 중에 브레이크 패드(1)보다는 브레이크 슈로 구성되는 브레이크 요소에 의해 동작하는, 후방 휠에 대한 두 개의 브레이크 드럼(본 기술 분야에서 공지되고 간략화를 위해 도시되지 않음)으로 구성되는 혼합형의 것일 수 있다는 것이 명백하다.

도 2를 또한 참조하면, 브레이크 요소(1)는 차량에 장착되어 인가된 압력 및 각각의 브레이크 요소(1)에서 생성되는 노이즈를 실시간으로 판정하기 위한 장치의 부분을 형성하며, 이 장치는 도 1에서 전체로서 도면 부호 100으로 표시되어 있다.

이러한 목적을 위해, 브레이크 요소(1)는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 설계되는데, 여기서 브레이크 요소(1)는 후술될 그의 제조 공정을 강조하기 위해서 분해된 구성으로 도시되어 있다.

따라서, 본 발명의 일 태양에 따르면, 브레이크 요소(1)는 금속제 지지 요소(11) 외에, "하부층"으로 알려진 열 절연 및 감쇠 층(12), 마찰재 블록(14) - 이들 모두는 본 기술 분야에서 공지됨 -, 및 단지 마찰재 블록(14)과 금속제 지지 요소(11) 사이에 개재되는 추가적인 층으로서 도 1에 개략적으로 나타낸 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)를 포함한다.

특히, 감쇠 및 열 절연 층(12C)은 사용 중에 차량의 피제동 요소와, 도시된 경우에는 디스크(3)와 대면하기 위한 금속제 지지 요소(11)의 제1 표면(13) 위에 위치되며, 마찰재 블록(14)은 금속제 지지 요소(11)에 의해 표면(13) 측 상에 그리고 감쇠/절연 층 또는 하부층(12C) 위에 단단히 유지된다.

브레이크 패드의 경우에는, 도시된 비제한적 실시예에서와 같이, "백플레이트"로서 달리 알려진 요소(11)가 형상화된 윤곽을 갖는 평탄 플레이트처럼 형상화되어 있다. 브레이크 슈의 경우에는 브레이크 패드(1)에 대해 본 명세서에서 기술된 것들에 대응하는 요소들이 있을 것이고, 이에 대해서는 센서화된 브레이크 슈들이 또한 구성될 수 있도록 하는 하기 설명으로 용이하게 넘어갈 수 있음이 당업자에게는 이해될 것이다.

도시되는 바와 같이, 적어도 하나의 센서(15)는 사용 중일 때 패드들(1)과 디스크(3) 사이의 접촉력의 검출을 허용한다. 실제로, 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)는 예를 들어 힘 또는 압력 형태인 수신된 기계적 에너지를 전원 장치의 필요 없이도 전기 에너지로 변환한다. 상기 힘의 방향으로 그의 두께를 변화시키도록 제한된 경우, 그것은 결과적으로 전위차, 즉 인가된 힘의 크기에 따라 변화하는 전압 신호 또는 전하를 생성한다.

도시된 바람직한 비제한적 실시예에서, 각각의 브레이크 패드(1)는 하나의 센서(15)뿐만 아니라 복수의 압전세라믹 센서들(15)도 포함하는데, 이 복수의 압전세라믹 센서들은 표면(13)과 직접 통합되고, 이격되어 있고, 바람직하게는 대칭 어레이를 따라 배열되어 있고; 또한 센서들(15)은 개별적으로 활성화될 수 있다.

본 발명에 따라 사용되는 압전세라믹 센서들(15)은 그들이 진동 질량(seismic mass) 없이 단지 능동 요소로만 형성되어 있다는 점에서 공지의 압전세라믹 가속도계들과는 상이하다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 사용된 센서들(15)은 20 ㎐ 내지 20,000 ㎐의 음장(acoustic field)에서 신호 응답을 갖도록, 그리고 이를 위해 25 마이크로초 이하인 응답 시간(센서에 기계적 응력이 가해지는 것과 센서에 의한 전기 신호의 후속 생성 사이의 간격)을 특징으로 하도록 설계되어야 한다. 최적의 신호 정밀도를 얻기 위해, 압전세라믹 센서들은 위에 정의된 바와 같이 0.16 마이크로초 이하인 응답 시간을 제공하도록 하는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 압전세라믹 센서(15), 또는 복수의 센서들(15)은 마찰재 블록(14)과 브레이크 요소(1)의 금속제 지지 요소(11) 사이에 배열되고, 마찰재 블록(14) 내에 완전히 매립되고, 사용 중에 피제동 요소(3)와 대면하는 마찰재 블록(14)에 의해 덮이는 금속제 지지 요소(11)의 표면(13) 상에서 금속제 지지 요소(11)에 의해 직접 단단하게 지지된다.

특히, 적어도 하나의 센서/복수의 센서들(15)은 브레이크 패드(1)를 그 완전체로 구성하기 전에, 그리고 그에 따라 본 기술 분야에서 공지된 기술들을 이용하여 열 절연 및 감쇠 층(12C) 및 마찰재 블록(14)을 형성하기 전에, 금속제 지지 요소(11)의 표면(13) 상에 직접 통합된다. 또한, 열 절연/감쇠 층(12C)을 형성하기 전에, 내부에 적어도 하나의 센서(15)/복수의 센서들(15)이 어떠한 기포들의 생성 없이도 완전히 감싸진 채로 유지되는 추가적인 연속 또는 불연속 전기 절연 층(12B)(도 2)이 표면(13) 상에 구현된다.

이어서, 전기 절연 층(12B) 상에는, 본 기술 분야에서 공지된 방식으로, 표면(13) 상에 배열된 센서(들)(15)를 완전히 덮어서 블록(14)이 백플레이트(11)와 단일편으로 일체로 되도록 하는 방식으로, 그리고 적어도 하나의 센서(15)/복수의 센서들(15)이 단지 상대적인 전기 절연 층(12B)만을 개재한 채로 마찰재 블록 내에 직접 통합된 감쇠 및 열 절연 층(12C)을 개재하여 마찰재 블록(14) 내에 매립된 채로 유지되는 방식으로 층(12C) 및 마찰재 블록(14)이 구성된다. 단지 하나의 센서(15)만이 있는 경우, 그것은 표면(13)의 제한된 위치/부분만을 점유할 수 있거나, 그렇지 않으면, 그것은 표면(13)의 전부 또는 일부만을 덮는 세라믹 필름의 형태로 구현될 수 있다.

단순화를 위해, 층들(12B, 12C)은 도면 부호 12로 나타낸 단일 층의 형태로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

바람직한 실시예에서, 복수의 압전세라믹 센서들(15)은 전체 표면(13)을 점유하지만 단지 이산된 방식으로, 즉 표면의 사전결정된 지점들/제한된 부분들에 대응하여 점유하도록 이격되는 압력 센서들로 구성된다.

센서들(15)은, 그들이, 표면(13)에 수직으로 측정된 두께가 감쇠 층 또는 하부층(12C)의 두께 이하이고 예를 들어 접착에 의해 또는 그렇지 않으면 본 기술 분야에서 공지된 다른 기술들에 의해 표면(13)에 부착된다고 한다면 상업적인 유형들 가운데서부터 선택될 수 있다.

대안적으로, 센서들(15)은 지지 요소 또는 백플레이트(11) 상의 제 위치에 직접 형성되어, 그에 따라 그들을 표면(13)과 직접 통합시키고, 예컨대 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 예를 들어 레이저 빔(30)에 의해 소결시킴으로써 그들을 상기 표면(13)에 일체로 결합시킬 수 있다. 압전세라믹 센서(15)를 일체화하는 데 사용되는 재료에 관해서는, 예를 들어 "연질" 또는 "경질" 유형의 PZT(lead zirconate titanate: 티탄산 지르콘산 납) 화합물이 사용될 수 있거나, 그렇지 않으면 비스무트 나트륨 티탄산(bismuth sodium titanate) 화합물 또는 개질된 메타니오비움산 납(lead metaniobate)이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 제공된 가능한 재료들의 목록은 완전한 것이 아니며, 현재 본 기술 분야에서 공지되었거나 앞으로 입수가능할 수 있고 상기 요건들을 충족시키는 임의의 압전세라믹 재료가 본 발명에 사용될 수 있다.

브레이크 패드(1)는 또한 단지 개략적인 방식으로 그리고 현실과 아무런 관계도 없이 도 2에 도시된 전기 회로(18)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 각각의 압전세라믹 센서(15)는 200℃ 초과의 퀴리 온도를 갖는 압전세라믹 재료로 제조되고 반대 극성의 전극들(16)에 의해 형성된 한 쌍의 전기 접속부들이 제공되는 압전세라믹 블록(115)을 포함하며, 전기 접속부들은 압전세라믹 블록(115)의 반대편 면들 상에 제공되고 브레이크 요소(1)의 금속제 지지 요소(11)와 통합되는 전기 회로(18)에 - 간략화를 위해 상세히 도시되지 않음 - 임의의 적합한 방식으로 접속된다.

도시된 바람직한 실시예에서, 마찰재 블록(14)과 각각의 브레이크 패드/브레이크 요소(1)의 금속제 지지 요소(11) 사이에는, 마찰재 블록(14)에 의해 덮이는 금속제 지지 요소(11)의 제1 표면(13)의 전부를 적절히 점유하기 위해서 이격되어 배열된 복수의 제1 압전세라믹 센서들(15b) 및 제1 압전세라믹 센서들(15b) 사이에 배열된 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서(15c)가 표면(133) 상에 배열되고 마찰재 블록(14) 내에 완전히 매립되어 있다.

센서들(15b) 중 하나가 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 센서들(15b)은 평탄한 원통형 형상을 가지며, 압전세라믹 재료의 원통형 블록(115b) 및 블록(115b)의 각각의 베이스 면들(116b)을 전체적으로 덮는 두 개의 전극들(16b)에 의해 형성되어 있다. 역으로, 도 6에 또한 개략적으로 도시된 센서(15c)는 평탄한 평행육면체 형상을 가지며, 압전세라믹 재료의 평행육면체 블록(115c) 및 블록(115c)의 각각의 베이스 면들(116c)을 전체적으로 덮는 전극들(16c)에 의해 한정되는 두 개의 전기 신호 접속부들로 이루어져 있다.

압전세라믹 센서들은 물론 압전 특성을 갖는 재료로 제조되는 것이 아니라, 결정 구조로 인해 적절한 분극 공정 후에 압전 특성을 갖게 되는 재료로만 제조된다.

그에 따라, 센서들(15b)은 표면(13)에 그리고 전극들(16b)이 제공되는 각각의 면들(116b)에 수직한 방향으로 분극화되는 반면에, 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15c)는 표면(13)에 그리고 전극들(16c)을 갖는 각각의 면들(116c)에 평행한 방향으로, 구체적으로는, 도 6에 파선으로 도시된 각각의 면들(117)에 수직하게 분극화되는데, 이 면들은 센서(15c) 제조 공정 동안에 분극 전극들(118)(도 6에 파선에 의해 분해도로 개략적으로 도시됨)로 코팅되고, 분극 전극들은 이후에 제거된다.

이런 식으로, 제1 압전세라믹 센서들(15b)은 사용 중에 브레이크 요소(1)에 인가되는 압력의 방향에 평행한 응력의 인가에 응답하여 전압 신호를 생성하도록 설계되고, 한편, 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서(15c)는 사용 중에 브레이크 요소(1)에 인가되는 압력의 방향에 횡단하는, 구체적으로는, 디스크(3) 및 상대 회전 축(A)에 접선으로의 응력의 인가에 응답하여 전압 신호를 생성하도록 설계된다.

전기 회로(18)는 도시된 비제한적인 예에서 케이블(19)에 의해 전기 커넥터(20)에 접속되는데, 이는, 그러나, 커넥터(20)를 금속제 지지 요소(11)의 일체화 부품으로서 직접 제조함으로써 생략될 수 있다. 커넥터(20) 및 전기 회로(18)는, 센서/센서들(15)에 의해 생성되어 사용 중에 송신되는 전기 신호들을 수신 및 송신하도록 설계될 뿐만 아니라, 예를 들어 달리 불활성이거나 완전히 기능하지 않는 상태로 유지될 수 있는 센서(들)(15)를 편의(bias) 및/또는 재분극화할 목적으로 패드(1) 제조 공정의 끝에서, 전압 생성기(25)(도 2)에 접속되도록 하는 방식으로 구성된다.

본 발명에 따른 장치(100)는 또한, 예를 들어 각각의 브레이크 패드(1)의 커넥터(20) 및 선택적 전기 케이블(19)에 의해 전기 회로(18)에 그리고 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)에 (복수의 센서들(15b, 15c)에) 탈착가능한 방식으로 접속되는 처리 수단(22)을 포함한다. 처리 수단(22)은 또한 커넥터(20) 내로 통합될 수 있으며, 임의의 경우에, 사용 중에 디스크(3)에 의해 (또는 드럼 브레이크들의 경우에는 브레이크의 드럼에 의해) 한정되는 피제동 요소에 대항하여 각각의 브레이크 요소(1)의 마찰재 블록(14)을 가압하기 위한 작동기(5)를 제어하는 제어 유닛(10)에 접속될 것이다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 브레이크 패드(1)는 또한 단일의 압전세라믹 센서(15) 또는 복수의 압전세라믹 센서들(15b, 15c) 이외에, 임의의 공지된 유형의 온도 센서(21)를 포함하는데, 이 온도 센서는 또한 센서들(15)과 유사한 방식으로 백플레이트(11) 내로 통합되며, 전기 회로(18)에 전기적으로 접속되고, 사용 중에 또한 전기 신호들(예컨대, 전압)을 커넥터(20)로 송신한다.

전기 회로(18) 및 (선택적 케이블(19)과 함께) 커넥터(20)는 처리 수단(22)에 각각의 센서(15, 21)를 위한 별도의 신호들을 제공하기 위해서 제조된다.

따라서, 본 발명에 따른 각각의 브레이크 요소(1)는, 전술한 구성요소들 이외에:

- 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이의 접촉으로부터 파생되는 기계적 응력의 각각의 센서(15/15b, 15c)에 대한 인가에 응답하여, 별도의 전원 장치를 필요로 하지 않고서, 센서/센서들에 의해 생성되는 각각의 전압 신호를 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)/센서들(15b, 15c)(및, 존재하는 경우, 센서(21))로부터 그리고 회로(18)에 의해 픽업하기 위한, 커넥터(20)(및 선택적 케이블(19))로 나타낸 수단;

- 상기 신호의 동일 길이의 시간 샘플을 생성하기 위해서, 다시 말해, 신호를 일정한 시간 간격으로 취한 시퀀스로 분할하기 위해서 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)에 의해/센서들(15b, 15c)에 의해 생성되는 전압 신호를 실시간 처리하기 위한, 도 1에 파선으로 그려진 블록으로 나타낸 제1 수단(121); 및

- 신호의 상기 동일 길이의 시간 샘플에 적절한 알고리즘을 적용함으로써 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)에 의해/센서들(15b, 15c)에 의해 생성되는 신호의 동일 길이의 시간 샘플의 각각을 실시간으로 처리하기 위한, 도 1에 파선으로 그려진 블록으로 또한 나타낸 제2 수단(122)을 포함한다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 이러한 알고리즘은, 신호의 동일 길이의 시간 샘플 내에 존재하는 전압 값들의 일련의 적분들 - 각각의 적분은 밀리초 차수의 소정 시간 간격으로 수행됨 -; 신호의 동일한 시간 길이의 샘플에서의 전압들의 FFT(고속 푸리에 변환); 신호의 동일한 시간 길이의 샘플들에서의 전압들의 적분; 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

처리 수단(121, 122)은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 처리 수단(22) 내로 통합될 수 있거나, 그렇지 않으면, 개별적으로 또는 제어 유닛(10)의 하드웨어 또는 소프트웨어 형태의 일체형 부품으로서 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(100)는 또한, 처리 수단(121, 122)이 통합되거나 또는 그에 링크되는 처리 수단(22) 및 각각의 브레이크 요소(1) 내로 통합되는 센서(15)/센서들(15b, 15c)에 더하여, 후술되는 바와 같이 처리 수단(121, 122)에 의해 처리된 전기 신호에 응답하여 처리 수단(22)에 의해 또는 제어 유닛(10)에 의해 활성화될 수 있는 시그널링(signalling) 수단(29)을 포함한다.

설명된 장치(100)에 의해, 그리고 특히 전술한 바와 같은 적합하게 센서화된 브레이크 요소(1)로 인해, 본 발명에 따르면, 브레이크 요소, 예컨대 브레이크 요소(1)(이 경우에 브레이크 패드)에 존재하는 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 평가를 위한 방법이- 이 방법은 앞에서 설명된 바와 같이 다수의 센서들(15b)이 단일 센서(15c)와 함께 설치된 브레이크 패드(1) 시작품(prototype)에 대해 수행된 벤치 시험으로부터 얻어진 도 3, 도 4, 도 7 및 도 8의 실험 도표에서 예시되고, 하기에 나열된 단계들을 포함함 - 차량의 정상적인 사용 동안 그리고 그에 따라서 모든 차량 제동 상태 동안 차량 상에서, 그리고 제동 시스템(2) 벤치 시험 동안 구현될 수 있다.

본 발명의 방법의 제1 단계는, 앞서 상세히 기술된 바와 같이, 마찰재 블록(14) 내에 완전히 매립되고, 마찰재 블록(14)에 의해 덮이고 사용 중에 피제동 요소(3)를 향해 대면하는 브레이크 요소(1)의 표면(13) 상에, 금속제 지지 요소(11)에 의해 직접 일체로 지지되는 브레이크 요소(1)의 금속제 지지 요소(11)와 마찰재 블록(14) 사이에 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15 또는 15b, 15c)를 갖는 것을 포함한다.

본 발명의 방법의 제2 단계는, 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)로부터/센서들(15b, 15c)로부터, 회로(18)에 의해 그리고 사용 중인 브레이크 요소(1)로 그리고 그에 따라 축(A)을 중심으로 회전하는 피제동 요소(3)로, 각각의 전기 신호, 도시된 예에서는 도 3, 도 4, 도 7, 및 도 8의 상부 부분에 도시되는 시간에 따른 경향을 갖는 전압 ST를 픽업하는 것을 포함한다. ST 신호는 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이의 접촉으로부터 파생되는 기계적 응력의 센서들(15) 상에의 인가에 응답하여, 전원 장치를 필요로 하지 않고서, 센서(15)/센서들(15b, 15c)에 의해 생성된다.

도시된 예에서, 도 3, 도 4, 도 7, 및 도 8의 그래프들을 생성한 실험들에서 사용되는 센서화된 브레이크 패드(1)에는 네 개의 센서들(15b)(채널 A, C, D 및 E의 신호) 및 하나의 센서(15c)(채널 B의 신호)가 장착되어 있었다. 도 4, 도 7 및 도 8에 도시된 그래프들 각각은 제동 이벤트들을 완료하는 것과 관련되는데, 도 4의 그래프의 제동 이벤트는 ST 신호에서의 초기 피크들에 의해 입증되는 바와 같이 급격한 방식으로 수행되었고; 대신에, 도 7 및 도 8의 그래프들의 경우의 제동 동작은 점진적으로 수행되었다. 도 4, 도 7 및 도 8에서의 ST 신호의 최종 피크들은 제동 동작의 종료 및 그에 따른 피제동 요소(3)로부터의 브레이크 요소(1)의 분리에 대응한다.

이러한 그래프들의 간단한 시험(및 그에 따른 원 데이터의 단순한 이해)은 예를 들어 도 4에서의 제동 동작 동안 사용되는 제1 브레이크 패드가 음의 전압 피크에 의해 강조되는 채널 D에 관련된 센서(15b)에서 이상 접촉을 제공함을 드러낸다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어 새로운 브레이크 패드의 벤치 시험 동안 생성된 이러한 정보는 단독으로, 차량 상에서의 이후의 사용 중에 이러한 문제를 피하기 위하여 상기 브레이크 패드 및/또는 그의 지지체(캘리퍼)의 설계 변경을 가능하게 할 수 있다. 그렇지 않으면, 사용 중에 차량으로부터 얻어지는 경우에, 이러한 정보는 제어 유닛(10)으로 전달될 수 있고, 이는 예를 들어 브레이크 캘리퍼 상에 위치된 작동기들(5) 중 하나 이상을 적합한 방식으로 작동할 수 있다.

도 3의 그래프(상부 섹션)는, 상이한 브레이크 패드(1) 작동 조건들 하에서, 동일한 도 3의 하부 부분에 범례로 도시된 바와 같이, 즉 패드(1)가 디스크(3)와 접촉하지 않고 패드(1)가 디스크(3)에 접근한 경우에, 단일 센서(15b)(채널 A에 관련됨)에 의해 생성된 ST 신호에 관한 것이다.

본 발명의 방법의 제3 단계는, 예를 들어 제동의 매 초에 대해서, 신호 자체의 동일 길이의 시간 샘플이 취해지도록 압전세라믹 센서(15)/센서들(15b, 15c)에 의해 생성된 전압 신호 ST의 실시간 처리를 포함하는데, 샘플은 고려 중인 시간의 단위 내에서 ST 신호를 나타내는 곡선의 모든 점들에 의해 나타난다. 논의된 실시예에서, 신호 ST의 복수의 동일 길이의 시간 샘플들은 제동 동작의 기간(수 초) 전체에 걸쳐 수단(121)에 의해 생성된다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 이 경우에 처리 수단(121)에 의해 수행되는 상기 신호 샘플링은 시간에 따라 변하는 ST 신호 전압 값들인 다수의 점들을 포함하여야 한다. 특히, 이러한 단계는 상기 ST 신호 내에 포함되는 하나의 가장 높은 타깃 주파수의 두 배 이상인 샘플링 주파수를 이용하여 ST 신호의 복수의 디지털 값들을 수집하도록 수행되고; 음장에서 주파수들을 최적으로 검출하기 위하여 적어도 40 ㎑(즉, 40 ㎑ 이상) 및 바람직하게는 50 ㎑의 샘플링 주파수가 이용된다. 다시 말하면, 이는 처리 수단(121)에 의해 처리되는 ST 신호가 세분된 동일 길이의 시간 샘플을 나타내는 디지털 값들의 각각의 군이 초당 ST 신호의 적어도 40,000개 값들 및 바람직하게는 초당 ST 신호의 50,000개 값들로 구성(을 포함)하는 것을 의미하는데, 신호는, 제동 동안 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이에서 발생하는 피할 수 없는 진동으로 인해, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8의 그래프부터 명백한 바와 같이, 전압 값들이 양의 값에서 음의 값을 지나가는, 진동하는 신호이다. ST 신호 샘플링 레이트(sampling rate)(샘플링 주파수)에 대한 상기 값들은, 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라서 제동 동안 브레이크 패드(1)와 관련된 노이즈를 분석하는 데 중요하다.

본 발명의 방법의 제4 단계는 최종적으로, 수단(121)에 의해 처리되는 신호의 동일 길이의 시간 샘플의 각각에 적용되는 적절한 알고리즘의 수단(122)을 이용한 적용에 의해 센서들(15, 15b, 15c)에 의해 생성된 전압 신호 ST의 동일 길이의 시간 샘플의 각각의, 다시 실시간으로의, 추가 처리를 포함한다.

본 발명에 따르면, 이러한 알고리즘은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다:

- 고려 중인 복수의 동일 길이의 시간 샘플들의 신호 ST의 동일 길이의 시간 샘플의 각각에 포함되는 전압 값들의 일련의 적분들 - 각각의 적분은 ST 신호의 "마이크로적분(Microintegration)"을 나타내고 밀리초 차수의 시간 간격 내에서 처리됨 -;

- 각각의 센서(15, 15b, 15c)에 의해 생성되는 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플의 각각의 FFT(고속 푸리에 변환) - 이는 각각의 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플의 전체에 적용됨 -;

- 각각의 센서(15, 15b, 15c)에 의해 생성되는 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플 전체의 각각에 대한 전압 값의 포괄적인 적분; 및

- 이들의 임의의 조합.

각각의 압전세라믹 센서(15)에 의해 생성되는 진동하는 ST 전압 신호에 대한 이들 알고리즘의 적용의 결과가 도 3, 도 4, 도 7, 도 8에 도시되어 있다.

특히, 도 3의 중심 부분은 동일한 도면의 상부 부분에 도시된 2개의 ST 신호의 "마이크로적분"에 기인된 그래프를 일 예로서 도시한다. 명백한 바와 같이, 결과는 일련의 곡선 C1 내지 곡선 Cn인데, 곡선 C1은 브레이크 패드(1)의 정지 상태(제동하지 않고 패드가 접촉하지 않음)에 대응하고, 곡선 C2는 브레이크 패드(1)가 디스크(3)에 접촉하지만 제동 압력이 인가되지 않은 사실로 인하여 잔류 토크의 존재에 대신 대응한다.

역으로, 도 3의 하부 부분의 그래프는 FFT의 동일한 도면의 상부 부분의 ST 신호들에 대한 적용에 대응하고, 이 경우에, 생성된 임의의 잔류 토크의 존재를 또한 도시한다.

도 4 및 도 7의 중간 부분의 그래프는 브레이크 패드(1)의 벤치 시험 동안 생성된 ST 신호 처리에 의해 얻어진 결과에 대응하고 FFT에 의해 동일한 도면의 상부 부분에 도시되고; 도 4 및 도 7의 중간 부분의 그래프는 둘 모두 특정 주파수에서 피크를 보여준다. 비교를 위하여, 동일한 도 4 및 도 7의 하부 부분은 본 기술 분야에서 공지된 정교한 마이크로폰 기반 장비를 이용하여 동일한 시험 중에 얻은 벤치 결과로부터의 그래프를 제공하고, 이는 브레이크 패드(1)에 의해 사용 중에 생성되는 노이즈의 주파수 및 세기를 도시한다.

의외로, 앞서 표시된 중요 파라미터(샘플링 주파수)에 기초하여 얻어진 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플들을 처리하는 FFT를 이용하여 얻어진 그래프들은 마이크로폰 기반 장비에 의해 얻어지는 노이즈 그래프들과 동일한 경향을 갖고; 그래프들은 정확하게 동일한 주파수에서 신호 피크들을 보여주고 따라서 그 주파수에서의 노이즈의 생성에 대응하는데, 상기 노이즈의 세기는 피크의 높이에 비례한다. 이 결과는 모든 시험 조건 하에서 완벽한 정밀도로 재현가능하다는 것이 입증되었다. 추가로, 각각이 특정 채널과 관련된 각각의 개별 센서(15b, 15c)에 의해 신호들이 생성되기 때문에, 브레이크 패드(1) 상의 어느 물리적 지점이 검출된 노이즈를 생성하는가를 검출하는 것이 또한 가능한데, 중요한 것은 본 발명에 따라서와 같이 차량의 각각의 휠 상에 센서화된 브레이크 패드(1)가 설치된 장치(100)보다 더 많은 비용이 드는 통상 사용되는 마이크로폰 기반 장비를 사용하여 행하는 것이 불가능하다는 것이다.

최종적으로, 도 8을 참조하면, 도 8의 좌측의 하부에는, 동일한 도면의 상부 섹션에 주어지고 각각의 채널에 대해 개별적으로 도시된 전체 ST 신호를 적분함으로써 얻어진 그래프들이 있다. 그래프 G1 내지 그래프 G5의 톱니 파형은 정성적으로, 디스크(3)와의 접촉으로 기인한 센서들(15b, 15c)에 대응하는 브레이크 패드(1)에 국부적으로 인가된 압력의 분포에 대응한다. 센서(15c)로부터의 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플들의 전체 세트의 적분에 대응하는 채널 B 그래프는 반전되어 있는데, 이는 센서들(15b)에 대한 경우에서 같이, 센서(15c)를 압축하는 대신 이를 "신장"하는 접선 부하(압력)의 인가에 대응하기 때문이다.

지금까지 설명된 것에 기초하여, 본 발명의 방법의 제2 단계는 각각의 제1 센서(15b) 및 제2 센서(15c)에 대해 각각의 센서에 의해 생성된 상대 전기 ST 전압 신호를 회로(18)에 의해 개별적으로 픽업(pick up)함으로써 수행되고; 본 발명의 방법의 제3 단계는, 바람직하게는 예를 들어 판독된 복수의 디지털 값들로 초당 적어도 40,000개 값들의 레이트로, 각각의 센서에 대해 개별적으로 생성된 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플들을 얻기 위하여, 제1 및 제2 압전세라믹 센서(15b, 15c) 각각에 의해 생성된 전기 ST 전압 신호를 처리함으로써 실시간으로 수행되고; 본 발명의 방법의 제4 단계는 관심 대상의 특정 물리적 양을 식별하기 위하여, 앞서 나열된 알고리즘들의 군으로부터 선택된 알고리즘을 센서(15b, 15c) 각각으로부터 얻어진 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플 각각에 적용함으로써 수행된다는 것이 추정될 수 있다.

본 발명의 방법은 또한, 제1 센서(15b) 각각에 대한, 브레이크 요소(1) 내에 사용 중에 국부적으로 존재하는 잔류 토크 경향을 나타내는 곡선(도 3의 곡선 C1 및 곡선 C2)의 처리에 관한 제5 단계를 포함한다. 상기 제5 처리 단계는 실시간으로 수행되고, 각각의 압전세라믹 센서(15b)로부터 얻어진 각각의 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플에 대한, 각각의 센서로부터 판독된 전압 값들의 일련의 적분들 - 각각의 적분은 밀리초 차수의 시간 간격 내에서 수행됨 - 으로 구성되는 알고리즘의 적용을 포함한다.

본 발명의 방법은 또한, 이전의 제5 단계에 추가하여 또는 그에 대한 대안으로서, 제1 압전세라믹 센서(15b) 및 제2 압전세라믹 센서(15c)의 각각에 대해 (도 4 및 도 7의 중간 부분의 그래프들에 의해 도시된 것들인) 주파수에 대한 신호 전압을 처리하는 제6 단계를 포함하는데, 여기서 주어진 주파수에서 피크의 존재는 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이에서의 동일한 주파수를 갖는 노이즈의 생성 및 전압 신호의 크기에 비례하는 세기를 나타내고; 상기 제6 단계는 각각의 압전세라믹 센서로부터 얻어진 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플들의 각각에 대한 FFT(고속 푸리에 변환)로 구성된 알고리즘의 실시간 적용을 통하여 수행된다.

최종적으로, 본 발명에 따른 방법은 또한, 이전의 제5 및 제6 단계에 추가하여 또는 그에 대한 대안으로서, 각각의 제1 센서(15b)에 대한 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 국부 접촉 압력들 및 적어도 제2 센서(15c)에 대한 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이에 인가되는 접선력의 경향을, 완전한 제동 동작의 수행과 동일한 시간 간격 동안, 나타내는 곡선을 각각의 센서에 대해 처리하는 제7 단계를 포함하는데; 상기 제7 단계는 압전세라믹 센서(15b, 15c)의 각각으로부터 얻어진 동일 길이의 시간 ST 신호 샘플의 각각의 포괄적 적분을 계산하는 알고리즘을 실시간으로 적용함으로써 수행된다.

본 발명의 추가 태양에 따르면, 본 발명의 방법은 또한, 본 발명에 공지된 하기 관계를 적용함으로써, 적어도 제2 센서(15c)에 의해 판독된 ST 전압 데이터의 적분과 제1 센서들(15b) 중 적어도 하나에 의해 판독된 ST 전압 데이터의 적분 사이의 비를 계산함으로써 제동 이벤트 동안 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이의 마찰 계수 값 μ를 계산하는 단계를 포함한다:

(1) μ = FT/FN.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명의 방법은 또한, 전기 회로(18)에 접속된 온도 센서(21)를 마찰재 블록(14)과 금속제 지지 요소(11) 사이의, 마찰재 블록(14) 내에 완전히 매립된 제1 표면(13) 상에 배열하는 단계; 및 사전에 알려져 있고 처리 수단(122)에 의해 저장될 수 있는 실험적 관계에 따라서 온도 센서에 의해 검출된 온도의 함수로서 압전세라믹 센서들(15b, 15c)로부터 얻어진 ST 신호 전압 값들을 보정하는 단계를 포함한다.

유사하게, 본 발명의 방법은

- 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)가 설치된 선택된 유형의 브레이크 요소(1)가, 본 기술 분야에서 공지되어 있고 단순화를 목적으로 도시되지 않은, 브레이크 요소(1)의 외부에 있는 측정 장비에 의해 벤치 시험을 거치고, 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 접촉 압력, 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 마찰 계수, 및 잔류 토크로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 브레이크 요소 작동 파라미터가 측정되고, 그리고 측정된 작동 파라미터가 이전에 설명된 제4 단계에 따른 처리 결과와 그리고 표로 파라미터화된 상관관계의 결과와 상관되는 교정 단계; 및

- 이전에 설명된 제4 단계에 따른 처리 결과가 전기 회로(18)(예를 들어, 처리 유닛(122) 내에 통합됨, 도 1)에 접속된 저장 수단(123)에 의해 적합하게 저장된 표와 비교되고 브레이크 요소(1) 작동 파라미터의 순간 값이 각각의 제동 동작 동안 사용 중에 실시간으로 공급되는 계산 단계를 포함할 수 있다.

실제로, 상기 처리 단계에 의해, 차량의 제어 유닛(10)은 제동 동안 디스크(3)에 의해 브레이크 패드(1)에 인가되는 전단 응력 및 압력의 값들 및 분포, 순간 마찰 계수에 대한 값, 및 제동 동안 생성되는 임의의 노이즈의 크기, 주파수 및 위치를 매 초마다 사용 중에 인식할 수 있다. 이어서, 제어 유닛(10)은, 예를 들어 차량 자체의 CAN 버스에 의해 설명된 장치(100)와 그리고 서로 직접 통신 상태에 놓일 수 있는 다른 온-보드 시스템들에 의해 모니터링되는 바와 같이, 임의의 제동 이상을 보정하고 차량의 구동 조건의 함수로서 상기 제동을 최적화하기 위하여 예를 들어 작동기 수단(5)에 실시간으로 개재하기에 적합한 위치에 있을 것이다.

최종적으로, 본 발명에 따른 방법은 또한 전술된 동일한 압전세라믹 센서들(15b, 15c)에 의해 브레이크 요소의 마모의 간접적인 검출을 가능하게 한다. 이를 위하여, 본 발명의 방법은 예를 들어 차량 제동의 모든 단계 동안 (예를 들어 유압 회로(8)에 의해 또는 간접적으로 제어 유닛(10)에 의해 검출가능한) 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15b)에 인가된 압력과 ST 전기 신호 사이의 선형 관계와 연관된 시간 기반 감쇠 함수(decay function)를 식별하도록 수행되는 상기 센서로부터의 전기 ST 신호를 처리하는 장기적인 (시간에 따른) 비교 단계, 및 순간 감쇠 함수 값을 한계 값 - 상기 한계 값 미만에서 브레이크 요소(1)의 마모 시그널링 수단(29)이 활성화됨 - 과 비교하는 단계를 포함한다.

다시 말하면, 이는 하기 식들의 적용을 나타내는 도 5에 도시된 관계를 이용한다:

(2) Ki = Ki(W,T,t)

(3) V = a K0 + b Ki*p

여기서 V는 ST 출력 신호 크기(전압 단위), K0은 초기 패드(1)/디스크(3) 제동 시스템 강도, Ki는 시간 "i"에서의 제동 시스템 강도, P는 인가된 압력, W는 브레이크 패드 마모, T는 온도 및 t는 시간이다.

브레이크 시스템에 의해 인가되는 압력의 함수로서, 더 큰 강도를 갖는 브레이크 시스템은 더 큰 응답을 그리고 그에 따라서 더 높은 ST 전압 신호를 생성할 것이다.

결론적으로, 본 발명의 방법 및 장치에 따라서, 제동 시스템으로부터 비롯된 잔류 토크, 마모 및 노이즈 및 진동 세기를 정량적인 그리고 정성적인 방식으로 평가하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 충분히 달성된다.

Claims

브레이크 요소, 특히 브레이크 패드에 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 평가를 위한 방법으로서,
i) 전기 회로(18)에 접속된 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)를 상기 브레이크 요소의 금속제 지지 요소(11)와 마찰재 블록(14) 사이에 제공하는 단계;
ii) 브레이크 요소(1)가 사용 중일 때, 상기 적어도 하나의 압전세라믹 센서 상의 기계적 응력의 인가에 응답하여 상기 센서에 의해 생성된 각각의 전압 신호(ST)를, 상기 회로에 의해, 상기 센서로부터 픽업(pick up)하는 단계;
iii) 상기 전압 신호(ST)의 동일 길이의 시간 샘플들을 취함으로써 상기 신호를 실시간으로 처리하는 단계; 및
iv) 샘플에 존재하는 전압 값들의 일련의 적분들 - 각각의 적분은 밀리초 차수의 시간 간격 내에서 수행됨 -; 샘플에서의 전압들의 FFT(Fast Fourier Transform:고속 푸리에 변환); 각각의 센서에 의해 생성된 샘플에서의 전압들의 적분; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알고리즘을 적용함으로써 상기 신호의 상기 동일 길이의 시간 샘플들의 각각을 실시간으로 처리하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 iii)는 상기 신호(ST) 내에 포함된 타깃이 되는 가장 높은 주파수의 두 배 이상인 샘플링 주파수를 이용하여 복수의 디지털 값들을 수집하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 적어도 40 ㎑의 샘플링 주파수가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 제1 압전세라믹 센서들(15b)은 상기 브레이크 요소의 상기 금속제 지지 요소와 상기 마찰재 블록 사이에서 상기 제1 표면(13) 상에 배열되고, 상기 복수의 제1 압전세라믹 센서들(15b)은 상기 금속제 지지 요소의 제1 표면 전체를 이산된 방식으로 점유하도록 서로로부터 이격되어 배열되고; 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서(15c)가 상기 제1 압전세라믹 센서로부터 이격되어 상기 제1 표면(13) 상에 또한 배열되고; 상기 단계 ii)는 각각의 제1 및 제2 센서에 대해, 각각의 센서에 의해 생성되는 각각의 전압 신호(ST)를, 상기 회로에 의해, 개별적으로 픽업함으로써 수행되고; 상기 단계 iii)은 각각의 센서에 대해 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들을 단위 시간당 개별적으로 생성하도록 제1 및 제2 압전세라믹 센서의 각각에 의해 생성된 전압 신호(ST)를 실시간으로 처리함으로써 수행되고; 상기 단계 iv)는 각각의 센서에 대해 검출된 전압 값들의 일련의 적분들 - 각각의 적분은 밀리초 차수의 시간 간격 내에서 수행됨 -; 각각의 센서에 의해 생성된 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플의 각각의 FFT(고속 푸리에 변환); 각각의 센서에 의해 생성된 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 적분; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알고리즘을 각각의 센서에 의해 얻어진 상기 신호들의 상기 동일 길이의 시간 샘플들의 각각의 샘플에 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 압전세라믹 센서들(15b)은 상기 제1 표면(13)에 수직인 방향으로 편의(bias)되어 있는 한편, 상기 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서(15c)는 상기 제1 표면(13)에 평행인 방향으로 편의되어, 상기 제1 압전세라믹 센서들이 상기 브레이크 요소 상의 작동 압력의 사용 중의 인가의 방향에 평행한 응력의 인가에 응답하여 상기 전압 신호(ST)를 생성하도록 구성되는 한편, 상기 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서는 상기 브레이크 요소 상의 상기 작동 압력의 사용 중의 인가의 방향에 횡단하는 응력의 인가에 응답하여 상기 전압 신호(ST)를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 압전세라믹 센서(15b,15c)의 각각에는 상기 브레이크 요소의 상기 금속제 지지 요소의 제1 표면에 평행하게 배열된 각각의 센서에 속하는 압전세라믹 블록의 반대편 제1 면들(116)에 의해 지지되는 상기 회로에 대한 전기 신호 접속부들(16)이 구비되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 브레이크 요소 상에 사용 중에 국부적으로 존재하는 잔류 토크 경향을 나타내는 제1 센서(15b) 각각에 대한 곡선(C1-C2)을 처리하는 단계를 포함하고, 상기 단계는 각각의 센서에 의한 검출된 전압 값들의 일련의 적분들 - 각각의 적분은 밀리초 차수의 시간 간격 내에 있음 - 으로 이루어진 알고리즘을 각각의 압전세라믹 센서에 의해 얻어진 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 각각에 실시간으로 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 제1 및 제2 압전세라믹 센서(15b,15c) 각각에 대하여 주파수에 대한 신호 전압을 처리하는 단계를 포함하고, 상기 신호에서, 판정된 주파수에서의 피크의 존재는 전압 신호의 크기에 비례하는 세기 및 동일한 주파수를 갖는 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 노이즈의 생성을 나타내고, 상기 단계는 각각의 압전세라믹 센서에 의해 얻어진 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 각각에 대해 실시간으로 이루어진 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 FFT(고속 푸리에 변환)로 이루어진 알고리즘을 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 각각의 제1 센서에 대해 완전한 제동 동작의 수행과 동일한 시간 간격 동안 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 국부적인 접촉 압력의 그리고 적어도 제2 센서에 대해 브레이크 요소와 피제동 요소 사이에 인가된 접선력의 경향을 나타내는 센서(15b,15c)의 각각에 대한 곡선(G1-G5)을 처리하는 단계를 포함하고, 상기 단계는 각각의 압전세라믹 센서에 의해 얻어지는 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플의 각각에 대해 실시간으로 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 전체 적분을 수행하는 것으로 이루어진 알고리즘을 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제2 센서(15c)에 의해 검출된 전압 데이터(ST)의 적분값과 제1 센서들(15b) 중 적어도 하나에 의해 검출된 전압 데이터의 적분값 사이의 비를 계산함으로써 제동 동작 동안 브레이크 요소(1)와 피제동 요소(3) 사이에 존재하는 마찰 계수 값을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 표면(13) 상에 상기 전기 회로에 접속된 온도 센서(21)를 배열하는 단계; 및 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도에 기초하여 상기 적어도 하나의 압전세라믹 센서로부터 얻어진 전압 신호들의 값들을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이크 요소의 적어도 하나의 작동 파라미터가 상기 브레이크 요소의 외부에 있는 측정 수단에 의해 측정되는 벤치 시험(bench test)을 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15)가 구비된 선택된 유형의 브레이크 요소(1)가 거치는 교정하는 단계 - 상기 파라미터는 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 접촉 압력, 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 마찰 계수, 잔류 토크로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 측정된 작동 파라미터는 상기 단계 iv)에 따른 처리의 결과 및 표로 파라미터화된 상관관계의 결과와 상관됨 -; 및 상기 단계 iv)에 따른 처리의 결과가 상기 전기 회로에 접속된 저장 수단에 적절히 저장된 상기 표와 비교되고 각각의 제동 동작 동안 사용 중에 있을 때 상기 브레이크 요소의 상기 작동 파라미터의 순간 값이 실시간으로 공급되는 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 차량의 제동의 단계 동안 상기 적어도 하나의 센서의 전기 신호와 상기 적어도 하나의 센서에서 인가된 압력의 선형 비의 시간에 대한 감쇠 함수(decay function)를 식별하기 위하여 수행된 상기 적어도 하나의 압전세라믹 센서로부터 비롯된 상기 전기 신호(ST)의 시간에 대한 오래 계속되는 비교 처리의 단계; 및 처리된 감쇠 함수의 순간 값을 한계 값 - 상기 한계 값 미만에서 상기 브레이크 요소의 마모 시그널링(signaling) 수단이 활성화됨 - 과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압전세라믹 센서는 응답 시간이 25 마이크로초 이하인 방법.
브레이크 요소, 특히 브레이크 패드에서의 인가된 압력 및 노이즈의 실시간 평가를 위한 장치(100)로서,
i) 상기 브레이크 요소의 금속제 지지 요소(11)와 마찰재 블록(14) 사이에 배열되고 전기 회로(18)에 접속된 적어도 하나의 압전세라믹 센서(15);
ii) 브레이크 요소와 피제동 요소 사이의 접촉으로 발생하는 기계적 응력의 상기 센서 상에서의 인가에 응답하여 상기 센서에 의해 생성된 각각의 전압 신호(ST)를, 상기 적어도 하나의 압전세라믹 센서로부터 그리고 상기 회로에 의해 픽업하기 위한 수단;
iii) 상기 신호의 동일 길이의 시간 샘플들을 생성하도록 상기 적어도 하나의 압전세라믹 센서에 의해 생성된 전압 신호를 실시간으로 처리하기 위한 제1 수단(121); 및
iv) 밀리초 차수의 시간 간격 내에서 각각 수행되는 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들에 존재하는 전압 값들의 일련의 적분들; 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 FFT(고속 푸리에 변환); 각각의 센서에 의해 생성된 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 적분; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 알고리즘을 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들에 적용함으로써 적어도 하나의 압전세라믹 센서에 의해 생성되는 상기 신호들의 동일 길이의 시간 샘플들의 각각을 실시간으로 처리하기 위한 제2 수단(122)을 조합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(100).
제15항에 있어서, 복수의 제1 압전세라믹 센서들(15b) 및 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서(15c)가 상기 제1 표면 상에 배열되고, 상기 복수의 제1 압전세라믹 센서들(15b)은 마찰재 블록에 의해 덮이는 상기 금속제 지지 요소의 제1 표면 전체를 이산된 방식으로 점유하도록 서로로부터 이격되어 배열되고, 상기 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서(15c)는 제1 압전세라믹 센서로들부터 이격되어 배열되고; 상기 전기 회로는 상기 브레이크 요소의 상기 금속제 지지 요소 상에 배열되고 상기 제1 압전세라믹 센서들은 제1 표면에 수직인 방향으로 분극화되는 한편, 상기 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서는 상기 제1 표면에 평행한 방향으로 분극화되어, 상기 제1 압전세라믹 센서들은 상기 브레이크 요소 상의 작동 압력의 사용 중의 인가의 방향에 평행한 응력의 인가들에 응답하여 상기 전압 신호를 생성하도록 구성되는 한편, 상기 적어도 하나의 제2 압전세라믹 센서는 상기 브레이크 요소 상의 작동 압력의 사용 중의 인가의 방향에 횡단하는 응력들의 인가에 응답하여 상기 전압 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.