Analysis and design of advanced anti-Lock braking systems

Safety is one of the major concerns on vehicles and one of the most safety-critical situation is the braking manoeuvre. The focus of this work is the analysis, design and experimental validation of anti-lock braking systems on aircrafts and bicycles. Since the early 1900s, anti-skids have been used on aircrafts based upon industrial practice and, up to now, with almost no variation of the control logic. A formal description of commercial anti-skids is provided in this thesis and the experimental comparison between the designed and the commercial one is reported as well. Innovative anti-skids have been proposed and proved to improve the performances of current solutions. Safety devices are an important features of vehicles and more often part of the mandatory equipment. However there is a physiological gap in time between the formation of well established mobility trends and the introduction of safety regulations. Bicycles are increasing popularity in most of the urban areas but not all the cyclists are expert enough to avoid dangerous situations due to the lack of appropriate safety devices. For these reasons, an anti-lock braking system for bicycles has been designed, implemented and tested on different road conditions (asphalt, clay ground, gravel/sand) showing the improvement in terms of safety without compromising the braking performance.

La sicurezza è una dei principali interessi nei veicoli e una delle manovre più critiche in termini di sicurezza è data dalla manovra di frenata. Il focus di questo lavoro è l'analisi, il design e la validazione sperimentale di sistemi di ABS (Anti-Lock Braking Systems) su aerei e biciclette. Fin dai primi anni del 900', i sistemi anti-skid sono stati utilizzati su aerei basati su know-how industriale e, fino ad ora, senza quasi nessuna modifica nella logica di controllo. In questa tesi è proposta la formalizzazione teorica di anti-skid commerciali; validazione sperimentale e confronto sono inclusi in questa analisi. Inoltre, nel corso dell'elaborato sono presentate soluzioni innovative per migliorare le performance ottenute da anti-skid attualmente in uso. I dispositivi di sicurezza sono un'importante componente dei veicoli e sempre più spesso richiesti obbligatoriamente nella dotazione di serie. Tuttavia, esiste un gap temporale fisiologico tra la formazione di trend di mobilità ben strutturati e la regolamentazione in termini di sicurezza. Le biciclette sono un mercato in forte crescita nella maggior parte delle aree urbane, ma non tutti i ciclisti sono esperti abbastanza da evitare le principali situazioni di pericolo a causa della mancanza di sistemi di sicurezza adeguati. Per queste ragioni, in questa tesi è presentato il design di un sistema ABS per biciclette e la sua validazione sperimentale su differenti superfici stradali (asfalto, sterrato e misto di sabbia/ghiaia). I risultati ottenuti mostrano un miglioramento in termini di sicurezza senza compromettere le performance.