Development of an innovative brake dynamometer

Brakes are the primary safety system in a vehicle. This dissertation presents the development of a dynamometer (named Br.A.D., Brembo Aerospace/automotive Dynamometer) for the assessment of the physical performance of brake systems. The aim of such test rig is providing an efficient and original tool for indoor testing of brake & wheel groups and for accurate feedback on brake design. The applications of the new test rig span from the automotive to the aerospace sector. The development modifications comprehend a system for regulating the simulated vehicle inertia, a new layout for the motion control of the sledge where the brake & wheel assembly are mounted, new supports to allow the testing of a whole quarter car suspension and a new lightweight drum to simulate the rolling surface. Each and every new component is assessed about performance and dimension, to ensure proper functioning and safety. A few computer models are developed to simulate systems critical behaviours. A final testing section describes typical experimental procedures and noteworthy results, namely the deceleration that a given vehicle would experience, the braking force acting at wheel under investigation, the dissipated power by the brake only versus the dissipated power by the brake & wheel together. The dynamometer measurements have demonstrated that the tyre itself may dissipate a considerable portion of the total braking power. This conclusion is unreferenced and quite significant, both in the automotive and aerospace fields, because of its important influence on brake durability assessment and on power management of the brake & wheel system. A section is also provided where the measurements uncertainty is evaluated.

I freni possono essere considerati il principale sistema di sicurezza di un veicolo. In questa tesi viene presentato lo sviluppo di un dinamometro (denominato Br.A.D., Brembo Aerospace / automotive Dynamometer) per la valutazione delle performance dei sistemi frenanti. Lo scopo di questo banco di prova _e fornire uno strumento efficiente e originale per i test indoor degli assiemi freno e ruota, e per un riscontro accurato sulla progettazione dei freni. Le applicazioni del nuovo banco di prova spaziano dal settore automobilistico al settore aerospaziale. Le modifiche studiate comprendono un sistema per la regolazione dell'inerzia del veicolo simulato, una nuova configurazione per il controllo del movimento della slitta su cui sono montati freno e ruota, nuovi supporti per consentire il collaudo di un intero quarto di automobile e un nuovo rullo lightweight per simulare la superficie di rotolamento. Di ogni nuovo componente vengono verificate prestazioni e dimensioni strutturali, per garantire il corretto funzionamento e la sicurezza. Sono stati sviluppati alcuni modelli a computer per simulare i comportamenti critici dei vari sistemi. La sezione finale descrive le tipiche procedure sperimentali e i risultati, ovvero la decelerazione del veicolo, la forza frenante alla ruota, la potenza dissipata dal gruppo freno più ruota contro la potenza dissipata solo dal freno. Le misure del dinamometro hanno dimostrato che lo pneumatico può dissipare una considerevole porzione di potenza, durante una frenata. Questa conclusione è piuttosto significativa e non viene citata in letteratura, sia per il settore automobilistico che quello aerospaziale. Essa ha notevole importanza su argomenti quali la verifica della resistenza e la gestione della potenza dei sistemi frenanti. Viene infine presentata una sezione in cui viene valutata l'incertezza delle misure compiute.