Numerical and experimental analysis of creep groan phenomena in automotive vehicles

The aim of this thesis work is the development of a FEM (Finite Element Modeling) model that is able to simulate Creep Groan phenomenon. The model was implemented using Dassault Systèmes ABAQUS FEA, a commercial software that is commonly used for brake NVH development. This work was directly applied on a brake system under development for a new car-line. The model behavior was analyzed checking the influence of the parameters that mostly influence the CG behavior (brake pressure, speed applied to the brake rotor, pad-rotor friction coefficient characteristics varying the sliding speed, vehicle reference suspension characteristics) comparing the model results with the literature common understanding of CG. In parallel, experimental activities were performed in order to measure the Creep Groan characteristics of the considered system (main frequencies excited by the phenomenon, time evolution, influence of testing conditions, influence of different components): these activities involved vehicle roller bench test, available in Brembo’s Advanced R&D Testing facility, and vehicle road tests. At the end, in order to correlate the model and to understand the role of vehicle suspension in Creep Groan events, some modal correlation activities were performed focusing on the suspension low frequency modes: an inertial shaker was used as excitation input, the response of the system was measured through a Polytech PSV500 3D Laser Doppler Velocimeter.

L’obbiettivo di questa tesi è sviluppo di un modello agli elementi finiti in grado di simulare il fenomeno del Creep Groan. Il modello è stato implementato tramite Dassault Systèmes ABAQUS FEA, un software commerciale comunemente usato per lo sviluppo NVH di impianti frenanti. Dopo una prima parte di sviluppo del modello, i risultati e i metodi sviluppati sono stati applicati nella creazione di un successivo modello, basato su un impianto frenante in fase di sviluppo dedicato ad una nuova serie di auto. La risposta e il comportamento del modello sono stati analizzati valutando l’influenza dei parametri che influenzano maggiormente il fenomeno del Creep Groan (pressione frenante, velocità imposta al disco freno, caratteristiche del coefficiente d’attrito tra pastiglie e disco al variare della velocità di strisciamento, caratteristiche della sospensione del veicolo di riferimento) confrontando i risultati del modello con i principali risultati presenti in letteratura. In parallelo sono state condotte alcune attività sperimentali per caratterizzare il fenomeno di Creep Groan nel sistema in analisi (principali frequenze eccitate dal fenomeno, evoluzione temporale, influenza delle condizioni di prova, influenza dei singoli componenti): queste attività si sono focalizzate su test con l’intero veicolo su banco a rulli, disponibile nel centro Testing del reparto R&D di Brembo, e su test stradali. Infine, per poter correlare il modello e valutare il contributo della sospensione del veicolo negli eventi di Creep Groan, sono state condotte delle attività di correlazione modale focalizzate sui modi a bassa frequenza della sospensione: l’eccitazione è stata fornita tramite uno shaker inerziale, la risposta del sistema è stata misurata tramite un velocimetro 3D basato su effetto doppler (Polytech PSV500).