Sviluppo teorico e sperimentale di un banco prova per il controllo dello squeal noise

The brake system of a vehicle is a complex component whose standard of reliability and performance are required to be high; nevertheless, during the years, a great importance has been attributed to the vibration and acoustic comfort correlating with the functioning of the brake system, in addition to its functionality. The squeal noise is a dynamic instability that deals whit brake disk, pads and caliper, breeding high frequency vibrations which cause a decreasing of the acoustic comfort, even if they don’t invalidate the correct operation of the brake system. Many research teams have studied the problem in each of its form even if the main difficulty of the experimental study of this phenomenon is its strength and continuative repeatability. The first aim of the present work is the design and the construction of a simplified test rig able to product squeal noise; secondly, after the analysis of the dynamics of the test rig during squeal, semi-active control techniques are investigated, which don’t introduce energy into the system, unlike those present in literature that are active ones. In this specific instance, will be exploited the peculiarity of the piezoelectric transducers, that applied on a vibrating surface can convert the mechanical energy into electric energy, minimizing the vibration amplitude, in case of semi-active control, with time-varying electric circuits linked to the ends of the transducers itself. The common aspect of these non-linear circuits is the presence of a switch, whose state is continuously modified in certain instants which differentiate a control method from another one; the shutting logic of the switch, in addition to the components of the electric circuit, have influence directly to the performance of the control, in terms of attenuation of vibrations.

L’impianto frenante di un veicolo è un complesso sistema al quale vengono richiesti contemporaneamente alti livelli di affidabilità e performance; nel corso degli anni tuttavia è stata attribuita una maggiore importanza, oltre che alla funzionalità, anche al comfort vibrazionale ed acustico correlato al funzionamento dell’impianto frenante. Lo squeal noise è un’instabilità dinamica che coinvolge il disco freno, le pastiglie e la pinza, generando vibrazioni ad alta frequenza che causano una diminuzione del comfort acustico, pur non inficiando il buon funzionamento del sistema frenante. Molti gruppi di ricerca hanno affrontato il problema sotto diversi aspetti anche se la difficoltà principale nello studio sperimentale di questo fenomeno è la riproducibilità dello stesso in maniera robusta e continuativa. Il primo obiettivo del presente lavoro di tesi è la progettazione e quindi la costruzione di un banco prova semplificato che sia in grado di produrre squeal noise; secondariamente, dopo aver analizzato la dinamica del banco prova durante lo squeal, verranno sperimentate tecniche di controllo semi-attivo, che si differenziano rispetto alle tipologie presenti in letteratura, prevalentemente di natura attiva, per il fatto che non introducono energia nel sistema. In particolare verrà sfruttata la peculiarità dei trasduttori piezoelettrici laminari che, applicati ad una superficie vibrante, trasformano l’energia meccanica in energia elettrica, attenuando l’ampiezza delle vibrazioni, nel caso di controllo semi-attivo, con circuiti elettrici tempo-varianti collegati ai capi del trasduttore stesso. L’aspetto comune a tali circuiti non-lineari è la presenza di un elemento di switch, il cui stato viene continuamente modificato in precisi istanti di tempo che distinguono una logica di controllo da un’altra; la logica di chiusura dello switch, unitamente alla componentistica elettrica del circuito, influisce direttamente sulle prestazioni del controllo, in termini di abbattimento delle vibrazioni.