TECNICHE NUMERICHE PER L'ANALISI DEL MUGGITO DEI FRENI PER VEICOLI AD ALTE PRESTAZIONI

In the modern automotive industry, the escalating comfort demands of vehicles, along with reduced vehicle noise levels, have led to an increased focus on low-frequency vibration phenomena. Issues associated with brake system noise, such as "brake moan," have gained relevance. The definition of brake moan lacks universal acceptance in the literature, often being described as a complex nonlinear excitation mechanism. This study summarizes prevailing theories on brake moan generation. Furthermore, analytical and numerical models of increasing complexity are developed to grasp its causes and to replicate its evolution. The primary contributions of the brake disc and wheel rim have been identified, providing a unique insight into the excitation source. A simplified finite element model of the wheel corner has been built. Regard this model, Complex Eigenvalue Analysis was able to identify the unstable modal shapes and frequencies. On the same finite element model, a transient nonlinear Time Domain Analysis was performed. The results revealed that the build up of the friction coefficient excites a torsional mode of the wheel corner. Then, a stability analysis of lumped vibrating systems has been performed. With this criterion, conditions for the dynamic system to exhibit moan-associated noise are identified. A reference road vehicle has been used to validate the methods. This vehicle has been selected since its wheel rim design does not only influence the instability but also impacts the perceived noise by vehicle occupants. Finally, potential strategies to mitigate the origin and the propagation of this phenomenon have been discussed.

Nell'industria automobilistica moderna, la continua richiesta di maggiore comfort per i veicoli, unita alla riduzione dei livelli di rumore ammissibile, ha portato a un crescente interesse verso i fenomeni di vibrazione a bassa frequenza. Le problematiche legate alle rumorosità del sistema frenante, come il "muggito," hanno acquisito particolare rilevanza. La definizione di muggito freni manca di una teoria universalmente accreditata in letteratura, e viene spesso attribuita a complessi meccanismi di eccitazione non lineari. Questo studio riassume le principali teorie sulla generazione del muggito dei freni. Inoltre, vengono presentati modelli matematici ed a elementi finiti di crescente complessità sviluppati per comprendere la fenomenologia fondamentale e replicarne l'evoluzione. Sono stati identificati i contributi principali del disco freno e del cerchio della ruota, offrendo una chiara spiegazione della sorgente di eccitazione. Per approfondire lo studio, è stato inoltre creato un modello numerico semplificato del corner ruota. Su questo modello, l'analisi degli autovalori complessi si è dimostrata capace di identificare forme modali e frequenze instabili. L'analisi transitoria non lineare nel dominio del tempo, eseguita sullo stesso modello semplificato, ha rivelato che il build up del coefficiente di attrito eccita un modo torsionale del corner ruota. Inoltre, con l'ausilio di un criterio matematico per l'analisi di stabilità dei sistemi vibranti, sono state identificate le condizioni in cui il sistema dinamico può manifestare il rumore associato al muggito. L'applicazione della metodologia sviluppata su un veicolo stradale di riferimento ha evidenziato come la scelta del tipo di ruota non solo influenzi l'instabilità, ma abbia anche un impatto sul rumore percepito dagli occupanti del veicolo. Infine, vengono presentate potenziali strategie per mitigare la genesi e la propagazione di questo fenomeno.