Modellazione termomeccanica ed integrazione in Dymola del disco freno per applicazioni di autonomous racing

Questa tesi presenta lo sviluppo, la calibrazione e l'integrazione di un modello termico del freno destinato a simulazioni di sistema di una monoposto da competizione autonoma (A2RL). Nei veicoli autonomi ad alte prestazioni, il controllo del moto è tipicamente di tipo model-based e, in particolare in prossimità del limite di aderenza, l'accuratezza con cui vengono rappresentati freno e pneumatico influisce direttamente sulle prestazioni e sulla robustezza delle strategie di pianificazione e controllo. In tale contesto, la temperatura del disco e la conseguente variazione del coefficiente d'attrito non sono solo un aspetto di affidabilità, ma un elemento che condiziona la coppia frenante disponibile e la riproducibilità della dinamica longitudinale in simulazione. Il lavoro propone un modello a parametri concentrati a due nodi (surface/core) per freni racing in carbonio/carbonio, in grado di distinguere la dinamica termica rapida della fascia frenante dall'inerzia termica della massa del rotore. La generazione di calore è ricostruita a partire dalla potenza dissipata in frenata, mentre gli scambi con l'ambiente includono contributi convettivi dipendenti dalle condizioni operative e irraggiamento; la conduzione interna tra i nodi è rappresentata tramite una conduttanza equivalente. Per descrivere la dipendenza dell'attrito dalle condizioni operative, il coefficiente di attrito tra disco e pastiglia è modellato mediante un approccio data-driven basato su mappe sperimentali/interpolate in funzione di variabili di stato (ad esempio pressione/forza normale, velocità di strisciamento e temperatura di superficie). La prototipazione e l'identificazione dei parametri termici sono svolte in ambiente MATLAB, tramite una procedura di ottimizzazione che minimizza l'errore tra temperatura simulata e misure disponibili in telemetria, preservando al contempo la compattezza del modello e la sua utilizzabilità in simulazioni ripetute. Successivamente, il modello viene tradotto in linguaggio Modelica e implementato come componente dedicato in Dymola, con una struttura modulare e una gestione centralizzata dei parametri, per l'integrazione in un modello multibody completo del veicolo. I risultati mostrano che un modello termico compatto, calibrato su dati reali, consente di migliorare la coerenza tra condizioni termiche, attrito e risposta in frenata, costituendo una base utilizzabile per analisi di sistema e per future estensioni orientate all'integrazione con modelli di pneumatico e strategie di controllo.