Bachelor's Thesis

Design of a Brake Wear Measurement Device

Final Thesis 1.43 MB Appendix 7.97 MB

Author of thesis: Bc. Daniel Provazník

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the structural design of a testing device for measuring wear and emissions from braking systems. The aim of the thesis was to design an affordable and compact device to be used for verifying theoretical knowledge during development, rather than for official homologation testing. The theoretical part summarizes the current state of the art in brake emission measurement and wear testing principles. The subsequent design part describes the actual development of the testing station, which operates on the principle of a flywheel driven by an electric motor. The main advantages of the proposed solution compared to standard homologation stations are significantly lower acquisition costs, smaller dimensions, and easier operation. The main output of the thesis is a 3D model of the testing device created in SolidWorks software.

Keywords:

brake emissions, brake wear, test rig, brake dynamometer, flywheel, structural design

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: 1) Jak byste navrhl měřicí řetězec pro stanovení částicových emisí z brzd, včetně odběru vzorku, měření průtoku a kontroly pozadí? Případně popište, jak je řešeno u současných koncepcí. Zodpovězeno 2) Zařízení je složeno z několika komponent. Bude možné na některých z nich sledovat únavu? Byl by to podstatný parametr při stanovení bezpečnosti? Částečně zodpovězeno Další otázky k závěrečné práci od členů komise: 1) Jak zohledňujete moment setrvačnosti kola ve výpočtu? Částečně zodpovězeno. 2) Jak uvažujete rozložení hmotnosti v kole a jakou hmotnost kola jste uvažoval? Částečně zodpovězeno. 3) Další díly pohonného ústojí se na setrvačnosti nepodílí? A čím je tento přístup podložen? Částečně zodpovězeno. 4) Jaký je poměr mezi rotační energií a translační energii zbytku vozidla? Zodpovězeno. 5) Proč komerční zařízení nemají kompaktní rozměry? Částečně zodpovězeno 6) Proč se Vaše zařízení tvarově odlišuje od komerčních řešení? Částečně zodpovězeno. 7) Jaké maximální otáčky má použitý elektromotor pro roztáčení setrvačníku. Částečně zodpovězeno. 8) Jak velký elektromotor by musel být použit, aby otáčky setrvačníku nezpomalovaly. Částečně zodpovězeno. 9) Co bylo myšleno výpočtem "Síla v brzdě" ? Částečně zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. René Pyszko (místopředseda)
Ing. David Svída, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Böhm, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Janoušek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Bakalářská práce Daniela Provazníka s názvem „Konstrukční návrh zařízení pro měření otěru brzd“ se zabývá aktuální problematikou nevýfukových emisí vznikajících opotřebením brzdových systémů. Téma je zvoleno vhodně s ohledem na zavádění požadavků Euro 7 a rostoucí význam laboratorního ověřování emisí částic z brzd.

Student v práci zpracoval základní přehled problematiky brzdových emisí, principů jejich vzniku, faktorů ovlivňujících produkci částic a možností jejich měření. Následně navrhl koncepci zjednodušeného zkušebního zařízení založeného na setrvačníku poháněném elektromotorem. Cílem návrhu nebylo vytvořit homologační dynamometr, ale cenově dostupné a rozměrově kompaktní zařízení vhodné pro univerzitní a experimentální použití.

Student pracoval na tématu samostatně a průběžně konzultoval zvolený směr řešení. Oceňuji zejména snahu převést obecné zadání do konkrétní konstrukční koncepce, včetně základního výpočtového návrhu, volby hlavních komponent a vytvoření 3D modelu v prostředí SolidWorks. Přínosem práce je především propojení rešeršní části s vlastním návrhem zařízení, které může sloužit jako výchozí podklad pro další technické rozpracování.

Cíle zadání považuji za splněné. Student rozhodl o koncepci zařízení, provedl základní energetickou a výkonovou bilanci, navrhl setrvačník, motor, uložení hřídele, rám a uchycení zkoušené brzdy. Práce zároveň uvádí hlavní omezení navrženého řešení a naznačuje možnosti dalšího rozvoje, zejména směrem k doplnění měřicí komory, přesnější regulace, chlazení, bezpečnostních prvků a návazného měřicího systému.

Po formální stránce je práce zpracována přehledně a logicky. Teoretická část je spíše základní, což odpovídá charakteru bakalářské práce, ale v některých místech by bylo vhodné hlubší technické provázání s požadavky na reálné měření částic z brzd. U konstrukční části by bylo možné dále rozpracovat zejména bezpečnostní krytování, metrologické uspořádání měřicí komory, návrh chlazení a přesnější vazbu na požadavky laboratorních zkušebních metod. Tyto připomínky však nesnižují skutečnost, že práce naplňuje požadovaný rozsah ideového konstrukčního návrhu.

Pozitivně hodnotím také transparentní uvedení podpůrného využití nástrojů generativní umělé inteligence, které bylo podle prohlášení použito zejména pro jazykovou a stylistickou úpravu textu a formátování dokumentu.

Celkově hodnotím práci jako zdařilou bakalářskou práci konstrukčního charakteru. Student prokázal schopnost samostatně zpracovat technické téma, provést základní výpočtový návrh a vytvořit použitelný konstrukční koncept zařízení. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Bakalářská práce pana Daniela Provazníka se zabývá konstrukčním návrhem zařízení pro měření otěru brzd. Zadání práce požadovalo návrh konceptu uzavřeného brzdového dynamometru pro měření otěru brzd osobních automobilů, včetně mechanického pohonu a zátěže, měřicí komory, měřicího a řídicího systému a bezpečnosti. Součástí zadání bylo také shrnutí požadavků Euro 7, UN GTR 24 a PMP, základní výkonová bilance a zvážení využití zařízení pro NVH měření.

Práce je zpracována v rozsahu 44 stran. Rešeršní část se věnuje problematice emisí částic, brzdovým systémům, materiálům třecích brzd, normě Euro 7, mechanismu vzniku emisí z brzd, faktorům ovlivňujícím jejich vznik a metodám měření. Tato část práce je srozumitelná a poskytuje základní přehled řešené problematiky.

Hlavním výstupem praktické části je ideový návrh zkušebního zařízení založeného na setrvačníkovém principu. Autor navrhuje sestavu tvořenou nosným rámem, setrvačníkem, hřídelí, ložisky, elektromotorem, elektromagnetickou spojkou a uchycením zkoušené brzdy.

Za zásadní nedostatek práce považuji skutečnost, že řada klíčových bodů zadání je zpracována pouze velmi povrchně. Práce má řešit zařízení pro měření otěru brzd, ale měřicí část návrhu je popsána jen obecně. Není navržen konkrétní systém měření částic, odběru vzorku, měření průtoku vzduchu, kontroly pozadí, filtrace, kalibrace ani způsob vyhodnocení naměřených dat. Tyto body však i na základě teoretické části vycházejí jako podstatné uzly těchto systémů.

Návrh měřicí komory je omezen v podstatě na plechový kryt s přírubami pro vzduchotechniku, bez podrobnějšího řešení proudění vzduchu, těsnosti, odběrového místa a opakovatelnosti měření. Právě tento jednoduchý obdélníkový tvar (ač má právě velkou jednoduchost) by mohl přinášet problémy z hlediska proudění vzduchu a zachycení všech částic, vznikajících otěrem. Požadavky UN GTR 24 a PMP nejsou dostatečně promítnuty do technického návrhu zařízení.

Výpočtová část práce je velmi stručná. Autor uvádí základní vstupní parametry, energii připadající na jedno zkoušené kolo, moment setrvačnosti a potřebný výkon motoru. Chybí však podrobné odvození, kontrolní výpočty a zejména kompletní výkonová a tepelná bilance zařízení.

Ve velmi problematické rovině je oblast bezpečnosti. Navržený setrvačník má akumulovat energii v řádu stovek kJ, což představuje významné bezpečnostní riziko. Práce však neobsahuje žádný z výpočtů bezpečnosti alespoň dílčích komponent.

Nedostatečně je zpracována také volba motoru, spojky a ložisek. Například komentář zvolené spojky že "ideálně vyhovuje konkrétnímu použití" je zcela nedostatečný bez uvedení parametrů. Práce rovněž neobsahuje návrh měřicího a řídicího systému a prakticky není řešeno ovládání brzdy během zkoušky, tedy způsob vytvoření a regulace brzdného momentu. Možnost využití zařízení pro NVH v bezdozvukové komoře není relevantně rozpracována.

Formální úroveň práce je průměrná. Text je čitelný a práce má logickou strukturu, ale obsahuje jazykové a stylistické nedostatky. Rovnice nejsou číslované a také se v nich vyskytuje symbol hvězdičky pro násobení. Některé zdroje jsou uvedeny neúplně a část obrazových podkladů pochází z méně odborných zdrojů. Použití generativní AI je transparentně uvedeno a nepovažuji jej za důvod ke snížení hodnocení.

Celkově konstatuji, že práce splňuje zadání, avšak v minimalistickém rozsahu. Student vytvořil základní rešerši a jednoduchý 3D koncept setrvačníkového zařízení, ale klíčové oblasti návrhu brzdového dynamometru pro měření otěru brzd nejsou dostatečně rozpracovány. Práce může sloužit jako prvotní ideový návrh, nikoliv jako technicky ověřený koncept zařízení připravený pro výrobu nebo experimentální měření.

Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením D / uspokojivě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods D
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations C
Topics for thesis defence:
  1. Jak byste navrhl měřicí řetězec pro stanovení částicových emisí z brzd, včetně odběru vzorku, měření průtoku a kontroly pozadí? Případně popište, jak je řešeno u současných koncepcí.
  2. Zařízení je složeno z několika komponent. Bude možné na některých z nich sledovat únavu? Byl by to podstatný parametr při stanovení bezpečnosti?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová