A reduced tyre model for the investigation of structure-borne car cabin noise

In the years, the conception of road vehicles has gone through significant changes and, nowadays, vehicles are no more a simple mean of transport, but they have become a space where people spend an important part of their life. As a result, NVH performances of road vehicles is playing a more and more important role, and automotive companies are focusing their attention on the improvement of vibro-acoustic comfort of the vehicles. To this aim, several resources have been invested in the development of accurate predictive models so as to correctly analyse the vibro-acoustic noise generation and transmission. In particular, due to the increasing importance gained by hybrid and fully electric vehicles on the market, noise resulting from tyre-road interaction, propagating both via air-borne and structure-borne path, has become the predominant source of discomfort. In this context, this thesis work is part of a Joint Labs project between Pirelli Tyre S.p.a. and Politecnico di Milano, aiming at developing a tyre reduced model suitable for the prediction of the structure-borne noise resulting from tyre-road interaction in the frequency range 0-500 Hz. A finite element model reduction procedure has been adopted to face the trade-off between the need for a sufficiently detailed and accurate model and a limited computational effort while carrying out the simulations. In so doing, a step-by-step procedure for the development and validation of the tyre reduced model has been adopted, starting from a FEM model of real tyre. Once a suitable reduced model has been defined, the attention has been focused on the definition of proper input signals for the simulation of a cleat test and tyre rolling over an uneven road surface. In the end, the simulation outcomes have been validated against the results of a dedicated experimental campaign carried out in Pirelli facilities, providing satisfactory results, interesting information about the reliability of the reduced tyre model and indications for future refinements.

Nel corso degli anni, il concetto di veicolo stradale ha attraversato significativi cambiamenti e, al giorno d’oggi, i veicoli non sono più concepiti come semplici mezzi di trasporto ma sono diventati un luogo in cui le persone spendono una parte importante della loro vita. Di conseguenza, le prestazioni NVH dei veicoli stradali sta ricoprendo un ruolo sempre più importante, e le aziende automobilistiche stanno concentrando la loro attenzione sul miglioramento del comfort vibro-acustico dei veicoli. A questo scopo, sono state investite molte risorse nello sviluppo di accurati modelli predittivi per analizzare correttamente il fenomeno della generazione e trasmissione del rumore vibro-acustico. In particolare, a causa della crescente importanza guadagnata sul mercato dai veicoli a trazione ibrida ed elettrica, il rumore derivante dall’interazione tra pneumatico e strada, che si propaga per via aerea e strutturale, è divenuto la fonte predominante di discomfort. In questo contesto, il presente lavoro di tesi è parte di un progetto di ricerca congiunto tra Pirelli Tyre S.p.a. e Politecnico di Milano, con lo scopo di sviluppare un modello ridotto di pneumatico adatto a predire il rumore trasmesso per via strutturale nel range di frequenza 0-500 Hz derivante dell’interazione tra pneumatico e strada. È stata adottata una procedura di riduzione di un modello ad elementi finiti per affrontare il compromesso tra la necessità di un modello sufficientemente dettagliato ed accurato e un limitato onere computazionale nello svolgimento delle simulazioni. Nel fare ciò, è stato adottato un processo graduale di sviluppo e validazione del modello ridotto di pneumatico a partire da un modello FEM di pneumatico reale. Una volta sviluppato un modello ridotto appropriato, l’attenzione si è spostata sulla definizione di segnali di input adatti per le simulazioni di superamento ostacolo e di rotolamento dello pneumatico su di una superficie stradale irregolare. Infine, i risultati delle simulazioni sono stati validati rispetto ai risultati di una campagna sperimentale dedicata svoltasi presso i laboratori Pirelli, fornendo risultati soddisfacenti, interessanti informazioni circa l’affidabilità del modello ridotto di pneumatico e spunti per ulteriori perfezionamenti.