Harmonics: generation mechanisms and influence on tyre performance

Tyre noise and comfort are essential considerations for drivers seeking pleasant driving experience. The quality of vehicle’s tyre can significantly impact noise levels inside the cabin and affect the ride comfort. By understanding the factors that contribute to noise and comfort, tyre development can progress further, enhancing the driving experience and passengers comfort. The subject of this thesis is to study the correlations between tyre uniformity and the noise and comfort performance of the tyre. Tyre uniformities and their harmonics are analyzed to understand their interaction with natural resonance frequencies, that can result in amplified vibrations and noise. A method for assessing the noise level produced by a rolling tyre is developed, considering only the radial run-out parameter decomposed into harmonics. This evaluation method is primarily designed to assess the noise produced by the cavity phenomenon and is verified by testing the tyres on the track and measuring the intensity of the noise produced inside the cabin with the use of microphones. Forces generated by tyre natural modes are investigated by means of the SBN test rig, reproducing a real outdoor road. Comparisons between different tyre structure and internal compounds are analyzed to evaluate possible design levers to reduce vibrations and noise produced by the tyre. The flatspot phenomenon is studied to assess its correlation with pre-existing non-uniformities in the tyre and its recovery characteristics as the internal structure and inflation pressure change.

La rumorosità degli pneumatici e il comfort sono considerazioni essenziali per chi cerca un’esperienza di guida piacevole. La qualità degli pneumatici di un veicolo può avere un impatto significativo sui livelli di rumorosità all’interno dell’abitacolo e influire sul comfort di guida. Comprendendo i fattori che contribuiscono alla rumorosità e al comfort è possibile progredire nello sviluppo degli pneumatici, per migliorare l’esperienza di guida e il comodità dei passeggeri. L’obiettivo di questa tesi è appunto lo studio delle correlazioni tra l’uniformità dello pneumatico e le prestazioni di rumorosità e comfort dello stesso. L’uniformità dello pneumatico e le sue armoniche sono analizzate per comprendere la loro interazione con le frequenze di risonanza naturali, che possono generare l’amplificazione di vibrazioni e rumori. Viene sviluppato un metodo per valutare il livello di rumore prodotto da uno pneumatico in rotolamento, considerando solo il parametro del radial run-out scomposto in armoniche. Questo metodo di valutazione è stato concepito principalmente per valutare il rumore prodotto dal fenomeno di cavity ed è verificato testando gli pneumatici in pista e misurando l’intensità del rumore prodotto all’interno dell’abitacolo con l’uso di microfoni. Le forze generate dai modi naturali dello pneumatico sono studiate per mezzo del banco di prova SBN, che riproduce la superficie di una strada reale. Sono confrontate diverse strutture e mescole interne degli pneumatici per valutare le possibili leve progettuali in grado di ridurre le vibrazioni e il rumore prodotto dallo pneumatico. Il fenomeno del flatspot è studiato per valutare la sua correlazione con le non-uniformità preesistenti nello pneumatico e le sue caratteristiche di recupero al variare della struttura interna e della pressione di gonfiaggio.