Time-domain vibroacoustic simulation framework for E-Drive NVH analysis employing state-space representation

The study of Noise, Vibration and Harshness is one of the most relevant topics in the Automotive Industry, as it significantly influences user perception. A well-designed acoustic environment enhances driver comfort and safety. The study of vibrations and acoustics of cars is not limited to the traditional Internal Combustion Engine vehicles, but today it is extending also towards the electric vehicles market, as they are meant to replace the traditional vehicles in a few decades. This thesis investigates a Time Domain modeling approach for simulating the vibrational and acoustic behavior of electric motors, addressing a gap in existing research, which predominantly relies on Frequency Domain analyses. Main focus of the work is therefore to develop a generic strategy to tackle vibroacoustic simulations in Time Domain, focusing especially on electric motors, even if it is enough generic to be applied in different contexts. The Time Domain simulations are realized through a State Space Representation of the system under study. Some of the main techniques involved in this work are acoustic simulations in non-reflective environments through Automatically Matched Layer and Infinite Elements Method, Krylov Model Order Reduction and State Space representation techniques. The proposed Time Domain approach, based on State Space Representation combined with Reduced Order Modeling, proves to be both fast and accurate. This methodology holds significant potential for future applications, particularly in real-time simulation strategies for Digital Twin and Active Noise Control systems.

Lo studio del rumore e delle vibrazioni (NVH) nelle automobili è uno degli argomenti più rilevanti per l'industria automobilistica, poiché influisce significativamente la percezione dell'utente. Un ambiente acustico ben progettato migliora il comfort e la sicurezza del conducente. Lo studio delle vibrazioni e dell'acustica delle automobili non è limitato ai veicoli tradizionali con motore a combustione interna, ma oggi si estende anche al mercato dei veicoli elettrici, poiché, nei prossimi decenni, questi ultimi sono destinati a sostituire i veicoli tradizionali. Questa tesi indaga un approccio di modellazione nel dominio del tempo per simulare il comportamento vibroacustico dei motori elettrici, colmando una lacuna nella ricerca odierna, che si concentra prevalentemente su analisi nel dominio della frequenza. L'obiettivo principale del lavoro è quindi quello di sviluppare una strategia generica per affrontare le simulazioni vibroacustiche nel dominio del tempo, focalizzandosi soprattutto sui motori elettrici, sebbene l'approccio sia abbastanza generico da poter essere applicato in contesti diversi. Le simulazioni nel dominio del tempo vengono realizzate attraverso una Rappresentazione nello Spazio degli Stati del sistema in esame. Alcune delle principali tecniche coinvolte in questo lavoro sono le simulazioni acustiche in ambienti non riflettenti tramite il metodo PML (o AML) e del Metodo agli Elementi Infiniti, la riduzione dell'ordine del modello di Krylov e le tecniche di Rappresentazione nello Spazio degli Stati. L'approccio proposto nel dominio del tempo, basato sulla Rappresentazione dello Spazio degli Stati combinata con la Riduzione dell'Ordine del Modello, si è rivelato veloce e preciso. Questa metodologia ha un potenziale significativo per applicazioni future, in particolare per strategie di simulazione in tempo reale per sistemi di Digital Twin e di Controllo Attivo del Rumore.