Clunk Noise in Electric Vehicles: Root Causes and Mitigation Approaches

Il comfort è da tempo una preoccupazione centrale nel settore dei trasporti e sta diventando sempre più critico nei moderni veicoli elettrici. Questa tesi esamina il fenomeno impulsivo della trasmissione noto come "clunk noise" e la soluzione proposta basata sul controllo. Il clunk si verifica durante le manovre di inversione di coppia quando la trasmissione supera il gioco degli ingranaggi e cambia il fianco operativo: in una manovra di tip-in, il conducente accelera da una coppia bassa o nulla, passando da una coppia motrice per inerzia/rigenerativa a una coppia motrice positiva (motore-ruota); in una manovra di tip-out, il conducente rilascia l'acceleratore, passando da una coppia positiva a una negativa. Durante queste transizioni, il gioco tra gli ingranaggi di riduzione, chiamato gioco, consente il movimento relativo; se la cedevolezza e lo smorzamento sono insufficienti e le rampe di coppia sono elevate, i denti degli ingranaggi impattano, generando vibrazioni trasmesse dalla struttura e rumore aereo percepito come un distinto "clunk". Per studiare e ridurre questo rumore, è stato sviluppato un flusso di lavoro di co-simulazione: un modello di trasmissione multibody in Adams Car (che include gioco, rigidezza e smorzamento) accoppiato a un modello di controllo motore/inverter in PSIM. È stata proposta una strategia di controllo che modella la coppia del motore in base all'incrocio del gioco per ridurre l'energia d'impatto e l'impulsività percepita, preservando al contempo la reattività e la guidabilità. La tesi presenta l'approccio di modellazione, i metodi di identificazione e i risultati di mitigazione, discute i compromessi e la convalida e si conclude con raccomandazioni e lavori futuri.

Comfort has long been a central concern in transportation, and it is increasingly critical in modern electric vehicles. This thesis examines the impulsive driveline event known as “clunk noise” and the proposed control-based solution. Clunk arises during torque reversal maneuvers when the driveline crosses gear backlash and changes operating flank: in a tip in maneuver, the driver applies the accelerator from low or zero torque, transitioning from coasting/regenerative to positive driving torque (motor to wheel); in a tip out maneuver, the driver releases the accelerator, transitioning from positive to negative torque. During these transitions, clearance in the reduction gears, called backlash, allows relative motion; if compliance and damping are insufficient and torque ramp rates are high, the gear teeth impact, exciting structure borne vibration and airborne sound perceived as a distinct “clunk.” To study and reduce this sound, a co-simulation workflow was developed: a multibody driveline model in Adams Car (including backlash, stiffness, damping) coupled with a motor/inverter control model in PSIM. A control strategy that shapes motor torque around lash crossing has been proposed to reduce impact energy and perceived impulsiveness while preserving responsiveness and drivability. The thesis presents the modeling approach, identification methods, and mitigation results, discusses trade offs and validation, and concludes with recommendations and future work.