FKFS: Research in Motion: Akustik/NVH

Akustik und Komfort

Für die Entwicklungsingenieure bei Automobilfirmen und deren Zulieferern wird die Fahrzeugakustik zunehmend wichtiger. Hierbei steht aktuell nicht mehr nur ein leises Produkt, sondern auch die Schaffung eines passenden akustischen Klimas im Vordergrund. Zur Erreichung dieser Ziele sind detaillierte Untersuchungen sowohl der von Motor, Nebenaggregaten und Kraftübertragung erzeugten Geräusche als auch der Reifen-Fahrbahn- und Umströmungsgeräusche notwendig. Neben der akustischen Optimierung ist auch die Schaffung eines möglichst hohen schwingungstechnischen Komforts von großer Bedeutung.

Das FKFS begann daher bereits zu Beginn der 70er-Jahre, eine eigene Akustikabteilung aufzubauen. Heute werden in zwei eng miteinander verzahnten und sowohl personell als auch technisch hervorragend ausgerüsteten Abteilungen Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur Thematik Fahrzeugakustik und -schwingungen und Motorakustik- und mechanik und Fahrzeugen bearbeitet.

(Instationäre) Aeroakustik

Während beim Anfahren und bei Beschleunigungsvorgängen im unteren Geschwindigkeitsbereich zumindest bei konventionellem Antrieb das Antriebsgeräusch dominiert, ist in anderen Betriebspunkten bis ca. 120 km/h das Reifen-Fahrbahn-Geräusch das wichtigste Teilgeräusch. Bei höheren Geschwindigkeiten gewinnt das Umströmungsgeräusch, und hiermit die Aeroakustik, immer mehr an Bedeutung. Darüber hinaus sind Strömungsgeräusche von einzelnen Komponenten wie Klimaanlagen und Kühlerlüfter unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit zu beachten.

Für das Innengeräusch wirken sich aerodynamische Geräuschanteile auch schon bei deutlich niedrigeren Geschwindigkeiten komfortmindernd aus. Dies gilt in besonderem Maße für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, bei denen die Maskierung durch den Verbrennungsmotor wegfällt. Zur Akustikoptimierung ist es daher nötig, diese Anteile isoliert erfassen zu können. Hierfür betreibt das FKFS einen speziellen Aeroakustik-Fahrzeugwindkanal.

Wegen der Luftströmung um das Messobjekt, ist der Einsatz konventioneller akustischer Messtechniken zur Erfassung des Außengeräuschs in Windkanälen problematisch. Beim Einsatz von Mikrofonen in der Strömung wird nicht nur das Außengeräusch des Fahrzeugs gemessen, sondern auch Störgeräusche, die durch die Umströmung der Mikrofone selbst entstehen. Daher werden für Außengeräuschmessungen häufig spezielle Oberflächenmikrofone direkt auf der Außenhaut des Fahrzeugs oder große Mikrofonarrays außerhalb der Strömung eingesetzt. Aeroakustische Untersuchungen im Windkanal finden üblicherweise in stationärer Strömung statt. Auf der Straße führen allerdings verschiedene Einflüsse wie natürlicher Wind oder andere Fahrzeuge zu turbulenten Strömungsverhältnissen, die den subjektiven Qualitätseindruck der Insassen beeinflussen. Mit dem eigens entwickelten aktiven Böengenerator FKFS swing bietet das FKFS die Möglichkeit, diese instationären Strömungsverhältnisse sowie das zugehörige Windgeräusch realistisch und reproduzierbar im Aeroakustik-Fahrzeugwindkanal abzubilden. Der Böengenerator besteht aus acht vertikal in der Windkanaldüse angeordneten Flügelprofilen, deren Winkel um die Längsachse anhand vorgegebener Verläufe dynamisch variiert wird.

Kontakt

M.Sc. Domenic Staron
Tel.: +49 711 685-60403

Reifen-Fahrbahn-und Rollgeräusche

Das Reifen-Fahrbahn-Geräusch wirkt sich sowohl auf das Außen- als auch das Innengeräusch eines Fahrzeugs aus. Gerade außen hat es seit den 1970er Jahren ständig an Bedeutung gewonnen, da die ebenfalls relevanten Antriebsgeräusche seit dieser Zeit deutlich reduziert werden konnten. Mit der Elektrifizierung des Antriebstranges und der einhergehenden weiteren Absenkung des Antriebsgeräusches verschärft sich diese Entwicklung nochmals deutlich.

Der Außengeräuschanteil kann durch Fernfeldmessungen auf Teststrecken, aber auch per Geräuschmessanhänger ermittelt werden. Die Bestimmung des Anteils am Innengeräusch ist am FKFS mit einem eigens entwickelten Prüfstand möglich.

Für die Bestimmung der Rollgeräusche im Innenraum ist der servohydraulische 4-Stempel-Prüfstand geeignet.

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M.Sc. Domenic Staron
Tel.: +49 711 685-60403

Antriebsstrangakustik

Dieses Arbeitsgebiet beschäftigt sich mit den innermotorischen Vorgängen im Hinblick auf Geräusch- und Schwingungsverhalten von Verbrennungs- und Elektromotoren einschließlich der zugehörigen Antriebsstrangkomponenten.

Basis hierfür sind modernste Prüfstände und problemorientierte Analyse- und Berechnungsverfahren.

Schwerpunkte:

Untersuchung und Optimierung der Geräuschanregung durch Verbrennung und Mechanik wie z. B. Ventiltrieb, Kolben, Kurbelwellenlager
Verbrennungsgeräuschoptimierung auf Basis der motorspezifischen Strukturdämmung unter Berücksichtigung von Verbrauchs- und Emissionszielkonflikten
Körperschallanregung und -leitung
Modal- und Betriebsschwingungsanalyse
Quantifizierung (Pegel, psychoakustische Kenngrößen) und subjektive Bewertung der Geräuschemission von Motoren

Mess- und Analysetechniken:

Luft- und Körperschallmesstechnik
(Mikrofone, Kunstkopf, Beschleunigungsaufnehmer, Scanning-Laser-Vibrometer)
Hoch- und Niederdruckindizierung
Berührungslose Messung (Wirbelstromprinzip) kleiner Wege
(Kurbelwellenverlagerung, Kolbenkippen, Schwungradtaumeln, Bewegungen im Ventiltrieb)
Drehungleichförmigkeitsmessung und Torsionsschwingungsanalyse
Simultane, digitale Messsignalerfassung, zeit- und kurbelwinkelabhängig,
> 60 Kanäle
Übliche und spezielle Verfahren der digitalen Signalanalyse

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Dr.-Ing. Marco Leonetti
Tel.: +49 711 685-65621

Stör- und Funktionsgeräusche

Störgeräusche führen nicht nur in der Premium-Klasse schnell zu einer Negativbewertung des Fahrzeugs durch die Kunden. Diese erwarten ein adäquates akustisches Klima im Fahrzeug und sind diesbezüglich zunehmend anspruchsvoll.

Aus diesem Grund müssen beispielsweise ratternde Scheibenwischer und das Klappern, Knarzen oder Quietschen von Bauteilen unbedingt vermieden werden. Auch Bedien- und Funktionsgeräusche müssen so gestaltet sein, dass sie dem Kundenwunsch möglichst gut entsprechen.

Störgeräusche können messtechnisch untersucht werden. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel der servohydraulische 4-Stempel-Prüfstand zur Anregung des Fahrzeugs herangezogen werden. Für die Untersuchung von Funktions- und Betätigungsgeräuschen eignet sich besonders der reflexionsarme Schallmessraum .

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M.Sc. Domenic Staron
Tel.: +49 711 685-60403

Schwingungskomfort

Geräusch- und Schwingungskomfort spielen in der Fahrzeugentwicklung eine bedeutende Rolle, da sie beim Kunden die Kaufentscheidung für das Fahrzeug stark beeinflussen. Schwingungen, die im niedrigen Frequenzbereich angesiedelt sind, und tieffrequente Geräusche, die auf besondere Weise auf das Komfortempfinden einwirken können, sind daher ein bedeutendes Thema bei der Fahrzeugentwicklung.

Für die Untersuchung der hierbei auftretenden Phänomene steht am FKFS in erster Linie der servohydraulische 4-Stempel-Prüfstand zur Verfügung, mit dem neben Gesamtfahrzeugen auch Komponenten wie Motorlager oder Federbeine geprüft werden können.

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M.Sc. Domenic Staron
Tel.: +49 711 685-60403