LeichtFahr

Optimierter Leichtbau unter Berücksichtigung des vibro-akustischen Verhaltens der Fahrzeugstruktur

Leichtbau, Komfort und Wirtschaftlichkeit in der Entwurfsphase optimieren

Das vibro-akustische Verhalten von Fahrzeugen hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen und ist ein entscheidendes Merkmal bei der Kaufentscheidung von Kunden. Es existieren verschiedene Geräuschquellen im Fahrzeug (Motor, Nebenaggregate, Abrollen der Räder und Umströmung), die häufig störenden Charakter besitzen, aber teilweise auch als akustisches Feedback erwünscht sind oder sogar als charakteristisches Qualitätsmerkmal eines Fahrzeugs wahrgenommen werden (z.B. Motorsound). Daher nimmt die Beurteilung und Beeinflussung der Fahrzeugakustik und des Fahrzeugschwingungsverhaltens in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses einen immer höheren Stellenwert ein.

Gleichzeitig sollen Treibhausgasemissionen und Ressourcenverbrauch reduziert werden. Eine signifikante Reduktion des Energiebedarfs und somit der Emissionen von Kraftfahrzeugen kann durch die Verringerung der Fahrzeugmasse erreicht werden. Daher stellt der Einsatz hochfester Stähle, Leichtmetalle und Faserverbundkunststoffe sowie zugehöriger Konstruktionsprinzipien in der Automobilindustrie einen wichtigen Trend dar. Die eingesetzten Leichtbaukonzepte haben allerdings starken Einfluss auf das vibro-akustische Verhalten des Fahrzeuges. Sie „beeinflussen maßgeblich das Übertragungsverhalten der Fahrzeugstruktur wie globale und lokale Karosseriesteifigkeiten, Masseverteilungen sowie leichtbaukonforme Schalldämmung und -dämpfung“.

Aktuell werden NVH-Herausforderungen erst nachdem der Großteil der Fahrzeugstruktur bereits definiert wurde oder im unmittelbaren Vorfeld der eigentlichen Markteinführung berücksichtigt. In diesen späten Entwicklungsphasen kann eine Schwingungsminderung in der Regel nur mittels passiver Maßnahmen erzielt werden. Diese stellen in der Regel nicht das Gewichtsoptimum dar, das bei der Verwendung der Leichtbaustrukturen angestrebt wird, und sind mit hohen zusätzlichen Kosten verbunden. Adaptronische Systeme können den Konflikt zwischen den Forderungen nach Leichtbau sowie gutem akustischen Verhalten auflösen, sind jedoch in ihrer Auslegung und Entwicklung wesentlich komplexer als passive Lösungen.

Ein Simulationswerkzeug, welches effizient eine ganzheitliche Betrachtung verschiedener adap-tronischer und passiver Maßnahmen sowie neuer Materialien unter den Aspekten Leichtbau, vibro-akustischen Verhalten und Wirtschaftlichkeit ermöglicht, war zu Beginn des Forschungsvorhabens nicht bekannt. Ziel des Projektes war daher, ein nutzerfreundliches Simulations- und Modellierungsverfahren für die Gesamtfahrzeugsimulation adaptronischer und passiver Maßnahmen in einer Software bereitzustellen. Diese soll bereits in frühen Entwicklungsphasen eingesetzt werden und so eine gezielte Beeinflussung des Schwingungs- und Akustikverhaltens durch Einbindung passiver und adaptronischer Maßnahmen sowie neuer Materialien ermglichen. Durch die Modularität des Simulationstools und die Integration der Teilmodelle aus verschiedenen Bereichen können Fahrzeuge im gesamten Entwicklungsprozess akustisch und schwingungstechnisch analysiert und verbessert werden. Damit können Gewicht, Bauraumnutzung, Entwicklungszeiten und Kosten verbessert werden. Diese ganzheitliche Betrachtung führt somit in einem vorgegebenen Kostenrahmen zu einer Gewichtssenkung und verbessertem Fahrkomfort.

Im Rahmen des Vorhabens wurden anhand eines Demonstrationsfahrzeuges exemplarische Maßnahmen zur Beeinflussung des Innenraumkomforts abgeleitet. Ein Beispiel sind aktive Motorlager, welche die durch den Motor erzeugten Vibrationen noch vor der Einleitung in die Karosserie durch aktive Gegenkräfte beeinflussen und somit das Vibrationsverhalten in der Fahrgastzelle optimiert werden kann. Hierbei stellt der Einsatz der Regelsysteme einen integralen Bestandteil der aktiven Systeme dar. Diese Maßnahmen wurden im Gesamtfahrzeug simuliert und in dem Demonstrationsfahrzeug erlebbar umgesetzt.

Eine der zentralen Aufgaben des Instituts für Kraftfahrzeuge war die sukzessive, vibro-akustische Vermessung des Demonstrationsfahrzeuges in den unterschiedlichen Umbaustufen. Diese Messungen werden in enger Kooperation mit dem Projektpartner ZF durchgeführt. Basierend auf den gewonnenen Daten wurde eine Maßnahmenbewertung auf Gesamtfahrzeugebene durchgeführt. Die Daten wurden darüber hinaus zur Entwicklung und Validierung des Simulationswerkzeuges und der Teilmodelle eingesetzt. Weiterer Bestandteil der Aufgaben des ika war die Entwicklung, Vorbereitung und Durchführung von Prinzipversuchen zur Validierung der relevanten Teilmodelle und der identifizierten Maßnahmen auf Komponentenebene.

LeichtFahr-Logo

Kontakt

Dominik Werner M.Sc.
Forschungsbereichsleiter
Fahrdynamik und Akustik
+49 241 80 29383
E-Mail

Projektlaufzeit

10/2016 – 09/2019

Projektpartner

Daimler, ZF, Boge, Novicos, Simetris, Open LS

Projektwebseite

leichtfahr.de

Gefördert durch

[Logo: BM Wirtschaft und Klimaschutz][Logo: Fraunhofer LBF]

Adresse

Institut für Kraftfahrzeuge
RWTH Aachen University
Steinbachstraße 7
52074 Aachen · Deutschland

office@ika.rwth-aachen.de
+49 241 80 25600

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