NVH & Friction - Virtual Vehicle

on der Zylinderzahl und durch Aufladung umgesetzt
werden. Die Verringerung der Zylinderzahl
und optimierte Brennverfahren in Kombination
mit Aufladung verändert das NVH Verhalten
entscheidend. Es bedarf neuer Methoden und
Technologien um Downsizing-Konzepte, vor
allem hinsichtlich des Schwingungskomforts
und des Akustikverhaltens, zu verbessern. Einen
wichtigen Aspekt im Zusammenhang mit
Downsizing stellt die Akustik von Einlass- und
Abgassystemen dar. Die präzise Vorhersage
des Mündungsgeräusches von aufgeladenen
Motoren, basierend auf verbesserten Simulationsmethoden
für die einzelnen Komponenten
wie Turbolader, Schalldämpfer, Abgasnachbehandlung
ist eine Kernkompetenz am VIRTUAL
VEHICLE im Bereich NVH & Friction.
Alle relevanten Disziplinen sind dafür in Form
von vernetzten Experten vorhanden.
Reibungsreduktion bei Motoren und
Getrieben
Die durch den Gesetzgeber ständig verschärften
Abgasvorschriften zwingen die OEMs zum
Handeln und erfordern eine stetige Effizienzsteigerung
ihrer Fahrzeuge.
Bei einem modernen Verbrennungsmotor,
gehen zirka 70% der Kraftstoffenergie durch
Abwärme in Verbrennung und Reibung verloren.
Nur zirka 30% der eingebrachten Kraftstoffenergie
stehen als Nutzleistung an der
Kurbelwelle zur Verfügung. Bis zu den Rädern
reduzieren sich die Nutzleistung durch Getriebe,
Radlager, etc. noch weiter. Zum Vortrieb
bleiben von der gesamt eingebrachten Kraftstoffenergie
nur zirka 20-25% übrig. Dieses
Zahlenbeispiel lässt das vorhandene Potential
zur Reibungsreduktion erkennen.
Zur effektiven Reibungsreduktion im Antriebsstrang
sind Simulationsmethoden erforderlich,
die es ermöglichen bereits in der frühen
Vorentwicklungsphase systemoptimierende
Maßnahmen zu realisieren. Dazu werden am
VIRTUAL VEHICLE effiziente und zuverlässige
Berechnungsmethoden entwickelt, um die Anforderungen
der Industrie zu erfüllen.
Die verschiedenen validierten Methoden zur
Reibungsberechnung in Kolbengruppe, Kurbeltriebsgleitlagern,
Ventiltrieb, Steuertrieb und
Getriebe resultieren aus mehreren abgeschlossenen
industrienahen Forschungsprojekten
und strategischen Projekten.
Der am VIRTUAL VEHICLE entwickelte Motor-
reibleistungsprüfstand ergänzt und erweitert
das Forschungs- und Entwicklungspotential im
Bereich Tribologie. Der Prüfstand bietet durch
Messungs-Rechnungs-Vergleich die Möglichkeit,
neu entwickelte Berechnungsmethoden
zu validieren, Materialpaarungen und Beschichtungen
zu studieren und Gesamtsysteminteraktionen
zu verstehen. Das umfassende
Verständnis der tribologischen Mechanismen
bildet die Basis für weitere Forschungsaktivitäten
zur Reduktion von Reibleistung in Verbrennungsmotoren.
Vehicle Noise Reduction:
NVH Simulation und Messung des
Antriebsstranges
Konventionelle Antriebskonzepte haben weiterhin
ein großes Weiterentwicklungspotential zur
Erfüllung der hohen Anforderungen hinsichtlich
Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Virtuelle
Entwicklungsmethoden leisten dabei einen
wichtigen Beitrag, um zukünftige Produktanforderungen
schneller und bei niedrigeren Kosten
darzustellen. Dazu muss der Antriebsstrang
jedoch verstärkt in frühen Entwicklungsphasen
unter Berücksichtigung der Anforderungen des
Gesamtfahrzeuges betrachtet werden.
Die aktuell rasch fortschreitenden Entwicklungen
im Bereich der Elektrifizierung des
Antriebsstranges bedeuten zusätzliche Herausforderungen
aufgrund der zunehmenden
Komplexität, größeren Variantenvielfalt, der
Forderung nach mehr Interdisziplinarität und
der Verbesserung der Durchgängigkeit im Entwicklungsprozess.
Das VIRTUAL VEHICLE
unterstützt dabei OEMs und Zulieferer mit anwendungsorientierter
und industrienaher Forschung
im Bereich NVH und Reibung.
Testing & Measurement:
Prüfstände zur Unterstützung der
Fahrzeugentwicklung
Das VIRTUAL VEHICLE betreibt mehrere Akustikprüfstande,
die ab Seite 17 genauer beschrieben
werden:
Der Motorprüfstand ist ein akustischer Vollraum
zur Messung von Vibrationen, Schallabstrahlung
und Emissionen von Verbrennungsmotoren
im Betrieb.
Der Antriebsstrangprüfstand ist ein akustischer
Halbraum, in dem Vibrationen sowie die Schallabstrahlung
von Antriebssträngen gemessen
werden können.
Am Modalanalyseprüfstand können die Eigenfrequenzen
und Eigenformen von komplexen
Strukturen (z.B. der Karosserie) gemessen und
der Simulation für z.B. „model updates“ zur Verfügung
gestellt werden.
Am Reibleistungsprüfstand kann die Motorreibung
sowie Beiträge von Komponenten (Kolben,
Gleitlager, etc.) zur Gesamtreibung bestimmt
werden.
Der Soundbrick ist ein fahrzeugähnlicher Hallraum,
in dem Materialeigenschaften wie Schalldämmmaße
und Absorptionsgrade gemessen
werden können.
Im Bereich Akustik und Vibrationen spiegeln
sich wesentliche Herausforderungen der Fahrzeug-
und Bahnindustrie wider, insbesondere
dann, wenn Akustik und Effizienz gleichzeitig
optimiert werden sollen. Diese Herausforderungen
beinhalten das Spannungsfeld zwischen
Leichtbau, akustisch günstigen Konstruktionsweisen,
zusätzlich im HEV auftretenden Schall-
und Vibrationsquellen, vermehrte Anregung,
welche durch das Downsizing ausgelöst werden,
und der Notwendigkeit, das Fahrgeräusch
und Emissionen bereits in der Konzeptphase
vorhersagen und reduzieren zu können.
Diese Ausgabe des VVM stellt Forschungsaktivitäten
der Area NVH & Friction dar und zeigt,
wie dort auf Basis der vorhandenen Erfahrungen
aus der Automobil- und Eisenbahntechnik
neue Wege in der Simulation und der experimentellen
Untersuchung verfolgt werden. ■
Zu den Autoren
Dr. Anton Fuchs leitet die
Area C „NVH & Friction“
des VIRTAUL VEHICLE.
Prof. i.R. Hans-Herwig
Priebsch (TU Graz) ist
wissenschaftlicher Berater
des VIRTUAL VEHICLE
im Bereich NVH & Friction.
magazine Nr. 13, I-2013
Franz Reich ist
technischer Berater des
VIRTUAL VEHICLE im
Bereich NVH & Friction.
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