Fahrzeugakustik

Schall besteht seiner physikalischen Natur nach aus mechanischen Schwingungen elastischer Medien, also Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern und ist somit an die Existenz von Materie gebunden, d. h. im Vakuum kann sich Schall nicht ausbreiten.

Die Entstehung des von der Motoroberfläche abgestrahlten Geräusches kann anhand des in Abb. 2.1 dargestellten Prinzips erläutert werden. Die anregenden Kräfte resultieren einerseits aus den periodischen Druckschwankungen im Brennraum, insbesondere während des Zeitpunktes der Verbrennung, und andererseits aus mechanischen Stoßvorgängen zwischen Kolben und Zylinderbüchse sowie zwischen Pleuel, Kurbelwelle und Hauptlagern, den mechanischen Anregungen im Ventiltrieb, im Steuerrädertrieb und in den Hilfsmaschinen. Als Beispiel für solche erregenden Kräfte sind in Abb. 2.2 links der Brennraumdruck, Stoßkräfte infolge der Ventil- und Kolbenbewegung sowie Massenkräfte durch ihre Frequenzspektren dargestellt.

Durch die Integration des Powertrain (Motor-Getriebe-Verband inklusive aller Nebenaggregate, Antriebsstrang bis zum angetriebenen Rad, Ansaug- und Abgasanlage) in das Fahrzeug kommt es im Fahrzeuginnenraum zu einem Schallfeld, bei dem sowohl Luftschallanteile als auch Körperschallanteile eine Rolle spielen.

Die beengten Platzverhältnisse für den Einbauraum des Antriebsstranges und seiner Hilfsaggregate ergeben sich aus den Anforderungen, diese möglichst nahe beisammen in einem funktionalen Block zu platzieren. Hinzu kommen die räumlichen Einschränkungen durch das Niederflurkonzept. Busse dieses Konzepts haben im Fahrgastraum einen nahezu ebenen Fußboden und einen komfortablen Ein- und Ausstieg. Über eine Stufe von nur 340mm Höhe kann der Mittelgang betreten werden. Der Sitzbereich im Heck ist über zwei zusätzliche Stufen erreichbar. Für die Geräuschentstehung sind hauptsächlich die Komponenten des Antriebsstrangs und die zu seinem Betrieb im Fahrzeug benötigten Hilfsaggregate verantwortlich. Diese Komponenten sind: Der Antriebsstrang ist im Fahrgestell des Busses gelagert und mit diesem über Lagerstellen schwingungsisoliert elastisch verbunden. Der Einbauraum für den Antriebsstrang liegt im Heck eines Stadtlinienbusses, er ist durch folgende Konstruktionselemente räumlich begrenzt: Nach oben zum Fahrgastraum hin durch einen ebenen Fußboden, nach vorne durch die Heckwanne als Abschlusselement zwischen Motorraum und Fahrgastraum, nach rückwärts durch die Heckklappe zum Motorraum und seitlich durch die Bus-Seitenwände. Abb. 4.1 zeigt die Einbausituation eines Antriebsstranges in einen Niederflur-Linienbus. Für einen ebenen Mitteldurchgang zwischen der Antriebsachse sind das seitlich nach links versetzte Differential und die Achsverbindungswellen (Steckwellen) aus der Radmitte heraus nach unten abgesenkt.

Viele Aggregate, Systeme und Teile eines LKW werden von Entwicklungspartnern der Fahrzeughersteller zu einem Entwicklungsprojekt zugesteuert. Diese Entwicklungsschritte bei Partnerfirmen erfolgen vor der Integration zu einem Gesamtfahrzeug nach den Forderungen im Lasten- und Pflichtenheft. In dieser Phase der Entwicklung sind auch Zielwerte für diejenigen Eigenschaften, die sich auf das akustische Verhalten des Gesamtfahrzeuges auswirken, auf die zuzuliefernden Komponenten heruntergebrochen und festgeschrieben. Soweit möglich, werden die akustischen Eigenschaften der Einzelaggregate bereits auf das Anwendungsziel hin optimiert. Dies geschieht im ersten Schritt durch Berücksichtigung aller bisheriger gewonnener Erfahrungen mit Vorgängerprodukten in Konstruktion und Berechnung, mit Hilfe von Simulationstechniken und in einer experimentellen Phase mittels Prüfstandsversuchen an ersten verfügbaren Aggregaten und Teilen. Trotz aller verfügbaren Hilfsmittel der Simulation und rechnerischen Vorauslegung, bleiben aber dem Praxistest mit zielgerichteten Optimierungsmaßnahmen am Gesamtfahrzeug ein breites Betätigungsfeld für den Feinschliff an allen Teilschallquellen. Alleine hier kann über Messergebnisse am Gesamtfahrzeug eine für die Serie relevante Aussage über die Akustik des Produktes LKW getroffen werden. Schwingungstechnische und akustische Fragestellungen werden aufgezeigt, sie sollen einen Weg durch die zu bewältigenden Aufgabenstellungen für Konstruktion und Versuch zu einem leisen Produkt LKW geben. Die dabei zu bewältigenden Zielkonflikte (z. B. Schallabstrahlung < — > Wärmehaushalt), daraus resultierende Aufgabenstellungen und Hinweise zu Problemlösungen werden beschrieben.