Gute Akustik für Elektrofahrzeuge gesucht

Der Wegfall maskierender Geräusche des Verbrennungsmotors lenkt die Aufmerksamkeit bei der Entwicklung batterieelektrischer Fahrzeuge auf andere Geräuschquellen. Neue Methoden erlauben es, das Innengeräusch freier zu komponieren als je zuvor. FEV hat einen Entwicklungsprozess etabliert, mit dem der „Sound of Silence“ gezielt gestaltet werden kann.

Der akustische Komfort im Innenraum ist ein entscheidendes Qualitätskriterium für Kraftfahrzeuge und wird vor allem bei Elektrofahrzeugen häufig durch das Reifen-Fahrbahn-Geräusch dominiert. Ein Schlüsselelement in der Übertragung von der Geräuschquelle hin zum Fahrerohr ist das Fahrwerk als kritischer Transferpfad. Um die NVH-Performance eines Fahrwerks zu verifizieren, wurde am Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen University ein Prüfstand mit variablen und realitätsgetreuen Anregungsformen entwickelt.

Da die hochfrequenten Geräuschanteile des elektrischen Antriebsstrangs im Innenraum häufig als unangenehm empfunden werden, ist eine Methode zur effizienten Analyse unabdingbar. Im Projekt "eMSI - Störgeräusche im Fahrzeuginnenraum mit elektrifizierten Antrieben" (FVV-Nr. 1369) wurde an der RWTH Aachen University eine Methode zur automatisierten Trennung des Innengeräuschs von Elektrofahrzeugen sowie zur Zuordnung der Geräuschanteile zu den verursachenden Komponenten entwickelt. Und Forschende an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg schufen ein Modell zur Beurteilung der psychoakustischen Angenehmheit.

The network effect has been one of the most powerful forces in the rise of Big Tech. All these companies have in common that they offer different kinds of networks, with services and products, which provide a huge benefit for the individual user.

Dieses Kapitel soll Fahrwerksingenieuren das Wissen über die theoretischen Grundlagen und Techniken vermitteln, damit sie fundierte Entscheidungen über NVH-Lösungsstrategien in einem frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung treffen können. Das Kapitel beginnt mit einer Überprüfung der Grundlagen der Akustiktheorie, da dieses Thema in Bachelor-Studiengängen oft nicht ausführlich behandelt wird.

Die Qualität eines Fahrzeugs wird heute nicht mehr nur durch Leistung, Design und Effizienz definiert. Durch Komfortaspekte wie Geräusche und Schwingungen bekommt das NVH-Verhalten in der Elektromobilität eine ganz besondere Bedeutung. Atesteo setzt neuartige Testkapazitäten ein, um elektrische Antriebe akustisch zu optimieren.

Elektrische Antriebe erzeugen hohe tonale Frequenzen, die sich negativ auf die Akustik von Fahrzeuginnenräumen auswirken können. Für die Geräuschübertragung spielt die Aggregatelagerung eine maßgebliche Rolle. Daher ist es wichtig, das dynamische Übertragungsverhalten von Lagerprototypen für E-Fahrzeuge messtechnisch zu charakterisieren. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) und m+p international Mess- und Rechnertechnik stellen eine gemeinsame Studie vor, in der zwei Messverfahren verglichen und bewertet werden.

This chapter presents a modal analysis of the electric motor automotive component. Using the finite element approach, the frequency responses for the electric motor’s rotor component were calculated. The results of the modal analysis of the electric motor’s overall deformation frequency are compared between the stator and rotor parts.

Die Bewegung des Fahrzeugs wird durch drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade beschrieben (Bild 1). Im Allgemeinen liegt der Ursprung des Koordinatensystems (rechtwinkliges Rechtssystem) im Schwerpunkt S des Fahrzeugs. Die x-Achse (Längsachse) ist nach vorne gerichtet, also in Fahrtrichtung.

In der Automobilindustrie geht das Sounddesign längst über satt klingende Türen und gut abgestimmte Entertainmentlautsprecher hinaus. Ein Grund dafür liegt im Ausbau der Elektromobilität und den damit einhergehenden Vorgaben für akustische Fahrzeugwarnsysteme, was Auswirkungen auf die gesamte Fahrzeugarchitektur zur Folge hat. Ferchau beschreibt, welche Faktoren für einen harmonischen Sound entscheidend sind und betrachtet dabei die gesamte Übertragungskette aus interdisziplinärer Perspektive.

Elektrische Antriebe zeichnen sich durch einen vergleichsweise geringen Geräuscheintrag in den Fahrzeuginnenraum aus. Gleichzeitig können die für sie charakteristischen tonalen Geräuschanteile besonders störend sein. Die Akustikentwicklung muss diesem Spannungsfeld gerecht werden. FEV zeigt anhand eines Beispiels, wie das akustische Verhalten eines Elektroantriebs auf das Fahrzeug bezogen optimiert werden kann.

Methoden der dynamischen Substrukturierung erlauben es, flexibel experimentelle und simulative Modelle miteinander zu koppeln. Das oft vorhandene Problem fehlender Modellverfügbarkeiten in Konzeptphasen wird durch Substrukturierung entschärft, und die frühzeitige Bewertung der Innenraumakustik wird ermöglicht. Magna und Vibes Technology haben so die Entkopplung eines elektrischen Klimakompressors schon in der Konzeptphase verbessert.

Mit dem Übergang hin zur Elektromobilität wachsen die Anforderungen hinsichtlich des NVH-Verhaltens elektrischer Antriebsstränge. AVL stellt einen Zielsetzungsprozess und die Abnahmekriterien vor. Im Einzelnen werden die Evaluierung von Mess- und Simulationsergebnissen, Hard- und Softwarekonfigurationen sowie ein möglicher Prüfprozess präsentiert.

Durch die wachsende Anzahl von vollelektrischen und hybriden Fahrzeugen wandelt sich das akustische Erlebnis im und rund um das Auto. Aufgrund der deutlich leiseren elektrischen Antriebsstränge fehlen die bislang vorhandenen Motorgeräusche, die vor einem herannahenden Fahrzeug warnen. Um Abhilfe zu schaffen, arbeitet Harman an verschiedenen Geräuschmanagement-Lösungen.

Die Elektrifizierung des Antriebs verändert nicht nur das akustische Verhalten der Fahrzeuge, sondern stellt auch neue Herausforderungen für Gesetzgebung und Entwicklung dar. Um gesundheitliche Schäden und Belästigungen durch den Fahrzeuglärm und im weiteren Sinne den Verkehrslärm zu vermeiden, ist ein möglichst geringer Außengeräuschpegel wünschenswert und durch Grenzwerte nach oben gesetzlich limitiert. Hybrid-, aber insbesondere Elektrofahrzeuge haben bei geringen Fahrgeschwindigkeiten hier einen klaren Vorteil, der aber gleichzeitig auch als Nachteil gesehen werden kann.

Beim Elektroauto entfällt die Maskierung störender Nebengeräusche durch das Verbrennungsgeräusch, sodass Geräusche anders hervortreten und bewertet werden müssen. Die Fahrzeugakustiker stellen sich diesen neuen Aufgaben, sollten dabei aber nicht mehr den dB-Pegel, sondern die Lästigkeit betrachten.

MdynamiX, An-Institut der Hochschule München, erforscht die Geräuscherzeugung durch elektrische Antriebe, um dies als akustische Funktionsmehrung zukünftig nutzbar zu machen. Der Elektromotor wird quasi zum Lautsprecher und kann somit als sogenanntes Acoustic Vehicle Alerting System (AVAS) dienen. Ohne Zusatzhardware lassen sich mit den entwickelten Applikationen nicht nur die geforderten Warnsignale bei Elektrofahrzeugen erzeugen, sondern auch markeneigene Sounds designen. Die Basisfunktion der elektrischen Antriebe wird dabei nicht beeinflusst oder gar gestört.

Die Gestaltung des Akustik- und Komfortverhaltens zählt zu den zentralen Aufgaben in der Fahrzeug- entwicklung, weil sie das Kaufverhalten entscheidend beeinflusst. Aus diesem Grund entwickeln Wissenschaftler der RWTH Aachen University Tools zur domänenübergreifenden modellbasierten Beurteilung und Optimierung von Geräuschen und Schwingungen elektrifizierter Fahrzeuge.

Der bekannte britische Architekt Richard Mazuch definiert Akustik als "unsichtbare Architektur" und plädiert dafür, Klangräume aktiv zu gestalten - ein Credo, das sinnbildlich für den Paradigmenwechsel in der Fahrzeugakustik steht. Während sich NVH-Ingenieure der Automobilindustrie in den letzten 125 Jahren kontinuierlicher Entwicklung und Verbesserung darauf fokussiert haben, das Fahrzeug leiser zu machen, entstehen durch den weltweiten Durchbruch der Elektromobilität neue Anwendungsmöglichkeiten des Akustikmanagements.

Akustische Fahrzeugwarnsysteme oder Acoustic Vehicle Alert Systems (AVAS) werden künftig in leise elektrifizierte Fahrzeuge integriert, um die Wahrnehmbarkeit des Fahrzeugs und damit den Fußgängerschutz zu erhöhen. Zur Unterstützung des AVAS-Integrationsprozesses in das Fahrzeug nutzt FEV seine Innen- und Außengeräuschsimulationssoftware.

Mit großem Aufwand entwickeln Zulieferer neue Materialien und Technologien, um die Fahrzeugakustik zu optimieren. Im Interview mit ATZ erklärt Dr. Maurizio Mantovani, Leiter Research & Technology bei Autoneum, welche Geräusche bei Elektrofahrzeugen dominieren, wie der WLTP die Entwicklung beeinflusst und wie sich analoge und digitale Methoden bei der Geräuschreduzierung ergänzen.

Die Akustik von Elektrofahrzeugen rückt zunehmend in den Fokus der Entwicklung. Ohne die Geräusche des Verbrennungsmotors und durch neue Schallquellen wie Elektromotoren oder Batteriekühlung werden verschiedene Geräuschphänomene im Betrieb wahrgenommen, die sich direkt auf den Komfort auswirken. Der Zulieferer hofer eds vergleicht in diesem Artikel die NVH-Eigenschaften von drei Elektrofahrzeugen.