Skip to main content
main-content

01.07.2013 | Motorentechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Soundqualität moderner Motoren objektiv bewerten

Autor:
Andreas Burkert
3:30 Min. Lesedauer

Der Verbrennungsmotor ist das bestimmende Element beim Sounddesign. Strenge Emissionsregulierungen und die Forderung nach Downsizing aber erschweren die Arbeit der Entwickler. Dabei genügen zwei Parameter, um die Soundqualität ohne subjektive Bewertungen über den ganzen Entwicklungsprozess hinweg zu überprüfen.

Eine große Herausforderung bei der Entwicklung moderner Motoren ist es, einen Kompromiss zwischen Leistung, Emission, Verbrauch und akustischer Qualität zu finden. Vor allem das Verbrennungsnageln und die Rauigkeit müssen gezähmt werden. Speziell bei Dieselaggregaten und Ottomotoren mit Direkteinspritzung kann durch die Verbrennung ein störendes Nagelgeräusch entstehen. Und mit dem anhaltenden Trend zu Downsizing und strengeren Emissionsregulierungen steigt die Komplexität der Maßnahmen, die Qualität der Motorengeräusche zu steigern.

Um die Entwicklungsarbeit zu erleichtern, werden in der Motor-NVH-Entwicklung zwar physikalisch messbare Parameter definiert. Dazu gehören etwa Zielwerte für Luftschall (1-m-Geräusch), Körperschall (Vibrationspegel), Drehungleichförmigkeiten oder Verbrennungsgeräusch. Doch für eine absolute Beurteilung für transiente und stationäre Zustände sind objektiv messbare Parameter nötig. Wie AVL und das Institut für Elektronische Musik und Akustik an der Universität für Musik und darstellende Kunst in Graz herausgefunden haben, genügen dafür bereits zwei psychoakustische Parameter, um die Soundqualität ohne subjektive Bewertungen über den ganzen Entwicklungsprozess hinweg zu überprüfen.

Optimierter Algorithmus überzeugt

Bei den untersuchten Parametern CKI (Combustion Knocking Index) und HI (Harshness Index) handelt es sich um physikalisch messbare Parameter, die für die Motorenentwicklung angepasst wurden. Die Wissenschaftler optimieren dazu den Algorithmus unter Berücksichtigung der Korrelation zu den Bewertungen der Akustik durch Versuchspersonen.

Ein direkter Vergleich der Ergebnisse zwischen der herkömmlichen Methode und mithilfe des entwickelten Akustik-Parameters überzeugt die Entwickler. Eine akkurate Beurteilung des Verbrennungsnagelns auf Basis des CKI-Parameters ist wesentlich adäquater als eine Bewertung anhand gemessener Luftschallpegel. Notwendig für eine Beurteilung mittels CKI-Parameter ist allerdings die Verfügbarkeit einer funktionsfähigen Motorhardware.

Geräusch-Rauigkeit HI kann auch simuliert werden

Während für das Bestimmen des CKI eine funktionsfähige Hardware benötigt wird, kann Rauigkeit mittels HI bereits in der Simulationsphase der Entwicklung analysiert werden. Dadurch kann die Geräuschqualität in Bezug auf Rauigkeit von der Simulation bis hin zur Motorentwicklung am Prüfstand und im Fahrzeug beurteilt und optimiert werden. Angegeben wird die HI-Rauigkeit im Übrigen zwischen -2,5 und +2,5. Ein Unterschied von 0,5 stellt dabei die untere Grenze der Unterscheidbarkeit dar.

Auch bei diesem Parameter haben Messungen gezeigt, dass die vorhandenen Unterschiede im Rauigkeitsverhalten durch die HI-Beurteilung klar erkenntlich sind. Die LSP-Darstellung hingegen liefert kaum Unterschiede. Wie schon beim CKI zeigt sich, dass HI eine Beurteilung der Soundqualität in Bezug auf Rauigkeit während des gesamten Entwicklungsprozesses wesentlich besser unterstützt als eine Bewertung durch gemessene Luftschallpegel.

Euro 6 fordert die Akustik heraus

Weil eine Verringerung der Emissionswerte in der Regel zu einem Anstieg des Verbrennungsnagelns führt, kann der in Echtzeit erfasste CKI-Wert eine unmittelbare Rückmeldung über das aktuelle Verbrennungsnageln geben. Das erleichtert signifikant die notwendige Abstimmungsarbeit zwischen Emission und NVH. Auch der Unterschied zwischen Vier- und Sechszylindermotoren in Bezug auf Verbrennungsnageln kann mit CKI beurteilt werden.

Während der Zylindereinfluss in Oberklasse-Fahrzeugen aufgrund der besseren akustischen Eigenschaften nur wenig zum Tragen kommt, ist der Unterschied der Soundqualität zwischen Vier- und Sechszylinder-Motoren in Mittelklasse-Fahrzeugen doch erheblich. Noch deutlicher unterscheiden sich die Ergebnisse, wenn das akustische Verhalten eines Motors in unterschiedlichen Fahrzeugklassen untersucht wird.

Allerdings zeigt der Sechszylindermotor - in Hinblick auf CKI - keine sehr deutlichen Unterschiede zwischen Mittel-, Ober- und Luxusklasse-Fahrzeugen. Laut AVL, lässt dies den Schluss zu, dass der Sechszylindermotor in Bezug auf CKI eher unkritisch ist. Der Vierzylindermotor hingegen zeigt für Kompakt-, Mittel- und Oberklasse-Fahrzeuge ein deutlich unterschiedliches Akustikverhalten im Innenraum.

Die Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass speziell für Kompakt- und Mittelklasse-Fahrzeuge ein erhöhter Kalibrationsaufwand notwendig sein wird, um im Innenraum ein akustisch akzeptables Verbrennungsnageln für Vierzylindermotoren zu erreichen. Die zwei psychoakustische Parameter CKI (Combustion Knocking Index) und HI (Harshness Index) sind dafür ein wichtiges Hilfsmittel.

Lesen Sie auch:

Entwicklung eines markentypischen Sounds per Psychoakustik.

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

Premium Partner

    Bildnachweise