Untersuchung und Modellierung eines Dieselmotors zur Bestimmung von Verbrennungsmerkmalen aus der Motordrehzahl

Es wird die Ableitung von zylinderselektiven Verbrennungsmerkmalen aus der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors untersucht. Simulationen, Drehschwingungsmessungen und Zylinderdruckindizierung dienen zur Bestimmung externer Störgrößen. Die Dynamik von Steuer- und Nebenaggregatetrieb und Eigenschwingungen der Kurbelwelle werden betrachtet. Mit Hilfe der entwickelten Modelle wird ein Verfahren zur Bestimmung von Verbrennungslage und Zylindermoment durch Modellabgleich vorgestellt

Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für Schwingungsuntersuchungen an Fahrzeugantriebskomponenten

Ein Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für die Untersuchung des Drehschwingungsverhaltens von Fahrzeugantriebskomponenten wird vorgestellt. Die Nachbildung des Verbrennungsmotors erfolgt durch zwei Elektromotoren mit unterschiedlicher Dynamik und Drehmomenten, die über eine drehelastische Welle verbunden sind. Durch den zusätzlichen Freiheitsgrad lassen sich die beiden Drehmomente addieren und mittels einer geeigneten Regelung die Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors darstellen. Am Komponentenausgang ist ein Elektromotor drehelastisch angekoppelt, der den Fahrzeugendabtrieb nachbildet.A Hardware-in-the-Loop test bench for the investigation of rotary oscillation behaviour of automotive drive train components is presented. For emulation of the combustion engine two electric motors with different dynamic characteristics and quantity of torque are connected by a flexible torsion shaft. The additional degree of freedom allows summing up torque of both motors. The emulated rotation of the combustion engine is controlled by a hierarchical system of DSPs. The outgoing component shaft is torsionally flexible connected to an electric motor, which emulates the drive train of the car

Ein Beitrag zur Modellierung des menschlichen Komfortempfindens und Beurteilung der NVH- Eigenschaften in der Antriebsstrangentwicklung auf Basis von Künstlichen Neuronalen Netzen. Modeling of Human Sensation and Evaluation of NVH-Characteristic in the Drive Train Development Using Method based on Artificial Neural Networks

In Vorarbeiten wurde das Potenzial der Methode auf Basis von Künstlichen Neuronalen Netzen (KNN) zur Komfortobjektivierung am Beispiel des Anfahrens eines Fahrzeugs bereits gezeigt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Modellierungsverfahren des menschlichen Komfortempfindens zur zuverlässigen Beurteilung der späteren Produkteigenschaften weiterzuentwickeln und die Übertragbarkeit auf andere Prüfkategorien sowie weitere NVH-Forschungsfelder sicherzustellen

Variantenentwicklung im ZHO-Modell im Kontext der PGE - Produktgenerationsentwicklung – Methode zur Entscheidungsunterstützung bei der Konzeptentwicklung in der Angebotsphase auf Basis abgeleiteter Varianten = Variant Development using the System Triple Approach in the Context of PGE - Product Generation Engineering – Method for Decision Support during Concept Development in the Offering Phase based on Derived Variants

In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die Konstrukteure in der Angebotsphase beim Ableiten, Bewerten und Auswählen kunden- und anbietergerechten Varianten auf Basis von Referenzprodukten eines bestehenden Baukastens unterstützt. Die Verwendung von Referenzprodukten für neue Kundenanfragen gewinnt für automobile Zulieferunternehmen zunehmend an Bedeutung, um innerhalb der geforderten Fristen Angebote erstellen zu können. Die Angebotserstellung wird ferner erschwert durch steigende Variantenvielfalt und zunehmend komplexere Produkte zur Abdeckung immer vielfältigerer Kundenanforderungen. Hinzu kommt, dass vielfach in der Angebotsphase Zielvorgaben variiert werden. Die Variantenentwicklung in der Angebotsphase ist damit ein stark unsicherheitsbehafteter Prozess der häufig hohe Konstruktionsaufwände bedingt, um fallspezifisch zielführende Varianten ableiten, bewerten und auswählen zu können. Die Problem- und Bedarfssituation resultiert aus den Erfahrungen des Autors, der seit mehr als zehn Jahren als Konstrukteur für Ventiltriebkomponenten im Entwick-lungsbereich eines Tier-1-Automobilzulieferers tätig ist. Durch eine Fragebogen-Studie in drei Konstruktionsabteilungen des fallgebenden Zulieferunternehmens sowie durch eine begleitende Konstruktionsdatenanalyse von abgeschlossenen Anfrage- und Serienprojekten wird die Problem- und Bedarfssituation bestätigt. Hieraus ergibt sich der primäre Bedarf, zu einem frühen Zeitpunkt in der Angebotsphase die Konstruktionsaktivitäten auf die zielführenden Varianten fokussieren zu können. Hiermit sollen die nicht zielführenden Aktivitäten minimiert werden, um die Zeitvorgaben des Kunden einhalten und Entwicklungskosten reduzieren zu können. Die Methode wird praxisnah anhand einer detaillierten Produktanalyse zu gebauten Nockenwellensystemen entwickelt und wissenschaftlich auf Grundlage des erweiterten ZHO-Modells beschrieben. Mit den Analyseergebnissen wird die wissenschaftliche Methode verifiziert und im Rahmen eines Softwareprototyps operationalisiert. Mit Hilfe dieses Prototyps wird das Methodenpotential in einer Interview-Studie mit Konstrukteuren evaluiert. Der hieraus resultierende, zentrale Bedarf, die Firmenexpertise bei der Variantenbewertung zu berücksichtigen, wird durch die Einbeziehung der Variationsanteile der PGE - Produktgenerationsentwicklung für die Entscheidungsunterstützung abgedeckt und durch retrospektive Methodenanwendung auf historische Projektdaten zweier angeschlossener Industrieprojekte evaluiert. Die Methode leistet durch die Berücksichtigung der Firmenexpertise einen zentralen Beitrag zur systematischen Variantenbeurteilung. Mit der Methode kann variantenspezifisch Risiko, Aufwand und Potential ermittelt werden. Darüber hinaus lässt sich mit der Entscheidungsunterstützung erkennen, ob die Firmenexpertise für konkret angefragte Produkte ausreicht oder der aktuelle Baukasten erweitert werden muss

Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2017 : Stuttgart, 29. Juni 2017, Wissenschaftliche Konferenz

Veränderte Anforderungen in internationalen Märkten erfordern hohe Anstrengungen, um Prozesse in Innovation und Produktentwicklung zu optimieren. Das Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung (SSP) ermöglicht die Diskussion der an Produktgestaltung und -entwicklung beteiligten Disziplinen aus Industrie und Wissenschaft. Das SSP zeigt, wie erfolgreiche Produkte effizient gestaltet und entwickelt werden. Neueste Forschungsergebnisse zu Methoden, Strategien und Werkzeugen werden vorgestellt, um Prozesse zu verbessern und die Digitalisierung zu unterstützen. Mit dem Ziel, nationale und internationale Fachleute unterschiedlicher Disziplinen der Produktentwicklung aus Industrie und Wissenschaft in den Dialog zu bringen, veranstaltet das Fraunhofer IAO gemeinsam mit dem Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design IKTD, dem Institut für Maschinenelemente IMA und dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart das Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP. Am 28. und 29. Juni 2017 fand das SSP bereits zum vierten Mal im Zentrum für Virtuelles Engineering des Fraunhofer IAO statt, nachdem die Symposien 2011, 2013 und 2015 mit jeweils über 200 Besuchern aus Wissenschaft und Wirtschaft großen Zuspruch gefunden hatten. Am Forumstag stand wie immer die Industrie im Fokus, am zweiten Tag die wissenschaftliche Konferenz. Die Konferenz bietet Wissenschaftlern eine Plattform zur Präsentation und Diskussion ihrer neuesten Forschungsergebnisse im Bereich der Produktentwicklung und fördert so den interdisziplinären Wissenstransfer. Aufgerufen waren in der SSP 2017 Beiträge aus folgenden Kategorien: • Wissensmanagement in der Produktentwicklung • Nachhaltige Produktentwicklung • Altersgerechte Produktentwicklung • Zuverlässige Produktentwicklung • Industrie 4.0/Cyber-Physical Products • Konstruktionsmethodiken • Leichtbau in der Produktentwicklung • Nutzerzentriertes Design • Innovations- und Technologiemanagement • Digital Engineering • Lean Development. Eingereicht wurden Beiträge zu Methoden, Strategien und Verfahren, die es ermöglichen, Produktentwicklungsprozesse zu vernetzen, digitale Werkzeuge zu integrieren und die Potenziale neuer Technologien und Werkstoffe optimal auszuschöpfen

Minimizing of automotive transmission rattle noise by means of gear oils

In Fahrzeuggetrieben mit Stirnradverzahnungen (z.B. Handschaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe) treten wegen der Drehschwingungsanregung durch den Verbrennungsmotor störende Klapper- und Rasselgeräusche auf, die durch Schwingungen von unbelasteten Losteilen, wie Losräder, Synchronringe und Schaltmuffen, innerhalb ihrer Spiele verursacht werden. Zur Minimierung dieser Geräusche wurden individuelle Getriebeöle entwickelt, die gleichzeitig ein geringes Verlustmoment erzeugen. Die Möglichkeiten, ein Getriebeöl für den Einsatz im Handschaltgetriebe aus vorhandenen Grundflüssigkeiten und Additiven zu formulieren, werden vorgestellt. Das Rasselgeräuschverhalten eines Handschaltgetriebes für Front-Quer-Antrieb im Zugbetrieb wurde mit den entwickelten Getriebeölen auf einem Rasselgeräuschprüfstand untersucht. Ein wasserlösliches Polyalkylenglykol zeigte in den Messungen eine Reduktion des Schalldruckpegels um 4 dB(A) gegenüber der Serienbefüllung bei fast identischer Ölviskosität. Derartige Grundflüssigkeiten sind aber für den Einsatz in Fahrzeuggetrieben ungeeignet, da sie eine wasseranziehende Wirkung haben und dadurch Korrosion auftreten kann. Verlustmomentmessungen des Handschaltgetriebes zeigten zudem eine Verbesserung des Getriebewirkungsgrads bei Verwendung des wasserlöslichen Polyalkylenglykols. Ein verbesserter Wirkungsgrad konnte vor allem im belasteten Zustand nachgewiesen werden, da hier die lastabhängigen Zahnreibungsverluste dominieren und diese maßgeblich durch den Reibwert des Getriebeöls bestimmt werden. Der Einsatz eines Getriebeöls mit niedrigem Reibwert bringt hier eine wesentliche Optimierung sowohl des Wirkungsgrads als auch der Rasselgeräuschemission mit sich. Praxisrelevante Getriebeölformulierungen wurden mit einem Hydrocrackgrundöl und hohen Konzentrationen von bestimmten Polyalkylmethacrylaten als Viskositätsindex-Verbesserer gefunden. Gewisse Polyalkylmethacrylate können dicke Grenzschmierfilme durch Adsorption von polaren Gruppen bilden. Damit wurde eine Rasselgeräuschreduktion des Getriebes von 2 dB(A) erreicht. Reibwertveränderer, z.B. auf Basis von Molybdän-Dialkyldithiocarbamat, die im Bereich der Grenz- und Mischreibung wirken, tragen ebenfalls dazu bei ein niedriges Geräuschniveau zu erreichen. Um das Rasselgeräuschverhalten der Serienbefüllung und des wasserlöslichen Polyalkylenglykols weiter zu untersuchen, wurde ein einstufiges Prüfgetriebe entwickelt und am Rasselgeräuschprüfstand in Betrieb genommen. Es wurden die Phänomene Verzahnungs- und Synchronringrasseln getrennt voneinander untersucht, um die wesentlichen Einflussparameter für die Geräuschentstehung zu ermitteln. Beim Verzahnungsrasseln im geschalteten Zustand konnte eine Rasselgeräuschdämpfung mit dem wasserlöslichen Polyalkylenglykol nur bei Verwendung einer Schrägverzahnung festgestellt werden. Daher ist der hydrodynamische Schmierfilmaufbau im Zahneingriff für die Rasselgeräuschentstehung ausschlaggebend. Ein höheres Verlustmoment bei Einsatz des wasserlöslichen Polyalkylenglykols ist folglich nicht für geringere Rasselgeräuschpegel verantwortlich. Die Untersuchung der Drehwegabweichung beim Verzahnungsrasseln ergab, dass die auftretenden Rasselstöße zu einer elastischen Verformung der eingreifenden Zahnpaare führen. Es herrschen bei einem Verzahnungsstoß hohe Zahnkräfte, die Hertzsche Abplattung der Zahnflanken und eine Viskositätssteigerung des Öls mit dem Druck (elastohydrodynamische Schmierung) hervorrufen. Elastische Verformungen der Zahnflanken führen zu Abweichungen vom Verzahnungsgesetz. Dadurch entstehen zusätzliche Eintrittsstöße, die die Intensität des Körperschallpegels und damit des emittierten Rasselgeräuschs maßgeblich beeinflussen. Beim Einsatz des wasserlöslichen Polyalkylenglykols treten diese Eintrittsstöße nicht auf, was das günstige Rasselgeräuschverhalten dieser Ölsorte erklärt.The following thesis describes the development of gear oils for automotive transmissions with low noise emissions and high efficiency. Caused by downsizing and downspeeding of internal combustion engines, the torque fluctuation at the crankshaft induces torsional vibrations in the powertrain that it is connected to. Manual transmissions, automated manual transmissions and dual clutch transmissions are particularly sensitive to so-called gear-rattle noise. Gear-rattle noise arises from oscillations of loose parts with clearance, e.g. idler gears, synchronizer rings and gearshift sleeves. Gear oil is considered as a machine component that influences the beginning and damping of loose part oscillations within their clearance. The aim of this research is the formulation of a gear oil with excellent lubrication film thickness properties for the application in a five-speed manual transmission. Acoustic measurements on a gear-rattle noise test bench verify the noise reduction of newly developed gear oils with commonly used low oil viscosity. Water soluble polyalkylenglycols as base fluids are capable of reducing the gear-rattle noise level by up to 4 dB(A) in first gear. The addition of certain polyalkylmethacrylates as viscosity index improvers in high concentration to hydrocracked mineral base oils yields up to 2 dB(A) in noise reduction. In addition friction modifiers can help to reduce the gear-rattle noise level of automotive transmissions, for instance the solid lubricant additive molybdenum-dialkyldithiocarbamate. Drag torque measurements show improvements on the transmission efficiency under loading and idle conditions with a water soluble polyalkylenglycol. Novel methods for testing the flow characteristics, as well as the spreading and traction of gear oils are introduced. The test results correlate well with the findings of the gear-rattle noise measurements. Gear oils with low traction coefficients in mixed and fluid friction regimes reduce the gear-rattle noise level. The excellent gear-rattle noise damping capabilities of a water soluble polyalkylenglycol are investigated and compared to a mineral oil. A single-speed transmission has been designed and installed on a gear-rattle noise test bench to compare both gear oils. Idler gear and synchronizer ring vibrational behavior due to the torsional vibrations are studied. Only by using helical gear pairs the noise damping capabilities of water soluble polyalkylenglycol can be found, in contrast to mineral oil. Thus, it can be concluded that the formation of a hydrodynamic lubrication film in the gear mesh is responsible for the noise reduction compared to other factors, e.g. a higher drag torque on the idler gear. Synchronizer rings are easily excited by torsional vibrations because of their small moment of inertia. At high differential speeds between the synchronizer ring and the synchronizer body, the centrifugal effect leads to a decrease in drag torque as the synchronizer ring is subject to chaotic vibrations in this case. An analysis of the transmission error proves that gear tooth impacts during rattling lead to elastic deformation of the meshing gear pairs. High contact forces during impacts cause Hertzian flattening of tooth flanks and rising fluid viscosity with pressure in the contact zone (elastohydrodynamic lubrication regime). Elastic deformation of meshing gear pairs lead to deviations from the Law of Gearing. The main source for the intensity of gear-rattle noise is the additional presence of meshing impacts at the beginning of each gear pair meshing. The traction coefficient in this meshing zone is very high because of high sliding velocities of the tooth flanks. Gear-rattle noise reduction can be achieved by avoiding meshing impacts, e.g. by minimizing the traction coefficient of the gear oil or high lubrication film thickness at the gear mesh