Aktive und passive Schallreduktion am Dieselmotor

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau, Dissertation, 2016von Dipl.-Ing. Tommy LuftLiteraturverzeichnis: Seite 119-12

Aktive Reduktion modulierter Zahneingriffsvibrationen von Planetengetrieben

Der Forschungsbeitrag ist motiviert durch die vermehrte Anwendung von Planetengetrieben in neuen Technologien wie Getriebefan-Triebwerken. Das Ziel der Arbeit besteht darin, die Luft- und Körperschallemissionen von Planetengetrieben mithilfe eines Systems zur aktiven Schwingungsreduktion (ASR) zu reduzieren. Dies ermöglicht einerseits Komfortsteigerungen für Menschen durch Lärmreduktion und andererseits den Schutz empfindlicher Bauteile vor schädigenden Vibrationen. Eine Literaturrecherche macht Herausforderungen in Bezug auf Modellbildung, Regelalgorithmen und Aktorik durch den hohen Frequenzbereich des Zahneingriffs deutlich. ASR-Produkte nach dem aktuellen Stand der Technik funktionieren nur für deutlich tiefere Frequenzen. Zur messtechnischen Charakterisierung des Anregungsverhaltens von Planetengetrieben in der Leistungsklasse bis 10kW erfolgt der Aufbau eines Prüfstands. Dieser erlaubt die Ermittlungvon technischen und psychoakustischen Anforderungen an das zu entwickelnde ASR-System. Vier ausgewählte modellfreie Regelalgorithmen werden zur Kompensation modulierter Vibrationen aus Planetengetrieben weiterentwickelt. Eine einheitliche Simulationsumgebung erlaubt die Gegenüberstellung der Algorithmen. Der schmalbandig wirkende Simultaneous-Equations-Algorithmus wird ausgewählt. Eine Methode zur Auslegung von piezoelektrischen Inertialmassenaktoren (IMA) wird vorgestellt und angewendet. Zur Realisierung des ASR-Systems werden verschiedene Konzepte vorgeschlagen und diskutiert. Ein Konzept mit vier IMA in tangentialer Anordnung am Getriebegehäuse wird ausgelegt, konstruiert und am Prüfstand als Aktormodul aufgebaut. In Prüfstandsversuchen wird der entwickelte modellfreie Regelalgorithmus validiert. Er erzielt vergleichbare Regelgüten wie der modellbasierte FxLMSAlgorithmus, bei gleichzeitig größerer Robustheit gegenüber Regelstreckenänderungen. Das entwickelte Aktormodul ermöglicht signifikante Reduktionen verschiedener Regelgrößen wie Schalldruck, Beschleunigung oder Kraft. In den meisten untersuchten Konfigurationen ergeben sich deutliche Reduktionen der Regelgrößen, während andere Schwingungsgrößen verschlechtert werden. Die akustische Abstrahlung einer mit dem Getriebe verbundenen Platte kann auf Restamplituden von 18% verringert werden. Durch eine Reduktion von Lautheit und Tonhaltigkeit wird das Getriebegeräusch angenehmer wahrgenommen. Eine Diskussion von Potentialen und Aufwänden des ASR-Systems schließt die Arbeit ab

Methode zur objektivierten Komfortbeurteilung antriebsstranginduzierter Fahrzeugschwingungen am Fahrzeug-Rollenprüfstand = Method for evaluating the subjective perception of powertrain induced vehicle vibration using objective characteristic parameters on the acoustic roller test bench

Im Produktentstehungsprozess müssen Fahrzeuge hinsichtlich Schwingungskomfort abgesichert werden. Eine Objektivierung der subjektiven Komfortwahrnehmung an den Schnittstellen zwischen Fahrer und Fahrzeug ist zur Entwicklung und Validierung des NVH-Komforts eines Fahrzeugs erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wird eine Bewertungsmethode entwickelt, welche die subjektive Komfortbeurteilung antriebsstranginduzierter Fahrzeugschwingungen in einem konventionell angetriebenen Fahrzeug auf Akustik-Fahrzeug-Rollenprüfständen mit den objektiven Kennwerten hinreichend genau beschreibt. Die Bewertungsmethode legt unter Berücksichtigung des IPEK-XiL-Ansatzes Verfahren und Ressourcen zur Validierung antriebsstranginduzierter Fahrzeugschwingungen auf Akustik-Fahrzeug-Rollenprüfständen fest, damit die erforderlichen Messdaten bezüglich Antriebsstrang-NVH unter definierten Randbedingungen erfasst werden können. Durch Korrelationsanalyse zwischen den objektiven Einzahlkennwerten und den subjektiven Beurteilungen werden die Kennwerte und die Regressionsmodelle zur Beschreibung der menschlichen Vibrationswahrnehmung für die relevanten Fahrer-Fahrzeug-Schnittstellen, wie Sitz, Lenkrad und Fußraum, definiert. Zur Entwicklung und Validierung werden mehrere Untersuchungen mit unterschiedlichen Fahrzeugen durchgeführt. Diese Kennwerte weisen im Rahmen der Untersuchungen eine hohe Korrelationsgüte mit den Komfortbeurteilungen auf, was die zentrale Hypothese, dass die objektive Beschreibung und Analyse der subjektiven Komfortbewertung der Fahrzeugschwingungen auf Rollenprüfständen durch objektive Kennwerte möglich sind, verifiziert. Mithilfe der entwickelten Methode können die Definition der NVH-Zielwerte und die systematische Reifegradbewertung des Schwingungskomforts effizient und reproduzierbar durchgeführt werden, indem der Aufwand der subjektiven Beurteilungen von Ingenieuren reduziert werden kann. Damit wird die Entwicklung in Bezug auf Zeit, Qualität und Kosten positiv beeinflusst. Abschließend wird die Anwendbarkeit der Bewertungsmethode im Entwicklungsprozess von Fahrzeug-NVH und die Übertragbarkeit der Ergebnisse diskutiert

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