Für die richtige Akustik beim Fahren testen die Hersteller Automobile in diversen Prüfständen – ein kompliziertes und teures Unterfangen. Die neu entwickelte »Adaptive car structure test facility« vereint Belas-tungs- und hydraulische Prüfstände in einem kompakten Modell.
Für manche Autofahrer gehört ein herzhaftes Knattern im Motor zum Fahrspaß. Die meisten Menschen bevorzugen jedoch ein etwas dezenteres Motorengeräusch. Autohersteller untersuchen die Akustik der verschiedenen Automodelle und Reifen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Fahrbahnbelägen daher sorgfältig. In speziellen Prüfständen rollt das Auto auf Trommeln mit einem Durchmesser von zwei bis drei Metern, auf denen nebeneinander verschiedene Fahrbahnbeläge angebracht sind. Diese Prüfstände sind teuer, bei hohen Geschwindigkeiten nicht ungefährlich und benötigen viel Platz. Zudem lassen sich die Auswirkungen von Bodenwellen und ähnlichen Erschütterungen nicht untersuchen – dafür muss auf hydraulische Prüfstände zurückgegriffen werden.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben nun erstmals einen Prüfstand entwickelt, der die unterschiedlichen Testmöglichkeiten in sich vereint. »Wir haben die hydraulischen Prüfstände mit einem hochdynamischen Belastungsinterface erweitert und können jetzt sowohl Betriebslasten im Frequenzbereich bis zu 50 Hz als auch vibro-akustische Belastungen im Bereich von 50 bis 1 000 Hz simulieren«, erklärt Michael Matthias, stellvertretender Leiter des Kompetenzcenters Mechatronik/Adaptronik am LBF. Die Forscher zeichnen mit Hilfe von Sensoren zunächst die Vibrationen am Rad und im Innenraum eines Fahrzeugs auf, die beim Fahren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Reifenprofilen auf verschiedenen Straßenbelägen entstehen. Diese Vibrationen werden anschließend in einer Datenbank archiviert, um sie im Prüfstand schnell einkoppeln zu können. »Dieses Vibrationssignal verändern wir mit einem Algorithmus so, wie es auch beim realen Fahren auf dem Weg zum Ohr verändert würde und erhalten damit ein realistisches Klangbild«, erklärt Matthias. Die Räder werden im Prüfstand durch Elektromotoren ersetzt, die gegen die Beschleunigung des Autos arbeiten und den Widerstand durch Straßenreibung und Steigungen simulieren.
Diese »Adaptive car structure test facility« dient den Wissenschaftlern als Entwicklungsumgebung für aktive Systeme, die Vibrationen im Fahrzeug verhindern. Sie eignet sich aber auch für Testbetriebe bei Automobilherstellern. Erschütterungen in Z-Richtung, also senkrecht zur Fahrbahn, können die Forscher bereits realitätsnah erzeugen – für Seitwärts-Erschütterungen, wie sie in Kurven entstehen, brauchen sie noch ein wenig Zeit.
Für manche Autofahrer gehört ein herzhaftes Knattern im Motor zum Fahrspaß. Die meisten Menschen bevorzugen jedoch ein etwas dezenteres Motorengeräusch. Autohersteller untersuchen die Akustik der verschiedenen Automodelle und Reifen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Fahrbahnbelägen daher sorgfältig. In speziellen Prüfständen rollt das Auto auf Trommeln mit einem Durchmesser von zwei bis drei Metern, auf denen nebeneinander verschiedene Fahrbahnbeläge angebracht sind. Diese Prüfstände sind teuer, bei hohen Geschwindigkeiten nicht ungefährlich und benötigen viel Platz. Zudem lassen sich die Auswirkungen von Bodenwellen und ähnlichen Erschütterungen nicht untersuchen – dafür muss auf hydraulische Prüfstände zurückgegriffen werden.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben nun erstmals einen Prüfstand entwickelt, der die unterschiedlichen Testmöglichkeiten in sich vereint. »Wir haben die hydraulischen Prüfstände mit einem hochdynamischen Belastungsinterface erweitert und können jetzt sowohl Betriebslasten im Frequenzbereich bis zu 50 Hz als auch vibro-akustische Belastungen im Bereich von 50 bis 1 000 Hz simulieren«, erklärt Michael Matthias, stellvertretender Leiter des Kompetenzcenters Mechatronik/Adaptronik am LBF. Die Forscher zeichnen mit Hilfe von Sensoren zunächst die Vibrationen am Rad und im Innenraum eines Fahrzeugs auf, die beim Fahren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Reifenprofilen auf verschiedenen Straßenbelägen entstehen. Diese Vibrationen werden anschließend in einer Datenbank archiviert, um sie im Prüfstand schnell einkoppeln zu können. »Dieses Vibrationssignal verändern wir mit einem Algorithmus so, wie es auch beim realen Fahren auf dem Weg zum Ohr verändert würde und erhalten damit ein realistisches Klangbild«, erklärt Matthias. Die Räder werden im Prüfstand durch Elektromotoren ersetzt, die gegen die Beschleunigung des Autos arbeiten und den Widerstand durch Straßenreibung und Steigungen simulieren.
Diese »Adaptive car structure test facility« dient den Wissenschaftlern als Entwicklungsumgebung für aktive Systeme, die Vibrationen im Fahrzeug verhindern. Sie eignet sich aber auch für Testbetriebe bei Automobilherstellern. Erschütterungen in Z-Richtung, also senkrecht zur Fahrbahn, können die Forscher bereits realitätsnah erzeugen – für Seitwärts-Erschütterungen, wie sie in Kurven entstehen, brauchen sie noch ein wenig Zeit.
