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Systemauslegung zur Geräusch- und Schwingungsreduzierung

Schlagworte

Vernetzte Auslegung, Schwingung, Geräusch

Problemstellung

Während die Geräuschanforderungen immer anspruchsvoller werden, wird der konstruktive Raum der Schall- und Schwingungsisolation für vibrierende Maschinen drastisch reduziert. Designziele aus anderen Disziplinen wie Sicherheit, Haltbarkeit und Recyclingfähigkeit usw. müssen alle gleichzeitig erfüllt werden, was die Komplexität der vibroakustischen Entwicklung erhöht. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Leichtbau kontinuierlich an, beispielsweise aufgrund der immer strengeren EU-Emissionsvorschriften, welche im Allgemeinen die vibroakustische Performance beeinträchtigt.

Angesichts der wachsenden Herausforderungen in der vibroakustischen Entwicklung können die traditionellen CAE-Methoden den aktuellen Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Typischerweise nachdem die Entwicklungsanforderungen eines mechanischen Systems (z. B. Schalldruckpegel (SPL) am Ohr des Fahrers) festgelegt sind, können sie nicht auf einzelne Komponenten heruntergebrochen werden. Bauteilgeräuschziele werden bisher basierend auf Erfahrungen durch den Ingenieur festgelegt, welche bei der Anwendung neuer Konstruktionskonzepte, z. B. für Elektrofahrzeuge, oftmals noch fehlen. Ohne explizite Zielvorgaben haben die entsprechenden Entwicklungsabteilungen oft Schwierigkeiten, wirksame Maßnahmen zur vibroakustischen Verbesserung zu erarbeiten. Darüber hinaus gibt es keinen klaren Standard, um den Erfolg der Komponentenentwicklung in der frühen Entwicklungsphase zu überprüfen. Die akustische Qualität der Maschine kann erst in der späten Entwicklungsphase beurteilt werden, nachdem das mechanische Produkt vollständig entwickelt wurde. Um akustische Probleme zu lösen, müssen Ingenieure möglicherweise das gesamte System neu entwerfen, was zu erheblichen Entwicklungszeiten und Aufwand führt. Schließlich könnte das vorgegebene Entwicklungsziel trotz einer großen Zahl an Designiterationen dennoch nicht erreicht werden.

Zielstellung

Dieses Projekt zielt darauf ab, einen neuen Entwurfsprozess für das NVH-Engineering komplexer mechanischer Systeme zu entwickeln, indem die Geräuschanforderungen auf Systemebene mithilfe der sogenannten Vernetzten Auslegung quantitativ auf Komponentenebene herunterzubrechen (Development Requirement Decomposition). Auf diese Weise wird das Systemdesign in Komponentendesign (Component Design) zerlegt. Der maximal zulässige Bereich jedes Konstruktionsparameters wird auf Grund der System- und Komponentenmodellierung berechnet. Solange der Designparameter im abgeleiteten Bereich bleibt, werden die Systemanforderungen garantiert erfüllt. Quantitative Komponentendesignziele geben den Ingenieuren klare Anweisungen, um wirksame vibroakustische Maßnahmen zu ermitteln und Komponenten zu entwickeln. Am Ende des Entwicklungsprozess wird zuerst jede Komponente (Component Performance Evaluation) und zum Schluss das Gesamtsystem (System Performance Evaluation) verifiziert.

Die vorgeschlagene Methode wird ein systematisches Verfahren bieten, um das Geräusch und die Schwingung komplexer mechanischer Systeme zu reduzieren und gleichzeitig multidisziplinäre Entwicklungsanforderungen zu erfüllen. Es wird den Produktentwicklungsprozess erheblich beschleunigen, indem Design-Iterationen reduziert werden. Seine Wirksamkeit wird im Rahmen des Forschungsprojekts durch Hardware-Prototypkomponenten demonstriert.

Vorgehen

AP1: Literaturrecherche und Aufbau des Prüfstands

AP2: Forschung zum Wischersystem

AP3: Auswahl von Demonstrator und Prototyp

AP4: Bottom-Up-Systemsimulation

AP5: Top-down Anforderungszerlegung

AP6: Komponenten-Neudesign

AP7: Herstellung und Validierung

AP8: Auswertung und Dokumentation

Projektförderer

Zeidler Forschungs-Stiftung

Laufzeit

Mai 2019 - April 2022