Sounddesign
Während bei Verbrennungsmotoren daran gearbeitet wird, die Geräusche noch weiter zu reduzieren, müssen bei den flüsterleisen Elektromobilen sogar spezielle Sounds entwickelt werden, damit sie im Verkehr nicht überhört werden. Eine besondere Herausforderung für die Entwickler sind Hybridfahrzeuge. Hier trifft die alte Welt der Geräusche auf die der E-Mobilität: das kann manchmal zu unerwarteten, verwirrenden akustischen Rückkopplungen führen.
Der Sound in und von einem Auto ist eine komplexe Angelegenheit. Verschiedenste Geräusche vom Motor, den Reifen oder dem Fahrtwind überlagern sich. Dazu gesellen sich zahlreiche weitere Geräuschquellen im Inneren des Autos – sei es die Lüftung oder plötzlich knarzende Armaturenbretter. Viele diese Störgeräusche treten nur bei gewissen Temperaturen oder Geschwindigkeiten auf. So untersucht das VIRTUAL VEHICLE beispielsweise in einem am Kongress vorgestellten Projekt, wie das störende Klappern des Innenlebens eines Sicherheitsgurt-Aufrollers, das nur in bestimmten Fahrzuständen auftritt, verhindert werden kann. Die Krux dabei: All diese leisen Geräusche stören nun umso mehr, je leiser die Fahrzeuge werden.
Mensch im Mittelpunkt
„Mit der zunehmenden Elektrifizierung und der Automatisierung der Autos stellen sich für uns ganz neue Herausforderungen“, erklärt Anton Fuchs, Leiter des NVH & Friction Department des VIRTUAL VEHICLE und einer der ISNVH Congress Chairs, „während wir früher versucht haben, Geräusche bestmöglich zu reduzieren, geht es nun auch darum, den richtigen Sound zu generieren“. Dazu wird in neuen Forschungsfeldern wie der Psychoakustik besonders die Wirkung von Geräuschen auf Menschen untersucht. „Da gibt es zwar schon einige Untersuchungen, aber auch noch viele offene Fragen, weshalb wir psychoakustische Modelle weiterentwickeln“, so Fuchs. So müssen etwa aus unzähligen Messdaten jene identifiziert werden, die wirklich relevant sind, um das akustische Umfeld zu optimieren.
„Das menschliche Ohr ist ein tolles Sinnesorgan“, betont der Akustikexperte. Es kann einen sehr breiten Frequenzbereich erfassen. Während es für niedrige Frequenzen zuverlässige akustische Modelle für Fahrzeuge gibt, die bei der Fahrzeugentwicklung in Simulationen schon eingesetzt werden, müssen diese im höheren Frequenzbereich erst entwickelt werden. Besonders in Elektroautos produziert die Leistungselektronik teils unangenehme, hochfrequente Geräusche.
Virtuelles Sounddesign
Der Vorteil möglichst präziser Modelle ist, dass dadurch vieles schon vor dem Bau virtuell simuliert werden kann. Diese virtuellen Simulationen, die bei komplexeren Aufgaben zusätzlich mit realen Tests kombiniert werden, ist eine der großen Stärken des VIRTUAL VEHICLE, in dem rund 200 Forscher zu zahlreichen Themenbereichen beitragen können. Zudem hilft dem unabhängigen Forschungszentrum ein weltweites Netzwerk mit Forschungseinrichtungen und industriellen Partnern. Bei der Entwicklung von Fahrzeugen ist der gesamtheitliche Blick und die optimale Zusammenarbeit vieler Disziplinen letztlich für die Qualität entscheidend.
Themen wie die Sicherheit oder Effizienz haben bei der Fahrzeugentwicklung natürlich die größte Priorität. Deshalb werden Bereiche wie die Akustik oft erst in einer späteren Entwicklungsphase berücksichtigt. Wenn es dann aber bei Abnahmefahrten unerwartet zu störenden Vibrationen und seltsamen Geräuschen kommt, muss nachgebessert werden. Manchmal sogar beim Karosserieaufbau. Das ist freilich teuer. Mittels virtueller Akustikmodelle lassen sich schon sehr früh in der Entwicklungsphase mögliche Probleme aufdecken und vermeiden.
Wohlfühlfahrraum fürs autonome Fahrzeug
In der Fahrzeugentwicklung wird das Thema Fahrkomfort, wie sich am ISNVH Kongress in zahlreichen Diskussionen zeigte, immer wichtiger. Ein besonders angenehmes und ruhiges Fahrerlebnis ist im Zeitalter des autonomen Fahrens ein wichtiges Kriterium. Denn das Auto entwickelt sich je nach Anforderung zunehmend zum Büro oder Unterhaltungs- und Entspannungszentrum. Umso wichtiger ist es, unangenehme Geräusche und Vibrationen zu verhindern.
Das VIRTUAL VEHICLE ist sowohl bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge als auch im Bereich Geräusche und Schwingungen in zahlreichen internationalen Projekten engagiert, um die neuen Herausforderungen der künftigen Mobilität zu lösen. Da stellen sich zahlreiche Fragen: Wie beeinflussen etwa die Leichtbauweise und das Energiemanagement das Komfortempfinden von Passagieren? Zugleich geht es darum, die Themen Effizienz, Kosten und Komfort, wozu neben Lärm, Vibrationen etwa auch die Luftqualität und einiges mehr zählen, unter eine Karosserie zu bringen.
Akustische Wirkungsketten
Ein großes Thema am ISNVH Kongress war etwa die Abbildung ganzer akustischer Wirkungsketten. Das beginnt bei der genauen Erfassung der Geräuschentstehung, der Übertragung über die Luft oder über Festkörper bis hin zur Wirkung auf den Menschen. „Kleine Ursachen können oft große Auswirkungen haben“, erklärt Fuchs. Die Akustik ist ein sehr komplexes Thema, die maßgeblich zum Wohlbefinden beim Reisen beiträgt. Deshalb wird nun intensiver die subjektive Wahrnehmung von Lärm untersucht. Autos sollen für das Zeitalter des autonomen Fahrens aber nicht nur leiser und komfortabler werden, sondern auch sparsamer. Das ist für die Entwickler durchaus eine Herausforderung.
Dämpfen oder Bekämpfen
Zu weniger Verbrauch trägt besonders auch der Leichtbau bei. „Leichtbau ist ein großer Freund der Effizienz, aber kein großer Freund der Akustik“, erklärt der Experte des VIRTUAL VEHICLE. Leichtere Bauteile haben schlicht schlechtere akustische Eigenschaften. Umso mehr muss bei der Innenausstattung mit speziellen Materialien dafür gesorgt werden, den Schall zu dämpfen.
Neuerdings wird auch mit aktiven Systemen, die aus Mikrofonen und Lautsprechern samt komplexen Analysesystemen bestehen, Vibrationen und Geräuschen der Kampf angesagt. Dazu referierte am Kongress etwa Prof. Steve Elliott von der University of Southhampton in seiner Keynote. Durch Überlagerung mit genau an die Wellenlänge der Störgeräusche angepassten Tönen werden hier diese beseitigt. „Das sind aber zum Teil noch sehr komplexe und teure Systeme, die vor allem bei konstanten Frequenzen wie etwa einer Flugzeugturbine gut funktionieren“, erklärt Fuchs. In Autos gibt es hingegen sehr viele unterschiedliche Geräusche in zahlreichen Frequenzbereichen. Da ist es meist viel einfacher, den Dachhimmel und Boden mit dämpfenden Materialien auszustatten. Die Entwicklung eines umfassenden Lärmschutzes ist jedenfalls eine komplexe Aufgabe, die viel Rechen- und Simulationsaufwand benötigt.
Um diese komplexen Herausforderungen zu lösen, ist es wichtig, dass Forschungseinrichtungen, Hersteller und Zulieferer gut zusammenarbeiten. Der Internationalen Steirischen Noise, Vibration & Harshness Kongress bietet dazu eine einzigartige, neutrale Plattform, auf der sich alle Teilnehmer offen austauschen können. Deshalb ist er auch in der Entwicklerszene so beliebt und lockt die Experten aus der ganzen Welt nach Graz.
VIRTUAL VEHICLE: Technologiepartner für zuverlässige und nachhaltige Lösungen in der digitalen Mobilität.
VIRTUAL VEHICLE ist ein führendes internationales F&E Zentrum für die Automobil-und Bahnindustrie. 200+ Forscherinnen und Forscher arbeiten an der Fahrzeugtechnologie der Zukunft.
Das Forschungszentrum konzentriert sich mit den Schwerpunkten „Efficient Development“ und „Digital Operation“ auf die konsequente Virtualisierung der Fahrzeugentwicklung. Wesentliches Element dabei ist die Verknüpfung von numerischer Simulation und Hardware -Testen, welche ein umfassendes HW-SW Systemdesign sicherstellt.
Das internationale Partnernetzwerk von VIRTUAL VEHICLE umfasst:
- 80+ internationale Industriepartner (OEMs, Tier-1 und Tier-2 Zulieferer sowie Software-Anbieter)
- 40+ internationale wissenschaftliche Institutionen
VIRTUAL VEHICLE ist das größte COMET finanzierte Forschungszentrum Österreichs und darüber hinaus in 30+ EU-Projekten aktiv. Zusätzlich bietet VIRTUAL VEHICLE ein breites Portfolio an Auftragsforschung für die Fahrzeugentwicklung.
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