Dissertation

Modulare Simulationsmethodik zur Analyse und Optimierung der Reifen-Fahrbahngeräuschübertragung

Autor*in:

Jan Hendrik Elm

Seitenzahl:

174

DOI:

10.18154/RWTH-2022-08159

Jahr:

2022

Sprache:

Deutsch

Format:

digital

Vor dem Hintergrund der immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen im automobilen Marktsektor und der gleichzeitig steigenden Kundenansprüche an das Geräuschverhalten eines Kraftfahrzeugs wächst der Bedarf an CAE- gestützten Methoden zur frühzeitigen Analyse und Optimierung der Geräuschübertragung. Ferner nimmt aufgrund der stetig fortschreitenden Elektrifizierung des Antriebstrangs die maskierende Wirkung der Verbrennungsmotorgeräusche ab, wodurch das Reifen- Fahrbahngeräusch im Fahrzeuginnenraum immer stärker in den Vordergrund tritt. Dabei stellt sich für die Gestaltung des Reifen- Fahrbahngeräuschs unter anderem eine Fokussierung auf die Körperschallübertragung des Fahrwerks als sinnvoll heraus. Insofern gewinnen im zukünftigen Entwicklungsprozess CAE- gestützte Methoden für eine Optimierung der Reifen- Fahrbahngeräuschübertragung innerhalb des Fahrwerks deutlich an Relevanz.

Aus dieser Motivation heraus wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Simulationsmethodik entwickelt, mit der das Fahrwerk im Hinblick auf die Reifen- Fahrbahngeräuschübertragung in allen Phasen des Entwicklungsprozesses sowohl verbessert als auch modular auf unterschiedlichen Fahrzeugsystemebenen bewertet werden kann. Die Simulationsmethodik besteht im Kern aus einem CAE- gestützten Modell der relevanten Fahrwerkstransferpfade, das einerseits Bewertungen auf Subsystemebene anhand ausgewählter Schnittstellengrößen ermöglicht und andererseits für eine Bewertung des Schalldruckpegels auf Gesamtfahrzeugebene mit den vibroakustischen Transferfunktionen der Karosserie gekoppelt werden kann. Im Hinblick auf die Verbesserung der Reifen- Fahrbahngeräuschübertragung wird ein Optimierungsprozess in die Methodik integriert, der auf eine Modifikation des Fahrwerks mit Fokus auf den Bauteilsteifigkeiten ausgerichtet ist.

Aus der Beschreibung der Simulationsmethodik und den zugehörigen Anforderungen ergibt sich für die Methodenentwicklung ein Forschungsbedarf, dessen Fokus einerseits auf der Schnittstellengestaltung der Subsystemebene und andererseits auf der Gestaltung des Optimierungsprozesses liegt. Im Hinblick auf die Schnittstellengestaltung werden geeignete Submethoden für die Schwingungsanregung und Kopplung des CAE- gestützten Modells entwickelt. Darauf basierend und mit Hilfe weiterer Untersuchungen erfolgt die Ausarbeitung eines ganzheitlichen Berechnungsverfahrens. In Bezug auf die Gestaltung des Optimierungsprozesses werden ausgewählte Optimierungswerkzeuge sowie Submethoden mit dem Ziel kombiniert, eine effiziente Ausarbeitung von Verbesserungsmaßnahmen unter Berücksichtigung von Zielkonflikten mit der Fahrdynamik zu ermöglichen. Die Arbeit wird mit einem beispielhaften Anwendungsfall abgeschlossen, mit dem zum einen die Prognosegüte des entwickelten Berechnungsverfahrens und zum anderen die Effizienz des Optimierungsprozesses bewertet wird.