Fahrzeugakustik (eBook)

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 7
Symbol-, Abkürzungsverzeichnis und DIN-Listen 11
1 Indices, Sonderzeichen 11
2 Symbolverzeichnis 11
3 Abkürzungen 12
4 Normen 12
1 Grundlagen 13
1.1 Physikalische Grundlagen 13
1.1.1 Akustische Begriffe 13
1.1.2 Schallfeld 13
Luftschall und Körperschall 13
Schallfeldgrößen 14
1.1.3 Wellengleichungen 14
Wellengleichung in Luft 14
Herleitung der Wellengleichung 14
Lösung der Wellengleichung 16
Schallgeschwindigkeit 17
Stehende Wellen 18
Wellengleichung in Festkörpern 19
Herleitung der Differentialgleichung 19
Lösungen der Wellengleichung 20
Stehende Wellen 21
1.1.4 Schallgrößen 21
Schalldruck 21
Schallschnelle 22
Schallintensität 22
Schallleistung 22
1.1.5 Logarithmierte Größen 22
Pegelbezugsgrößen der Schallfeldgrößen 23
Schalldruckpegel 23
Schallschnellepegel 23
Schallintensitätspegel 23
Schallleistungspegel 24
Pegeladdition und Pegelsubtraktion 24
1.1.6 Schallabstrahlung in Luft 25
Kugelstrahler 0. Ordnung 25
Kugelstrahler 1. Ordnung 25
Kolbenstrahler 26
Hydrodynamischer Kurzschluss 26
Abstrahlgrad 26
1.1.7 Schallreflexion und -transmission 27
Impedanzen 27
Reflexion und Transmission 28
Schallreflexionsgrad 29
Schalltransmissionsgrad 30
Schallabsorptionsgrad 30
Schalldissipationsgrad 31
Schalldämmmaß 31
Schalldämmung und Absorption 32
1.1.8 Signalanalyse 33
Fourier-Analyse 33
Energie- und Leistungsdichte 35
Übertragungsfunktion 35
Korrelationsfaktor und Korrelationskoeffizient 36
Autokorrelationsfunktion 36
Kreuzkorrelationsfunktion 37
Kohärenzfunktion 38
Frequenzintervallmaße 38
1.2 Schallwahrnehmung 40
1.2.1 Das menschliche Gehör 40
1.2.2 Aufbau und Funktionsweise des peripheren Gehörs 40
Das Außenohr 41
Das Mittelohr 42
Das Innenohr 42
Der Hörnerv 43
1.2.3 Psychoakustik – Objektive Beschreibung subjektiver Hörempfindungen 44
1.2.4 Reize, Erregungen und Empfindungen 44
1.2.5 Grundlegende Eigenschaften des menschlichen Gehörs 45
Maskierung 45
1.2.6 Der Lautstärkepegel 47
1.2.7 Kurven gleicher Lautstärkepegel 48
1.2.8 Der A-bewertete Schalldruckpegel 49
1.2.9 Berechnung der menschlichen Lautheitsempfindung 50
1.2.10 Die Lautheit 51
1.2.11 Die Berechnung der Lautheit auf Basis des Erregungsmusters (Lautheit nach Zwicker) 52
Berechnung des Erregungsmusters 52
Übertragung des Außen- und Mittelohres 52
Übertragungsverhalten der Cochlea 52
Berechnung der Lautheit 53
Berechnung der spezifischen Lautheit 53
Integration der spezifischen Lautheit 53
1.2.12 Weitere psychoakustische Kenngrößen in der Motorakustik 53
Schärfe 53
Impulshaltigkeit 53
Schwankungsstärke 55
Rauigkeit 55
Modulationsindex 56
AVL Engine Annoyance Index 56
1.3 Mess- und Analysetechnik 58
1.3.1 Mikrofone 58
Kondensatormikrofone 58
Kunstkopftechnik 60
1.3.2 Beschleunigungsaufnehmer 63
1.3.3 Kundtsches Rohr 64
1.3.4 Reflexionsarme Räume 64
1.3.5 Hallräume 67
1.3.6 Akustische Kamera 67
1.3.7 Modalanalyse 67
1.3.8 Betriebsschwingungsanalyse 68
1.3.9 Transferpfadanalyse 69
1.3.10 Lasertechnik 71
1.4 Simulation 72
1.4.1 MKS – Mehrkörpersimulation 73
1.4.2 FEM – Finite Elemente Methode 74
1.4.3 BEM – Boundary Element Methode 78
Luftschallabstrahlung von Fahrzeugen 78
Optimierung der akustischen Eigenschaften eines Motors mit Hilfe von Berechnungsmodellen 79
1.4.4 SEA – Statistical Energy Analysis 80
1.4.5 Neue Verfahren zum Schließen der Frequenzlücke 80
1.4.6 Ladungswechsel-Simulation 81
1.5 Gesetzliche Vorschriften, Richtlinien und Messverfahren 82
Das Prüfverfahren 83
Weiterentwicklung der Vorschrift 84
2 Akustik des Fahrzeugantriebs 86
2.1 Allgemeiner Überblick Motorakustik 86
2.1.1 Geräuschquellen im Motor 86
2.1.2 Geräuschabstrahlung von der Motoroberfläche 87
2.1.3 Vibrationsverhalten des Motors 88
2.1.4 Allgemeine Voraussetzung für eine wirksame Geräusch- und Vibrationsabminderung 88
2.1.5 Abgasgeräusch 89
2.1.6 Ansauggeräusch 89
2.1.7 Geräusch von Zusatzaggregaten 90
Einspritzausrüstung 90
Turbolader 90
Startermotor 91
Lichtmaschine/Generator 91
Lenkhilfepumpe und Klimakompressor 92
2.2 Akustik des Verbrennungsmotors 92
2.2.1 Innermotorische Anregung 93
Verbrennungsanregung 93
Mechanische Anregung 97
2.2.2 Körperschallweiterleitung in der Motorstruktur 97
2.2.3 Schallabstrahlung von Motorstrukturen 101
Schallabstrahlung von Biegeschwingungen in Platten 103
Einfluss von Steifigkeit und Massebelegung auf die Schallabstrahlung 104
Einfluss der Bedämpfung von Platten auf die Schallabstrahlung 105
2.2.4 Auswirkungen der Körperschallisolierung von Motorbauteilen 109
2.2.5 Geräuschverminderung durch schalldämmende Verkleidungen 111
2.2.6 Luftschallabsorption 117
Schalldämmende Gesamtverkleidungen 118
2.3 Getriebeakustik 118
2.3.1 Verzahnungsgeräusch 118
2.3.2 Klapper- und Rasselgeräusche 120
2.3.3 Schaltgeräusche, Lagergeräusche, Kreischen 120
2.3.4 Allradgetriebegeräusche 122
2.3.5 CVT-Getriebe 122
Aufbau CVT-Getriebe 122
CVT-Akustik 125
2.3.6 Analyse Geräuschübertragung 125
Einleitung 125
Geräuschtrennung mittels TPA 126
Korrelationsmethode 127
Theorie 127
Beispielhafte Ergebnisse 127
2.3.7 Analyse Geräuschabstrahlung 128
3 Integration in den PKW 129
3.1 Übertragungsmechanismen 129
3.1.1 Schallübertragung in den Fahrzeuginnenraum 129
3.1.2 Schallübertragung in die Umgebung 131
3.1.3 Messtechnik zur Innen- und Außengeräuschoptimierung 131
3.2 Powertrainanbindung 135
3.2.1 Aggregatelagerung 135
Lagerungssysteme 136
Elastomere 138
Bauteile einer Aggregatelagerung 139
Numerische Methoden 142
3.2.2 Antriebsstranglagerung 143
3.2.3 Anbindung der Abgas- und Ansauganlage 144
3.3 Verbindungs- und Übertragungselemente 145
3.4 Powertrainkühlung, Heizungs- und Klimaanlagen 146
Powertrainkühlung 146
Heizungs- und Klimaanlagen 147
3.5 Anwendungsbeispiele 148
3.5.1 Fahrzeuginnengeräusch 148
Hochlauf Zug/Schub 148
Leerlauf 149
Systematische Auslegung der Pfade 149
3.5.2 Außengeräusch 151
Leerlauf 151
Außengeräusch nach ISO 362 152
3.5.3 Geräuschqualität 153
3.6 Integration in das Leichte Nutzfahrzeug 153
Antrieb 154
Rollgeräusch 154
Karosserie 154
Akustische Konsequenzen 154
4 Integration in den Bus 156
4.1 Antriebsstrang Anbindung, Niederflur-Linienbus (NL) 156
4.1.1 Konstruktive Vorgaben mit Einfluss auf die Geräuschemission, Teilschallquellen (TSQ), akustische Phänomene 156
4.1.2 Lagerung körperschallführender Aggregate/Systeme 159
Ausführung, Kräfte und Funktionsanforderungen an die Lagerung eines im Fahrzeug eingebauten Motor-Getriebe-Blocks 159
Anforderungen an die Funktion eines Motor-Getriebe-Lagersystems (MGL) 162
Die Gelenkwelle (GW) 164
Die Hinterachse und ihre Anlenkung an Fahrgestell und Aufbau, Ausführung und Funktion unter akustischen Gesichtspunkten 164
4.2 Der Fahrgastraum 166
4.2.1 Konstruktionselemente: Niederflur-Linienbus Fahrgestell und Aufbau 166
4.2.2 Konstruktive Maßnahmen zur Minimierung des Innengeräuschpegels im Fahrgastraum 167
4.2.3 Fahrgastraumakustik, Innengeräuschmessungen mit und ohne Fahrgäste 168
Voraussetzungen, Betriebszustände des Fahrzeuges für die Messung des Innengeräusches 169
Die punktuelle Messung eines Innengeräusches im Omnibus mit fest definierten Mikrofonstandorten 170
Stehende Wellen, Isophonen, örtlich schwankende Innengeräuschpegel, der Fahrgast als Schallabsorber und -dämpfer 172
4.3 Teilschallquellen Kühler, Lüfter, Ansaug- und Abgasanlage 174
4.3.1 Das Kühler-Lüfter-System (K-L) 174
4.3.2 Die Ansauganlage, das Luftfilter 176
4.3.3 Die Abgasanlage (inklusive Systeme mit DPF und Kat) 177
4.4 Wärmehaushalt des Antriebsstranges 177
4.5 Einflussgrößen auf das Innengeräusch (Beispiele) 178
4.6 Einflussgrößen auf das Außengeräusch, Beispiele, Analysemethoden 183
Einfluss von Reifen und Fahrbahn auf das Außengeräusch 184
Der Lüfter als Teilschallquelle 185
Die Ansauganlage 185
Der Schalldämpfer als Geräuschquelle 185
Der Kompressor und Druckregler 185
Die Hinterachse 186
Analysemethoden Außengeräusch 186
5 Integration in den Lastwagen 188
5.1 Vorwort 188
5.2 LKW-Hauptbaugruppen, Aggregate, Systeme, Anordnung 188
5.2.1 Fahrgestell 188
5.2.2 Motor 191
5.2.3 Getriebe 191
5.2.4 Gelenkwelle 191
5.2.5 Angetriebene Hinterachse 191
5.3 Generelle Zusammenhänge der Schallübertragung 192
5.4 Teilschallquellen (TSQ) eines LKW, Einflüsse auf das Außen- und Innengeräusch 193
5.4.1 Kühler-Lüfter, s. Kap. 4.3.1 193
Elektronisch angesteuerte hydraulische Lüfterkupplungen 193
Elektromagnetische Lüfterkupplung 193
5.4.2 Motor-Getriebe, Lagerung, Funktion, Ausführung 194
Lagerung 194
Funktion 195
Konstruktive Ausführungen 195
5.4.3 Geräuschminderung durch schalldämmende Verkleidung 197
Ausgeführte Beispiele 198
5.4.4 Das Kupplungssystem, Konstruktion, Lage im Fahrzeug 202
Akustik 202
Maßnahmen 203
5.4.5 Ansauganlage, Schalldämpfer (s. Kap. 4.3.2 und 4.3.3) 205
Akustik 206
Maßnahmen 206
5.4.6 Verteilergetriebe (VG) 207
Akustik 207
5.4.7 Gelenkwelle, Konstruktion/Lagerung 208
Akustik 208
Maßnahmen 209
5.4.8 Angetriebene Achsen 209
5.5 Interaktion von Körperschall im Antriebsstrang 210
5.6 Innengeräusch Fahrerhaus 211
5.6.1 Schallübertragung in das Fahrerhaus 211
Primärluftschall 211
Sekundärluftschall 211
Körperschallinduzierter Sekundärluftschall (KIS) 211
Umfeldgenerierter Schall im Innenraum 212
5.6.2 Messung und Bewertung des Innengeräuschpegels 213
Messung 213
Messstellen 213
Messtechnik 213
Messbedingungen 213
Bewertung 213
5.7 Schlussbetrachtungen 214
Literaturverzeichnis 215
Weiterführende Literatur 216
Stichwortverzeichnis 219