Die Schwingungsreduzierung macht den Unterschied

Der Fahrkomfort ist ein wichtiger werdendes Kaufkriterium – laut ADAC-Studie auf Platz 2 hinter „Qualität & Zuverlässigkeit“. Insbesondere in Zeiten steigender Aufladungen und einer Reduzierung der Zylinderanzahl, liegt daher auf der Minimierung der Antriebsstrangschwingungen – welche einen großen Einfluss auf das Komfortempfinden hat – ein besonderes Augenmerk. Viele schwingungsbedingte Phänomene werden erst im Systemverbund auffällig, sodass neben dem Verständnis der Subsysteme auch das Verständnis deren komplexer Wechselwirkungen notwendig ist und somit Ansätze zur gesamtsystemischen, kontinuierlichen Validierung benötigt werden.

Die Anforderungen an die Schwingungsreduzierung in einem modernen Antriebsstrang steigen kontinuierlich. Um in konventionellen Triebsträngen die funktionsprinzipbedingten Drehungleichförmigkeiten zu reduzieren, werden Systeme wie Zweimassenschwungräder (ZMS) eingesetzt. Schwingungsinduzierte Phänomene sollen so vor dem Kunden nicht auffällig werden. Auf Gesamtfahrzeugebene ergeben sich aus der Elektrifizierung neue Betriebsmodi, wie das Wiederstartverhalten, deren Auswirkungen und Wechselwirkungen im Sinne der Kundenanforderungen bewertet werden müssen.

Diese Beispiele zeigen, dass die Validierung der Subsystem- und Gesamtsystemeigenschaften eine zentrale Aktivität der Produktentwicklung darstellt und letztlich Garant für ein erfolgreiches Produkt am Markt ist. Der Schlüssel liegt hierbei in einer gesamtsystemischen Validierung, die die Wechselwirkung der Subsysteme in phänomenrelevanter Weise berücksichtigt. So lassen sich die Systemeigenschaften und damit die Erfüllung der Kundenanforderungen absichern. Das IPEK beschreibt dieses Grundverständnis im IPEK X-in-the-Loop-Ansatz und forscht in diesem Sinne an Methoden und Prozessen für eine systemebenen-übergreifende und damit kontinuierliche Validierung von Systemen.

Einen Beitrag leistet die Forschung des IPEK auf dem Gebiet neuer Ansätze zur quantitativen Charakterisierung von Zweimassenschwungrädern auf hochdynamischen Subsystemprüfständen. Um das Systemverhalten frühzeitig vorhersagen zu können, müssen die einzelnen Subsystemmodelle möglichst exakt im Sinne des Validierungsziels parametriert werden. Für die Charakterisierung des Subsystems ZMS wird eine Methode entwickelt, bei der nicht wie üblich die Übertragungsfunktion experimentell ermittelt wird, sondern durch virtuelle Messstellenverschiebung die Kenngrößen dynamische Federsteifigkeit und Dämpfung ermittelt werden können. Dieses Vorgehen erlaubt die komplexen Reibungsvorgänge im ZMS und dessen starke Drehzahlabhängigkeit genauer zu verstehen. Ziel ist die quantitative ZMS-Validierung, welche ohne aufwendige DMS-Applikationen den Einblick in das System erlaubt und steht somit der Validierung nach dem Stand der Forschung mit äußeren Messgrößen gegenüber. Gleichsam wird die entsprechende Validierungsumgebung, das heißt Hardware- und Softwareumgebung weiterentwickelt und am IPEK – Institut für Produktentwicklung aufgebaut.

Auf Ebene des Gesamtfahrzeugs wird am IPEK eine Methode zur Kalibrierung des Kupplungssystems und Objektivierung des Wiederstartkomforts hybrider Antriebsstränge entwickelt. Durch manöverbasierte Fahrversuche auf einem Akustikrollenprüfstand werden charakteristische Schwingungen in Hybridfahrzeugen beim verbrennungsmotorischen Wiederstart in verschiedenen Ausprägungen analysiert. Durch die Durchführung von NVH-Messungen im Fahrzeuginnenraum werden Vibrationen bei verschiedenen Ausprägungen des Wiederstarts untersucht. Hierzu werden die bewertungsrelevanten Vibrationen am Fahrer- und Beifahrersitz identifiziert, welche unmittelbar auf die Insassen des Fahrzeugs wirken. Mit dieser Methode können charakteristische Kenngrößen zur quantitativen Beurteilung des Fahrkomforts hinsichtlich Innenraum-Vibrationen bei neuartigen Fahrzeugantriebssystemen angegeben werden.

Die Forschung an effizienten Methoden und Prozessen auf dem Gebiet der Schwingungsreduzierung ist ein Kerngebiet am IPEK. Ziel ist es eine kontinuierliche und prozessbegleitende Validierung zu ermöglichen. Einblicke in diese und weitere Forschungsthemen bekommen Sie auf der VDI-Fachkonferenz „Schwingungsreduzierung in mobilen Systemen – Das Wechselspiel zwischen Kupplung, Dämpfer und Antriebssystemen“.

Autoren des Artikels

Dipl.-Ing. Sascha Ott, Mitglied der Institutsleitung, IPEK – Institut für Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

E-Mail: sascha.ottkitedu

Dipl.-Ing. Katharina Bause, Akademischer Mitarbeiter, Leiterin der Forschungsgruppe Antriebssystemtechnik, IPEK – Institut für Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

E-Mail: katharina.bausekitedu

Dipl.-Ing. Jan Berger, Akademischer Mitarbeiter, Forschungsgruppe Antriebssystemtechnik, IPEK – Institut für Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

E-Mail: jan.bergerkitedu