Fahrzeugakustik

Allrad-Rollenprüfstand mit Vorbeifahrt-Messhalle

Untersuchungs- und Prüfzentrum der Fahrzeugakustik

Die Fahrzeugakustik bietet eine Außengeräuschmesshalle mit Allrad-Rollenprüfstand auf technisch höchstem Niveau. Mit dem Bau dieses Prüfstands in einer öffentlichen und unabhängigen Forschungseinrichtung wurde eine einzigartige Möglichkeit zur themenübergreifenden vorwettbewerblichen Forschung geschaffen. Damit ist die Fahrzeugakustik nicht nur eine gewachsene Kernkompetenz der Akustikabteilung des Instituts, sondern auch ein hochwertiges Untersuchungs- und Prüfzentrum.

Beschreibung des Prüfstands

© Foto Fraunhofer IBP
© Foto Fraunhofer IBP

Der Prüfstand ermöglicht den realitätsnahen Fahrbetrieb von PKW und leichten LKW mit Ein- und Zweiachsbetrieb auf dem Rollenprüfstand mit vier einzeln angetriebenen Rollen und hochpräziser Regelung für schall- und schwingungstechnische Untersuchungen außerhalb und innerhalb des Fahrzeugs.

Der Prüfstand dient der simulierten Vorbeifahrt, bei der die Außengeräusche eines Fahrzeugs in definiertem Abstand erfasst werden. Üblicherweise wird diese Messung, die für die Zulassung eines neuen Fahrzeugs gesetzlich vorgeschrieben ist, im Freien durchgeführt. Durch Simulation der Vorbeifahrt in einem akustischen Halbfreifeldraum, der dem Schall vergleichbare Bedingungen wie im Freien bietet, können diese Messungen unabhängig von Witterungseinflüssen jederzeit durchgeführt werden. Mit den Messungen kann bereits im Entwicklungsstadium die Einhaltung der Vorschriften überprüft und frühzeitig reagiert werden.

Mit der Allradrolle, bei der jedes Rad einzeln angesteuert wird, können alle Untersuchungen am Fahrzeug hinsichtlich Schwingungen und Akustik durchgeführt werden. Mit Verfahren wie Abkoppelversuche und Schlagleistentests und modernen Methoden der Geräuschanalyse und des Sound Design lassen sich die Geräuschanteile von Fahrzeugteilen bestimmen und analysieren. So soll vermieden werden, dass im Fahrzeug unerwünschtes Klappern oder Brummen auftritt und durch gezielte Beeinflussung der Geräuschanteile das Fahrzeug im Sinne der Sound Quality einen gewünschten Klangcharakter erhält. Wichtige Forschungsthemen in der Fahrzeugakustik sind darüber hinaus die Verbesserung der Fahrer- Konzentration durch niedrigere Geräuschpegel im Fahrzeuginnern, die Verbesserung der Sprachverständlichkeit für Mobiltelefone und bei Gesprächen im Fahrzeug, Sprachsteuerung und akustische Warnsignale sowie die Entwicklung und Erprobung von Akustikbauteilen

Ausstattung der Fahrzeugakustik-Messhalle

© Foto Fraunhofer IBP
© Foto Fraunhofer IBP

Die Messhalle mit ca. L x B x H = 25 x 18,9 x 6 cbm lichten inneren Fertigmaßen wird über ein Tor, ausgelegt auf Leicht-LKW mit ca. 3 x 3 qm, erschlossen. Zusätzlich ist eine Verbindungstür zum direkt neben der Messhalle liegenden Kontrollraum vorhanden. Die Decke, Wände, Türen und Tore sind absorbierend mit den am IBP entwickelten asymmetrischen Strukturabsorbern und Breitband-Kompakt-Absorbern so ausgekleidet, dass in der Messhalle ein Halbfreifeld mit 40 Hz unterer Grenzfrequenz entsteht. Für die Messhalle wurde ein Ruhepegel von 25 dB(A), mit maximaler Raumlüftung 30 dB(A) und 55 dB(A) mit zusätzlich maximalem Fahrtwind nachgewiesen. Der Boden ist mit einer Kunststoffbeschichtung schallhart ausgeführt. Die Lüftungsanlage für die Messhalle liefert regelbare Luftmengen bis 40.000 cbm/h. Die Luftführung erfolgt über Schlitzauslässe an den stirnseitigen Wand- und Deckenkanten. Die Raumklimatisierung ermöglicht Bedingungen von 23°C ± 5°C bei Volllastbetrieb und üblichen Außentemperaturen von -10°C bis 30°C. Beidseitig des Rollenprüfstands befinden sich in 7,5 m Entfernung zur Mitte je 30 Mikrofone für die Messung der simulierten Vorbeifahrt. Mittig auf den Mikrofonbahnen und in Fahrzeugnähe stehen Bodenaussparungen zur Verfügung, in denen Komponenten für die akustische Messtechnik untergebracht sind. Zusätzlich sind an den Mikrofonbahnen Kanäle zur Aufnahme der Mikronfonkabel vorhanden.

Prüftechnik des Rollenprüfstands

Die Prüftechnik besteht aus einem 4-Rad-Rollenprüfstand mit einzeln angetriebenen Rollen, die einen Durchmesser von 75 Zoll und einen Umfang von 6 m haben. Die Rollenbreite beträgt 550 mm und die äußere Spurweite 2200 mm. Durch Hilfsantriebe kann das hintere Rollenpaar stufenlos auf einen Radstand von 2200 mm bis 4000 mm mit einer Positioniergenauigkeit von ± 1 mm eingestellt werden. Alle Rollen lassen sich auf einen gemeinsamen Nullpunkt festlegen. Der Prüfstand ist geeignet für Fahrzeuge mit einer Gesamtmasse von 800 kg bis 4000 kg bei einer maximalen Achslast von 2500 kg. Die Fahrzeuge können über Seile, Stangen oder an den Radnaben gefesselt werden.

Bei einer Antriebsleistung von 300 kW pro Rolle ist der Prüfstand geeignet für eine Fahrgeschwindigkeit bis 320 km/h und stellt eine konstante Zugkraft von 7500 N bis 120 km/h zur Verfügung. Damit lässt sich eine Beschleunigung von annähernd 1g realisieren. Eine hochpräzise Regelung ist dafür zuständig, den exakten Synchronlauf der Rollen sicherzustellen. Für Lastwechselversuche, bei denen Fahrhilfsprogramme wie ABS und ESP die Steuerung beeinflussen könnten, ist eine maximale Abweichung der Geschwindigkeiten zwischen den Rollen auf der Vorder- und Hinterachse von 0,5 km/h bei Maximalbeschleunigung und 0,2 km/h bei moderaten Beschleunigungen und Konstantfahrt gefordert. Damit soll sichergestellt werden, dass die Fahrhilfsprogramme nicht einsetzen. Für Tests bei niedriger Geschwindigkeit mit Schlagleisten, die auf den Rollen einer Achse montiert werden, darf die Abweichung maximal 1 mm am Rollenumfang betragen um Doppelimpulse zu verhindern.

Die aus der Messwarte und teilweise aus dem Fahrzeug per Fernbedienung einstellbaren Regelgrößen beinhalten unter anderem Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zugkraft, Massensimulation und Fahrwiderstandssimulation. Die Regelgrößen sind an allen vier Rollen unabhängig einstellbar.

Nutzung eines Palettensystems zur Fixierung des Fahrzeugs beim Rollenprüfstand

Zur effizienten Prüfstandsnutzung und damit schnellem, reproduzierbarem Fahrzeugwechsel wird ein Palettensystem verwendet, das die Prüfstandsabdeckung vollständig ersetzt. Das Fahrzeug wird auf der Palette fixiert, vorbereitet und mit Hilfe von Luftkissen auf den Prüfstand gefahren. Dort wird die Palette anstelle der Abdeckung eingelassen und fixiert. Zwei Arten von Paletten werden eingesetzt: Eine Außengeräuschpalette mit Rollenöffnungen und ansonst komplett geschlossener Fläche mit schallhartem Belag sowie Paletten für Fahrzeuguntersuchungen aller Art mit Nutschienen und Aussparung für die Grube. Die Außengeräuschpalette wird zur Aufbewahrung über Motoren unter das Hallendach gefahren. Dazu wird die Absorberverkleidung, ebenfalls motorisch, über zwei Flügel geöffnet und anschließend wieder verschlossen. Die übrigen Paletten können mit dem Fahrzeug in die Vorbereitungsräume gefahren und dort aufgehoben werden.

Rechtlicher Hinweis

Eine Veröffentlichung oder Verteilung der hier angebotenen Videodateien – beispielsweise im TV, auf Videoplattformen oder die Vervielfältigung auf Blu-Ray/DVD – ist aus lizenzrechtlichen Gründen ohne Absprache mit dem Fraunhofer IBP nicht gestattet.