Post on 18-Nov-2018
Abschlusspräsentation
zur Diplomarbeit
Vergleichende Messungen von Außengeräuschen bei Hybrid- und
Elektrofahrzeugen
von Yann Incardona
Referent: Prof. Dr. Ing. Klaus Becker
Korreferent: Dr. Ing. Roland Sottek
auf komunaler/ regionaler Ebene
• F - City (Paris)
• ColognE-mobil (Köln)
• e - mobility (Berlin, Rhein - Ruhr, BW)
auf nationaler Ebene
• Konjunkturpaket II (Bundesregierung)
auf EU - Ebene
• CUTE (London, Hamburg, Madrid,…)
…
Mobilitätsprojekte
Geräuschminderungsprojekte
• CALM II
• QCITY & SILENCE
• City Hush
• …
Prognose der Neuzulassungen nach Antriebsarten bei Förderung einer schnelleren Modernisierung des Pkw-Bestands und Förderung der Nutzung alternativer Antriebstechniken durch die Politik.
Pkw-Bestandsveränderungen in Deutschland
Quelle: Shell, 2009
Geräuschquellenortung an Rollern
Zu klären …
• Was umfasst das aktuelle Messverfahren (nach ISO 362)?
• Welche Anforderungen stellen sich an zukünftige Messverfahren hinsichtlich der neuen Antriebskonzepte?
• Welche Besonderheiten ergeben sich mit den verschiedenen Antriebstechnologien?
• Welche sind die wesentlichen Geräuschquellen?
• Welche Fahrzyklen sind zu betrachten?
• Wie sind die Untersuchungen hinsichtlich der akustischen Lästigkeit der Außengeräusche zu gestalten?
Vorbeifahrtmessungen nach ISO 362
2 Fahrzyklen:
• Konstante Vorbeifahrt
• Beschleunigte Vorbeifahrt
Messungen:
mit 2 Mikrofonen jeweils auf den Positionen P und P´in Höhe h = 1,2 m
Auswertungen:
Maximale Schalldruckpegel in dB(A), verrechnet mit Faktoren in Abhängigkeit des Leistungsgewichts des jeweiligen Fahrzeugs
vPP´ 50 km h
awot, test 2 m s2
Anspruch an das Messverfahren
1. Grundlage für Untersuchungen zur akustischen Lästigkeit sein.
2. auf Hybrid- und Elektroantriebstechnologie abgestimmt sein
3. Vergleichbarkeit verschiedener Antriebstechnologien bieten
4. Vergleichbarkeit verschiedener Messmethoden bieten
Das Messverfahren soll:
• Profil der Fahrzyklen
• Art der Messinstrumente
• Positionen der Messinstrumente
• genutzte Messgrößen in der Auswertung
Ausreichend …?!
Antriebstechnologien Hybridfahrzeuge
Paralleler Hybridantrieb:
Auch für Mild- u. Micro-Hybride
Serieller Hybridantrieb:
Entspricht batteriebetriebenem Elektrofahrzeug mit „Range-Extender“
Quelle: Toyota Quelle: Toyota
Gemischter Hybridantrieb:
In „kombinierter“ oder „leistungsverzweigender“ Bauweise
Antriebstechnologien Hybridfahrzeuge
Betriebszustände
• rein konventioneller Antrieb
• konventioneller Antrieb + Generatorbetrieb
• elektrischer Antrieb + Generatorbetrieb
• rein elektrischer Antrieb
• „Boost“ - Betrieb
• Rekuperationsbetrieb
abhängig von:
• Grad der Hybridisierung
• Hybridvariante
• Betriebsstrategie
• Lastzustand
• Fahrgeschwindigkeit
• Batterieladezustand
• Temperatur
Quelle: Toyota
Antriebsaggregat eines Hybridfahrzeugs
Quelle: BMW
Antriebstechnologien batteriebetriebene Elektrofahrzeuge
Zentralmotor Tandemmotor Radnabenmotor
Quelle: Volvo
■♦●■♦●■♦●■♦■●●Differential
■♦●■♦●■♦●■♦■●●Getriebe
■♦●■♦●■♦●■♦■●●Reifen
■♦●■♦●■♦●■♦■●Umrichter
■♦■♦■●Generator
■♦●■♦●■♦●■♦E-Motor
■♦●■♦■●●Abgassystem
■♦●■♦■●●Ansaugsystem
■♦●■♦■●●Verbr.motor
Ger.quellenRekuperationBoostenElektrisch
Elektrisch + Generator
Konvent. + Generator
Konvent.Betr.zustände
● Paralleler Hybrid ♦ Serieller Hybrid ■Gemischter Hybrid
Wesentliche Geräuschquellen in Abhängigkeit der Betriebszustände
h Bor
dste
in
h Ohr
en
SKFZ
AKFZ - FG
BGehweg
BGehraum
BKFZ, Gm
BKFZ, Ges
BFahrstreifen
Bewegungsspielraum
Gehraum
BGrün
Richtlinien zur Straßenquerschnittsgestaltung: RAS-Q 96
3,25 m3,50 mbis 170050 - 60 km/h
2,75 m3,25 mbis 150050 - 60 km/h
2,375 m2,75 mbis 60040 - 50 km/h
AKFZ - FG
BFahrstreifen
Verkehrsbelastung
(Kfz/ h)
Geschwindigkeit
vEntwurf
Fahrzyklen für Vorbeifahrtmessungen:
• Anfahren*
• Konstante Vorbeifahrt
• bei 50 km/h (nach ISO 362)
• bei 30 km/h*
• Beschleunigte Vorbeifahrt
• auf 50 km/h bei PP´ (nach ISO 362)
• auf 30 km/h bei PP´*
• Schubbetrieb
• aus 50 km/h
• aus 30 km/h
* in für Stadtverkehr üblichen Gängen u. Fahrmodi bei Beschleunigungen zwischen 1 m/s² und 2 m/s²
Messplan für Vorbeifahrtmessungen
Nutzung von Kunstkopfmessungen:
• Berücksichtigung binauraler Effekte
in den analytischen Untersuchungen
zur akustischen Lästigkeit
• interaurale Laufzeitdifferenzen
• Abschattungen
• Beugung und Reflexion
• gehörrichtige Aufnahmen für
Hörversuche zur akustischen Lästigkeit
Positionierung der Messinstrumente:
• Abbildung urbaner Verkehrsszenarien
• Abbildung durchschnittlicher Körpergröße
ISO 362 unzureichend !!
Messplan für Vorbeifahrtmessungen
Untersuchungen zur psychoakustischen Lästigkeit
Signalanalyse:
• Berechnung des Fahrgeräuschwerts nach ISO 362 (A-gewichteter Schalldruckpegel)
• Betrachtung psychoakustischer Größen
• A-gewichteter Schalldruckpegel
• Lautheit (DIN 45631 / A1)
• Rauigkeit (Gehörmodell)
• Schärfe (Aures)
• Tonalität
• …
• Korrelationsanalysen: Werte akustischer Größen mit Ergebnissen aus Hörversuch
Hörversuche:
• Kategorialbeurteilung bzgl. Lästigkeit verschiedener Vorbeifahrtgeräuscheverschiedener Antriebstechnologien Auf Skala 1-11 (In Anlehnung ISO 15666)
• Rangfolgenbeurteilung bzgl. Lästigkeit verschiedener Vorbeifahrtgeräuscheeinzelner Fahrzeuge
Probanden:
3 weibliche (Alter: 24 – 32 Jahre)
11männliche (Alter 27 – 35 Jahre)
Erstversuch !
Schalldruckpegel und Lautheit im Vergleich (konventioneller Pkw)
N/s
one
GF
0
5
10
15
20
25
30
t/s0 0.5 1 1.5 2.5 3 3.5 4
L/dB
(A)[
SP
L]
50
55
60
65
70
75
t/s0 0.5 1 1.5 2.5 3 3.5 4
Schalldruckpegel über der Zeit (Mikrofonmessung)
L /
dB(A
)
t / s
Beschleunigte Vorbeifahrt (50 km/h)Lmax = 74,40 dB(A)
Konstante Vorbeifahrt (50 km/h)Lmax = 70,15 dB(A)
Beschleunigte Vorbeifahrt (30 km/h) Lmax = 68,44 dB(A)
Lautheit über der Zeit (Mikrofonmessung)
Beschleunigte Vorbeifahrt (50 km/h)Nmax = 33,34 sone
Konstante Vorbeifahrt (50 km/h)Nmax = 23,02 sone
Beschleunigte Vorbeifahrt (30 km/h) Nmax = 27,90 sone
N /
sone
t / s
Vergleich von Vorbeifahrtgeräuschen (konventioneller Pkw)
unterschiedlich ausgeprägte Motorordnungen
Unterschiedliche GewichtungLautheitsmodell – A-Gewichtung
Kann zum Fehlschluss führen, da sich die Reihenfolge bezüglich der Höchstwerte ändern kann !
0,560,790,390,890,83Kunstkopf bei 3 m – Maximum L/R -
0,610,720,480,890,83Kunstkopf bei 3 m - rechtes Ohr -
0,570,820,370,890,83Kunstkopf bei 3 m - linkes Ohr -
Messung
5%-Perzentile der Tonalität
10%-Perzentile der Rauigkeit
(Gehörmodell)
10%-Perzentile der Schärfe(Aures)
5%-Perzentile der Lautheit
(DIN 45631/A1)
Maximaler Schalldruckpegel(A-gewichtet)
Akustische Größe
Hybrid-Pkw vs. Konventioneller Pkw (verschiedene Fahrzyklen)
Korrelationsanalysen Kategorialbeurteilung – Signalanalyse
Hohe Korrelation der bewerteten Lästigkeit mit:
• Lautheit (DIN 45631/A1)
• A-gewichteter Schalldruckpegel
• Rauigkeit
•(Tonalität)
Bessere Abbildung der Hörwahrnehmung
Hybrid-Pkw vs. Konventioneller Pkw (verschiedene Fahrzyklen)
Hohe Übereinstimmung der Rangfolge hinsichtlich Lästigkeit und Lautheit(DIN 45631/A1)
Hohe Lästigkeit der Anfahrgeräusche bei verhältnismäßig niedriger Lautheit (DIN 45631/A1)
Bewertete Lästigkeit (Kategorialbeurteilung)
1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 11.00
Vectra ISO WOT Gear3
Prius ISO WOT
Vectra PassBy Low Acc Gear2
Vectra Coast down 50kmh Gear2
Prius Start LoAcc
Prius Coast down 50 kmh
Vectra Start Low Acc
Prius PassBy Low Acc
Prius PassBy EVmode
Vectra const 30 kmh Gear2
Prius Start EV Mode
Prius const 30 kmh EV Mode
Lautheit vs. empfundene Lästigkeit
0123456789
101112
Vectra
ISO W
OT 3rd
Gea
r
Prius
ISO W
OT
Vectra
Pas
sBy L
oAcc
2nd
Gea
r
Vectra
Coa
stDow
n 50
kmh
2n G
ear
Prius
CoastD
own
50 km
h
Prius
PassB
y LoA
cc
Vectra
Con
st 30
kmh
2nd
Gea
r
Prius
PassB
y EV
Prius
Start
LoAcc
Vectra
Sar
t LoA
cc
Prius
Const
30km
h EV
Prius
Start E
V
Fahrzyklen
Laut
heits
-/ L
ästig
keits
grad
Lautheit (5-Perzentil)
Lästigkeit (Hörversuch)
Hybrid-Pkw vs. Konventioneller Pkw (Anfahrgeräusche)
Tonale Geräuschanteile aufgrund Elektroantriebskomponenten können zu erhöhter Lästigkeit führen
Anfahrgeräusche sind für die Beurteilung der Fahrgeräusche hinsichtlich deren Lästigkeit von hoher Bedeutung
Fazit der Untersuchungen
1. Es müssen Betriebszustände abgebildet werden, die aufgrund besonderer Antriebstechnologien im urbanen Verkehr erreicht werden können!
In einer selben Fahrsituation können mit Hybridfahrzeugen verschiedene Betriebszustände erreicht und entsprechend grundverschiedene Geräusche verursacht werden.
2. Es müssen Fahrsituationen abgebildet werden, die für die Lästigkeit von Außengeräuschen im fließenden Stadtverkehr relevant sind!
Anfahrsituationen und beschleunigte Vorbeifahrten sind hinsichtlich der Lästigkeit von besonderem Interesse.
2. Es müssen für den Stadtverkehr typische Verkehrsszenarien nachgebildet werden!
Die Annäherung der Messinstrumente an das vorbeifahrende Fahrzeug gemäß den Betrachtungen nach RAS-Q 96 führt zu einer Lautheitssteigerung von bis zu 30 %.
4. Es müssen adäquate Messinstrumente genutzt werden!
Die Kunstkopfmessungen lassen umfassende Untersuchungen zur akustischen Lästigkeit zu.
Für Außengeräuschmessungen bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist ein umfangreicheres Messverfahren notwendig als es ISO 362 bietet!
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit