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  • Optimierung der NVH-Eigenschaften von

    Pkw-Fahrwerkstrukturen mittels Active-Vibration-Control

    Vom Fachbereich Maschinenbau

    an der Technischen Universitt Darmstadt

    zur

    Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)

    genehmigte

    D i s s e r t a t i o n

    vorgelegt von

    Dipl.-Ing. Martin Thomaier

    aus Stockstadt Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. H. Hanselka Mitberichterstatter: Prof. Dr.-Ing. R. Nordmann Tag der Einreichung: 16.06.2008 Tag der mndlichen Prfung: 21.10.2008

    Darmstadt 2008

    D17

  • Vorwort

    Die vorliegende Arbeit entstand whrend meiner Ttigkeit als wissenschaftlicher Mitarbei-ter im Kompetenzcentrum Mechatronik/Adaptronik des Fraunhofer-Instituts fr Betriebs-festigkeit und Systemzuverlssigkeit (LBF) zwischen Januar 2004 und Juni 2008.

    An erster Stelle geht mein Dank an Herrn Prof. Dr.-Ing. H. Hanselka fr die Betreuung meiner Promotion, sowie fr das mir entgegengebrachte Vertrauen whrend meiner Ttig-keit am Institut.

    Herrn Prof. Dr.-Ing. R. Nordmann danke ich fr seine bereitwillige bernahme des Kore-ferats.

    Bei allen Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen des Kompetenzcentrums mchte ich mich fr die gute Zusammenarbeit, die freundliche Atmosphre und die zahllosen fachlichen und nichtfachlichen Diskussionen bedanken. Ein ganz besonderer Dank geht an den Leiter des Kompetenzcentrums Mechatronik/Adaptronik, Herrn Dr.-Ing. Tobias Melz, fr die kriti-sche, fachliche und persnliche Untersttzung whrend meiner Ttigkeit in seiner Arbeits-gruppe, sowie fr die Anregungen zu dieser Arbeit. Bei den Mitarbeitern der Werkstatt sowie Herrn Carlo Roman Lanz mchte ich mich fr den Einsatz beim Aufbau der Prf-stnde und Prototypen bedanken. Fr die gute und produktive Zusammenarbeit geht mein Dank auch an alle Studenten, die an Teilen dieser Arbeit mitgewirkt haben.

    In besonderem Mae geht mein Dank an meine Familie, vor allem an meine Eltern, meine Schwester und meine Freundin Sabrina, fr ihre groartige Untersttzung.

    Erklrung

    Die vorliegende Arbeit wurde von mir selbstndig verfasst. Die zur Bearbeitung des The-mas herangezogenen Quellen, die Literatur und sonstige Hilfsmittel wurden entsprechend gekennzeichnet. Es wurde von mir noch kein Promotionsversuch, auch nicht an einer ande-ren Universitt, unternommen.

    Darmstadt, den 16. Juni 2008

    (Martin Thomaier)

  • I

    Inhaltsverzeichnis

    1 Einleitung.....................................................................................................................1

    1.1 Motivation .......................................................................................................2

    1.2 Stand der Technik ............................................................................................3

    1.3 Problemstellung und Aufbau der Arbeit ...........................................................6

    2 Theoretische Grundlagen............................................................................................9

    2.1 Strukturdynamische Aspekte............................................................................9

    2.2 Regelungstechnik und Systemauslegung ........................................................12

    2.2.1 Rckkoppelsysteme ..............................................................................13

    2.2.2 Steuerungen..........................................................................................15

    2.2.3 Anwendungsbezogene Konzeptbewertung ............................................16

    2.3 Fahrzeugakustik.............................................................................................20

    2.3.1 Krperschall .........................................................................................20

    2.3.2 Impedanz und Netzwerkdarstellung ......................................................22

    2.4 Auswirkung mechanischer Schwingungen auf den Menschen ........................25

    2.5 Vibroakustische Fahrzeugeigenschaften.........................................................29

    2.5.1 Fahrbahn-Fahrzeug-Interaktion.............................................................31

    2.5.2 Noise-Vibration-Harshness (NVH) .......................................................32

    2.5.2.1 Radeigenschaften ...........................................................................34

    2.5.2.2 Fahrwerkeigenschaften...................................................................35

    2.5.2.3 Karosserieeigenschaften .................................................................37

    3 Charakterisierung des Versuchstrgers ...................................................................39

    3.1 Impedanzen ...................................................................................................42

    3.1.1 Eingangsimpedanzen ............................................................................42

    3.1.2 Punktimpedanz Radtrger .....................................................................44

    3.2 Krperschalltransferpfadeigenschaften...........................................................45

    3.3 Strungserfassung am Versuchsfahrzeug .......................................................46

    3.3.1 Luftschall Innenraum............................................................................47

    3.3.2 Betriebsschwingungsanalyse.................................................................49

    3.3.2.1 Rauschanregung .............................................................................50

    3.3.2.2 Impulsanregung..............................................................................52

    3.3.2.3 bertragungsfunktionen .................................................................54

    3.3.2.4 Richtungsempfindlichkeit...............................................................55

    3.4 Ableitung erforderlicher Manahmen ............................................................57

    3.5 Strungssimulation im Labor .........................................................................58

  • II

    4 Manahmen zur Schwingungsreduktion ................................................................. 63

    4.1 Passiv............................................................................................................ 64

    4.2 Semi-aktiv..................................................................................................... 65

    4.3 Aktiv ............................................................................................................. 65

    4.3.1 Active Vibration Control im Pkw-Fahrwerk ......................................... 67

    4.3.1.1 Krperschallinterface ..................................................................... 68

    4.3.1.2 Inertialmassenaktor ........................................................................ 73

    4.3.1.3 Aktive / adaptive Tilger ................................................................. 78

    4.3.2 Auslegungsmethodik ............................................................................ 78

    4.3.3 Anstze zur Kostenoptimierung............................................................ 79

    5 Aktive Fahrwerklagerungen zur Krperschallminderung ..................................... 83

    5.1 Randbedingungen.......................................................................................... 84

    5.2 Krperschallinterface .................................................................................... 85

    5.2.1 Konstruktive Umsetzung ...................................................................... 85

    5.2.2 Modellierung........................................................................................ 89

    5.2.3 Sensorik und Signalverarbeitung .......................................................... 90

    5.2.4 Leistungselektronik .............................................................................. 90

    5.2.5 Experimentelle Bewertung ................................................................... 91

    5.3 Krperschallaktor.......................................................................................... 92

    5.3.1 Konstruktive Umsetzung ...................................................................... 93

    5.3.2 Signalverarbeitung, Sensorik und Leistungsverstrkung ....................... 95

    5.3.3 Modellierung........................................................................................ 95

    5.3.4 Experimentelle Bewertung ................................................................... 96

    6 Umsetzung im Versuchsfahrzeug und Bewertung................................................. 101

    6.1 Tiefabgestimmter Inertialmassenaktor am Radtrger ................................... 101

    6.2 Interfaces karosserieseitig............................................................................ 106

    6.2.1 Aktive Dmpfung............................................................................... 107

    6.2.2 Integrated Force Feedback.................................................................. 108

    6.3 Hochabgestimmte Krperschallaktoren karosserieseitig .............................. 110

    6.3.1 Aktive Dmpfung............................................................................... 111

    6.4 Vergleich der Konzepte ............................................................................... 112

    7 Zusammenfassung und Ausblick............................................................................ 115

    Literaturverzeichnis ..........................................................