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Erweiterung der Simulationsmöglichkeiten für maschinenakustische Untersuchungen an E-Motive-Antrieben im Kontext zur Fahrzeugstruktur

FVA 682 II, IGF-Nr. 18764 N

Ein zielgerichtetes Design eines Fahrzeugs hinsichtlich einer als z.B. als komfortabler, kräftiger oder markenspezifisch empfundenen Klangcharakteristik stellt einen wichtigen Schritt und einen Wettbewerbsvorteil bei der Entwicklung der Elektromobilität dar. Hierfür sind effiziente Berechnungsmethoden erforderlich, welche bereits in frühen Entwicklungsphasen mit möglichst geringem Aufwand das Geräuschverhalten eines Antriebsstranges vorhersagen können. Dazu muss bekannt sein, welche Bauteile und Effekte in welchem Umfang und welcher Art und Weise das NVH-Verhalten beeinflussen um NVH-Simulation und Produktoptimierung effizient zu fokussieren.

Im Forschungsvorhaben FVA 682 II wurde eine umfangreiche Berechnungskette anhand eines kleinen Serienantriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs aufgebaut und an Messungen validiert, welche die in den Vorgängerprojekten (FVA 309 I bis III, FVA 682 I) als relevant identifizierten Zusammenhänge einbezieht. Sie umfasst u.a. Regelung, Leistungselektronik und Stromberechnung der PMSM in starker Kopplung mit dem durch umfangreiche Modalanalysen abgestimmten strukturdynamischen EMKS-Modell sowie numerische Schallabstrahlung und bildet auch Fertigungsabweichungen und Nichtlinearitäten wie z.B. Exzentrizität ab. Der objektive Vergleich der Simulation mit der Messung zeigt eine gute Übereinstimmung. Die Berechnungskette wurde für Variantenrechnungen mit idealem Strom, idealer E-Maschine, Gehäusedämpfungen aus Literaturwerten und analytischer Abstrahlungsrechnung verwendet welche anhand psychoakustischer Größen und im Hörversuch (MUSHRA-Test) verglichen wurden.

Es konnte gezeigt werden, dass die ideale E-Maschine und die Dämpfungsvariation keinen signifikanten Einfluss auf das NVH-Verhalten darstellen, die analytische Abstrahlungsrechnung dagegen ungeeignet ist. Das Verfahren kann auf weitere Varianten angewendet werden um den Einfluss von verschiedenen Simulationsansätzen (z.B. der Verzahnung) oder Produkten (z.B. E-Maschine mit Einzelzahnwicklung) zu ermitteln.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18764 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert