ATESTEO NVH-Prüfstände für alle Antriebe

NVH-Testing ist ein wichtiger Punkt für die Zufriedenheit des Kunden mit seinem Fahrzeug. Dabei ist es wichtig, zwischen erwünschten und unerwünschten NVH-Effekten zu unterscheiden. So sollen erwünschte NVH-Effekte, wie beispielsweise das Motorengeräusch, Emotionen ansprechen und beim Fahrer die Empfindungen über die abgegebene Leistung verstärken. Unerwünscht sind dagegen NVH-Effekte, wie Rasseln oder Clonk bei Getrieben, die für den Fahrer oft mit dem Gefühl qualitativ schlechter Teile oder mit Verschleiß verbunden werden. Das Thema der NVH ist ein komplexes Thema, das bereits früh in die Fahrzeugentwicklung miteinbezogen wird. Daher werden im Rahmen des Entwicklungsprozesses Prüfstände benötigt, auf denen Getriebe und Antriebseinheiten isoliert und reproduzierbar auf NVH-relevante Eigenschaften getestet werden können.

Durch die Komplexität der Ausbreitung von Geräuschen und Schwingungen in Fahrzeugen werden Entwicklungsprozesse basierend auf dem Ansatz des Geräuschpfad-Modells durchgeführt. Dabei werden einzelne Aggregate wie Motor und Getriebe als Quelle von Schall- und Schwingungsenergie angesehen und angenommen, dass diese Energien über mögliche Übertragungspfade in den Fahrzeuginnenraum gelangen. Bei diesem Ansatz benötigt man zur Abstimmung und Vorhersage der Geräusche im Fahrgastraum (Fahrer/Passagiere) sowie bei der Vorbeifahrt (Verkehrsteilnehmer) Informationen über das Verhalten der Geräuschquellen sowie der Übertragungswege und deren Interaktion, wie zum Beispiel Phasenverschiebungen durch die Transferpfade.

Für die Geräuschquellen Verbrennungsmotor, Umrichter/Elektromotor, Getriebe sowie Antriebsstränge ist es daher notwendig, deren Geräusch- und Schwingungserzeugung unter isolierten und definierten, wiederholbaren Bedingungen zu kennen. Bei diesen Bedingungen werden reine Getriebe an eine möglichst schwere und steife Aufnahme angeschraubt. Komplette Electric Drive Units (EDUs) werden in den dazu vorgesehenen elastischen Lagerungen aufgenommen. Die Geräusche und Schwingungen daraus resultierend frühzeitig zu optimieren ist wichtig, da die dazu relevanten Designentscheidungen schon möglichst früh in der Entwicklung getroffen werden sollten, um ungeplante Entwicklungsschleifen zu verhindern.

Treiber ist dabei die Tatsache, dass die Entwicklung von Aggregaten wie Getrieben sehr lange Vorlaufzeiten benötigen. Damit ergibt sich der Bedarf, das Design schon sehr früh festzulegen, um in den folgenden Test- und Produktionsvorbereitungsphasen schon das endgültige Design bearbeiten und freigeben zu können. Zu diesem Zeitpunkt stehen aber im Allgemeinen noch keine aussagefähigen NVH-Fahrzeug-Prototypen für Überprüfungs- und Abstimmungszwecke zur Verfügung, da sich auch alle anderen Fahrzeugbauteile noch parallel in der Entwicklung befinden.

Um die aktuellen und zukünftigen Herausforderungen im NVH-Testing von Elektro- und Hybridantrieben optimal zu bedienen, hat ATESTEO neue NVH-Prüfstände entwickelt. Die neuen Prüfstände sind darauf vorbereitet, neben konventionellen Getrieben auch komplette elektrifizierte Antriebe und deren Getriebe zu testen. Auch das Testen der Kombination beider Antriebsformen als Hybrid-Antrieb ist möglich. Zusätzlich zu dem schon länger bei ATESTEO im Einsatz befindlichen NVH-Prüfstand für Getriebe, der auch die relevanten Getriebegeräusche wie Rasseln, Heulen und Clonk für konventionelle Getriebe messtechnisch erfassbar macht, wurde bei der Entwicklung der neuen Prüfstände der Anwendungsbereich noch erweitert.

Moderner Hightech-Aufbau der neuen NVH-Prüfstände für Elektroantriebe und Hybridantriebe bei ATESTEO

Bei den neuen ATESTEO NVH-Prüfständen wurde bei der Konzeption viel Wert auf den Aufbau eines Klasse-1-Prüfstandes nach ISO 3745 gelegt. Berücksichtigt wurden auch die speziellen Anforderungen zum Testen von kompletten E-Achsen und von Getrieben für konventionelle Antriebe, Elektroantriebe und Hybrid-Antriebe. Außerdem wurde der Prüfstand variabel für verschiedenste Getriebetypen konzipiert. Hierbei ist ein wichtiger Punkt, das Differential des Getriebes ungesperrt einsetzen zu können, wodurch möglichst fahrzeugnahe Testbedingungen geschaffen werden. Dies ist ein ganz neuer Vorteil im NVH-Testing bei ATESTEO. Aus diesem Grund verfügt der neue NVH-Prüfstand über insgesamt drei Abtriebsmaschinen. Zusammen mit diesen drei Abtriebsmaschinen wird eine möglichst große Variabilität bezüglich der möglichen Getriebebauformen erzielt, indem die Antriebsmaschine dreh- und verschiebbar ausgelegt ist. Somit können verschiedenste Bauformen wie zum Beispiel Front quer für einen Vorderradantrieb oder Front längs mit Allradantrieb auf dem Prüfstand vermessen werden. Um diese Variabilität zu erreichen, wurde die Antriebsmaschine in der NVH-Zelle selbst untergebracht.

Die hohen Drehzahlen eines Elektroantriebs sind ein wichtiger Punkt zur Auslegung des Prüfstands. Um diese Drehzahlen zu ermöglichen, wird eine PM-Maschine verwendet, die Drehzahlen bis zu 20.000 rpm erreicht und über eine sehr kleine Massenträgheit verfügt. Die hohen Drehzahlen haben hohen erforderliche Versteifungen und eine hohe Wuchtgüte des Prüfstandsaufbaus zur Folge. Der neue NVH-Prüfstand von ATESTEO ist auch für den Betrieb von reinen E-Achsen ausgelegt, Hierbei handelt es sich um eine Einheit aus E-Motor und Getriebe, weshalb die Antriebsmaschine des Prüfstandes nicht mehr gebraucht wird. Dazu wird, falls nötig, die Antriebsmaschine vom Prüfstand entfernt. Für diese Anwendung verfügt der NVH-Prüfstand über einen Batteriesimulator, sodass die E-Achse direkt betrieben werden kann. Eine weitere Herausforderung stellen beispielsweise neue Koaxial-Getriebe dar. Hierbei liegen beide Antriebswellen auf einer Rotationsachse. Das hat zur Folge, dass eine Antriebswelle durch die Antriebsmaschine verläuft. Um Getriebe dieser Bauform zu testen, wird eine Hohlwellenmaschine am neuen NVH-Prüfstand verwendet. Zusätzlich ist der Prüfstand für „Hardware-in-the-loop“-Tests (HiL) ausgelegt. Hierbei werden einzelne Bauteile getestet, indem die reale Mechanik durch ein Simulationsmodell ersetzt und mittels der Maschinen eine realitätsnahe Testumgebung für das Testobjekt aufgebaut wird.

Mechanik-Simulation durch Maschinen bei HiL-Tests