Die komplexe Beziehung zwischen menschlicher Wahrnehmung von Schall und Schwingungen umfasst ein breites Spektrum, das verschiedene Sinneserfahrungen einschließt. So werden tieffrequente Schwingungen eher durch den Körper als Vibration und hochfrequente Signale in erster Linie durch das menschliche Ohr (noise) wahrgenommen. Diese drei Beschreibungen der Empfindung von Schwingungen gehen auch ineinander über. Liegt die Frequenz von Schwingungen zwischen 0,1 Hz und 20 Hz, können sie vom menschlichen Körper wahrgenommen werden und beeinflussen unser Wohlbefinden. Liegen die Schwingungen etwas höher im Frequenzbereich von ca. 20 Hz bis 100 Hz, sind die Schwingungen sowohl vom Körper wahrnehmbar als auch über die Luft hörbar und werden als Härte eingestuft. Da die wahrnehmbaren Schwingungen von ca. 50-100 Hz deutlich abnehmen, werden die Frequenzbereiche von ca. 100 Hz bis 20 kHz als Lärm bezeichnet, d.h. als unangenehmer Luftschall, den wir hören.
Schallpegelmesser:
Bei der modernen Schall- und Schwingungsmessung wird ein mehrkanaliges Datenerfassungssystem verwendet, das mit einer Schallpegel-Analysefunktion ausgestattet ist. Diese Technologie hilft bei der Identifizierung spezifischer Geräuschquellen innerhalb des Fahrzeugs, wie z. B. Motorgeräusche, Windgeräusche, Reifengeräusche und andere externe Quellen, und trägt so zu einer umfassenden Geräuschanalyse in Autos bei.
Subjektive Bewertung
Neben den quantitativen Messungen spielen die subjektiven Einschätzungen von Testfahrern und Fahrgästen eine entscheidende Rolle bei der Bewertung des Gesamtkomforts des Fahrzeugs. Ihr Feedback hilft den Ingenieuren, die menschliche Wahrnehmung von NVH zu verstehen und leitet sie bei der Umsetzung wesentlicher Verbesserungen an, die für den Prozess der Geräusch- und Schwingungsanalyse in Kraftfahrzeugen von zentraler Bedeutung sind.
Tests auf der Straße
Die Durchführung von Fahrversuchen unter realen Bedingungen liefert wertvolle Erkenntnisse darüber, wie sich ein Fahrzeug in unterschiedlichen Umgebungen verhält. Straßentests sind für die Bewertung der gesamten NVH-Eigenschaften eines Fahrzeugs von entscheidender Bedeutung und ermöglichen die Identifizierung potenzieller Probleme, die bei Labortests möglicherweise nicht sichtbar sind. Labortests und Simulationen sind zwar wichtige Schritte, aber der eigentliche Fahrversuch ist für die ganzheitliche Analyse der NVH-Eigenschaften von Kraftfahrzeugen entscheidend.
Exakte und wiederholbare Messung und Analyse des NVH-Verhaltens ist ein grundlegender Bestandteil des Fahrzeugdesigns und der Fahrzeugentwicklung und gewährleistet die Bereitstellung hochwertiger, komfortabler Fahrzeuge, die die Erwartungen anspruchsvoller Verbraucher erfüllen. Der Einsatz effektiver NVH-Prüfmethoden ermöglicht es den Automobilherstellern, hochwertige und komfortable Fahrzeuge auf den Markt zu bringen, die den Grundprinzipien der Geräusch- und Vibrationskontrolle in der Automobilindustrie entsprechen.
Schwingungen in der Automobilindustrie
Vibrationen im Automobilsektor sind ein kritischer Aspekt, der sowohl den Fahrkomfort als auch die Sicherheit beeinträchtigt. Sie können durch Unebenheiten auf der Straße oder durch das Fahrzeug selbst verursacht werden. Vibrationen können zu Ermüdung und Konzentrationsverlust führen und die Fahrsicherheit beeinträchtigen.
Die Schwingungseigenschaften eines Fahrzeugs haben einen erheblichen Einfluss auf die subjektive Wahrnehmung des Fahrkomforts. Diese Schwingungseigenschaften sind jedoch nicht nur für den Komfort, sondern auch für die Gesundheit der Insassen entscheidend. Bei unzureichender Auslegung und Prüfung des Schwingungskomforts können die Insassen aufgrund erheblicher Schwingungsamplituden und längerer Exposition gesundheitliche Probleme, z. B. Rückenschmerzen, bekommen.
Vibrationen in Motor und Anriebsstrang
Die Unwuchten des Motors und des Antriebsstrangs, die Zündung der Zylinder in einem Verbrennungsmotor und die magnetischen Eigenschaften des Elektromotors können zu erheblichen Schwingungen im gesamten Fahrzeug führen.
Die Messung und Analyse dieser Schwingungen ist oft eine komplexe Aufgabe, die sowohl spezielle Analysewerkzeuge als auch Kenntnisse über die Interpretation der Ergebnisse erfordert.
Im Folgenden werden einige der gängigen Mess- und Analysemethoden vorgestellt:
Mit Drehzahlsensoren wird die Drehzahl des Motors und anderer beweglicher Teile im Antriebsstrang gemessen. Diese Daten lassen Rückschlüsse darauf zu, wie sich die Schwingungen mit der Drehzahl verändern. Die Schwingungen selbst werden in der Regel mit Beschleunigungssensoren gemessen, die an verschiedenen Stellen des Motors und des Antriebsstrangs angebracht sind und Informationen über die Amplitude und Frequenz der Schwingungen liefern. Die aufgezeichneten Signale werden online als Frequenzspektrum oder Ordnungsspektrum über die Drehzahl analysiert und visualisiert. Auf diese Weise können Ingenieure und Mechaniker die Ursachen von Schwingungen ermitteln und mögliche Problembereiche lokalisieren.
Fahrwerksvibrationen
Unebenheiten auf der Straße verursachen Schwingungen, die von den Rädern und dem Fahrwerk absorbiert werden. Die Qualität der Dämpfer, Federn und der Fahrwerksstruktur bestimmt, wie diese Schwingungen reduziert und gedämpft werden. Die Messung und Analyse von Fahrwerksschwingungen ist für die Beurteilung des Fahrkomforts, des Fahrverhaltens und des dynamischen Gesamtverhaltens eines Fahrzeugs unerlässlich.
Triaxiale Beschleunigungsaufnehmer sind häufig verwendete Sensoren zur Messung von Fahrwerksschwingungen. Diese Sensoren erfassen Beschleunigungen und können an verschiedenen Punkten des Fahrgestells angebracht werden. Oft liegt das Interesse an den Schwingungen in der Frequenz und der Amplitude, die mithilfe des gemittelten FFT-Spektrums berechnet werden. Das Frequenzspektrum gibt Aufschluss über die dominanten Frequenzen der Schwingungen, die mit bestimmten Fahrzeugkomponenten oder Straßenbedingungen korreliert werden können.
Messung des Profils der Straße:
Wie wirken sich Vibrationen auf den menschlichen Körper aus? Das Vibrationsniveau in Fahrzeugen wird gemäß ISO 2631 gemessen. Diese Norm gibt Auskunft über die Belastung des menschlichen Körpers durch Vibrationen als Ganzkörperschwingungen.
Mit Hilfe von Radkraftsensoren lassen sich die von der Fahrbahn in das Fahrzeug eingeleiteten dynamischen Kräfte ermitteln.
Aerodynamische Schwingungen
Aerodynamische Schwingungen werden durch die Wechselwirkung zwischen aeroelastischen Kräften und den strukturdynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils verursacht. Dies können z.B. Fahrzeugspiegel, Spoiler oder das Dach sein, die durch die Luftströmung zu Schwingungen angeregt werden. Diese turbulenten Strömungen sind Druckschwankungen in der Luft und werden mit Schalldruckmikrofonen gemessen. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Mikrofone die Schwingungen nicht beeinflussen oder gar verzerren. Ultra-Thin-Precision (UTP) Mikrofone oder Oberflächenmikrofone von GRAS sind für solche Messungen ideal, da sie strategisch am Fahrzeug platziert werden können und einfach zu bedienen sind.
Das GRAS 48LX-1 UTP-Mikrofon hat eine Höhe von nur 1 mm und diese Mikrofone sind auch in 4-Kanal (GRAS 48LX-4) und 8-Kanal UTP Line Array (GRAS 48LX-8) für Messungen in Grenzschichten und Turbulenzen erhältlich.
