Forschungsaktivitäten und Technologietransfer

Aktuelle Projekte

Durchführung einer Korrelationsstudie und virtuelles Akustikprototyping für Fensterhebersysteme

Die steigende Leichtbauweise sowie der Rückgang von Verbrennungsmotoren in Automobilen sorgen für zunehmende Störgeräusche, die den subjektiven Fahrkomfort negativ beeinflussen. Eine Quelle solcher Störgeräusche ist der sogenannte Leichtbauträger (LBT) in der Fahrzeugtür, der beispielsweise durch elektrische Antriebe in der Tür angeregt werden kann.

Ziel des Projekts ist es, eine im Entwicklungsprozess frühzeitige akustische Optimierung des Leichtbauträgers zu erreichen. Hierfür kommt die Transferpfadanalyse als ein Werkzeug zur Beschreibung des vibroakustischen Energieflusses zum Einsatz. Dabei werden kritische Pfade von den anregenden Quellen zu entsprechenden Empfängern aufgedeckt und es können Maßnahmen zur Reduktion ergriffen werden. In diesem Projekt unterteilen sich die Übertragungspfade in zwei Kategorien: Die Anregung der Struktur über den elektrischen Antrieb und die Schallabstrahlung der Struktur an die Umgebung bis hin zum Fahrzeuginsassen.

In der frühen Phase der Entwicklung stehen häufig nur begrenzte Informationen und Prototypen zur Verfügung. Aus diesem Grund folgt eine Kombination der experimentellen und numerischen Transferpfadanalyse. Angefangen beim Elektromotor, der ein Zulieferteil darstellt, sind keine Informationen über das Anregungsverhalten an die Struktur bekannt. Charakterisiert wird die Anregung durch Kräfte, die sich in der Schnittstelle zwischen Quelle und Struktur befinden, die sogenannten Blocked-Forces. Die Ermittlung dieser Kräfte erfolgt auf experimenteller Basis innerhalb eines dafür abgestimmten Prüfaufbaus. Gekoppelt werden diese Kräfte an die Struktur, die ein gewisses Übertragungsverhalten zum Empfänger aufweisen. Das Übertragungsverhalten des virtuellen Prototyps lässt sich numerisch mit modernen Simulationsverfahren, wie beispielsweise der Finiten Elemente Methode berechnen. Schlussendlich folgt die Ermittlung der Transferpfade auf Basis der Baugruppe Fahrzeugtür. Hierbei soll sichergestellt werden, dass das zuvor am Leichtbauträger bestimmte dynamische Verhalten mit dem der Fahrzeugtür korreliert.

Sie sehen hier die 3D-CAD-Zeichnung eines Leichtbauträgers für eine Fahrzeugtür
Leichtbauträger in der Fahrzeugtür
Die Grafik zeigt das Zeitsignal eines Beschleunigungssensors auf dem Leichtbauträger während des Motorbetriebs. An der (horizonalen) x-Achse wird die vergangene Zeit in Sekunden abgelesen. Die (vertikale) y-Achse erfasst die Beschleunigung in Metern pro Sekunde im Quadrat.
Zeitsignal eines Beschleunigungssensors auf dem Leichtbauträger während des Motorbetriebs

Projektlaufzeit

1. Oktober 2021 bis 30. September 2024

Förderträger

Hightech Agenda Bayern

Kooperationspartner

Hi-Lex Europe GmbH

Projektkontakt

Thomas Michaelis, M. Eng.

bioDamp: Entwicklung eines intelligenten Algorithmus (KI) zur Ermittlung von Dämpfungsparametern technischer Systeme in Analogie zum menschlichen Vokaltrakt

Das Labor für Akustik der FHWS forscht an numerischen Verfahren, die es erlauben, Dämpfungseigenschaften technischer Systeme bereits früh im Entwicklungsprozess zu berücksichtigen und gezielt zu beeinflussen. Als biologisches Vorbild dient der menschliche Vokaltrakt. Dieser zeigt lokal angepasste, teilweise sehr hohe Dämpfungseigenschaften und arbeitet trotzdem sehr effizient.

Eine wesentliche Herausforderung bei der Übertragung der zugrundeliegenden komplexen Mechanismen auf technische Systeme ist die Bestimmung der Dämpfungsparameter für die Simulation, die sehr rechen- und damit zeitintensiv ist. Im Rahmen des Projekts wird ein intelligenter, KI-basierter Algorithmus zur zeit- und kostensparenden Ermittlung der Dämpfungsparameter entwickelt und mit der numerischen Simulation verknüpft.

Die frühe Berücksichtigung der relevanten Dämpfungseigenschaften im Entwicklungsprozess erlaubt eine Strategie des richtigen Materials am richtigen Ort im Gegensatz zu der heute üblichen Vorgehensweise, flächig Massen an der Struktur anzubringen, um die gewünschten akustischen Bauteileigenschaften zu erreichen. Lärmreduktion steht damit nicht mehr im Widerspruch zur Leichtbauweise. Durch die Beschleunigung der Berechnung und die Nutzung intelligenter, KI-basierter Algorithmen soll eine hohe Nutzerakzeptanz erreicht werden, um möglichst viele Nutzer anzusprechen.

Diese Grafik stellt ein aus MRT-Aufnahmen abgeleitetes Finite-Elemente-Modell des Vokaltrakts der vereinfachten Geometrie eines Fahrzeuginnenraums gegenüber.
Links: Aus MRT-Aufnahmen abgeleitetes Finite-Elemente-Modell des Vokaltrakts. Rechts: Vereinfachte Geometrie eines Fahrzeuginnenraums.

Projektlaufzeit

1. Januar 2022 bis 31. Dezember 2022

Förderträger

Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektkontakt

Jain Chacko

Abgeschlossene Projekte

SMART-Materials: Entwicklung smarter Strukturen mit angepassten Dämpfungseigenschaften nach biologischem Vorbild

Im Entwicklungsprozess technischer Systeme liegt der Fokus auf Leichtbauweise, Lärmreduktion, effizienter Konstruktion und effizientem Betrieb. Lärmreduktion wird in der Regel durch das Hinzufügen von Zusatzmassen an der Struktur erreicht und steht damit im Widerspruch zur angestrebten Leichtbauweise. Wenn die relevanten Dämpfungsmechanismen früh im Entwurfsprozess berücksichtigt werden, können sie bei der Optimierung des technischen Systems einfließen.

Viele biologische Systeme präsentieren bereits (elegante) Lösungen für vergleichbare Problemstellungen. Das Vibrationsverhalten und die resultierende Schallemission hängen dabei von einer Vielzahl von Faktoren ab. Unter anderem gehören dazu Material und Struktur der einzelnen Systemkomponenten, Art der Dissipation, strömende Umgebungsmedien sowie die Interaktion zwischen Fluid und Struktur. Mit dem Verständnis der Mechanismen der biologischen Systeme und der Übertragung desselben auf technische Systeme wird die Realisierung eines leiseren und effizienteren Strukturverhaltens erreicht.

Ziel des Projekts ist die Übersetzung erfolgreicher biologischer Mechanismen zur Dämpfung in technische Systeme. Dies erfolgt mittels numerischer Verfahren in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses und führt auf die gewünschte Optimierung hinsichtlich Leichtbauweise, Lärmreduktion und Effizienz in Konstruktion und Betrieb. Zur Berücksichtigung aller relevanten Aspekte wird in diesem Projekt das Gesamtsystem ganzheitlich betrachtet werden.

Diese Grafik zeigt den schematischen Ablauf des SMART-Materials-Projekts.
Grafische Darstellung des Projektablaufs

Projektlaufzeit

1. Oktober 2018 bis 31. Dezember 2021

Förderträger

Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst

Kooperationspartner

Charité Berlin, Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG