Veröffentlichungen

Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Einsatz von Lenkradvibrationen zur Informationsübermittlung an der Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrer unter Berücksichtigung physiologischer und psychologischer Aspekte. Als besondere Eigenschaft wird die Möglichkeit zur Erzeugung örtlich aufgelöster Vibrationen erkannt. Damit ist es möglich, über einseitige Lenkradvibrationen Richtungsinformationen an Fahrer zu kommunizieren. In drei Hauptstudien werden mit insgesamt 150 Probanden verschiedene Aspekte der Fahrerreaktion auf einseitige Lenkradvibrationen untersucht. Zunächst wird in einem grundlegenden Laborexperiment die intuitive Reaktion auf einseitige Lenkradvibrationen ermittelt. Im Anschluss wird die subjektive Präferenz der einseitigen Lenkradvibration in der Anwendung als Spurverlassenswarnsignal nachgewiesen. Zuletzt wird der Versuch unternommen, die einseitige Lenkradvibration zur Initiierung einer Ausweichreaktion in einer drohenden Frontalkollisionssituation einzusetzen.

Die vorgestellte Arbeit beinhaltet detaillierte praktische und theoretische Analysen zum Restbremsmoment an Scheibenbremsen. Restbremsmomente entstehen in der so genannten Offbrake-Phase, d. h. bei nicht betätigter Bremse, wenn aufgrund einer ungünstigen Konstellation von Lüftspiel (kolben-/fingerseitig) und dynamischem Runout ein Reibkontakt zwischen Belag und Scheibe erfolgt. Diese Reibverluste führen zu einem Kraftstoffmehrverbrauch und folglich zu einer CO2-Mehremission. Das Restbremsmoment wird unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit einem Messsystem untersucht, das die axialen Bremskomponentenbewegungen von Sattel, Belag sowie Scheibe, an Faustsattelbremsen erfassen. Die geometrischen Abweichungen können direkt einer Variation des RBMs zugeordnet werden. Daneben erfolgt die Verwendung eines Kraftmesssystems, das die Erfassung der Normalkräfte im Bremsbelag während des Betriebes ermöglicht. Weiterhin wird ein Laborversuchsaufbau vorgestellt, der die Abbildung realitätsnaher Betriebszustände der Radbremse, z. B. der Simulation von Seitenkräften, erlaubt. Es hat sich gezeigt, dass Restbremsmomente während eines Untersuchungszyklus zeitlich erheblich differieren können. Außerdem kann erstmals dargestellt werden, wie sich ein Lüftspiel zwischen Scheibe und Belag während eines Zyklus verändert und wie sich der Verlauf auf das RBM auswirkt. Für weitere Einflussgrößenuntersuchungen wird zudem eine kombiniertes FEM-/MKS-Modell verwendet. Das Modell erlaubt eine schnelle und kostengünstige Analyse von Einflussparametern auf Größe und Verlauf des RBMs während einer Scheibenumdrehung. Die ganzheitliche Betrachtung der Restbremsmomentproblematik schließt mit einer Analyse der Auswirkung des RBMs auf den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges ab.

Mit der vorliegenden Arbeit soll ein Beitrag zur Verbesserung der Akustiksimulation von Fahrzeuggetrieben geleistet werden. Zunächst wird das Betriebsgeräusch eines Getriebes bei konstanten Drehzahlen simuliert. Dabei wird eine Methode zur Entkopplung des rechenintensiven vom drehzahlabhängigen Teil der Simulation aufgezeigt. Ferner werden die berechneten Geräusche an einem PC Arbeitsplatz auralisiert. Die Ergebnisse sind aufgrund getroffener Annahmen als Vorgriff zu verstehen, das synthetische Betriebsgeräusch hört sich jedoch authentisch an. Die Bauteilverbindungs-Modellierung beeinflusst die Ergebnisse der Köperschallberechnung innerhalb der Akustiksimulation entscheidend. FE Modelle mit Schraubenverbindungen und Wälzlagern werden deshalb schrittweise, separat und systematisch durch Messungen verifiziert. Nach der Klassifizierung von Simulationsmodellen für Schraubenverbindungen werden Modellvarianten abgeleitet und bei drei unterschiedlichen etriebebaugruppen mit Flanschverbindungen umgesetzt. Die Ergebnisse der Rechnerischen Modalanalysen werden in einem breiten Frequenzbereich ausführlich mit Messungen verglichen. Weil sie annähernd Einzelbauteil-Qualität aufweisen, kann eine Modellierungs-Empfehlung gegeben werden. Bei ähnlichen Baugruppen sind die zu erwartende Ergebnisgüte und der Stellenwert von Schraubenverbindungen nun a priori abschätzbar. Das Nachgiebigkeitsverhalten von Wälzlagern wird durch linearisierte Steifigkeitsmatrizen beschrieben. Die FE Modelle zweier Baugruppen werden bei relevanten Eigenfrequenzen mit Messungen an Getrieben mit stillstehenden Wellen verifiziert. Unsicherheiten bei der Wälzlagermodellierung und wichtige Einflüsse sind damit abschätzbar. Insgesamt wird mit den Untersuchungen zur Körperschallsimulation eine Entscheidungshilfe bei der Bauteilverbindungs-Modellierung gegeben.An drei Getriebegehäusen mit unterschiedlich komplexen Abstrahlflächen werden auf Basis von Körper und Luftschallmessungen sowie mittels hochwertiger FE Modelle umfangreiche Untersuchungen der Luftschallsimulation mit der DBEM, der IBEM, der Fast-Multipole BEM und der FEM in einem breiten Frequenzbereich durchgeführt. Durch messtechnisch optimierte Eingangsdaten werden die Abweichungen der Luftschallsimulation von der Messung separiert. Es zeigt sich, dass Schallkennfelder mit verschiedenen Verfahren sehr genau vorausberechnet werden können. Auch andere Aspekte zur Wahl des Simulationsverfahrens werden umfangreich diskutiert, beispielsweise die Rechenzeiten. Die Genauigkeit der Luftschallsimulation lässt sich abhängig von der Komplexität der abstrahlenden Oberflächen darstellen. Die Ergebnisse eines verrippten Getriebegehäuses werden für Akustikmodelle mit und ohne Rippen ausgewertet, so dass der Einfluss der Vernachlässigung dieser Geometriedetails erkennbar wird. Ferner werden verschiedene Möglichkeiten zur Verhinderung fiktiver Resonanzen bei der BEM bewertet. Insgesamt erweitert die vorliegende Arbeit die Möglichkeiten der Akustiksimulation in mehreren Bereichen.