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Untersuchung von Temperatureinflüssen auf Geräuschquellen von Motorrädern (Dezember 2021)

Status
Finished
Type
Master Thesis
Announcement date
10 Mar 2021
Student
Thomas Standecker
Mentors
Research Areas

Zusammenfassung

Schallemissionen von Motorrädern bekommen aufgrund von einerseits strenger werdenden staatlichen Regulatorien und andererseits wachsender gesellschaftlicher Relevanz einen immer höheren Stellenwert. Um auch in Zukunft weiterhin erfolgreich Fahrzeuge homologieren und entsprechende Verkaufszahlen generieren zu können, ist es daher essentiell alle potentiellen Einflüsse auf das Gesamtgeräusch eines Verbrennungsmotors zu kennen. Dieses Wissen bildet die Grundlage für weitere Entwicklungsschritte hinsichtlich der Handhabung aller akustisch relevanten Parameter. Die in dieser Masterthesis im Bereich Fahrzeugakustik durchgeführten Untersuchungen im Teilgebiet Temperatureinflüsse tragen ihren Teil dazu bei. Die durchgeführte Datenerhebung beinhaltet sowohl fahrzeuginterne als auch fahrzeugexterne Temperatureinflüsse auf das Gesamtgeräusch des Fahrzeuges, insbesondere auf das Abgasmündungsgeräusch. Im Fokus der Messkampagnen der fahrzeuginternen Parameter lag die Untersuchung eines bereits vorab detektierten temperaturabhängigen Schallphänomens. Daraus folgend wurde eine umfangreiche Messkampagne durchgeführt, die die Erstellung eines umfangreichen Messsetups und Messzyklus inkludierte. Ziel war es, den bereits festgestellten temperaturabhängigen Effekt des Fahrzeuges grundlegend zu analysieren und datenbasiert sowie durch Reproduzierbarkeit zu beweisen. Nach erfolgreicher Durchführung der Messreihen wurde mit der Analyse der gewonnenen Daten messtechnisch belegt, dass die Temperatur der Abgasanlage des Verbrennungsmotors maßgeblich Einfluss auf das abgestrahlte Gesamtgeräusch des Fahrzeuges hat. Der emittierte Schalldruckpegel steigt mit der Temperatur des Abgastraktes, explizit des Vorschalldämpfers. Zur Überprüfung der fahrzeugexternen Parameter wurde die Ansaugtemperatur herangezogen, welche abhängig von der Luftaußentemperatur ist. Hierbei wurde ihr Einfluss auf den abgestrahlten Schalldruckpegel analysiert. Es wurde eine Korrelation zwischen Außentemperatur und Schalldruckpegel festgestellt. Je geringer die Ansaugtemperatur, desto größer ist der abgestrahlte Schalldruckpegel der Abgasanlage aufgrund von thermodynamischen Grundprinzipien. Zusätzlich wurden die Hauptschallquellen des Zweirads mittels Quellenortung analysiert. Dazu wurden drei verschiedene Maßnahmen zur Quellendetektion verwendet. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde eigens ein Absolutschalldämpfer für die Ansaugmündungen konzipiert und entwickelt. Die Hauptschallquellen, neben dem Verbrennungsmotor selbst, sind sowohl die Abgasanlage als auch die Ansaugmündungen. Abschließend wurde eine Plausibilitätsprüfung einer computergestützten Abgasanlagensimulation mit Ricardo Wave durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden die Simulationsdaten mit den erhobenen Messdaten abgeglichen. Dies dient dazu, um in Zukunft früher im Entwicklungsprozess akustisch relevante Aussagen treffen zu können. Da die durchgeführte Akustiksimulation vielversprechende Ergebnisse lieferte, könnte diese in naher Zukunft in der NVH bei KTM an Bedeutung gewinnen. Mit der Durchführung dieser Masterarbeit wurde relevantesWissen im Bereich der Fahrzeugakustik generiert, welches bereits Auswirkungen auf den Ablauf derzeitiger und zukünftiger Messungen hat. Die umgesetzte Simulation dient als Basis für weiterführende Akustik-Simulationen bei KTM.

Abstract

Noise emissions of motorcycles are becoming more important due to stricter governmental regulations on the one hand and growing social relevance on the other. In order to be able to continue licensing vehicles successfully in the future and to generate the corresponding sales figures it is essential to be aware of all potential influences on the overall noise of an internal combustion engine. The acquired knowledge forms the basis for further development steps regarding the handling of all acoustically relevant parameters. The conducted investigations of this master’s thesis in the branch of temperature influences in the field of vehicle acoustics contribute for this purpose. The data collection includes both internal and external vehicle temperature influences on the overall vehicle noise. The focus of the measurement campaign of the internal vehicle parameters lies on the investigation of a previously detected temperature-dependent sound phenomenon. As a result, an extensive measurement campaign was carried out, which included the establishment of a detailed measurement setup and measurement cycle. The aim was to fundamentally analyze the detected temperature-dependent effect of the vehicle and to prove it based on data and reproducibility. After successful implementation of the series of measurements, the analysis of the data obtained provided metrological evidence, that the temperature of the exhaust system of the internal combustion engine has a decisive influence on the overall noise emitted by the vehicle. The emitted sound pressure level increases with the temperature of the exhaust tract, explicitly the pre-silencer. For examination of the external parameters, the intake temperature was used, which is dependent on the outside air temperature. Here its influence on the emitted sound pressure level was analyzed. A correlation between outside temperature and sound pressure level was detected. The lower the intake temperature, the higher the radiated sound pressure level of the exhaust system, due to basic thermodynamic principles. In addition, the main sound sources of the two-wheeler were analyzed by means of source location. For this purpose, three different source detection measures were used. Within the scope of this master’s thesis, an absolute silencer for the intake ports was designed and developed. The main sound sources, apart from the internal combustion engine itself, are both the exhaust system as well as the intake ports. Finally, a plausibility check of a computer-aided exhaust system simulation was carried out with Ricardo Wave. For this purpose, the simulation data was compared with the collected data. This will enable acoustically relevant statements to be made earlier in the future development process. As the conducted acoustic simulation provided promising results, this could gain importance in the NVH at KTM in the near future. By carrying out this master‘s thesis, relevant knowledge in the field of vehicle acoustics, which already has an impact on the course of current and future measurements, was generated. The conducted simulation serves as a basis for further acoustic simulations at KTM.

Full Text and additional Material

You can download the full version of the master thesis from january 2024 here.