Sound-Design für Elektroautos: Studie zur künstlichen Erzeugung markentypischer Fahrgeräusche

Nils Donath, Dipl-Ing., wurde 1983 in Rostock geboren. Sein Studium der Fahrzeugtechnik an der Technischen Universität schloss der Autor im Jahre 2011 erfolgreich ab. Bereits während des Studiums sammelte der Autor umfassende praktische Erfahrungen in der Fahrzeugindustrie. Fasziniert von der Idee der Elektromobilität, beschäftigt sich der Autor seitdem mit diesem Thema. Seine Tätigkeit bei Automobilherstellern motivierte ihn, sich der Thematik des vorliegenden Buches im Rahmen einer Studie zu widmen.

Textprobe:
Kapitel 4.4.1, ASD-System 1:
Das Active Sound Design System 1 ist vollsynthetisch und basiert auf Zeitsignalen. Die Hardware besteht in der Serienkonfiguration aus Körperschallerreger, Steuergerät und Programmieradapter. Bis auf letzteres wird jedes Bauteil für die Benutzung fest im Fahrzeug verbaut. Zusätzlich wird eine Fahrzeug-CAN-An- bzw. Ausbindung für das Steuergerät benötigt. Der Körperschallaktuator basiert auf dem Funktionsprinzip eins Lautsprechers: Er wandelt elektrische Signale mit Hilfe einer Schwingspule in mechanische Schwingungen um, wofür keine Membran vorzusehen ist, sondern eine rohbaufeste Verbindung an einer akustisch geeigneten Position im Fahrzeug. Für das Demonstratorfahrzeug wurde mittels einer rohbaufesten Konsole die Stirnwand angeregt.
Eine von einem Magneten umgebene Schwingspule erzeugt im Aktuator bei anliegendem Strom ein magnetisches Feld. Durch die Interaktion des Festmagneten mit dem Magnetfeld resultiert die Lorentzkraft. Der Magnet oszilliert zentriert in der Schwingspule.
Die resultierende Lorentzkraft verläuft orthogonal zu der Stromflussrichtung sowie zu den Feldlinien des Festmagneten. Bei Umkehrung der Stromflussrichtung bleibt die Kraftwirkung richtungstreu. Dadurch können auch bei anliegender Wechselspannung oszillierende mechanische Schwingungen erzeugt werden.
Die Innen- und Außengeräuscherzeugung ist mit dem ASD-Systems 1 möglich. Der Beweis für entsprechend hohe Außengeräuschpegel wird in Kapitel 5.3 angetreten. Hierfür ist ein geeigneter Anbringungspunkt zur Krafteinleitung essentiell, da die Übertragungsfunktion von Körperschallerregern stark von der Anbringungsart, der zu erregenden Oberfläche und den Materialeigenschaften des Anbringungskörpers abhängig ist. Dabei sind Schubfelder und flächige Bauteile zu bevorzugen. Generell gilt es flächige Bauteile anzuregen, da diese ein besseres akustisches Abstrahlverhalten besitzen. Darüber hinaus ist eine mittige Anbringung (in Y-Richtung) vorzunehmen, um ein homogenes Luftschallfeld im Innenraum zu erzeugen. Im Speziellen ist für die Schallerzeugung für Fahrzeuge mit Frontmotor im Innenraum ein Anregungsort nahe der Frontscheibe wichtig, da diese ein gutes frontales Abstrahlverhalten in den Fahrgastraum aufweist. Im Bereich der Außengeräuscherzeugung ist die Körperschallanregung der Motorhaube zu empfehlen.
Diese Erkenntnisse beruhen auf Vergleichsmessungen und Versuchsfahrten. Steht kein flächiges Bauteil zur Außengeräuscherzeugung zur Verfügung, ist die Benutzung von einem Lautsprecher ebenfalls möglich. Für das Demonstratorfahrzeug ist dies der Fall. Um Unfälle durch das besonders gefährliche Fahrmanöver Zurücksetzen bestmöglich zu vermeiden, wurde der Lautsprecher im unteren Fahrzeugheck untergebracht.
Sound-Bedatung Für die Erzeugung eines ganzheitlichen Fahrzeug-Sounds nach den Vorgaben aus Tabelle 3 müssen Angaben bezüglich mehrerer Fahrzeugparameter gemacht werden. Die Bedatung bzw. Implementation in ein Fahrzeug erfolgt über Geräuschdatensätze. Es stehen 12 Sound-Spuren zur Bedatung zur Verfügung. Als Basis werden Signalfunktionen mit einheitslosen Amplitudenwerten im Wertebereich von Null bis Eins über 512 Stützstellen deniert. Die Dauer einer Signalfunktion entspricht der Dauer, die eine Verbrennungsmotorkurbelwelle für zwei Umdrehungen benötigt. Das bedeutet, dass sich der generierte Sound aus maximal 12 unterschiedlichen Signalfunktionen zusammensetzen kann. Aus den Vorgaben Gefahrenquelle und Frequenzspektrum aus Tabelle 3 resultiert die Anforderung einen maschinenähnlichen und breitbandigen Sound zu kreieren. Das ASD-System 1 ist dafür gut bis sehr gut geeignet, da es auf frei denierbaren Zeitsignalen basiert. Versuche haben gezeigt, dass sinusförmige Signalfunktionen eher künstlich klingen, da sie reine Töne erzeugen. Fahrzeug-Sounds, die verbrennungs-ähnlich klingen, haben rechteckförmige Signalfunktionen zur Basis. Um eine gewisse Rauigke