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Untersuchung
verschiedener Rechenwege zur Berechnung des Körperschalls eines elektrischen
Lenkhilfeantriebs mittels der Methode der finiten Elemente
Die Verwendung elektrischer Antriebe im Kfz-Bereich
nimmt stetig zu. Dabei werden sukzessiv mechanische Systeme, wie der
hydraulische Antrieb der Servolenkung, ersetzt. Als elektrischer Antrieb der
Lenkhilfe werden Asynchronmaschinen mit Käfigläufern oder Permanentmagnet erregte
Synchronmotoren eingesetzt.
Um eine elektrische Maschine akustisch zu
berechnen, wird zunächst eine elektromagnetische Feldrechnung für eine Reihe
von Zeitschritten durchgeführt. Mittels der Feldverteilung eines jeden
Zeitschritts wird die Kraftanregung auf die Statorzähne
ermittelt. Die Kraftanregung wird einer Frequenzanalyse unterzogen und auf
ein mechanisches Modell, welches neben Stator und
Rotor auch das Gehäuse, die Welle, die Kugellager und die Gehäusedeckel
besitzt, für einzelne Frequenzen übertragen und eine strukturdynamische
Berechnung durchgeführt. Resultat ist die Verformung der Maschine. Mit der
Verformung ist es nun möglich akustische Größen, wie z.B. den Körperschall,
zu berechnen.
Zur Ermittlung Kraftanregung sind zwei
Vorgehensweisen bekannt. Nahe liegend ist es, wie für die
Verformungssimulation auch für die elektromagnetische Berechnung der
Maschine, 3-dimensionale Simulationen durchzuführen. Dies erfordert einen
erhöhten Rechenaufwand und schränkt somit die Frequenzauflösung der folgenden
Rechenschritte stark ein. Die alternative Vorgehensweise ist es, die Maschine
in Scheiben zu unterteilen und die einzelnen Scheiben mittels 2-dimensionaler
Feldrechnung zu simulieren. Die Problematik besteht nun vielmehr in der
Auswahl der Kraftangriffspunkte und der Transformation der Kräfte auf das
3-dimensionale, strukturdynamische Modell.
Im Rahmen der Diplomarbeit sollen beiden
Rechenwege für den gleichen elektrischen Lenkhilfeantrieb nachvollzogen
werden. Ziel ist es, zu ermitteln, ob der 2-dimensionale Ansatz eine genügend
exakte Aussage für die akustischen Größen zulässt.
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