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Die Renault-Gruppe
Von Sheelagh Kononenko
13 Sep 2011
Renault stand vor der Aufgabe, das vorhandene System zu optimieren und die Zeit auf dem Prüfstand zu verkürzen. Erreicht werden sollte dies durch Vereinfachung von Setup, Datenverarbeitung und Messwertvalidierung vor der Ausführung der Batch-Berechnungen.
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Automobilindustrie | Fallstudie
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Eine weitere wichtige Forderung an die Ingenieure von Renault war eine neue Berichtsfunktion. Das übergeordnete Ziel bestand darin, den Arbeitsablauf und die Berechnungen in Verbindung mit dem Messprozess zu vereinfachen, um die unproduktive Zeit zu verkürzen, wenn nach einem vorgegebenen Verfahren gemessen wird.
Das Unternehmen
Der Renault-Konzern mit Hauptsitz in Boulogne-Billancourt, Frankreich, wurde 1899 von Louis Renault und seinen Brüdern Marcel und Fernand unter dem Namen Société Renault Frères gegründet. Sie machten sich schnell einen Namen, indem sie mit ihren Voiturettes (Kleinwagen) eine Reihe von Autorennen gewannen. In der Tat wurde Renaults Ruf als Innovator bereits sehr frühzeitig erworben – 1902 brachte Renault die erste Limousine in Produktion und ließ sich den ersten Turbolader patentieren. 1996 wurde das Unternehmen unter dem Namen Renault S.A. privatisiert. Heute ist Renault in 118 Ländern vertreten und beschäftigt mehr als 127.000 Mitarbeiter. Zu den Marken gehören Renault, Dacia und Renault Samsung Motors. Renault-Nissan verkaufte 2010 weltweit 7.276.398 Fahrzeuge.
Renault ist nicht nur für sein unverwechselbares Design, sondern auch für seine Sicherheitssysteme bekannt und ist gegenwärtig der Automobilhersteller mit der größten Anzahl Modelle, die in den Crash-Tests von EuroNCAP die maximale Bewertung von 5 Sternen erreichen. In Lardy, 40 km südlich von Paris, erstreckt sich das leitende Prüfzentrum für Renaults Antriebsstrangtechnik auf einer Fläche von über 130 Hektar. Mit 13 km Teststrecken und mehr als 250 Prüfständen verschiedener Art sind dort fast 2.000 Mitarbeiter beschäftigt. In der NVH-Abteilung widmen sich mehr als 70 von ihnen den verschiedenen Geräuschen im Antriebsstrang in spezialisierten Prüfeinrichtungen, die zu den modernsten in Europa gehören. Der NVH-Entwicklungsprozess| „Der NVH-Entwicklungsprozess ist eine Parallele zwischen Motor und Antriebsstrang einerseits und dem Gesamtfahrzeug andererseits“ |
NVH ist ein kritischer Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Die Wahrnehmung durch die Kunden ist ein wichtiger Faktor der Fahrzeugqualität. Deshalb wird der Motorklang so gestaltet, dass unangenehme Geräusche vermieden und begrenzt werden, während andere optimiert werden, um möglichst angenehm zu klingen. Jean-Marc Kieffer, NVH-Ingenieur und Experte für vom Antriebsstrang abgestrahlte Geräusche, arbeitet seit 21 Jahren bei Renault. Er erläutert: „Der NVH-Entwicklungsprozess ist eine Parallele zwischen Motor und Antriebsstrang einerseits und dem Gesamtfahrzeug andererseits. Diese nähern sich im Endeffekt aneinander an, um relevante Lösungen für beide Seiten zu erhalten. Bei diesem Prozess besteht die Rolle der Antriebsstrang-Abteilung darin, die Geräusche und Schwingungen des Antriebsstrangs zu charakterisieren, die Ergebnisse mit den Anforderungen bzw. Spezifikationen zu vergleichen und anforderungsgemäße technische Lösungen zu erarbeiten, zu überarbeiten und zu optimieren. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass durch den im Fahrzeug eingebauten Antriebsstrang kein Lärmproblem für den Kunden entsteht.“ Die Herausforderung| „Wenn man die Kohlendioxidemission senken will, muss man Injektionsparameter ändern und dies wirkt sich ungünstig auf den Geräuschpegel aus. Auch andere Regeln und Vorschriften führen häufig zu Konflikten – und wir müssen deshalb Kompromisse finden.“ |
In Verbindung mit der Schallquellenortung an Antriebsstrang und Motoren betrachtete Renault die Array-Anwendungen von Brüel & Kjær für Beamforming- und Holographie-Messtechniken, um standardisierte Benchmark-Tests zu ermöglichen. Für Renault ist es wichtig, standardisierte Schallleistungswerte zu erhalten und zu dokumentieren, nicht nur um Rechtsvorschriften für Fahrzeuge einzuhalten, sondern auch als wichtiger qualitativer Wettbewerbsfaktor in den Bereichen Technik, Forschung und Entwicklung. Jean-Marc Kieffer erläutert: „Wir interessieren uns vor allem für zwei Bereiche. Erstens den rechtlichen Aspekt – den vom Fahrzeug einzuhaltenden Schallpegel, beispielsweise bei der Vorbeifahrt – und zweitens den Kundenkomfort. Daneben gibt es noch die Schadstoffproblematik mit den zugehörigen Regelungen und Rechtsvorschriften. Diese stehen häufig im Widerspruch mit den Fahrzeuggeräuschen. Wenn man zum Beispiel die Kohlendioxidemission senken will, muss man Injektionsparameter ändern und dies wirkt sich ungünstig auf den Geräuschpegel aus. Auch andere Regeln und Vorschriften führen häufig zu Konflikten – und wir müssen deshalb Kompromisse finden.“
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Um die Effizienz der Prüfungen zu verbessern, musste Renault sein bestehendes Brüel & Kjær System optimieren und die auf dem Prüfstand verbrachte Zeit verkürzen. Renault wollte die den Batch-Berechnungen vorausgehenden Schritte – Setup, Datenverarbeitung und Messwertvalidierung – vereinfachen. Eine weitere wichtige Forderung war eine neue Berichtsfunktion. Das übergeordnete Ziel bestand darin, den Arbeitsablauf und die Berechnungen in Verbindung mit dem Messprozess zu vereinfachen, um die unproduktive Zeit zu verkürzen, wenn nach einem vorgegebenen Verfahren gemessen wird. Es ist deshalb wichtig, die Schallquellen mit zuverlässigen, schnellen und genauen Methoden orten und quantifizieren zu können. Herr Kieffer drückt es so aus: „Ein großer Teil unserer Arbeit besteht darin, unsere Prozesse zu optimieren und die Entwicklungskosten oder -dauer zu reduzieren, insbesondere bei NVH-Messungen, die mit einer Reihe kostenaufwendiger Systeme verbunden sind. Die Möglichkeit, Lösungen am selben Prototyp zügig validieren zu können, ist ein weiterer großer Vorteil schneller Fehlersuchtests.“ Für Brüel & Kjær bestand die Herausforderung darin, den Arbeitsablauf und die Berechnungen in Verbindung mit dem Messprozess zu vereinfachen, um die Dauer der standardisierten Prüfungen zu reduzieren. Lösungsvorschlag
Um die Anforderungen von Renault zu erfüllen, schlug Brüel & Kjær eine Reihe von Verbesserungen an der vorhandenen Version des Beamforming- und SONAH-Systems zusammen mit einer Software zur Schallquellenidentifizierung in PULSE vor. Die Schallquellenidentifizierung wurde als Methode ins Auge gefasst, um die Schallleistung für vordefinierte Bereiche an einem Motor bzw. Antriebsstrang zu charakterisieren. Diese Lösung würde Renault ermöglichen, die für standardisierte Benchmark-Tests notwendigen Messungen mit Hilfe einer einfachen und effizienten Benutzeroberfläche durchzuführen – von der Einrichtung der Messwerterfassung bis zur Dokumentation der Ergebnisse in Microsoft® Excel®.
Brüel & Kjær unterbreitete folgende Vorschläge:
- Vereinfachtes Setup für Messwerterfassung und grafische Benutzeroberfläche
- Vordefinierte Einstellungen für Berechnungen an den verschiedenen Seiten eines Motors
- Automatische Berechnungseinstellungen vereinfachen den Prozess sowie die Nachverarbeitung
- Kombination von stationären Beamforming- und SONAH-Berechnungen am selben Datensatz
- Batch-Berechnungen werden über Nacht verwaltet und ausgeführt
- Schallleistungsbereiche werden als Teil der Berechnungseinstellungen definiert
Einzigartige Array-AnordnungBeim Arbeiten mit Arrays am laufenden Automotor ist es in der Praxis schwierig, das Array dicht an Flächen zu positionieren, die vorspringende Teile enthalten, die sich nicht entfernen lassen. Um dem abzuhelfen, besitzt das Array von Brüel & Kjær abnehmbare äußere Sektoren. Wenn ein Sektor entfernt wird, kann das Array beispielsweise eine Antriebswelle umspannen und trotzdem die gesamte Motorseite abdecken. Das Fehlen eines Sektors wird von der Funktion zur Kabelbrucherkennung im Frontend des Analysators automatisch erkannt und die fehlenden Messpunkte werden bei den nachfolgenden Berechnungen automatisch ignoriert. | „Vor einigen Jahren verwendeten wir Intensitätsmessungen. Damals dauerte eine komplette Messung für einen Antriebsstrang ungefähr eine Woche. Seitdem konnten wir die Zeitdauer für die Ermittlung der Charakteristik von fünf Tagen auf einen oder zwei Tage reduzieren.“ |
Renault stimmte den Vorschlägen zu. „Das wichtigste Gebiet, auf dem wir mit Brüel & Kjær zusammenarbeiten, ist das Identifizieren und Quantifizieren von Geräuschquellen“, sagt Herr Kieffer. „Vor einigen Jahren verwendeten wir Intensitätsmessungen. Damals dauerte eine komplette Messung für einen Antriebsstrang ungefähr eine Woche“, erläutert er. „Renault und Brüel & Kjær arbeiteten gemeinsam an der Verbesserung der Messverfahren für die Schallleistung und wir entschieden uns für das neue Array. Seitdem konnten wir die Zeitdauer für die Ermittlung der Charakteristik von fünf Tagen auf einen oder zwei Tage reduzieren. Darüber hinaus können wir jetzt Informationen erhalten, die Intensitätsmessungen nicht liefern können. Bei höheren Frequenzen erhält man eine höhere Auflösung als mit Intensitätsmessungen, auch wenn man an dicht nebeneinander liegenden Punkten misst, und die Auflösung der NSI-Lokalisierung wird verbessert. Die Schallquellencharakteristik lässt sich auch für nichtstationäre Betriebsweisen ermitteln, insbesondere beim Hochlaufen. Für uns ist das eine Möglichkeit, das Verhalten des Motors zum Beispiel während einer Vorbeifahrtmessung zu simulieren.“ Eine zehnjährige GeschäftsbeziehungDie Beziehung zwischen Brüel & Kjær und Renault reicht mehr als zehn Jahre zurück und kam aus mehreren Gründen zustande. Herr Kieffer erläutert: „Zunächst einmal ist Brüel & Kjær weltweit als Mikrofonhersteller bekannt und gilt als einer der besten. Für uns war es wichtig, als Basis für unsere Messkette einen guten Sensor zu verwenden. Das ist ein Grund für unsere Wahl. Ein anderer besteht darin, dass Brüel & Kjær im Bereich der Schallleistungsmessung am fortschrittlichsten war – sowohl mit Intensitätssonde als auch mit Array. Deshalb wählten wir vor zehn Jahren ein Holographiesystem mit nichtstationärer STSF (räumliche Transformation von Schallfeldern) von Brüel & Kjær. Nachfolgend verbesserte Brüel & Kjær seine Systeme weiter und wir wurden in unserer Wahl bestärkt, als Brüel & Kjær das kombinierte System mit Holographie- und Beamforming-Technik vorschlug. Für uns war es von größter Bedeutung, für Beamforming und Holographie denselben Sensor und dasselbe Messwerterfassungssystem einsetzen zu können. Wir konnten unsere Produktivität steigern, da während der Messungen keine Änderungen vorgenommen werden mussten. Darüber hinaus war die Wahl der PULSE Plattform für uns eine Garantie, in Bezug auf Hardware und Software eine vielseitige, erweiterbare und nachhaltige Lösung zu erhalten. Ein weiterer entscheidender Faktor war die Fähigkeit zur Zielgrößenbestimmung und Datenkorrelation, z.B. Akustik gegenüber Vibration, mittels Datenmanagement mit dem PDM-Tool von PULSE." Die Zukunft| „Ob Benzin-, Hybrid- oder Elektromotoren – die Entwicklungsarbeit muss schnell und effizient erfolgen. In unserer Branche steht man ständig unter Druck“ |
Die Automobilindustrie sieht sich zunehmend unter Druck gesetzt, kostengünstiger zu produzieren und zugleich immer anspruchsvollere und verfeinerte Fahrzeuge auf den Markt zu bringen. Ein Beispiel dafür ist die Entwicklung elektrischer und hybrider Antriebsstränge, die eines der am schnellsten wachsenden Segmente in der Branche darstellen. Herr Kieffer erläutert: „In Bezug auf Energie und Umweltschutz besteht unser Problem im extremen Druck auf kürzere Entwicklungszeiten. Ob Benzin-, Hybrid- oder Elektromotoren – die Entwicklungsarbeit muss schnell und effizient erfolgen. In unserer Branche steht man ständig unter Druck.“ Er fährt fort: „Wir haben weniger Zeit, weil die Verhältnisse sich immer schneller ändern. Es gibt kritische Faktoren, die uns zwingen, möglichst schnell Antworten zu finden, zum Beispiel in Bezug auf Energieverfügbarkeit und das Problem der Umweltbelastung. Sie erfordern eine schnelle Reaktion und wir müssen noch effizienter arbeiten als wir es heute tun.“
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Bei Renault geht es jedoch nicht nur um Prüfzeiten. Diese konnten mit Hilfe von Array-Messungen weitgehend reduziert werden. Herr Kieffer meint dazu: „Die nächste große Herausforderung besteht darin, die Nachverarbeitung der Daten entscheidend zu verbessern. Einer der Gründe dafür ist, dass wir es heute mit sehr großen Datenmengen zu tun haben. Beispielsweise ist es heute möglich, das Verhalten des Antriebsstrangs unter nichtstationären Bedingungen zu messen – die Nachverarbeitung der Messwerte ist jedoch sehr zeitaufwendig. Für uns ist es eine Herausforderung und vorrangige Aufgabe, die Nachverarbeitung und Datenspeicherfähigkeit zu verbessern.“ Mit dem Einzug der Technologien, die die Entwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeuge vorantreiben, hat sich die Sicht auf NVH in der Automobilbranche verändert. „Man braucht nur einen kleinen Test an einem Elektrofahrzeug auszuführen“, so Herr Kieffer, „um sofort festzustellen, dass das Geräusch ganz anders ist als bei herkömmlichen Fahrzeugen.“ Er fährt fort: „Es ist klar, dass wir neue Verarbeitungsmethoden, Algorithmen usw. entwickeln müssen, um die Leistung unserer Systeme bei den hohen Frequenzen zu verbessern. Ein anderer Aspekt der Problematik bei Elektromotoren ist der sehr niedrige Schallpegel des Motors im Vergleich zu anderen Komponenten. Für uns ist es äußerst wichtig, dass wir auch weiterhin die Geräusche analysieren und ihre Quellen beurteilen und lokalisieren können. Vor kurzem hat Brüel &Kjær auf unseren Wunsch sein Beamforming-System durch eine Option zur Ordnungsfilterung erweitert. Diese ist für Untersuchungen an Motoren von großer Bedeutung.“ | „Man kann die Anzahl kostspieliger Prototypen reduzieren. Man kann auch die Anzahl der Stunden auf dem Prüfstand reduzieren.“ |
Abgesehen von den vielen neuen Technologien, die in der Automobilindustrie Einzug gehalten haben, ist Herr Kieffer davon überzeugt, dass auch der schnelle Austausch von Daten und Abbildungen ein absolutes Muss ist. „Dies ist wichtig“, erläutert er, „weil die Zusammenarbeit mit anderen Menschen häufig schneller und einfacher vonstatten geht, wenn man ihnen eine Animation oder Kartierung zeigt, auf der die verschiedenen Schallquellen bei verschiedenen Frequenzen oder Motordrehzahlen deutlich erkennbar sind. Eine weitere Möglichkeit stellen Audiodateien dar.“ Animation und Simulation gewinnen deshalb zunehmend an Bedeutung und stellen eine Möglichkeit zum Verkürzen des Entwicklungsprozesses dar, weil sie genauere Berechnungen erlauben. Dies lässt sich auf verschiedene Weise ausnutzen. „Man kann den Entwicklungsprozess so modifizieren, dass eine größere Anzahl von Berechnungen in den ersten Phasen des Prozesses und nicht so viele Berechnungen in der späteren Phase durchgeführt werden“, so Herr Kieffer, „damit lässt sich die Anzahl der kostspieligen Prototypen reduzieren. Man kann auch die Anzahl der Stunden auf dem Prüfstand reduzieren. Bei der Entwicklung ist es optimal, wenn man präzise Messergebnisse liefern kann, um neue Berechnungsmethoden verbessern und validieren zu können, insbesondere bei komplexen Sachverhalten wie den von Motoren abgestrahlten Geräuschen. Zweifellos werden die kommenden Jahre interessante Herausforderungen für Renault und Brüel & Kjær bringen – Herausforderungen, die unsere Zusammenarbeit stärken werden, mit dem Ziel, Komfort und Leistung der nächsten Fahrzeuggeneration zu verbessern.“
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