AIP liefert modularen Allrad-Rollenprüfstand für BMW Aeroakustik-Windkanal
Die BMW Group hat im Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) einen neuen Aeroakustik-Windkanal in Betrieb genommen – einen der größten und leisesten der Welt. Dieser Windkanal ist Teil des Aeroakustik- und E-Antriebszentrums (AEZ) und ermöglicht hochpräzise Messungen von Fahrzeuggeräuschen unter realistischen Fahrbedingungen. Ein zentrales Element dieser Anlage ist ein von AIP gelieferter, akustisch optimierter Allrad-Rollenprüfstand mit modularem Wechselsystem. Damit kann BMW verschiedene Fahrsituationen inklusive Antrieb und Fahrtwind im Windkanal nachstellen, ohne das Fahrzeug umzusetzen.
AIP konnte mit unserem Prüfstand einen wichtigen Beitrag zu diesem Gesamtprojekt leisten. Die Prüftechnik von AIP – bestehend aus dem 9-m-Drehteller (inklusive integrierter Fahrzeug-Hebebühne), dem Allrad-Rollenprüfstand sowie mehreren austauschbaren Bodensegmenten – wurde speziell für die Anforderungen des neuen Akustik-Windkanals entwickelt und geliefert. Diese Komponenten von AIP sind integraler Bestandteil des Windkanals und ermöglichen der BMW Group, Aeroakustik und Fahrgeräusche ihrer Fahrzeuge unter unterschiedlichsten Bedingungen zu erforschen.
AIP lieferte die komplette Prüfstandstechnik für den Windkanal. Dazu gehört zunächst der große Drehteller mit 9 m Durchmesser, der in den Boden des Windkanals integriert ist. Dieser Drehteller dient als rotierende Plattform für das Testfahrzeug und bildet die Basis des Modulwechselsystems. Er kann Fahrzeuge bis 5 Tonnen Gewicht aufnehmen und präzise um ±20° drehen, um z. B. Seitenwind-Anströmungen zu simulieren. Die Positionierung ist sehr exakt mit einer Winkelgenauigkeit besser als 0,05°. Der Drehteller-Antrieb ist elektromechanisch und so leise ausgeführt, dass während akustischer Messungen ein Drehgeräuschpegel von nur etwa 35 dB(A) erreicht wird – eine wichtige Voraussetzung für valide Geräuschmessungen im Windkanal. Außerdem ist der Drehteller schwingungstechnisch vom restlichen Prüfstand entkoppelt, um keine Vibrationen oder Geräusche zwischen Antrieb (Rollen) und Windkanalboden zu übertragen.
In den Drehteller integriert ist eine Fahrzeug-Hebeplattform, die von AIP mitgeliefert wurde. Diese Hubeinrichtung kann ein Fahrzeug an seinen Rädern anheben (bis ca. 1,9 m Hubhöhe). Damit können Ingenieure am aufgesattelten Fahrzeug Unterboden-Arbeiten durchführen oder das Fahrzeug für den Modulwechsel angehoben lassen, ohne es aus dem Windkanal zu bewegen. Die Hubvorrichtung ist auf alle Fahrzeugtypen der BMW Group ausgelegt und trägt bis zu 4 × 1.300 kg. Durch die Radaufnahme an den Rädern wird ein Ausfedern der Radaufhängung vermieden, sodass das Fahrzeug reproduzierbar positioniert bleibt.
Herzstück der AIP-Lieferung ist der Allrad-Rollenprüfstand. Dieser umfasst vier große Rollen (Durchmesser ca. 1,91 m) – jeweils eine pro Rad – und erlaubt die Simulation von Fahrten bis 250 km/h innerhalb des Windkanals. Jeder Rollensatz wird von einem eigenen Elektromotor angetrieben, sodass Allradsysteme realistisch getestet werden können. AIP hat bei diesem Prüfstand besonderen Wert auf akustische Optimierung gelegt: Die Laufrollen sind präzise feingewuchtet und mit einem speziellen Straßenbelag gemäß ISO 10844 beschichtet, der typische Straßenoberflächen nachbildet. Die Antriebe sind wassergekühlt und schallgedämmt, um Eigen-Geräusche minimal zu halten. Somit fügt sich unser Rollenprüfstand optimal in den leisen Windkanal ein, ohne die empfindlichen Akustik-Messungen zu stören.
Zum Lieferumfang gehörte außerdem die komplette Steuerungs- und Automatisierungssoftware für das Gesamtsystem. AIP stellte die Prüfstandssoftware bereit, die sowohl den Drehteller mit Modulwechselsystem als auch den Rollenprüfstand kontrolliert. Diese Software wurde an das BMW-Windkanal-Leitsystem angebunden, fungiert aber auch eigenständig: Über eine separate Bedienoberfläche lässt sich der gesamte Prüfstand autark bedienen und warten. Eine zweite Bedienkonsole im Windkanal-Plenum ermöglicht es, direkt vor Ort den Drehteller zu steuern. Durch diese Integration kann BMW den Prüfstand einfach in ihre Testabläufe einbinden, wobei Sicherheitssysteme mit der Windkanalsteuerung gekoppelt wurden.
Prüfstandsfunktionen und Einsatz im Entwicklungsbetrieb
Mit der gelieferten AIP-Prüfstandstechnik kann BMW im neuen Windkanal vielfältige Versuche durchführen, die zuvor in getrennten Einrichtungen erfolgen mussten. Insbesondere lassen sich Windgeräusche und Abrollgeräusche getrennt oder kombiniert analysieren. Der Akustik-Windkanal ist so ausgelegt, dass er sowohl aerodynamische Untersuchungen (nur Wind, Fahrzeuge statisch) als auch Rollgeräusch-Untersuchungen (fahrender Antrieb, mit/ohne Wind) ermöglicht.
Der kombinierte Einsatz von Wind- und Rollbetrieb ist ein Alleinstellungsmerkmal dieser Anlage. In der Praxis kann BMW damit z. B. folgende Szenarien im Labor nachstellen: realistische Autobahnfahrten bei 140–250 km/h inklusive Fahrtwind, Rekuperations- oder Auslauf-Tests zur Untersuchung von Dröhngeräuschen im Antriebsstrang oder Vergleichsmessungen von Windgeräuschpegeln mit verschiedenen Rad-/Reifen-Kombinationen.
BMW setzt den Prüfstand insbesondere ein, um die Akustik seiner immer leiseren Fahrzeuge zu optimieren. Bei E-Fahrzeugen rücken Wind- und Abrollgeräusche stärker in den Vordergrund, da kein Verbrennungsmotorgeräusch sie überdeckt. Der neue Windkanal mit AIPs Rollenprüfstand ermöglicht hier wegweisende Fortschritte. Die Entwicklungsingenieure können nun schnell zwischen unterschiedlichen Testkonfigurationen wechseln und nach einer aerodynamischen Messung in kürzester Zeit zu einer Akustik-Messung unter Antriebslast wechseln, ohne das Fahrzeug aus dem Windkanal zu nehmen.
Ein weiterer wichtiger Anwendungsfall ist die Untersuchung der Aeroakustik bei Seitenwind. Durch die Drehtellerfunktion lässt sich das Fahrzeug gegenüber der Anströmung um bis zu ±20° drehen. In Kombination mit dem Rollenprüfstand können so auch schräg angeströmte Fahrten simuliert werden.