Sounddesign eines Ford GT40 inkl. Generatorrealisierung

Aus HSHL Mechatronik
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Abb. 1: Motorraumgeräusch eines Fiat 500 verglichen mit einem E-Fahrzeug

Autor: Nkounie Yangan, Audrey
Betreuer: Prof. Schneider
Art: Bachelorarbeit
Projektlaufzeit: SoSe 2019


Thema

Elektrofahrzeuge müssen nach EU Verordnung zukünftig durch Soundgeneratoren hörbar werden.Das Thema dieser Bachelorarbeit ist "Sounddesign eines Ford GT40 inkl. Generatorrealisierung".

Ziel

In dieser Bachelorarbeit ist ein Soundgenerator für ein E-Fahrzeug zu realisieren.

Einleitung

Unter Sounddesign versteht man die Gestaltung und die Verarbeitung von verschiedenen Tönen, in denen entsprechende Maßnahmen und Werkzeuge entwickelt und eingesetzt werden müssen, um schwingungstechnisches Problem zu vermeiden und maximalen Komfort zu gewährleisten. [1] Der Einsatz dieser innovativen Methoden und Systeme in Elektroautos zielt nicht nur auf Komfortbedürfnisse, sondern auch auf Sicherheit. In der Tat haben die Elektromotoren eine Besonderheit, dass die Lautlose sind. Da dieser Aspekt ihres Designs nicht veränderbar ist, setzten die Fußgänger, insbesondere Schwerhörige oder Minderhörige, einer Gefahr aus. Wenn diese Motoren mit einer Geschwindigkeit von weniger als 20 km / h fast kein Sound abgeben, ist es für den Fußgänger schwierig zu erkennen, dass beispielsweise in der nächsten Kurve ein Auto auf sie zukommt oder ein anderer versucht, den Parkplatz zu verlassen. Besorgt über diese Problemstellung, aber auch wegen des neuen Gesetzes, das für Elektroautos in Kraft trat, reichte die Firma Schütte Consulting diese in Form von einer Bachelorarbeit ein.

Vorstellung der Schuette Consulting GmbH

Allgemein

  • Gegründet in 1987 bei Siegfried Schuette
  • rationelle Zusammenschluss von eigene Unternehmen und vertragsgebundenen Partnerbetrieben

Heute

  • über 250 Mitarbeiter
  • 2 Standorten

Tätigkeitsfelder

  • Unterstützung bei Werkzeug- und Formenbau
  • CAD Entwicklung, Design und Konstruktion von Bauteilen und/oder Baugruppen in 2D/3D mit Volumenmodellierer und Flächenabteilung
  • Beratung hinsichtlich Qualitätssicherung und Auftragsabwicklung

Aufgabenstellung

  1. Lastenheft studieren
    1. Eingangsparameter: Gaspedalstellung
    2. Simulation der Drehzahl anhand der Gaspedalstellung
  2. Ansteuerung eines bestehenden Soundsystems über CAN mit Arduino
    1. DBC-File für bestehendes Soundsystem besorgen. Welches Signal wird mit welcher CAN-Nachricht versendet? Was sind die Eingangsparameter des Soundmoduls?
    2. Notwendige Hardware bestellen (Gaspedal, Arduino, CAN-Shield, etc.)
    3. Ansteuerung des bestehenden Soundmoduls über CAN mit Vector CANoe
    4. Umsetzung mit Arduino und CAN-Shield.
      1. Einlesen des analogen Eingangssignals vom Gaspedal.
      2. Simulation der Drehzahl anhand der Gaspedalstellung.
      3. Versandt der passenden CAN-Nachrichten an das Soundmodul.
  3. Test und Bewertung des Ergebnisses
  4. Dokumentieren Sie Ihre Vorgehensweise fortlaufend wissenschaftlich und präsentieren Sie Ihr Ergebnis.
  5. Wiki Artikel über das Projekt schreiben.


Theorie des Sounddesign für den Ford GT40

Das Sounddesign umfasst ein ganzes System mit Daten sowohl am Eingang als auch am Ausgang. Daher ist es wichtig zu wissen, wie der Sound von einem Eingangsparameter zu einem Ausgang hier der Lautsprecher übertragen wird.

Wie im Abbildung 1 ersichtlich ist, Das Sounddesign ist abhängig von den verschiedenen Parametern wie die Geschwindigkeit, Gaspedalstellung verschiedenen Soundquellen wie der Motoroder die Reifen. In Ovalen sind die unterschiedlichen Eingangsparameter, die modelliert werden, dargestellt und in Feldern sind die verschiedenen Soundquellen. Damit der Ausgang realistischer klingt, kann einer Doppler-Effekt angewendet werden. Abbildung 1 Der hier entwickelte Ford GT40 verfügt, wie bereits erwähnt, über das Merkmal, dass er mit einem Tesla S-Motor ausgestattet sein wird, bei dem es sich um einen Elektromotor handelt. Da die Elektromotoren keine Geräusche abgeben, kommt hier als Sounddesign, ein aktives Sounddesign im Einsatz.

Active Sounddesign (ASD) kann als eine Audioanwendung für Automobile, bei der der Sound des Automotors auf der Grundlage verschiedener Motorparameter wie Drehzahl und Gaspedal erzeugt wird. Es ist hinsichtlich basiert auf denselben Elementen wie jedes Active Noise Cancellation (ANC) -System (siehe Abbildung 2). Das heißt um das interne Rauschen zu minimieren, nähert sich die Signalverarbeitung dem Zielgeräusch Null. Wenn jedoch ein Zielsignal ungleich Null aus Zustandsvariablen wie Motordrehzahl und Motorlast abgeleitet wird, optimiert das aktive System automatisch das Lautsprecherausgangssignal, um dem Ziel entsprechende Restsignale zu erhalten [2] Motordaten und Geräuschparameter werden vom CAN-Bus des Fahrzeugs gelesen. Dadurch sind für diese Daten keine zusätzlichen Sensoren und keine zusätzliche Verkabelung erforderlich, eine CAN-Verbindung ist ausreichend. Diese Integration ist sowohl für Außen- als auch für Innensysteme möglich.

Das bestehende Soundsystem hier ist das Mashaust Soundsystem.Das Maxhaust Sound System ist ein aktives Soundsystem, mit dem den Sound eines Autos gesteuert werden kann, unabhängig davon, ob die Daten von der mobilen Applikation des Maxhaust Soundsystem oder von den Eingabeparameter des Autos erhalten wurden. Diese Daten sind einschließlich der Motordrehzahl, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder der Gaspedalstellung.

Der generierte Sound wird in Echtzeit einen realistischen Motorsound von den Soundgeneratoren erzeugt. Dieser Sound ist somit aggressiver, leistungsstärker und sowohl für Benziner als auch für Dieselmotoren anwendbar. Die Anbindung von bis zu vier Aktoren ist mit diesem System möglich.Das hier verwendete Maxhaust Soundsystem ist, das für einen Tesla S Motor programmierte System (siehe Abbildung 3).

Unter diesen Komponenten unterscheidet sich Das Maxhaust Soundmodul oder




Benötigte Hardware/Bauteile und Dateien/Software

Hardware-Komponenten und elektrische Bauteile

Software-Komponenten und Dateien

Ansteuerung Maxhaust Soundsystem mit CANoe

== Umsetzung mit Arduino und CAN-BUS Schield

Ergebnisse

== Fazit und Ausblick

Fazit

Ausblick

Literatur

Anlagen

Anforderungen

  • Wöchentliche Gespräche mit dem Projektleiter Hr. Schütte
  • Eigenverantwortliches Handeln


Ursprüngliche Aufgabenstellung vom 8.1.19

  1. Lastenheft studieren
    1. Eingangsparameter: Drehzahl
  2. Literaturrecherche zum Thema Sounddesign. Mögliche Ansätze
    1. Computerspiele
    2. Filmindustrie
    3. Automobilhersteller z.B. Fa. Paragon in Dellbrück
    4. Publikationen (IEEE)
    5. [https://www.cs.unc.edu/Research/assist/et/2005/SoundSynthesizer.html So.

Getting Started

  • Lesen Sie die Artikel zu den Vorarbeiten
  • Meeting am 08.01.2019
  • Anforderungen müssen definiert werden
    • Was sind die Eingangsparameter (Geschwindigkeit, Drehzahl, Gaspedalstellung,...)?
    • Ist eine prototypische Umsetzung auf einem PC möglich?
  • Meeting vom 05.04.19
    • Aufgabenstellung angepasst (s.o.).
    • Detaillierter Projektplan bis 8.4.19 an Prof. Schneider
      • DBC-File für bestehendes Soundsystem besorgen. Welches Signal wird mit welcher CAN benötigt. Dauer: 1 Tag
      • Hardware bestellen
      • Funktionsnachweis mit Vector CANoe. Dauer: 1 Woche
      • Umsetzung mit Arduino und CAN-Shield. Dauer: 1 Monat
      • Simulation der Drehzahl: Dauer: 1 Woche
      • Systemtest
    • Meilensteine festlegen.
    • Projekttracking als Kanban-Board



Unterlagen

Datei:Présentation.pdf


Weblinks



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  1. ↑ Genuit, Klaus: ed. Sound-Engineering im Automobilbereich: Methoden zur Messung und Auswertung von Geräuschen und Schwingungen. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2010.
  2. ↑ Scheuren, Joachim; Schirmacher, Rolf; Hobelsberger, Josef: Active Design of Automotive Engine Sound. In:The 2002 International Congress and Exposition on Noise Control Engineering. Dearborn, MI, USA, 2002.
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