EINE FRAGE DES GEFÜHLSDas Ziel von Automobilherstellern im Allgemeinen ist es, die Ermüdungsphase des Fahrers so lange wie möglich

hinauszuzögern. Der Anspruch von Mercedes-Benz dagegen lautet „leistungsfördernder Komfort“. Mit zahlreichen

Verbesserungen kommt die neue C-Klasse diesem Anspruch wieder ein großes Stück näher.

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C-KLASSE KOMFORT

Komfort

GERÄUSCH- UND SCHWINGUNGSKOMFORT

Der Geräusch- und Schwingungskomfort der neuen C-Klasse ist ein wesentlicher Bestandteil des leistungsfördernden Komforts. Neben der Unterstützung durch die Fahrerassistenzsysteme und einem hohen Sitz- und Klimakomfort trägt er dazu bei, die Belastung des Fahrers insbesondere auf langen Strecken zu redu-zieren und damit seine Leistungsfähigkeit aufrecht zu halten.

Geräusch- und Schwingungskomfort wird dabei als integrale Größe über verschiedene Fahrzustände erlebt. Das Fahrzeug muss deshalb in Bezug auf verschiedene Anregungen und damit auf eine hohe Zahl von unterschiedlichen Geräusch- und Schwingungsphänomenen unempfindlich ausgelegt werden. Nur eine optimierte Strukturdynamik der Karosserie und eine wirksame Schallisolation ermöglichen einen ausreichenden Abstimmspielraum für die Integration verschiedener Motoren, Triebstränge und Fahrwerke.

Wesentliche Gesichtspunkte für den Geräuschkomfort sind das Abroll-, Antriebs- und Windgeräusch – letzteres ist eng verwandt mit den Themen Aerodynamik und Schmutzfreihaltung. Beson-ders wichtig für den Schwingungskomfort sind fahrbahnerregte Schwingungen, die Unempfindlichkeit gegenüber Rad-/Reifenun-wuchten und das Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs.

KAROSSERIESTRUKTUR

Eine steife und robuste Auslegung der Karosserie erfordert frühzeitig eine integrale Betrachtungsweise unter Berücksich-tigung der Anbauteile (Türen, Sitze, Cockpit, etc.), des Fahr-werks und der Antriebsstränge. Mithilfe von Finite-Elemente-Methode-(FEM-)Modellen des Rohbaus und des Gesamtfahr-zeugs wird der Entwicklungsprozess durchgängig begleitet, um das Schwingungs- und Akustikverhalten des Fahrzeugs bis 500 Hz zu optimieren. Neben einer Erhöhung der Gesamtfahr-zeugsteifigkeit lag dabei besonderes Augenmerk auf den Anbin-dungsstellen zwischen der Karosserie und dem Fahrwerk beziehungsweise dem Antriebsstrang. Um die Körperschall-übertragung an diesen Pfaden zu minimieren, ist es notwendig, ein ausreichendes Abkoppelverhältnis zwischen Lagersteifig-keit einerseits und Einleitungssteifigkeit andererseits herzustel-len. Im neuen Modell konnten deutliche Steigerungen der Ein-leitungssteifigkeiten erzielt werden, die eine Reduktion des Geräuschpegels im Innenraum nach sich ziehen, ➊.

AUTOREN

WOLFGANG KAUKE ist Leiter NVH Gesamt-

versuchsanalyse & -synthese bei der Daimler AG.

DR. GUNDRAM KAMMLER ist Teamleiter Strukturdynamik 1

bei der Daimler AG.

MATEJ GLAVAC ist Entwicklungsingenieur im Bereich NVH-Auslegung Gesamtfahrzeug und

Karosserie bei der Daimler AG.

YVONNE HEMMERICH ist Entwicklungsingenieurin im

Bereich Auslegung und Versuch Akustik/Schallisolation bei der

Daimler AG.

WOLFGANG SIEGL ist Entwicklungsingenieur im Bereich NVH-Triebstrangintegration C-Klasse

bei der Daimler AG.

BERND FELGNER ist Entwicklungsingenieur im Bereich

Betätigungs- und Funktionsgeräusche bei der Daimler AG.

➊ Vorbausteifigkeit

85 Mai 2014 Mercedes-Benz C-Klasse

Komfort

Eine hohe Einleitungssteifigkeit der Lagerpunkte bildet die notwendige Vor-aussetzung für einen großen Abstimm-spielraum der Lagerelemente, vor allem auch im Wechselspiel mit Anforderun-gen aus anderen Funktionen wie der Fahrdynamik.

Diagonalstreben und ein neues Front-modulkonzept verbessern die Steifigkeit des Karosserievorbaus. Das Frontmodul besteht aus einem gebogenen IHU-Rohr und Aluminiumgusskonsolen mit zusätzlichen Streben, ➋.

Das Sickenbild des Bodens und die Stirnwand wurden so optimiert, dass die tieffrequente Geräuschabstrahlung der Teilflächen insbesondere beim Abrollge-räusch deutlich geringer ausfällt.

Im Bereich der Anbindung des Getrie-bes an die Karosserie wurde der Hauptbo-den mit einer zusätzlichen Verstärkung versehen. Die Verstärkung im Rohbau umklammert die Getriebebefestigung. Dabei verhindert sie zusammen mit den verstärkten Getriebehalterungen und den Verstärkungen an der Seitenwand des Tunnels ein Aufschwingen des Hauptbo-dens und die damit verbundene Schallab-strahlung. Zusätzlich konnte auch das Gelenkwellen-Zwischenlager mit drei Befestigungspunkten in den Tunnel inte-griert werden, ➌.

Für die Fahrzeuge mit Allrad-Antrieb wurde ein neuer Integralträger entwi-ckelt, der bei gleicher Steifigkeit gegen-über dem Vorgänger 30 % des Gewichts einspart. Wesentlich ist dafür das Alu-miniumgussteil in der hinteren Hälfte des Integralträgers, das bei hohen Einlei-

tungssteifigkeiten eine sehr gute Integra-tion der Motorlager und der Querlenker-lager ermöglicht, ➍. Dies ist vor allem für die Integration der neuen, drehmo-mentstarken Motoren notwendig. Durch eine Dreipunktanbindung und eine Posi-tionierung des Motorlagers in die Ecke des Integralträgers und nah der Befesti-gungspunkte an der Karosserie wird die Einleitungssteifigkeit am Lagerpunkt zusätzlich erhöht, ➎. Dies ermöglicht eine optimale Abstimmung der drei Funktionen des Motorlagers: : Tragen des Motor-Getriebeverbands : Dämpfen resonanter Schwingungen : Verringern von eingeleiteten Kräften

in die Karosserie.Um Gewicht zu sparen, werden wesent-liche Teile des Hecks aus Aluminium gefertigt. Durch die Optimierung der Topologie der Aluminiumgussbauteile ist es dabei gelungen, die Steifigkeit des Hecks gegenüber dem Vorgänger weiter zu verbessern, ➏.

SCHALLISOLATION

Die beschriebene Karosseriegestaltung ist auch die Basis für eine effiziente Schalliso-lation. Zur Konzeption der Maßnahmen und zur Versuchsunterstützung kam wäh-rend der gesamten Entwicklung die statis-tische Energieanalyse (SEA) zum Einsatz. Damit kann die Wirkung von Schallisolati-onskonzepten mithilfe von Rechenmodel-len bereits in einer sehr frühen Phase und ohne die Hardware bewertet werden.

Die Stirnwandisolation in Form eines Spritzgussteils verringert den Schallein-

trag in die Fahrgastzelle. Darüber hinaus wurde das Bauteil bis in den seitlichen Bereich der A-Säule und über den Wind-schutzquerträger vergrößert und es konnten zusätzliche Dichtebenen an Rohbaudurchbrüchen integriert werden. Die Herstellung als Spritzgussteil bietet gegenüber tiefgezogenen Bauteilen den Vorteil, dass konstante Wandstärken rea-lisiert werden können und bei großen Kontursprüngen keine Ausdünnung des Materials erfolgt. Damit wird die Gefahr akustischer Schwachstellen minimiert. Das Flächengewicht im Bauteil wird dabei auf den tatsächlichen Schalleintrag abgestimmt, um möglichst gewichtseffi-zient eine niedrige Durchschallung zu gewährleisten. Ergänzt durch den Ein-satz eines leichten Akustikvlieses ermög-licht das ein geringeres Flächengewicht der Stirnwandisolation. Auch der Boden-belag konnte bei gleicher akustischer Funktionalität dank eines Akustikvlies-Einlegers im Flächengewicht reduziert werden.

Der Schalleintrag wird außerdem durch eine modular aufgebaute Aggregatetrenn-wand aus Kunststoff mit Absorber mini-miert. Kunststoff bietet gegenüber Stahl gestalterische Vorteile, sodass einerseits der zur Verfügung stehende Bauraum besser genutzt werden kann und anderer-seits Befestigungselemente besser inte-griert werden können. Mit weiteren Absorbern im Tunnel- und Cockpitbereich gelingt es, den Geräuschkomfort gegen-über dem Vorgänger weiter anzuheben.

Der hohe Anspruch an eine gute Geräuschabstimmung im Fond konnte

➋ Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit im Vorbau ➌ Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit am Hauptboden

C-KLASSE KOMFORT

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durch optimierte Absorber unter der Sitzfläche, auf den Radläufen und in Hohlräumen der Karosserie sowie einem neuen Entlüftungskonzept unter der Hutablagenverkleidung realisiert werden.

Für die Dämpfung des Rohbaukörper-schalls werden automatisiert spritzbare Akustikmassen auf die Karosserie aufge-bracht. Das ermöglicht größere Prozesssi-cherheit und weitere Gewichtseinsparun-gen für eine effiziente Schallisolation.

SCHWINGUNGSKOMFORT

Die Minimierung des Schwingungsni-veaus für die Anregungsformen Motor/Triebstrang und Rad/Reifen erfordert eine integrale Abstimmung verschiede-ner Maßnahmen. Mit der neuen Vier-lenker-Vorderachse, ➐, verbessert sich das Ansprechen des gesamten Feder-/Dämpfungssystems und bietet mit dem neuen Achskonzept zusätzlich diverse Fahrdynamikvorteile.

Bezüglich des Fahrkomforts entstehen mit dem Aufbau der Doppelquerlenker-Radaufhängung viele Vorteile in der kinematischen und geometrischen Aus-legung des Fahrwerks – darunter bei-spielsweise die Änderung von Spur und Sturz, die Festlegung der Momentenpole und die Beeinflussung der Seitenkraft-auslegung. Durch das Variieren der Grö-ßen lässt sich eine präzise Radführung umsetzen, die Unwucht- und Fahrbahn-Störeinflüsse gering hält.

Eine deutlich steifere Gesamtstruktur des Vorbaus und die Optimierung des

Bauraum-Packaging im Vergleich zum Vorgängermodell verbesserte das Schwingungsverhalten im Leerlauf deut-lich. Die Bauraumoptimierung ermög-lichte den Einsatz größerer Motorlager mit optimierter Abkopplung sowie eine elektromechanische Lenkung. Die Maß-nahmen führen zu einer deutlichen Ver-besserung der Leerlaufvibrationen an den Komfortpunkten am Sitz und am Lenkrad, ➑.

ROLLGERÄUSCHE

Für einen hohen Geräuschkomfort ins-besondere bei der Fahrt auf Landstraßen und Autobahnen ist ein niedriges Roll-geräusch maßgeblich. Neben der Ausle-gung der Karosseriestruktur und der

Schallisolation lag für die Entwicklung hierbei der Fokus auf dem dynamischen Übertragungsverhalten der einzelnen Fahrwerksstruktur- und Lenkbauteile sowie dem Abkopplungsvermögen der jeweiligen Lager. Anhand von Transfer-pfadanalysen wurden im ersten Schritt die wichtigsten Pfade und Komponenten identifiziert. Im Folgenden war es durch unterstützende Betriebsschwingform- und Komponentenanalyse möglich, die beteiligten Fahrwerks- und Lenkungs-bauteile in Bezug auf ihre Eigenfrequen-zen und dynamisches Übertragungsver-halten so auszulegen, dass die Einlei-tung von Störgeräuschen beim Fahren im Vergleich zum Vorgängermodell nochmals deutlich abgesenkt werden konnte.

➍ 4x4-Integralträger ➎ Dreipunktanbindung der Motorlager

➏ Gussteile im Heck

87 Mai 2014 Mercedes-Benz C-Klasse

Auch die Integration der neuen elek-tromechanischen Lenkung (EPS), ➒, mit einer optimierten Anbindung des Elek-tromotors an das Lenkungsgehäuse und den Integralträger trägt zur Verringerung von Rollgeräuschen bei.

TRIEBSTRANG-INTEGRATION

In der neuen C-Klasse kommen aufgrund der Verbrauchs- und CO2-Optimierung ausschließlich Motoren mit Turbolader zum Einsatz, mit denen hohe statische Drehmomente erreicht werden. Als Nebeneffekt entstehen dadurch allerdings deutlich höhere Wechselmomente und damit bei niedrigen Drehzahlen hohe Dreh-Ungleichförmigkeiten, die über geeignete Abkoppelelemente im Trieb-strang verringert werden müssen, ❿.

Zur Verringerung der Torsionsschwin-gungen in den Hauptanregungen des Motors gibt es sowohl beim Schalt- als auch beim Automatikgetriebe ein Flieh-kraftpendel (FKP) als Abkoppelelement. Beim Automatikgetriebe wird das FKP ergänzt durch einen Doppelturbinen-dämpfer, der auch höherfrequente Torsi-onsanregungen reduziert. Bei Fahrzeu-gen mit Schaltgetriebe kommt neben dem FKP zusätzlich das bekannte Zwei-massenschwungrad zum Einsatz.

Bei Triebsträngen der Hybrid-Fahr-zeuge erfolgt die Torsionsabkopplung durch zwei neu entwickelte, ebenfalls sehr leistungsfähige Torsionsdämpfer, die in allen Betriebszuständen die gewünsch-ten niedrigen Torsionspegel gewährleis-ten. Der erste Torsionsdämpfer ist von einem bei Schaltgetriebe-Fahrzeugen ein-gesetzten Zwei-Massen-Schwungrad abgeleitet. Ausgestattet mit einem Flieh-kraftpendel erzielt es eine sehr gute Per-

formance. Aufgrund der besonderen Triebstrangeigenschaft bei Hybridfahr-zeugen ist der Einsatz eines zweiten Tor-sionsdämpfers notwendig, um die Ver-brauchspotenziale durch niedertouriges Fahren voll ausschöpfen zu können.

Für die Gestaltung der Hinterachs-Fahrschemellager stellen die Ausführung des Hinterachsgetriebes (HAG) und des Hinterachsfahrschemels (HAFS) aus Alu-minium sowie der Abgleich mit den Funktionen Fahrdynamik und Dauerfes-tigkeit eine besondere Herausforderung dar. Die drei HAG- und vier HAFS-Lager wurden in ihrer Steifigkeit und Dämp-fung in allen drei Raumrichtungen auf die einzelnen Funktionen abgestimmt.

SCHALTBARE MOTORLAGER

In einzelnen Derivaten der neuen C-Klasse kommen schaltbare Motorlager zum Einsatz. Diese sorgen für eine deutli-che Entschärfung des klassischen Ziel-konflikts zwischen möglichst hoher Stu-

ckerdämpfung und möglichst hoch däm-mendem Übertragungsverhalten der Motorschwingungen – von den Leerlauf-schwingungen bis in den akustischen Bereich.

OPTIMIERTER FEDERWEG FÜR 4MATIC-GETRIEBELAGER

Für ein niedriges Antriebsgeräusch ist vor allem bei 4MATIC der Einleitungspfad über das Getriebelager relevant. Durch eine Neugestaltung der Tragfedergeomet-rie der 4x4-Getriebelager mit einem opti-mierten Federweg bleibt die akustische Übertragungseigenschaft des Getriebela-gers auch bei Beschleunigungsmanövern sehr gut.

BETÄTIGUNGS- UND FUNKTIONSGERÄUSCHE

Zur komfortbetonten und leistungsför-dernden Akustik im Innenraum gehören auch Betätigungs- und Funktionsgeräu-

➐ Neue Vierlenker-Vorderachse

➑ Leerlaufvibrationen an Komfortpunkten (1. Gang, 2. Motorordnung, Vierzylinder-Benziner, Automatikgetriebe)

C-KLASSE KOMFORT

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sche. Die sehr leisen Fahrgeräusche las-sen Geräusche in den Vordergrund tre-ten, die sonst nicht auffallen würden – etwa ein Zischen der Lüftung. Das gilt besonders, wenn das Fahrzeug dank ECO-Start-Stopp-Funktion an der Ampel oder im Stau mit abgeschaltetem Motor stillsteht. Aber der Fahrer erwartet bestimmte Geräusche als Rückmeldung, wenn er Fahrzeugfunktionen wie bei-spielsweise den Fensterheber benutzt. Auch Warn- und Hinweisklänge müssen eine sofort verständliche Botschaft sen-den. Ziel ist deshalb, diese Klänge hoch-wertig, passend und unverwechselbar zu

gestalten und andere so weit zu reduzie-ren, dass sie nicht stören.

Auch beim Öffnungs- und Schließge-räusch der Türen wurde nichts dem Zufall überlassen. Eine neue Türschlossgenera-tion, die unter akustischen Aspekten kon-zipiert wurde, bildet mit der Detailoptimie-rung von Tür- und Fahrzeugrohbau sowie Türmodul und Dichtungen die Grundlage für ein hochwertiges, tieffrequentes Türge-räusch mit einem feinen Klicken, das ein präzises Verriegeln signalisiert. Zusätzlich sorgt die entsprechende Kinematik im Schloss für ein angenehm leises und präzi-ses Zentralverriegelungsgeräusch.

➒ Elektromechanische Lenkung (EPS)

❿ Drehungleichförmigkeit an Gelenkwelle (6. Gang, 2. Motorordnung, Vierzylinder-Diesel, Schaltgetriebe)

DANKE

Bei der Erstellung des Beitrags haben zudem

mitgewirkt:

Andreas Schilp, Micheal Merz, Dr. Achim

Bauer, Dr. Wolfgang Riedißer, Dr. Christian

Olfens, Ralf Lehmann, Wolfgang Säuberlich,

Dr. Karsten Finger, Mesut Karakaya sowie

Tobias Beitz.

89 Mai 2014 Mercedes-Benz C-Klasse