Modelowanie hałasu od jadącego pojazdu samochodowego

W metodzie CNOSSOS-EU pojazdy samochodowe są modelowane jako dwa źró-dła hałasu [107]. Jednym z nich jest oddziaływanie opon z nawierzchnią jako hałas toczenia (LWR,i,m), a drugim – układ napędowy wraz z układem wydechowym (LWP,i,m). Całkowity poziom mocy akustycznej LW,i,m w pasmach oktawowych „i”

pojazdów kategorii m (m = 1, 2, 3), poruszających się z prędkością Vm w warun-kach różnych od referencyjnych oblicza się ze wzoru:

𝐿_{𝑊,𝑖,𝑚}(𝑉_𝑚) = 10 ∙ log (10𝐿𝑊𝑅,𝑖,𝑚(𝑉𝑚)

10 + 10𝐿𝑊𝑃,𝑖,𝑚(𝑉𝑚)

10 ). (6.14) Emisja hałasu toczenia pojazdu samochodowego wyraża się wzorem:

𝐿_{𝑊𝑅,𝑖,𝑚}= 𝐴_{𝑅,𝑖,𝑚}+ 𝐵_{𝑅,𝑖,𝑚}∙ 𝑙𝑜𝑔 (^𝑉𝑚

𝑉_𝑟𝑒𝑓) + ∆𝐿_{𝑊𝑅,𝑖,𝑚}, (6.15) gdzie:

∆LWR,i,m – suma współczynników korygujących emisję hałasu toczenia w kon-kretnych warunkach drogowych odbiegających od warunków refe-rencyjnych:

∆𝐿_{𝑊𝑅,𝑖,𝑚}= ∆𝐿𝑊𝑅,𝑟𝑜𝑎𝑑,𝑖,𝑚+ ∆𝐿𝑠𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑦𝑟𝑒𝑠,𝑖,𝑚+ ∆𝐿_{𝑊𝑅,𝑎𝑐𝑐,𝑖,𝑚}+ ∆𝐿_{𝑊,𝑡𝑒𝑚𝑝},(6.16)

∆LWR,road,i,m – współczynnik korygujący emisję hałasu toczenia ze względu na nawierzchnię,

∆Lstud tyres,i,m – współczynnik korekcji uwzględniający stosowanie opon kolco-wanych,

∆LWR,acc,i,m – współczynnik uwzględniający zmiany prędkości, na przykład na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną lub na rondzie,

∆LW,temp – współczynnik korygujący wpływ temperatury w porównaniu z temperaturą referencyjną.

Emisję hałasu od układu napędowego i wydechowego oblicza się ze wzoru:

𝐿_{𝑊𝑃,𝑖.𝑚}= 𝐴_{𝑃,𝑖,𝑚}+ 𝐵_{𝑃,𝑖,𝑚}∙^{(𝑉𝑚−𝑉𝑟𝑒𝑓)}

𝑉_𝑟𝑒𝑓 + ∆𝐿_{𝑊𝑃,𝑖,𝑚}, (6.17) gdzie:

∆LWP,i,m – suma współczynników korygujących hałas od układu napędowego i układu wydechowego w konkretnych warunkach drogowych odbiega-jących od warunków referencyjnych:

∆𝐿_{𝑊𝑃,𝑖,𝑚}= ∆𝐿𝑊𝑃,𝑟𝑜𝑎𝑑,𝑖,𝑚+ ∆𝐿𝑊𝑃,𝑔𝑟𝑎𝑑,𝑖,𝑚+ ∆𝐿_{𝑊𝑃,𝑎𝑐𝑐,𝑖,𝑚}, (6.18)

∆LWP,road,i,m – współczynnik korygujący oddziaływanie nawierzchni na hałas jed-nostki napędowej, związany z absorpcją dźwięków pomiędzy źró-dłem hałasu a odbiorcą,

∆LWP,grad,i,m – współczynnik korygujący oddziaływanie pochylenia drogi na hałas od układu napędowego i wydechowego,

∆LWP,acc,i,m – współczynnik korygujący wpływ przyspieszania i zwalniania pojazdu na hałas od układu napędowego i wydechowego.

Zasady ustalania wyżej podanych współczynników korygujących hałas tocze-nia oraz układu napędowego i układu wydechowego są szczegółowo omówione w pracy [107]. Sposób uwzględniania wpływu temperatury przedstawiono w punk-cie 3.1 niniejszej monografii, a współczynniki korygujące wpływ nawierzchni róż-nych od nawierzchni referencyjnej ∆LWR,road,i,m są przedmiotem rozważań w pod-rozdziałach 6.2.4 i 6.3.

W wypadku pojazdów kategorii 4 (dwukołowe pojazdy silnikowe) w metodzie CNOSSOS-EU nie uwzględnia się hałasu toczenia, a jedynie hałas pochodzący od układu napędowego.

Pojawienie się pojazdów o napędzie elektrycznym lub hybrydowym stworzyło dodatkową możliwość obniżenia poziomu hałasu od ruchu drogowego, dzięki eli-minacji hałasu układu napędowego. Pojazdy o napędzie elektrycznym i hybrydo-wym w metodzie CNOSSOS-EU mogą być włączone do tzw. kategorii „otwartej”

pojazdów (kategoria 5) lub stanowić podkategorię pojazdów osobowych.

Problem hałaśliwości pojazdów elektrycznych i hybrydowych badano w ra-mach projektu FOREVER (Future Operational Impacts of Electric Vehicles on National European Roads), a uzyskane wyniki przedstawiono między innymi w pracy [172]. W tym projekcie mierzono poziom hałasu od przejazdu każdego z ośmiu wytypowanych pojazdów osobowych o różnej charakterystyce metodą kontrolowanego przejazdu. W badaniach na nawierzchni typu DAC testowano pięć pojazdów jadących z różnymi prędkościami (do 110 km/h), a na nawierzchni typu SMA – trzy pojazdy z niskimi prędkościami (do 50 km/h). Maksymalne poziomy dźwięku (poziom całkowity i w pasmach oktawowych od 125 Hz do 4000 Hz) ustalono w odległości 7,5 m od osi toru jazdy pojazdów, na wysokości 1,2 m nad nawierzchnią. Przeanalizowano także poziomy generowanego hałasu na na-wierzchni AC przy takich samych stałych prędkościach jazdy (od 10 km/h do 110 km/h), lecz z wykorzystaniem każdorazowo opon o różnej charakterystyce (9 zestawów). Na tej podstawie opracowano model hałasu emitowanego przez elektryczny pojazd osobowy, który autorzy proponują do uwzględnienia w meto-dzie CNOSSOS-EU. Model w odniesieniu do poziomu hałasu toczenia pojazdów

elektrycznych przy obecnym stanie wiedzy nie różni się od pojazdów z silnikiem spalinowym. W odniesieniu do hałasu od układu napędowego zaproponowano współczynniki korygujące (tab. 6.6).

Tab. 6.6. Współczynniki korygujące hałasu od układu napędowego w pasmach oktawowych [172]

Pasmo częstotliwości [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000

Współczynnik korygujący [dB] -1,7 -4,2 -15,0 -15,0 -15,0 -13,8

Autorzy wykazali, że standardowy model CNOSSOS-EU jest błędny w odnie-sieniu do pojazdów o napędzie elektrycznym, gdyż wyraźnie zawyża poziom hała-su w większości pasm oktawowych przy niższych prędkościach. Wskazali także na potrzebę bardziej szczegółowych badań tego problemu z uwzględnieniem na-wierzchni porowatych, w odniesieniu do których mechanizm generowania dźwię-ków opona/nawierzchnia i pochłaniania dźwiędźwię-ków od układu napędowego jest inny niż w wypadku rozwiązań standardowych.

W pracy [43] przeanalizowano wpływ zmiany pojazdów osobowych na pojaz-dy o napędzie elektrycznym na poziom hałasu w środowisku. W oparciu o model prognozowania poziomu hałasu NMPB ROUTES symulowano cztery sytuacje:

pojazdy osobowe elektryczne w ruchu płynnym, pojazdy osobowe elektryczne wyposażone w system ostrzegania pieszych, pojazdy osobowe elektryczne w ruchu miejskim i pojazdy osobowe elektryczne w ruchu miejskim z systemem ostrzega-nia pieszych. Wyniki symulacji, przy uwzględnieniu w ruchu jedynie pojazdów osobowych, wykazały, że korzyści ze stosowania pojazdów elektrycznych w płyn-nym ruchu zamiejskim są nieznaczne, a wypadku ruchu miejskiego (średnia pręd-kość około 30 km/h) można uzyskać redukcję poziomu hałasu o około 2 dB. Jed-nak jeżeli będą używane sygnały ostrzegawcze, to redukcja spadnie do 1 dB.

W oparciu o sporządzone przykładowe mapy akustyczne ustalono, że poprawę klimatu akustycznego przy zamianie pojazdów standardowych na pojazdy o napę-dzie elektrycznym odczuje 10% mieszkańców, a przy wykorzystywaniu sygnałów ostrzegających pieszych – 6%.

Badania Ejsmonta i in. [58] opon samochodowych dedykowanych do pojazdów o napędzie elektrycznym, przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych i na rzeczywistych nawierzchniach metodą CPX, potwierdziły, że nie są one „cich-sze” niż inne typowe opony stosowane w standardowych osobowych pojazdach sil-nikowych. Wskazano tym samym kierunek dalszych badań. Stwierdzono przy tym duże obniżenie poziomu hałasu toczenia na tzw. cichych nawierzchniach w warunkach miejskich oraz zwrócono uwagę na niższy poziom oporu toczenia, co przyczynia się do zmniejszenia kosztów eksploatacji pojazdów samochodowych.