Rapport L A

Transcriptie

1 Rapport Geluid en Het Nieuwe Rijden Quick scan door de literatuur naar het effect op geluid Opgesteld in opdracht van: Ministerie van Verkeer en Waterstaat Rijkswaterstaat/Adviesdienst Verkeer en Vervoer/Veiligheid en Milieu Postbus BA Rotterdam Contactpersoon: Ir. L.H.M. Schlösser Tel.nr. : (010) Fax nr. : (010) Den Haag, 2 december 2003 Ing. J.J.A. van Leeuwen Dr. A.Y. Kok NE B

2 SAMENVATTING In opdracht van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Adviesdienst Verkeer en Vervoer is door DGMR Raadgevende Ingenieurs BV een beknopt literatuuronderzoek uigevoerd naar het akoestisch effect van Het Nieuwe Rijden. Het Nieuwe Rijden is een programma dat onder meer een rijstijl stimuleert waarbij verantwoord met motorvoertuigen wordt gereden. Het richt zich op het gebruik van lagere toerentallen van de motor hetgeen zal resulteren in een lager brandstofverbruik en minder luchtverontreiniging. Een bijkomend verschijnsel bij het rijden met lagere toerentallen is een vermindering van het motorgeluid en de geluidsproductie van de uitlaat, de koeling en de aandrijflijn. In dit onderzoek is naar de zaken die van invloed kunnen zijn op motorgeluid en hoe het motorgeluid zich verhoudt ten opzichte van het rolgeluid van banden over een wegdek. Van een geluidseffect van uitlaat, koeling en de aandrijflijn is zeer weinig bekend. In dit rapport zal eerst algemeen worden ingegaan op rol en motorgeluid. Vervolgens wordt gekeken naar effecten als acceleratie, versnelling en remmen. Er zal een indicatie worden gegeven naar het effect van het Nieuwe Rijden voor de passage van een kruising of rotonde. Uit de literatuur is een aantal gegevens te halen. Deze zijn echter niet één op één toepasbaar op Het Nieuwe Rijden, omdat er slechts algemene zaken gesteld worden. Ook is de variatie tussen de verschillende artikelen groot. Zo wordt in een publicatie gesteld dat het cross-over punt voor lichte motorvoertuigen bij circa km/uur [8] is (voertuigen uit ), terwijl de gegevens uit tabel 2 suggereren dat deze cross-over bij een snelheid groter dan 50 km/uur [3] is. Op basis van de literatuur kan verwacht worden dat vanwege Het Nieuwe Rijden emissies van lichte motorvoertuigen bij optrekken circa 3-6 db(a) lager zal zijn. Dit geldt met name in het gebied waar het voertuig nog minder dan 40 km/uur rijdt. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

3 INHOUDSOPGAVE PAGINA 1. INLEIDING GELUIDSBRONNEN VAN EEN VOERTUIG Rolgeluid Motorgeluid Totaalgeluid en de bijdragen van motor- en rolgeluid voor lichte motorvoertuigen Combinatie rol- en motorgeluid voor zware motorvoertuigen GELUIDSEFFECTEN DOOR HET NIEUWE RIJDEN CONCLUSIE AANBEVELINGEN BIBLIOGRAFIE l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

4 1. INLEIDING In opdracht van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat, adviesdienst verkeer en vervoer is door DGMR Raadgevende Ingenieurs BV een beknopt literatuuronderzoek gedaan naar het akoestisch effect van Het Nieuwe Rijden. Het Nieuwe Rijden is een programma dat onder meer een rijstijl stimuleert waarbij verantwoord met motorvoertuigen wordt gereden. Het richt zich op het gebruik van lagere toerentallen van de motor hetgeen zal resulteren in een lager brandstofverbruik en minder luchtverontreiniging. Een bijkomend verschijnsel bij het rijden met lagere toerentallen is een vermindering van het motorgeluid en de geluidsproductie van de uitlaat, de koeling en de aandrijflijn. In dit onderzoek is naar de zaken gekeken die van invloed kunnen zijn op motorgeluid en hoe het motorgeluid zich verhoudt ten opzichte van het rolgeluid van banden over een wegdek. Van een geluidseffect van uitlaat, koeling en de aandrijflijn is zeer weinig bekend. In dit rapport zal eerst algemeen worden ingegaan op rol en motorgeluid. Vervolgens wordt gekeken naar effecten als acceleratie, versnelling en remmen. Er zal een indicatie worden gegeven van het effect van Het Nieuwe Rijden voor de passage van een kruising of rotonde. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

5 2. GELUIDSBRONNEN VAN EEN VOERTUIG 2.1 Rolgeluid Rolgeluid wordt geproduceerd door het rollen van banden over een wegdek. De hoeveelheid geluid dat geproduceerd wordt hangt van een aantal zaken af. de snelheid van het voertuig; type verharding (klinkers, zoab enz.); type band (smal of breed/winterband); aantal banden; inkapseling van banden. Voor het geluid van voertuigen wordt er onderscheid gemaakt tussen het bronvermogen en het geluid dat op een bepaalde vaste positie wordt gemeten. Het bronvermogen is de geluidsemissie van het voertuig. Het geluid op een vaste positie is afhankelijk van het bronvermogen van een voertuig en de afstand (en tussenliggende objecten of type bodem) tussen het voertuig en de microfoonpositie. In de in dit rapport gehanteerde getallen wordt een tussenvorm toegepast, namelijk het geluid zoals dat gemeten zou worden met een meereizende microfoon op 7.5 meter afstand zonder dat er andere objecten zoals gebouwen en dergelijke in de buurt zijn. Dit is dus feitelijk het bronvermogen van een te onderscheiden geluidsbron verminderd met een demping. Deze demping is feitelijk het verschil tussen het akoestisch bronvermogen van een geluidsbron minus het effect van afstandsverzwakking, reflecties tegen de grond en het effect van de in- of omkapseling van de diverse onderdelen van een voertuig. De genoemde geluidsniveaus zijn derhalve steeds de geluidsniveaus welke bij de betreffende bedrijfsconditie of gebeurtenis, op het trottoir zullen worden waargenomen. Een empirische benadering van het rolgeluid wordt gegeven door onderstaande formule: L rol = α + β * log( v / v 0 ) in db(a) Hierbij is: v de rijsnelheid in km/uur; v 0 een referentiesnelheid; α en β coëfficiënten welke afhankelijk zijn van het wegdektype en de banden onder een voertuig. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

6 Over het algemeen zijn gepubliceerde waarden van a en b een gemiddelde van een voertuigpopulatie over een type wegdekverharding. Hierbij is de invloed van banden eruit gemiddeld en worden de akoestische eigenschappen van een wegdek bepaald. Voor de verschillende wegdektypen is er een grote spreiding tussen coëfficiënten α en β. In figuur 1 zijn de maximale optredende rolgeluidsniveaus voor lichte motorvoertuigen op 7.5 meter afstand en 5 meter hoogte voor een aantal wegdektypen als functie van de snelheid weergegeven. De gehanteerde coëfficiënten zijn overgenomen uit CROW publicatie Geluidsniveau [db(a)] licht dab licht zoab licht dzoab zwaar dab zwaar zoab zwaar dzoab Snelheid [km/uur] Figuur 1: Geluidsniveaus ten gevolge van rolgeluid als functie van snelheid. De bovenste drie curven zijn de geluidsniveaus voor zware motorvoertuigen (categorie 4) en de onderste voor lichte motorvoertuigen (categorie 2). Een normale acceleratie van een voertuig heeft geen merkbare invloed op rolgeluid [9]. Dit wil dus zeggen dat het band-wegdekgeluid niet noemenswaardig toeneemt bij een niet extreem accelererende auto. De ervaringen uit de praktijk leert ons dat er wel degelijk dergelijke effecten zijn. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

7 2.2 Motorgeluid Onder motorgeluid wordt behoord niet alleen het lawaai van de ontbrandingsmotor, maar ook die van aandrijfas/uitlaat, koeling en overige mechanisme geluidsbronnen. In de literatuur wordt uitgegaan van gemiddelde voertuigen, dus geen voertuigen met sportuitlaten en dergelijke of oudere voertuigen. De hoogste bijdrage van motorgeluid is dan die van de ontbrandingsmotor. Als voornaamste parameter voor de hoeveelheid motorgeluid geld het toerental van de motor. Dit toerental is afhankelijk van de snelheid en de gekozen versnelling. Hiervoor wordt vaak de volgende term gehanteerd: rpm = 1000 * v / i, in toeren per minuut Waarbij: i de versnellingsverhouding; v de snelheid van het voertuig is. Naast de afhankelijkheid van het toerental is de geluidsproductie afhankelijk van de acceleratie, dus de belasting van de motor, van een voertuig. Bovendien is bij motorgeluid het type motor van belang. Een dieselmotor zal over het algemeen meer lawaai geven dan een benzinemotor. Verder is de inkapseling van de motor een, tegenwoordig steeds belangrijker, parameter. Een goede gesloten inkapseling zal zorgen voor een betere isolatie van de motor naar de omgeving. Over het algemeen geldt wel een ietwat vergelijkbare formule voor de hoeveelheid motorgeluid als bij rolgeluid namelijk: L motor = a + b * log( rpm / rpm 0 ) + f(a) in db(a) Waarbij: a en b factoren zijn die afhankelijk zijn van het type motor en rpm het toerental; f(a) is een functie die de toeslag geeft voor de acceleratie van het voertuig. Hier zijn wel metingen aan verricht (alleen lichte motorvoertuigen), maar de literatuur geeft slechts algemene waarden voor een toename. De toename vanwege acceleratie is, afhankelijk van de motor, ongeveer 3-7 db(a) [9]. Het is wel zo dat deze toeslag lager zal zijn voor hogere versnellingen. Naast de acceleratie van een voertuig is mogelijk ook de belasting van de motor van belang. Over het akoestische effect op de belasting (vol/half/kwartlast) is in de literatuur niets bekend. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

8 In figuur 2 is schematisch de hoeveelheid motorgeluid (op 7.5 afstand) voor een wat oudere en een wat nieuwere motor weergegeven. Geluidsniveau [db(a)] 100 nieuw voertuig 90 oud voertuig Toerental [rpm] Figuur 2: Geluidsniveaus als functie van toerental voor twee type voertuigen. Het oudere voertuig is meer representatief voor voertuigen uit de periode De gegeven waarden zijn een qualified guess en niet gebaseerd op metingen. Aan de emissie van voertuigen zijn normen gesteld die in de loop der tijd strenger zijn geworden. In de periode van zijn de normen met 8 db(a) verscherpt. De metingen om te bepalen of de voertuigen aan deze norm voldoen worden uitgevoerd volgens ISO 362. Volgens deze ISO norm wordt er bij een specifieke situatie gemeten. Dit is bij 50 km/uur met maximaal gas. Deze emissies zijn derhalve niet representatief voor gebruikelijk rijgedrag voor zowel het oude als het nieuwe rijden. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

9 2.3 Totaalgeluid en de bijdragen van motor- en rolgeluid voor lichte motorvoertuigen De combinatie van het motorgeluid en het rolgeluid is het totale lawaai geproduceerd door een voertuig. In figuur 3 is een indicatie gegeven van de bijdragen van rolgeluid en motorgeluid. 80 Geluidsniveau [db(a)] band motor totaal Snelheid [km/uur] Figuur 3: Indicatie van het effect van motor- en rolgeluid op het totaal geproduceerde geluid. In figuur 1 is te zien dat er bij een gegeven snelheid een kantelpunt ligt waar het bandengeluid meer lawaai produceert dan het motorgeluid. In tabel 1 zijn algemene kantelpunten weergegeven voor een aantal situaties [8]. Tabel 1 Kantelsnelheden waar het rolgeluid hoger wordt dan het motorgeluid voor lichte motorvoertuigen bouwjaar constante snelheid accelererend km/uur km/uur heden km/uur km/uur In tabel 2 is het verschil tussen het motorgeluid en het rolgeluid voor de vijf versnellingen bij een aantal snelheden weergegeven. De gegeven data [3] is verkregen uit metingen aan een Citroën XM met een turbo diesel motor. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

10 Tabel 2 Verschil tussen het motor en rolgeluid voor een aantal combinaties van snelheden en versnellingen voor personenvoertuigen snelheid 1 ste versnelling 2 de versnelling 3 de versnelling 4 de versnelling 5 de versnelling [km/uur] db +6.4dB dbb -0.8 db db -5.6 db db -6.5 db -9.5 db db -10 db db Uit bovenstaande gegevens kan berekend worden wat de verhoging van het totaalgeluid is vanwege de bijdrage van het motorgeluid. Tabel 3 Effect van de bijdrage van het motorgeluid op het totaalgeluid. snelheid 1 ste versnelling 2 de versnelling 3 de versnelling 4 de versnelling 5 de versnelling [km/uur] db 7.3dB db 2.6 db db 1.1 db db 0.9 db 0.5dB db 0.4 db db De gegevens in bovenstaande tabel kunnen als volgt worden beschouwd: Als het rolgeluid bij 20 km/uur gelijk aan 50 db(a), dan zal een voertuig in de eerste versnelling 62.3 db(a) lawaai maken en in de tweede versnelling 57.3 db(a). Dit betekent dat bij er het rijden in de tweede versnelling bij 20 km/uur er een afname van 6 db(a) wordt behaald. Bij hogere snelheden zijn deze afnamen veel kleiner. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

11 2.4 Rol en motorgeluid voor bestelbusjes Een aparte categorie is de bestelbus. In de literatuur is niets over dit soort voertuigen bekend. Wel zal bij een bestelbus het motorgeluid een grotere rol spelen dan bij personenvoertuigen. Bestelbusjes zijn over het algemeen voor utilitair gebruik, waarbij het comfort van de bestuurder wat minder van belang is. Hierdoor is er onder andere een veel minder goede omkasting van de motor vergeleken met personenvoertuigen. Verder hebben bestelbusjes in Nederland vaak een relatief kleine motor, waardoor er meer in lage versnellingen wordt opgetrokken en het toerental dus vrij hoog kan oplopen. Om de bijdrage van motorgeluid op het totaalgeluid te bepalen zijn nadere metingen noodzakelijk. 2.5 Combinatie rol- en motorgeluid voor zware motorvoertuigen Bij zware motorvoertuigen is spreiding van het banden en motorgeluid tussen de onderlinge voertuigen veel groter. Een moderne vrachtwagen zal een beter ingekapselde motor hebben dan een al wat oudere vrachtwagen. Bij zware motorvoertuigen geldt wel dat het motorgeluid een grotere bijdrage aan het totaalgeluid zal geven. Het kantelpunt zal dan ook bij hogere snelheden liggen. In tabel 4 zijn de kantelpunten waar het bandengeluid groter zal zijn dan het rolgeluid weergegeven [8]. Tabel 4 Kantelsnelheden waar het rolgeluid hoger wordt dan het motorgeluid voor zware motorvoertuigen bouwjaar constante snelheid accelererend km/uur km/uur heden km/uur km/uur Voor zware motorvoertuigen geldt een vergelijkbare figuur voor bijdragen banden en motorgeluid op het totaalgeluid als weergegeven in figuur 3. Het verschil is dat bij zware motorvoertuigen er meer motorgeluid is. Ook hebben zware motorvoertuigen vaak 10 of 15 versnellingen. Vanwege dit veel groter aantal versnellingen zal de variatie in toerental veel kleiner zijn. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

12 90 Geluidsniveau [db(a)] band motor totaal Snelheid [km/uur] Figuur 4: Indicatie van rol- en motorgeluid voor zware motorvoertuigen. In figuur 4 is te zien dat het motorgeluid een grote rol speelt. Wel is het zo dat het mogelijk is dat door een niet lineaire verhouding tussen de verschillende versnellingen het toerental bij hoge snelheden lager is dan nu ingeschat. Waardoor de bijdrage van het motorgeluid bij deze snelheden wat overschat wordt. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

13 3. GELUIDSEFFECTEN DOOR HET NIEUWE RIJDEN Het Nieuwe Rijden is een programma dat onder meer een rijstijl stimuleert waarbij verantwoord met motorvoertuigen wordt gereden. Het richt zich op het gebruik van lagere toerentallen van de motor hetgeen zal resulteren in een lager brandstofverbruik en minder luchtverontreiniging. Een bijkomend verschijnsel bij het rijden met lagere toerentallen is een vermindering van het motorgeluid en de geluidsproductie van de uitlaat, de koeling en de aandrijflijn. Met Het Nieuwe Rijden wordt eerder opgeschakeld en zal het toerental derhalve bij optrekken lager zijn. Een lager toerental van een voertuig zal direct resulteren in een vermindering van motorgeluid. Bij afremmen kan er onderscheid worden gemaakt tussen twee situaties namelijk het remmen met de versnelling in zijn vrij en afremmen op de motor dus remmen in een bepaalde versnelling. In het eerste geval zal de geluidsproductie lager zijn dan in het tweede geval. Het is derhalve voor geluid van belang dat wanneer er afgeremd wordt het voertuig in een hoge versnelling blijft. Bij het nieuwe rijden dient men bij het afremmen niet terug te schakelen, hierdoor blijft de bijdrage van het motorgeluid relatief beperkt. Een inschatting op basis van de gegevens uit de literatuur geeft aan dat er (zie tabel 3) bij het optrekken een afname van 3-6 db(a) gehaald kan worden door veel eerder te schakelen. Het effect van Het Nieuwe Rijden is niet eenduidig te kwantificeren. Het is bijzonder afhankelijk van de plaatselijke situatie. Indien er over langere afstand constant 50 km/h gereden kan worden zal er geen effect zijn, indien er echter veel verkeersregelinstallaties of rotondes zijn, is er zeker een significant effect. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

14 4. CONCLUSIE Uit de literatuur zijn een aantal gegevens te halen. Deze zijn echter niet één op één toepasbaar op Het Nieuwe Rijden, omdat er slechts algemene zaken gesteld worden. Ook is de variatie tussen de verschillende onderzoeken en publicaties groot. Zo wordt in een publicatie gesteld dat het cross-over punt voor lichte motorvoertuigen bij circa km/uur [8] is (voertuigen uit ), terwijl de gegevens uit tabel 2 suggereren dat deze cross-over bij een snelheid groter dan 50 km/uur [3] is. Verder moet opgemerkt worden dat gegevens uit de onderzoeken soms ietwat gedateerd zijn. Dit in het licht van de steeds betere inkapseling en ophanging van automotoren en de nieuwe motortechnieken voor wat betreft met name dieselmotoren. Uit het onderzoek blijkt verder dat er een aantal zaken bekend zijn, maar dat er ook een groot aantal hiaten in de kennis zijn waar zaken minder of zelfs onbekend zijn. In tabel 3 zijn de uit de literatuur bekende en onbekende zaken weergegeven. Tabel 3 Gegevens bekend uit de literatuur en de minder/onbekende gegevens. geluidbron bekend minder/onbekend rolgeluid gemiddelde voor personenauto s geluid bestelbusjes spreiding tussen voertuigen motorgeluid gemiddelde motorgeluid bij vaste toerentallen effect inkapseling bij personen auto s effect inkapseling bij busjes effect inkapseling bij vrachtauto s geluid uitlaat geluid bestelbusjes functie toerental en belasting functie acceleratie en belasting spreiding tussen verschillende categorieën voertuigen effect van de bandenpopulatie effect type motor (diesel/benzine/hyrbide) effect te kleine motor overige geluidsbronnen effect airco installatie aerodynamisch geluid van de carroserie effect koeling en koel ventilator effect uitlaat mede in relatie tot de motorbelasting Op basis van de literatuur kan verwacht worden dat vanwege het nieuwe rijden emissies van lichte motorvoertuigen bij optrekken circa 3-6 db(a) lager zal zijn. Dit geldt voornamelijk in het gebied waar het voertuig nog minder dan 40 km/uur rijdt. l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

15 5. AANBEVELINGEN Vanwege de verschillen in de literatuur en het feit dat geen van de onderzoeken erop gericht was om te kijken naar effecten die optreden vanwege het nieuwe rijden wordt nader onderzoek aanbevolen. Op basis van tabel 3 kan een meetplan worden opgesteld waarbij aan bijvoorbeeld tien voertuigen intensief geluidsmetingen worden uitgevoerd. Er kunnen microfoons bij de motor en bij de uitlaat alsmede bij een band worden gemonteerd. Deze signalen kunnen worden gerefereerd aan geluidsniveaus langs de staat door een microfoon op 7.5 m van de rijlijn. Hiermee wordt zo goed als mogelijk een steekproef gemaakt, waarbij zo veel mogelijk van de minder bekende of onbekende gegevens wordt achterhaald. Het blijft echter wel een beperkte steekproef, waardoor er een zekere marge is in de bepaling van het effect voor Het Nieuwe Rijden. Den Haag, 13 september 2004 Dr. A.Y. Kok Ing.J.J.A. van Leeuwen l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc

16 6. BIBLIOGRAFIE [1] J. Lelong en R. Michelet (2001), Passenger cars. Power unit and tyre-road noise, driving behaviour: what are the stakes?, Proc. Internoise 2001 [2] F. Besnard, J. Lelong, S. Doisy, V. Steimer (1999), Updating the vehicle noise emission values used in French traffic noise prediction models, Proc. Internoise 1999 [3] J. Lelong (1999), Vehicle noise emission: Evaluation of tyre/road- and motor-noise contributions, Proc. Internoise 1999 [4] Y. Oshino, S. Kono, T. Iwase, H. Ohnishi, T. Sone, H. Tachibana (2000), Road traffic noise prediction model asj model 1998 proposed by the acoustical society of Japan Part 2: Calculation model of sound power levels of road vehicles, Proc. Internoise 2000 [5] U. Sandberg (2001), Tyre/road noise Myths and realities, Proc. Internoise 2001 [6] M. Bérengier (2002), Acoustical impact of traffic flowing equipments in urban area, Proc. Forum Acusticum Sevilla 2002 [7] M. Bérengier, J. Lelong, M. Pallas, D. Gaulin (1999), A French national database on the acoustic emission of transportation vehicles, 2 nd European Road Research Conference [8] U. Sandberg, J. Ejsmont (2002), Tyre/road noise reference book [9] J. Lelong, R. Michelet (1999), Effect of acceleration on vehicle noise emission, Proc. Internoise [10] P.E. Solana Quirós, M.A.Picard López, J.V. Arizo Serrulla, J.C. Moreno Esteve, D. Mirtinez Rodriguez (1999), Noise Models and traffic managment for town planning engineering, Proc. Internoise [11] CROW publicatie 133 (1999), Het wegdek gecorrigeerd op akoestische eigenschappen l:\doc\l\03\1285\1285ra.doc