Spoorvervoer is de kern van Europa's plannen om tegen 2050 CO2-neutraal te worden, maar lawaaierige treinen vormen een obstakel dat moet worden overwonnen.

"We hebben veel weerstand van mensen (wonen) langs de sporen die tegen alle aanleg en upgrades van de lijnen zijn", zegt Rudiger Garburg, senior consultant voor geluids- en trillingstechnologie bij de Duitse spoorwegmaatschappij Deutsche Bahn AG. "Het is echt een bottleneck, (wanneer) we het hebben over het transformeren van transport en het overhevelen van verkeer van de weg naar het spoor."

Volgens het Europees Milieuagentschap is de uitstoot van broeikasgassen door transport in Europa in 2018 en 2019 gestegen, en het wegvervoer was verantwoordelijk voor bijna driekwart van die emissies. In haar strategie voor duurzame en slimme mobiliteit streeft de Europese Commissie ernaar het verkeer van de weg naar het spoor te verschuiven en het hogesnelheidspassagiersvervoer per spoor in heel Europa tegen 2030 te verdubbelen en het goederenvervoer per spoor tegen 2050 te verdubbelen.

Om community buy-in te krijgen, moeten overheden en spoorwegmaatschappijen het spoorweglawaai echter verminderen. "Lawaai is altijd een probleem van het systeem, niet alleen van de trein", zegt Garburg, die lid is van de FINE 1- en FINE 2-projecten van Shift2Rail om geluid, trillingen en energieverbruik te verminderen. Een spoorwegsysteem omvat de treinen, hun wielen, de rails en de sporen die ze ondersteunen.

Bij reizigers- en goederentreinen, die tussen de 60 en 200 km per uur rijden, wordt het geluid voornamelijk tussen de wielen en het spoor opgewekt. Het is echter erg moeilijk om te bepalen welk deel van het systeem het geluid maakt.

FINE 1, waarbij partners op het gebied van spoor, mobiliteit en automatisering betrokken waren, was een breed project om overmatig geluid en energie van treinen in te dammen. Het ging onder meer om het modelleren en voorspellen van geluidsbronnen. Deze informatie is van vitaal belang voor zowel regelgevers als treinfabrikanten.

Het project was bijvoorbeeld in staat om het geluid zowel binnen als buiten de trein te simuleren, gemaakt door gietijzeren wielen in vergelijking met wielen van composietmateriaal. "In het verleden gebruikten treinen een gietijzeren remsysteem voor de wielen", legt Garburg uit. Hoewel het goed was om te remmen, scheurde het ijzer na verloop van tijd, waardoor de wielen erg ruw en lawaaierig werden. "De afgelopen jaren hebben we heel hard gewerkt om meer remblokken (gemaakt van) composietmaterialen te vinden, geen gietijzer."

Limiet

In 2019 zijn de herziene Europese normen voor treingeluid, onderdeel van een grotere reeks spoorspecificaties, van kracht geworden. In tegenstelling tot auto's, waar fabrikanten duizenden voertuigen produceren, produceren treinfabrikanten slechts een beperkt aantal. "Je kunt geen prototype bouwen, het testen en eraan werken", legt Garburg uit. "Als je een nieuwe trein bouwt, moet je garanderen dat je trein zich aan deze geluidsgrens houdt, vergelijkbaar met luchtvervuiling enzovoort."

Als onderdeel van FINE 1 ontwikkelden projectleden verifieerbare, realistische eisen om geluidsbronnen te karakteriseren. Deze specificaties zijn belangrijk om normen op te stellen die fabrikanten moeten volgen, en uiteindelijk om treinen stiller te maken. Zijn opvolger, FINE 2, is van plan dit onderzoek nog verder te brengen en zijn voorspellingsmodellen voor geluidsbronnen te verfijnen.

"In FINE 2 hebben we speciale meetprocedures", zei Garburg. Het team gebruikt een akoestische camera, een array van 30 tot 40 microfoons, om het geluid van het railsysteem vast te leggen. Hij vergelijkt het met een thermische camera, waarbij je gele, rode en groene delen van een gebouw ziet om een ​​warmtekaart te maken. "We zullen dergelijke procedures voor de ruis gebruiken om foto's te maken die duidelijk laten zien waar de belangrijkste geluidsbronnen zijn", zei hij.

Met betere modellen kunnen treinfabrikanten mogelijk ook virtuele certificering voor hun treinen krijgen om aan te tonen dat ze voldoen aan de EU-normen. Alle treinen moeten worden gecertificeerd door regelgevende instanties voordat ze op het spoor worden toegelaten, maar dit proces kan duur en tijdrovend zijn.

In het partnerproject TRANSIT van Shift2Rail is virtuele certificering de "droom aan de horizon", zegt Ines Lopez Arteaga, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Technische Universiteit Eindhoven in Nederland. "Het zou veel geld, tijd en middelen besparen om het op basis van berekeningen te kunnen doen."

Maar er zijn veel onderzoeksmijlpalen die eerst moeten worden bereikt, zei prof. Lopez Arteaga, projectleider van TRANSIT. We hebben tools om te voorspellen waar treingeluid vandaan komt, maar dat kan beter, zegt ze.

Gecertificeerd

Op dit moment zegt ze dat het mogelijk is om het totale geluid dat een trein op het spoor maakt te meten, maar de schatting van de afzonderlijke componenten moet nauwkeuriger zijn. Met deze informatie zou het niet alleen mogelijk zijn om treinen stiller te maken, maar ook om het makkelijker te maken om nieuwe treinen te laten certificeren.

Maar treinen moeten ook worden getest op een specifiek type spoor - een spoor waarvan de gladheid geen belemmering zou vormen of overdreven positieve geluidsmetingen zou opleveren. Ze vergelijkt treinen op het spoor met een kind dat met knikkers speelt. "Als je een knikker op een tafel laat rollen, maakt het geluid. Bij treinen zijn het de wielen op de baan. Je krijgt een ander geluid, afhankelijk van de ruwheid van de tafel, of het bijvoorbeeld roestvrij staal of hout is," zei ze. .

"Het is niet eenvoudig om het juiste spoor te vinden", legt prof. Lopez Arteaga uit. "Je zou verwachten dat het met zoveel duizenden kilometers spoor in Europa niet zo'n probleem zou moeten zijn, maar dat is het wel."

Een van de doelstellingen van het project is het vertalen van de geluidsmetingen van het ene spoor naar het andere. "Dat zou een heel groot voordeel zijn", zei ze. "Dat zou de beperkingen verminderen voor het type circuit waarop je kunt testen."

Ruis

Naast de wielen en rails zijn er ook andere componenten die bijdragen aan het geluid dat een trein maakt als hij passeert.

Zo hadden oudere treinen hun airconditioning onder het rijtuig, maar moderne treinen zijn verlaagd zodat mensen met minder mobiliteit gemakkelijker in en uit het rijtuig kunnen stappen. Als gevolg hiervan bevinden airconditioningunits zich nu bovenop de wagon, waar ze bijdragen aan het treingeluid.

"De modellen die we ontwikkelen met hulp van fabrikanten zijn bedoeld om betere eisen te stellen aan hun apparatuur", zegt prof. Lopez Arteaga.

Het aspect van het project waar ze bijzonder enthousiast over is, is modellering, het identificeren van geluidsbronnen op hogesnelheidstreinen. "Ze willen dat we het geluid identificeren, maar ook de richting waarin het gaat. Dat is echt een hele uitdaging."

Zodra het TRANSIT-team de resultaten heeft, zal het deze delen met FINE 2 om te evalueren en hun bevindingen te verifiëren, zegt prof. Lopez Arteaga.

Het zijn allemaal 'kleine stappen' op weg naar het karakteriseren van het gedrag van het hele spoorsysteem, zegt ze. "Ik hou van treinen; ze zijn echt een interessant systeem. Het hele spoor - het netwerk, het systeem, de treinen - is zo complex, er is veel meer dan op het eerste gezicht lijkt."