Dominującą gałęzią transportu jest transport samochodowy, który jednocześnie jest postrzegany za najbardziej uciążliwy środowiskowo. Od zawsze polityka transportowa UE zorientowana była na działania zmierzające do minimalizacji negatywnego oddziaływania transportu. Realizowane priorytety zrównoważonego rozwoju i internalizacji kosztów zewnętrznych transportu miały między innymi zmniejszyć udział transportu drogowego w realizacji usług przewozowych. Trudno jednak wskazywać na sukces tych działań, ponieważ rynek oraz indywidualne potrzeby transportowe naturalnie wybierają ten rodzaj transportu. Celowe zatem wydaje się prowadzenie badań i stosowanie technologii oraz systemów, które technicznie powodować będą obniżanie emisji szkodliwych czynników [10].

Jednym z najbardziej uciążliwych środowiskowo czynników jest hałas generowanych przez środki transportu. Pracy elementów pojazdów i ich użytkowaniu towarzyszy zjawisko hałasu, który wprowadza dyskomfort dla uczestników ruchu, a w skrajnych przypadkach może wpłynąć niekorzystnie na ich zdrowie. Rozpatrując te zagadnienia ogólnie analizować należy całościowo hałas komunikacyjny generowany przez potoki ruchu.
Można wyróżnić dwie zasadnicze grupy metod walki z hałasem: za pomocą regulacji prawnych i planów rozwojowych oraz  metod inżynierskich aktywnej i pasywnej redukcji hałasu [1,2]. Profilaktykę oraz minimalizację hałasu komunikacyjnego można ograniczyć do metod organizacyjnych oraz infrastrukturalnych. Metody organizacyjne polegają na zarządzaniu i sterowaniu ruchem w celu dystrybucji skumulowanych potoków ruchu oraz minimalizacji zatrzymań potoków. Metody infrastrukturalne polegają na stosowaniu specjalnych (cichych) nawierzchni drogowych oraz rozmieszczaniu ekranów akustycznych.

Każda z wyżej wymienionych metod pozwala na zwalczanie hałasu, który jest emitowany przez pojazdy. Bardziej skuteczne jest zwalczanie źródeł hałasu. Plany i strategie europejskie zakładają produkcję niskoemisyjnych pojazdów. Dlatego tak istotna jest identyfikacja źródeł emisji oraz opracowanie systemów technicznych, które zminimalizuję udział procesów resztkowych najczęściej w postaci hałasu, drgań i szkodliwych efektów spalania.  
Pojazd samochodowy jest złożonym układem technicznym składającym się z wielu systemów i elementów. W celu zapewnienia właściwości trakcyjnych najistotniejsze z nich to silnik, przekładnie, zawieszenie, układ hamulcowy oraz układ wydechowy. Bardzo wiele elementów pojazdu jest łożyskowane. Wszystkie te elementy są źródłami hałasu. W silnikach spalinowych istnieje wiele źródeł hałasu. Hałas powstały w czasie pracy silnika spalinowego wywołany jest różnymi procesami aerodynamicznymi oraz mechanicznymi. Dodatkowo od silnika napędzane są: pompa wodna, pompa wspomagania kierownicy, alternator oraz sprężarka klimatyzacji, które również generują dźwięki mogące wpływać na poziom generowanego hałasu. W celu zmniejszenia hałasu silniki zabudowuje się osłonami akustycznymi. Stosowanie takich osłon pogarsza jednak warunki chłodzenia i utrudnia dostęp do silnika.

Dopuszczalny poziom hałasu samochodu określony jest oddzielnie dla hałasu zewnętrznego oraz wewnątrz kabiny. Hałas zewnętrzny wpływa niekorzystnie na środowisko, a hałas w kabinie - na komfort i bezpieczeństwo kierowcy [3,4]. Na poziom hałasu wewnątrz kabiny największy wpływa ma układy napędowy i jezdny oraz hałas aerodynamiczny. Kolejnym źródłem hałasu są wielkopowierzchniowe elementy karoseryjne, np. dach. Jeśli częstotliwość drgań tych elementów jest bliska częstotliwości drgań własnych może dochodzić do rezonansu akustycznego, który przejawia się charakterystycznym „dudnieniem”.  W ramach zwalczania hałasu komunikacyjnego od kilkudziesięciu lat normy europejskie (Dyrektywa Unii Europejskiej 92/97 EWG i Regulamin ECE R51.01) obniżają dopuszczalne wartości poziomów dźwięku, na skutek czego hałas generowany przez samochody osobowe spadł średnio o 5 dB, zaś przez samochody ciężarowe o około 3 dB. Dopuszczalne wartości zostały na przestrzeni lat 1980-1996 stopniowo obniżane z 82 dB na 74 dB dla samochodów osobowych (rys. 2). Poziom 74 dB obowiązuje od 1996 roku, ponieważ prowadzone badania wykazały konieczność opracowania nowej metodyki badania, która będzie bardziej zbliżona do rzeczywistych warunków ruchu drogowego. Wyniki badań naukowych wielu ośrodków potwierdzają, że od prędkości około 30-40 km/h hałas generowany przez toczącą się po nawierzchni asfaltowej opony niemal zrównuje się z poziomem natężenia hałasu emitowanego przez źródła mechaniczne w pojeździe. Dla wyższych prędkości staje się dominującą składową całkowitego hałasu generowanego przez pojazd. Powstała, więc nowa regulacja prawna dla dopuszczalnego poziomu natężenia hałasu emitowanego przez parę opona-jezdnia, czyli dyrektywa 2001/43/EG - Limity hałasu.

Lokalizacja dominujących źródeł hałasu poruszającego się pojazdy, czyli będącego pod wpływem wymuszeń aerodynamicznych przedstawiona jest na przykładzie Mapy akustycznej pojazdu z włączonym silnikiem w tunelu aerodynamicznym (rys. 3). Jak widać największe pole natężenia dźwięku występuje w okolicy kontaktu koła – nawierzchnia. Pozostałe główne źródła hałasu w pojazdach samochodowych przedstawiono na rysunku 4.

Postęp i innowacyjność w budowie pojazdów skutkują minimalizacją udziału mechanicznych i termodynamicznych źródeł hałasu w pojazdach, takich jak silnik, układ przeniesienia napędu, układ wydechowy, układ ssący oraz pozostałe przekładnie. Zespoły te stają się coraz bardziej efektywne i minimalizuje się udział procesów resztkowych, takich jak hałas, w ich funkcjonowaniu. Aktualnie liczne badania dowodzą, że hałas generowany na skutek interakcji opony z nawierzchnią jest głównym źródłem hałasu przy prędkości powyżej 55 km/h dla samochodów osobowych, zaś dla samochodów ciężarowych przy prędkości powyżej 70 km/h [6].

Zidentyfikowano już wiele mechanizmów, które odpowiedzialne są za generowanie hałasu podczas kontaktu opony z nawierzchnią. Wybrane z nich przedstawiono na rysunku poniżej.

dr inż. Rafał Burdzik
Katedra Budowy Pojazdów Samochodowych
Wydział Transportu
Politechnika Śląska

Spis literatury zawiera część II.

Tweet