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比翱观察丨未来的列车如何能减少噪音！
铁路运输是欧洲到2050年实现碳中和计划的核心，但嘈杂的火车是需要首先克服的障碍。
德国铁路公司Deutsche Bahn AG噪声和振动技术高级顾问Rudiger Garburg说：“我们受到铁轨旁人（生活）的强烈抵制，他们反对所有线路的建设和升级。”“这确实是一个瓶颈，（当）我们谈到转变交通方式并将交通从公路转移到铁路时。”
根据欧洲环境署的数据，2018年和2019年欧洲交通运输的温室气体排放量有所增加，而公路运输占这些排放量的近四分之三。在其“可持续和智能交通战略”中，欧盟委员会的目标是将交通从公路转向铁路，到2030年将欧洲的高速客运铁路运输量翻一番，到2050年将铁路货运量翻一番。
Shift2Rail是欧洲第一个通过加速将新技术和先进技术集成到创新铁路产品解决方案中来寻求重点研究和创新以及市场驱动解决方案的铁路计划。FINE 1项目旨在通过减少与铁路交通相关的能源使用和噪音来降低铁路运营成本。预计项目结果将增加欧洲的交通量，并提高铁路相对于其他运输方式的吸引力。FINE-2项目正在形成三个工作流程，以研究实现集成移动管理（I2M）、节能和减少不便的噪音和振动的方法。具体而言，该项目将开发工具，帮助专家了解节能潜力。它还将改进隧道阻力特性方法，提高能源标准，以反映未来的发展。
对于时速在60至200公里之间的客货列车，噪声主要产生于车轮和轨道之间。但是，很难确定系统的哪个部分产生了噪音。
FINE 1涉及铁路、交通和自动化领域的合作伙伴，是一个广泛的项目，旨在抑制火车产生的过多噪音和能量。它着眼于建模和预测噪声源，以及其他目标。这些信息对监管机构和列车制造商都至关重要。
例如，与复合制动块相比，该项目能够模拟由铸铁制动块制成的列车内部和外部的噪音。“过去，火车的车轮使用铸铁制动系统，”Garburg解释说。虽然有利于制动，但随着时间的推移，铁会被剪切，使车轮变得非常粗糙— —而且噪音很大。“在过去的几年里，我们一直在努力寻找更多（由）复合材料制成的制动块，而不是铸铁。”
限制2019年，欧洲修订后的列车噪声法规（更广泛的铁路规范的一部分）生效。与汽车制造商生产数千辆汽车不同，火车制造商只生产有限数量的汽车。Garburg解释说：“您无法构建原型、对其进行测试并对其进行处理。”“如果你建造一列新火车，你必须保证你的火车遵守这个噪音限制，就像空气污染等一样。”
作为FINE 1的一部分，项目成员制定了可验证的现实要求来表征噪声源。这些规范对于制定制造商遵循的标准非常重要，并最终使列车更安静。它的继任者FINE 2计划进一步开展这项研究，并对其噪声源预测模型进行微调。
“在FINE 2中，我们有特殊的测量软件，”Garburg说。该团队使用“声学相机”，即由30-40个麦克风组成的阵列，来捕获铁路系统的声音。他将其比作热像仪，在其中“您可以看到建筑物的黄色、红色和绿色部分”以创建热图。他说：“我们将使用这样的噪声设备与软件来获取清晰显示主要噪声源位置的图片。”
更好的模型还可以使列车制造商能够为其列车获得虚拟认证，以表明他们遵守欧盟标准。所有列车在被允许上轨道之前都需要获得监管机构的认证，但这个过程可能既昂贵又耗时。
列车设计不应再为了速度而牺牲舒适性。提高乘客乘坐舒适性和减少铁路车辆对环境的影响是一项优先任务，噪音控制是首要任务。然而，认证和授权程序目前既昂贵又耗时，而应用复杂材料来减轻车辆重量和满足能源效率需求会影响隔音效果。欧盟资助的TRANSIT项目（Train pass-by noise source characterization and separation tools forcost-effective vehicle certification）是一个由专门研究铁路噪声和振动的大学、研究机构和公司组成的财团，旨在为铁路部门提供降低车辆内部噪声的仪器和方法，同时，开发先进的方法，促进虚拟测试，并导致更经济的车辆认证和授权程序。
荷兰埃因霍温理工大学机械工程教授Ines Lopez Arteaga表示，在Shift2Rail的合作伙伴项目TRANSIT中，虚拟认证是“即将实现的梦想”。“根据计算来做这件事会节省大量的金钱、时间和资源。”
但TRANSIT项目负责人Lopez Arteaga教授说，首先要达到许多研究里程碑。她说，我们有工具可以预测火车噪音的来源，但它们可以改进。
“噪音始终是系统的问题，而不仅仅是火车。”- Rudiger Garburg, Deutsche Bahn AG
认证目前，她说可以测量火车在轨道上产生的整体噪音，但对单独分量的估计需要更准确。有了这些信息，不仅可以使列车更安静，而且可以更轻松地获得新列车的认证。
但是火车也需要在特定类型的轨道上进行测试— —这种轨道的平顺性不会妨碍或给出过于乐观的噪音测量。她将轨道上的火车比作玩弹珠的孩子。“如果你在桌子上滚动弹珠，它会发出噪音。对于火车，它是轨道上的轮子。根据桌子的粗糙度，你会得到不同的噪音，例如，如果它是不锈钢或木制的，”她说。
“要找到正确的轨道并不容易，”Lopez Arteaga教授解释说。“你会认为欧洲有如此多数千公里的铁路，这不应该是一个问题，但事实确实如此。”
该项目的目标之一是将噪声测量结果从一个轨道转换到另一个轨道。“这将是一个非常大的优势，”她说。“这将减少对您可以测试的轨道类型的限制。”
噪音除了车轮和轨道之外，还有其他部件会增加火车通过时的噪音。
例如，较旧的火车在车厢下方装有空调装置，但现代火车已降低，以便行动不便的人更容易进出车厢。因此，空调装置现在位于车厢顶部，增加了火车噪音。
“我们在制造商的帮助下开发的模型旨在为他们的设备建立更好的要求，”Lopez Arteaga教授说。
该项目中让她特别兴奋的一个方面是建模，即识别高速列车上的噪声源。“他们希望我们识别噪音，以及它的发展方向。这真的是一个挑战”。
Lopez Arteaga教授说，一旦TRANSIT团队获得结果，它将与FINE 2共享以进行评估以验证他们的发现。
她说，所有这些都是表征整个铁路系统行为的“小步骤”。“我喜欢火车；它们是一个非常有趣的系统。整条铁路 — — 网络、系统、火车 — — 是如此复杂，远远超出了人们的想象。”
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