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Accin COST TU1105. Investigaciones sobre nuevas

generaciones de vehculos que mejorarn el medio ambiente

Controla tu ruido y respeta el medio ambiente sonoro

Cules son los mejores auditorios del mundo?Music, Acoustics, and Architecture (1960)Leo L. Beranek

evistaR deVol. 47 | Nms. 3 y 4 | 3.er y 4. Trimestres 2016 Publicacin peridica de la Sociedad Espaola de Acstica, SEA

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1revista de acstica | Vol. 47 | N.os 3 y 4 ][

evistaR deevistaR deVol. 47 | Nms. 3 y 4 | 3.er y 4. Trimestres 2016

La Revista de Acstica, as como to-dos los artculos e ilustraciones publica-dos, estn protegidos por las leyes de la propiedad intelectual. No obstante, se permite a los autores de los artculos la reutilizacin de los trabajos publicados con fines no comerciales, incluyendo el depsito de la versin final de la revista en repositorios institucionales, temti-cos o pginas web personales, inmedia-tamente despus de su publicacin. El resto de la informacin contenida en la Revista puede reproducirse siempre que se cite la procedencia.

SumarioMonogrfico dedicado a la Accin Europea COST TU1105

5 Tcnicas de anlisis del NVH para el diseo y optimizacin de vehculos elctricos e hbridos: Accin Europea COST TU1105

N. Campillo-Dav; B. Pluymers; S. Delvecchio; A. Rassili; J-W. Biermann; A. Mihailidis

12 Expectativas del consumidor hacia el uso y compra de vehculos hbridos y elctricos (EV/HEV) en funcin del ruido y las vibraciones

A. Garca del Castillo-Lpez;P.Cocron; C.Mora

18 Tcnicas experimentales para el anlisis sonoro y vibratorio de vehculos elctricos e hbridos

R. Peral Orts; S. Walsh; H. Campello-Vicente; S. Theodossiades

29 Mtodos numricos para el estudio NVH de vehculos elctricos e hbridos

J. Carbajo; L. Godinho; P. Amado-Mendes; P. Borza; M. Snchez

37 Percepcin sonora de vehculos elctricos P. Poveda-Martnez; J. Ramis-Soriano; E.Parizet; K. Janssens

45 EUROREGIO - TECNIACSTICA 2016

50 Da internacional sin Ruido 2016

60 Tesis

64 Publicaciones

70 Novedades Tcnicas

82 Noticias

101 Carta abierta del Prof. Manuel Recuero

104 Entrevista: D. Pedro Soriano, fundador de la iniciativa #FFpaciente

106 Normativa

107 Agenda

PERFIL DE USUARIO

COMPRA DE EV/HEV Y

RECOMENDACINEVALUACIN DEL RIESGO

PERCEPCIN GENERAL

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Tcnicas de anlisis del NVH para el diseo y optimizacin de vehculos elctricos e hbridos: Accin Europea COST TU1105

Nuria Campillo-Dav1; Bert Pluymers2; Simone Delvecchio3; Ahmed Rassili4; Jan-Welm Biermann5; Athanassios Mihailidis6

1 Universidad Miguel Hernndez de Elche, Elche, Spain. 2 KU Leuven, Leuven, Belgium. 3 Siemens Industry Software S.r.l., Italy. 4 Lige University, Lige, Belgium. 5 Institute fr Kraftfahrzeuge, RWTH Aachen University, Germany. 6 Aristotle University of Thessaloniki, Greece

[email protected]

Resumen

La introduccin en el mercado automovilstico de veh-culos alternativos con nuevos sistemas de propulsin, como los vehculos elctricos e hbridos, se percibe como una solucin potencial a los problemas medioambientales generados por el transporte rodado. Sin embargo, la apa-ricin de estos vehculos plantea a su vez nuevos retos desde un punto de vista tcnico para optimizar su com-portamiento acstico y vibratorio. En este contexto surgi la Accin COST TU1105, con el objetivo de recopilar y proponer nuevas tcnicas de anlisis de ruido y vibracio-nes que se puedan aplicar durante el diseo y desarrollo de los vehculos elctricos e hbridos. En este monogrfico se recogen las principales conclusiones alcanzadas como resultado del trabajo desarrollado por el consorcio de la Accin.

Abstract

The introduction of alternative propulsion systems in the automotive market, such as electric vehicles and hy-brid vehicles, is perceived as a potential solution to envi-ronmental problems derived from the road transport. How-ever, the emergence of those vehicles poses as well new challenges from a technical point of view for optimizing their acoustical and vibrational behavior. In that context was created the COST Action TU1105, with the main ob-jective to acquire and propose new techniques for the analysis of noise and vibrations of those vehicles to be applied during the design and development phases of electric and hybrid vehicles. In this monograph, the main conclusions reached as a result of the work done by the consortium of the Action are collected.

PACS: 43.50.Lj

1. IntroduccinLa incorporacin de los vehculos elctricos (VEs) y de

vehculos hbridos (VEHs) en el mercado automovilstico en los ltimos aos se percibe como una posible solu-cin a los problemas medioambientales acarreados por los vehculos tradicionales, equipados con motores de combustin interna (ICEs). Desde el punto de vista de la emisin de gases nocivos, se espera que la propulsin elctrica contribuya a alcanzar el objetivo de reducir las emisiones de CO2 y otros contaminantes, lo que impli-car una mejora en la calidad del aire en reas urbanas, una disminucin de las fuentes causantes del calenta-miento global, y una reduccin del consumo de recursos no renovables. Desde el punto de vista de la calidad so-nora en las ciudades, tambin se espera que los vehcu-los alternativos proporcionen una reduccin de la conta-minacin acstica derivada de los flujos de trfico e impacten positivamente en los mapas de ruido de las

ciudades, dado el aumento significativo del ruido deriva-do del trfico rodado [1].

Segn [2], estaba previsto que la demanda mundial de VEHs avanzara rpidamente desde las 1,6 millones de unidades en 2010, hasta 4,3 en 2015 y aproximada-mente el doble en 2020. Sin embargo, la presencia real de estos vehculos en el parque automovilstico espaol y europeo, reflejada en el nmero de nuevas matricula-ciones, es actualmente todava muy escasa, salvo en ciertas excepciones como Noruega [3]. En este sentido, los vehculos elctricos e hbridos presentan ciertos as-pectos que desde el enfoque de los usuarios pueden suponer desventajas frente a los vehculos ICEs. Al fac-tor econmico y al precio ms elevado de estos vehcu-los, se unen otros factores como la sensacin de con-ducir un vehculo con una autonoma limitada o con un alto tiempo de recarga de la batera, lo que genera la incertidumbre en los usuarios sobre si stos vehculos
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Tcnicas de anlisis del NVH para el diseo y optimizacin de vehculos elctricos e hbridos

satisfarn sus necesidades de movilidad individual. As mismo, su reducida emisin sonora y la posibilidad de generar situaciones potencialmente peligrosas asocia-das a su baja detectabilidad por parte del peatn, o un ambiente sonoro particularmente silencioso en el interior de la cabina que puede ser confuso para el conductor, lo que puede llevar a los potenciales consumidores a optar por la adquisicin de un vehculo tradicional antes que uno elctrico o hbrido.

Por tanto, para que los VEs y VEHs puedan ser com-petitivos en un mercado tan tradicionalmente marcado por los vehculos de combustin interna, es necesario que a nivel comunitario y estatal se sigan desarrollando polticas de incentivacin hacia la compra de estos veh-culos. Pero adems, tambin es fundamental que los vehculos alternativos renan unas adecuadas condicio-nes tcnicas, entre las cuales se encuentra disponer de un comportamiento acstico y vibracional (por sus siglas en ingls NVH Noise, Vibration and Harshness) aceptable por parte de los usuarios. En este sentido, la mayor parte del know-how existente aplicable al diseo y resolucin de problemas asociados con el NVH duran-te la fase de desarrollo de nuevos vehculos se concentra en los vehculos de combustin interna. Por lo que dadas las relevantes diferencias entre los vehculos convencio-nales y las nuevas generaciones, es esencial recopilar el escaso y disperso conocimiento que existe actualmen-te sobre estos vehculos, y desarrollar nuevas tcnicas de anlisis del NVH que se puedan aplicar durante la fase de diseo y desarrollo de estos nuevos sistemas de propulsin.

En este contexto y con el fin de contribuir en el estu-dio y desarrollo de las futuras generaciones de vehculos se cre la Accin COST TU1105 NVH analysis techni-ques for design and optimization of hybrid and electric vehicles [4]. El objetivo principal del proyecto es poner en comn y coordinar el conocimiento existente sobre vehculos elctricos que hay disperso en Europa, y pro-poner y desarrollar nuevas tcnicas para analizar su com-portamiento acstico y vibracional que se puedan em-plear durante la fase de diseo de estos vehculos.

2. NVH en la automocin

El concepto NVH Noise, Vibration & Harshness aplicado a la automocin permite describir el comporta-miento dinmico de los vehculos automviles en un ran-go de frecuencias completo. Es decir, abarca desde las vibraciones de estructuras apreciables a baja frecuencia, pasando por la gama sensible y audible del confort acs-tico percibido (harshness), hasta el rango de ruido audi-ble a alta frecuencia limitado por la capacidad de percep-cin del odo humano [5].

Una metodologa usual para abordar los problemas de ruido y vibraciones en vehculos es adoptar el enfoque de anlisis de sistemas, en el cual una o ms fuerzas de excitacin generan una o ms respuestas que estn re-lacionadas mediante la funcin de transferencia del sis-tema. En los vehculos automviles, las excitaciones pue-den venir de cualquier fuente posible de ruido y vibracin, como por ejemplo las vibraciones del motor o el ruido de escape. En muchas ocasiones resulta de inters conocer la respuesta de estas fuentes en localizaciones determi-nadas en el interior de la cabina, tales como en la posi-cin del conductor o de los pasajeros. En estos casos, la funcin de transferencia que se obtiene es la funcin desde la fuente de ruido o vibracin hasta el receptor, y sta puede ser vibracional, acstica o una combinacin de ambas.

En los casos en los que existen muchas fuentes de ruido y vibracin, se suele emplear una metodologa en cascada para categorizarlos, en la que habitualmente se hace una distincin de las fuentes de ruido que se trans-miten por va estructural y por va area. Entre las prime-ras se encuentran las vibraciones del motor, las vibracio-nes generadas en la interaccin neumtico-pavimento, o las vibraciones del escape. Entre las segundas, se distin-guen la radiacin acstica del bloque motor, el ruido ae-rodinmico, o el ruido de la admisin y del escape. Por otro lado, tambin se suele plantear una opcin alterna-tiva que consiste en considerar todas las fuentes posi-bles en un primer nivel del modelo de cascada y en un segundo nivel considerar las vas de transmisin que si-guen las fuentes, distinguiendo entre vas acsticas y estructurales.

Por tanto, con el fin de minimizar los niveles sonoros en un vehculo hasta conseguir un nivel objetivo, se re-quiere bien modificar siempre y cuando sea posible el ruido generado por las diferentes fuentes o modificar las vas de transmisin que recorre el ruido. Los mtodos para estudiar problemas vibro-acsticos se pueden cla-sificar en analticos, numricos y experimentales. Las ventajas de los mtodos analticos radican en que pue-den predecir resultados acsticos o vibratorios sin ser necesarios demasiados clculos, en un tiempo breve y generalmente sin limitaciones de frecuencia. Los mto-dos numricos son muy tiles para modelizar casos rea-les de un modo preciso, y para predecir la radiacin so-nora y de vibraciones de estructuras complejas. A diferencia de los mtodos analticos, los mtodos nu-mricos requieren un gran nmero de clculos y tiempo para su resolucin, un considerable coste personal para disear modelos detallados y solamente son aplicables para anlisis en bajas frecuencias. Por otro lado, existen muchas tcnicas experimentales para resolver proble-mas vibro-acsticos, entre las cuales una ampliamente



utilizada en la industria de la automocin para el anlisis de las diferentes vas de transmisin es la conocida como TPA o NPA (de sus siglas en ingls Transfer Path Analysis o Noise Path Analysis), con la que se puede obtener una descripcin completa de las caractersticas acsticas de un vehculo con un buen conocimiento de sus causas.

El ruido y las vibraciones juegan un importante rol en lo que se conoce como la calidad sonora del vehculo. La calidad sonora y vibratoria de un vehculo es un tema muy amplio dada la compleja interaccin entre el usuario y el vehculo. En las sociedades industrializadas, donde el uso de los vehculos para el transporte de pasajeros ha sido un medio de transporte prevalente durante las lti-mas dcadas, los usuarios han desarrollado expectativas muy concretas sobre la sensacin que se desea al usar un automvil, y estas expectativas, junto con el coste o el consumo, definen las decisiones de compra. La indus-tria de la automocin a nivel mundial ha invertido consi-derables recursos en los ltimos veinte aos para com-prender el rol que el sonido y las vibraciones juegan en las percepciones de los usuarios y para definir objetivos realistas para asegurar el inters comercial.

En este sentido, y como se comentaba anteriormen-te, es fundamental que los vehculos alternativos renan un NVH que sea acorde a las expectativas y preferencias de los usuarios de los mismos, para que stos sean competitivos en el sector. Y para ello es imprescindible poder disponer de las herramientas y tcnicas de anlisis adecuadas que permitan abordar la definicin del com-portamiento acstico y vibracional desde la fase de dise-o de estos vehculos hasta su posterior fabricacin, adaptando, siempre y cuando sea posible, las tcnicas existentes aplicadas al NVH en vehculos ICEs, o desa-rrollando especficamente nuevas tcnicas para su uso en VEs y VEHs.

2.1. Tipos de sistemas de propulsin en VEs y VEHs

Para poder abordar el problema del NVH en vehculos elctricos e hbridos, es fundamental conocer los tipos de sistemas de propulsin existentes actualmente. Estos sistemas se pueden clasificar segn diferentes criterios, encontrando que en este tipo de vehculos usualmente se distinguen los vehculos propulsados por motores elctricos, los sistemas de pilas de combustible y las uni-dades hbridas [6].

Por un lado, bajo la designacin de vehculos elctri-cos se recogen los vehculos propulsados por motores elctricos alimentados por bateras, extensores de rango y sistemas de pilas de combustible. Como vehculos elctricos puros se consideran los propulsados por mo-tores elctricos alimentados por bateras que se cargan con la red elctrica pblica. Otra opcin es cargar las

bateras usando una unidad extensora de rango, en la que un generador que carga las bateras se acciona me-diante un motor de combustin. Finalmente, los vehcu-los con pila de combustible son los que una pila de com-bustible compuesta por hidrgeno o metanol proporciona la energa elctrica.

Por otro lado, bajo la designacin de vehculos hbri-dos se engloban los vehculos propulsados por dos mo-tores diferentes (habitualmente un motor de combustin interna y un motor elctrico) y sus correspondientes sis-temas de almacenaje. Estos vehculos se pueden clasifi-car en funcin del grado de electrificacin y en el modo en el que se acoplan sus motores.

En relacin con el grado de electrificacin de los VEHs, se pueden encontrar: los sistemas start/stop, que permiten que el motor de combustin se pare cuando el vehculo se detiene; los vehculos micro-hbridos (micro hybrid o grado de hibridacin baja), que permiten un fre-nado regenerativo simple por medio de un alternador integrado que se aade al sistema de start/stop; los se-mi-hbridos (mild hybrid o grado de hibridacin media), que permiten la impulsin y el frenado regenerativo; y los hbridos puros (full hybrid o grado de hibridacin comple-ta), que permiten una propulsin elctrica adems de todas las funciones mencionadas anteriormente.

En funcin del modo en el que los VEHs acoplan sus motores, se pueden encontrar: los vehculos hbridos en serie, en los que los componentes estn dispuestos a lo largo del mismo eje; los vehculos hbridos en paralelo, en los que tanto el motor de combustin como el motor elctrico pueden propulsar el vehculo mediante una co-nexin mecnica directa a las ruedas; los vehculos hbri-dos combinados (tambin denominados en serie-parale-lo), en los que se combinan las caractersticas de los sistemas en serie y paralelo; los vehculos hbridos con transmisin power-split, donde la potencia mecnica del motor de combustin se transmite a las ruedas por dos vas diferentes: directamente mediante una transmisin mecnica y a travs de una ruta auxiliar que se compone de dos mquinas elctricas que operan como motor y generador que conforman una transmisin continuamen-te variable; y los vehculos hbridos enchufables (o plug-in), en los que la batera se carga mediante conexin a la red elctrica pblica y se descarga durante el funciona-miento del vehculo de un modo similar a como lo hara un depsito de combustible, lo que permite que vehculo circule en modo exclusivamente elctrico a bajas veloci-dades (20-50 km/h).

Puesto que los vehculos hbridos no tienen la limita-cin de autonoma que presentan los puramente elctri-cos, ni el inconveniente en cuanto a emisiones contami-nantes que presentan los vehculos de combustin



interna, suelen encontrarse ms acorde con las necesi-dades de los consumidores y sus patrones de conduc-cin actuales y futuros. Los vehculos hbridos combinan la ventaja de tener integrados dos sistemas de propul-sin diferentes, la posibilidad de circular sin emisiones locales y la capacidad de recorrer largas distancias. Los vehculos elctricos se presentan ms adecuados para una movilidad en entorno urbano y recorridos de corta distancia. Los hbridos podran ser la principal solucin para una movilidad sostenible, para el transporte de usuarios individuales, para el transporte de mercancas y para el transporte pblico, as como para la movilidad en entorno urbano tambin. En resumen, las necesidades de los consumidores deben definir las mejores opciones para la movilidad alternativa en entornos urbanos e inter-urbanos. Pero tambin los requerimientos de otros usua-rios de las vas peatones, ciclistas, otros conductores, etc. deben tenerse en cuenta.

3. Metodologa de trabajo en la Accin COST TU1105

Junto con el objetivo principal del proyecto, se defi-nieron una serie de objetivos secundarios que permitiran abordar el proyecto de un modo ms detallado. En pri-mer lugar, era fundamental conocer las necesidades de la industria dentro del sector del NVH de VEs y VHEs as como evaluar la percepcin y las expectativas que los consumidores pueden tener sobre las condiciones inte-riores y exteriores de un vehculo alternativo en relacin a su ambiente acstico y vibraciones en la cabina. Tambin sera esencial recopilar el conocimiento que exista en Europa sobre NVH tanto en vehculos convencionales, como tambin el disperso conocimiento sobre vehculos alternativos, con el fin de adaptar, siempre que fuese po-sible, las tcnicas empleadas para el diseo de vehculos tradicionales a los nuevos sistemas de propulsin. Se requera adems estimular a los usuarios finales, compa-as de transporte y autoridades responsables del desa-rrollo de infraestructuras sobre las nuevas interacciones que existen entre los vehculos alternativos y el medio ambiente, as como promover nuevas iniciativas euro-peas en este campo y difundir hacia los usuarios finales los resultados que se obtuviesen en este proyecto.

En el consorcio del proyecto, se cre una activa y multidisciplinar red de investigadores que trabajan en el mbito del NVH y de la dinmica de vehculos desde di-ferentes perspectivas: desde equipos de investigacin en el mbito de las tcnicas experimentales y numricas, el control activo y pasivo de sistemas, y la calidad sonora, hasta grupos de investigacin trabajando en aspectos relacionados con la psicologa y necesidades de los con-sumidores.

El programa cientfico dentro de la Accin COST TU1105 se estructur en cinco grupos de trabajo (WG), cuyas actividades se enfocaron a alcanzar los objetivos comentados anteriormente. En el WG1 se trabaj en compilar el estado del arte sobre las tcnicas de anlisis del NVH aplicadas a los vehculos ICEs y las caractersti-cas relacionadas con el ruido y las vibraciones de los nuevos vehculos. El WG2 se centr en desarrollar tcni-cas experimentales para el anlisis sonoro y vibratorio de VEs y VEHs, mientras que el WG3 se enfoc a desarrollar tcnicas numricas. El WG4 se orient al estudio del comportamiento acstico de estos vehculos, analizando su detectabilidad y la efectividad de aplicar sonidos de advertencia para mejorar dicha detectabilidad. Finalmen-te, el WG5 se dedic a la difusin de resultados hacia todos los niveles de la sociedad.

4. ConclusionesLa Accin COST TU1105, enmarcada dentro del pro-

grama de Acciones COST de la Unin Europea, comenz sus actividades en abril de 2012. Durante los cuatro aos que ha durado el proyecto, se ha consolidado un consor-cio en el que han participado 37 entidades de 17 pases diferentes (incluyendo 3 entidades no Europeas), entre los que se incluyen miembros de instituciones acadmicas e institutos de investigacin, empresas del sector de auto-mocin y colectivos afectados [6]. Por tanto, este proyec-to ha proporcionado la oportunidad nica de reunir inves-tigadores seniors y noveles, autoridades europeas en la reglamentacin del transporte rodado, consultores, repre-sentantes de la industria y asociaciones de transporte, para recopilar las necesidades y proponer nuevas herra-mientas y metodologas dentro del campo del NVH en vehculos con propulsin alternativa. El trabajo realizado por el consorcio ha permitido alcanzar resultados punte-ros, obteniendo un anlisis detallado de los enfoques exis-tentes para analizar el NVH, as como su validacin para ser aplicados en las nuevas generaciones de vehculos. Los resultados del proyecto estn recopilados en el libro COST Action TU1105-NVH Analysis techniques for de-sign and optimization of hybrid and electric vehicles [6].

En los artculos recogidos en el presente monogrfico de la Revista de Acstica dedicado a la Accin COST, se describen las principales actividades y conclusiones obtenidas en el proyecto. En concreto, se da una visin general sobre las expectativas del consumidor hacia el uso y compra de vehculos hbridos y elctricos en fun-cin del ruido y las vibraciones, se resumen las principa-les tcnicas experimentales y numricas para el anlisis sonoro y vibratorio de VEs y VEHs, y se analiza el com-portamiento acstico de estos vehculos prestando especial atencin a su detectabilidad y la efectividad de los sonidos de advertencia.



Finalmente, los resultados y conclusiones de este proyecto, y junto con la visin proporcionada por los miembros del consorcio pertenecientes a la EARPA (Eu-ropean Automotive Research Partners Association) han permitido identificar las necesidades, prioridades y retos del NVH cruciales en el campo de la automocin para el diseo y la fabricacin de las futuras generaciones de vehculos. Entre estos trabajos futuros se encuentran: el desarrollo de nuevas herramientas para el anlisis del NVH especialmente aplicado a los nuevos componentes integrados en los vehculos alternativos como motores elctricos, extensores de rango, engranajes o la electr-nica de potencia; el progreso en el diseo de una nueva generacin de materiales inteligentes que permitan miti-gar el ruido y la vibracin provenientes del vehculo y sus componentes; la utilizacin de una manera simbitica de los sistemas de control y sensores existentes actualmen-te en los vehculos, para adaptar y mejorar el comporta-miento acstico y vibratorio de estos vehculos y sus componentes; el desarrollo de nuevas funciones que permitan incluir, no slo las mtricas ingenieriles basadas en las medidas objetivas de decibelios para conocer la percepcin sobre el NVH de los consumidores y usuarios de la va, sino tambin aspectos subjetivos relacionados con factores humanos y medioambientales; y el diseo de un nuevo concepto de ruido urbano, basado en la idea de que las ciudades del futuro tengan mapas de ruido cuyas principales fuentes sonoras provengan de vehculos silenciosos equipados con sonidos de adver-tencia directivos para alertar a peatones, junto con el uso generalizado de otras seales ubicadas en edificios y mobiliario urbano que permitan la navegacin peatonal segura y a su vez la definicin de los paisajes sonoros urbanos.

Los miembros de la Accin, junto con aquellas perso-nas que puedan estar interesadas, continuarn trabajan-do en estos puntos clave para el futuro desarrollo del campo de la investigacin y la innovacin en el NVH, en nuevos y futuros proyectos y actividades de colabora-cin, contribuyendo de este modo al legado de la Accin COST TU1105.

5. AgradecimientosLos artculos recogidos en el presente monogrfico

estn basados en el trabajo de la Accin COST TU1105 NVH analysis techniques for design and optimization of hybrid and electric vehicles, financiada por el programa de Acciones COST (European Cooperation in Science and Technology) de la Unin Europea. Los autores de este monogrfico quieren agradecer de un modo espe-cial a todos los miembros del consorcio de la Accin COST TU1105 (ver listado de miembros en [6]), que gra-cias a su trabajo, esfuerzo y dedicacin al proyecto han contribuido a los excelentes resultados obtenidos en la Accin. As mismo, quieren agradecer a la Sociedad Es-paola de Acstica la excelente oportunidad brindada para dar difusin mediante el presente monogrfico a los logros alcanzados en este proyecto, as como el patroci-nio institucional brindado durante la Conferencia Final de la Accin celebrada los das 6 y 7 de abril en la Universi-dad Miguel Hernndez de Elche.

6. Referencias [1] European Commissions Green Paper of 4th Novem-

ber 1996 on Future Noise Policy /*COM/96/540 FINAL*/

[2] The Freedonia Group. (2006). World Hybrid-Electric Vehicle, Oct. 2006.

[3] A. Lazarevic. Electrified and other alternative fuel vehicles-EU policies concerning such vehicles. Pro-ceedings of the COST Action TU1105 Final Confer-ence. Elche, Spain, April 2016.

[4] http://www.cost.eu/COST_Actions/tud/TU1105

[5] S. Delveccio. WG1 of COST Action TU1105. State of art in NVH of ICE and Electrified Vehicles. Extend-ed Scientific Report of COST Action TU1105. 2013.

[6] N. Campillo-Davo, A. Rassili, (eds). NVH analysis techniques for design and optimization of hybrid and electric vehicles. Aachen, Germany: Shaker Ver-lag; 2016.
http://www.cost.eu/COST_Actions/tud/TU1105

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Expectativas del consumidor hacia el uso y compra de vehculos hbridos y elctricos (EV/HEV) en funcin del ruido y las vibraciones

lvaro Garca del Castillo-Lpez1; Peter Cocron2; Cristina Mora1

1 Universidad Miguel Hernndez de Elche, Elche, Spain 2 Technische Universitt, Chemnitz, Germany

[email protected]

Resumen

La situacin climtica actual exige un cambio urgente en las polticas de emisin de CO2, siendo los vehculos de transporte una de las mayores fuentes de emisin so-bre la que podemos actuar. La alternativa de los vehculos elctricos y los vehculos hbridos (EV y HEV por sus siglas en ingls) se configura como una solucin prometedora para cambiar esta tendencia. Entender los beneficios de esta tecnologa es un paso imprescindible para conseguir su implementacin. En este sentido, una de las caracters-ticas distintivas son sus bajos niveles de ruido en compa-racin con los vehculos convencionales. Uno de los obje-tivos de este estudio es, por tanto, analizar las expectativas de los consumidores respecto al ruido de estos vehculos y conocer si puede afectar a la decisin de compra. Se analizarn tambin las actitudes hacia los EV/HEV en un modelo de ecuaciones estructurales que contemple las relaciones de las variables implicadas.

Abstract

The current climate situation requires an urgent change in the policies of CO2 emission, being vehicles of trans-port, one of the major emission sources on which we can act. The alternative of electric vehicles and hybrid vehicles (EV and HEV) is configured as a promising solution to change this trend. Understanding the benefits of this tech-nology is an essential step to achieve its implementation. In this sense, one of the distinguishing features of vehicles with an alternative power train are their low levels of noise in comparison with conventional vehicles. One of the ob-jectives of this study is, therefore, analyze customer ex-pectations concerning the noise of these vehicles, and to know if that can affect to the decision of buy. Attitudes towards the EV/HEV in a structural equation model that contemplates the relationships of the variables involved will also be analyzed.

PACS: 43.50.Lj

1. IntroduccinLa evolucin de las ciudades durante las ltimas d-

cadas, junto con el propio desarrollo de la sociedad y la tecnologa, ha permitido el crecimiento exponencial de los ncleos urbanos hasta alcanzar tasas de con-centracin poblacional que en ocasiones pueden resul-tar incluso excesivas. Esta nueva realidad ha provoca-do que determinadas caractersticas derivadas de la convivencia urbana puedan acabar convirtindose en un problema. Una de estas variables que en los ltimos aos se ha ido configurando como un elemento inc-modo que puede afectar directamente a la calidad de vida en las ciudades es el ruido [1], el cual puede afec-tar al sueo [2], puede aumentar el riesgo cardiovascu-lar [3] o puede producir otros trastornos tanto auditivos como no auditivos [4].

Adems del ruido inherente a la actividad humana, una de las mayores fuentes de ruido en las ciudades son los vehculos de transporte motorizados o transporte ro-dado [5, 6, 7]. En este tipo de vehculos, los llamados convencionales o de combustin interna (gasolina o di-sel) son los que ms ruido generan, en comparacin con los vehculos elctricos (EV) o hbridos (HEV) cuya baja emisin de ruido puede contribuir al bienestar en los n-cleos urbanos. Esta caracterstica que en principio se antoja positiva para la convivencia en las ciudades, pue-de producir algunos problemas de seguridad vial deriva-dos de la dificultad de advertir la presencia de estos ve-hculos silenciosos a baja velocidad en entornos urbanos [8, 9, 10].

Esta coyuntura hace necesario estudiar cmo los usuarios y posibles consumidores de este tipo de


Expectativas del consumidor hacia el uso y compra de vehculos hbridos y elctricos (EV/HEV)

vehculos evalan el sonido, en qu se fijan cuando eva-lan la calidad del mismo [11] y cmo evalan esa cali-dad [12]. En este sentido, el estudio de las expectativas del consumidor hacia el ruido o las vibraciones cuando usan o pretenden adquirir un EV/HEV se torna de gran importancia, ya que al vincularse el sonido del vehculo con la calidad del mismo y de la marca, estas caracters-ticas pueden influir en la intencin de compra y en la satisfaccin de los usuarios.

A la vista de los datos expuestos, en la presente in-vestigacin se propone estudiar el efecto de las expec-tativas de los consumidores hacia el uso y compra de EV/HEV mediante un modelo basado en la metodologa de las ecuaciones estructurales (SEM). En un estudio previo [13] se elabora un modelo SEM basado en la lite-ratura en el que se relacionan diversas variables implica-das en la conducta de compra y uso de estos vehculos atendiendo a sus caractersticas de ruido y vibraciones (Figura 1).

Los resultados de ese estudio muestran que la mayo-ra de las personas evaluadas prefieren un ambiente si-lencioso en el interior del vehculo mientras conducen, llegando incluso a incomodarse si perciben el sonido del cambio de marchas o las vibraciones. A pesar de ello, la mayora de los sujetos declaran sentirse cmodos con algn sonido durante la conduccin [13]. Estas preferen-cias a la hora de utilizar un vehculo en funcin del sonido o vibracin que produce durante la conduccin, se rela-ciona directamente con las actitudes de los usuarios ha-cia este fenmeno, pudiendo diferenciar entre usuarios en funcin de su perfil. La investigacin en el campo de

las actitudes refleja su implicacin en la prediccin de la conducta [14]. Se ha visto cmo una actitud proambien-tal se relaciona positivamente con una conducta ecolgi-ca [15, 16] de lo que se desprende que, adems del perfil de usuario resultante en funcin de su actitud ge-neral hacia el ruido y las vibraciones de los vehculos, la actitud ecolgica influir en el uso y compra de EV/HEV.

La evaluacin del riesgo vinculado a los EV/HEV es otro factor importante a contemplar en un modelo de expectativas de los consumidores. El riesgo se puede contemplar desde dos perspectivas, una real y otra sub-jetiva [17] que puede afectar de igual manera a la inten-cin de uso y compra. Adems, las actitudes relaciona-das con el medio ambiente y la tecnologa afectan a las evaluaciones de riesgo [18]. De esta forma, la percepcin de riesgo derivada de los EV/HEV podr afectar tanto al uso como a la adquisicin de estos vehculos desde el punto de vista del consumidor.

Para comprobar la estructura y validez del modelo expuesto en la Figura 1 se realizan varios anlisis facto-riales (tanto exploratorios como confirmatorios), con el objetivo de reducir la estructura de los cuestionarios im-plicados en la elaboracin del modelo y mejorar la parsi-monia de ste. A continuacin se muestra el procedi-miento y los resultados con la muestra final y el anlisis del modelo definitivo.

La presente investigacin se realiz en el marco de accin COST TU1105 titulada NVH analysis techniques for design and optimization of hybrid and electric vehicles.

Figura 1. Modelo hipottico de expectativas de los consumidores.

CREENCIAS

EVALUACIONES

ACTITUDES HACIA EL RUIDO/VIBRACIONES

INTENCIN DE USO

EVALUACIN DEL RIESGO

INTENCIN DE COMPRA

ACTITUD ECO



2. Mtodo 2.1. Muestra

La muestra final del estudio est compuesta por 332 sujetos (25% mujeres y 75% hombres). La mayora de la muestra es de nacionalidad espaola (49.7%), seguido de britnicos (15%) y alemanes (12%).

2.2. Instrumentos

Se ha construido un cuestionario ad-hoc con base en la literatura. El alfa de Cronbach inicial del cuestionario, previa eliminacin de tems, arroja un valor de .76.

2.3. Procedimiento

Conforme a lo explicado anteriormente, se realizan varios anlisis factoriales para ajustar los tems del cues-tionario y se comprueba finalmente la adecuacin y el ajuste del modelo de ecuaciones estructurales.

3. ResultadosA nivel descriptivo, la mayora de la muestra estudiada

declara preferir un ambiente libre de ruido de motor a la hora de conducir un vehculo (60.55%), por lo que habla-mos de un perfil de consumidor ms innovador que tra-dicional en la muestra estudiada. El 74.4% de la muestra est de acuerdo al afirmar que el sonido del motor de un vehculo es seal de su rendimiento. En relacin a la per-cepcin de riesgo de los EV/HEV en funcin del ruido que emiten, el 64.4% de los usuarios entienden que la ausencia de sonido motor puede causar problemas a

otros usuarios. Adems, el 58.4% cree que esta ausencia de ruido de los EV/HEV puede resultar peligrosa para el trfico. En cuanto a los peatones, el 80.1% de la muestra cree que el ruido de los coches es necesario para que los peatones puedan detectar los vehculos (Tabla 1).

Tras la reduccin de tems del cuestionario principal, el modelo queda formado conforme se muestra en la Figura 2.

La variable Perfil de usuario comprende 7 tems re-lacionados con las actitudes de los usuarios de vehculos hacia el ruido y la vibracin. Se obtienen por tanto dos perfiles diferentes en funcin de su mayor o menor pre-disposicin a aceptar estos ruidos y vibraciones en los vehculos.

La variable Evaluacin del riesgo comprende 3 tems que se corresponden con cmo los usuarios eva-lan el riesgo relacionado con el ruido y las vibraciones de los EV/HEV.

La variable Percepcin General de EVs se corres-ponde con las actitudes ecolgicas y valoracin general relacionadas con los EV/HEV.

Los resultados finales del modelo indican buenos n-dices de ajuste a los datos. El alfa final del modelo es .70

Figura 2. Modelo final.

PERFIL DE USUARIO

COMPRA DE EV/HEV Y

RECOMENDACINEVALUACIN DEL RIESGO

PERCEPCIN GENERAL

DE EVS

Tabla 1. ndices de ajuste del modelo final.

NFI .85

NNFI .88

CFI .90

IFI .90

RMSEA .073 (.065, .080)

Nota: NFI = Normed Fit Index; NNFI = Non-Normed Fit Index; CFI = Comparative Fit Index; IFI = Incremental Fit Index; RMSEA = Root Mean Square Error of Approximation.

Tabla 2. Resultados descriptivos (%, N = 332).

CA A AA AD D CD

Necesito escuchar el motor de mi vehculo 7.5 23.5 28.9 10.5 18.7 10.8

En mi opinin, el sonido del motor de un coche es una seal de su rendimiento 4.8 23.5 25.3 16.0 15.4 15.1

La ausencia de ruido de motor causa problemas a otros conductores 6.9 22.6 34.9 16.3 11.4 7.8

Creo que la ausencia de ruido de un vehculo elctrico es peligrosa para el trfico 10.5 17.5 30.4 18.4 15.4 7.8

Los peatones necesitan el ruido de los coches para detectar los vehculos 24.1 32.8 23.2 9.0 7.5 3.3

Nota: CA = Completamente de Acuerdo; A = De Acuerdo; AA = Algo de Acuerdo; AD = Algo en Desacuerdo; D = En Desacuerdo; CD = Completamente en Desacuerdo.



y predice el 44.2% de la varianza. En la Tabla 2 se pue-den observar los ndices de ajuste del modelo.

4. Discusin y conclusionesLa metodologa SEM ha demostrado ser eficaz para

el desarrollo de modelos explicativos para estimar el efecto entre diferentes variables y estudiar cmo se rela-cionan entre ellas [19]. El diseo y comprobacin de este tipo de modelos contribuye sustancialmente a la creacin de un campo terico sobre el que desarrollar posteriores investigaciones. En el estudio de los EV/HEV las expec-tativas de los consumidores y usuarios, tanto desde el punto de vista del uso como desde la perspectiva de la posible adquisicin de esta tecnologa, conocer los as-pectos ms relevantes sobre los que se deposita el inte-rs o las preocupaciones se convierte en un aspecto fundamental para alcanzar el xito. Los resultados en-contrados en este estudio subrayan la idea de que el ruido y las vibraciones son uno de esos aspectos funda-mentales en los que los consumidores se fijan a la hora de utilizar, comprar o entender el funcionamiento de este tipo de vehculos, ya no solo desde el punto de vista del conductor del vehculo, sino tambin desde la visin del peatn que puede verse afectado por alguna de sus ca-ractersticas, como la ausencia de ruido al circular a baja velocidad sobre todo en entornos urbanos [8].

Comprobar cmo el perfil de usuario o consumidor de esta tecnologa puede afectar a la compra y/o uso es primordial para conseguir llegar a aquellos sectores po-blacionales en los que la adquisicin de estos vehculos resulta ms complicada. Adems, la reduccin de la per-cepcin de riesgo real o subjetiva asociada a estos veh-culos redundar en las conductas de acercamiento, uso y compra.

No debemos perder de vista los aspectos relaciona-dos con otras caractersticas asociadas a estos vehculos que pueden estar influyendo en su uso y/o compra y que no estn incluidas en el modelo objeto de esta investiga-cin. A pesar de que los usuarios puedan tener una ac-titud positiva hacia los EV/HEV otras variables como la edad, el nivel social o el precio de estos vehculos pue-den afectar a la intencin de compra [13].

En cualquier caso, ser necesario continuar desarro-llando la investigacin en esta lnea con nuevas muestras sobre las que comprobar la eficacia del modelo, as como disear nuevos planteamientos que contemplen la inclusin de ms variables implicadas en este proceso.

5. AgradecimientosLa realizacin de esta investigacin fue posible gra-

cias a la accin COST TU1105, y a la colaboracin y

apoyo incondicional del Prof. Dr. Josef F. Krems y su equipo en el Departamento de Cognitive & Engineering Psychology de la Technische Universitt de Chemnitz, con mencin especial a la labor del Dr. Peter Cocron que fue crucial para el buen desarrollo del proyecto.

6. Referencias [1] Garca, B. y Garrido, F.J. (2003). La contaminacin

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Tcnicas experimentales para el anlisis sonoro y vibratorio de vehculos elctricos e hbridos

Ramon Peral Orts1; Stephen Walsh2; Hctor Campello-Vicente1; Stephanos Theodossiades3

1 Dpto. Ing. Mecnica y Energa. Universidad Miguel Hernndez de Elche, Spain 2 Dpto. Ing. Aeronutica y Automovilstica. Universidad de Loughborough, Inglaterra 3 Dpto. Ing. Mecnica, elctrica y fabricacin. Universidad de Loughborough, Inglaterra

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Resumen

El uso de tcnicas experimentales para el anlisis de ruido y vibraciones (en ingls Noise Vibration and Harsh-ness, NVH) en vehculos convencionales de combustin interna (ICEV) ha propiciado avances tcnicos asociados a las caractersticas mecnicas y aerodinmicas de los mis-mos, as como una mejora significativa en sus condiciones de confort interior. As mismo, la creciente demanda social de vehculos hbridos-elctricos (HEV) y elctricos (EV), uni-do a sus caractersticas peculiares en materia de ruido y vibraciones, promueven la necesidad de estudiar y desarro-llar tcnicas experimentales para la correcta evaluacin so-nora de sus fuentes, el estudio de su transmisibilidad es-tructural y su radiacin sonora al exterior. El presente artculo realiza un anlisis de diferentes tcnicas experimen-tales adaptadas y puestas en marcha para el estudio NVH en el interior de vehculos elctricos, nuevas tcnicas de ensayo para materiales ligeros empleados en cabina, as como sistemas de medicin para la evaluacin de los nive-les exteriores de radicacin de esta tipologa de vehculos.

Abstract

The use of experimental techniques to analyse the NVH on Internal Combustion Engines Vehicles (ICE) has led to a significant improvement in the mechanical charac-teristics of those vehicles, as well as successful results on their internal comfort. With the increasing commercializa-tion of Electric (EV) and Hybrid Electric Vehicles (HEV), the vibro-mechanical conditions of the vehicles have changed meaningfully, giving as a result, new empirical NVH chal-lenges affected by a variety of sources. In this paper, some of the main experimental approaches have being analysed to determinate their effectivity on Electric Vehicles, as well as some new experimental techniques to characterized new materials, NVH configurations and the external noise emission of EVs used.

PACS: 43.50.Lj

1. IntroduccinLas empresas del sector de la automocin se ven so-

metidas a una presin creciente para proporcionar vehcu-los cada vez ms silenciosos. Sus objetivos se centran en conseguir minimizar el ruido emitido por el vehculo y au-mentan el confort sonoro y vibratorio en la cabina durante su funcionamiento. Como consecuencia, el desarrollo de vehculos accionados por sistemas de propulsin elctrica en combinacin con motores de combustin, son cada vez ms atractivos [1]. Sin embargo, sus potenciales me-jores condiciones vibro-acsticas deben ser analizadas y estudiadas en profundidad para garantizar su efectividad.

Tradicionalmente, el estudio emprico de NVH (siglas en ingls de ruido, vibraciones y dureza) en vehculos ha

desarrollado una mejora significativa en el confort del conductor/pasajero, consiguiendo mejores condiciones de seguridad y un menor impacto sonoro derivado del uso de vehculos automviles. El aumento en las ventas de vehculos hbridos-elctricos (HEV) y Elctricos (EV) est propiciando la adaptacin o el desarrollo de proce-dimientos NVH experimentales para el estudio del com-portamiento interior-exterior de este tipo de vehculos. Por otro lado, la presencia de nuevas fuentes de ruido y vibraciones en estos vehculos, as como la ausencia de los focos mecnicos tradicionales, hacen del vehculo elctrico un sistema sensible que debe ser estudiado cui-dadosamente [2]. El tamao y potencia de los vehculos provoca cambios en el proceso metodolgico, siendo necesaria su implementacin en vehculos utilitarios, as



como vehculos ms pesados destinados al transporte de personas y mercancas.

Por otro lado, los muy bajos niveles de ruido exterior irradiados a bajas velocidades por los vehculos elctri-cos o hbridos [3] suponen un peligro reconocido para otros vehculos, peatones y ciclistas. Con el fin de mini-mizar este peligro potencial, varios fabricantes y equipos de investigacin estn desarrollando sistemas de gene-racin de ruido de advertencia, AVAS (sus siglas en in-gls) para este tipo de vehculos. Pero dos cuestiones pendientes pretenden ser resueltas empleando sistemas experimentales de ensayo y caracterizacin sonora. Por un lado, se persigue estudiar la directividad sonora de los sistemas de advertencia, para que cumplan su propsito de alertar al peatn, con el menor impacto posible sobre los paisajes sonoros urbanos. La segunda cuestin se refiere a las condiciones operacionales del EV en las que este sonido es necesario, velocidad, tipo de asfalto o condiciones de los neumticos. Para ambas cuestiones se precisa desarrollar tcnicas experimentales para de-terminar, con detalles, las caractersticas sonoras actua-les de los vehculos elctricos y como se vern afectadas por la insercin de sistemas AVAS.

En este artculo se recopilan algunas importantes contribuciones que pueden ayudar a mejorar el conoci-miento vinculado a las tcnicas experimentales para el estudio de ruido y vibraciones en vehculos hbridos y elctricos, siendo clasificadas segn se centren en el es-tudio en el interior o exterior del vehculo. La gran mayo-ra de estas contribuciones son fruto de la colaboracin, sustentada gracias a la accin Europea COST TU1105, entre diferentes grupos de trabajo europeos.

2. Tcnicas experimentales para el anlisis interior del vehculo

En relacin al comportamiento interior del vehculo, resulta vital discernir cmo la ausencia de sonidos mec-nicos puede afectar a su utilizacin, as como la presen-cia de componentes elctricos, emitiendo en frecuencias concretas, puede ser percibida por el conductor y los pasajeros. Para dar respuesta a esta necesidad, el desa-rrollo de tcnicas experimentales de precisin es espe-cialmente importante en el proceso de integracin y de-sarrollo de motores y vehculos [4], as como el posible conflicto que puede producirse entre los equipos de transmisin de vehculos y en relacin con los problemas de NVH en el desarrollo de futuras tecnologas elctricos e hbridos [5]. Para ello, el mtodo experimental de an-lisis basado en Fuente-Transmisin-Receptor est siendo implementado en HEVs y EVs con el fin de verificar su validez en el proceso de caracterizacin interior de los vehculos.

2.1. Implementacin experimental de tcnicas de anlisis de transmisin de vibraciones para el diseo y optimizacin de vehculos elctricos. (TPA y OPA)

Diversos estudios realizados en la Universidad de Loughborough, Inglaterra [6][7][8] han implementado tcnicas de anlisis de transferencia vibro-acstica en vehculos elctricos. Entre las tcnicas empleadas, cabe destacar el Anlisis de Caminos de Transferencia (en in-gls Transfer Path Analysis, TPA). Este ensayo se define como un procedimiento experimental mediante el cual se puede determinar el flujo de energa vibro-acstica desde la fuente, a travs de estructuras slidas y el aire, hasta una posicin receptora determinada. Esta tcnica permite determinar la matriz de inercia y funciones de transferencia de las diferentes fuentes y su influencia so-bre los puntos de inters en el interior de la cabina del vehculo. Con propsitos similares pero diferente imple-mentacin el Anlisis de Caminos Operacionales (en in-gls Operational Path Analysis, OPA) tambin fue imple-mentado. Este mtodo se basa slo en ensayos operaciones, simplificando sensiblemente el estudio de la transmisin vibro-acstica.

La Figura 1 muestra los puntos y direcciones de me-dicin.

Los resultados obtenidos, ver figura 2, muestran que los valores sonoros computacionales obtenidos a travs de la funcin de transferencia proporcionan niveles de presin sonora del mismo orden de los obtenidos a tra-vs de ensayos. A travs de estos resultados es posible analizar los niveles de presin asociados a cada fuente, relacionado las frecuencias caractersticas con la veloci-dad del vehculo.

Como conclusin, los autores verifican que las me-todologas evaluadas pueden ser aplicadas a EVs y HEVs, demostrando su versatilidad y las mismas limita-ciones observadas en el anlisis de vehculos tradicio-nales.

2.2. Tcnicas experimentales para la caracterizacin de materiales ligeros y montajes tipo sndwich para cabina

Tradicionalmente, los motores de combustin interna han sido capaces de enmascarar gran parte del ruido generado por el tren de transmisin y otros componentes no mecnicos del vehculo. Sin embargo, en los vehcu-los hbridos y elctricos esta situacin ya no se produce. Por este motivo, el estudio y el uso de nuevos materiales ligeros pueden ayudar a adaptar la cabina y prevenir la transmisin vibro-acstico [9]. Los vehculos elctricos precisan de materiales robustos, pero ligeros, capaces



de garantizar condiciones sonoras apropiadas en su interior. Con el objetivo de caracterizar el comportamiento sonoro de estos materiales, se siguen desarrollando tc-nicas de ensayo que permitan optimizar recurso y deter-minar los materiales ms apropiados para contener vi-braciones estructurales y sonidos puros y en rangos de frecuencias muy variados [10][11].

La figura 3 muestra la configuracin de ensayo a tra-vs de una cabina compacta propuesta por Jonckheere et. al [12] para el ensayo de materiales ligeros. Algunas de las peculiaridades de este sistema se deben a la ca-pacidad de excitacin area por medio de un altavoz de rango completo dentro de la cavidad, as como la pre-sencia de un agitador electrodinmico o un martillo de impacto para la excitacin slida aplicada directamente a la muestra de ensayo. En consecuencia, tanto la acs-tica y la respuesta del sistema estructural se pueden me-dir en el mismo instante de tiempo. Para ello, la cabina est equipada con una red de micrfonos y la respuesta dinmica estructural se registra utilizando acelermetros ligeros. La energa sonora radiada al exterior se puede medir mediante el escaneo de la superficie radiante con una sonda de intensidad.

Desde un punto de vista experimental, la configura-cin permite caracterizar acstica y estructuralmente materiales absorbentes acsticos y paneles ligeros de diferentes tamaos. La figura 4 muestra una grfica en la que se comparan resultados experimentales y simulados de la perdida de insercin de un material caracterizado.

DOrtona et al.[13] persiguen el mismo objetivo em-pleando pequeas cabinas con condiciones reverberan-tes (caracterizacin vibro-acstica). A su vez, publicacio-nes recientes [14] desarrollan tcnicas de caracterizacin de materiales para otras aplicaciones basadas en el an-lisis modal y estudio de los modos de comportamiento de probetas de ensayos, ver figura 5.

2.3. Desarrollo de tcnicas experimentales para el anlisis NVH interior en autobuses hbridos

El proyecto de investigacin CIVITAS DYN@MO reali-zado en la Universidad de Aachen, Alemania, ha centrado

Figura 1. Localizacin de los puntos de medicin durante los ensayos [6].

Figura 2. Niveles de presin Sonora medidos y calculados a partir de la TPA [6].

Measured Acoustic Pressure

Speed (km/h)

5000

20 100806040

80

60

40

20

0

20

40

60

80

Frec

uenc

y (H

z)

dB

(log

)

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

4500

0

Computed Acoustic Pressure

Speed (km/h)

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

20 100806040

80

80

Frec

uenc

y (H

z)

dB

(log

)

0

60

40

20

0

20

40

60



sus esfuerzos en el anlisis sonoro y vibratorio de gran-des vehculos hbridos y elctricos, destinados al trans-porte pblico, con el propsito de determinar el grado de mejora en el confort interior de los mismos en funcin

de su sistema de propulsin (Hbrido en modo elctrico, elctrico o disel) [15], ver tabla 1.

Los vehculos fueron equipados con acelermetros y micrfonos en las zonas prximas a los ejes del vehculo, as como en las posiciones relevantes en cuanto al confort durante el funcionamiento del vehculo (puntos de agarre de los pasajeros, el suelo y los asientos). Todos los micr-fonos se ubicaron a una altura de 1,50 m y una cabeza artificial adicional se instal en la ltima fila de asientos. Con un micrfono dispuesto en la posicin del conductor, tambin se evalu el impacto de los diferentes sistemas de accionamiento del vehculo sobre las condiciones de tra-bajo del conductor. Las posiciones de los sensores inte-riores en un autobs articulado se muestran en la figura 6.

Figura 3. Cabina de ensayo para la caracterizacin vibro-acstica de materiales ligeros [12].

Figura 4. Comparativa entre resultados experimentales y numricos de un panel de material ligero ensayado en cabina compacta [12].

Average Insertion Loss: Experiments vs. a simulated plate (altered boundary conditions)

Experimental Numerical (altered)

2010

01020304050

100 200 300 400

Frequency (Hz)

500 600 700 800

6070

IL (d

B)

Figura 5. Muestra de material ligero dispuesto para su ensayo (condiciones de contorno y malla con los puntos de ensayo) [14].

Tabla1. Ensayos ensayados en el proyecto CIVITAS DYN@MO [15].

Vehicle Powertrain Vehicle length

MAN Lion's City Hybrid Diesel electric hybrid 12 m

Mercedes Benz Citaro G BlueTec Hybrid Diesel electric hybrid 18 m (articulated)

ASEAG Electric (converted hybrid bus) Fuel electric 18 m (articulated)

VDL Citea LLE-120 (lightwight bus) Diesel engine 12 m

Mercedes Benz Citaro Diesel engine 12 m

MAN Lion's City Diesel engine 18 m (articulated)



Figura 6. Posiciones de ensayo sonoro y vibratorio en el interior de un autobs articulado [15].

x z

y

door door door

legend

driving direction

B05

B01

B06

B02

B07

artificial head accelerometer microphone

B03 B04B08

Mic1 Mic2 Mic3 Mic41.50m 1.50m 1.50m 1.50m

Figura 7. Niveles interiores de ruido y vibracin para velocidades de circulacin constante [15].

driver driver driver

15 km/h 30 km/h 50 km/h

L[d

B(A

)]

L[d

B(A

)]

L[d

B(A

)]

85 85 85

80 80 80

75 75 75

70 70 70

65 65 65

60 60 60

55 55 55

50 50 50axis 1 axis 1 axis 1axis 2 axis 2 axis 2axis 3 axis 3 axis 3last

rowlast row

last row

a wv[m

/s2 ]

a wv[m

/s2 ]

a wv[m

/s2 ]

15 km/h

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

axis 2axis 1 axis 3 foot back

seat back

30 km/h

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5


seat back

50 km/h

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5


seat back

diesel bus - 18 m articulated (reference) electric bus - 18 m articulated



Las conclusiones que se alcanzaron, tras el estudio comparativo entre la circulacin con un motor disel y en modo elctrico, muestran grandes diferencias en los ni-veles de ruido y vibraciones medidos, ver figura 7. El nivel de ruido medio se redujo un 14 dB con el vehculo en modo elctrico, con diferencias mximas de 20 dB. A nivel acstico, las diferencias se minimizan sensiblemen-te al aumentar la velocidad, mientras que los valores ab-solutos de vibracin crecen al aumentar la velocidad de circulacin.

2.4. Otras tcnicas para NVH en el interior de vehculos elctricos

Otras investigaciones proponen montajes para el en-sayo y validacin de modelos de simulacin de compo-nentes del vehculo. La figura 8 muestra un banco de pruebas diseado para la validacin experimental de componentes asociados al sistema de transmisin del vehculo [16]. La configuracin muestra una representa-cin general de un sistema de transmisin de un vehcu-lo elctrico, dispuesto por medio de dos motores elctri-cos conectados a travs de una junta Cardan doble.

El Laboratorio de Tecnologa para el Vehculo de la Universidad KU Leuven emplea un dispositivo tipo CUBE [17], sistema de tabla de excitacin de alta fre-cuencia con 6 grados de libertad, ver figura 9, para la excitacin de vehculos o sus componentes. Este dispo-sitivo es capaz de reproducir condiciones reales de vibra-cin mediante el uso de desplazamientos en X, Y, Z, as como rotaciones alrededor de estos ejes.

3. Tcnicas experimentales para el anlisis exterior del vehculo

La ausencia de niveles sonoros significativos emitidos por los EVs en determinadas condiciones de circulacin estn propiciando el desarrollo de sistemas AVAS, as como distintas tipologas de sonidos de advertencia. Las tcnicas experimentales estn permitiendo conocer las caractersticas sonoras de la emisin generada por los vehculos elctricos (rangos de frecuencia, relacin con la velocidad de circulacin o la directividad en la emisin), as como la incidencia real de los diferentes AVAS pro-puestos en diferentes paisajes urbanos.

Figura 8. Banco de ensayos para la validacin experimental de componentes de un EV [16].

Figura 9. Imgenes del CUBE en ensayos experimentales de vehculos y componentes [17].



3.1. Desarrollo de tcnicas experimentales para el anlisis NVH exterior en autobuses hbridos

Los vehculos recogidos en la tabla 1, tambin fueron ensayados en el exterior, empleando una cabeza artificial y micrfonos, ver figura 10. Los resultados alcanzados, ver figura 11, demuestran que los autobuses de propul-sin elctrica ofrecen beneficios significativos en trmi-nos de reduccin de las emisiones de ruido en la zona de baja velocidad, hasta 15 km/h. A velocidades ms altas, el ruido aerodinmico y de rodadura pasan a ser las prin-cipales fuentes sonoras, por lo que la ausencia de ruido mecnico no mejora los niveles sonoros de los vehculos elctricos.

Teniendo en cuenta las condiciones reales de circula-cin de los autobuses en entornos urbanos (paradas, semforos, zonas semi-peatonales) el estudio concluye que las mejoras sonoras de los autobuses elctricos son especialmente significativas, ver figura 11.

3.2. Mtodo de ensayo sonoro exterior OBSIe

La metodologa de ensayo sonoro OBSIe es un mto-do fcil y robusto que puede ser tratado como una alter-nativa al mtodo CPX [18]. Esta metodologa puede ser empleada con el vehculo circulando a cualquier velocidad pero est especialmente pensado para su uso en reas urbanas o de baja velocidad, donde otras metodologas

Figura 10. Configuracin de los ensayos exteriores en autobuses elctricos [15].

microphone artificial head

Figura 11. Niveles de presin sonora resultantes de ensayos realizado en condiciones Pass-By a velocidades constantes [15].

80 80 80

50 50 5025 25 250 0 0x [m] x [m] x [m]

25 25 2550 50 5075 75 75

70 70 70

15 km/h 30 km/h 50 km/h

L[d

B(A

)]

L[d

B(A

)]

L[d

B(A

)]

60 60 60

50 50 50

40 40 40

diesel bus - 18 m, articulated (reference)electric bus - 18 m, articulated



Figura 12. a) Sondas de intensidad sonora instaladas en la rueda [19]. b) Configuracin OBSIe instalada en un BMW i3 [19].

209 mm

102 mm76 mm

calibrator

Figura 13. Resultados preliminares empleando el mtodo OBSIe [19].

SMA11enVarsovia

Pavimentosdeasfaltosilencioso

SMA11yelPCCenS-8autopistacercaMszczonow

PCCviejoynuevoenS-8autopistacercaPolichno

NuevavaPCCenS-8crucedelaautopista con la carretera A-1

BBTM8ySMA11concauchoenPruszkow

VaadoquinadaencentrodeVarsovia

120

LAeq

OB

SIe, d

BA

0 20

stone paving brick PCC 1

PCC 3PCC 2

SMA 11 AC

SMA 8

40 60 80 120100 140

110

100

90

80

70

60

Rubberized quiet asphaltMeasurement speed, km/h

CIDRO quiet pavement test road

PCC 4

resultan de difcil aplicacin [19]. Gracias a estas condicio-nes de ensayo, es especialmente til para el estudio de los niveles de potencia sonora irradiados por vehculos elc-tricos e hbridos. Tal y como se puede ver en la figura 12, la metodologa se basa en dos pares de sondas de inten-sidad sonora embarcadas en un til paralelo al plano de la rueda, un convertidor digital/analgico, un PC con soft-ware de registro y la interpretacin y el cableado.

Los resultados de las pruebas preliminares, ver figura 13, muestran que las mediciones pueden llevarse a cabo a partir de 10 km/h. Como era de esperar, la va adoqui-nada es la que presenta niveles sonoros ms elevados.

3.3. Tcnicas de ensayo de caracterizacin en vehculos elctricos e hbridos

En la Universidad Miguel Hernandez de Elche [20], en colaboracin con las Universidades de Alicante y Lough-borough [21], se han llevado a cabo diversos ensayos de

caracterizacin sonora de vehculos elctricos e hbridos, a travs de ensayos tipo pass-by y ensayos de directivi-dad con array de micrfonos (condiciones de circulacin tipo pass-by), ver figura 14.

La figura 15 muestra los espectros obtenidos de los ensayos pass-by de un vehculo elctrico y ensayos coast-by de un vehculo convencional circulando con diferente tipologa de neumticos. La conclusin de este trabajo permite asumir la equivalencia sonora de un vehculo elc-trico con la rodadura de un vehculo convencional.

Empleando tcnicas de ensayo en pista similares, Pa-llas et al. [3] analizan en profundidad los niveles de emi-sin sonora de un camin hbrido mediano.

4. ConclusionesEl presente artculo muestra diferentes tcnicas expe-

rimentales empleadas para el desarrollo y mejora en el



conocimiento del comportamiento acstico y vibratorio de los vehculos elctricos y sus componentes, tanto en el interior de su cabina como radiados al exterior. Para la identificacin y caracterizacin de focos vibro-acsticos propios de los vehculos elctricos, se han implementado tcnicas de anlisis de camino de transferencia (TPA y OPA). Para la caracterizacin vibro-acstica de materia-les ligeros, se proponen configuraciones basadas en ca-binas de ensayo y pequeas cmaras reverberantes, as como dispositivos y bancos de ensayo para la validacin del comportamiento vibro-acstico de componentes asociados a la cadena de transmisin y el tren de poten-cia. Por ltimo se muestran configuraciones de ensayo y resultados asociados a ensayos en pista de vehculos elctricos utilitarios, pequeos camiones y autobuses de transporte pblico.

5. Agradecimientos

Resulta vital destacar que la gran mayora de las aportaciones mostradas en el presente artculo han sido desarrolladas gracias al proyecto europeo COST TU 1105 NVH analysis techniques for design and optimiza-tion of hybrid and electric vehicles. Los autores quieren mostrar su agradecimiento a los investigadores de las entidades que han participado de forma activa en el de-sarrollo de tcnicas experimentales para el estudio de los vehculos hbridos y elctricos, destacando entre to-das ellas a PSA, Loughborough University, KU Leuven, Universidad de Cantabria, Universidad de Alicante, RWTH Aachen, Instytut Badawczy Drg i Mostw, Vir-tual Vehicle Research Center y Universidad Miguel Her-nndez de Elche.

Figura 14. Ensayo pass-by y pass-by con array de sendos vehculos elctricos [20][21].

Figura 15. Comparacin de sonido emitido por un vehculo elctrico vs ruido de rodadura de un vehculo ICE con diferentes tipos de neumticos [20].

75

100 125 160 200 250 315 400 500

ROLLING NOISE BEHAVIOUR

FREQUENCY Hz

630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000

70

Leve

ls d

B(A

)

65

60

55

50

55

40

INSA TURBO ECOEVOLUTION 91V

INSA TURBO TVS 91V

NEXEN 205

MICHELIN 205

INSA TURBO ECO EVOLUTION 91V

FLUENCE EV



6. Referencias [1] IHS Online, Global Production of Electric Vehicles to

Surge by 67 Percent This Year, Southfield, Michigan, 2014.

[2] Lindberg, E.; Hrlin, N.; Gransson, P. An experi-mental study of interior vehicle roughness noise from disc brake systems, Applied Acoustics 74-3(2013), pp 396-406.

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[19] Zofka, A.; Maliszewski, M,; Zofka, E. NVH Analysis Techniques for Design and Optimization of Hybrid and Electric Vehicles; Subchapter 3H: An Innovative noise measurement method using OBSIe, Edit. Sahker Verlag, Aachen, Alemania, 2016.

[20] Campello-Vicente, H.; Peral-Orts, R.; Campillo-Da-vo, N.; Velasco-Sanchez, E. The effect of electric vehicles on urban noise maps, Applied Acoustics, Volume 116, 15 January 2017, pp 59-64.

[21] Peral-Orts, R.; Walsh, S. Experimental noise charac-terization of an electric vehicle. Final Conference TUD COST ACTION TU1105; NVH analysis techni-ques for design and optimization of hybrid and elec-tric vehicles, Elche, 2016.

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Mtodos numricos para el estudio NVH de vehculos elctricos e hbridos

J. Carbajo1; L. Godinho2; P. Amado-Mendes2; P. Borza3; M. Snchez4

1 Universidad de Alicante, Espaa. 2 University of Coimbra, Portugal. 3 University of Brasov, Romania. 4 Universidad Miguel Hernndez de Elche, Espaa

[email protected]

Resumen

Este trabajo recoge algunas de las contribuciones nu-mricas de anlisis NVH (Noise, Vibration and Harshness) para el diseo de vehculos hbridos y elctricos, llevadas a cabo en el marco de la Accin COST TU1105. Dado el auge que est teniendo la fabricacin de este tipo de ve-hculos en los ltimos aos, resulta de gran inters el de-sarrollo de nuevas herramientas de anlisis y prediccin para una mejor comprensin de los mismos. Es por ello que se han estudiado diferentes problemas vibroacsticos del interior y exterior del vehculo. Adems, se han pro-puesto nuevas soluciones de materiales y modelos que pueden servir como gua para el diseo de sus dispositi-vos especficos. En general, los resultados de este trabajo han demostrado ser de gran utilidad para su uso en la in-dustria del transporte y motivan seguir investigando en esta direccin.

Abstract

This paper reviews some relevant contributions related to Noise

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