EP2783364A1 - Procede et dispositif de controle d'un systeme de reduction active de bruit - Google Patents

Procede et dispositif de controle d'un systeme de reduction active de bruit

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EP2783364A1
EP2783364A1 EP12790546.1A EP12790546A EP2783364A1 EP 2783364 A1 EP2783364 A1 EP 2783364A1 EP 12790546 A EP12790546 A EP 12790546A EP 2783364 A1 EP2783364 A1 EP 2783364A1
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EP
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diagnosis
signal
output
negative
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Bertrand Andro
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Renault SAS
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Definitions

  • the invention relates to a method for treating the appearance of a malfunction in an Active Noise Control (ANC) system.
  • ANC Active Noise Control
  • the invention relates to a method for controlling an active noise reduction system, for example in a passenger compartment having one or more loudspeakers for producing one or more sound output signals that oppose the noise and one or more microphones for capturing one or more feedback signals which measure the noise reduction obtained.
  • the invention also relates to a device and a computer program for implementing said method.
  • JP05027780 discloses an evaluation function equal to a sum of microphone feedback signals so as to deactivate an active noise controller when the value of the evaluation function exceeds a predetermined threshold for a certain time.
  • the subject of the invention is a method for controlling an active noise reduction system, the method comprising:
  • a return verification step which establishes a return diagnosis by analyzing at least one return signal and which allows a re-execution of the activation step following a positive feedback diagnosis
  • the return verification step includes a low detection sub-step that calculates an operating return criterion and that negates the return diagnosis when at least one return signal does not meet a minimum criterion value. operating back.
  • the operating return criterion corresponds to a plurality of variations of the feedback signal over a given time interval.
  • the return check step includes a high detection sub-step that negates the return diagnosis when at least one feedback signal is not less than a maximum amplitude value.
  • control method comprises an output verification step which establishes an output diagnostic by analyzing at least one output signal, which allows a re-execution of the step following a positive output diagnostic and which makes the neutralization step executable as a result of a negative output diagnostic so as to deactivate the active noise reduction system.
  • the output verification step includes a high detection substep that negates the output diagnostic when at least one output signal is not less than a maximum amplitude threshold.
  • the output verification step includes a sub-step of limiting the amplitude of the output signal to a maximum threshold
  • the method comprises a moderation step which allows a re-execution of the activation step following a diagnosis of negative output or feedback until a sufficient number of an output diagnostic or negative feedback occurrence, which triggers the disabling step when there is a sufficient number of output diagnostic or negative feedback occurrences.
  • control method comprises a state monitoring step of an environment of the active braking reduction system that allows reactivation of the active bit reduction system only when said environment is in a state compatible with said activation.
  • the subject of the invention is also a device for controlling an active noise reduction system, in particular in a passenger compartment, comprising one or more loudspeakers for producing one or more sound output signals that oppose the noise and one or more microphones for capturing one or more feedback signals that quantify the noise reduction achieved.
  • the control device comprises in particular:
  • - return verification means arranged to establish a return diagnosis by analyzing at least one feedback signal
  • activation and deactivation means of the activated noise reduction system for activating or respectively deactivating the active noise reduction system following a positive feedback diagnosis, respectively following a return diagnosis; negative.
  • the return verification means are arranged to calculate an operating return criterion and to make the return diagnosis negative when at least one return signal does not satisfy a minimum value of the operating return criterion.
  • the return verification means are arranged to make the return diagnosis negative when at least one feedback signal is not less than a maximum amplitude value.
  • the subject of the invention is also a computer program, comprising program code means for performing all or part of the steps of the method which is the subject of the invention, when the program is running on a computer, in particular on a computer. embedded calculator.
  • the subject of the invention is in particular a computer program product, comprising program code means, stored on a computer-readable medium, for implementing the method according to the invention, when the program product is running on a computer program product. a computer.
  • the subject of the invention is in particular a vehicle in which an active noise reduction system in a passenger compartment comprises one or more loudspeakers for producing one or more noise-canceling output signals and one or more pickup microphones. one or more feedback signals which quantify the noise reduction obtained, the vehicle comprising a control device according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic view of a system on which the invention is applied;
  • FIG. 2 shows process steps according to the invention
  • Figures 3 and 4 are details of steps of the process according to the invention
  • Figures 5 to 7 are behavioral curves obtained in certain process steps.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle referenced 12 which comprises an active reduction system bmit (ANC) which some of the elements shown below are shown outside the vehicle 12 simply for ease of explanation.
  • ANC active reduction system bmit
  • One or more microphones 1 each receive an error signal u m j c at a predetermined delivery point of the vehicle 12.
  • Each delivery point is predetermined during the design and testing phases of a prototype of vehicle so as to obtain an optimal noise reduction at the ears of the driver and preferably each occupant.
  • the microphones can be placed closer to the driver's head and each occupant or at geometrically correlated locations of the vehicle with nodes of sound amplitude of the bmit near the head of the occupants.
  • the electronic device 14 comprises an electronic card 15 which houses an ANC algorithm for active noise reduction, an audio device 16, for example radio, which can also independently include multimedia and / or navigation functions and a mixer 17.
  • the algorithm hosted by the electronic card 15 generates a signal uc for each speaker 13 to reduce or eliminate the bmit in the cabin 20 of the vehicle 12.
  • the bmiî that one seeks to remove is a bmit frequency or with a frequency spectrum determined by a measurable or calculable RPM rotation of a vehicle member such as, for example, but not necessarily of a power train 21. Sounds coming from other sources such as, for example, the tread of the wheels 22 on the roadway or of a sound emission apparatus, could then also be reduced or eliminated provided they are transmitted at the same frequency or at one or more frequencies controlled spectrum,
  • the audio device 16 generates a signal u R intended for one or more of the loudspeakers 13 to generate sound in the passenger compartment 20 of the vehicle 12, for example that of a radio transmission, the music of a multimedia support or audible messages for navigation, vehicle operating status or telecommunication.
  • the electronic card 15 and the audio device 16 may be contained in the same housing of the electronic device 14 or in separate boxes.
  • the ANC algorithm can also be hosted in an on-board computer shared with the audio device 16 in the form of one or more programs executable by the on-board computer.
  • the mixer 17 generates UHP signals which result from the signals i3 ⁇ 4 and UR to be routed each to that of the loudspeakers 13 which are intended u and u R signals respectively combined two by two.
  • the electronic card 15 is connected to a vehicle signal multiplexing bus 18, for example a CAN bus (acronym for C 1 King Area Network), to read in real time various information on the state of the vehicle comprising in particular the engine speed RPM (acronym for Revolutions Per Minute) expressed in revolutions per minute. This information can also be received wireline from point to point.
  • the advantage of the multiplexing bus 18 is to make accessible to the ANC algorithm real-time information on many other states of the known vehicle, for example the state of opening of a door or window or the engine running condition.
  • the advantage of the on-board computer for carrying out the functions of the electronic card 15 is to provide a great flexibility in the progressive operation of the states available on the bus 18.
  • the electronic card 15 or the on-board computer also receives a supply voltage Va of the electronic components from a battery 19 of the vehicle 12.
  • the ANC algorithm uses, in a manner known otherwise, the theoretical and practical knowledge of active noise reduction without the need to present all the details here.
  • the predictive action consisted mainly of enslaving a loudspeaker sound to a noise reference, measured by a first microphone or estimated depending for example on a motor speed.
  • a second microphone is used to adapt in real time the transfer function of the servo in order to obtain a cancellation of the br it measured by the second microphone.
  • the retroactive action consists mainly in slaving a speaker sound on an error with respect to a zero reference, as measured by a microphone.
  • a favored noise frequency is used to adapt the transfer function of the servo to obtain a cancellation of the error at said favored frequency.
  • the adaptation of the transfer function can be modified so as to follow the modifications of the preferred frequency which can change, for example as a function of the rotation speed of the motor.
  • the invention can be used for both the predictive and retroactive action algorithms and for any other type of ANC algorithms for active noise reduction, notably by producing a sound well at a noise frequency that results from the engine rotation speed. .
  • a retroactive action type algorithm is preferred.
  • the predictive algorithm requires constantly adapting the transfer function to any variation measured by the second microphone. These adaptations require calculations that are perform in real time.
  • retroactive algorithms do not require the transfer function to be constantly adapted to any variation measured by the microphone which conventionally acts as a feedback function with a given transfer function in a closed control loop.
  • the inventors have thus found it advantageous to adapt the transfer function to a favored frequency which corresponds, for example, to the fundamental frequency or to the harmonic of rank of the noise generated by the motor. It is then possible to pre-calculate adaptation parameters of the transfer function for a series of favored frequencies and then quickly select in operation the adaptation of the transfer function which corresponds to the frequency favored as a function of the speed of transmission. motor rotation observed in real time.
  • the transfer function involves one or more frequency response functions between the signal (s) H sent on the loudspeakers 13 and the signal (s) u m j cro measured on the error microphones 11.
  • FRF (f) according to a frequency f by sending a UHF signal (0 to one or to one of the loudspeakers 13 in the absence of noise and by collecting the signal u m j cro (f) from each microphone 13, using the formula:
  • the frequency response functions depend on the audio reproduction system comprising speakers and loudspeakers 13, the acoustic cavity formed by the passenger compartment 20 of the vehicle 12 and the error microphone or microphones 13 including the sensitivity.
  • the electronic device 14 represented in FIG. 1 comprises a device 23 for controlling the active noise reduction system, in particular the electronic card 15.
  • the device 23 comprises on the one hand one or more output couplers for transmitting to the mixer 17 one or more sound output signals u e to the speaker or 13 to oppose the noise in the passenger compartment 20.
  • the device 23 further comprises one or more input couplers connected to the microphone or microphones 1 1 to capture one or more feedback signals for transmission to the ANC algorithm, for example hosted on the card electronics 15 to quantify the noise reduction obtained.
  • the device 23 may also include an input coupler connected to the battery 19 to observe the voltage level and one or more input couplers connected to the bus 18 to read the engine speed RPM and different states of the vehicle 12 relative to example when opening the doors or windows, the vehicle load acceleration, deceleration, uphill or downhill.
  • Return verification means are arranged in the device 23 to establish a return diagnosis by analyzing at least one feedback signal u m ; c .
  • the return verification means may perform several analyzes of the return signal.
  • a first possible analysis consists in calculating an operating return criterion C1, in other words non-zero return specific to the use of the operations performed by the algorithm ANC.
  • the existence of a return signal which does not satisfy a minimum value of the operating feedback criterion C1 then renders the diagnosis of negative feedback
  • a second possible analysis consists in comparing each return signal u m j c with a maximum amplitude value so that the return diagnosis is made negative as soon as a return signal u nl j c is not lower than this value. Max.
  • Control verification means are arranged in the device 23 to establish an exit diagnostic by analyzing all or part of the signals linked to the output of the ANC algorithm, each intended for one of the loudspeakers 13.
  • control verification means can perform several analyzes of the output signal by means of tests.
  • a first test consists in verifying that the amplitude of the control signal u c of each of the loudspeakers 13 does not exceed a threshold value.
  • the threshold value is different for each of the loudspeakers because the command signals sent to each of the loudspeakers 13 do not exceed a threshold value. High-wagerers are different.
  • the threshold value depends on the control frequency associated with one or more harmonics, in particular with the harmonic 2 of the engine speed. This threshold value is tabulated and indicated by the constantor at the time of manufacture of the vehicle.
  • the control signal sent to the loudspeakers is a sinusoidal type signal or a composition of periodic signals in a predetermined frequency band.
  • the test consists in verifying, at a given engine speed, that the maximum of this control signal never exceeds a threshold value given in the table. If the signal has a value that exceeds the threshold value, then in this case, the amplitude of the signal is replaced by this threshold value so as to limit the amplitude. This operation ensures that the amplitude of the signal emitted by the loudspeakers never exceeds a certain threshold.
  • the device 23 thus sends the mixer 17 u a e associated with each monitored signal uc control signal u so that the amplitude of the signal c is equal to the amplitude of the signal u c as the amplitude of the signal u c is less than the threshold value and which is equal to the threshold value when the amplitude of the signal u c is greater than or equal to the threshold value.
  • test may be considered to complete the failure detection system, for example a frequency test and a phase test between the signals. It is not absolutely necessary to implement these other tests because the system has shown satisfactory behavior in a large number of situations during tests carried out as part of the development of the invention.
  • the control signal sent to the loudspeakers is a sinusoidal type signal whose frequency must be identical to that of the control relative to the harmonic 2 of the engine speed. It is then a question of verifying that the two signals have the same frequency.
  • One way of realizing it is to calculate a coefficient of temporal inter-correlation C up between the control signal u (xj, t) of the loudspeaker xi at time t and the sinusoidal signal p (xi, t + ⁇ ). which has a frequency identical to the control frequency at time t + ⁇ , represented by the following expression:
  • E [] is the mathematical expectation operator
  • the device 23 comprises means 24 for activating and neutralizing the active brait reduction system, comprising, for example, the electronic card 15.
  • the means 24 are driven firstly to activate the active noise reduction system. following a positive return diagnosis.
  • the means 24 are controlled on the other hand to disable the active brait reduction system following a negative return diagnosis.
  • the device 23 for controlling the active noise reduction system may be implemented by means of an electronic circuit of the FPGA (acronym for Ficld-programmable gate array in English for programmable gate array), AS1C (acronym for English Application) -Specific Integrated Circuit for "application-specific integrated circuit”) or other,
  • the device 23 is made using the resources of the on-board computer or a multimedia computer of the vehicle shared with the ANC algorithm, the radio and the mixer.
  • the memory of the computer used then contains a computer program, comprising program code means for performing all of the steps of the method set out below, when said program is running on a computer.
  • the program can thus be loaded on the computer at the factory in the form of a computer program product, comprising program code means, stored on a computer-readable medium, for implementing the method set out below. , when the program product is running on a computer.
  • ANC Active Noise Control System
  • Level 2 use of information from the environment outside the ANC system.
  • Level 3 A posteriori detection based on tests on the ANC signals of exit and entry, in particular of return.
  • the process starts in a step 100 when the active braking reduction system, powered up, receives a positive voltage Va of the battery 19.
  • Step 100 triggers a step 101 which consists in verifying different states of the vehicle that make it possible or not to activate the algorithm ANC under the conditions for which it is intended.
  • the struts can be binary as for example purely lustrative and non-exhaustive, door open or closed, glass closed or lowered, engine started or stopped.
  • the noise that is to be suppressed is a frequency or frequency spectrum noise determined by a measurable or calculable RPM rotation of a vehicle member, in particular of the power train 21 It will be understood that it is difficult to agree on a zero frequency in the absence of rotation of the motor. It is therefore considered in step 101 that a correct state (abbreviated OK) of the engine speed corresponds to an RPM value greater than a positive lower limit.
  • abbreviated OK abbreviated OK
  • the states can also be quantified on a continuous or discrete scale when they relate to a temperature in the passenger compartment or to a vehicle occupancy rate. To reel if a state is okay no, its value is. read on the vehicle bus.
  • a diagnostic variable Diag () is set to i when all the stalls E of the vehicle necessary for a proper functioning of the algorithm
  • Diag (B) is. zeroing as soon as a JE state is not correct
  • a step 103 is triggered if all the states are detected correctly in step 101 and a tag 102 is turned on in the opposite case, other words if at least one is detected incorrectly.
  • Step 102 is to block any activation of the ANC algorithm, in other words not to activate or deactivate the ANC algorithm. Step 102 loops back to step 101 so as to be able to turn on the ANC algorithm. step 1 once all strand- are detected correct to step 101 years,
  • Step 103 is to allow the activation of the ANC algorithm, in other ways to enable or maintain the ANC algorithm,
  • An output release step 1 and a return check step 130 are initiated from step 103.
  • Step 1 consists in establishing an output diagnostic using at least one output signal, in particular by verifying that the signals, each of which is at a high pitch, are in accordance with pre-established criteria. amplitude, frequency and / or phase to suppress the noise in the passenger compartment 20 of the vehicle 12.
  • step 1 An example of step 1 according to the invention is described in detail with reference to FIG. figure 4.
  • a substep 1 1 1 is cyclically triggered as long as the ANC algorithm is activated, for example, a purely non-limiting and nonlimiting one after each engagement of the step. 103.
  • an index -j is milialisc to zero to designate ' the first high -parlera' 13 of a list containing a QHF quantity of loudspeakers 13.
  • step 11 is executed to check whether The set of output signals of index j, j ranging from zero to QHP- A run cycle typically corresponds, but not necessarily at a sampling period on the inputs or a date of the fundamental frequency Ai noise to cancel.
  • the vcriffcalio-n of an output signal in the sub-step 1 12 as it is illustrated in Figure 4, consists in -ensuring that the amplitude
  • the value is typically predetermined during testing on a vehicle prototype so as to cancel the noise under optimal conditions with a margin margin above said noise actually occurring.
  • the sound power of the noise and therefore the value u seu it is generally a function of load and speed -from 'of rotation of the engine "in -other tarnished RPM regime.
  • Different tests are then carried out for different RPM engine speeds during tests on the vehicle prototype.
  • the adjusted values are then stored in an associative-indexed data structure, by the possible RPM engine speed values.
  • Line mime possible value of scheme 'RPM engine can index multiple values u sc '. ; . each specially adjusted to one of the speakers 13 in relation to its range of octaves, and its position in the vehicle.
  • the data structure thus obtained is then duplicated on data carriers, for example readable by the on-board computer or any other computer of the vehicle so that it can be used on vehicles of the same type at the end of the Abrical chain.
  • the assurance amp lude the noise cancellation signal less than the threshold value, u intended in particular to prevent signal cancellation is greater than the noise cancel with the opposite and disastrous effect of ⁇ amplified,
  • the amplitude test can be performed in real time in different ways.
  • a simple way is to compare the. the absolute value of the signal udj) is the period of sampling with the threshold value, in fact any exceeding of the value u SCBi i by the signal udj) indicates an amplitude greater than the value s scllii . It is reasonable to consider that an amplitude greater than the threshold value causes one. crossing by at. minus a sample of the signal ucij) when the sampling frequency is significantly greater than the Nyquist-Shannon frequency.
  • a more elaborate way is to raise the sampled signal squared and then filter it by a first-order filter with a time constant substantially greater than the period of the sampled signal.
  • the squaring of a first signal of sinusoidal nature generates a second signal comprising a DC component equal to the half-amplitude of the first signal and a sinusoidal component with a frequency double that of the first signal.
  • the filtering of the double-frequency sinusoidal component with a sufficiently high time constant then leaves only the continuous component which it is sufficient to multiply by two to reproduce the amplitude of the first signal. It is also possible to take a second threshold value equal to half of the threshold value considered in the previous paragraph and thus directly compare the output of the filter with the second threshold value without having to double the filtered signal.
  • This second way has the advantage of not requiring a sampling frequency much higher than the Nyquist-Shannon frequency to guarantee the detection of at least one peak beyond the value threshold when the amplitude is greater.
  • a sampling frequency at least equal to the Nyquist-Shannon frequency is then sufficient because it reproduces the entirety of properties called signal and therefore of its squaring.
  • This second way also has another advantage which is that of filtering any inadvertent exceeding of the threshold value which could result for example from a parasite or a momentary accumulation of sound energy of several signals and not a real overshoot. amplitude.
  • Another more elaborate way is to find in the output signal, the amplitude of a component of the frequency signal ⁇ / 2 ⁇ corresponding to the expected frequency of the brait generated by the engine for a given RPM regime.
  • the signal comprises not only the frequency of the signal u c theoretically equal to ⁇ 2 ⁇ but also the frequencies of the signal u 3 ⁇ 4 which scan at least the spectrum of the frequencies audible by the human ear.
  • the signal may also contain the frequency ⁇ / 2 ⁇ and this with an amplitude such that, added to that of the signal u c , a total amplitude greater than the threshold value of the amplitude is obtained, with the risk of saturating the regulation of the ANC algorithm and consequently to cause non-linearities detrimental to the adaptive parameterization.
  • the third way of verifying the amplitude is implemented by calculating an abscissa B and an ordinate C relating to an amplitude module A by means of the following formulas:
  • a substep 1 13 is executed if the amplitude is not less than the amplitude threshold value and a substep 1 14 is executed if the amplitude is smaller than the threshold value of amplitude u seu ii.
  • the amplitude of the signal is limited to the value u scu ji and a variable Diag (S) previously initialized to 1 for example in the sub-step 1 1 1, is set to zero.
  • sub-step 1 14 the amplitude of the signal is maintained at its value and the variable Diag (S) retains its previous value.
  • the amplitudes of all the verified output signals are lower than their respective threshold values for the Diag (S) variable to be maintained at 1 and all that is required is an output signal amplitude greater than its threshold value. to set the Diag (S) variable to zero.
  • the implementation example illustrated in FIG. 4 corresponds to a sequential execution of the method in which a substep 1 increments the index j following each execution of substep 1 13 or the sub-step 1.
  • a substep 1 17 end of cycle is engaged as soon as a substep 1 16 detects that the index j reaches the number QHP of output signals to verify.
  • a parallel execution of Q HP checks each of an output signal, sets to 1 or 0 a separate Diag (S) variable for each signal.
  • a synthesis task or an AND gate then makes the product of all Diag (S) variables to obtain a final value equal to 1 if all the checks are positive or a final value equal to 0 as soon as a check is negative.
  • Steps 12, 113 and 114 of FIG. 4 illustrate a check on a maximum allowable amplitude of output signal.
  • u2 (x) thus obtained at a value threshold coefficient for example equal to 0.9. If the inter-correlation coefficient C u i U 2 ("c) is not greater than the threshold coefficient, the variable Diag (S) is set to zero to signify that the frequencies of the two signals iii (t) and u 2 (t) are not close enough to each other.
  • a non-zero difference then makes it possible to detect a phase variation.
  • the difference u "c (t + T) is further evaluated;
  • variable Diag (S) is then evaluated in the substep 1 17 after having made all the checks provided on all the output signals to be checked.
  • the positive escapement of substep 1 17 when the variable Diag (S) is at 1 corresponds to the positive escapement of step 1 10 and the negative escape of substep 1 17 when the variable Diag ( S) is 0 corresponds to the negative exhaust of step 1 10.
  • step 1 leads to a continuation of the process without taking a particular measurement so as to allow a re-execution of step 103 following a positive output diagnosis, for example as illustrated on FIG. FIG. 2, looping back to step 101 when the variable Diag (S) is equal to 1.
  • step 1 triggers a step 120 of testing the occurrences of the variable Diag (S) equal to zero so as to make executable a step 104 of neutralization of the algorithm ANC when the occurrences of Negative output diagnostics are considerable.
  • Step 104 then essentially consists in deactivating the active brait reduction system, preferably at least until a new start of step 100 by energizing after power off, see until further control is performed. in after sales service.
  • Step 120 essentially consists of detecting whether the Diag (S) non-1 escaped variable of step 1 represents a failure that occurs over a period of time. is considered too long if it exceeds a predetermined duration TSEUIL during prototype phases of the vehicle and possibly adjustable to sensitize or desensitize the ANC deactivation in the presence of failures.
  • a duration TSEUIL common to the outputs and returns.
  • Step 120 can be implemented in different ways.
  • a first way is simply to increment a counter every occuiTence of a zero value of the variable Diag (S) for an observation period equal to T SE UIL counted from the first occurrence of the variable Diag (S) to zero. If the observation time is reached or exceeded without the contents of the counter corresponding to a number of all zero occurrences of the variable Diag (S), the counter is reset. This first way, if it has the merit of being simple, is not entirely satisfactory because each reset of the counter causes an erasure of past events in terms of failure detection.
  • a second way is to apply a first-order filter with a time constant a on the variable DIAG-Diag (S) to obtain a filtered variable DF;
  • Figure 5 shows a temporal evolution curve of the D1AG variable in the upper part and a temporal evolution curve of the DF variable in the lower part.
  • variable DIAG If at a moment t
  • the variable DIAG passes to the value 0, the variable DF then to a value greater than that reached at time t
  • Figure 6 shows a time evolution curve of the DF variable when the filter is applied only if the variable DIAG is at zero and the variable DF remains frozen if the variable DIAG is at 1.
  • step 120 This second way of filtering the zero crossings of the variable DIAG is well adapted to the example of implementation of the method illustrated in FIG. 2.
  • the filter is applied in step 120 only in case of escape from the step 1 10 with a null value of the variable DIAG equal to the variable Diag (S).
  • step 1 10 loops back to step 101 with a unit value of the variable Diag (S)
  • the variable DF is not modified in step 120,
  • variable DIAG When at a time tj after the instant to and preceding the instant t 2 , the variable DIAG returns from the value 0 to the value 1, the variable DF then at a value less than 1, retains this value until DIAG is reset to zero at a time ⁇ ⁇ > ,.
  • the variable DIAG passes to the value 0, the variable DF then to a value equal to that reached at time t
  • the rise of the variable DIAG to 1 during the duration tj-ti causes a crossing of the threshold ⁇ of detection zero with a delay t.
  • DIAG variable's up-to-1 occurrences inadvertently hide zero crossings whose occurrences indicate a system failure .
  • variable DIAG remains at 1 for a duration t 7 - ti that is significantly greater than ti - to, the variable DF persists in crossing the threshold ⁇ of detection zero at a time tg greater than moment t 7 but nevertheless as close to time t 7 as time t 4 is at time t 3 .
  • a memory effect of the zero crossings of the variable DIAG which, even of negligible durations in front of those of passages to 1 of this same variable DIAG, have the effect of making the variable DF fall below the threshold ⁇ of detection null by a short transition to zero DIAG variable after a time more or less long and completely unpredictable.
  • Figure 7 shows a temporal evolution curve of the variable DF when the filter is applied if the variable DIAG is at zero with a time constant a of value lower than if the variable DIAG is at 1.
  • variable DIAG being a binary logical variable
  • time constant a in the form of parameter instantiated at a first low value when the variable DIAG is at 0 and at a second high value when the variable DIAG is at 1.
  • the application of the filter during the ascent of the variable can be carried out in a step not represented in FIG. 2 but which is situated easily between step 1 and step 101.
  • variable DIAG When at time ti, the variable DIAG returns from the value 0 to the value 1, the variable DF then at a value less than 1. increases until the variable DIAG returns to zero at a time h.
  • the variable DIAG passes to the value 0, the variable DP then has a value greater than that reached at time t
  • a negative escape of step 120 as long as the negative diagnosis has not persisted long enough, loops back to step 101 at the rate of the signal samplings.
  • Step 130 consists in establishing a return diagnosis by analyzing at least one return signal, in particular by verifying that the signals u m j C each coming from a microphone 11, comply with pre-established criteria of amplitude, frequency and / or phase according to the noise suppression expected in the passenger compartment 20 of the vehicle 12.
  • step 130 An example of step 130 according to the invention is described in more detail with reference to FIG.
  • a substep 131 is cyclically engaged as long as the ANC algorithm is activated, for example purely illustrative and not limiting, following each activation of step 103.
  • an index i is initialized to zero to denote the first microphone 11 a list containing a Q ⁇ amount m i, ro of microphone 1 1.
  • a substep 132 is repeated as many times as there are controlled microphones, in other words the substep 132 is performed to check all the signals output of index i, i ranging from zero to Q in j cro - 1.
  • a run cycle typically corresponds but not necessarily at a sampling period on the inputs or at a date of the fundamental frequency of the noise to be canceled.
  • the verification of an output signal in your sub-step 132 as illustrated in FIG. 3 consists in ensuring that the amplitude
  • the value u ma i is typically predetermined during tests on a prototype vehicle in agreement with a sound level bearable by the human ear.
  • the sound power of the noise and therefore the value u max i are generally a function of the rotational speed and the load of the engine, in other words the RPM regime. Different tests are then carried out for different RPM engine speeds during tests on the prototype vehicle.
  • the adjusted u max i values are then stored in an associative data structure indexed by the possible RPM engine speed values.
  • the same possible value of RPM engine speed can index several values u maX j, each specially adjusted to one of the microphones 1 1 in relation to its sensitivity and position in the vehicle.
  • the data structure thus obtained is then duplicated on data carriers, for example readable by the on-board computer or any other computer of the vehicle so as to be usable on vehicles of the same type at the output of the production line.
  • the assurance on the amplitude of the signal captured below the maximum value, is intended in particular to avoid a feedback effect with the opposite and disastrous effect of unpleasantly amplifying the noise.
  • the amplitude test can be performed in real time in different ways.
  • the error microphone 1 1 measures a broadband noise, in other words a noise spectrum over a wide frequency range.
  • the active reduction algorithm aims to remove only the noise component at the expected frequency of being canceled. This filtering operation is implicitly performed in the body of the algorithm. But it is possible to perform it also by a simple operation.
  • the signal measured by the microphone can be decomposed into a Fouricr series. It is written as:
  • test on the simple instantaneous module of the signal mentioned in the preceding paragraph is replaced by a test which consists in checking, at a given RPM engine speed in real time, that the amplitude A (RPM) measured by the microphone is less than a threshold amplitude defined for this same engine speed:
  • This second maximum amplitude test is more interesting than the first maximum amplitude test explained above because an anomaly, in other words a threshold overshoot, is detected only at the control frequency f, for a RPM regime. given.
  • the error microphone 1 1 measures at each instant a pressure value which is an average value whereas the pressure fluctuation is the superposition of all the frequency contributions as expressed by the decomposition of Fourier. But only the fluctuation of pressure at the control frequency interests us. Therefore, if the pressure level measured by the error microphone results from broadband excitation or mono-frequency excitation but at a frequency different from the control frequency, the first maximum amplitude test detects a error while the second maximum amplitude test does not detect it. But the purpose of active noise reduction is to remove only the component of the signal that is at the control frequency. The detection of a fault only makes sense at this frequency.
  • a sub-step 13 is executed if the amplitude is less than the amplitude threshold value and a sub-step 134 is executed if the amplitude is not less than the threshold value of amplitude u max j.
  • the microphone 1 1 index i is operational, and other terms that it actually captures a non-zero signal.
  • a substep 136 is executed if the criterion C l m C C (i)> Cl m i n i is found and the sub-step 134 is executed. on the other hand.
  • step 134 the variable Diag (R) is set to zero so that a negative response to one of the verification steps 132 or 133 is sufficient: to set the variable Diag (R) to zero and the variable Diag (R) remains at 1 if and only if all the responses to verification steps 132 and 133 are positive.
  • the implementation example illustrated in FIG. 3 corresponds to a sequential execution of the method in which the substep 136 increments the index i following each execution of the substep 133 or of the substep 134 to re-execute the substep 132 as long as the index i is less than Q mjcro .
  • a sub-step 138 of the cycle fm is triggered as a substep 137 detects that the index i reaches the number Q m j cro return signals to verify.
  • steps 132 and 133 can be reversed or their execution can be done in parallel.
  • a parallel execution of Q "i era verification tasks each of a return signal, positioned in a 1 or 0 Diag variable (R) for each separate signal .
  • a synthesis task or an AND gate then makes the product of all Diag (R) variables to obtain a final value equal to 1 if all the checks are positive or a final value equal to 0 as soon as a check is negative.
  • variable Diag (R) is then evaluated in the substep 138 after having made all the checks provided on all the return signals to be checked.
  • the positive escape of the substep 13S when the variable Diag (R) is at 3 corresponds to the positive escapement of the step 130 and the negative escape of the substep 138 when the variable Diag (R) is at 0 corresponds to the negative exhaust of step 130.
  • the positive exhaust of step 130 leads to a continuation of the process without taking part measurement so as to allow a re-execution of the step
  • step 130 triggers a step 140 of testing the occurrences of the variable Diag (R) equal to -siera so as to make the step
  • Step 140 essentially consists in detecting whether the non-escaping Diag (R) variable of step J30 -radiates a failure that occurs over a too long duration TJ MA OO.
  • the duration TU TA O A is considered too long if it 'exceeds a duration TS E UTI during predetermined phases of the test on the vehicle prototype.
  • the duration Tstiii L is optionally adjustable to sensitize or desensitize the deactivation "!].
  • ANC in the presence of failures.
  • Step 1 0 can be implemented in different ways on the model of those of step 120.
  • step 140 A negative exhaust of step 140 ,. as long as the negative diagnosis has not persisted for a long time, re-started on step 101 with the rhythm of the signal samplings.
  • a step 120 distinct from step 140 makes it possible to determine a threshold duration Ts (S) that is customized for the occurrences of the output diagnostics -negatives and a duration -threshold Ts (R) customized. for the occurrences of. negative output diagnostics of different values.
  • the steps 120 and .140 can be grouped in a single step 'wherein the OCCUITCJICCS of diagnosti ues, output and return are nevertheless considered' épar mitis or are considered in the same way, in other words in the latter case, a Negative diagnosis is considered to be an occurrence regardless of whether it relates to exit or return.
  • the invention which has just been described fulfills the purpose of prescribing, during use, that the ANC system does not cause a problem for the user when the system becomes defective, for example because a microphone or a built-in by them is down.
  • the invention thus makes it possible to detect the appearance of the fault in a very short time and to find an adequate correction.

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Abstract

Le procédé s'applique à un véhicule (12) dans lequel un système de réduction active de bruit (15) comporte un ou plusieurs haut-parleurs (13) pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au brait et un ou plusieurs microphones ( 1 1) pour capter un ou des signaux de retour qui quantifient la réduction de brait obtenue. Pour mettre en œuvre le procédé, le véhicule ( 12) comprend un dispositif (23) de contrôle qui comporte des moyens de vérification de retour agencés pour établir un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour (umiC) en combinaison avec des moyens d' activât ion (24) et de neutralisation du système de réduction active de bruit (15) pilotés pour activer, respectivement désactiver le système de réduction active de brait à la suite d'un diagnostic de retour positif, respectivement à la suite d'un diagnostic de retour négatif.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE D'UN SYSTEME
DE REDUCTION ACTIVE DE BRUIT
L'invention concerne un procédé pour traiter l'apparition d'un dysfonctionnement dans un système de réduction active de bruit (ANC pour Active Noise Control ou Cancelling en anglais).
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un système de réduction de bruit actif comme par exemple dans un habitacle comportant un ou plusieurs haut-parleurs pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au br it et un ou plusieurs microphones pour capter un ou des signaux de retour qui mesurent la réduction de bruit obtenue.
L' invention concerne aussi un dispositif et un programme d'ordinateur pour mettre en œuvre ledit procédé.
La réduction active de bruit est un sujet ancien. Henri Coanda avait ainsi décrit en 1930 un procédé de protection contre les bruits dans son brevet FR722274 consistant à obtenir une zone de silence par interférence d'ondes sonores. L'idée était bonne mais pas si évidente à réaliser. Un peu plus fard en 1934, Paul Lueg se limitait dans son brevet US2043416 au cas simplifié d'une conduite dans laquelle il plaçait un haut-parleur en aval d'une source sonore avec un microphone placé entre la source et le haut-parleur pour capter le son à supprimer avant qu'il n'atteigne le haut-parleur.
Malgré de nombreux développements scientifiques depuis cette époque, notamment dans Se domaine du traitement du signal, l'usage de cette invention pourtant ancienne, peine à se démocratiser, en d'autres termes à devenir accessible à un large public.
L'inconvénient est que, en dépit d'une forte maîtrise actuelle de la réduction du bruit sur le plan théorique, le moindre défaut ou événement imprévu sur le matériel ou sur l'environnement d'un dispositif de réduction d'ondes sonores par génération d'ondes judicieusement déphasées, a des conséquences contraires à l'effet souhaité, à savoir notamment celles d'ajouter l 'énergie des ondes sonores déphasées à celles de la source au lieu de les retrancher, avec pour effet d'augmenter plutôt que de réduire le bruit. Parmi les nombreuses tentatives depuis cette époque pour tenter de palier ces désagréments, on peut citer par exemple celle exposée dans le document EP 1 14341 1 A2 qui désactive l'unité de contrôle du bruit lorsque l'inverse d'un retour qui mesure un bruit n'est pas supérieur à un seuil prédéterminé. En d'autres termes, ce document antérieur décrit une méthode qui désactive l'unité de contrôle du bruit lorsque le retour qui mesure le bruit est supérieur au seuil prédéterminé.
Le document JP05027780 divulgue une fonction d'évaluation égale à une somme de signaux de retours de microphones de manière à désactiver un contrôleur de bruit actif lorsque la valeur de la fonction d'évaluation dépasse un seuil prédéterminé pendant un certain temps.
Le document US2008/159553 divulgue un procédé et un système de réduction active de brait dans leque! un état de système en défaut est détecté lorsqu'un signal d'erreur donné en retour par un capteur de son dépasse un deuxième seuil après en avoir dépassé un premier.
Les solutions antérieures se basent toutes sur le concept évident selon lequel le bruit risquant d'augmenter en cas de dysfonctionnement, il convient de désactiver le système lorsque le son capté en retour, par un microphone ou de quelque autre manière, dépasse un certain seuil. Cependant les procédés et systèmes antérieurs posent un problème d'inefficacité au cas où le dysfonctionnement provient du capteur de son lui-même.
Ces solutions plus ou moins récentes comme d'autres solutions connues, ne sont pas suffisamment complètes pour apporter entière satisfaction.
Pour remédier aux inconvénients de l'état antérieur de la technique, l'invention a pour objet un procédé de contrôle d'un système de réduction active de bruit, le procédé comprenant :
- une étape d'activation du système de réduction active de bruit ;
- une étape de vérification de retour qui établit un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour et qui autorise une ré-exécution de l'étape d'activation à la suite d'un diagnostic de retour positif ;
- une étape de neutralisation qui est exécutable à la suite d'un diagnostic de retour négatif et qui désactive le système de réduction active de bruit. De manière remarquable, l'étape de vérification de retour comprend une sous-étape de détection basse qui calcule un critère de retour opérant et qui rend négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour ne satisfait pas une valeur minimale du critère de retour opérant.
Particulièrement, le critère de retour opérant correspond à un cumul de variations du signal de retour sur un intervalle de temps donné.
Particulièrement aussi, l'étape de vérification de retour comprend une sous- étape de détection haute qui rend négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour n'est pas inférieur à une valeur maximale en amplitude.
De préférence, le procédé de contrôle comprend une étape de vérification de sortie qui établit un diagnostic de sortie en analysant au moins un signal de sortie, qui autorise une ré-exécution de l'étape à la suite d'un diagnostic de sortie positif et qui rend l'étape de neutralisation exécutable à la suite d'un diagnostic de sortie négatif de manière à désactiver alors le système de réduction de bruit actif.
Particulièrement, l'étape de vérification de sortie comprend une sous-étape de détection haute qui rend négatif le diagnostic de sortie lorsqu'au moins un signal de sortie n'est pas inférieur à un seuil maximal en amplitude.
Particulièrement aussi, l'étape de vérification de sortie comprend une sous- étape de limitation en amplitude du signal de sortie à un seuil maximal,
De manière particulièrement avantageuse, le procédé comprend une étape de modération qui autorise une ré-exécution de l'étape d'activation à la suite d'un diagnostic de sortie ou de retour négatif tant qu'il n'existe pas un nombre suffisant d'occurrence de diagnostic de sortie ou de retour négatif, et qui déclenche l'étape de neutralisation lorsqu'il existe un nombre suffisant d'occurrence de diagnostic de sortie ou de retour négatif.
De préférence encore, le procédé de contrôle comprend une étape de surveillance d'état d'un environnement du système de réduction de brait actif qui autorise ractivation du système de réduction de bmit actif uniquement lorsque ledit environnement est dans un état compatible avec ladite activation.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de contrôle d'un système de réduction active de bruit, notamment dans un habitacle, comportant un ou plusieurs haut-parleurs pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au bruit et un ou plusieurs microphones pour capter un ou des signaux de retour qui quantifient la réduction de bruit obtenue. Le dispositif de contrôle comprend notamment:
- des moyens de vérification de retour agencés pour établir un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour ; et
- des moyens d'activation et de neutralisation du système de réduction de bruit actif pilotés pour activer, respectivement désactiver le système de réduction de bruit actif à la suite d'un diagnostic de retour positif, respectivement à la suite d'un diagnostic de retour négatif.
De manière remarquable, les moyens de vérification de retour sont agencés pour calculer un critère de retour opérant et pour rendre négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour ne satisfait pas une valeur minimale du critère de retour opérant.
Avantageusement, les moyens de vérification de retour sont agencés pour rendre négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour n'est pas inférieur à une valeur maximale en amplitude.
L'invention a encore pour objet un programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme pour effectuer tout ou partie des étapes du procédé qui fait l'objet de l'invention, lorsque le programme fonctionne sur un ordinateur, notamment sur un calculateur embarqué.
L'invention a notamment pour objet un produit programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme, stockés sur un support lisible par un ordinateur, pour mettre en œuvre le procédé conforme à l'invention, lorsque le produit de programme fonctionne sur un ordinateur.
L'invention a notamment pour objet un véhicule dans lequel un système de réduction de bruit actif dans un habitacle comporte un ou plusieurs haut-parleurs pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au bruit et un ou plusieurs microphones pour capter un ou des signaux de retour qui quantifient la réduction de bruit obtenue, le véhicule comprenant un dispositif de contrôle selon l'invention.
L'invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un système sur lequel l'invention est appliquée ;
la figure 2 montre des étapes de procédé conforme à l 'invent ion ; tes figures 3 et 4 sont des détails d'étapes du procédé conforme à l'invention ;
les Figures 5 à 7 sont des courbes comportementales obtenues dans certaines étapes du procédé.
La figure 1 montre un véhicule automobile référencé 12 qui comprend un système de réduction active de bmit (ANC) dont certains des éléments exposés ci- après sont représentés en dehors du véhicule 12 simplement pour en faciliter les explications.
Un ou plusieurs microphones 1 1, généralement trois, captent chacun un signal d'erreur umjc en un point de prestation prédéterminé du véhicule 12. Chaque point de prestation est prédéterminé pendant les phases de conception et d'essai d'un prototype de véhicule de manière à obtenir une réduction de bruit optimale au niveau des oreilles du conducteur et de préférence de chacun des occupants. Ainsi les microphones peuvent être placés au plus près de la tête du conducteur et de chaque occupant ou en des endroits du véhicule en corrélation géométrique avec des nœuds d'amplitude sonore du bmit au voisinage de la tête des occupants.
Un ou plusieurs caissons ou haut-parleurs 13 dont le nombre varie généralement entre quatre et cinq, reçoivent des signaux de commande UHP d'un dispositif électronique 14 représenté en pointillés.
Le dispositif électronique 14 comprend une carte électronique 15 qui héberge un algorithme ANC de réduction active de bruit, un appareil audio 16, par exemple de radio, qui peut comprendre aussi indépendamment des fonctions multimédia et/ou de navigation et un mixeur 17.
L'algorithme hébergé par la carte électronique 15 génère un signal uc destiné à chaque haut parleur 13 pour réduire, voire supprimer le bmit dans l'habitacle 20 du véhicule 12. Le bmiî que l'on cherche à supprimer est un bmit à fréquence ou à spectre de fréquences déterminé par un régime de rotation RPM mesurable ou calculable d'un organe du véhicule comme par exemple mais non nécessairement d'un groupe moto propulseur 21. Des sons provenant d'autres sources comme par exemple de la bande de roulement des roues 22 sur la chaussée ou d'un appareil d'émission sonore, pourraient alors aussi être réduits ou supprimés à condition d'être émis à la même fréquence ou à l'une ou plusieurs fréquences du spectre contrôlé,
L'appareil audio 16 génère un signal uR destiné à un ou plusieurs des haut parleurs 13 pour générer du son dans l'habitacle 20 du véhicule 12, par exemple celui d'une émission radio, la musique d'un support multimédia ou des messages sonores de navigation, d'état de fonctionnement du véhicule ou de télécommunication.
La carte électronique 15 et l'appareil audio 16 peuvent être contenus dans un même boîtier du dispositif électronique 14 ou dans des boîtiers séparés. L'algorithme ANC peut aussi être hébergé dans un ordinateur de bord partagé avec l'appareil audio 16 sous forme d'un ou plusieurs programmes exécutables par l'ordinateur de bord.
Le mixeur 17 génère des signaux UHP qui résultent des signaux i¾ et UR pour être acheminés chacun jusqu'à celui des haut-parleurs 13 auquel sont destinés les signaux u et uR respectivement combinés deux à deux.
La carte électronique 15 est connectée à un bus 18 de multiplexage de signaux du véhicule, par exemple un bus CAN (acronyme anglais de C ont roi 1er Area Network), pour y lire en temps réel différentes informations sur l'état du véhicule comprenant notamment le régime moteur RPM (acronyme anglais de Révolutions Per Minute) exprimé en tours par minutes. Ces informations peuvent aussi être reçues en mode filaire de point à point. L'avantage du bus 18 de multiplexage est de rendre accessible à l'algorithme ANC des informations en temps réel sur de nombreux autres états du véhicule connue par exemple l'état d'ouverture d'une porte ou d'une vitre ou encore l'état de marche du moteur. L'avantage de l'ordinateur de bord pour réaliser les fonctions de la carte électronique 15 est de procurer une grande souplesse d'exploitation évolutive des états disponibles sur le bus 18.
La carte électronique 15 ou l'ordinateur de bord reçoit aussi une tension Va d'alimentation électrique des composants électroniques à partir d'une batterie 19 du véhicule 12. L'algorithme ANC utilise de manière connue par ailleurs, les connaissances théoriques et pratiques en matière de réduction active de bruit sans qu'il soit nécessaire ici d'en exposer tous les détails.
On rappelle simplement qu'il existe essentiellement actuellement deux types d'algorithmes ANC de réduction active du bruit, les algorithmes à action prédictive (feedforward en anglais) et les algorithmes à action rétroactive (feedback en anglais), généralement nommés à boucle de contre-réaction.
Comme par exemple exposé en français dans l'article d'Emmanuel Frïot « Une introduction au contrôle acoustique actif » du 6 octobre 2005, notamment aux pages 16 à 21 et 38 à 41, ou exposé en anglais dans l'article de S.J. Klliot « A review of Active Noise and Vibration Control in Road Vehiclcs » de décembre 2008, notamment aux pages 12 à 14, l'action prédictive consiste principalement à asservir un son de haut-parleur sur une référence de bruit, mesurée par un premier micro ou estimé en fonction par exemple d'un régime moteur. Un deuxième micro est utilisé pour adapter en temps réel la fonction de transfert de l'asservissement de façon à obtenir une annulation du br it mesuré par le deuxième micro.
Comme par exemple exposé dans la demande internationale de brevet WO2010136661 , l'action rétroactive consiste principalement à asservir un son de haut-parleur sur une erreur par rapport à une référence nulle, telle qu'elle est mesurée par un micro. Une fréquence favorisée de bruit est utilisée pour adapter la fonction de transfert de l'asservissement de façon à obtenir une annulation de l 'erreur à ladite fréquence favorisée. L 'adaptation de la fonction de transfert est modifiable de façon à suivre les modifications de la fréquence privilégiée qui peut évoluer, par exemple en fonction du régime de rotation du moteur.
L'invention est utilisable tant pour les algorithmes à action prédictive, à action rétroactive que pour tout autre type d'algorithmes ANC de réduction active du bruit, notamment en réalisant un puits sonore à une fréquence de bruit qui résulte du régime de rotation du moteur.
Néanmoins, un algorithme de type à action rétroactive est préféré. Les inventeurs ont noté que les algorithmes à action prédictive nécessitent de constamment adapter la fonction de transfert à toute variation mesurée par le deuxième microphone. Or ces adaptations nécessitent des calculs qui sont lourds à effectuer en temps réel. Les inventeurs ont noté que, par contre, les algorithmes à action rétroactive ne nécessitent pas de constamment adapter la fonction de transfert à toute variation mesurée par le microphone qui agit de manière classique en rétroaction à fonction de transfert donnée dans une boucle de régulation fermée. Les inventeurs ont ainsi trouvé avantageux d'adapter la fonction de transfert à une fréquence favorisé qui correspond par exemple à la fréquence fondamentale ou à la l'harmonique de rang deu du bruit généré par le moteur. Il est alors possible de pré calculer des paramètres d'adaptation de la fonction de transfert pour une suite de fréquences favorisées et de rapidement sélectionner ensuite en exploitation l'adaptation de la fonction de transfert qui correspond à la fréquence favorisée en fonction de la vitesse de rotation du moteur constatée en temps réel.
La fonction de transfert fait intervenir une ou plusieurs fonctions de réponse en fréquence entre le ou les signaux H envoyé sur les haut-parleurs 13 et le ou les signaux umjcro mesurés sur les microphones d'erreur 1 1.
11 est possible d'évaluer une fonction de réponse en fréquence à une valeur
FRF(f) en fonction d'une fréquence f en envoyant un signal UHF(0 au ou à l'un des haut-parleurs 13 en absence de bruit et en récoltant le signal umjcro(f) de chaque microphone 13, au moyen de la formule :
FRF(f) = umic[O(0 / UHP(0
Les fonctions de réponse en fréquence dépendent du système de restitution audio comprenant enceintes et haut-parleurs 13, de la cavité acoustique formée par l'habitacle 20 du véhicule 12 et du ou des microphones d'erreur 13 dont notamment la sensibilité.
On remarquera que le dispositif électronique 14 représenté en figure 1, comprend un dispositif 23 de contrôle du système de réduction active de bruit, notamment de la carte électronique 15.
Le dispositif 23 comprend d'une part un ou plusieurs coupleurs de sortie pou transmettre au mixeur 17 un ou plusieurs signaux de sorties sonores ue à destination du ou des haut-parleurs 13 pour s'opposer au bruit dans l'habitacle 20.
Le dispositif 23 comprend d'autre part un ou plusieurs coupleurs d'entrée connectés au ou aux microphones 1 1 pour capter un ou des signaux de retour en vue de leur transmission à l'algorithme ANC, par exemple hébergé sur la carte électronique 15 pour quantifier la réduction de bruit obtenue. Le dispositif 23 peut comprendre aussi un coupleur d'entrée connecté à la batterie 19 pour en observer le niveau de tension et un ou plusieurs coupleurs d'entrée connectés au bus 18 pour y lire le régime moteur RPM et différents états du véhicule 12 relatifs par exemple à l'ouverture des portes ou des vitres, à la charge du véhicule en accélération, en décélération, en montée ou en descente.
Des moyens de vérification de retour sont agencés dans le dispositif 23 pour établir un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour um;c.
Les moyens de vérification de retour peuvent effectuer plusieurs analyses du signal de retour.
Une première analyse possible consiste à calculer un critère Cl de retour opérant, en d'autres termes de retour non nul propre à l'utilisation des opérations effectuées par l'algorithme ANC. L'existence d'un signal de retour qui ne satisfait pas une valeur minimale du critère Cl de retour opérant rend alors le diagnostic de retour négatif
Une deuxième analyse possible consiste à comparer chaque signai de retour umjc à une valeur maximale en amplitude de sorte que le diagnostic de retour est rendu négatif dès qu'un signal de retour unljc n'est pas inférieur à cette valeur maximale.
Des moyens de vérification de commande sont agencés dans le dispositif 23 pour établir un diagnostic de sortie en analysant tout ou partie des signaux lie en sortie de l'algorithme ANC, destinés chacun à l'un des haut-parleurs 13.
Ici encore, les moyens de vérification de commande peuvent effectuer plusieurs analyses du signal de sortie au moyen de tests.
Un premier test consiste à vérifier que l'amplitude du signal uc de commande de chacun des haut-parleurs 13, ne dépasse pas une valeur seuil, La valeur seuil est différente pour chacun des haut-parleurs car les signau de commande envoyés à chacun des haut-parieurs sont différents. D'autre part la valeur seuil dépend de la fréquence de contrôle associée à une ou plusieurs harmoniques, notamment à l'harmonique 2 du régime moteur. Cette valeur seuil est tabulée et renseignée par le constaicteur au moment de la fabrication du véhicule. Le signal de commande envoyé aux haut-parleurs est un signal de type sinusoïdal ou une composition de signaux périodiques dans une bande de fréquences prédéterminée. Le test consiste à vérifier, à un régime moteur donné, que le maximum de ce signal de commande ne dépasse jamais une valeur seuil, donnée dans la table. Si le signal a une valeur qui dépasse la valeur seuil, alors dans ce cas, l'amplitude du signal est remplacée par cette valeur seuil de façon à en limiter l'amplitude. Cette opération garantit que l'amplitude du signal émis par les haut-parleurs ne dépasse jamais un certain seuil.
Le dispositif 23 envoie ainsi au mixeur 17 un signal contrôlé ue associé à chaque signal de commande uc de sorte que l'amplitude du signal uc est égale à l'amplitude du signai uc tant que l'amplitude du signal uc est inférieure à la valeur seuil et qui est égale à la valeur seuil lorsque l'amplitude du signal uc est supérieure ou égale à la valeur seuil.
D'autres tests peuvent être envisagés pour compléter le système de détection de la défaillance, par exemple un test sur la fréquence et un test sur la phase entre les signaux. Il n'est pas absolument nécessaire de mettre en œuvre ces autres tests car le système a montré un comportement satisfaisant dans un grand nombre de situations lors d'essais réalisés dans le cadre de la mise au point de l'invention.
En ce qui concerne la détection d'une défaillance sur la fréquence, le test suivant peut être imaginé et facilement mis en œuvre. Le signal de commande envoyé aux haut-parleurs est un signal de type sinusoïdal dont la fréquence doit être identique à celle du contrôle relatif à l'harmonique 2 du régime moteur. Il s'agit alors de vérifier que les deux signaux ont bien la même fréquence. Un moyen de le réaliser est de calculer un coefficient d'inter corrélation temporel Cup entre le signal u(xj, t) de commande du haut-parleur xi à l'instant t et le signal sinusoïdal p(xi, t+τ) qui a une fréquence identique à la fréquence de contrôle à l'instant t+τ, représenté par l'expression suivante :
où E[] est l'opérateur d'espérance mathématique, La détection d'une défaillance sur la phase entre les signaux, est plus délicate car elle relève essentiellement de l'algorithme ANC.
Plus précisément, le dispositif 23 comprend des moyens 24 d'activation et de neutralisation du système de réduction active de brait, comprenant par exemple la carte électronique 15. Les moyens 24 sont pilotés d'une part pour activer le système de réduction active de bruit à la suite d'un diagnostic de retour positif. Les moyens 24 sont pilotés d'autre part pour désactiver le système de réduction active de brait à la suite d'un diagnostic de retour négatif.
Le dispositif 23 de contrôle du système de réduction active de bruit peut être réalisé au moyen d'un circuit électronique de type FPGA (acronyme de Ficld- programmable gâte array en anglais pour réseau de portes programmables), AS1C (acronyme de l'anglais Application-Specific Integrated Circuit pour « circuit intégré propre à une application ») ou autre,
Avantageusement, le dispositif 23 est réalisé en utilisant les ressources de l'ordinateur de bord ou d'un ordinateur multimédia du véhicule en partage avec l'algorithme ANC, la radio et le mixeur.
La mémoire de l'ordinateur utilisé contient alors un programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme pour effectuer la totalité des étapes du procédé exposé ci-après, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
Le programme peut ainsi être chargé sur l'ordinateur en usine sous forme d'un produit programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme, stockés sur un support lisible par un ordinateur, pour mettre en œuvre le procédé exposé ci-après, lorsque le produit de programme fonctionne sur un ordinateur.
Un exemple de procédé conforme à l'invention est maintenant exposé en référence à la figure 2.
Dans un premier temps, on documente un arbre de défaillance du système de contrôle actif de bruit (ANC) afin de déterminer les différentes causes possibles de défaillance. Sur la base de cette analyse, on établit une procédure d 'autodiagnostic, décomposée de préférence en trois niveaux de diagnostic : - Niveau 1 : limitation de l'amplitude des signaux de commande envoyés aux haut-parleurs.
- Niveau 2 : utilisation d'informations provenant- de l'environnement extérieur au système ANC.
Niveau 3 : détection à posteriori basée sur des tests sur les signaux ANC de sortie et d'entrée, notamment de retour.
Le procédé démarre dans une étape 100 lorsque le système de réduction active de brait, mis sous tension, reçoit une tension Va positive de la batterie 19.
L'étape 100 enclenche une étape 101 qui consiste à vérifier différents états du véhicules qui permettent ou non d'activer l'algorithme ANC dans les conditions pour lesquelles il est prévu.
Les étais peuvent être binaires comme par exemple à titre purement il lustrât if et non exhaustif, porte ouverte ou fermée, vitre close ou baissée, moteur démarré ou arrêté.
On comprendra au vu des rappels donnés ci-dessus sur les algorithmes à action prédictive et à contre-réaction que l'efficacité de l'algorithme ANC est conditionnée par un accord bien ajusté des fonctions de réponse fréquent ici le FRF dans l'habitacle du véhicule. Ces fonctions de réponse fréquentielle sont perturbées par toute modification de l'espace de l'habitacle, notamment les modifications qui résultent d'une ouverture sur l'extérieur. Il est considéré en conséquence dans l'étape 101 qu'un état correct (OK en abrégé) des ouvrants du véhicule correspond à une situation close de l'habitacle du véhicule.
Nous avons vu aussi ci-dessus que le bruit que l'on cherche à supprimer est un bruit à fréquence ou à spectre de fréquences déterminé par un régime de rotation RPM mesurable ou calculable d'un organe du véhicule, notamment du groupe moto propulseur 21. On comprendra qu'il est difficile de s'accorder sur une fréquence nulle en absence de rotation du moteur. Il est considéré en conséquence dans l'étape 101 qu'un état correct (OK en abrégé) du régime moteur correspond à une valeur RPM supérieure à une limite basse positive.
Les états peuvent aussi être quantifiés sur une échelle continue ou discrète lorsqu'ils sont relatifs à une température dans l'habitacle ou à un taux d'occupation du véhicule. Pour délecter si un état est correct oy non, sa valeur est. lue sur le bus de coiïiiînitiîcatîon do véhicule. Une variable de diagnostic Diag( ) esl mise à i lorsque tous les étals E du véhicule nécessaires à un bon fonctionnement de l'algorithme
ANC sont 'Corrects., La variable Diag(B) est. mise à zéro dès qu'un état JE n'est pas correct
Une étape 103 -est enclenchée si tons- les états sont détectés corrects dans Tétape 101 et .une étipe 102 est enclenchée dans te cas contraire, e» d'autres termes si a moins un étal est détecté- incorrect.
L'étape 102 consiste â bloquer toute activât ion de l 'algorithme ANC,, en d'autres tenues â ne pas activer on à désactiver l'algorithme ANC, L'étape 102 rebouclc sur l'étape 101 de façon à pouvoir enclencher l'étape 1 dès que tous les étais- sont, détectés corrects d'ans l'étape 101 ,
L'étape 103 consiste â permettre J'aetivation de Γ algorithme ANC,.- en d'autres ternies à activer ou à maintenir Faetivitlon de l 'algorithme ANC,
Une étape 1 1.0 de yërificatjoii de sortie et une étape 130 -de vérification de retours sont enclenchées à partir de l'étape 103.
L'étape 1 1 0 consiste- à établir un diagnostic de sortie en aiiiilysa.nt .au moins on signal de sortie, notamment en vérifiant que les signaux ut: destinés chacun, à un haut patleiii 13 sont conformes à des critères préétablis d'amplitude, de fréquence et/ou de phase pour supprimer le bruit dans l'habitacle 20 du véhicule 12.
Un exemple d'étape 1 10 conforme à l'invention, esi décrit pins en détails en référence i la. figure 4.
Dans I *étape 1 10, une sous-étape 1 1 1 esl enclenchée- e manière' cyclique tant que l'algorithme ANC est activé, par exemple â litre purement illnslratif et non limitatif à la suite de chaque enclenchement de l'étape .103. Dans la sous-étape 1 1 i , un indice -j esl milialisc à zéro pour désigner 'le premier haut -parlera' 13 d'une liste contenant une quantité QHF de haut-parleurs 13.
Pour chaque cycle d'exécution de la sous-étape 1 11, une sous-éïapel 12 est réitérée autant de fois qu'il existe de haut-parleurs contrôlés, en d 'autres termes la sois-étape 1 12 esl exécutée pour yéri fier Pcusemble des signaux de sortie d'indice j, j variant de zéro à QHP- Un cycle d'exécution correspond typiquement, mais non nécessairement â une période d'échantillonnage sur les- entrées ou à un quantième de la fréquence fondamentale Ai bruit à annuler.
La vcriffcalio-n d'an signal de sortie .dans la sous-étape 1 12 telle qu'elle est illustrée sur la figure 4, consiste à -assurer que l'amplitude |uc(j)i du signal de commande du ' haut -parleur 13 d'indice- ], est inférieure à une valeur seuil ihemi prédéîeiïiHJiée,
La valeur u^wi est typiquement prédéterminée lors d'essais sur un prototype de véhicule de manière à annuler le bruit dans des conditions optimales avec un niiniiiiuin de marge au dessus dit bruit effectivernej.it constaté. La puissance sonore du bruit et par conséquent la valeur useuit sont généralement fonction de la charge et -de la vitesse' de rotation du moteur» en -d'autres ternies du régime RPM. Différents essais sont alors etlceiués pour différents régimes moteurs RPM lors des essais sur le prototype de véhicule. Les ajustées sont alors stockées dans une structure de donnée associative- indexée, par les valeurs possibles de régime moteur RPM. Line mime valeur possible de régime' moteur RPM peut indexer plusieurs valeurs usc„.;. spécialement ajustée chacune à l'un des haut-parleurs 13 en relation avec sa gamme -d'octaves, et sa position dans, le véhicule. La structure de données ainsi obtenue est ensuite dupliquée sur des supports de données, par exemple lisibles par î 'ordinateur de bord ou tout autre ordinateur du véhicule de manière â ôtrc exploitable sur les véhicules de même type en sortie de chaîne de Abricalbn.
L'assurance sur l'ampli lude du signal d'annulation du bruit inférieure à la valeur seuil, u notamment pour but d'éviter que le signal d'annulation soit supérieur au bruit à annuler avec pour effet contraire et désastreux de Γ amplifier, Le test sur l'amplitude peut, être effectué en temps réel de différentes manières.
Une manière simple consiste à comparer la. valeur absolue du signal udj) à chique période .d'éçhanfil tannage avec la valeur seuil, En effet tout dépassement de la valeur uSCBii par le signal udj) indique une amplitude supérieure â la valeur uscllii. On peut raisonnablement considérer qu'une amplitude supérieure, à la valeur seuil provoque un. franchissement par au. moins un échantillon du signal ucij) lorsque la Fréquence d'échantillonnage est nettement supérieure à la fréquence de Nyquist- Shannon. Une manière plus élaborée consiste à élever le signal échantillonné au carré puis à le filtrer par un filtre du premier ordre à constante de temps nettement supérieure à la période du signal échantillonné. On rappelle que l'élévation au carré d'un premier signal de nature sinusoïdale, génère un deuxième signal comprenant une composante continue égale à la demi-amplitude du premier signal et une composante sinusoïdale de fréquence double de celle du premier signal. Le filtrage de la composante sinusoïdale à fréquence double avec une constante de temps suffisamment élevée, ne laisse alors subsister que la composante continue qu'il suffit de multiplier par deux pour reproduire l'amplitude du premier signal. On peut aussi prendre une seconde valeur seuil égale à la moit ié de la valeur seuil considérée au paragraphe précédent et comparer ainsi directement la sortie du filtre à la seconde valeur seuil sans avoir à doubler le signal filtré. Cette deuxième manière présente bien entendu par rapport à la première manière, l'avantage de ne pas nécessiter une fréquence d'échantillonnage nettement supérieure à la fréquence de Nyquist- Shannon pour garantir la détection d'au moins une crête au-delà de la valeur seuil lorsque l'amplitude lui est supérieure. Une fréquence d'échantillonnage au moins égaie à la fréquence de Nyquist-Shannon suffit alors en effet car elle reproduit l'intégralité des propriétés dit signal et par conséquent de son élévation au carré. Cette deuxième manière présente aussi un autre avantage qui est celui de filtrer tout dépassement intempestif de la valeur seuil qui pourrait résulter par exemple d'un parasite ou d'une accumulation momentanée d'énergie sonore de plusieurs signaux et non pas d'un réel dépassement d'amplitude.
Une autre manière plus élaborée consiste à retrouver dans le signal de sortie, l'amplitude d'une composante du signal de fréquence ωο/2π correspondant à la fréquence attendue du brait généré par le moteur pour un régime RPM donné.
Cette troisième manière de vérification de l'amplitude est particulièrement adaptée au signal iinp issu du mixeur 17. En effet le signal comporte non seulement la fréquence du signal uc théoriquement égale à ωο 2π mais aussi les fréquences du signal u¾ qui balayent au moins le spectre des fréquences audibles par l'oreille humaine. Le signal peut aussi contenir la fréquence ωο/2π et ceci avec une amplitude telle que, ajoutée à celle du signal uc, on obtienne une amplitude totale supérieure à la valeur seuil de l'amplitude, avec pour risque de saturer la régulation de l'algorithme ANC et par conséquent de provoquer des non linéarités préjudiciables au paramétrage adaptatif.
Cette troisième manière de vérification de l'amplitude n'apporte par contre pas d'avantage particulier à la vérification de l'amplitude du seul signal uc dont la fréquence est, sauf dysfonctionnement de l'algorithme ANC lui-même, égale à la fréquence attendue ωο/2π, La vérification ne doit pas porter dans ce cas sur l'amplitude mais davantage sur la fréquence elle-même pour laquelle nous allons voir une méthode possible ci-après.
La troisième manière de vérification de l'amplitude est mise en œuvre en calculant une abscisse B et une ordonnée C relatives à un module d'amplitude A au moyen des formules suivantes :
5 = fr / / 2 2½p( -cos(û)0 )£// " | fm "''/, (,), SÎn(f ''/)< /
Quelque soit la manière de vérification de l'amplitude choisie dans la sous- étape 1 12, une sous-étape 1 13 est exécutée si l'amplitude n'est pas inférieure à la valeur seuil d'amplitude et une sous-étape 1 14 est exécutée si l'amplitude est inférieure à la valeur seuil d'amplitude useuii.
Dans la sous-étape 1 13, l'amplitude du signal est limitée à la valeur uscuji et une variable Diag(S) préalablement initialisée à 1 par exemple dans la sous-étape 1 1 1 , est mise à zéro.
Dans la sous-étape 1 14, l'amplitude du signal est maintenue à sa valeur et la variable Diag(S) conserve sa valeur précédente.
Ainsi, il est nécessaire que les amplitudes de tous les signaux de sortie vérifiés soient inférieures à leurs valeurs seuil respectives pour que la variable Diag(S) soit maintenue à 1 et il suffit d'une amplitude de signal de sortie supérieure à sa valeur seuil pour mettre la variable Diag(S) à zéro.
L'exemple de mise en œuvre illustré par la figure 4 correspond à une exécution séquentielle du procédé dans laquelle une sous-étape 1 15 incrémcnte l'indice j à la suite de chaque exécution de la sous-étape 1 13 ou de la sous-étape 1 4 pour ré exécuter la sous-étape 1 12 tant que l'indice j est inférieur à Qm>. Une sous- étape 1 17 de fin de cycle est enclenchée dès qu'une sous-étape 1 16 détecte que l'indice j atteint le nombre QHP de signaux de sortie à vérifier.
D'autres mises en œuvre du procédé que celle illustrée par la figure 4 sont possibles. Par exemple dans une mise en œuvre multitâches ou par circuit logique, une exécution parallèle de QHP tâches de vérification chacune d'un signal de sortie, positionne à 1 ou à 0 une variable Diag(S) distincte pour chaque signal. Une tâche de synthèse ou une porte ET fait ensuite le produit de tontes les variables Diag(S) pour obtenir une valeur finale égale à 1 si toutes les vérifications sont positives ou une valeur finale égale à 0 dès qu'une vérification est négative.
Les étapes 1 12, 113 et 114 de la figure 4 illustrent une vérification sur une valeur maximale admissible d'amplitude de signal de sortie.
D'autres vérifications de signal de sortie avec ou sans correction sont possibles.
Notamment, on peut vérifier si la fréquence d'un signal de sortie u2(t) et proche ou non de la fréquence de contrôle f - ωο/2π au moyen d'un coefficient d'inter corrélation Ο,ι^ίτ) de la manière suivante.
On génère arbitrairement un signal. uj (t) sinusoïdal de fréquence f = ωο/2π. On calcule trois espérances mathématiques E[] au moyen des formules approchées suivantes :
£[», ( )»2 C + 1 - - Σ»! (> »2 (" + H)
N
£[«, (/)",*(')] =—∑«i (»)», (»)
N„=0
On calcule ensuite le coefficient d'inter corrélation CUi«2(O entre les deux signaux ui(l) et i¾(t) au moyen de la formule suivante :
On compare le coefficient d'inter corrélation CU|u2(x) ainsi obtenu à un coefficient seuil de valeur par exemple égale à 0,9. Si le coefficient d'inter corrélation CuiU2("c) n'est pas supérieur au coefficient seuil, on positionne la variable Diag(S) à zéro pour signifier que les fréquences des deux signaux iii(t) et u2(t) ne sont pas suffisamment proches l'une de l'autre.
Notamment encore, on peut vérifier si la phase d'un signal de sortie iic(t) varie au cours du temps. Connaissant la période T égale à l'inverse de la fréquence f = ω0/2π du signal Uc(t), on compare les valeurs du signal uc(t) à deux instants séparés d'une période T.
On évalue par exemple la différence u'c(t+T) :
*c(t+T) = iic(t+T) - uc(t)
Une différence non nulle permet alors de détecter une variation de phase. On évalue par exemple encore la différence u"c(t+T) ;
u"c(t+T) = u (t-T) - 2uc(t) + uc(t+T)
Une différence non mille permet alors mieux encore de détecter une variation de variation de phase.
L'homme du métier prendra bien entendu les précautions habituelles en matière de filtrage pour éviter des détections de variation de phase intempestives de manière à positionner la variable Diag(S) à zéro en cas de détection de variation de phase avérée.
La variable Diag(S) est ensuite évaluée dans la sous-étape 1 17 après avoir fait toutes les vérifications prévues sur l'ensemble des signaux de sortie à vérifier. L'échappement positif de la sous-étape 1 17 quand la variable Diag(S) est à 1 correspond à l'échappement positif de l'étape 1 10 et l'échappement négatif de la sous-étape 1 17 quand la variable Diag(S) est à 0 correspond à l'échappement négatif de l'étape 1 10.
L'échappement positif de l'étape 1 10 conduit à une poursuite du procédé sans prise de mesure particulière de manière à autoriser une ré-exécution de l'étape 103 à la suite d'un diagnostic de sortie positif, par exemple comme illustré sur la figure 2 en rcbouclant sur l'étape 101 quand la variable Diag(S) est égale à 1.
L'échappement négatif de l'étape 1 10 enclenche une étape 120 de test des occurrences de la variable Diag(S) égale à zéro de façon à rendre exécutable une étape 104 de neutralisation de l'algorithme ANC lorsque les occurrences de diagnostic de sortie négatif sont considérables. L'étape 104 consiste alors essentiellement à désactiver le système de réduction active de brait, de préférence au moins jusqu'à un nouvel amorçage de l'étape 100 par mise sous tension après mise hors tension, voir jusqu'à un contrôle plus approfondi effectué en service après vente.
L'étape 120 consiste essentiellement à détecter si la variable Diag(S) non à 1 en échappement de l'étape 1 10 traduit une défaillance qui se produit sur une durée est estimée trop longue si elle dépasse une durée TSEUIL prédéterminée pendant les phases d'essai sur prototype du véhicule et éventuellement ajustable pour sensibiliser ou désensibiliser la désactivation ANC en présence de défaillances. Nous verrons plus loin dans la description une possibilité de déterminer une durée TSEUIL commune aux sorties et aux retours. Lorsqu'on détermine une durée TSEUIL égale à une durée Ts(S) spécifique aux sorties, on effectue le test suivant sur une durée Tdef(S) de diagnostique nul propre aux sorties :
TdeffS) = TDIAG=o > TSEUIL = Ts(S)
L'étape 120 peut être mise en œuvre de différentes manières.
Une première manière consiste simplement à incrémenter un compteur à chaque occuiTence d'une valeur nulle de la variable Diag(S) pendant une durée d'observation égale à TSEUIL comptée à partir de la première occurrence de la variable Diag(S) à zéro. Si la durée d'observation est atteinte ou dépassée sans que le contenu du compteur ne corresponde à un nombre d'occurrences toutes à zéro de la variable Diag(S), le compteur est remis à zéro. Cette première manière, si elle a le mérite d'être simple, n'apporte pas entière satisfaction car chaque remise à zéro du compteur provoque un effacement des événements passés en tennes de détection de défaillances.
Avantageusement, une deuxième manière consiste à appliquer un filtre du premier ordre à constante de temps a sur la variable DIAG - Diag(S) pour obtenir une variable filtrée DF ;
DF = X " a , DIA G
l - a,z~l
La figure 5 présente une courbe d'évolution temporelle de la variable D1ÀG en partie supérieure et une courbe d'évolution temporelle de la variable DF en partie inférieure. Lorsqu'à ira instant to, la variable DIÀG initialement à la valeur 1, passe à la valeur 0, la variable DF jusqu'alors à la valeur 1, décroît avec la constante de temps a jusqu'à franchir un seuil ε de détection nulle à un instant t2 à condition que la variable DIAG reste à zéro.
Si à un instant t| postérieur à l' instant to et qui précède l'instant t2, la variable DIAG repasse de la valeur 0 à Sa valeur 1 , la variable DF alors à une valeur inférieure à 1 , croit avec la constante de temps a jusqu'à ce que la variable DIAG repasse à zéro à un instant tj. Lorsqu'à l'instant ta, la variable DIAG passe à la valeur 0, la variable DF alors à une valeur supérieure à celle atteinte à l'instant t| , décroit avec la constante de temps a jusqu'à franchir te seuil ε de détection nulle à un instant ¾ nettement supérieur à l'instant t2. On remarque ici que la remontée de la variable DIAG à 1 pendant une durée tj - 1] , provoque un franchissement du seuil ε de détection nulle avec un retard te - h nettement supérieur à la durée t3 - tt pendant laquelle la variable DIAG est repassée à 1 .
Bien que la probabilité pour un tel phénomène de se produire, est très faible, une solution peut consister à baisser la constante de temps a ou à relever le seuil ε de détection nulle,
La figure 6 présente une courbe d'évolution temporelle de la variable DF lorsque le filtre n'est appliqué que si la variable DIAG est à zéro et que la variable DF reste figée si la variable DIAG est à 1.
Cette deuxième façon de filtrer les passages à zéro de la variable DIAG est bien adaptée à l'exemple de mise en œuvre du procédé illustré par la figure 2. Le filtre est appliqué dans l'étape 120 uniquement en cas d'échappement de l'étape 1 10 avec une valeur nulle de la variable DIAG égale à la variable Diag(S). Tant que l'étape 1 10 reboucle sur l'étape 101 avec une valeur unitaire de la variable Diag(S), la variable DF n'est pas modifiée dans l'étape 120,
Lorsqu'à un instant tj postérieur à l'instant to et qui précède l'instant t2, la variable DIAG repasse de la valeur 0 à la valeur 1 , la variable DF alors à une valeur inférieure à 1 , conserve cette valeur jusqu'à ce que la variable DIAG repasse à zéro à un instant {■>,. Lorsqu'à l'instant \%, la variable DIAG passe à la valeur 0, la variable DF alors à une valeur égale à celle atteinte à l'instant t| , décroit avec la constante de temps a jusqu'à franchir le seuil ε de détection nulle à un instant supérieur à l'instant ta mais très proche de l' instant tj. On remarque ici que la remontée de la variable DIAG à 1 pendant la durée tj - ti, provoque un franchissement du seuil ε de détection nulle avec un retard t.| - h nettement inférieur à la durée ta - 11 pendant laquelle la variable DIAG est repassée à 1. On évite ainsi que des remontées à 1 de la variable DIAG ne viennent masquer intempestivement des passages à zéro dont les occurrences témoignent d'une défaillance du système.
Cependant, on observe sur la Figure 6 que si la variable DIAG reste à 1 pendant une durée t7 - ti nettement supérieure à t i - to, la variable DF persiste à franchir le seuil ε de détection nulle à un instant tg supérieur à l'instant t7 mais néanmoins aussi proche de l'instant t7 que l' instant t4 l'est de l'instant t3. On constate ici un effet mémoire des passages à zéro de la variable DIAG qui, même de durées négligeables devant celles des passages à 1 de cette même variable DIAG, ont pour effet de faire passer la variable DF en dessous du seuil ε de détection nulle par un passage à zéro de courte durée de la variable DIAG au bout d'un temps plus ou moins long et totalement imprévisible.
La figure 7 présente une courbe d'évolution temporelle de la variable DF lorsque le filtre est appliqué si la variable DIAG est à zéro avec une constante de temps a de valeur plus faible que si la variable DIAG est à 1.
Cette troisième façon de filtrer les passages à zéro de la variable DIAG ne pose pas de difficulté particulière de réalisation car la variable DIAG étant une variable logique binaire, il suffit de typer la constante de temps a sous forme de paramètre instancié à une première valeur basse lorsque la variable DIAG est à 0 et à une deuxième valeur haute lorsque la variable DIAG est à 1. L'application du filtre pendant la remontée de la variable peut être effectuée dans une étape non représentée sur la figure 2 mais que l'on situe aisément entre l'étape 1 10 et l'étape 101.
Lorsqu'à l'instant ti , la variable DIAG repasse de la valeur 0 à la valeur 1, la variable DF alors à une valeur inférieure à 1. croit jusqu'à ce que la variable DIAG repasse à zéro à un instant h. Lorsqu'à l' instant t3, la variable DIAG passe à la valeur 0, la variable DP alors à une valeur supérieure à celle atteinte à l'instant t | mais inférieure à celle atteinte au même instant sur la figure 5 du fait de la constante de temps de valeur plus élevée, décroit avec la constante de temps a de valeur basse jusqu'à franchir le seuil ε de détection nulle à un instant ts supérieur à l'instant t2 niais inférieur à l'instant te de la figure 5. On remarque ici que la remontée de la variable DIAG à 1 pendant la durée t3 - 1 ] , provoque un franchissement du seuil ε de détection nulle avec un retard ts - ti nettement inférieur à la durée t6 - 1\ de la figure 5. En comparaison de la première façon de filtrer, on évite ainsi plus facilement que des remontées à 1 de la variable DIAG ne viennent masquer intempestivement des passages à zéro dont les occurrences témoignent d'une défaillance du système. En comparaison de la deuxième façon de filtrer, on évite aussi que des descentes à 0 de la variable DIAG ne viennent masquer intempestivement une prédominance des passages à 1 dont les occurrences témoignent d'un fonctionnement acceptable du système car la constante de temps a, bien que de valeur élevée à ta remontée, conduit à une durée t9 - ti d'atteinte du seuil ε de détection nulle plus élevée que la durée t8 - t[ lorsque la durée t7 - ti est nettement supérieure à la durée t[ - ÎQ.
Un échappement négatif de l'étape 120, tant que le diagnostic négatif n'a pas persisté suffisamment longtemps, reboucle sur l'étape 101 au rythme des échantillonnages de signaux.
L'étape 130 consiste à établir un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour, notamment en vérifiant que les signaux umjC en provenance chacun d'un microphone 11, sont conformes à des critères préétablis d'amplitude, de fréquence et/ou de phase conformément à la suppression de bruit attendue dans l'habitacle 20 du véhicule 12.
Un exemple d'étape 130 conforme à l'invention, est décrit plus en détails en référence à la figure 3.
Dans l'étape 130, une sous-étape 131 est enclenchée de manière cyclique tant que l'algorithme ANC est activé, par exemple à titre purement illustratif et non limitatif à la suite de chaque enclenchement de l'étape 103. Dans la sous-étape 131 , un indice i est initialisé à zéro pour désigner le premier microphone 11 d'une liste ■ contenant une quantité Qmi,ro de microphone 1 1 .·
Pour chaque cycle d'exécution de la sous-étape 131 , une sous-étape 132 est réitérée autant de fois qu'il existe de microphones contrôlés, en d'autres ternies la sous-étape 132 est exécutée pour vérifier l'ensemble des signaux de sortie d'indice i, i variant de zéro à Qinjcro- 1. Un cycle d'exécution correspond typiquement mais non nécessairement à une période d'échantillonnage sur les entrées ou à un quantième de la fréquence fondamentale du bruit à annuler.
La vérification d'un signal de sortie dans ta sous-étape 132 telle qu'elle est illustrée sur la figure 3, consiste à assurer que l'amplitude |un,jc(i)| du signal capté par le microphone 1 1 d'indice i, est inférieure à une valeur seuil amax\ prédéterminée.
La valeur uma i est typiquement prédéterminée lors d'essais sur un prototype de véhicule en accord avec un niveau sonore supportable par l'oreille humaine. La puissance sonore du bruit et par conséquent la valeur umaxi sont généralement fonction de la vitesse de rotation et de la charge du moteur, en d'autres termes du régime RPM. Différents essais sont alors effectués pour différents régimes moteurs RPM lors des essais sur le prototype de véhicule. Les valeurs umaxi ajustées sont alors stockées dans une structure de donnée associative indexée par les valeurs possibles de régime moteur RPM. Une même valeur possible de régime moteur RPM peut indexer plusieurs valeurs umaXj, spécialement ajustées chacune à l'un des microphones 1 1 en relation avec sa sensibilité et sa position dans le véhicule. La structure de données ainsi obtenue est ensuite dupliquée sur des supports de données, par exemple lisibles par l'ordinateur de bord ou tout autre ordinateur du véhicule de manière à être exploitable sur les véhicules de même type en sortie de chaîne de fabrication.
L'assurance sur l'amplitude du signal capté inférieure à la valeur maximale, a notamment pour but d'éviter un effet Larsen avec pour effet contraire et désastreux d'amplifier désagréablement le bruit. Le test sur l'amplitude peut être effectué en temps réel de différentes manières.
Une manière simple consiste à comparer la valeur absolue du signai umjcro(i) à chaque période d'échantillonnage avec la valeur seuil. En effet tout dépassement de la valeur umaxj par le signal ιιηΐ;ςΓ0(ί) indique une amplitude supérieure à la valeur
Umicro(ï)-
Il est possible de réaliser une analyse plus fine de la valeur maximale sur le signal microphone. En effet, le microphone d'erreur 1 1 mesure un bruit large bande, en d'autres termes un spectre de bruit sur une large plage de fréquence. L'algorithme de réduction active a pour objectif de ne supprimer que la composante du bruit à la fréquence prévue d'être annulée. Cette opération de filtrage est implicitement effectuée dans le corps de l'algorithme. Mais il est possible de l'effectuer également par une opération simple.
On rappelle que, de manière générale, le signai mesuré par le microphone peut être décomposé en série de Fouricr. Il s'écrit alors sous la forme :
Umkra (0 = Σ A COS(«ft)/ + <f>) OU 6∞0Γβ :
11
"„kro (0 =∑ B„ cos(ncot) + C„ sin(ne)/)
G) = 2 K I T avec T : période du signal umicro(t)
Les coefficients de cette série sont donnés par les relations :
B" = | fr/ 2 2 "»im, ( .cos(û)n <//
Dans le cas où l'on veut extraire la composante du signal à la fréquence de contrôle f = ω0 12π , on considère uniquement la composante qui s'écrit sous la forme
"mkro ( = 4sin(û) o/ + 0)
Q i se réécrit encore sous la forme suivante
"micro (0 = Seos(oy) + Csin(ey)
avec B, C calculés grâce aux relations suivantes :
L'amplitude totale A du signal à la fréquence f est alors telle que A + C2 . Cette amplitude varie en fonction du régime moteur A. De manière générale, on a A = A(RPM) .
Dans ce cas, le test sur le simple module instantané du signal mentionné au paragraphe précédent, est remplacé par un test qui consiste à vérifier, à un régime moteur RPM donné en temps réel, que l'amplitude A(RPM) mesurée par le microphone est inférieure à une amplitude seuil définie pour ce même régime moteur :
A(RPM) < Aieuii(RPM)
Ce deuxième test d'amplitude maximale est plus intéressant que le premier test d'amplitude maximale expliqué ci-dessus car une anomalie, en d'autres termes un dépassement de seuil, est détectée uniquement à la fréquence f de contrôle, pour un régime RPM donné. Il faut avoir présent à l'esprit que le microphone d'erreur 1 1 mesure à chaque instant une valeur de pression qui est une valeur moyenne alors que la fluctuation de pression est la superposition de toutes les contributions fréquentielles comme l'exprime la décomposition de Fourier. Or seule la fluctuation de pression à la fréquence de contrôle nous intéresse. Par conséquent, si le niveau de pression mesuré par le microphone d'erreur résulte d'une excitation large bande ou d'une excitation mono-frcquentielle mais à une fréquence différente de la fréquence de contrôle, le premier test d'amplitude maximale détecte une erreur alors que le deuxième test d'amplitude maximale n'en détecte pas. Or le but de la réduction active de bruit est de supprimer uniquement la composante du signal qui est à la fréquence de contrôle. La détection d'une défaillance n'a de sens qu'à cette fréquence.
Quelque soit la manière de vérification de l'amplitude maximale admise qui est choisie dans la sous-étape 132, une sous-étape 1 3 est exécutée si l'amplitude est inférieure à la valeur seuil d'amplitude et une sous-étape 134 est exécutée si l 'amplitude n'est pas inférieure à la valeur seuil d'amplitude umaxj.
Dans la sous-étape 133, on vérifie que le microphone 1 1 d'indice i est opérationnel, eii d'autres termes qu'il capte effectivement un signal non nul.
A chaque instant t de passage dans l'étape 133, on calcule un critère Cl mjC(i) qui mesure un cumul de variations du signal uinjc(i,t) discrétisé par intervalles de temps M sur les N échantillonnages précédant l'instant t courant, en d'autres termes sur une dur 'observation Τ=ΝΔτ, au moyen de la formule :
C1
On vérifie alors le critère C l ,„jc(i)> CImim. Si aucun signal n'est mesuré par le microphone, la valeur de C l„,jC(i) est très faible, La valeur de la borne inférieure Cl mini est elle aussi déterminée pendant les essais du système sur prototype. L'avantage de ce critère est qu'il ne dépend pas de la valeur moyenne du signal et qu'il est assez simple à calculer.
Dans l'exemple de mise en œuvre du procédé illustré par la figure 3, une sous-étape 136 est exécutée si le critère C l mjC(i)> Clmini est constaté et la sous-étape 134 est exécutée dans le cas contraire.
Dans l'étape 134, la variable Diag(R) est mise à zéro de sorte qu'une réponse négative à l'une des étapes 132 ou 133 de vérification suffit: à mettre la variable Diag(R) à zéro et que la variable Diag(R) reste à 1 si et seulement si toutes les réponses aux étapes 132 et 133 de vérification sont positives.
L'exemple de mise en œuvre illustré par la figure 3 correspond à une exécution séquentielle du procédé dans laquelle la sous-étape 136 incrémente l'indice i à la suite de chaque exécution de la sous-étape 133 ou de la sous-étape 134 pour ré exécuter la sous-étape 132 tant que l'indice i est inférieur à Qmjcro. Une sous- étape 138 de fm de cycle est enclenchée des qu'une sous-étape 137 détecte que l'indice i atteint le nombre Qmjcro de signaux de retour à vérifier.
D'autres mises en œuvre du procédé que celle illustrée par la figure 3 sont possibles. Notamment l'ordre d'exécution des étapes 132 et 133 peut être inversé ou leur exécution peut être faite en parallèle. Par exemple encore dans une mise en œuvre multitâches ou par circuit logique, une exécution parallèle de Q„,iera tâches de vérification chacune d'un signal de retour, positionne à 1 ou à 0 une variable Diag(R) distincte pour chaque signal. Une tâche de synthèse ou une porte ET fait ensuite le produit de toutes les variables Diag(R) pour obtenir une valeur finale égale à 1 si toutes les vérifications sont positives ou une valeur finale égale à 0 dès qu'une vérification est négative.
La variable Diag(R) est ensuite évaluée dans la sous-étape 138 après avoir fait toutes les vérifications prévues sur l'ensemble des signaux de retour à vérifier. L'échappement positif de la sous-étape 13S quand la variable Diag(R) est à 3 correspond à l'échappement positif de l'étape 130 et l'échappement négatif de la sous-étape 138 quand la variable Diag(R) est à 0 correspond à l'échappement négatif de l'étape 130. L'échappement positif de- l'étape 130 conduit à une poursuite du procédé sans prise de mesure partïctiiière de manière à autoriser une ré-exécution de l'étape
103 à la suite d'un diagnostic de retour positif, par exemple connue illustré sur b figure 2 en rebouelaiil sur l'étape 101 quand la variable Dîag(R est Égale à 1.
L'éc Iwppe ment négatif de l'étape 130 enclenche -une étape 140 de test des occurrences de la variable Dîag(R) égale à -siéra de façon i rendre exécutable l'étape
104 de -neutralisation de l'algorithme ANC lorsque les occurrences de diagnostic de retour négatif sont considérables.
L'étape 140 consiste essentiellement â détecter si la variable Diag(R) non â 1 en échappement de l'étape J30-lradail une défaillance qui se produit sur une durée TJMAO-O trop longue. La durée TUTAOA est estimée trop longue si elle 'dépasse une durée TSEUTI, prédéterminée pendant les phases d'essai sur prototype du véhicule. La durée TstiiiL est éventuellement ajustable pour sensibiliser ou désensibiliser la désactivât»!]. ANC en présence de défaillances. Nous -verrons plus loin dans li 'description une possibilité de déterminer une durée Tsexm. commune- aux sorties et aux retows. Lorsqu'on détermine une durée T SEUIL égale â une durée Ts(R) spécifique aux- sorties, on effectue te. test suivant sur une durée Tdei|R) de diagnostique irai propre aux sorties i
Tdef(ït) = TDJACMJ > Tsram. = Ts(R)
L'étape 1 0 peut être mise en œuvre de différentes manières sur le modèle de celles de l'étape 120.
Un échappement négatif de l'étape 140,. tant que le diagnostic négatif n'a pas persisté sullïsitriîttïent longtemps, rèbouelu sur l'étape 101 au rythme des échantillonnages de signaux.
Comme nous venons de le, vok, une étape 120 distincte de l'étape 140, permet de déterminer une durée seuil Ts(S) personnalisée pour les occurrences .des diagnostics de sortie -négatifs et une- durée -seuil Ts(R) personnalisée pour les occurrences des. diagnostics de sortie négatifs de valeurs différentes.
Si les valeurs des durées seuils Ts(S) et Ts(R) sont identiques, les étapes 120 et .140 peuvent être regroupées en une seule étape 'dans laquelle les OCCUITCJICCS des diagnosti ues, de sortie et de retour sont néanmoins considérés' éparément o.u sont considères -au même titre, en d'autres- termes dans ce dernier cas,, un .diagnostique négatif est considéré connue une occurrence indépendamment du fait qu'il porte sur «ne sortie .ou sur un retour.
L'invention qui vient d'être décrite répond à l 'objectif qui est cehii de pré enir, ai cours d'utilisation, que le système ANC n'entraîne une gftoe pour l'utilisateur lorsque- le système devient défectueux, par -exemple parce qu'un microphone ou un haut-par leur est en panne. Nous avons vu comment l'invention: permet' d'empêcher que les haut-parleurs du véhicule émettent un son de .forte amplîlui lorsque le système est défaillant. L'invention permet ainsi de détecter dans un temps très court l'apparition de la défaillance et de trouver une correction adéquate.
la détection .est .robuste en. ce qu'elle, ne se déclenche pas de manière intempestive.
Celte solution simple permet de traiter l'ensemble des détail lances identifiées dans l'arbre de défaillance. Gomme elle. est suffisamment générale pour ne pas .dépendre de l'origine particulière de la défaillance, elle possède la potentialité de traiter d'autres défaillances non identifiées jusqu'à maintenant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d'un système de réduction active de brait comportant un ou plusieurs haut-parleurs (13) pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au bruit et un ou plusieurs microphones (1 1 ) pour capter un ou des signaux de retour qui mesurent la réduction de bruit obtenue, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape (103) d'activation du système de réduction de brait actif ;
- une étape ( 130) de vérification de retour ;
- qui établit un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour dans une sous-étape (132) de détection basse qui calcule un critère (Cl) de retour opérant et qui rend négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour ne satisfait pas une valeur minimale du critère (C l) de retour opérant ; et
- qui autorise une ré-exécution de l'étape (103) à la suite d'un diagnostic de retour positif ;
- une étape (104) de neutralisation qui est exécutable à la suite d'un diagnostic de retour négatif et qui désactive le système de réduction active de brait,
2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le critère (C l) correspond à un cumul de variations du signal de retour sur un intervalle de temps donné.
3. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'étape ( 130) de vérification de retour comprend une sous-étape (133) de détection liante qui rend négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour n'est pas inférieur à une valeur maximale en amplitude.
4. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape ( 1 10) de vérification de sortie dans laquelle on établit un diagnostic de sortie en analysant au moins un signal de sortie, qui autorise une ré-exécution de l'étape ( 103) à la suite d'un diagnostic de sortie positif et qui rend l'étape (104) de neutralisation exécutable à la suite d'un diagnostic de sortie négatif de manière à désactiver alors le système de réduction active de bruit,
5. Procédé de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape (1 10) de vérification de sortie comprend une sous-étape (112) de détection haute qui rend négatif le diagnostic de sortie lorsqu'au moins un signal de sortie n'est pas inférieur à un seuil maximal en amplitude,
6. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérise en ce que l'étape (1 10) de vérification de sortie comprend une sous-étape ( 1 13) de limitation en amplitude du signal de sortie à un seuil maximal,
7. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (120, 140) de modération qui autorise une ré- exécution de l'étape (103) à la suite d'un diagnostic de sortie ou de retour négatif tant qu'il n'existe pas un nombre suffisant d'occurrences de diagnostic de sortie ou de retour négatif, notamment tant que ledit diagnostic n'est pas négatif sur une durée suffisante et qui déclenche l 'étape (104) de neutralisation lorsqu'il existe un nombre suffisant d'occurrences de diagnostic de sortie ou de retour négatif, notamment dès que ledit diagnostic est négatif sur une durée suffisante.
8. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (101) de surveillance d'état d'un environnement du système de réduction active de bruit qui autorise l'aclivation du système de réduction active de bruit uniquement lorsque ledit environnement est dans un état compatible avec ladite activation.
9. Dispositif (23) de contrôle d'un système de réduction active de bruit ( 15) comportant un ou plusieurs haut-parleurs (13) pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au bruit, un ou plusieurs microphones (1 1) pour capter un ou des signaux de retour qui quantifient la réduction de bruit obtenue, etdes moyens d'activation (24) et de neutralisation du système de réduction active de bruit (15) pilotés pour activer, respectivement désactiver le système de réduction active de bruit à la suite d'un diagnostic de retour positif, respectivement à la suite d 'un diagnostic de retour négatif, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de vérification de retour agencés pour calculer un critère (Cl) de retour opérant et pour établir un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour (umic) de manière à rendre négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour ne satisfait pas une valeur minimale du critère (C l) de retour opérant.
10. Dispositif (23) selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de vérification de retour sont agencés pour rendre négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour (umic) n'est pas inférieur à une valeur maximaie en amplitude.
1 1. Programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme pour effectuer la totalité des étapes de l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
12. Produit programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme, stockés sur un support lisible par un ordinateur, pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit produit de programme fonctionne sur un ordinateur.
13. Véhicule (12) dans lequel un système de réduction active de bruit ( 15) dans un habitacle (20) comporte un ou plusieurs haut-parleurs (13) pour produire un ou des signaux de sorties sonores qui s'opposent au bruit et un ou plusieurs microphones (1 1) pour capter un ou des signaux de retour qui quantifient la réduction de bruit obtenue, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (23) de contrôle selon l'une des revendications 9 à 10 monté de manière à contrôler le système de réduction active de brait.
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