EP2783364B1

EP2783364B1 - Procede et dispositif de controle d'un systeme de reduction active de bruit

Info

Publication number: EP2783364B1
Application number: EP12790546.1A
Authority: EP
Inventors: Hervé ILLY; Bertrand Andro
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: WO2013076137A1; EP2783364A1; CN104081451A; FR2983335B1; FR2983335A1; CN104081451B

Description

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 bruit 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 oeuvre 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 tard 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 le 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 pallier ces désagréments, on peut citer par exemple celle exposée dans le document EP1143411A2 qui comporte au moins un capteur pour mesurer une condition de système qui communique avec une unité de contrôle. Quand une condition prédéterminée de système est détectée par le capteur, la propriété de suppression de bruit de l'unité de contrôle est désactivée. La condition prédéterminée de système est basée sur un niveau de bruit de moteur reçu par le capteur (un microphone d'erreur), un niveau de bruit de fond reçu par le capteur, ou une relation entre le niveau de bruit de moteur et le niveau de bruit de fond. Les conditions de système peuvent être des facteurs amenant potentiellement la génération de bruit indésirable par le système d'atténuation de bruit sans désactivation du système. Par exemple, un niveau de bruit moteur plus bas que le bruit de fond indiquerait une situation de génération possible de bruit indésirable. Dans cette situation comme dans d'autres circonstances, l'unité de contrôle désactive les propriétés d'atténuation de bruit pour éviter la génération de bruit indésirable.
Le document JP05027780 divulgue en abrégé un contrôleur de bruit actif qui calcule une fonction d'évaluation à partir d'entrées chacune attribuée à un microphone quand le coefficient de filtrage d'un filtre adaptatif est mis à jour et qui calcule le gradient de la fonction d'évaluation par rapport au coefficient de filtrage. Ensuite il est décidé si la fonction d'évaluation est supérieure ou non à une valeur seuil. Si la fonction d'évaluation est supérieure à la valeur seuil, une temporisation est lancée et la fréquence de variation du signe du gradient est comptée jusqu'à épuisement de la temporisation. Lorsque la fréquence de variation excède une valeur déterminée, la divergence d'état due à une fonction de transfert spatiale modèle et une fonction de transfert spatiale effective, impose de couper l'alimentation d'un signal de commande à un hautparleur.
Le document US2008/159553 divulgue un procédé et un système de réduction active de bruit dans lequel 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, tel que défini dans la revendication indépendante 1, 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 réexécution 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 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 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 bruit actif qui autorise l'activation du système de réduction de bruit 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, tel que décrit dans la revendication indépendante 8, 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.

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 oeuvre 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'invention ;
les 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 bruit (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 11, généralement trois, captent chacun un signal d'erreur u_mic 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 noeuds d'amplitude sonore du bruit 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 u_HP 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 u_C destiné à chaque haut parleur 13 pour réduire, voire supprimer le bruit dans l'habitacle 20 du véhicule 12. 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 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 u_R 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 u_HP qui résultent des signaux u_C et u_R pour être acheminés chacun jusqu'à celui des haut-parleurs 13 auquel sont destinés les signaux u_C et u_R 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 Controller Area Network), pour y lire en temps réel différentes informations sur l'état du véhicule comprenant notamment le régime moteur RPM (acronyme anglais de Revolutions 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 comme 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 Friot « 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. Elliot « A review of Active Noise and Vibration Control in Road Vehicles » 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 bruit mesuré par le deuxième micro.
Comme par exemple exposé dans la demande internationale de brevet WO201013661 , 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 favorisée qui correspond par exemple à la fréquence fondamentale ou à la l'harmonique de rang deux 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 u_HP envoyées sur les haut-parleurs 13 et le ou les signaux u_micro mesurés sur les microphones d'erreur 11.
Il 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 u_HP(f) au ou à l'un des haut-parleurs 13 en absence de bruit et en récoltant le signal u_micro(f) de chaque microphone 13, au moyen de la formule : $FRF (f) = u_{micro} (f) / u_{HP} (f)$
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 pour transmettre au mixeur 17 un ou plusieurs signaux de sorties sonores u_c 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 11 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 u_mic.
Les moyens de vérification de retour peuvent effectuer plusieurs analyses du signal de retour.
Une première analyse possible consiste à calculer un critère C1 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 C1 de retour opérant rend alors le diagnostic de retour négatif
Une deuxième analyse possible consiste à comparer chaque signal de retour u_mic à une valeur maximale en amplitude de sorte que le diagnostic de retour est rendu négatif dès qu'un signal de retour u_mic 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 u_C 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 u_c 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 signaux de commande envoyés à chacun des haut-parleurs 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 tablée et renseignée par le constructeur 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 u_e associé à chaque signal de commande uc de sorte que l'amplitude du signal u_c est égale à l'amplitude du signal u_c tant que l'amplitude du signal u_c est inférieure à la valeur seuil et qui est égale à la valeur seuil lorsque l'amplitude du signal u_c 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 oeuvre 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 oeuvre. 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 C_up entre le signal u(x_i,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 : $C_{up} (x_{i}, x_{j}, τ) = \frac{E [u (x_{i}, t) p * (x_{j}, t + τ)]}{\sqrt{E [u (x_{i}, t) u * (x_{i}, t)] \sqrt{E [p (x_{j}, t + τ) p * (x_{j}, t + τ)]}}} .$
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 bruit, 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 bruit 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 Field-programmable gate array en anglais pour réseau de portes programmables), ASIC (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 oeuvre 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 bruit, 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 véhicule qui permettent ou non d'activer l'algorithme ANC dans les conditions pour lesquelles il est prévu.
Les états peuvent être binaires comme par exemple à titre purement illustratif 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 fréquentielle 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 détecter si un état est correct ou non, sa valeur est lue sur le bus de communication du véhicule. Une variable de diagnostic Diag(E) est mise à 1 lorsque tous les états E du véhicule nécessaires à un bon fonctionnement de l'algorithme ANC sont corrects. La variable Diag(E) est mise à zéro dès qu'un état E n'est pas correct.
Une étape 103 est enclenchée si tous les états sont détectés corrects dans l'étape 101 et une étape 102 est enclenchée dans le cas contraire, en d'autres termes si au moins un état est détecté incorrect.
L'étape 102 consiste à bloquer toute activation de l'algorithme ANC, en d'autres termes à ne pas activer ou à désactiver l'algorithme ANC. L'étape 102 reboucle sur l'étape 101 de façon à pouvoir enclencher l'étape 103 dès que tous les états sont détectés corrects dans l'étape 101.
L'étape 103 consiste à permettre l'activation de l'algorithme ANC, en d'autres termes à activer ou à maintenir l'activation de l'algorithme ANC.
Une étape 110 de vérification de sortie et une étape 130 de vérification de retours sont enclenchées à partir de l'étape 103.
L'étape 110 consiste à établir un diagnostic de sortie en analysant au moins un signal de sortie, notamment en vérifiant que les signaux u_C destinés chacun à un haut parleur 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 110 conforme à l'invention, est décrit plus en détails en référence à la figure 4.
Dans l'étape 110, une sous-étape 111 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 111, un indice j est initialisé à zéro pour désigner le premier haut-parleur 13 d'une liste contenant une quantité Q_HP de haut-parleurs 13.
Pour chaque cycle d'exécution de la sous-étape 111, une sous-étape 112 est réitérée autant de fois qu'il existe de haut-parleurs contrôlés, en d'autres termes la sous-étape 112 est exécutée pour vérifier l'ensemble des signaux de sortie d'indice j, j variant de zéro à Q_HP-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 la sous-étape 112 telle qu'elle est illustrée sur la figure 4, consiste à assurer que l'amplitude |u_C(j)| du signal de commande du haut-parleur 13 d'indice j, est inférieure à une valeur seuil u_seuil prédéterminée.
La valeur u_seuil est typiquement prédéterminée lors d'essais sur un prototype de véhicule de manière à annuler le bruit dans des conditions optimales avec un minimum de marge au dessus du bruit effectivement constaté. La puissance sonore du bruit et par conséquent la valeur u_seuil sont généralement fonction de la charge et de la vitesse de rotation 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 u_seuil 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 u_seuil, 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 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 d'annulation du bruit inférieure à la valeur seuil, a notamment pour but d'éviter que le signal d'annulation soit supérieur au bruit à annuler avec pour effet contraire et désastreux de l'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 u_C(j) à chaque période d'échantillonnage avec la valeur seuil. En effet tout dépassement de à valeur u_seuil par le signal u_C(j) indique une amplitude supérieure à la valeur u_seuil. On peut raisonnablement considérer qu'une amplitude supérieure à la valeur seuil provoque un franchissement par au moins un échantillon du signal u_C(j) 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 moitié 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 égale à la fréquence de Nyquist-Shannon suffit alors en effet car elle reproduit l'intégralité des propriétés du 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 ω₀/2π correspondant à la fréquence attendue du bruit généré par le moteur pour un régime RPM donné.
Cette troisième manière de vérification de l'amplitude est particulièrement adaptée au signal u_HP issu du mixeur 17. En effet le signal comporte non seulement la fréquence du signal u_c théoriquement égale à ω₀/2π mais aussi les fréquences du signal u_R qui balayent au moins le spectre des fréquences audibles par l'oreille humaine. Le signal peut aussi contenir la fréquence ω ₀/2π et ceci avec une amplitude telle que, ajoutée à celle du signal u_c, 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 la vérification de l'amplitude du seul signal u_c dont la fréquence est, sauf dysfonctionnement de l'algorithme ANC lui-même, égale à la fréquence attendue ω₀/2π. 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 oeuvre en calculant une abscisse B et une ordonnée C relatives à un module d'amplitude A au moyen des formules suivantes : $B = \frac{2}{T} \int_{- T / 2}^{T / 2} u_{HP} (t) . \cos (ω_{0} t) dt$
$C = \frac{2}{T} \int_{- T / 2}^{T / 2} u_{HP} (t) . \sin (ω_{0} t) dt$
$A = \sqrt{B^{2} + C^{2}}$
Quelque soit la manière de vérification de l'amplitude choisie dans la sous-étape 112, une sous-étape 113 est exécutée si l'amplitude n'est pas inférieure à la valeur seuil d'amplitude et une sous-étape 114 est exécutée si l'amplitude est inférieure à la valeur seuil d'amplitude u_seuil.
Dans la sous-étape 113, l'amplitude du signal est limitée à la valeur u_seuil et une variable Diag(S) préalablement initialisée à 1 par exemple dans la sous-étape 111, est mise à zéro.
Dans la sous-étape 114, 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 oeuvre illustré par la figure 4 correspond à une exécution séquentielle du procédé dans laquelle une sous-étape 115 incrémente l'indice j à la suite de chaque exécution de la sous-étape 113 ou de la sous-étape 114 pour ré exécuter la sous-étape 112 tant que l'indice j est inférieur à Q_HP. Une sous-étape 117 de fin de cycle est enclenchée dès qu'une sous-étape 116 détecte que l'indice j atteint le nombre QHP de signaux de sortie à vérifier.
D'autres mises en oeuvre du procédé que celle illustrée par la figure 4 sont possibles. Par exemple dans une mise en oeuvre multitâche ou par circuit logique, une exécution parallèle de Q_HP 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 toutes 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 112, 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) est proche ou non de la fréquence de contrôle f = ω₀/2π au moyen d'un coefficient d'inter corrélation C_u1u2(τ) de la manière suivante.
On génère arbitrairement un signal u₁(t) sinusoïdal de fréquence f= ω₀/2π.
On calcule trois espérances mathématiques E[] au moyen des formules approchées suivantes : $E [u_{1} (t) u_{2}^{*} (t + τ)] = \frac{1}{N} \sum_{n = 0}^{N - 1 - | τ |} u_{1} (n) u_{2} (n + | τ |)$
$E [u_{1} (t) u_{1}^{*} (t)] = \frac{1}{N} \sum_{n = 0}^{N - 1} u_{1} (n) u_{1} (n)$
$E [u_{2} (t) u_{2}^{*} (t)] = \frac{1}{N} \sum_{n = 0}^{N - 1} u_{2} (n) u_{2} (n)$
On calcule ensuite le coefficient d'inter corrélation C_u1u2(τ) entre les deux signaux u₁(t) et u₂(t) au moyen de la formule suivante : $C_{u_{1} u_{2}} (τ) = \frac{E [u_{1} (t) u_{2}^{*} (t + τ)]}{\sqrt{E [u_{1} (t) u_{1}^{*} (t)]} \sqrt{E [u_{2} (t) u_{2}^{*} (t)]}}$
On compare le coefficient d'inter corrélation C_u1u2(τ) ainsi obtenu à un coefficient seuil de valeur par exemple égale à 0,9.
Si le coefficient d'inter corrélation C_u1u2(t) n'est pas supérieur au coefficient seuil, on positionne la variable Diag(S) à zéro pour signifier que les fréquences des deux signaux u₁(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 u_C(t) varie au cours du temps. Connaissant la période T égale à l'inverse de la fréquence f = ω₀/2π du signal u_C(t), on compare les valeurs du signal u_C(t) à deux instants séparés d'une période T.
On évalue par exemple la différence u'c(t+T) : $u'_{C} (t + T) = u_{C} (t + T) - u_{C} (t)$
Une différence non nulle permet alors de détecter une variation de phase.
On évalue par exemple encore la différence u"_C(t+T) : ${u"}_{C} (t + T) = u_{C} (t-T) - 2 u_{C} (t) + u_{C} (t + T)$
Une différence non nulle 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 117 après avoir fait toutes les vérifications prévues sur l'ensemble des signaux de sortie à vérifier. L'échappement positif de la sous-étape 117 quand la variable Diag(S) est à 1 correspond à l'échappement positif de l'étape 110 et l'échappement négatif de la sous-étape 117 quand la variable Diag(S) est à 0 correspond à l'échappement négatif de l'étape 110.
L'échappement positif de l'étape 110 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 rebouclant sur l'étape 101 quand la variable Diag(S) est égale à 1.
L'échappement négatif de l'étape 110 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 bruit, 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 110 traduit une défaillance qui se produit sur une durée T_DIAG=0 trop longue. La durée T_DIAG=0 est estimée trop longue si elle dépasse une durée T_SEUIL 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 T_SEUIL commune aux sorties et aux retours. Lorsqu'on détermine une durée T_SEUIL 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 : $Tdef (S) = T_{DIAG = 0} > T_{SEUIL} = Ts (S)$
L'étape 120 peut être mise en oeuvre de différentes manières.
Une première manière consiste simplement à incrémenter un compteur à chaque occurrence d'une valeur nulle de la variable Diag(S) pendant une durée d'observation égale à T_SEUIL 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 termes 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 : $DF = \frac{1 - a}{1 - a . z^{- 1}} DIAG$
La figure 5 présente une courbe d'évolution temporelle de la variable DIAG en partie supérieure et une courbe d'évolution temporelle de la variable DF en partie inférieure.
Lorsqu'à un instant t₀, la variable DIAG initialement à la valeur 1, passe à la valeur 0, la variable DF jusqu'alors à la valeur 1, décroit 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 t₁ postérieur à l'instant t₀ 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, croit avec la constante de temps a jusqu'à ce que la variable DIAG repasse à zéro à un instant t₃. Lorsqu'à l'instant t₃, la variable DIAG passe à la valeur 0, la variable DF alors à une valeur supérieure à celle atteinte à l'instant t₁, décroit avec la constante de temps a jusqu'à franchir le seuil ε de détection nulle à un instant t₆ nettement supérieur à l'instant t₂. On remarque ici que la remontée de la variable DIAG à 1 pendant une durée t₃-t₁, provoque un franchissement du seuil ε de détection nulle avec un retard t₆ - t₃ nettement supérieur à la durée t₃ - t₁ 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 oeuvre du procédé illustré par la figure 2. Le filtre est appliqué dans l'étape 120 uniquement en cas d'échappement de l'étape 110 avec une valeur nulle de la variable DIAG égale à la variable Diag(S). Tant que l'étape 110 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 t₁ postérieur à l'instant t₀ 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 t₃. Lorsqu'à l'instant t₃, la variable DIAG passe à la valeur 0, la variable DF alors à une valeur égale à celle atteinte à l'instant t₁, décroit avec la constante de temps a jusqu'à franchir le seuil ε de détection nulle à un instant t₄ supérieur à l'instant t₂ mais très proche de l'instant t₃. On remarque ici que la remontée de la variable DIAG à 1 pendant la durée t₃ - t₁, provoque un franchissement du seuil ε de détection nulle avec un retard t₄ - t₃ nettement inférieur à la durée t₃ - t₁ 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 - t₁ nettement supérieure à t₁ - t₀, la variable DF persiste à franchir le seuil ε de détection nulle à un instant t₈ 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 s 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 110 et l'étape 101.
Lorsqu'à l'instant t₁, 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 t₃. Lorsqu'à l'instant t₃, la variable DIAG passe à la valeur 0, la variable DF alors à une valeur supérieure à celle atteinte à l'instant t₁ 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 t₅ supérieur à l'instant t₂ mais inférieur à l'instant t₆ de la figure 5. On remarque ici que la remontée de la variable DIAG à 1 pendant la durée t₃ - t₁, provoque un franchissement du seuil ε de détection nulle avec un retard t₅ - t₁ nettement inférieur à la durée t₆ - t₁ 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 la remontée, conduit à une durée t₉ - t₁ d'atteinte du seuil ε de détection nulle plus élevée que la durée t₈-t₁ lorsque la durée t₇ - t₁ est nettement supérieure à la durée t₁ - t₀.
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 u_mic 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 Q_micro de microphone 11.
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 termes la sous-étape 132 est exécutée pour vérifier l'ensemble des signaux de sortie d'indice i, i variant de zéro à Q_micro-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 la sous-étape 132 telle qu'elle est illustrée sur la figure 3, consiste à assurer que l'amplitude |u_mic(i)| du signal capté par le microphone 11 d'indice i, est inférieure à une valeur seuil u_maxi prédéterminée.
La valeur u_maxi 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 u_maxi 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 u_maxi 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 u_maxi, spécialement ajustées chacune à l'un des microphones 11 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 signal u_micro(i) à chaque période d'échantillonnage avec la valeur seuil. En effet tout dépassement de la valeur u_maxi par le signal u_micro(i) indique une amplitude supérieure à la valeur u_micro(i).
Il est possible de réaliser une analyse plus fine de la valeur maximale sur le signal microphone. En effet, le microphone d'erreur 11 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 signal mesuré par le microphone peut être décomposé en série de Fourier. Il s'écrit alors sous la forme : $u_{micro} (t) = \sum_{n} A_{n} \cos (nωt + ϕ)$
ou encore : $u_{micro} (t) = \sum_{n} B_{n} \cos (nωt) + C_{n} \sin (nωt)$
$ω = 2 π / T$
avec T : période du signal u_micro(t)
Les coefficients de cette série sont données par les relations : $B_{n} = \frac{2}{T} \int_{- T / 2}^{T / 2} u_{micro} (t) . \cos (ωnt) dt$
$C_{n} = \frac{2}{T} \int_{- T / 2}^{T / 2} u_{micro} (t) . \sin (ωnt) dt$
Dans le cas où l'on veut extraire la composante du signal à la fréquence de contrôle f =ω ₀/2π, on considère uniquement la composante qui s'écrit sous la forme $u_{micro} (t) = A \sin (ω_{0} t + φ)$
Qui se réécrit encore sous la forme suivante $u_{micro} (t) = B \cos (ω_{0} t) + C \sin (ω_{0} t)$
avec B, C calculés grâce aux relations suivantes : $B = \frac{2}{T} \int_{- T / 2}^{T / 2} u_{micro} (t) . \cos (ω_{0} t) dt$
$C = \frac{2}{T} \int_{- T / 2}^{T / 2} u_{micro} (t) . \sin (ω_{0} t) dt$
L'amplitude totale A du signal à la fréquence f est alors telle que $A = \sqrt{B^{2} + C^{2}} .$
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 : $A (RPM) < A^{seuil} (RPM)$
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 11 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-fréquentielle 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 à la sous-étape 132, une sous-étape 133 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 u_maxi.
Dans la sous-étape 133, on vérifie que le microphone 11 d'indice i est opérationnel, en 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 C1_mic(i) qui mesure un cumul de variations du signal u_mic(i,t) discrétisé par intervalles de temps Δt sur les N échantillonnages précédant l'instant t courant, en d'autres termes sur une durée d'observation T=NΔt, au moyen de la formule : $C 1_{mic} (i) = \sum_{k = 0}^{N - 1} | u_{mic} (i, t - k Δ t) - u_{mic} (i, t - (k + 1) Δ t) |$
On vérifie alors le critère C1_mic(i)> C1_mini. Si aucun signal n'est mesuré par le microphone, la valeur de C1_mic(i) est très faible. La valeur de la borne inférieure C1_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 oeuvre du procédé illustré par la figure 3, une sous-étape 136 est exécutée si le critère C1_mic(i)> C1_mini 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 oeuvre illustré par la figure 3 correspond à une exécution séquentielle du procédé dans laquelle la sous-étape 136 incrémente l'indice i à 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 Q_micro. Une sous-étape 138 de fin de cycle est enclenchée dès qu'une sous-étape 137 détecte que l'indice i atteint le nombre Q_micro de signaux de retour à vérifier.
D'autres mises en oeuvre 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 oeuvre multitâches ou par circuit logique, une exécution parallèle de Q_micro 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 138 quand la variable Diag(R) est à 1 correspond à l'échappement positif de l'étape 130 et l'échappement négatif de à la sous-étape 138 quand à 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 particulière de manière à autoriser une ré-exécution de l'étape 103 à la suite d'un diagnostic de retour positif, par exemple comme illustré sur la figure 2 en rebouclant sur l'étape 101 quand la variable Diag(R) est égale à 1.
L'échappement négatif de l'étape 130 enclenche une étape 140 de test des occurrences de la variable Diag(R) égale à zéro de façon à 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 à détecter si la variable Diag(R) non à 1 en échappement de l'étape 130 traduit une défaillance qui se produit sur une durée T_DIAG-0 trop longue. La durée T_DIAG-0 est estimée trop longue si elle dépasse une durée T_SEUIL prédéterminée pendant les phases d'essai sur prototype du véhicule. La durée T_SEUIL est 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 T_SEUIL. commune aux sorties et aux retours. Lorsqu'on détermine une durée T_SEUIL égale à une durée Ts(R) spécifique aux sorties, on effectue le test suivant sur une durée Tdef(R) diagnostique nul propre aux sorties: $Tdef (R) = T_{DIAG = 0} > T_{SEUIL} = Ts (R)$
L'étape 140 peut être mise en oeuvre 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 suffisamment longtemps, reboucle sur l'étape 101 au rythme des échantillonnages de signaux.
Comme nous venons de le voir, 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 occurrences des diagnostiques de sortie et de retour sont néanmoins considérés séparément ou sont considérés au même titre, en d'autres termes dans ce dernier cas, un diagnostique négatif est considéré comme une occurrence indépendamment du fait qu'il porte sur une sortie ou sur un retour.
L'invention qui vient d'être décrite répond à l'objectif qui est celui de prévenir, en cours d'utilisation, que le système ANC n'entraîne une gêne pour l'utilisateur lorsque le système devient défectueux, par exemple parce qu'un microphone ou un haut-parleur est en panne. Nous avons vu comment l'invention permet d'empêcher que les haut-parleurs du véhicule émettent un son de forte amplitude 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.
Cette solution simple permet de traiter l'ensemble des défaillances identifiées dans l'arbre de défaillance. Comme 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

Procédé de contrôle d'un système de réduction active de bruit 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 (11) 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 bruit 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 (C1) de retour opérant correspondant à un cumul de variations du signal de retour sur un intervalle de temps donné, et qui rend négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour ne satisfait pas une valeur minimale du critère (C1) 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 bruit.
Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (130) de vérification de retour comprend une sous-étape (133) 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.
Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape (110) 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.
Procédé de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape (110) 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.
Procédé de contrôle selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'étape (110) de vérification de sortie comprend une sous-étape (113) de limitation en amplitude du signal de sortie à un seuil maximal.
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.
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'activation du système de réduction active de bruit uniquement lorsque ledit environnement est dans un état compatible avec ladite activation.
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 (11) pour capter un ou des signaux de retour qui quantifient la réduction de bruit obtenue, et des 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 (C1) de retour opérant correspondant à un cumul de variations du signal de retour sur un intervalle de temps donné, et pour établir un diagnostic de retour en analysant au moins un signal de retour (u_mic) de manière à rendre négatif le diagnostic de retour lorsqu'au moins un signal de retour ne satisfait pas une valeur minimale du critère (C1) de retour opérant.
Dispositif (23) selon la revendication 8, 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 (u_mic) n'est pas inférieur à une valeur maximale en amplitude.
Programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme pour effectuer la totalité des étapes de l'une quelconque des revendications 1 à 7, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
Produit programme d'ordinateur, comprenant des moyens de code de programme, stockés sur un support lisible par un ordinateur, pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lorsque ledit produit de programme fonctionne sur un ordinateur.
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 (11) 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 8 ou 9 monté de manière à contrôler le système de réduction active de bruit.