EP3877972A1 - Système de contrôle actif feedforward du bruit de roulement d'un véhicule automobile avec capteurs de référence à proximité du système multimédia - Google Patents

Système de contrôle actif feedforward du bruit de roulement d'un véhicule automobile avec capteurs de référence à proximité du système multimédia

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EP3877972A1
EP3877972A1 EP19790540.9A EP19790540A EP3877972A1 EP 3877972 A1 EP3877972 A1 EP 3877972A1 EP 19790540 A EP19790540 A EP 19790540A EP 3877972 A1 EP3877972 A1 EP 3877972A1
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noise
motor vehicle
vehicle
fixed
sensor
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Withdrawn
Application number
EP19790540.9A
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Inventor
Guillaume BAUDET
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Ampere SAS
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
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    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3214—Architectures, e.g. special constructional features or arrangements of features

Definitions

  • the present invention relates to the field of the reduction of noise pollution in a motor vehicle, and in particular of the noise generated by the rolling of tires on the road or the engine.
  • the active element such as the motor or the contact between the tire and the road, introduces a force at one point of the vehicle, which generates a vibration transmitted to the entire structure of the vehicle and in particular to all interior panels (windows, roof, floor, etc.). The vibrations of these panels then generate noise inside the passenger compartment.
  • the noise passageway is mostly aerial. This noise passes directly through the structure of the vehicle.
  • active noise control The principle of active noise control, known as “active noise control”, acronym “ANC” in Anglo-Saxon terms consists of working on acoustics and vibration in the linear domain.
  • ANC active noise control
  • the noise added by the active control is created by sound generators in the passenger compartment which are conventionally the vehicle speakers used for the multimedia system.
  • the reference signals must be the cause of the noise in the passenger compartment.
  • This causality is mathematically quantified by the coherence function which is between 0 and 1 and which represents the part of the power of a signal which is the consequence of another signal. For example if the consistency between the reference signal and the noise is 0.5, this means that half of the noise power is due to the reference signal. And the control algorithm will only be able to reduce this part of the power, and therefore - in the best of cases - halve the power of the noise. In the case where there are several reference signals (to improve the correlation), it is the multiple coherence function which quantifies the causality. The consistency between the reference signals and the noise must be as strong as possible.
  • the delay constraint as the rolling noise is random, we cannot predict at a time what will happen at the next time. So the reference signal of the source must be earlier in terms of causality to interior noise in order to allow time for the control algorithm to calculate the commands for the speakers and for these commands to propagate to the point in the passenger compartment where the noise is controlled . If the delay necessary for the computation and propagation of the commands is T, then the propagation delay between the reference signal and the interior noise must be greater than T. This delay can be quantified by the intercorrelation function between the reference signal and noise.
  • Active control by feedforward requires, in addition to microphones, the use of sensors measuring the source of the noise to be controlled.
  • these sources are the four contacts between the tires and the road.
  • Source measurement sensors can, for example, measure displacements, rotations, speeds and accelerations in translation or rotation, stresses in a structural part, etc.
  • the objective of the invention is therefore to develop a low-cost method and system applicable in series on motor vehicles and configured to attenuate road noise.
  • the object of the invention is an active vehicle noise control system comprising a multimedia system comprising an electronic card integrated in a housing fixed in the motor vehicle.
  • the active rolling noise control system includes microphones for error signals and at least one sensor for reference signals fixed in the passenger compartment of the vehicle, near the multimedia system housing, and in particular the electronic card of the multimedia system.
  • the rolling noise reduction system of a motor vehicle uses as reference signals the measurements coming from one or more sensors (called “reference sensors”) fixed directly or near the electronic card of the multimedia system. which already contains most of the components necessary for active control, such as the computer and the audio amplifier. Thus, elements already existing on vehicles are used, in a protected environment which requires little or no use of cables.
  • the senor is fixed directly to the electronic card of the multimedia system.
  • This embodiment removes cables and connectors.
  • the reference sensor is directly fixed to the structure of the vehicle inside the passenger compartment. It is connected to the multimedia system by a single cable which is used both for this sensor and for error microphones. It is a serial digital data bus that passes information from all sensors through a single cable. This limits the number of cables and connectors.
  • the reference sensor can be fixed to the cross member of the dashboard of the motor vehicle.
  • the system comprising at least two sensors fixed on a location to be chosen on the electronic card, or on the structure of the vehicle inside the passenger compartment, for example the dashboard crossmember.
  • the invention relates to a motor vehicle comprising a multimedia system comprising an electronic card integrated in a housing fixed in the motor vehicle and an active rolling noise control system as described above.
  • FIG. 2 very schematically shows a motor vehicle comprising an active control system of the rolling noise of a motor vehicle according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows an active control system of the rolling noise of a motor vehicle according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows an active control system of the rolling noise of a motor vehicle according to a third embodiment of the invention.
  • FIG 1 there is shown very schematically an electronic card 1 of a multimedia system (radio, navigation) of a motor vehicle intended to be integrated in a fixed box 2, for example on the cross member 3 of the dashboard (not shown) of the vehicle.
  • a multimedia system radio, navigation
  • the multimedia system electronic card 1 contains many components necessary for active control, such as in particular the computer 4 configured to perform active noise control and the audio amplifier 5.
  • a system 10 for active rolling noise control comprises a sensor 12 fixed directly to said electronic card 1.
  • a sensor 12 fixed directly to said electronic card 1.
  • the so-called solidian rolling noise vibrates the entire structure of the vehicle, including the housing containing the electronics of the multimedia system, such as radio and navigation.
  • This housing is rigidly fixed to the cross member under the dashboard of the motor vehicle.
  • the source of the noise can be measured with sensors fixed directly on the motherboard of the multimedia system which already houses the processor which executes the active noise control program (ANC).
  • ANC active noise control program
  • the active rolling noise control system 10 further comprises one or more microphones 7 fixed in the passenger compartment of the vehicle. These microphones 7 make it possible to supply error signals. Thus, we have information on the error by the microphones in the passenger compartment (as in the feedback architecture) but also information on the sources of the noise to be attenuated, i.e. signals reference.
  • the noise added by the active control is created by sound generators in the passenger compartment which are conventionally vehicle speakers 8 used for the multimedia system.
  • the embodiment illustrated in Figure 2 differs from the embodiment illustrated in Figure 1 only by the installation of the sensor 12 of the active noise control system 10. Indeed, if it is not possible to install a sensor on the multimedia system card, for example because it cannot be modified, one can consider installing the sensor 12 on the structure of the vehicle when interior of the passenger compartment as close as possible to the multimedia system housing, for example on the crossmember 3 of the dashboard. The sensor 12 thus remains in a protected environment and the wiring required is relatively short.
  • the embodiment illustrated in Figure 3 differs from the embodiment illustrated in Figure 2 only by the installation of the sensor 12 of the active noise control system 10.
  • the sensor 12 is directly fixed to the structure of the vehicle inside the passenger compartment. It is connected to the multimedia system by the cable 6 connecting the multimedia box 2 to the error microphones 7 present in the passenger compartment of the vehicle.
  • Such an active noise control system uses reference signals which respect both the coherence and delay constraints, which makes it particularly effective. Indeed, it makes it possible to attenuate the noise over a wide frequency band without amplifying the other frequencies.

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Abstract

Système de contrôle actif du bruit de roulement d'un véhicule automobile comprenant un système multimédia comportant une carte électronique (1) intégrée dans un boîtier (2) fixé dans le véhicule automobile. Le système comprend au moins un microphone d'erreur (7) et au moins un capteur (12) fixé dans l'habitacle du véhicule, à proximité du boîtier (2) du système multimédia.

Description

Système de contrôle actif feedforward du bruit de roulement d’un véhicule automobile avec capteurs de référence à proximité du système multimédia
La présente invention concerne le domaine de la réduction des nuisances sonores dans un véhicule automobile, et notamment du bruit généré par le roulement des pneumatiques sur la route ou le moteur.
A basse fréquence, inférieure à 400Hz, l’élément actif, tel que le moteur ou le contact entre le pneumatique et la chaussée, introduit un effort en un point du véhicule, ce qui génère une vibration transmise à toute la structure du véhicule et en particulier à tous les panneaux de l’habitacle (vitres, toit, plancher ... ). Les vibrations de ces panneaux génèrent ensuite du bruit à l’intérieur de l’habitacle.
A haute fréquence, supérieure à l OOOHz, la voie de passage du bruit est en majorité aérienne. Ce bruit traverse directement la structure du véhicule.
Les solutions passives pour réduire ce bruit de roulement sont de plus en plus difficiles à trouver d’autant que l’on cherche à réduire le poids des véhicules automobiles.
De plus, les systèmes connus de contrôle actif du bruit de roulement sont particulièrement coûteux et ne sont pas appliqués en série lors de la fabrication des véhicules automobiles.
Le principe du contrôle actif du bruit, connu sous le nom de « active noise control », d’acronyme « ANC » en termes anglo-saxons consiste à travailler sur l’acoustique et la vibration dans le domaine linéaire. Ainsi, en un ou plusieurs points de l’habitacle proche des oreilles des passagers, on met en opposition de phase le bruit généré par le véhicule et le bruit ajouté par le contrôle actif pour atténuer voire supprimer le bruit dans l’habitacle. Le bruit ajouté par le contrôle actif est créé par des générateurs sonores dans rhabitacle qui sont classiquement les hauts parleurs du véhicule utilisés pour le système multimédia.
Il existe deux architectures de contrôle actif.
L’architecture connue sous le nom de « feedback » en termes anglo-saxons, visible sur la figure l a, dans laquelle seule l’information sur l’erreur e(n) est disponible en utilisant un ou plusieurs microphones dans l’habitacle. Ces signaux sont appelés « signaux d’erreur » Toutefois, le contrôle actif par feedback est peu efficace pour le bruit de roulement.
L’architecture connue sous le nom de « feedforward » en termes anglo-saxons, visibles sur la figure lb, dans laquelle on dispose de l’information sur l’erreur e(n) par des microphones dans l’habitacle (comme dans l’architecture feedback) mais aussi de l’information d(n) sur les sources du bruit à atténuer. Les signaux mesurés qui donnent l’information sur les sources sont appelés « signaux de référence » . Pour que le contrôle actif soit efficace ils doivent respecter deux contraintes par rapport au bruit dans l’habitacle.
La contrainte de cohérence : les signaux de référence doivent être la cause du bruit dans l’habitacle. Cette causalité est quantifiée mathématiquement par la fonction de cohérence qui est comprise entre 0 et 1 et qui représente la part de la puissance d’un signal qui est la conséquence d’un autre signal. Par exemple si la cohérence entre le signal de référence et le bruit est de 0.5 , cela veut dire que la moitié de la puissance du bruit est due au signal de référence. Et l’algorithme de contrôle ne va pouvoir réduire que cette partie de la puissance, et donc - dans le meilleur des cas - diviser par deux la puissance du bruit. Dans le cas où on a plusieurs signaux de référence (pour améliorer la corrélation) c’est la fonction de cohérence multiple qui quantifie la causalité. Il faut que la cohérence entre les signaux de référence et le bruit soit la plus forte possible.
La contrainte de délai : comme le bruit de roulement est aléatoire, on ne peut prédire à un instant ce qui va se passer à l’instant suivant. Donc il faut que le signal de référence de la source soit antérieur en termes de causalité au bruit intérieur afin de laisser le temps à l’algorithme de contrôle de calculer les commandes pour les haut-parleurs et à ces commandes de se propager jusqu’au point de l’habitacle ou l’on contrôle le bruit. Si le délai nécessaire au calcul et à la propagation des commandes est T, alors il faut que le délai de propagation entre le signal de référence et le bruit intérieur soit supérieur à T. Ce délai peut se quantifier par la fonction d’intercorrélation entre le signal de référence et la bruit.
Si les signaux de référence respectent à la fois les contraintes de cohérence et de délai, alors un tel contrôle actif est très efficace : il permet d’atténuer le bruit sur une large bande de fréquence sans amplifier les autres fréquences.
Le contrôle actif par feedforward nécessite, en plus des microphones, l’utilisation de capteurs de mesure de la source du bruit à contrôler. Dans le cas du bruit de roulement, ces sources sont les quatre contacts entre les pneus et la route. Les capteurs de mesure de la source peuvent, par exemple, mesurer des déplacements, des rotations, des vitesses et des accélérations en translation ou rotation, des contraintes dans une pièce de structure, etc ... .
On connaît le document US 2017 330 55 1 - Al qui décrit un procédé d’optimisation du choix des signaux de référence pour un contrôle actif dit « feedforward » en termes anglo-saxons, du bruit de roulement. Toutefois, les capteurs utilisés sont proches des roues dans le soubassement du véhicule, ce qui implique l’utilisation de câbles et capteurs résistants à un environnement particulièrement agressif, ce qui génère un coût important.
On connaît également le document WO 92/08225 - Al qui décrit un traitement acoustique du bruit généré par les véhicules automobiles en utilisant un capteur de vibrations de la caisse du véhicule disposé dans l’habitacle du véhicule.
Il existe un besoin pour réduire le bruit de roulement d’un véhicule automobile à coût réduit et applicable en série sur les véhicules automobiles. L’objectif de l’invention est donc de développer un procédé et un système à faible coût et applicable en série sur les véhicules automobiles et configuré pour atténuer le bruit de roulement.
L’invention a pour obj et un système de contrôle actif du bruit de roulement d’un véhicule automobile comprenant un système multimédia comportant une carte électronique intégrée dans un boîtier fixé dans le véhicule automobile.
Le système de contrôle actif du bruit de roulement comprend des microphones pour les signaux d’erreur et au moins un capteur pour les signaux de référence fixé dans l’habitacle du véhicule, à proximité du boîtier du système multimédia, et notamment de la carte électronique du système multimédia.
Ainsi, le système de réduction du bruit de roulement d’un véhicule automobile utilise comme signaux de référence les mesures issues d’un ou de plusieurs capteurs (appelés « capteurs de référence ») fixés directement ou à proximité de la carte électronique du système multimédia qui contient déjà la plupart des composants nécessaires au contrôle actif, tels que le calculateur et l’amplificateur audio . Ainsi, on utilise des éléments déjà existants sur les véhicules, dans un environnement protégé qui ne nécessite pas ou peu l’utilisation de câbles.
Avantageusement, le capteur est fixé directement sur la carte électronique du système multimédia. Ce mode de réalisation supprime les câbles et les connecteurs.
Selon un autre mode de réalisation, le capteur de référence est directement fixé sur la structure du véhicule à l’intérieur de l’habitacle. Il est relié au système multimédia par un seul câble qui est utilisé à la fois pour ce capteur et pour les microphones d’erreur. C’est un bus numérique de données en série qui permet de faire passer les informations de tous les capteurs par un seul câble. Cela permet de limiter le nombre de câbles et de connecteurs.
Par exemple dans le cas où le boîtier multimédia est fixé sur la traverse de planche de bord, le capteur de référence peut être fixé sur la traverse de la planche de bord du véhicule automobile. Selon un autre mode de réalisation, le système comprenant au moins deux capteurs fixés sur un emplacement à choisir sur la carte électronique, ou sur la structure du véhicule à l’intérieur de rhabitacle, par exemple la traverse de planche de bord.
Selon un second aspect, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un système multimédia comportant une carte électronique intégrée dans un boîtier fixé dans le véhicule automobile et un système de contrôle actif du bruit de roulement tel que décrit précédemment.
II a été vérifié par des tests sur véhicule que les signaux de référence mesurés par les capteurs de référence, tels que décrits par l’invention, respectent les contraintes de cohérence et de délai et permettent donc de contrôler de manière efficace le bruit de roulement.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures l a et lb illustrent des schémas automatiques respectivement des contrôles feedback et feedforward ;
- la figure 2 représente très schématiquement un véhicule automobile comprenant un système de contrôle actif du bruit de roulement d’un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 représente en détails le système de contrôle actif du bruit de roulement de la figure 2 ;
- la figure 4 représente un système de contrôle actif du bruit de roulement d’un véhicule automobile selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; et
- la figure 5 représente un système de contrôle actif du bruit de roulement d’un véhicule automobile selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Sur la figure 1 , on a représenté très schématiquement une carte électronique 1 d’un système multimédia (radio, navigation) d’un véhicule automobile destinée à être intégrée dans un boîtier2 fixé, par exemple sur la traverse 3 de la planche de bord (non représentée) du véhicule.
La carte électronique 1 du système multimédia contient de nombreux composants nécessaires au contrôle actif, tels que notamment le calculateur 4 configuré pour exécuter le contrôle actif du bruit et l’amplificateur audio 5.
Tel qu’illustré, un système 10 de contrôle actif du bruit de roulement comprend un capteur 12 fixé directement sur ladite carte électronique 1 . En variante, on pourrait prévoir plusieurs capteurs fixés sur ladite carte 1 .
Le bruit de roulement dit solidien fait vibrer toute la structure du véhicule, y compris le boîtier contenant l’électronique du système multimédia, tel que la radio et la navigation. Ce boîtier est rigidement fixé sur la traverse sous la planche de bord du véhicule automobile.
Ainsi, on peut mesurer la source du bruit avec des capteurs fixés directement sur la carte mère du système multimédia qui abrite déjà le processeur qui exécute le programme de contrôle actif du bruit (ANC).
La transmission de l’information physique des sources de bruit est réalisée par voie vibratoire plutôt que par voie électronique dans le cas d’un système classique où les capteurs de références sont fixés proches des roues.
On peut ainsi utiliser des capteurs standards, peu coûteux, sans utiliser de câbles et de connecteurs spécifiques puisque c’est le circuit gravé sur la carte électronique qui transmet le signal mesuré au processeur ANC.
De préférence, on mesure entre un et six signaux de référence d’accélération par exemple en un ou deux points sur la carte électronique.
Le système 10 de contrôle actif du bruit de roulement comprend en outre un ou plusieurs microphones 7 fixés dans l’habitacle du véhicule. Ces microphones 7 permettent de fournir des signaux d’erreur. Ainsi, on dispose de l’information sur l’erreur par les microphones dans l’habitacle (comme dans l’architecture feedback) mais aussi de l’information sur les sources du bruit à atténuer, c’est-à- dire des signaux de référence.
Le bruit ajouté par le contrôle actif est créé par des générateurs sonores dans l’habitacle qui sont classiquement des hauts parleurs 8 du véhicule utilisés pour le système multimédia.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 2 diffère du mode de réalisation illustré sur la figure 1 uniquement par l’implantation du capteur 12 du système 10 de contrôle actif du bruit. En effet, s’il n’est pas possible d’implanter un capteur sur la carte du système multimédia, par exemple car il n’est pas modifiable, on peut envisager d’implanter le capteur 12 sur la structure du véhicule à l’intérieur de l’habitacle au plus proche du boîtier du système multimédia, par exemple sur la traverse 3 de la planche de bord. Le capteur 12 reste ainsi dans un environnement protégé et le câblage nécessaire est relativement court.
On peut également utiliser deux capteurs séparés de quelques centimètres.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 diffère du mode de réalisation illustré sur la figure 2 uniquement par l’implantation du capteur 12 du système 10 de contrôle actif du bruit. Dans ce mode de réalisation, le capteur 12 est directement fixé sur la structure du véhicule à l’intérieur de l’habitacle. Il est relié au système multimédia par le câble 6 reliant le boîtier multimédia 2 aux microphones d’erreurs 7 présents dans l’habitacle du véhicule.
On pourrait également envisager de combiner les modes de réalisations entre eux.
Ainsi, grâce à l’invention, on utilise comme signaux de référence les mesures des capteurs fixes sur la carte électronique du système multimédia qui contient déjà la plupart des composants nécessaires au contrôle actif, tels que le calculateur et l’amplificateur audio . On utilise donc des éléments déjà existants sur les véhicules, dans un environnement protégé qui ne nécessite pas ou peu l’utilisation de câbles supplémentaires.
De plus, un tel système de contrôle actif du bruit utilise des signaux de référence respectant à la fois les contraintes de cohérence et de délai, ce qui le rend particulièrement efficace. En effet, il permet d’atténuer le bruit sur une large bande de fréquence sans amplifier les autres fréquences.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de contrôle actif du bruit de roulement d’un véhicule automobile comprenant un système multimédia comportant une carte électronique ( 1 ) intégrée dans un boîtier (2) fixé dans le véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un microphone d’erreur (7) et au moins un capteur de référence ( 12) fixé dans l’habitacle du véhicule, à proximité du boîtier (2) du système multimédia.
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel le capteur ( 12) est fixé directement sur la carte électronique ( 1 ) du système multimédia.
3. Système selon la revendication 1 , dans lequel le capteur ( 12) est relié à un calculateur (4) fixé sur la carte électronique ( 1 ) et configuré pour exécuter le contrôle actif du bruit.
4. Système selon la revendication 1 , dans lequel le capteur ( 12) est fixé sur la traverse (3) de la planche de bord du véhicule automobile.
5. Système selon la revendication 1 , dans lequel le capteur ( 12) est directement fixé sur la structure du véhicule à l’intérieur de l’habitacle. Il est relié au système multimédia par le câble (6) reliant le boîtier multimédia (2) aux microphones (7) présents dans l’habitacle du véhicule.
6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux capteurs de référence ( 12).
7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un capteur ( 12) est un accéléromètre.
8. Véhicule automobile comprenant un système multimédia comportant une carte électronique ( 1 ) intégrée dans un boîtier (2) fixé dans le véhicule automobile et un système de contrôle actif du bruit de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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