FR2996675A1 - Procede de restitution d'un signal d'ecoute a partir d'un appareil de diagnostic vibroacoustique et appareil mettant en œuvre un tel procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de restitution d'un signal d'écoute à partir d'un appareil (1) de diagnostic acoustique et/ou vibratoire comprenant un premier capteur (3) de signal acoustique destiné à mesurer un signal (7) à filtrer, un second capteur (4) de signal acoustique ou vibratoire destiné à mesurer un signal (6) de référence, des moyens de diffusion sonore (5) destinés à restituer un signal (8) d'écoute, le signal (7) à filtrer et la signal (6) de référence provient d'un dispositif en fonctionnement, caractérisé en ce que l'on acquiert le signal (7) à filtrer et le signal (6) de référence de manière synchrone et on restitue le signal (8) d'écoute résultant d'un filtrage du signal (7) à filtrer par le signal (6) de référence. L'invention concerne aussi un appareil mettant en œuvre un tel procédé.

Description

PROCEDE DE RESTITUTION D'UN SIGNAL D'ECOUTE A PARTIR D'UN APPAREIL DE DIAGNOSTIC VIBROACOUSTIQUE ET APPAREIL METTANT EN OEUVRE UN TEL PROCEDE Domaine technique de l'invention L'invention intervient dans le domaine du diagnostic et de la métrologie vibroacoustique, notamment ceux pratiqués in situ dans le domaine automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de restitution d'un signal d'écoute à partir d'un appareil de diagnostic vibroacoustique. L'invention concerne encore un appareil mettant en oeuvre un tel procédé. Arrière-plan technologique Dans le domaine de l'automobile, un certain nombre de pannes ou de dysfonctionnements induisent des symptômes acoustiques et vibratoires. L'analyse vibroacoustique est ainsi une technique de plus en plus utilisée en après-vente dans le domaine automobile. L'analyse vibroacoustique consiste à analyser différentes sources de bruit pour identifier les dysfonctionnements d'un véhicule. On connait divers moyens de faire des identifications de sources et du diagnostic en vibroacoustique, à partir de mesures réalisées in situ sur l'objet à traiter ou mettre au point, notamment un véhicule automobile. Parmi les moyens d'auscultation privilégiés pour traiter ces problématiques se trouvent notamment et par exemple : la mesure de pression acoustique avec microphone, pour les les bruits aériens, c'est-à-dire les bruits émis par une source n'ayant pas de contact avec la structure solide à écouter, la mesure accélérométrique pour les bruits solidiens, c'est-à-dire les bruits qui ont pour origine une mise en vibration directe de la structure solide à écouter, la mesure optique avec une fibre optique associée à une mire, la mesure avec une caméra associée à un stroboscope, la mesure avec un capteur magnétique, etc.

A partir des données ainsi mesurées, il faut procéder à des analyses des signaux. Ces analyses peuvent être grandement aidées par des outils physiques qui permettent d'écouter des signaux issus de ces signaux mesurés. Les signaux écoutables par l'opérateur peuvent être directement les signaux mesurés ou, pour faire des analyses plus avancées, de nouveaux signaux créés à partir des signaux mesurés, par exemple par une opération de filtrage. De multiples opérations de filtrage, combinaison et traitement des signaux sont ainsi possibles.

Parmi les traitements complexes on citera ceux d'antennerie acoustique, qui mettent en jeu plusieurs micros positionnés sur une grille (antenne) et qui, associés à des algorithmes dédiés, permettent après traitement une localisation fine et quantifiée des sources sonores, une cartographie du champ acoustique dans l'espace visé par l'antenne, etc. Ces traitements sont longs, coûteux en matériel et nécessitent l'intervention d'ingénieurs hautement spécialisés pour leur bonne interprétation. De plus les résultats sont obtenus après un délai important à compter de la mesure des signaux. Ils ne sont donc pas adaptés à des contextes d'après-vente et sont réservés de fait essentiellement à l'expertise des produits en cours de développement. Un traitement plus simple mettant en jeu un appareil de diagnostic vibro-acoustique en vue d'une utilisation en après-vente est connu par exemple des documents FR2958405 et FR2958406.

Un tel appareil comprend un capteur de vibration se présentant sous la forme d'une pince instrumentée destinée à écouter des bruits solidiens et un capteur acoustique tel qu'un microphone destiné à mesurer les bruits aériens. La pince et le microphone sont accordables à l'appareil de diagnostic vibro-acoustique. La pince et le microphone fournissent ainsi un signal électrique représentatif du bruit écouté. L'appareil comprend également des moyens de diffusion sonore, par exemple un casque pour la restitution à un utilisateur d'un des bruits écoutés. Un tel appareil est aisément portable, d'utilisation accessible à un non spécialiste et peut opérer en (quasi) temps-réel. Un tel appareil portatifs ne permet cependant pas des identifications de grande précision de caractéristiques de sources vibro-acoustiques modélisées mais permettent en revanche d'aider qualitativement les diagnostics dans un grand nombre de situations, à travers l'écoute des signaux mesurés soumis à différents filtrages. La présente invention se propose ainsi d'améliorer les diagnostics vibroacoustique in situ.

Plus précisément, l'invention proposée vise à améliorer l'identification de sources de bruit sans avoir à utiliser des méthodes lourdes à mettre en oeuvre et nécessitant une expertise reconnue pour analyser leurs résultats. L'invention porte ainsi sur un procédé de restitution d'un signal d'écoute à partir d'un appareil de diagnostic acoustique et/ou vibratoire comprenant un premier capteur de signal acoustique destiné à mesurer un signal à filtrer en provenance d'un dispositif, un second capteur de signal acoustique ou vibratoire destiné à mesurer un signal de référence aussi en en provenance dudit dispositif, des moyens de diffusion sonore destinés à restituer un signal d'écoute, caractérisé en ce que l'on acquiert le signal à filtrer et le signal de référence de manière synchrone et on restitue le signal d'écoute résultant d'un filtrage du signal à filtrer par le signal de référence. De préférence, l'acquisition du signal à filtrer et du signal de référence, leur traitement et la restitution du signal d'écoute sont effectuées en temps réel.

De préférence, le filtrage comprend une étape de calcul dans le domaine fréquentiel d'un interspectre du signal de référence avec le signal à filtrer et d'une étape de calcul d'autospectre du signal de référence. De préférence encore, le procédé de l'invention comprend une étape de calcul dans le domaine fréquentiel d'un filtre de Wiener et une étape d'application du filtre de Wiener au signal à filtrer. De préférence, l'interspectre et l'autospectre sont obtenues à partir d'un algorithme de transformée de Fourier rapide avec une méthode de périodogramme.

De préférence encore, la méthode de périodogramme comprend un fenêtrage cadencé par une fréquence cyclique. De préférence encore, le procédé de l'invention comprend une étape d'indication par un opérateur de la fréquence cyclique. De préférence, le procédé de l'invention comprend une étape d'ajustement automatique de la fréquence cyclique.

Dans une variante, le procédé de l'invention comprend un premier mode de recherche dans lequel le second capteur est placé immobile sur ou à proximité du dispositif en fonctionnement tandis que le premier capteur est déplacé en différents endroits à distance dudit dispositif.

Dans une autre variante, le procédé de l'invention comprend un second mode de recherche dans lequel le premier capteur est placé immobile à distance du dispositif en fonctionnement tandis que le second capteur est déplacé en différents endroits sur ou à proximité du dispositif en fonctionnement. L'invention porte aussi sur un appareil de diagnostic acoustique et/ou vibratoire comprenant un premier capteur de signal acoustique destiné à mesurer un signal à filtrer, un second capteur de signal acoustique ou vibratoire destiné à mesurer un signal de référence, des moyens de diffusion sonore destinés à restituer un signal d'écoute, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'acquisition, de traitement du signal à filtrer par le signal de référence ainsi que de génération du signal d'écoute construits pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de diagnostic acoustique et/ou vibratoire de l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique d'un premier mode opératoire du procédé de l'invention sur un moteur à combustion interne. - La figure 3 est une représentation schématique d'un second mode opératoire du procédé de l'invention sur un moteur à combustion interne.

Description détaillée La figure 1 présente un appareil 1 de diagnostic acoustique et/ou vibratoire destiné à être utilisé pour l'identification par un opérateur d'une source de bruit provenant d'un dispositif en fonctionnement, non représenté, notamment un organe de véhicule, en particulier d'un moteur à combustion interne. Cet appareil 1 de diagnostic acoustique et/ou vibratoire comprend: -un boîtier 2, -un premier capteur 3 acoustique, tel qu'un microphone, destiné à mesurer un signal 7 à filtrer. -un second capteur 4 vibratoire, tel qu'une pince munie d'un accéléromètre, destiné à mesurer un signal 6 de référence. -des moyens 5 de diffusion sonore destinés à restituer un signal 8 d'écoute. Les moyens de diffusion sonore 5 peuvent comprendre par exemple un haut-parleur implanté dans le boîtier 2, une enceinte acoustique, ou encore un casque d'écoute.

Le boitier 2 forme une interface entre les capteurs 3, 4 et les moyens de diffusion sonore 5 des signaux captés. Le boitier 2 comprend de plus des moyens 9 comprenant l'acquisition et le traitement de signaux captés 6, 7 préalablement à leur transmission vers les moyens 5 de diffusion sonore ainsi que la génération du signal 8 d'écoute et sa transmission vers les moyens 5 de diffusion sonore. Les moyens 9 sont construits pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Le procédé de l'invention concerne un procédé de restitution du signal 8 d'écoute qui résulte du traitement du signal 7 à filtrer par le signal 6 de référence. Ce procédé permet à l'opérateur une écoute audio in situ du signal 7 à filtrer qui viendra du premier capteur 3 placé à distance du dispositif en fonctionnement à diagnostiquer, par exemple à proximité de l'opérateur, après l'avoir modifié avec un filtre audionumérique issu du signal 6 de référence en provenance du second capteur 4 placé au plus près de la source de bruit potentielle à identifier sur le dispositif en fonctionnement. Le premier capteur 3 est donc placé plus éloigné du dispositif que le second capteur 4.

Le signal 7 à filtrer en provenance du premier capteur 3, porte donc une information analogique émise par l'ensemble du dispositif en fonctionnement que l'on peut encore écrire en fonction du temps x(t) et du signal 6 de référence en provenance du second capteur 4, que l'on peut encore écrire en fonction du temps r(t) et qui porte une information analogique relative à la source de bruit potentielle à déterminer du dispositif en fonctionnement. Ces deux signaux 6, 7 sont acquis de manière synchrone afin de relever l'information vu au même moment par les deux capteurs 3, 4. L'acquisition du signal 7 à filtrer et du signal 6 de référence, leur traitement et la restitution du signal 8 d'écoute sont effectués de préférence en temps réel afin que l'opérateur puisse entendre immédiatement (ou quasi immédiatement en raison du temps de calcul requis) le résultat du traitement des signaux 6, 7.

Dans le principe, on cherche donc à identifier une composante xl(t) dans le signal x(t), autrement dit, on cherche à retrouver le signal xl(t) qui est entaché d'un bruit b(t) dans l'observation totale x(t) : x(t) = x1(t)+b(t) Afin de mettre en évidence le bruit suspecté x1(t) dans le bruit global, un filtrage de Wiener avec référence par exemple approprié au filtrage des bruits en provenance d'un moteur à combustion interne. Le filtre de Wiener référencé W(f) a pour expression dans le domaine fréquentiel : Sxx (f) W(f)- ' Sxx (f) Avec : Sxx1(f) : interspectre des signaux x(t) et x1(t), Sx1x1(f) : autospectre du signal x1(t) Par ailleurs, puisqu'on ne peut déterminer le filtre de Wiener W(f) sur le signal x1(t) car ce dernier est inconnu, on fait alors l'hypothèse que le signal de référence r(t) caractérise la source de bruit recherché, relié à x1(t) par un filtre linéaire H : x1(t) = (H * r)(t) On montre alors que le filtre de Wiener W a aussi pour expression : W(f) = Sr'(f ) S' (f ) Avec : Srx(f): interspectre des signaux x(t) et r(t), Srr (f): autospectre du signal r(t).

Dans notre cas, le signal r(t) correspond au signal 6 de référence, tandis que le signal x(t) correspond au signal 7 à filtrer. L'effet audio produit par ce filtrage dit « référencé » car basé sur les propriétés du signal 4 de référence, apporte alors une aide efficace au diagnostic du signal 7 en provenance du premier capteur 3 local. Ainsi dans une première variante, on procède de la manière suivante : A- On met en place le premier et le second capteur 3, 4, le premier capteur 3 placé à distance du dispositif de fonctionnement, le second capteur 4 placé au plus près de la source de bruit à identifier sur le dispositif de fonctionnement. B- On acquiert le signal 7 à filtrer et le signal 6 de référence de manière synchrone, C- On calcule dans le domaine fréquentiel l'interspectre, Srx(f), du signal 6 de référence et du signal 7 à filtrer, D- On calcule dans le domaine fréquentiel l'autospectre, Srr (f), du signal 6 de référence, E- On calcule dans le domaine fréquentiel le filtre de Wiener W(f), autrement dit on effectue le rapport de l'interspectre, SA), par l'autospectre, Srr F- On applique dans le domaine fréquentiel le filtre de Wiener W(f) au signal 7 à filtrer, G- On détermine le signal 8 d'écoute par transformation du domaine fréquentiel au domaine temporel du signal 7 à filtrer auquel on a appliqué le filtre de Wiener W(f). Aux étapes C, D du procédé, les calculs dans le domaine fréquentiel de l'interspectre, Srx(f), et de l'autospectre, Srr (f) peuvent être effectués avec des algorithmes de transformée de Fourier rapide (sigle anglais : FFT ou Fast Fourier Transform) avec une méthode de périodogramme par exemple avec la méthode dite du périodogramme de Welch. Dans une seconde variante, mieux adaptée aux signaux dits cyclo-stationnaires, on procède selon les étapes A à G, cependant cette seconde variante diffère de la première variante en ce qu'aux étapes C, D du procédé, les calculs dans le domaine fréquentiel de l'interspectre, Srx(f), et de l'autospectre, Srr (f) sont effectués en utilisant une méthode de périodogramme dont les fenêtrages sont cadencés par une fréquence cyclique, Fc. La fréquence cyclique, Fc est à choisir au plus proche de celle caractérisant le signal 6 de référence. Dans cette seconde variante, la fréquence cyclique, Fc, est indiquée par l'opérateur via l'appareil 1 de diagnostic. Dans une troisième variante, on procède selon les étapes A à G, cependant cette troisième variante diffère de la seconde variante en ce que la fréquence cyclique, Fc, est indiquée de proche en proche par l'utilisateur. Cette variante est avantageuse dans le cas où la fréquence cyclique, Fc, n'est pas précisément connue. La fréquence cyclique peut être entrée par l'opérateur dans l'appareil 1 de diagnostic, par l'intermédiaire d'un ajusteur, par exemple un potentiomètre, réglable par l'opérateur et qui lui permet de tester plusieurs réglages de la valeur de la fréquence cyclique. L'opérateur peut ainsi optimiser l'efficacité de cette stratégie. Dans une quatrième variante, on procède selon les étapes A à G, cependant cette quatrième variante diffère de la seconde variante en ce que la fréquence cyclique, Fc, est ajustée automatiquement par les moyens 9 d'acquisition et de traitement des signaux configurés à cet effet. Cette variante est avantageuse dans le cas où la fréquence cyclique n'est pas obligatoirement donnée par l'opérateur et est calculée par l'appareil 1 lui-même, à partir des signaux 6,7 captés. Dans cette variante plus automatisée, l'opérateur peut néanmoins être amené s'il le souhaite, selon d'autres variantes de l'invention, à indiquer un ordre de grandeur de la valeur de la fréquence cyclique, Fc, supposée être pertinente, afin d'accélérer l'ajustement automatique. Indépendamment de la variante de filtrage, différents modes opératoires de recherche peuvent être prévus. La figure 2 présente un premier mode de recherche dans lequel l'opérateur place le second capteur 4 de référence sur le dispositif 10 en fonctionnement, par exemple un moteur à combustion interne, susceptible d'être à l'origine du bruit à traiter, puis écoute grâce au casque d'écoute 5 de l'appareil 1 de diagnostic, le signal 7 à filtrer mesuré aux différents endroits A', B', C', en déplaçant le premier capteur 3, et filtré par le signal 6 de référence mesuré par le second capteur 4, pour aider son diagnostic. Ce mode de recherche est avantageux lorsque l'opérateur tente de localiser le rayonnement acoustique, à l'origine de la gêne sonore, produit par la pièce vibrante au niveau du capteur 4.

La figure 3 présente un second mode de recherche, qui dans son principe est l'inverse du premier mode opératoire, autrement dit dans ce second mode de recherche le premier capteur 3 est laissé à un endroit fixe et le second capteur 4 est déplacé par l'opérateur en différents endroits A", B", C" du moteur 10 pour aider le diagnostic. Ce second mode de recherche est avantageux lorsque l'opérateur tente de localiser une source de bruit qui s'entend au niveau du premier capteur 3. Avantageusement les deux modes opératoires peuvent être combinés en commençant par une première phase de recherche selon le premier mode opératoire enchainée d'une seconde phase de recherche selon le second mode opératoire.

Les modes de réalisation décrits précédemment ne sont aucunement limitatifs. Dans une autre variante, le second capteur 4 peut également être un capteur acoustique dans ce cas à placer à proximité, par exemple entre 5 et 20 cm de la source de bruit potentielle à identifier du dispositif en fonctionnement. Dans une autre variante, l'appareil 1 comprend plusieurs capteurs de signaux à filtrer et plusieurs capteurs de référence fournissant autant de signaux 7 à filtrer et de signaux 6 de référence. L'opérateur peut éventuellement être amené à ajuster un ou plusieurs paramètres du filtrage, par exemple des paramètres de gain, pour améliorer la pertinence de celui-ci, ou le confort des opérations. Avec cette invention, l'opérateur écoute donc un bruit qui correspond à la position du capteur du signal à filtrer, le plus éloigné, mais qui est filtré en utilisant des informations extraites du capteur de référence, le plus proche. Cette méthode a pour avantage d'exacerber, de faire un zoom sur la sonorité de l'élément suspecté comme bruyant, bien qu'il soit mélangé initialement avec beaucoup d'autres sources de bruit d'origines très diverses dans le véhicule. On a en quelque sorte amélioré délibérément le contraste de la source suspectée par rapport à d'autres sources qui peuvent être voisines, permettant ainsi un diagnostic beaucoup plus efficace : plus sûr et plus rapide.

L'invention ne nécessite qu'une interface homme machine simplifiée et réalise des traitements quasiment en temps-réel. Elle permet une utilisation par un non spécialiste en après-vente tout en assurant la confirmation du diagnostic.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de restitution d'un signal d'écoute à partir d'un appareil (1) de diagnostic acoustique et/ou vibratoire comprenant un premier capteur (3) de signal acoustique destiné à mesurer un signal (7) à filtrer en provenance d'un dispositif (10), un second capteur (4) de signal acoustique ou vibratoire destiné à mesurer un signal (6) de référence aussi en en provenance dudit dispositif (10), des moyens de diffusion sonore (5) destinés à restituer un signal (8) d'écoute, caractérisé en ce que l'on acquiert le signal (7) à filtrer et le signal (6) de référence de manière synchrone et on restitue le signal (8) d'écoute résultant d'un filtrage du signal (7) à filtrer par le signal (6) de référence.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, l'acquisition du signal (7) à filtrer et du signal (6) de référence, leur traitement et la restitution du signal (8) d'écoute sont effectuées en temps réel.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le filtrage comprend une étape de calcul (E) dans le domaine fréquentiel d'un interspectre (Srx(f)) du signal (6) de référence avec le signal (7) à filtrer et d'une étape de calcul (D) d'autospectre (S'(f)) du signal (6) de référence.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul (E) dans le domaine fréquentiel d'un filtre de Wiener W(f) et une étape d'application (F) du filtre de Wiener W(f) au signal (7) à filtrer.
5. 5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que l'interspectre (Srx(f)) et l'autospectre (S'(f)) sont obtenues à partir d'un algorithme de transformée de Fourier rapide avec une méthode de périodogramme.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la méthode de périodogramme comprend un fenêtrage cadencé par une fréquence cyclique (Fc).
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'indication par un opérateur de la fréquence cyclique (Fc).
8. 8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'ajustement automatique de la fréquence cyclique (Fc).
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier mode de recherche dans lequel le second capteur (4) estplacé immobile sur ou à proximité du dispositif en fonctionnement tandis que le premier capteur (3) est déplacé en différents endroits (A', B', C') à distance dudit dispositif.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un second mode de recherche dans lequel le premier capteur (3) est placé immobile à distance du dispositif en fonctionnement tandis que le second capteur (4) est déplacé en différents endroits (A", B", C") sur ou à proximité du dispositif en fonctionnement.
11. 11. Appareil (1) de diagnostic acoustique et/ou vibratoire comprenant un premier capteur (3) de signal acoustique destiné à mesurer un signal (7) à filtrer, un second capteur (4) de signal acoustique ou vibratoire destiné à mesurer un signal (6) de référence, des moyens de diffusion sonore (5) destinés à restituer un signal (8) d'écoute, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (9) d'acquisition, de traitement du signal (7) à filtrer par le signal (6) de référence ainsi que de génération du signal (8) d'écoute construits pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.