An approach using active structural acoustic control for the reduction of structure-borne road noise

Abstract

La réduction du bruit de roulement transmis jusqu'à l'habitacle automobile est étudiée en utilisant une stratégie de contrôle actif vibratoire (ASAC). Premièrement, la conception d'un banc de test vibro-acoustique, constitué d'un ensemble pneu/roue/suspension a été développé dans le but d'identifier les chemins de transmission vibro­ acoustique (jusqu'à 250 Hz) pour une excitation quasi identique au moyeu de la roue. Des mesures de fonctions de réponse en fréquence (FRF) entre l'excitation primaire au moyeu de la roue et chacune des jonctions de la suspension et du chassis ont été utilisées dans le but de caractériser et de préciser l'identification du trajet qu'emprunte l'énergie vibratoire, par des mesures du champ vibratoire aux jonctions suspension/châssis, partant du contact du pneu/route, passant par le châssis et se dirigeant jusqu'à l'habitacle. En second lieu, un modèle constitué d'élément finis (FEM) et d'éléments de frontière (BEM) a été développé afin de simuler la réponse acoustique d'un habitacle automobile. Ce modèle FEM/BEM a été utilisé dans le but de prédire le comportement vibro-acoustique d'un caisson de voiture suite aux forces mesurées aux jonctions de la suspension et du châssis. Finalement, un algorithme de contrôle actif vibratoire optimal a été développé afin de prédire l'effet la réduction de l'énergie vibratoire des différents chemins de transmission sur la mesure du niveau de pression acoustique à l'intérieur de l'habitacle automobile. L'approche du contrôle actif optimale est basée sur l'utilisation d'un actionneur électrodynamique, permettant de mo­difier le comportement vibratoire de la suspension et du châssis automobile, de façon à réduire le rayonnement acoustique de la structure du caisson de voiture. Afin de prédire la réduction du niveau de pression à l'intérieur de l'habitacle automobile, des fonctions de réponse en fréquence (FRF), d'un actionneur de contrôle positionné au centre du bras de suspension triangulé, ont été mesurées expérimentalement et ont été introduites dans l'algorithme de contrôle actif optimal. La contribution de l'actionneur de contrôle a été évaluée par une mesure de réduction du niveau de force mesuré aux jonctions de la suspension et du châssis et d'une diminution du niveau de bruit interne de l'habitacle par une mesure du niveau de pression acoustique localisé à la tête du conducteur.

Abstract: The reduction of the structure-borne road noise inside the cabin of an automobile is investigated using an Active Structural Acoustic Control (ASAC) approach. First, a laboratory test bench consisting of a wheel/suspension/lower suspension A-arm assembly has been developed in order to identify the vibro-acoustic transmission paths (up to 250 Hz) for realistic road noise excitation of the wheel. Frequency Response Function (FRF) measurements between the excitation/control electrodynamic shakers and each suspension/chassis linkages are used to characterize the different transmission paths that transmit energy through the chassis of the car. Secondly, a FE/BE model (Finite/Boundary Elements) was developed to simulate the acoustic field of an automobile cabin interior. This model is used to predict the acoustic field inside the cabin as a response to the measured forces applied on the suspension/chassis linkages. Finally, an implemented optimal active control algorithm using a feedforward structure to perform the simulation of an optimal active structural acoustic control (ASAC) by using experimental and numerical FRFs is presented. The control approach relies on the use of an electrodynamic actuator to modify the vibration behavior of the suspension and the automotive chassis such that its noise radiation efficiency is decreased. To predict the noise level reduction inside the passenger compartment, the measured FRFs of a control actuator, connected to the lower suspension A-arm, have been implemented by using the optimal active control algorithm in MATLAB ª . Its contribution to noise reduction has been evaluated in term of acoustic radiation efficiency, as measured by the sound pressure level (SPL) located at the driver's head.