Дисертації з теми "Acoustique véhicule"

Du point de vue acoustique, un train est un ensemble de sources de bruit. Lorsqu'il s'agit de réduire son bruit au passage, une des options possibles est d'agir directement sur ces sources. S'il est possible de prévoir numériquement ou à l'aide de modèles physiques les émissions de nouvelles configurations de sources, l'impact des réductions ainsi obtenues sur le bruit global au passage n'est en général pas connu. C'est pour prévoir cet impact qu'un logiciel de simulation du bruit au passage a été développé : VAMPPASS. Celui-ci permet de calculer les indicateurs acoustiques standards du bruit de passage et de créer les échantillons sonores correspondants. Cette thèse s'est articulée autour de la méthode de synthèse implémentée dans le logiciel, ainsi que sur le modèle de sources qui va l'alimenter et sur la caractérisation de ces sources dites équivalentes à partir de données expérimentales ou numériques. Le premier chapitre brosse un état de l'art des modèles physiques des sources typiques présentes sur un train, des méthodes de synthèse qui ont été employées jusqu'alors et des méthodes de caractérisation existantes du bruit global et des niveaux de sources. Le deuxième chapitre est consacré à la réalisation de VAMPPASS : la méthode de synthèse employée, son adaptation au contexte et les contraintes en terme de données d'entrée. Dans le troisième chapitre, la caractérisation expérimentale des sources équivalentes des auxiliaires de traction est détaillée. La caractérisation du bruit de roulement, source prépondérante, fait l'objet du quatrième chapitre. Enfin, le dernier chapitre présente les études menées pour valider notre outil et un exemple d'utilisation de celui-ci.

Le présent travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la caractérisation de l'émission de bruit des véhicules routiers. On désire identifier les sources de bruit d'un véhicule en mouvement, lors de son passage sur une voie de circulation en conditions réelles, à partir de mesures acoustiques effectuées à poste fixe en bord de voie. Les méthodes d'imagerie acoustique utilisées actuellement présentent des performances insuffisantes sur véhicules routiers. Un état de l'art a permis d’identifier une méthode existante, MSA-PSF, consistant à effectuer sous certaines hypothèses une déconvolution sur sources mobiles dans le domaine fréquentiel, et originellement utilisée en aéronautique. Cette méthode est ici adaptée au contexte des véhicules routiers. Dans un deuxième temps, une approche originale est introduite pour répondre spécifiquement aux contraintes de ce contexte : CLEANT. Il s’agit d’une méthode itérative, dans le domaine temporel avec une approche large bande, qui prend en compte les effets du déplacement des sources et qui comporte deux paramètres permettant d’affiner les résultats : le facteur de boucle et le critère d’arrêt. Une version filtrée en fréquence est également proposée et montre une amélioration de l’identification de sources secondaires dans certains cas. CLEANT présente l’avantage d’obtenir des signaux-sources temporels reconstruits, ouvrant la voie à d’autres analyses, en particulier l’utilisation de la cohérence avec des signaux issus de mesures embarquées pour la séparation des contributions de sources décorrélées. MSA-PSF et CLEANT sont évaluées sur des simulations numériques à l'aide d'indicateurs mesurant leurs performances sur les aspects localisation et quantification de sources. Elles sont par la suite testées expérimentalement en conditions contrôlées de laboratoire, par l'utilisation d'une source mobile. Cette expérience permet une première application à un cas pratique, impliquant un mouvement linéaire, la présence de deux sources simultanées et des signaux de différentes natures (tonale et large bande). Enfin, elles sont comparées à l’approche classique de formation de voies sur source mobile, dans le cadre d’une expérience avec véhicule en conditions réelles. L'approche originale CLEANT fournit des résultats très encourageants, représentant une amélioration de la formation de voies classique, notamment en basse fréquence sur les cas testés. L'application à un véhicule en conditions réelles illustre certains comportements potentiellement problématiques de CLEANT et les solutions apportées par sa version filtrée en fréquence ou par l'ajustement de ses différents paramètres. Un premier test des approches par référencement avec des signaux issus de mesures embarquées est également présenté pour discriminer l'origine physique des sources, et souligne l'incidence de la brièveté des signaux inhérente au contexte de sources au passage
The study detailed in this manuscript is part of the effort to characterize the noise emission from road vehicles. We wish to identify the noise sources of a moving vehicle, when driven on a roadway in real-world conditions, with roadside acoustic measurements. The current acoustic imaging methods do not provide sufficient performance on road vehicles. A state of the art led to the selection of an existing method, MSA-PSF, which consists in deconvolving signals from mobile sources in the frequency domain under certain assumptions, and was originally developed for aeroacoustics. This method is adapted here to the context of road vehicles. Then, an original approach is proposed in order to tackle the specific constraints of this context: CLEANT. This is an iterative method, performed in time domain with a wideband approach, which takes into account the effect of sources motion and includes two parameters designed to refine the result: the loop factor and the stopping criterium. A further version of the algorithm, including a frequency filter, is also proposed and shows significant improvement in identifying secondary sources in some particular cases. An interesting point of CLEANT is the availability of the sources reconstructed time signals, which enables other types of analysis, especially the use of the coherence with signals from on-board measurements in order to separate the contributions of uncorrelated sources. MSA-PSF and CLEANT are evaluated with numerical simulations and a set of indicators to measure their source localization and quantification performance. They are then tested in a controlled laboratory conditions experiment, using a moving source. This experiment represents a first application of the methods to a practical case, involving a linear motion, two simultaneous sources and different kinds of signals (tone and wideband). They are finally compared to the classical approach of moving source beamforming, within the frame of an experiment on a road vehicle, in real-world conditions. The original approach CLEANT yields very encouraging results, and is a clear improvement from the conventional beamforming, especially at low frequency for the tested cases. Applying it to a road vehicle in real-world conditions highlights a potentially troublesome behavior of the method, and the solution brought by CLEANT's frequency filtered version, or by adapting its various parameters. The coherence with reference signals to discriminate the physical origins of the sources is also tested and underlines the role of the short duration of the signals related to the sources passing-by context

Cette étude concerne la localisation et la caractérisation de sources d'origine mécanique dans un habitacle de camion, à partir de l'identification des principaux chemins de transfert. Le protocole d'analyse est fondé sur une approche temporelle. Compte tenu des résonances marquées du système entraînant une dégradation de la résolution temporelle, on a défini une approche multi bande. Le protocole se décompose en quatre phases. Les deux premières s'effectuent pour des fréquences situées hors de la zone des résonances marquées. 1. La localisation spatiotemporelle des chemins de propagation est la première étape du traitement. L'utilisation d'antennes linéaires a permis d'appliquer la formation temporelle de voies sur les signaux reçus. La mise en œuvre de la croix de Mills (deux antennes croisées) a conduit à localiser les chemins en trois dimensions en terme de direction d'arrivée sur 1' antenne et de distance de propagation. 2. Ces paramètres sont confirmés, dans un deuxième temps, à l'aide de la modélisation géométrique de la propagation selon la méthode du tracé de rayons (précision meilleure que 0. 5 cm et 1 °). 3. Il importe ensuite de caractériser, dans la zone des résonances, les sources associées aux chemins identifiés. Compte tenu de la complexité de la structure étudiée et du nombre important de chemins, il est nécessaire de séparer les fronts d'onde proches. Pour cela, on utilise la transformée de Radon et son inverse associé. 4. La dernière étape consiste alors à caractériser finement la signature spectrale des sources correspondant aux fronts isolés. Validée, dans un premier temps, sur une maquette, la procédure a été appliquée à une cabine de camion. On a ainsi pu chiffrer, dans diverses gammes de fréquences, l'influence relative du bas du tableau de bord, du plancher et, dans une moindre mesure, du pare-brise
This work deals with the localisation and the acoustical characterisation of mechanical sources in a truck cabin, through the identification of transfer paths. The analysis is based on a temporal approach. Since the main resonances of the system lead to a degradation of temporal resolution, a dual frequency band approach has been used. The study is split into four steps. The first two steps are concerned with a frequency range excluding the main resonances zone. 1. The first step of the processing consists in the spatiotemporal localisation of the transfer paths. Two linear arrays ('Mills cross') have been used for time domain beamforming. This geometry allows a three-dimensional localisation of angles of arrival and of paths lengths. 2. Then, these parameters are confirmed thanks to a geometric modelling obtained by ray tracing (accuracy better than 0. 5 cm and 1 °). 3. After the identification, the sources corresponding to the identified paths are characterized in the frequency range including the major resonances. Due to the complexity of the studied system and of the multiple paths structure, the separation of closed wave fronts needs additional processing: direct and inverse Radon transforms. 4. The last step of the processing is the accurate characterisation of the spectral content of the isolated wave fronts and, therefore, of the corresponding sources. The procedure, validated at first time on a model, has been applied to a truck cabin. The relative influences of the dashboard bottom and of the windscreen have been quantified in different frequency ranges

Dans cette thèse, nous proposons un cadre méthodologique en phase de conception préliminaire dans l'industrie automobile, afin de gérer le compromis entre, d'une part, les contraintes d'architecture auxquelles est soumis un sous-système mécanique, et d'autre part une contribution satisfaisante du sous-système à la minimisation du bruit dans l'habitacle véhicule.
La méthodologie proposée, nous permet d'engager des négociations entre les architectes de l'automobile et les ingénieurs mécaniciens sur le respect ou le non-respect de contraintes d'architecture d'un sous-système ou d'un organe, ainsi que sur l'atteinte des cibles du cahier des charges en ce qui concerne les performances vibro-acoustiques.
Le cadre méthodologique proposé se compose de cinq étapes : (1) la modélisation du problème de conception, comprenant (a) la modélisation des performances vibro-acoustiques et (b) la modélisation des contraintes d'architecture (2) la métamodélisation (approximation mathématique) du problème de conception résultant en utilisant les métamodèles de type kriging, (3) la formulation du problème de conception sous la forme d'un problème d'optimisation multi-objectifs, (4) la génération grâce au métamodèle de la frontière de Pareto de ce problème d'optimisation multi-objectif par la méthode des contraintes normales et normalisées, (5) une étape de négociation entre les contraintes d'architecture et les performances du sous-système mécanique.
Pour gérer le problème des contraintes d'architecture, dans la phase de conception préliminaire, nous introduisons une méthode pour exprimer, par un critère dit d'architecture, le respect ou le non-respect des contraintes géométriques. L'originalité de cette méthode consiste dans le fait de migrer l'étape de l'allocation de volumes enveloppes sous un système de CAO vers un système d'IAO plus accessible aux ingénieurs puisque c'est dans ce système qu'ils gèrent leurs modèles éléments finis.
Nous introduisons, en outre, une méthode d'agrégation des performances vibro-acoustiques d'un sous-système mécanique en un seul critère (indicateur) à valeur réelle. Cette technique permet une réduction efficace de la dimension importante d'un problème de conception lié à l'étude d'un sous-système mécanique avec des multiples performances vibro-acoustiques.
L'application de la méthodologie à un cas d'étude, dans le domaine automobile, a permis de démontrer son efficacité à améliorer sensiblement les performances vibro-acoustiques d'une caisse en blanc (caisse nue d'une automobile) tout en respectant des contraintes d'architecture serrées à cause d'un volume enveloppe alloué au groupe motopropulseur du véhicule.
Finalement, avec ce cadre méthodologique, les négociations entre les architectes et les ingénieurs ne sont plus fondées sur des jugements qualitatifs, mais elles sont à présent fondées sur des critères quantitatifs à la fois pour les contraintes d'architecture et les performances mécaniques.

À mesure que les habitacles des nouveaux véhicules deviennent de plus en plus silencieux, la qualité du son et le confort acoustique intérieurs se sont imposés comme des arguments de premier ordre pour les constructeurs automobiles afin de se démarquer de leurs concurrents. Actuellement, la recherche sur la perception sonore repose sur une approche expérimentale basée sur la réécoute, par des jurys, de signaux enregistrés sur des proto375 types. Pour éviter ces coûteux dispositifs, une approche numérique est ici envisagée. Les résultats d’un modèle basé sur la méthode SEA (Statistical Energy Analysis), développé par Saint-Gobain Research Compiègne, servirait à générer les signaux des expériences subjectives. Celui-ci permet d’ores et déjà de prédire l’impact de changement de vitrage sur le niveau sonore intérieur d’un véhicule exposé aux bruits environnementaux. En revanche, son emploi pour évaluer le confort automobile apporté par ces mêmes changements soulève plusieurs interrogations auxquelles nous répondons dans cette thèse : — Comment générer des signaux audios à partir des niveaux de pressions acoustiques prédits? — Les signaux obtenus permettent-ils de réaliser des études du confort acoustique dans l’habitacle avec la même efficacité que des enregistrements mesurés sur véhicule? Tout d’abord, un procédé de génération des signaux à partir des données obtenues grâce au modèle numérique a été proposé puis validé par une expérience perceptive. Ensuite, deux autres évaluations subjectives par un jury ont mis en lumière une évolution du désagrément ressenti similaire, pour plusieurs configurations de vitrages quelle que soit l’origine des sons (simulés ou mesurés). Elles ont cependant souligné une divergence dans les évaluations lors de l’introduction de verre trempé dans les configurations véhicule. Les joints de vitrage, absents du modèle, étaient alors suspectés d’être à l’origine de cette variation. Par la suite, l’examen expérimental du comportement vibro-acoustique des verres montés dans les joints a permis d’observer un apport de dissipation des joints. Celui- ci se traduisait alors par une augmentation de l’isolation acoustique du vitrage. Cette isolation caractérisant les vitrages dans le modèle, sa sensibilité aux apports de dissipation des joints de vitrage devait être intégrée dans notre approche numérique. Enfin, après avoir analysé les mécanismes de dissipation intervenant pour le vitrage et les joints, un modèle numérique basé sur la méthode éléments finis a été mis en place. Il prédit l’isolation acoustique du vitrage à intégrer dans le modèle numérique SEA pour tenir compte de l’effet des joints aux limites de l’échantillon de verre. Étant donné que la calibration du modèle à des moyennes et hautes fréquences est le fruit d’un processus empiriques de recherche de paramètres, il demeure essentiel de considérer une révision par de futurs travaux du modèle et de la méthode de recherche
As the cabins of new vehicles become increasingly silent, the sound quality and the acoustic comfort have become key arguments for car manufacturers to destinguish themselves from their competitors. Research on sound perception currently relies on an experimental approach involving juries listening to signals recorded on prototypes. To avoid the costs associated with these elaborate setups, a digital approach is proposed in the present work. The results of a model based on the SEA method (Statistical Energy Analysis), developed by Saint-Gobain Research Compiègne, would be used to generate the signals for subjective experiences. It is already used to predict the impact of glazing changes on the interior noise level of a vehicle exposed to environmental noise. However, its use to assess the automotive acoustic comfort brought about by these changes raises several questions, which we address in this thesis : — How should we generate audio signals from the predicted sound pressure level? — Can we use the obtained signals to evaluate acoustic comfort inside the car cabin with the same effectiveness as with recordings measured in the vehicle? Firstly, a signal generation process based on data obtained from the numerical model was proposed and then validated through a perceptual experiment. Next, two other subjective assessments by a panel of judges revealed a similar trend in the annoyance experienced, for several glazing configurations, regardless of the origin of the sounds (simulated or measured). They did, however, highlight a discrepancy in the assessments when tempered glazing was introduced into the vehicle configurations. The window seals, which were not included in the model, were suspected of being the cause of this variation. Subsequently, the experimental examination of the vibro-acoustic behavior of a flat glass installed in the window seals allowed us to observe a dissipation contribution from the seals. This resulted in an increase of the acoustic insulation of the glazing. As this insulation characterizes the glazing in the model, its sensitivity to the dissipation contribution of the seals had to be incorporated into our numerical approach. Finally, after analyzing the dissipation mechanisms for both the glazing and the seals, a numerical model based on the finite element method was implemented. It predicts the acoustic insulation of the glazing as it should be integrated into the SEA numerical model in order to take account of the effect of the joints at the boundaries of the glass sample. Given that the calibration of the model at mid-high frequencies is the result of an empirical parameter search process, it is essential to consider revising the model and search method in future work

Ce travail porte sur l'étude, la conception et la réalisation d'une suspension active pour un siège de véhicule automobile. Il s'appuie sur les connaissances théoriques du domaine du contrôle actif des vibrations. Dans notre cas, la solution « active » a été utilisée pour améliorer le confort routier des conducteurs. Nous avons d'abord étudié dans quelles mesures les critères de confort (statiques, posturaux, dynamiques) étaient pris en compte dans les paramètres de conception des sièges actuels. Puis nous avons choisi de développer une suspension « optimisée » pour répondre au problème spécifique de l'isolation vibratoire du conducteur
This work deals with the study, the design and the realization on an active car seat suspension. It starts from the actual theoretical knowledge of active control of vibrations. In our case, we have applied an "active solution" to improve the comfort of car passenger. The comfort criteria (statical, postural, dynamical) which are now taken into account in the design of actual car seats, have been firstly reviewed. On this basis, we have chosen to develop an optimized suspension to solve the specific problem of vibratory isolation of the passenger

Si l'utilisation d'un véhicule autonome présente un intérêt certain, l'utilisation simultanée de plusieurs robots, potentiellement différents permet d'améliorer la qualité des acquisitions et la rapidité avec lesquelles elles sont effectuées. Le déploiement de plateformes multi-capteurs sous-entend donc qu'il est nécessaire de mettre en œuvre une commande et une stratégie de commande coordonnée de la formation. Les difficultés de localisation et de communication rendent d'emblée la tâche difficile. Dès lors, il n'est plus concevable de mettre en œuvre une flottille d'engins autonomes sans avoir testé au préalable la faisabilité de la mission, le comportement logico-temporel du contrôleur des engins, l'efficacité des algorithmes employés et le bon fonctionnement de tous les sous-systèmes. Ceci est d'autant plus vrai lorsque les engins sont hétérogènes, proviennent d'organisations ou d'institutions différentes et sont rassemblés pour l'accomplissement d'une mission commune.
La complexité des architectures de contrôle d'une part et les difficultés soulevées par le choix de stratégies de contrôle multi-véhicules d'autre part, rendent nécessaires la création de nouveaux outils de simulation permettant de tester et valider lois de commande et architectures de contrôle tout en détectant les inconsistances préliminaires des scenarios envisagés. L'objet de cette thèse est donc l'étude d'un outil de simulation collaboratif appelé THETIS.
Il s'agit d'un simulateur conçu avant tout pour aborder les problèmes liés au contexte de la flottille. Il est multi-véhicules hétérogènes puisqu'il permet de simuler par exemple, un scenario dans lequel un AUV (Autonomous Underwater Vehicle) et un ASV (Autonomous Surface Vehicle) interviennent simultanément. Les véhicules peuvent communiquer entre eux au sein de la simulation et les contraintes liées au milieu de propagation (interférences, bande passante, atténuation...) d'une part et à l'utilisation de matériel spécifique (temps de réveil, conflit émission/réception...) d'autre part sont prises en compte. L'architecture du simulateur est ouverte pour faciliter l'intégration et la mise à disposition pour tous, du travail de modélisation des différentes équipes possédant des compétences propres, tout en favorisant la réutilisabilité et la modularité de ces modèles. La capacité du système proposé à réaliser des simulations Hardware-In-The-Loop permet de tester et valider le comportement temporel du contrôleur. Par ailleurs ce simulateur est distribué afin de pouvoir étendre dynamiquement la puissance de calcul nécessitée par l'augmentation du nombre de véhicules et/ou la complexification des modèles, tout en respectant les contraintes temps-réel et le découplage temporel entre la commande et l'évolution des modèles dynamiques.
THETIS est donc un des seuls outils à l'heure actuelle répondant aux contraintes liées au contexte de la simulation de robots marins en flottille. Nous présentons des tests préliminaires mettant en œuvre un AUV de classe Taipan (développée au LIRMM en France) d'une part et un ASV Charlie (développé par l'ISSIA en Italie) d'autre part qui possèdent des architectures de contrôle différentes, et démontrons ainsi la faisabilité et la validité de notre approche.

Le mémoire ci-présent s’inscrit dans le cadre d'une thèse CIFRE encadrée par le Laboratoire Roberval de l'Université de Technologie de Compiègne en partenariat avec le constructeur automobile français Renault S. A. L'objectif de cette thèse est la mise en place dans un environnement industriel de méthodologies destinées à l'amélioration de la prédiction des calculs vibroacoustiques sur des systèmes couplés fluide-structure de grande taille incluant des matériaux poroélastiques; ces calculs étant réalisés avec un logiciel éléments finis commercial spécialement dédié à cet effet. Le confort acoustique et vibratoire à l'intérieur d'un véhicule est un domaine de recherche très important pour l'industrie automobile, tant les bénéfices attendus sont importants en termes de vente. En raison d'une politique de réduction du nombre de prototypes, les simulations numériques profitent depuis quelques années d'une forte sollicitation de la part des industriels. De plus, les bouleversements récents (prix du baril de pétrole, taxes sur les véhicules polluants, crise économique…) ont profondément changé le comportement des clients qui se focalisent sur des véhicules bon marché, plus propres et plus sobres. L'industrie automobile se voit contrainte de s'adapter à cette nouvelle demande en allégeant ses véhicules, ce qui permet de diminuer la consommation et donc les émissions polluantes. Les insonorisants acoustiques sont particulièrement ciblés et de nouvelles solutions, plus complexes, sont amenées à être testées. L'outil numérique permet donc de valider, voire optimiser, ces nouvelles générations d'insonorisants. Le travail présenté dans ce mémoire présente trois axes de recherche : la modélisation éléments finis de ces insonorisants constitués en grande partie de matériaux poroélastiques, l'utilisation d'un logiciel commercial en tant qu'outil de conception et la mise en place d'un processus d'amélioration des modèles numériques tout en respectant les nombreuses contraintes inhérentes à un produit complexe dans un environnement industriel en pleine mutation
The present report is in line with an industrial thesis supported by the Roberval Laboratory of the University of Technology of Compiegne in partnership with the French car manufacturer Renault S. A. This thesis aims to develop, in an industrial environment, some methodologies intended for the improvement of the prediction of vibroacoustic calculations on large size coupled fluid-structure systems including poroelastic materials using commercial finite elements software especially dedicated for this purpose to perform the calculations. Acoustic and vibratory comfort within a passenger car is a very important field of research for the automotive industry, so much so that the awaited benefits are important in terms of sales. Because of a policy of reducing the number of prototypes, there has been strong interest from carmakers for numerical simulations for several years now. Moreover, recent upheavals (petroleum price, governmental penalties for polluting vehicles, economic crisis…) have radically changed customer behavior who now focus more on cheap, cleaner and more sober vehicles. The automotive industry has to adapt to this new demand by reducing vehicle weight, which makes it possible to decrease consumption and thus the polluting emissions. Soundproofing insulators are particularly targeted and new, more complex, solutions are proposed for testing. Numerical tools are now use to validate, even optimize, these new generations of insulators. The work presented in this thesis presents three research orientations: the finite elements modeling of these acoustical insulators made mainly of poroelastic materials, the use of commercial software as a computer aided design tool and the deployment of an improvement process for the numerical models while respecting the constraints inherent to a complex product developed in a rapidly changing industrial environment

L'évaluation et la gestion du bruit constituent aujourd'hui une préoccupation majeure des pouvoirs publics, qui s'est concrétisée au niveau européen par l'adoption de la directive 2002/49/CE. Les états doivent cartographier acoustiquement les villes et les axes de transports terrestres les plus importants. La volonté d'utiliser une méthode commune a débouché sur les projets Harmonoise/Imagine et sur le modèle CNOSSOS, actuellement en cours de développement. La modélisation de l'émission sonore est plus complexe que dans les modèles nationaux utilisés jusqu'ici. Cette complexité a un prix. La mesure au passage utilisée abondamment jusqu'à présent pour la caractérisation de l'émission acoustique des véhicules devient caduque. Une autre méthode est nécessaire pour alimenter ce modèle d'émission plus complexe. Parallèlement au besoin d'une nouvelle technique de mesure, des voix s'élèvent contre l'utilisation des seuls indicateurs moyennés (Lden, Lnight), exigés par la directive européenne. Ces indicateurs, adaptés pour des vitesses de véhicules constantes, sont peu pertinents face à la dynamique du milieu urbain. Ce travail se propose de contribuer à l'émergence d'une nouvelle méthode d'ingénierie, qui puisse caractériser simplement des sources complexes, et de manière dynamique (reconstituer des niveaux fréquentiels continus équivalents variant dans le temps par exemple). Une des principales motivations de cette thèse est aussi l'étude des véhicules étendus (poids lourds, bus, tramways) pour lesquels ces besoins sont les plus criants.

Une méthode systématique permettant d'identifier et de hiérarchiser les sources sonores soit la méthode d'analyse des chemins de transfert en condition opérationnelle (OTPA) d'un véhicule récréatif a été investiguée. Elle a permis d'identifier et d'hiérarchiser les sources et les chemins de transfert dominants selon un critère de moyenne du niveau global avec pondération C des contributions sur tous les régimes d'opération. Des solutions basées sur les règles de l'art du domaine de la vibro-acoustique ont ensuite été appliquées sur ces sources et chemins de transfert dominants. Une validation expérimentale sur les composants individuels a été accomplie afin de quantifier le niveau d'amélioration. La mise en oeuvre de ces composants modifiés et installés sur le véhicule a permis de réduire de façon majeure le niveau sonore perçu pour le conducteur et le passager du véhicule en plus d'en augmenter la qualité subjective. Avec la même méthodologie, la hiérarchisation de ces sources a permis de confirmer la diminution importante du contenu fréquentiel en moyenne et haute fréquence. Cependant, le niveau global à l'opérateur n'a pas toujours diminué, conséquence d'une augmentation du niveau selon les ordres moteur 1 et 2. Cette hausse de niveau n'est toutefois pas perceptible pour l'utilisateur. Un indice amélioré, tenant compte non seulement du niveau sonore mais aussi de la "perception de qualité sonore" sur lequel la hiérarchisation des sources devrait reposer, doit être développé.

Ce travail de thèse traite du développement d’une antenne microphonique compacte et d’une chaîne de traitement du signal dédiée, pour la reconnaissance et la localisation angulaire de cibles aériennes. L’approche globale proposée consiste en une détection initiale de cible potentielle, la localisation et le suivi de la cible, et une détection affinée par un filtrage spatial adaptatif informé par la localisation de la cible. Un algorithme original de localisation goniométrique est proposé. Il utilise l’algorithme RANSAC sur des données pression-vitesse large bande [100 Hz - 10 kHz], estimées en temps réel, dans le domaine temporel, par des différences et sommes finies avec des doublets de microphones à espacements inter-microphoniques adaptés à la fréquence. L’extension de la bande passante de l’antenne en hautes fréquences est rendue possible par l’utilisation de différences finies d’ordre élevé, ou de variantes de la méthode PAGE (Phase and Amplitude Gradient Estimation) adaptées à l’antenne développée. L’antenne acoustique compacte ainsi développée utilise 32 microphones MEMS numériques répartis dans le plan horizontal sur une zone de 7.5 centimètres, selon une géométrie d’antenne adaptée aux l’algorithmes de localisation et de filtrage spatial employés. Des essais expérimentaux de localisation et de suivi de trajectoire contrôlée par une sphère de spatialisation dans le domaine ambisonique ont montré une erreur de localisation moyenne de 4 degrés. Une base de données de signatures acoustiques de drones en vol a été créée, avec connaissance de la position du drone par rapport à l’antenne microphonique apportée par des mesures GPS. L’augmentation des données par bruitage artificiel, et la sélection dedescripteurs acoustiques par des algorithmes évolutionnistes, ont permis de détecter un drone inconnu dans un environnement sonore inconnu jusqu’à 200 mètres avec le classifieur JRip. Afin de faciliter la détection et d’en augmenter la portée, l’étape de détection initiale est précédée d’une formation de voies différentielle dans 4 directions principales (nord, sud, est, ouest), et l’étape de détection affinée est précédée d’une formation de voies de Capon informée par la localisation et le suivi de la cible à identifier
This thesis deals with the development of a compact microphone array and a dedicated signal processing chain for aerialtarget recognition and direction of arrival (DOA) estimation. The suggested global approach consists in an initial detection ofa potential target, followed by a DOA estimation and tracking process, along with a refined detection, facilitated by adaptivespatial filtering. An original DOA estimation algorithm is proposed. It uses the RANSAC algorithm on real-time time-domainbroadband [100 Hz - 10 kHz] pressure and particle velocity data which are estimated using finite differences and sums ofsignals of microphone pairs with frequency-dependent inter-microphone spacings. The use of higher order finite differences, or variants of the Phase and Amplitude Gradient Estimation (PAGE) method adapted to the designed antenna, can extend its bandwidth at high frequencies. The designed compact microphone array uses 32 digital MEMS microphones, horizontally disposed over an area of 7.5 centimeters. This array geometry is suitable to the implemented algorithms for DOA estimation and spatial filtering. DOA estimation and tracking of a trajectory controlled by a spatialization sphere in the Ambisonic domain have shown an average DOA estimation error of 4 degrees. A database of flying drones acoustic signatures has been set up, with the knowledge of the drone’s position in relation to the microphone array set out by GPS measurements. Adding artificial noise to the data, and selecting acoustic features with evolutionary programming have enabled the detection of an unknown drone in an unknown soundscape within 200 meters with the JRip classifier. In order to facilitate the detection and extend its range, the initial detection stage is preceded by differential beamforming in four main directions (north, south, east, west), and the refined detection stage is preceded by MVDR beamforming informed by the target’s DOA

Dans de nombreux pays, le taux de mortalité des motocyclistes est beaucoup plus élevé que celui des autres conducteurs de véhicules. Parmi de nombreux autres facteurs, les collisions arrière des motocyclettes contribuent fortement à ces décès de motards. Les systèmes de détection de collision peuvent être utilisés pour minimiser ces accidents mortels. Cependant, la plupart des systèmes de détection de collision existants n'identifient pas le type de danger potentiel auquel sont exposés les motocyclistes. Chaque système d'alerte de collision utilise une technique de détection de collision distincte, ce qui limite ses performances et rend impératif l'étude de son efficacité. Malheureusement, aucun travail de ce type n'a été signalé dans ce domaine particulier pour les motocyclistes. Par conséquent, il est important d'étudier la réponse physiologique du motocycliste contre ces systèmes d'alerte de collision. Dans cette recherche, une méthode de détection et de classification des véhicules approchant par l'arrière est présentée. Pour la détection de collision, une approche basee vision et la technique basee sur le son ont été utilisées. Pour les techniques visuelles et acoustiques, des caractéristiques d'apparence et de spectre de puissance ont été utilisées, respectivement, pour détecter le véhicule qui s'approche à l'extrémité arrière de la motocyclette. En ce qui concerne la classification des véhicules, seule une technique acoustique est utilisée; un spectre de puissance acoustique et des caractéristiques énergétiques sont utilisés pour classer les véhicules qui approchent. Deux types d'ensembles de données, à savoir des ensembles de données acquises durant ce travail (obtenues en plaçant une caméra à l'arrière d'une motocyclette) et des ensembles de données disponibles telechargeables (pour la détection visuelle et pour la classification audio des véhicules) sont utilisés pour la validation. La méthodologie proposée a permis de détecter et de classer les véhicules pour des ensembles de données acquises durent cette these. De même, pour les ensembles de données disponibles , le taux positif vrai le plus élevé et le taux de détection faux le plus faible ont été atteints par rapport aux méthodes de l etat de l art. En outre, une étude physiologique basée sur le potentiel lié à l'événement (ERP) a été réalisée sur les motocyclistes afin d'étudier leurs réponses vis-à-vis du système d'alerte de collision arrière. Deux types d'avertissements auditifs (c'est-à-dire verbal et buzzer) sont utilisés pour ce système d'avertissement. Pour étudier la réponse des motocyclistes, les composantes N1, N2, P3 et N400 ont été extraits des données d'électroencéphalographie (EEG). Ces systèmes d avertissement ont montré des effets positifs au niveau des neuronal sur les motocyclistes et réduisent leur temps de réaction et les ressources attentionnelles nécessaires pour traiter correctement la cible. En résumé, le système d'avertissement de collision par l'arrière proposé avec des avertissements verbaux auditifs augmente considérablement la vigilance du motocycliste et peut être utile pour éviter les scénarios possibles de collision arrière
In many countries, motorcyclist fatality rate is much higher than that of other vehicle drivers. Among many other factors, motorcycle rear-end collisions are also contributing to these biker fatalities. Collision detection systems can be used to minimize these fatalities. However, most of the existing collision detection systems do not identify the type of potential hazard faced by motorcyclists. Every collision warning system used a distinctive collision detection technique, which limits its performance and makes it imperative to study its effectiveness. Unfortunately, no such work has been reported in that particular domain for motorcyclists. Therefore, it is important to study the physiological response of the motorcyclist against these collision warning systems. In this research, a rear end vehicle detection and classification method is presented for motorcyclists. For collision detection, vision technique and acoustic technique have been used. For visual and acoustic techniques, appearance features and power spectrum have been used, respectively, to detect the approaching vehicle at the rear end of the motorcycle. As for the vehicle classification, only an acoustic technique is utilized; an acoustic power spectrum and energy features are used to classify the approaching vehicles. Two types of datasets which are comprised of self-recorded datasets (obtained by placing a camera at the rear end of a motorcycle) and online datasets (for vision-based vehicle detection and for audio based vehicle classification techniques) are used for validation. Proposed methodology successfully detected and classified the vehicle for self-recorded datasets. Similarly, for online datasets, the higher true positive rate and less false detection rate has been achieved as compared to the existing state of the art methods. Moreover, an event-related potential (ERP) based physiological study has been performed on motorcyclists to investigate their responses towards the rear end collision warning system. Two types of auditory warnings (i.e., verbal and buzzer) are used for this warning system. To study the response of the motorcyclists, the N1, N2, P3, and N400 components have been extracted from the Electroencephalography (EEG) data. These introduced systems have shown positive effects at neural levels on motorcyclists and reduce their reaction time and attentional resources required for processing the target correctly. In summary, the proposed rear-end collision warning system with auditory verbal warnings significantly increases the alertness of the motorcyclist and can be helpful to avoid the possible rear-end collision scenarios

L'ÉVALUATION ET LA GESTION DU BRUIT CONSTITUENT AUJOURD'HUI UNE PRÉOCCUPATION MAJEURE DES POUVOIRS PUBLICS, QUI S'EST CONCRÉTISÉE AU NIVEAU EUROPÉEN PAR L'ADOPTION DE LA DIRECTIVE 2002/49/CE. UN MODÈLE D'INGÉNIERIE EUROPÉEN EST EN COURS D'ÉLABORATION. AFIN DE FACILITER SON UTILISATION, UNE MÉTHODE SIMPLIFIÉE POUR MESURER LES DONNÉES D'ÉMISSION DANS CHAQUE PAYS SERAIT LA BIENVENUE. PARALLÈLEMENT À CE BESOIN, LES SEULS INDICATEURS MOYENNÉS (LDEN , LNIGHT ) TROUVENT LEUR LIMITE EN MILIEU URBAIN. UNE MODÉLISATION PLUS FINE PERMETTRAIT AUSSI DE CALCULER DES INDICATEURS ACOUSTIQUES PLUS PERTINENTS. CE TRAVAIL A POUR OBJECTIF DE MODÉLISER LES VÉHICULES (PRINCIPALEMENT ÉTENDUS) PAR DES SOURCES PONCTUELLES ÉQUIVALENTES. ON S'INTÉRESSE TOUT D'ABORD À LA MESURE DE LA HAUTEUR DE SOURCE ÉQUIVALENTE À L'AIDE DE DEUX MICROPHONES. UN DÉVELOPPEMENT SPÉCIFIQUE EST PROPOSÉ POUR LES SOURCES LARGE BANDE, AINSI QU'UN MODÈLE SIMPLIFIÉ POUR LA PRISE EN COMPTE DU MOUVEMENT. UNE NOUVELLE MÉTHODE PLUS GÉNÉRALE EST ENSUITE DÉVELOPPÉE. ELLE PERMET DE CALCULER LE NOMBRE DE SOURCES PONCTUELLES ÉQUIVALENTES, LEUR POSITION ET LEUR SPECTRE, À PARTIR DE LA SIGNATURE AU PASSAGE EN NM MICROPHONES (NM ÉTANT TYPIQUEMENT 3 À 4). SI LA DIRECTIVITÉ DES SOURCES EST CONNUE, ELLE PEUT ÊTRE PRISE EN COMPTE. DES VALIDATIONS EXPÉRIMENTALES SONT ENCORE NÉCESSAIRES. LES DÉVELOPPEMENTS ENVISAGEABLES LES PLUS PROMETTEURS SONT : LA POSSIBILITÉ D'OPTIMISER LA DIRECTIVITÉ DES SOURCES PONCTUELLES ÉQUIVALENTES, L'ADAPTATION DES MODÈLES FRÉQUENTIELS EXISTANTS (RUDNICK ET RASMUSSEN) À DES SOURCES LARGE BANDE EN MOUVEMENT.

Le développement de véhicules autonomes est loin d'être une tâche aisée. Ceci est vrai en particulier pour les véhicules sous-marins car il n'est pas possible de les superviser durant les phases d'essai. Si ce constat est vrai pour un véhicule, il l'est encore davantage dans le cadre de la coopération multi-véhicule, à plus forte raison lorsque ceux-ci sont hétérogènes (aériens, sous-marins, terrestres,. . . ). Dans ce contexte, l'utilisation d'un simulateur Hardware-In-Loop (c'est-à-dire un simulateur capable d'être directement connecté au contrôleur réel des véhicules) s'avère nécessaire pour aborder les problématiques liées à ce type d'expérimentations (localisation des entités, stratégies de commande coordonnée, fusion de données,. . . ) Nous avons donc développé une infrastructure de simulation multi-véhicule hétérogènes, supportant les communications inter-véhicules. Cette thèse expose les motivations, la conception, et la mise en oeuvre de ce système de simulation (appelé Thetis). Des résultats montrant une simulation de mission de coopération entre un véhicule autonome de surface et 2 véhicules autonomes sous-marins sont présentés

Ce mémoire de thèse traite la problématique des émissions vibroacoustiques dès les premières phases de conception de machines électriques dans le but de mettre en œuvre des machines robustes, fiables et surtout efficientes répondant aux contraintes dans un large domaine d’applications et spécialement pour le véhicule électrique et hybride. Ce manuscrit ne s’intéresse pas seulement à l’identification et la mise en exergue de la problématique vibroacoustique mais surtout a apporté des solutions et des éléments de réponse à certaines contraintes. La problématique vibroacoustique étant trop vaste et trop complexe, ce travail de thèse se focalise sur les aspects vibroacoustiques d’origine électromagnétiques. Pour ce faire, les méthodes de réduction de bruit sont présentées mais seules les solutions de réduction passive sont évoquées. Ces solutions se basent sur le dimensionnement et la conception par optimisation de machines électriques performantes et moins bruyantes. Cela nous ramène au cœur de ce travail qui est le développement d’outils et de modèles multi-physique réunissant les critères de généricité, rapidité, précision et facilité de couplage. Dans ce cadre, plusieurs modèles électriques, magnétiques, mécaniques, thermiques, et acoustiques sont présentés. Différentes stratégies de couplages et d’approches de modélisation sont investiguées. Des conclusions sont tirées à chaque fois en fonction des besoins pour le cas d’application
This PhD thesis deals with the issue of vibroacoustic emissions from the first design phases of electrical machines in order to have robust, reliable and above all efficient machines that meet the constraints in a wide range of applications and especially electrical vehicles. This manuscript is not only interested in the identification and highlighting the vibroacoustic problem, but above all to brought solutions and response elements to certain constraints. Knowing that the vibroacoustic problem is too vast and complex, this thesis focuses on vibroacoustic aspects of electromagnetic origin. To do so, the methods of noise reduction are presented but only the passive reduction solutions are used. These solutions are based on the design and optimization of efficient and less noisy electrical machines. This brings us back to the core of this work, which is the development of tools and multi-physics models combining the criteria of genericity, speed, accuracy and simplicity of coupling. In this context, several electric, magnetic, mechanical, thermal and acoustic models are presented. Different coupling strategies and modeling approaches are investigated. Conclusions are drawn each time according to the needs for the application use case

L’atténuation des bruits gênants dans une automobile est classiquement réalisée par ajustement des caractéristiques mécaniques du véhicule : masse, raideur et amortissement. C’est une approche dite passive. Malheureusement, elle induit un ajout de masse important pour traiter les basses fréquences. Le contrôle actif de bruit (atténuation d’un bruit par superposition d’un contrebruit) est actuellement envisagé comme une solution possible à ce problème. L’objectif de cette thèse est d’évaluer les performances atteignables par cette solution. Un système acoustique étant par essence fortement résonant, sa modélisation sur une large plage de fréquence conduit à des modèles d’ordre élevé, pour l’obtention desquels une méthode d’identification appropriée doit être utilisée. C’est la méthode dessous espaces par approche fréquentielle dans le domaine continu qui a été retenue.La traduction du cahier des charges conduit à un problème de régulation multivariable H1 multi-objectif et multi-modèle avec contrainte de stabilité forte. Par ailleurs, actionneurs et capteurs ne sont pas colocalisés et on ne mesure pas la perturbation à rejeter. La volonté d’évaluer au plus près les performances atteignables justifie la résolution du problème par optimisation non lisse. Cette approche évite tout pessimisme, mais nécessite de par son caractère local une bonne initialisation et une structuration du régulateur parcimonieuse.La méthodologie proposée a été validée en simulation et expérimentalement. Elle permet une évaluation et une comparaison précises des performances atteignables en fonction des contraintes sur les mesures et les moyens d’action disponibles
Classical methods used for noise reduction in cars are based on adjusting the mechanical properties: mass, stiffness and damping. They are qualified as passive and induce significative addition of weight for reducing low frequency noises. Active noise control is seen as a possible solution to achieve low frequency noise attenuation and weight reduction.The goal of this work is to evaluate achievable performances with such solution.Acoustic enclosures are known to be resonant systems of highorder. Obtaining a model of it, therefore requires a suitable identification method. The approach chosen is based on subspace methods. It processes data in the frequency domain for obtaining a continuous time model.The control problem derived from the specifications is a MIMO H1, multi-objective and multi-model problem with a strong stability constraint. Futhermore, actuators and sensors are not-colocated, and no measure of the disturbance is available. In order to precisely evaluate the achievable performances, this problem is solved using non smooth optimization.Such approach ensures the absence of pessimism, but requires an appropriate initialization and a parsimonious controller structure, because it does not ensure convergence toward the global optimum. The proposed methodology was validated in simulation and experimentally. It allows a precise evaluation and comparison of achievable performances according to the constraints on available measures and means of action

Pour commercialiser un véhicule, les constructeurs automobiles doivent se soumettre à la réglementation sur le bruit extérieur. Le règlement de la commission économique pour l'Europe, ECE R51.03, spécifie les niveaux admissibles que peut rayonner un véhicule automobile en roulage. Ce règlement est entré en vigueur depuis le 1er juillet 2016 pour remplacer l'ancien règlement ECE R51.02 (changement de méthode d’essai et sévérisation des niveaux de bruit admissibles). La diminution drastique des niveaux sonores tolérés se fait en trois étapes : passage de 74 dB (A) sous l'ancien règlement, à 68 dB (A) en 2024. Par conséquent, les constructeurs ainsi que les fournisseurs automobiles seront confrontés à un grand défi pour atteindre cet objectif. Ainsi, l'objectif de ces travaux de thèse consiste à développer une aide à la modélisation totale du bruit de passage d’un véhicule, comme le préconisent les essais réglementaires. Le but est de construire des modèles optimaux pour prévoir et évaluer avec précision le bruit que peut rayonner un véhicule en roulage plus tôt dans son cycle de développement, i.e. avant l'étape d'industrialisation. Il faut alors se placer dans la recherche d'un compromis entre précision des estimations, sensibilité aux paramètres, robustesse de la méthode et efficacité numérique
Currently, to put a vehicle on market, car manufacturers must comply to a certification test of exterior noise. The regulation of the United Nations Economic Commission for Europe, ECE R51-03, specifies permissible levels a rolling motor vehicle can emit. This regulation is applied since July 1st, 2016, to replace the old regulation ECE R51-02 (test method change and tightening of permissible levels). The drastic reduction in noise levels will be done in 3 steps: from 74 dB (A) under the old regulation to 68 dB (A) in 2024. Therefore, manufacturers as well as their suppliers will face a great challenge to achieve this goal. The objective of this thesis is to develop an aid to the modeling of the pass-by noise of a vehicle, as called for in regulatory testing. The goal is to predict and evaluate accurately the noise emissions earlier in the vehicle development cycle, i.e. before the industrialization stage. We must then seek a trade-off between accuracy of estimates, sensitivity to parameters, robustness of the method and numerical efficiency

Les travaux présentés s'intéressent à la discrimination en immersion d'une source acoustique sous-marine monochromatique ultra basse fréquence (UBF, 0-500 Hz) à l'aide d'une antenne horizontale d'hydrophones. La discrimination en immersion consiste à déterminer si un signal reçu a été émis à proximité de la surface ou par une source immergée. Cette problématique est particulièrement intéressante pour la lutte sous-marine (discrimination entre bâtiments de surface et sous-marins) ou la biologie marine (discrimination entre espèces vocalement actives à la surface et en profondeur). Le champ acoustique généré par une source UBF peut être décomposé en modes, dont les caractéristiques dépendent de l'environnement et de la position de la source. Cette propagation modale est source de dispersion modale : les différents modes se propagent à différentes vitesses. Cela empêche d'utiliser les techniques classiques de traitement d'antenne. Cependant, l'antenne horizontale peut être utilisée comme un filtre spatial pour estimer les propriétés des différents modes : on parle alors de filtrage modal. Si l'antenne est suffisamment longue, les modes sont résolus et les modes filtrés peuvent servir à localiser la source (matched-mode processing). Dans le cas d'une antenne trop courte, les modes sont mal filtrés et la localisation est impossible. Nous cherchons donc une information moins précise mais plus robuste sur la position de la source, d'où le problème de la discrimination en immersion.Dans ces travaux, nous cherchons à exploiter les modes mal filtrés pour prendre une décision sur le caractère immergé ou non de la source. Nous proposons de baser cette décision sur la valeur estimée du taux d'énergie piégée, i.e. la proportion de l'énergie acoustique qui est portée par les modes piégés. Le problème de la discrimination est alors posé comme un test d'hypothèses binaire sur la profondeur de la source. Cette formulation physique du problème permet d'utiliser des méthodes de Monte Carlo pour prédire, à l'aide de simulations, les performances en discrimination dans un contexte donné. Cela permet de comparer diverses méthodes d'estimation du taux d'énergie piégée, et surtout de choisir un seuil auquel comparer ce taux pour décider si la source est en surface ou immergée.La méthode développée pendant la thèse est validée sur des données expérimentales marines. Les résultats alors obtenus sont cohérents avec les conclusions tirées des simulations. La méthode proposée permet notamment d'identifier avec succès une source de surface (le bruit d'un navire en déplacement) ainsi qu'une source immergée (une source UBF tractée à 30 m de profondeur), à l'aide d'une antenne horizontale de 360 m
This work focuses on acoustic source depth discrimination in the ultra-low frequency range (ULF, 0-500 Hz), using a horizontal line array. Depth discrimination is a binary classification problem, aiming to evaluate whether a received signal has been emitted by a source near the surface or by a submerged one. This could serve applications such as anti-submarine warfare or marine biology.The acoustic field generated by a ULF source can be described as a sum of modes, which properties depend on environment and source location. This modal propagation leads to modal dispersion: the different modes propagate at different velocities. This forbid the use of classical beamforming schemes. However, the horizontal array can be used as a spatial filter to estimate the properties of the modes: this is modal filtering. With a sufficient array length, modes are resolved, and the filtered modes can be used to localise the source using matched-mode processing. If the array is too short, the poorly-filtered modes cannot be used for localisation. Therefore, we are looking for a less precise but more robust information on source location, which leads to source depth discrimination.In this work, the poorly-filtered modes are used to decide whether the source is near the surface or submerged. Because some of the modes (the "trapped modes") are weakly excited by a surface source, we propose this decision relies on the estimation of the trapped energy ratio, i.e. the ratio of acoustic energy borne by trapped modes to the total acoustic energy. The problem of depth discrimination is then formulated as a binary hypothesis test on source depth. This physical formulation allows using Monte-Carlo methods and simulations to predict performance in a given context. This enables comparison between several estimators of the trapped energy ratio and the choice of a relevant threshold which this ratio is compared to in order to decide between the two hypotheses. The approach developped in the manuscript is validated by its application to marine experimental data. The results are consistent with the conclusions drawn from simulations. The proposed method enables the succesfull identification of both a surface source (the noise of a travelling ship) and a submerged source (a ULF source towed 30 m below the surface), using a 360-m horizontal array

The present research is an experimental and numerical study of aeroacoustic phenomena occurring in large solid rocket motors (SRM) as the Ariane 5 boosters. The emphasis is given to aeroacoustic instabilities that may lead to pressure and thrust oscillations which reduce the rocket motor performance and could damage the payload. The study is carried out within the framework of a CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) research program.

Large SRM are composed of a submerged nozzle and segmented propellant grains separated by inhibitors. During propellant combustion, a cavity appears around the nozzle. Vortical flow structures may be formed from the inhibitor (Obstacle Vortex Shedding OVS) or from natural instability of the radial flow resulting from the propellant combustion (Surface Vortex Shedding SVS). Such hydrodynamic manifestations drive pressure oscillations in the confined flow established in the motor. When the vortex shedding frequency synchronizes acoustic modes of the motor chamber, resonance may occur and sound pressure can be amplified by vortex nozzle interaction.

Original analytical models, in particular based on vortex sound theory, point out the parameters controlling the flow-acoustic coupling and the effect of the nozzle design on sound production. They allow the appropriate definition of experimental tests.

The experiments are conducted on axisymmetric cold flow models respecting the Mach number similarity with the Ariane 5 SRM. The test section includes only one inhibitor and a submerged nozzle. The flow is either created by an axial air injection at the forward end or by a radial injection uniformly distributed along chamber porous walls. The internal Mach number can be varied continuously by means of a movable needle placed in the nozzle throat. Acoustic pressure measurements are taken by means of PCB piezoelectric transducers. A particle image velocimetry technique (PIV) is used to analyse the effect of the acoustic resonance on the mean flow field and vortex properties. An active control loop is exploited to obtain resonant and non resonant conditions for the same operating point.

Finally, numerical simulations are performed using a time dependent Navier Stokes solver. The analysis of the unsteady simulations provides pressure spectra, sequence of vorticity fields and average flow field. Comparison to experimental data is conducted.

The OVS and SVS instabilities are identified. The inhibitor parameters, the chamber Mach number and length, and the nozzle geometry are varied to analyse their effect on the flow acoustic coupling.

The conclusions state that flow acoustic coupling is mainly observed for nozzles including cavity. The nozzle geometry has an effect on the pressure oscillations through a coupling between the acoustic fluctuations induced by the cavity volume and the vortices travelling in front of the cavity entrance. When resonance occurs, the sound pressure level increases linearly with the chamber Mach number, the frequency and the cavity volume. In absence of cavity, the pressure fluctuations are damped.

Doctorat en sciences appliquées
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Les travaux de ce mémoire portent sur la modélisation électromagnétique analytique de la machine synchrone à rotor bobiné (MSRB). Cette machine est utilisée pour la traction automobile des véhicules électriques du constructeur Renault. Afin de conserver les atouts de confort et de satisfaction client, les moteurs électriques conçus pour ces véhicules doivent être silencieux. Ainsi, la compréhension et la maîtrise des origines du bruit magnétique ainsi que sa réduction sont indispensables en phase de prédimensionnement de ces moteurs électriques. C’est dans ce cadre que s’inscrivent ces travaux de recherche. Dans la première partie de ce manuscrit, la problématique de la thèse est exposée. Ensuite, les origines du bruit magnétique dans les moteurs électriques sont abordées. De même, les notions d’acoustique indispensables pour comprendre le rayonnement du bruit et la sensibilité de l’oreille humaine aux sons émis sont rappelées. Afin de choisir l’approche de modélisation de la machine, un état de l’art des méthodes de modélisation électromagnétique de la machine est présenté. Ces différentes méthodes sont évaluées sur leur capacité de modéliser la double saillance de la machine, la saturation magnétique et la progressivité de la forme du pôle de la machine. Sans oublier, les critères de simplicité de mise en œuvre et de souplesse de la méthode. La première contribution scientifique de ces travaux est la modélisation électromagnétique analytique de la machine synchrone à rotor bobiné par la méthode des transformations conformes. Cette modélisation rend possible la prise en compte de la double saillance de la machine pour une finalité vibroacoustique. Les pressions magnétiques radiales et orthoradiales source du bruit magnétique sont évaluées et comparées à celles issues des éléments finis.La seconde contribution scientifique est la prise en compte de la saturation magnétique dans le modèle analytique de la machine. Cela est réalisé en introduisant une fonction d’escalier de coefficients de saturation magnétique. Ces coefficients permettent de corriger le niveau d’induction magnétique du modèle linéaire en face des dents stator afin de prédire correctement le niveau d’induction en saturé. La dernière partie de ces travaux est dédiée aux essais expérimentaux. Les essais vibroacoustiques du GMPé (Groupe Moto Propulseur électrique) sont présentés. L’évolution des harmoniques de pressions acoustiques mesurés est comparée à celle des harmoniques de pressions magnétiques calculées par le modèle électromagnétique et les éléments finis. Différents cas de fonctionnement de la machine sont couverts et l’effet de la fréquence de découpage sur les harmoniques principales de pressions magnétiques et acoustiques est abordé
This thesis focuses on the electromagnetic design of the wound salient pole rotor synchronous machine. This machine is used for the traction of electric vehicles made by Renault Group. To ensure comfort and customer satisfaction, electric motors designed for these vehicles must be silent. Thus, understanding and mastering the origins of magnetic noise and its reduction are essential in the pre-design phase of these motors. This research is being carried out within this scope. The purpose of this thesis is explained in the first part of this work, . Then, the origins of magnetic noise in electric motors are discussed. In addition, with a view to have a better understanding of noise and the sensitivity of the human ear to the sounds emitted, the fundamental concepts of acoustics are recalled. In order to choose the design approach of the motor, a state-of-the-art of electromagnetic design methods is presented. These different methods are evaluated on their ability to consider the doubly salient effect of the motor, the magnetic saturation and the shape of the rotor pole. Besides, the simplicity of the approach to be implemented is an additional characteristic. The first scientific contribution of this work is the analytical electromagnetic model of wound salient pole rotor synchronous machine using conformal mapping. This model made it possible to take into account the doubly salient effect of the machine for a vibroacoustic purpose. The radial and orthoradial magnetic stress components which cause the magnetic noise are evaluated and compared with those from finite elements simulations. The second scientific contribution is the consideration of magnetic saturation by the analytical model of the machine. This was achieved by introducing a step function of local magnetic saturation coefficients. These coefficients make it possible to reduce the flux density of the linear model in front of each stator tooth in order to correctly predict the flux density in saturated conditions of the machine. The last part of this work is dedicated to experimental testing. The vibroacoustic experimental analysis of the electric powertrain are presented. Measured acoustic pressure harmonics is compared to magnetic pressure harmonics calculated by the electromagnetic model and finite elements simulations. Different operating points of the machine are studied and the effect of the switching frequency on the main harmonics of magnetic and acoustic pressures is addressed