Controle ativo de ruído em veículos e seu impacto na qualidade sonora

• Main Author: Leopoldo Pisanelli Rodrigues de Oliveira
• Other Authors: Paulo Sergio Varoto
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2007
• Subjects: Controle ativo; Qualidade sonora; Vibroacústica; Active control; Sound quality; Vibro-acoustics
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-12122007-074333/

A crescente demanda por reduções nos níveis de ruído gerados por veículos, e, mais recentemente, pela melhoria na qualidade sonora, aliada às penalidades associadas ao espaço e peso das soluções passivas, sugerem o uso de técnicas de controle ativo de ruído. O projeto de sistemas ativos deve fazer parte do desenvolvimento de produto desde sua fase de concepção para que tais soluções sejam aplicadas em nível industrial. Portanto, propõem-se metodologias de simulação para o projeto de sistemas de controle de ruído. Modelos vibroacústicos em elementos finitos são reduzidos e formulados em espaço de estados para permitir a simulação do sistema em malha fechada. Os modelos envolvidos permitem a inclusão da dinâmica de sensores e atuadores para que o desempenho seja previsto de forma acurada. As vantagens do uso de simulação de sistema de controle de ruído, além da redução de custo e tempo de projeto, permite o desenvolvimento de sistemas ativos onde estrutura e controle são desenvolvidos de forma simultânea. O procedimento de simulação é validado experimentalmente, tanto para malha aberta quanto para malha fechada, com o uso de uma geometria simplificada de veículo. Graças à redução dos modelos originais, é possível utilizar técnicas de otimização, onde a interação entre a estrutura e o controle são considerados de forma simultânea, resultando em um sistema ativo com desempenho superior a sistemas desenvolvidos separadamente. Através dos resultados obtidos com a otimização observam-se os parâmetros conflitantes e as decisões de compromisso envolvendo o controle de transmissão de ruído em veículos. Demonstra-se, que um sistema de controle estrutural, descentralizado, de alimentação de velocidade, oferece praticidade de implementação e desempenho satisfatório. Finalmente, o impacto do controle ativo na percepção dos ocupantes é avaliado por meio de métricas objetivas de qualidade sonora, como tonalidade e nível de pressão sonora. === The demands for improvement in sound quality and noise reduction generated by vehicles are steadily increasing, as are the penalties for space and weight of passive control solutions. This scenario suggests the use of active noise control. In order to bring active solutions to industrial level applications, the design of such systems should be part of the product development cycle. Therefore, methodologies for simulating and designing such active solutions are proposed. These models should allow the inclusion of sensors and actuators models, if accurate performance indexes are to be accessed. The challenge thus resides in deriving reasonable sized models that integrate structural, acoustical, and even sensor/actuator models in the controller algorithm simulation. The proposed modelling procedure coupe with this challenge, and besides the advantages on the cost and time reduction in the development phase, it allows the development of active systems with structure and controllers being designed concurrently. An experimental validation is performed using data obtained from simplified car geometry. Thanks to the reduced models, it is possible to run optimization routines in which the interaction of structure and control is considered, thus resulting in an improved system when compared to conventional stepwise procedure. The optimization results presented give some insights on the problem of designing active noise controllers for transmission loss in vehicles. It is shown that, a purely structural decentralized velocity feedback controller can offer both, easy practical implementation and satisfactory noise reduction. Also, the impact of the active control on the perceived noise reduction is evaluated with objective sound quality metrics, such as sound pressure level and specific loudness.