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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2017.tde-10062020-170830
Document
Author
Full name
Jaime Alberto Mosquera Sanchez
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Oliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues de (President)
Desmet, Wim
Lopes Júnior, Vicente
Marques, Flavio Donizeti
Rade, Domingos Alves
Sas, Paul
Title in English
Sound quality driven active control of periodic disturbance for hybrid vehicles
Keywords in English
hybrid electric vehicle
multi-objective sound quality optimization
multichannel active sound quality control
periodic disturbance
sound quality
Abstract in English
Hybrid and electric vehicles (HEVs) arise as a response of the automotive industry to the quest of implementing clean and sustainable propulsion, face to the potential scarcity of fossil fuels. The integration of the electric motor to the powertrain in this sort of vehicles presents acoustic stimuli that elicit new perceptions. The large number of spectral components, as well as the bandwidth of the hybrid electric powertrain noise, pose new challenges to current noise, vibration and harshness approaches. None of the state-of-the-art techniques is able to simultaneously tackle low-, mid- and high-frequency issues, and probably just a handful of them take the auditory perception as a fundamental design criteria. This research proposes a framework for enhancing the sound quality (SQ) of the hybrid electric powertrain noise that is perceived inside the passenger compartment. The proposed method relies on the extensive use of active noise equalizer systems, which are capable of modifying the SQ of harmonic disturbances by means of profiling their magnitude and relative-phase functions. An extension of single-channel active noise equalizers to multichannel environments has been developed and the challenges related to cross-channel interferences tackled, which allows simultaneous active sound profiling for a number of listeners. In addition, as Loudness, Roughness, Sharpness and Tonality are the most relevant SQ metrics for HEVs noise, they have been used as performance metrics in the concurrent optimization analysis that drives the control design method. The proposed method is verified experimentally with realistic hybrid electric powertrain noise, by attaining SQ improvement for either single or multiple locations within a scaled vehicle mock-up. The results show success rates in excess of 90%, which indicate the proposed method is promising, not only for HEVs noise, but also for a variety of periodic disturbances with similar features.
Title in Portuguese
Controle ativo de distúrbios harmônicos em veículos híbridos orientado por métricas de qualidade sonora
Keywords in Portuguese
controle ativo multicanal de qualidade sonora
distúrbio periódico
otimização multi-objetivo de qualidade sonora
qualidade sonora
veículo elétrico híbrido
Abstract in Portuguese
Veículos elétricos e híbridos surgem como uma resposta da indústria automotiva ao desafio de se implementarem tecnologias limpas e sustentáveis de propulsão, em função do potencial esgotamento de combustíveis fósseis. A integração do motor elétrico ao trem-de-força neste tipo de veículos apresenta novas sensações auditivas aos passageiros. A grande quantidade de componentes espectrais, bem como a largura de banda que esse tipo de ruído abrange, caracterizam-se como desafios para as atuais abordagens de controle de ruído, vibração e aspereza veicular. Nenhuma das técnicas atuais abrange problemas vibro-acústicos de baixas, médias e altas frequências simultaneamente, ao tanto que poucos métodos encaram esses aspectos do ponto de vista da percepção humana. Esta pesquisa propõe uma metodologia para melhoria da qualidade sonora do ruído gerado por trens de força híbridos, percebido pelos passageiros no interior de veículos. O método proposto baseia-se no uso extensivo de sistemas ativos de equalização de ruído, que se mostram capazes de promover a melhoria da qualidade sonora de distúrbios harmônicos, por meio da manipulação das funções de magnitude e de fase relativa. Uma extensão destes sistemas para ambientes multicanal também foi desenvolvida, na base da solução de desafios relativos às interferências entre canais. Métricas objetivas de qualidade sonora (Loudness, Roughness, Sharpness e Tonality) são utilizadas para se avaliar o desempenho, bem como guiar o processo de otimização concorrente, que é parte da metodologia proposta para o desenvolvimento destes controladores. A verificação das técnicas propostas é realizada por meio de experimentos, usando estímulos auditivos realísticos de trens de força híbridos, que visam promover a melhoria da qualidade sonora em uma ou mais posições no interior da cabine. Os resultados apresentam percentagens de sucesso acima de 90%, o que demonstra que a metodologia proposta é promissora, não somente para controle de ruído de trens-de-força híbridos, mas também quaisquer distúrbios periódicos com características similares.
 
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Publishing Date
2020-06-15
 
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