Brevet FR2953346A1 — publié le 20110603

-1- La présente invention concerne la réduction du bruit électromagnétique, notamment dans le domaine automobile et plus particulièrement dans le domaine des véhicules hybrides. On connait un véhicule automobile comprenant un convertisseur énergétique haute puissance. Un tel convertisseur forme une source de bruit qui se propage par irradiation et conduction. En effet, un tel convertisseur comprend des composants électroniques à basculement rapide générant un bruit large bande. Le bruit conduit se propage dans les câbles et la structure du véhicule. Le bruit irradié se propage sous la forme d'une onde électromagnétique. Le bruit électromagnétique irradié perturbe un signal, dit d'intérêt, à destination, d'une antenne de réception du véhicule. Ainsi, ce signal d'intérêt est corrompu par le bruit électromagnétique irradié. Une telle source de bruit engendre donc un problème de confort car elle perturbe la réception radiophonique du véhicule. L'invention a pour but d'améliorer le confort des utilisateurs du véhicule. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réduction de bruit électromagnétique, comprenant û au moins un capteur de mesure d'un bruit conduit généré à partir d'au moins une source de bruit, une unité de réduction d'un bruit irradié, dit modifié, sur un signal d'intérêt bruité par le bruit irradié modifié, l'unité de réduction comprenant des moyens de détermination du signal d'intérêt dé-bruité à partir du signal d'intérêt bruité, les moyens de détermination comprenant des moyens d'estimation du bruit irradié modifié à partir du bruit conduit. Le dispositif selon l'invention permet de supprimer le bruit du signal d'intérêt et donc de supprimer les problèmes liés au confort des utilisateurs du véhicule. En effet, le bruit conduit mesuré par le capteur permet d'estimer tout d'abord le bruit irradié car le bruit conduit mesuré est une image de la totalité ou d'une partie du bruit irradié. Il est donc possible, à partir du bruit conduit, d'estimer le bruit irradié et donc de déterminer le signal d'intérêt dé-bruité à partir du bruit conduit et du signal d'intérêt bruité. En outre, le bruit irradié peut être modifié par l'environnement du véhicule, notamment par le chassis du véhicule. Ainsi, le bruit initialement irradié par la source de bruit, appelé bruit irradié initial, est différent du bruit irradié, appelé bruit irradié modifié, qui perturbe réellement l'antenne de réception. Grâce aux moyens d'estimation du signal irradié modifié à partir du bruit conduit, le signal d'intérêt est dé-bruité du bruit modifié perturbant réellement l'antenne recevant le signal d'intérêt. 2953346 -2- De plus, l'environnement modifiant le bruit initial présente des caractéristiques sensiblement constantes au cours du temps et indépendantes des signaux et du bruit. Le signal et le bruit peuvent être soit quasi-stationnaires, voire stationnaires ou à variation lente (non-stationnaires). Le dispositif permet d'estimer une fonction de transfert entre le 5 bruit conduit et le bruit irradié de façon continue afin de s'adapter en permanence aux éventuelles variations de l'environnement du dispositif. Selon une autre caractéristique optionnelle, le capteur comprend une bobine de type Rogowski. Un tel capteur est uniquement sensible au bruit conduit. 10 Généralement, la source de bruit conduit comprend un convertisseur énergétique ou continu-continu comprenant des composants de commutation générant un signal comprenant des harmoniques sur une bande de fréquences relativement large. Le bruit irradié est également généré à partir du convertisseur. Le bruit irradié est émis par des conducteurs du signal émis par le convertisseur. Ces conducteurs forment, au passage 15 du signal émis par le convertisseur, une antenne émettant le bruit irradié initial. Le convertisseur génére un signal allant du continu jusqu'à la bande de fréquence correspondant à la bande de réception AM (modulation d'amplitude), voire même au-delà. Les composantes basses fréquences, dite fréquences énergétiques, du bruit ont une puissance très élevée. Ces fréquences énergétiques masquent complètement le bruit 20 dans la bande AM où la puissance du bruit est relativement faible. Toutefois, dans la bande AM, la puissance du bruit est suffisamment forte pour corrompre l'antenne de réception du véhicule. Il est donc préférable d'obtenir une bonne mesure du bruit dans la bande de fréquences du signal d'intérêt à débruiter, c'est-à-dire dans la bande de fréquences supérieures aux fréquences énergétiques. Une telle bobine agit comme un 25 filtre passe-haut présentant une fréquence de coupure relativement basse et inférieure à 500 kHz. Ainsi, le capteur ne mesure que les fréquences comprises dans un intervalle de fréquences prédéterminé et supérieures aux fréquences énergétiques qui sont sans intérêt. En outre, une telle bobine est linéaire dans la bande de réception radiophonique en 30 modulation d'amplitude (AM) et n'est pas saturée par le courant qu'elle mesure malgré la valeur élevée que ce dernier peut avoir. De plus, une telle bobine est sensible aux signaux de faible amplitude, et donc au bruit. En outre, un véhicule automobile comprenant de nombreux composants 35 électroniques utilisant des courants élevés, un capteur contenant un matériau ferromagnétique saturerait et présenterait un comportement non-linéaire et hystérétique. 2953346 -3- Une bobine de type Rogowski ne présente pas ces inconvénients car elle ne comprend qu'un tore comprenant un matériau dielectrique ou un tore d'air. Avantageusement, les moyens d'estimation du bruit irradié modifié à partir du bruit conduit comprennent un filtre adaptatif. 5 Un tel filtre est par exemple, du type filtre de Wiener et est particulièrement adapté pour le dé-bruitage, notamment lorsque les signaux et le bruit sont quasi-stationnaires, voire stationnaires ou à variation lente. Selon une autre caractéristique optionnelle du dispositif, il comprend des moyens de conversion du signal d'intérêt bruité et/ou du bruit conduit mesuré depuis un mode 10 analogique vers un mode numérique, les moyens de conversion étant agencés en amont des moyens de détermination du signal d'intérêt dé-bruité. Le passage d'un mode analogique vers un mode numérique ainsi que l'utilisation d'une étape de sous-échantillonage permet de réduire le nombre de données à manipuler ainsi que le temps de traitement du signal d'intérêt bruité par les moyens de 15 détermination. Selon d'autres caractéristiques optionnelles du dispositif: û Le dispositif comprend des moyens de sélection d'une fréquence de réception d'un signal radiofréquence. Ces moyens de sélection comprennent notamment un tuner radio. Ils permettent la sélection de la fréquence de la station de radio désirée. 20 û Le dispositif comprend des moyens de combinaison entre le signal d'intérêt bruité et/ou le bruit conduit mesuré et/ou le signal d'intérêt dé-bruité avec un signal de conversion présentant une fréquence de conversion, en un signal intermédiaire d'intérêt bruité et/ou un bruit intermédiaire conduit mesuré et/ou un signal intermédiaire d'intérêt dé-bruité présentant une fréquence intermédiaire unique. Dans le cas où le signal est 25 converti en mode numérique, le signal intermédiaire d'intérêt bruité peut être obtenu par simple multiplication. Cela évite notamment l'utilisation de composants analogiques non-linéaires. Un autre avantage est l'amélioration de la sélectivité en fréquence du filtrage. En effet, la largeur de bande augmentant avec la fréquence, il est plus facile de filtrer et 30 d'obtenir une bonne sélectivité en utilisant le signal intermédiaire d'intérêt bruité qui présente une fréquence inférieure à la fréquence ou aux fréquences du signal d'intérêt bruité. Les moyens de combinaison et les moyens de sélection sont mutualisés. Dans le cas où le dispositif de réception du signal d'intérêt bruité est un tuner radio, 35 les différentes fréquences, correspondant par exemple à différentes stations de radio, 2953346 -4- sont converties en la fréquence intermédiaire unique. Ainsi, il est toujours possible de recevoir les différentes stations en ajustant uniquement la fréquence de conversion. Dans ce cas, les moyens de combinaison assurent la fonction de tuner radio. Avantageusement, les moyens de sélection et/ou les moyens de combinaison sont 5 agencés en aval des moyens de détermination du signal d'intérêt dé-bruité. On effectue ainsi le dé-bruitage avant de sélectionner la fréquence de réception du signal radiofréquence ou la fréquence de conversion, notamment dans le cas d'un bruit irradié très élevé. L'invention a également pour objet un procédé de réduction de bruit 10 électromagnétique, dans lequel: ù on mesure au moins un bruit conduit généré à partir d'au moins une source de bruit ; ù on estime un bruit irradié, dit modifié, sur un signal d'intérêt bruité par le bruit irradié modifié, à partir du bruit conduit, le bruit irradié modifié étant obtenu à partir d'un 15 bruit irradié, dit initial, généré à partir de la source de bruit et modifié par un environnement du dispositif, et on détermine le signal d'intérêt dé-bruité à partir du signal d'intérêt bruité et de l'estimation du bruit irradié modifié. Un autre objet de l'invention est un ensemble comprenant : 20 au moins une source de bruit comprenant un convertisseur énergétique et un convertisseur DC/DC; au moins un dispositif de réduction de bruit tel que défini ci-dessus comprenant au moins un capteur du bruit conduit entre le convertisseur énergétique et le convertisseur DC/DC et au moins un capteur du bruit conduit entre le convertisseur 25 énergétique et un moteur électrique. L'invention a encore pour objet un véhicule comprenant un dispositif de réduction de bruit tel que défini ci-dessus ou un ensemble tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans 30 lesquels : la figure 1 représente schématiquement différentes unités fonctionnelles d'un véhicule comprenant un dispositif de réduction de bruit selon l'invention; la figure 2 des variations de la densité d'énergie spectrale d'un signal d'intérêt bruité en fonction de la fréquence; 35 la figure 3 représente schématiquement le dispositif de réduction du bruit de la figure 1 selon un premier mode de réalisation ; 2953346 -5- la figure 4 représente schématiquement représente une partie du dispositif de réduction du bruit de la figure 3; la figure 5 représente une liaison entre un convertisseur DCIDC et un convertisseur énergétique; 5 les figures 6A, 6B représentent deux variantes d'une liaison entre un moteur électrique et un convertisseur énergétique; les figures 7 à 9 représentent un capteur du dispositif de réduction du bruit de la figure 1; les figures 10 à 12 représentent respectivement des courbes de la fonction de 10 transfert des capteurs des figures 5 à 9 sur lesquelles on a représenté des variations de gain en fonction de la fréquence pour des valeurs de fréquences variant entre 150 kHz à 20 MHz; et la figure 13 représente schématiquement un dispositif de réduction du bruit selon un deuxième mode de réalisation. 15 On a représenté sur la figure 1 un schéma d'une installation électrique 10 au sein d'un véhicule 12. Le véhicule 12 est du type hybride. Le véhicule 12 comprend une source énergétique électrique 14 comprenant une batterie 16. Le véhicule 12 comprend également deux sources de bruit comprenant respectivement un convertisseur 18 de tension DCIDC et un convertisseur énergétique 20 20. Chaque source 18, 20 génére un bruit conduit et irradié sous forme électromagnétique. Le véhicule 12 comprend également au moins un dispositif 22 comprenant notamment une partie électrique 24 du moteur du véhicule qui comprend en outre une partie à combustion (non représentée). Des signaux de référence S1,A et S1,B de référence circulent respectivement entre d'une part, la source 20 et le dispositif 22 et, 25 d'autre part, la source 20 et la source 18. Les sources 18, 20 génèrent d'une part, un bruit conduit respectivement Bc,A, Bc,B, transmis par des moyens 26 et, d'autre part, des bruits, dit irradiés, respectivement Bii,A, Bii,B, initiaux émis par les moyens 26 par ondes électromagnétiques. Les bruits irradiés initiaux Bii,A, Bii,B sont modifiés par l'environnement de l'installation 10, ici le chassis du 30 véhicule 12. Ainsi, des bruits irradiés modifiés Bim,A, Bim,B sont obtenus respectivement à partir des bruits irradiés modifiés Bii,A et Bii,B. Les sources de bruit 18, 20 et le dispositif 22 sont reliés entre eux par les moyens 26 de transmission filaires des signaux S1,A, S1,B qui conduisent respectivement les bruits conduits Bc,A, Bc,B et circulant respectivement depuis la source 18 à destination de la 35 source 20 et depuis la source 20 à destination du dispositif 22. 2953346 -6- Le véhicule 12 comprend également un dispositif 28 de réception d'ondes électromagnétiques comprenant une antenne 30, un tuner 32 d'ondes par modulation d'amplitude (AM) dans une bande de fréquences comprises entre 535 kHz et 1605 kHz et une unité 33 de réduction des bruits irradiés modifiés Bim,A, Bim,B sur un signal d'intérêt 5 bruité S2 circulant depuis l'antenne 30 à destination du tuner 32 et de l'unité 33. L'antenne 30 est reliée au tuner 32 et à l'unité 33 de réduction de bruit par des moyens 40 de transmission filaires du signal S2 d'intérêt bruité. L'installation 10 comprend également deux capteurs 44A, 44B respectivement des bruits conduits Bc,A, Bc,B générés par les sources 18, 20 respectivement sur les signaux 10 de référence S1,A, S1,B. On a représenté sur la figure 2 une densité d'énergie spectrale du signal S2 d'intérêt bruité. La densité d'énergie spectrale représente la variation de l'énergie en fonction de la fréquence. On distingue deux bandes B1, B2 de fréquences. La bande B1 correspond à des fréquences comprises sensiblement entre 0 et 500 kHz et la bande B2 correspond à 15 des fréquences comprises sensiblement entre 500 kHz et 2 MHz. La bande B2 correspond à la bande de fréquence de réception radiophonique en modulation d'amplitude (AM). La figure 2 illustre les variations du signal S2 d'intérêt bruité comprenant le signal d'intérêt dé-bruité S3 et les bruits irradiés modifiés Bim,A, Bim,B qui sont représentés par des artefacts d'amplitude relativement petite par rapport à l'amplitude du 20 signal S2 ou S3. En d'autres termes, S2= S3 + Bim,A + Bim,B= S3 + Bim où Bim est fonction des bruits irradiés modifiés Bim,A, Bim,B et représente donc tous les bruits irradiés modifiés. On définit également un bruit conduit total mesuré Bc fonction de Bc,A, Bc,B et représentant donc tous les bruits conduits. En référence à la figure 3, l'unité 33 comprend un filtre passe-bande 46 ainsi que 25 des moyens 48 de conversion (ADC) du bruit conduit Bc et du signal d'intérêt bruité S2 depuis un mode analogique vers un mode numérique. Les moyens 48 de conversion présentent une fréquence d'échantillonnage Fe sensiblement égale au double d'une fréquence maximale Fi des bruits irradiés Bii,A, Bii,B depuis les sources 18, 20. En l'espèce, Fe = 10 MHz dans le cas où Fi -8- ù Les bruits conduits Bc,A, Bc,B et le signal d'intérêt S2 sont tous les trois mesurés. Le nombre de bruits Bc dépend du nombre de sources de bruit dans le véhicule. Ainsi, un capteur de bruit conduit correspond à chaque source. - Les bruits conduits Bc,A, Bc,B et le signal d'intérêt S2 sont tous les trois traités successivement par les filtres 46, les moyens 48, 50 et les filtres 52. Les bruits irradiés modifiés Bim,A, Bim,B sont ensuite estimés par les moyens 66. - Le signal dé-bruité S3 est déterminé grâce aux moyens 68. - La fréquence F5 du signal dé-bruité S3 est sélectionnée grâce aux moyens mutualisés 54, 70. ù Le signal dé-bruité S3 est enfin traité par les moyens 56 et 58. Chaque capteur 44A, 44B est uniquement sensible aux bruits conduits Bc,A, Bc,B et est insensible aux signaux électromagnétiques irradiés. Comme représenté sur la figure 5, le capteur 44A est agencé autour d'un fil conducteur des moyens de transmission filaires 26 entre d'une part, la batterie 16 et le convertisseur 18 et d'autre part, le convertisseur 20. On a représenté sur la figure 6A un unique capteur 44B. Le capteur 44B est agencé autour de l'ensemble des fils de phase conducteurs 2681.3 entre le convertisseur 20 et le dispositif 22. Ainsi, on mesure simplement le bruit conduit Bc,A au moyen d'un unique capteur ce qui est économique. On a représenté sur la figure 6B une variante dans laquelle le capteur 44B comprend trois capteurs 44B1, 44B2, 44B3. Les capteurs 44B1_3 sont identiques entre eux et chacun est agencé autour respectivement d'un fil de phase conducteur 26B1_3 des moyens 26 entre le convertisseur 20 et le dispositif 22. Ainsi, on mesure indépendamment chaque bruit. On effectue également une étape de traitement postérieur comprenant un filtrage adpatatif utilisant tous les bruits mesurés. En référence aux figures 7, 8 et 9, chaque capteur 44 comprend une bobine de type Rogowski 72. La bobine 72 présente une forme générale torique autour d'un axe Z et comprend un support torique 74 creux réalisé en matériau diélectrique recouvert d'un revêtement 76 de protection en matière plastique thermo-réctractable. La bobine 72 comprend deux extrémités 78, 80 ainsi qu'un manchon 82 de raccordement des deux extrémités 78, 80. La bobine 72 comprend également un câble électriquement isolé 84 passant à l'intérieur du support torique 74 et enroulé autour de ce dernier. Le support 74 du capteur 44 présente des diamètres externe De et interne Di sensiblement égaux respectivement à 52 mm et 36 mm. La section transversale présente un diamètre externe Ds d'environ 8 mm. Chaque capteur 44 comprend également des moyens 86 d'intégration 2953346 -9- des variations du signal mesuré par la bobine 72. Ces moyens 86 d'intégration comprennent un condensateur 88 et une résistance 90 représentés sur la figure 7. D'autres caractéristiques de la bobine 72 du capteur 44A sont décrites dans le tableau 1 ci-dessous en référence à la figure 10 sur laquelle on a représenté les variations 5 du gain en fonction de la fréquence pour des valeurs de fréquences variant entre 150 kHz à 20 MHz. Caractéristique Valeur Sensibilité à 1 MHz 0,55 V/A Largeur de bande R=20 0, C=22 nF 10,85 MHz Fréquence centrale FO 2,24 MHz Fréquences de coupure F1, F2 445 kHz et 11,29 MHz Fréquence F3 de gain maximum 844 kHz Perte minimum à la fréquence F3 33,5 dB Impédance d'entrée à 1 MHz 13,2 Ç) Inductance à 1 MHz 1,42 pH Tableau 1 Les diamètres externe De et interne Di du support torique 74 des capteurs 4481.3 sont sensiblement égaux respectivement à 45 mm et 29 mm. D'autres caractéristiques de la bobine 72 des capteurs 44B1_3 sont décrites dans le tableau 2 ci-dessous en référence à la figure 11. Caractéristique Valeur Sensibilité à 1 MHz 0,5 V/A Largeur de bande R=20 0, C=22 nF 12,1 MHz Fréquence centrale FO 2,5 MHz Fréquences de coupure F1, F2 499 kHz et 12,6 MHz Fréquence F3 de gain maximum 1,08 MHz Perte minimum à la fréquence F3 32,7 dB Impédance d'entrée à 1 MHz 15,4 Ç) Inductance à 1 MHz 2,05 pH Tableau 2 Les diamètres externe De et interne Di du support torique 74 du capteur 44B4 sont 20 sensiblement égaux respectivement à 70 mm et 54 mm. D'autres caractéristiques de la bobine selon le premier mode de réalisation sont décrites dans le tableau 3 ci-dessous en référence à la figure 12. Caractéristique Valeur 10 15 2953346 -10- Sensibilité à 1 MHz 0,4 V/A Fréquence F3 de gain maximum 600 kHz Perte minimum à la fréquence F3 35,5 dB Impédance d'entrée à 1 MHz 15,8 Ç) Inductance à 1 MHz 1,3 pH Tableau 3 On a représenté sur la figure 13 une installation selon un deuxième mode de 5 réalisation. Les éléments analogues à ceux représentés sur les figures précédentes sont désignés par des références identiques. Dans ce mode de réalisation, les moyens 54 de traitement fréquentiel sont agencés entre les moyens 48 et les moyens 50. En outre, les moyens 54 de traitement fréquentiel comprennent des moyens 70 de combinaison du signal de référence bruité S2 avec un 10 signal de conversion et du bruit conduit Bc avec un autre signal de conversion. Les moyens 70 de combinaison sont reliés entre eux de façon à ce que les fréquences intermédiaires des signaux issus des moyens 70 soient compatibles, en l'espèce identiques L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits. 15 Le dispositif pourra comporter un unique capteur de bruit conduit utilisé pour le dé- bruitage du signal de réception radiophonique dans le véhicule. REVENDICATIONS1. Dispositif de réduction de bruit électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend: û au moins un capteur (44A, 44B) de mesure d'un bruit conduit (BC,A, BC,B) généré à partir d'au moins une source (18, 20) de bruit , û une unité de réduction (33) d'un bruit irradié (Bim,A, Bim,B), dit modifié, sur un signal d'intérêt (S2) bruité par le bruit irradié modifié (Bim,A, Bim,B), l'unité de réduction (33) comprenant des moyens (60) de détermination du signal d'intérêt dé-bruité (S3) à partir du signal d'intérêt bruité (S2), les moyens (60) de détermination comprenant des moyens (66) d'estimation du bruit irradié modifié (Bim,A, Bim,B) à partir du bruit conduit (BC,A, BC,B). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le capteur (44A, 44B) comprend une bobine (72) de type Rogowski. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (66) d'estimation du bruit irradié modifié (Bim,A, Bim,B) à partir du bruit conduit (BC,A, BC,B) comprennent un filtre adaptatif. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens (46) de conversion du signal d'intérêt bruité (S2) et/ou du bruit conduit (BC,A, BC,B) mesuré depuis un mode analogique vers un mode numérique, les moyens (46) de conversion étant agencés en amont des moyens (60) de détermination du signal d'intérêt dé-bruité (S3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens (54, 70) de sélection d'une fréquence (F5) de réception d'un signal radiofréquence. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens (70) de combinaison entre le signal d'intérêt bruité (S2) et/ou le bruit conduit mesuré (BC,A, BC,B) et/ou le signal d'intérêt dé-bruité (S3) avec un signal de conversion (S4) présentant une fréquence de conversion (F4), en un signal intermédiaire d'intérêt bruité et/ou un bruit intermédiaire conduit mesuré et/ou un signal intermédiaire d'intérêt dé-bruité (S5) présentant une fréquence intermédiaire unique (F5). 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, dans lequel les moyens (54, 70) de combinaison et les moyens (54, 70) de sélection sont mutualisés. 8. Procédé de réduction de bruit électromagnétique, caractérisé en ce que: on mesure au moins un bruit conduit (BC,A, BC,B) généré à partir d'au moins une source (18, 20) de bruit; 2953346 -12- û on estime un bruit irradié (Bim,A, Bim,B), dit modifié, sur un signal d'intérêt (S2) bruité par le bruit irradié modifié (Bim,A, Bim,B), à partir du bruit conduit (Bc,A, Bc,B), le bruit irradié modifié (Bim,A, Bim,B) étant obtenu à partir du bruit irradié (Bii), dit initial, généré à partir de la source (18, 20) de bruit et modifié par un environnement du 5 dispositif, et û on détermine le signal d'intérêt dé-bruité (S3) à partir du signal d'intérêt bruité (S2) et de l'estimation du bruit irradié modifié (Bime,A, Bime,B). 9. Ensemble comprenant: au moins une source (18, 20) de bruit comprenant un convertisseur 10 énergétique (20) et un convertisseur DCIDC (18); û au moins un dispositif de réduction de bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant au moins un capteur (44B) de bruit conduit (Bc,B) entre le convertisseur énergétique (20) et le convertisseur DCIDC (18) et au moins un capteur (44A) de bruit conduit (Bc,A) entre le convertisseur énergétique (20) et un moteur 15 électrique (24). 10. Véhicule (12), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réduction de bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou un ensemble selon la revendication précédente.