Brevet FR3034904A1 — publié le 20161014

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SYNTHESE SONORE POUR VEHICULE [001] L'invention concerne, de façon générale, les synthétiseurs sonores pilotés, utilisés dans des moyens de transports et en particulier dans certains véhicules automobiles. Ces synthétiseurs sonores peuvent comprendre, en particulier, des composantes sonores d'interfaces homme-machine, ou encore des composantes d'enrichissement de l'ambiance sonore de l'habitacle du véhicule. [002]Ainsi, notamment, la présente invention trouve une application particulière dans le domaine de l'enrichissement de l'ambiance sonore d'un habitacle de véhicule. Comme cela est connu de l'homme du métier, certains véhicules sont aujourd'hui équipés de synthétiseurs sonores, généralement couplés à un autoradio ou, alternativement, à des actionneurs spécifiques, par exemple piézoélectriques. [3] La fonction de ces synthétiseurs sonores consiste à générer des sons, tels que des harmoniques du bruit généré par un moteur par exemple, notamment afin d'enrichir l'ambiance sonore de l'habitacle d'un véhicule. [4] L'objectif est alors de modifier la signature sonore existant à bord de l'habitacle, afin de la rendre plus agréable, ou de conférer une ambiance particulière, par exemple de « sportivité », en agrémentant ledit habitacle de sons de moteur qui ne sont en réalité pas produits par le moteur du véhicule concerné. [005] Dans ce contexte, une problématique particulière, dont l'homme du métier a conscience, concerne le contrôle dynamique de ces synthétiseurs sonores. En effet, les synthétiseurs sonores présents à bord de certains véhicules peuvent notamment être contrôlés en fonction de certaines situations de vie et/ou de certains paramètres d'état du véhicule. Par exemple, il peut être souhaitable de contrôler les sons générés par un synthétiseur sonore, à destination de l'habitacle d'un véhicule, en fonction du niveau d'accélération dudit véhicule ou du taux de variation du régime moteur. [006] Or, comme cela est connu de l'homme du métier, les paramètres d'état du véhicule circulent sur des réseaux embarqués, de type réseaux CAN, pour Controller Area Network selon l'acronyme anglo-saxon consacré. [007] A bord des véhicules automobiles, pour lesquels le procédé selon l'invention a notamment été mis au point, deux types de réseaux CAN sont généralement embarqués : 3034904 2 un réseau « rapide », pouvant être appelé « réseau inter-système », est essentiellement extérieur à l'habitacle du véhicule et achemine les données relatives au contrôle effectif du véhicule, notamment les données critiques sur le comportement du véhicule, du moteur, du système de freinage ...etc. ; 5 un réseau « lent », pouvant être appelé « réseau confort », est essentiellement consacré et situé à l'intérieur de l'habitacle du véhicule, et achemine des données a priori non critiques pour le véhicule. [8] Le réseau confort étant le seul auquel l'autoradio est connecté, il est particulièrement opportun, pour des raisons pratiques et pour ne pas complexifier la 10 connectique embarqué, que ce soient les données issues de ce même réseau confort qui soient traités dans le cadre du contrôle dynamique du synthétiseur sonore. [9] Un problème plus spécifique auquel la présente invention se propose d'apporter une solution concerne alors la manière de traiter les données issues d'un réseau embarqué, en particulier du « réseau confort » sur lequel circulent des données bruitées et 15 asynchrones, de façon à permettre le contrôle dynamique du synthétiseur sonore qui doit, quant à lui, générer des signaux sonores de qualité, donc sans discontinuités.. [0010] Typiquement, l'un des principaux paramètres pris en compte, pour synthétiser le son à diffuser dans l'habitacle d'un véhicule, est relatif à l'accélération dudit véhicule. Or, déterminer une fonction donnant une valeur lissée de l'accélération, ou du taux de 20 variation du régime moteur, à partir des données bruitées et asynchrones issues du réseau CAN, en l'espèce le « réseau confort », présent à l'intérieur de l'habitacle - et relié à l'autoradio - est une opération complexe. [0011] Il est par conséquent nécessaire à la fois d'extrapoler, à partir des données discrètes disponibles, pour obtenir des signaux lissés, et de dériver lesdits signaux lissés 25 obtenus afin de permettre une anticipation des valeurs des mêmes signaux dans le futur proche. [0012] La dérivation des signaux de données, issues du réseau CAN et destinées à être exploitées pour la synthèse sonore, a pour objectif, en outre, d'éliminer d'une part les temps de latence existant entre deux données successives circulant sur le réseau CAN, et 30 d'autre part le bruitage de ces données. 3034904 3 [0013] Pour un résultat optimal, la dérivée ainsi calculée peut en outre également être lissée, une fois, voire deux fois. Il peut par ailleurs être envisagé un filtrage adaptatif des données issues du réseau CAN. [0014] Pour parvenir à ce résultat, la présente invention concerne un procédé de 5 contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle, ledit signal sonore étant synthétisé à partir de données brutes provenant, à intervalle irrégulier, d'un réseau embarqué, ledit procédé de contrôle dynamique comprenant les étapes suivantes : une étape de filtrage passe-bas, au moins au premier ordre, des données brutes 10 provenant du réseau embarqué, afin de déterminer un signal lissé correspondant, ledit signal lissé étant constitué de valeurs estimées produites à intervalle régulier ; une étape de détermination de la dérivée dudit signal lissé ; une étape de synthèse du signal sonore, au moins en fonction de ladite dérivée 15 du signal lissé. [0015] Selon un mode de réalisation, le modèle mis en oeuvre à l'étape de filtrage vérifie l'équation : x(tk) = x(t1) (tk - ô)±(t1) où x est le signal lissé, fonction correspondant aux données provenant du réseau embarqué, tk correspond aux temps, régulièrement espacés dans le 20 temps, auxquels sont produites les valeurs estimées du signal lissé, ti correspond aux temps, irrégulièrement espacés dans le temps, des données brutes provenant du réseau embarqué, F, est le temps d'arrivée effectif des données brutes provenant du réseau embarqué, pour traitement par le procédé de contrôle dynamique, ô est le temps moyen d'acheminement des données 25 brutes provenant du réseau embarqué, et î est la dérivée du signal lissé, la dérivée du signal lissé s'écrivant : x(ti)-x(ti_i)- ±(Li) = ti-ti-i [0016] Selon un mode de réalisation de la présente, le procédé selon l'invention comporte en outre une étape de filtrage passe-bas, au moins au premier ordre, de la 3034904 4 dérivée du signal lissé, l'étape de synthèse du signal sonore étant fonction de ladite dérivée du signal lissé filtrée. [0017] Le réseau embarqué est typiquement un réseau CAN. [0018] Ledit réseau CAN achemine, dans le cas général, des données de façon 5 sensiblement asynchrone et bruitée. [0019] Selon un mode de réalisation particulier, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre dans un habitacle de véhicule et les données provenant du réseau embarqué sont relatives à l'accélération dudit véhicule. [0020] Selon un mode de réalisation avancé, l'étape de filtrage consiste en un filtrage 10 passe-bas d'ordre au moins égal à 2. [0021] Selon un mode de réalisation particulièrement avancé, l'étape de filtrage consiste en un filtrage adaptatif des données provenant du réseau embarqué. [0022] La présente invention vise également un dispositif de synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle, comprenant des moyens de réception de données issues d'un 15 réseau CAN, ainsi que des moyens électroniques de contrôle dynamique adaptés pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle tel que brièvement décrit ci-dessus. [0023] En outre, la présente invention vise également un véhicule automobile, comprenant un habitacle et un autoradio, comprenant un dispositif de synthèse d'un signal 20 sonore à destination d'un habitacle tel que brièvement décrit ci-dessus, ledit dispositif de synthèse d'un signal sonore comprenant ledit autoradio. [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent : 25 - figure 1, un graphique montrant un exemple de calcul de la dérivée d'un signal bruité issu d'un réseau CAN asynchrone avec un temps inter-échantillon de l'ordre de 50 ms ; 3034904 5 - figure 2, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage au premier ordre, avec une constante de temps du signal lissé égale à 75 ms ; - figure 3, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du 5 procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage au premier ordre, avec une constante de temps du signal lissé égale à 100 ms ; - figure 4, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage au premier ordre, avec une constante de temps du signal lissé égale à 150 ms ; 10 - figure 5, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage au premier ordre, avec une constante de temps du signal lissé égale à 200 ms ; - figure 6, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage adaptatif, 15 avec une constante de temps du signal lissé égale à 200 ms ; - figure 7, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage adaptatif, avec une constante de temps du signal lissé égale à 400 ms ; - figure 8, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du 20 procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage adaptatif, avec une constante de temps du signal lissé égale à 800 ms ; - figure 9, un graphique montrant les résultats de simulation obtenus, au moyen du procédé selon l'invention, pour le signal et sa dérivée, après un filtrage adaptatif, avec une constante de temps du signal lissé égale à 1600 ms. 25 [0025] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s'attachent plus particulièrement à une mise en oeuvre du procédé de contrôle dynamique de la synthèse d'un signal sonore selon l'invention, en vue d'une application au sein d'un véhicule automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de moyens de transport terrestre, notamment ferroviaire, ou aérien, ainsi 3034904 6 que dans tout simulateur de conduite de véhicule ou tout simulateur de vol, est également visée. [0026] Comme expliqué précédemment, dans le contexte où un synthétiseur sonore a pour fonction d'enrichir l'ambiance sonore d'un habitacle de véhicule automobile, de tout 5 autre type de véhicule, ou d'une cabine d'un simulateur de vol par exemple, la présente invention propose un procédé permettant le lissage et la dérivation de données issues d'un réseau embarqué asynchrone, le signal lissé et dérivé obtenu étant exploité par le synthétiseur sonore afin de déterminer le son à produire. [0027] Le réseau embarqué considéré est typiquement un réseau CAN, notamment un 10 réseau CAN dit « réseau confort », installé à l'intérieur d'un habitacle de véhicule. Un tel réseau CAN, dit « réseau confort », diffuse de manière asynchrone et a priori bruitée des informations destinées à être exploitées, selon le procédé de contrôle dynamique décrit dans la présente, par un synthétiseur sonore via un protocole synchrone aboutissant à l'émission d'un son adapté, à destination de l'habitacle. 15 [0028] Le synthétiseur sonore est, de préférence, connecté à l'autoradio, généralement présent dans l'habitacle et relié audit « réseau confort ». [0029] Ainsi, le synthétiseur sonore est adapté pour exploiter les données natives transmises par le réseau CAN considéré, mais également leurs dérivées, soit que lesdites dérivées sont équivalentes au calcul de paramètres physiques particuliers, soit, par 20 ailleurs, que ces dérivées permettent l'obtention de signaux lissés. Les dérivées des signaux lissés, produits à partir des données acheminés par le réseau CAN considéré, doivent donc être calculées. [0030] Pour qu'elles puissent être exploitées de façon utile par le synthétiseur sonore, les données issues du réseau CAN considéré sont en effet soumises à des contraintes de 25 continuité et de simultanéité, qui peuvent être traduites par des spécifications de lissage et de latence. Il est en particulier souhaitable que les paramètres physiques correspondant aux données transmises par le réseau embarqué, ou calculées à partir desdites données, tels que le régime moteur ou l'accélération, typiquement, pour une application dans le domaine de l'enrichissement de l'ambiance sonore à l'intérieur d'un habitacle de véhicule, 30 soient estimés avec une précision prédéterminée et avec une latence une ou avance inférieure à une durée prédéterminée, par exemple égale 10 ms. 3034904 7 [0031] A cette fin, le procédé selon l'invention découle de la démarche et des calculs explicités ci-après. [0032] Le réseau CAN diffuse une information a priori bruitée à des temps discrets irrégulièrement espacés, ti, X = x + n. L'information dé-bruitée est la fonction X que l'on 5 souhaite estimer à des temps discrets, tk, régulièrement espacés. L'espace moyen entre les temps ti peut être indifféremment plus grand ou plus petit que celui entre les temps tk. [0033] Par ailleurs, on souhaite estimer la dérivée de la fonction, X, î = cet, elle-même hypersensible au bruit de mesure. A titre d'exemple, la figure 1 montre un exemple d'estimation de la dérivée d'un signal bruité. 10 [0034] Le graphique de la figure 1 représente un exemple de calcul de la dérivée d'un signal bruité, avec un rapport signal sur bruit égal à 15 dB. [0035] Un filtre, au moins au premier ordre, est appliqué à ces données issues du réseau CAN afin d'obtenir un signal lissé. Le signal lissé est ainsi estimé, par exemple, en utilisant un modèle de filtre au premier ordre : 15 [0036] x(tk) = x(t1) + (tk - t)±(t1) pour tout tk, ti ti. En effet, 25 on peut comparer la valeur prédite, x(t11) = x(t1) + (t1+1 - ti)î(ti), à la valeur observée, .5Z(ti-F1)- [0054] L'erreur de prédiction E au temps ti+1 est : [0055] E2(t1-F1) = 2(t1+1)12 3034904 9 [0056] Le filtrage optimal est celui qui permet de minimiser cette erreur en moyenne sur une durée suffisamment longue. [0057] On intègre donc l'erreur sur une plage de temps suffisamment longue, à l'aide d'un lissage exponentiel, avec une constante de temps TE : 5 [0058] Eï+1 = a, E2(t1+1) bEEi2 [0059] Avec a, = , LIE= e-a6 rEfs [0060] Dans ce cas, il faut noter que la constante de temps n'a plus la même signification, puisqu'elle définit la durée sur laquelle l'erreur est minimisée. [0061] Le filtrage optimal au sens des moindres carrés est celui qui minimise l'erreur. Il 10 est déterminé en dérivant l'erreur par rapport aux paramètres du filtre : [0062] ae+1 aa aE? =0 et L-Ei ab =0 [0063] En développant l'expression de l'erreur, il vient : [0064] E2(t1+1) = Ix(t1) + (t1+1 - t)±(t1) - 2(t1+1)12 [0065] E2(t1+1) = la2(t1) + bx(ti-i) + a (x(ti) - x(ti_l)) + b(t1+1 - t1)±(t1-1) - 15 .5e(ti+1)1 12 + - + + - ti)±(ti_Mb - [0066] E2(t1+1) = t,-t,_i (x(ti) x(ti_i))) a (x(ti_i) (t1+1 2 2(t11)) [0067] On pose : [0068] a(t11) = 2(t1) + (x(ti) - x(ti_i)) et fl(t1+1) = x(ti_l) + (t1+1 - ti)±(ti_l) 20 [0069] Ce qui permet d'écrire : [0070] E2(t1-F1) = la(ti-Ft)a + fl(ti-Ft)b - 2(t1+1)12 3034904 10 [0071] Et: [0072] E2(t1+1) = a2(t1+1)a2 + fl2(t1-F1)b2 + 22 (tt -F1) + 2a(t1-F1)fl(t1-F1)ab - 2ot(t1_F1)(t1+1)a - 2fl(t1+1)(t1+1)b 5 [0073] L'erreur lissée peut donc s'écrire : [0074] Ez+i = cr1+12a2 /31+12b2 -i+12 x + 2y1+iab - 201+1a - 2(p1+ib [0075] Où : [0076] a1+12 = aEa2(ti-Ft) + bEat2 [0077] fli+12 = a,fl2(ti+i) + b,fli2 10 [0078] yi+i = a,a(ti+i)fl(ti+i) + bEyi [0079] Ot+i = a,a(ti+i)je(ti+i) + bE0i [0080] (pi+i = aEfl(ti+i)je(ti+i)+ bE(pi [0081] Après dérivation, les coefficients optimaux du filtre apparaissent comme les solutions d'un système 2 x 2 : a 2 v 15 [0082] h - r+11 Yi-Ft fli-Fi 2 u (Pe+1 [0083] Selon un mode de réalisation avancé, afin de rendre le filtrage plus robuste à d'éventuelles brusques variations du bruit, un lissage est à nouveau appliqué aux coefficients du filtre : [0084] a1+1 = a, a + bEat et b1+1 = a, b + bEbt 20 [0085] Ce lissage peut aussi être vu comme une précaution vis-à-vis du fait que le calcul ci-dessus ignore que les paramètres a et fi dépendent implicitement de a et b. [0086] Les figures 6 à 9 montrent les résultats obtenus pour des constantes de temps respectives valant 200 ms dans la figure 6, 400 ms pour la figure 7, 800 ms pour la figure 8, et 1600 ms pour la figure 9. Comme cela est prévisible, on constate que 3034904 11 l'adaptation conduit à une phase d'initialisation pendant laquelle le filtrage est peu efficace. Passé ce temps d'adaptation, la prédiction ne présente plus de latence, comme cela était observé dans le cas précédent, et le signal et sa dérivée restent en moyenne correctement prédits. 5 [0087] En résumé, la présente invention propose un procédé permettant le lissage et le calcul de dérivées relatives à des données asynchrones et bruitées issues d'un réseau CAN, tel qu'un « réseau confort » embarqué dans un véhicule. Selon l'invention, les signaux lissés et dérivés obtenus sont exploités par un synthétiseur sonore émettant des sons permettant d'enrichir l'ambiance sonore d'un habitacle, en particulier d'un véhicule 10 automobile. [0088] II est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS: 1. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle, ledit signal sonore étant synthétisé à partir de données brutes provenant, à intervalle irrégulier, d'un réseau embarqué, caractérisé en ce que ledit procédé de contrôle dynamique comprend les étapes suivantes : une étape de filtrage passe-bas, au moins au premier ordre, des données brutes provenant du réseau embarqué, afin de déterminer un signal lissé correspondant, ledit signal lissé étant constitué de valeurs estimées produites à intervalle régulier ; une étape de détermination de la dérivée dudit signal lissé ; une étape de synthèse du signal sonore, au moins en fonction de ladite dérivée du signal lissé. 2. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle mis en oeuvre à l'étape de filtrage vérifie l'équation : x(tk) = x(t1) + (tk - "t+ 8x)i(t1) où x est le signal lissé, fonction correspondant aux données provenant du réseau embarqué, tk correspond aux temps, régulièrement espacés dans le temps, auxquels sont produites les valeurs estimées du signal lissé, ti correspond aux temps, irrégulièrement espacés dans le temps, des données brutes provenant du réseau embarqué, F, est le temps d'arrivée effectif des données brutes provenant du réseau embarqué, pour traitement par ledit procédé de contrôle dynamique, ax est le temps moyen d'acheminement des données brutes provenant du réseau embarqué, et jc est la dérivée du signal lissé, la dérivée du signal lissé s'écrivant : x(ti)-x(ti_i)- ±(4) = ti-ti-1 3. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de filtrage passe-bas, au moins au premier ordre, de la dérivée du 3034904 13 signal lissé, l'étape de synthèse du signal sonore étant fonction de ladite dérivée du signal lissé filtrée. 4. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau 5 embarqué est un réseau CAN. 5. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit réseau CAN achemine des données de façon sensiblement asynchrone et bruitée. 6. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un 10 habitacle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un habitacle de véhicule et en ce que lesdites données provenant du réseau embarqué sont relatives à l'accélération dudit véhicule. 7. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de 15 filtrage consiste en un filtrage d'ordre au moins égal à 2. 8. Procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de filtrage consiste en un filtrage adaptatif des données provenant du réseau embarqué. 9. Dispositif de synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle, caractérisé en 20 ce qu'il comprend des moyens de réception de données issues d'un réseau CAN, ainsi que des moyens électroniques de contrôle dynamique adaptés pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle dynamique pour la synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Véhicule automobile, comprenant un habitacle et un autoradio, caractérisé en ce qu'il 25 comprend un dispositif de synthèse d'un signal sonore à destination d'un habitacle selon la revendication 9, ledit dispositif de synthèse d'un signal sonore comprenant ledit autoradio.