Mesure acoustique de la cinématique des véhicules routiers

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1 Mesure acoustique de la cinématique des véhicules routiers Pilar LESAGE Frédéric BERNARDIN CETE de Lyon - LRPC de Clermont-Ferrand Francis GOLAY Guillaume DUTILLEUX ERA32 Acoustique LCPC CETE de l Est - LRPC de Strasbourg Emmanuel GOURDON ENTPE Ministère de l'écologie, de l'énergie, du Développement durable et de la Mer en charge des Technologies vertes et des Négociations sur le climat

2 Plan Introduction Synthèse de l'état de l'art Principe d'estimation Tests sur signaux synthétiques Campagne expérimentale Conclusion 2

3 Introduction Contexte - Connaissance requise de la cinématique des véhicules routiers (mesure de l'émission sonore) - Exigences : simplicité de déploiement, sécurité, coût, précision cinémomètre radar et barrière optique parfois inadaptés Objectif : mettre au point un cinémomètre acoustique - À partir de signaux de pression acoustique enregistrés par des microphones en bord de voie - De manière non intrusive, peu coûteuse - Tous types de véhicule, gamme de vitesse 0 à 150 km/h - Incertitude de 2 km/h au niveau de confiance 95% 3

4 Synthèse de l'état de l'art Nombre variable de microphones, omnidirectionnels ou directifs Hypothèses récurrentes Accélération plus rarement déterminée ; vitesse supposée uniforme dans la plupart des cas Paramètres géométriques à maîtriser Connaissance requise de l'instant de passage, au point d'approche maximale (Closest Point of approach CPA) Différentes approches : - modélisation de la source - exploitation de singularités de signaux (pics) par la méthode v=d/t - analyses temps-fréquence - exploitation des corrélations entre signaux reçus par des points peu éloignés 4

5 Principe d'estimation Exploitation du maximum de corrélation entre 2 points de mesure acoustique peu éloignés sur une parallèle à l'axe de passage du véhicule routier Hypothèses : - trajectoire rectiligne - source ponctuelle - bruits stationnaires gaussiens Adaptation de la méthode présentée par López-Valcarce et al. (2004). Estimation par maximum de vraisemblance des paramètres du modèle explicité ci-après : - l'instant de passage du véhicule au droit des micros - la vitesse - l'accélération - la distance entre microphones et axe de passage 5

6 Principe d'estimation : géométrie M 1, M 2 : microphones omnidirectionnels t CPA : instant de passage v V 0, a 0 : vitesse et accélération à t CPA p=(t CPA,a 0,v 0,D) d 1 d 2 d D M 1 M 2 x 2b 6

7 Principe d'estimation : modélisation v d 1 d 2 D d M 1 M 2 x 2b supposés gaussiens centrés indépendants 7

8 Principe d'estimation : algorithme 8

9 Principe d'estimation : exemple Cas d'un poids-lourd (v radar =57 km/h) 9

10 Tests sur signaux synthétiques (1) Source (unique ou multiple) de type bruit blanc gaussien Résultats pour une source unique - gain avéré en considérant t CPA comme une variable de l estimateur - pour la vitesse, précision inférieure à 2km/h à un niveau de confiance de 95% ; légère surestimation de la vitesse (~ 3km/h) - méthode non satisfaisante pour la détermination de l accélération - estimation satisfaisante de la distance microphones/trajectoire du véhicule Estimation de la vitesse dans différentes configurations de D et b, pour des signaux synthétiques de type bruit blanc gaussien 10

11 Tests sur signaux synthétiques (2) Simulations sur un véhicule guidé de type tramway modélisé (4 bogies) - Exemple : 4 t CPA apparents sur le graphique simulation d un véhicule guidé à 4 sources équidistantes de 7.5m. D=1.5m, v réelle =30km/h, CPA du 1 er bogie à 3s 11

12 Campagne expérimentale (1) Sur le circuit automobile d'issoire (63), en microphones positionnés 2 à 2, à différentes distances de l'axe de passage des véhicules 4 m 4 m 3,75 m sens aller sens retour axe de passage radar pour sens retour 1 2 7,5 m 3 4 radar pour sens aller 25 m m 5 et 6 4 m 3 et m 0.6 m 1 et 2 Positionnement des microphones Vue en plan (haut) et vue de profil (bas) 12

13 Campagne expérimentale (2) Véhicules - 1 motocyclette Yamaha véhicule léger Renault Clio - 1 poids-lourd de 9.15t Plusieurs passages - différentes vitesses comprises entre 30 et 110 km/h - allure stabilisée, accélérée ou décélérée 13

14 Campagne expérimentale (3) Vitesse Atteinte de l'objectif en termes de précision souhaitée allure quelconque Tous véhicules n des micros 1/2 3/4 5/6 nb de passages moyenne 0,6-2,8 1,2 écart-type 4,9 3,1 3,2 étendue (km/h) de l'intervalle de confiance à 95% 2,0 1,3 1,3 14

15 Campagne expérimentale (4) Résultat des passages à partir de la paire de microphones placée à 25m de l'axe de déplacement des véhicules 15

16 Campagne expérimentale (5) Accélération Résultats peu satisfaisants Seule une implantation éloignée des microphones permet de statuer sur l allure 16

17 Conclusion Plus-value en considérant le temps de passage t CPA comme paramètre à estimer concomitamment à la vitesse Potentiel intéressant de la méthode par maximum de vraisemblance au vu des tests sur signaux synthétiques et expérimentaux : résultats très satisfaisants pour la détermination du t CPA et de la vitesse Bon fonctionnement lorsque plusieurs sources se succèdent applicable aux véhicules guidés applicable à tout type de véhicule Limite de la méthode pour la détermination de l accélération 17

18 Merci de votre attention Mesure acoustique de la cinématique des Ministère véhicules de l'écologie, routiers de l'énergie, du Développement durable et de l'aménagement du Territoire 18

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