Mesure acoustique de la cinématique des véhicules routiers

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Fernande Desroches
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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

Strasbourg Emmanuel GOURDON ENTPE Ministère de l'écologie, de l'énergie, du Développement durable et de

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

point un cinémomètre acoustique - À partir de signaux de pression acoustique enregistrés par des microphones en bord de voie - De

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

au point d'approche maximale (Closest Point of approach CPA) Différentes approches : - modélisation de la source - exploitation de singularités

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

la méthode présentée par López-Valcarce et al. (2004).

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

surestimation de la vitesse (~ 3km/h) - méthode non satisfaisante pour la détermination de l accélération - estimation satisfaisante de la distance

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

apparents sur le graphique simulation d un véhicule guidé à 4

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

aller sens retour axe de passage radar pour sens retour 1 2 7,5 m 3 4 radar pour sens aller 25 m 5 6

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

9.15t Plusieurs passages - différentes vitesses comprises

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

1/2 3/4 5/6 nb de passages 98 96 96 moyenne 0,6-2,8 1,2 écart-type

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

très satisfaisants pour la détermination du t CPA et de la vitesse Bon fonctionnement lorsque plusieurs sources se succèdent

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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