Active Noise Control in a super sports car cabin

The perceived quality of an automobile is significantly influenced by the acoustic environment inside the cabin. The acoustic excitation in an automobile's cabin is made up of two main components: tonal sound coming from the powertrain related to the firing of the engine, and the broadband noise due to the tyre rolling and the aerodynamics of the car body. As far as super sports cars concern, the first contribution is significantly higher and masks the second. This contribution lies at low frequencies, so it is possible to improve its sound quality through active system. This thesis presents an investigation of an Active Noise Control (ANC) system installed on-board a super sports car. In the framework of active control, several alternatives have been investigated in order to achieve the most efficient and computationally light possible algorithm; those options have been tested in simplified environment in order to assess the parameter tuning effect on the performance. A complete acoustic characterisation of the vehicle has been necessary in order to adapt the algorithm for such a case study. A super sports car differs from other cars, which have already been studied in the literature, because of its fast dynamics and sudden transients – they can reach frequency variations up to 80 Hz/s - and because of the sound levels developed inside the passenger cabin. After preliminary tests and extensive numerical simulations of the algorithm inside the cabin, it was concluded to design a multi-channel system able to equalise the engine order sound using the loudspeaker of the car and the signals from the CAN bus. Measurements and test have been conducted in super sports car, equipped with a naturally aspirated engine, to validate the proposed adaptive algorithm and a real-time feedforward engine order control system has been implemented. Experimental tests reveal, in some manoeuvres, good performance similar to that obtained in the simulation; while, in more extreme manoeuvres, they point out the necessity of flexible and ad hoc solutions dedicated to the analysed problems.

L’acustica dell’abitacolo influenza notevolmente la percezione della qualità del veicolo. L'eccitazione acustica all'interno dell’abitacolo di un'automobile è costituita da due principali componenti: il suono tonale generato dal powertrain, legato alla combustione e agli scoppi del motore, e il rumore a banda larga dovuto al rotolamento degli pneumatici e all'aerodinamica del veicolo. Nelle auto supersportive, il primo contributo è significativamente maggiore e maschera il secondo. Nello spettro, tale contributo si ritrova a basse frequenze ed è pertanto possibile migliorare la qualità del suono attraverso un sistema di controllo attivo. Il lavoro presenta lo studio di un sistema di controllo attivo del rumore installato a bordo di un'auto supersportiva. Nell'ambito del controllo attivo, sono state studiate diverse alternative in modo da ottenere l'algoritmo più efficiente e leggero dal punto di vista computazionale; tutte sono state testate in ambienti semplificati per valutare l'effetto della regolazione dei parametri sulle prestazioni del controllo di volta in volta realizzato. Per adattare l'algoritmo al caso oggetto di studio, è stata necessario caratterizzare completamente dal punto di vista acustico il veicolo. Un'auto supersportiva, infatti, si differenzia da altre vetture, già studiate in letteratura, per la sua dinamica veloce e i transitori improvvisi - che possono comportare variazioni di frequenza fino a 80 Hz/s - e per livelli sonori all'interno dell'abitacolo che raggiungono picchi di oltre 90 dB. Dopo test preliminari e varie simulazioni dell'algoritmo implementate in ambiente abitacolo, si è giunti alla progettazione di un sistema multicanale in grado di equalizzare il suono degli ordini del motore utilizzando gli altoparlanti dell'auto e i segnali della CAN bus. Per convalidare l'algoritmo adattivo proposto sono state condotte misure e prove su un'auto supersportiva, dotata di un motore ad aspirazione naturale ed è stato implementato un sistema di controllo in tempo reale degli ordini motore, utilizzando un approccio feedforward. In alcune manovre, i test sperimentali hanno mostrato buone prestazioni, analoghe a quelle ottenute nelle simulazioni; in manovre più estreme, invece, i risultati hanno evidenziato la necessità di sviluppare soluzioni flessibili da adottare per lo specifico caso studio analizzato.