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Spécial “ CFM 2007 ”
21
Acoustique
&
Techniques n° 50
identification des principales sources acoustiques
sur une machine bruyante est un problème récurrent pour
les industriels. Les solutions généralement employées
pour caractériser expérimentalement les sources sont de
type imagerie acoustique donc basées sur des mesures
d’antennerie [1,2] (grilles de microphones).
Ces méthodes se heurtent à des limites basses et hautes
fréquences liées respectivement à la longueur d’onde
acoustique et à l’espacement des microphones de l’antenne.
Il existe également une technique basée sur des mesures
d’intensité [3], mais cette approche reste assez artisanale et
requiert la présence d’un opérateur au voisinage de la source
(ce qui, pour des raisons de sécurité, est proscrit dans le cas
des applications moteurs thermiques).
On se propose ici d’utiliser des méthodes alternatives basées
sur les propriétés statistiques des signaux. Les méthodes
de cohérences partielles, multiples [4] ou encore virtuelles
[5] sont des outils basés sur des approches classiques de
traitement du signal et sont connues et appliquées depuis
plusieurs dizaines d’années. Cependant, les besoins de ce
type d’approche en matériel et en puissance de calcul sont
importants, c’est pourquoi leur mise en œuvre est restée
anecdotique et est encore actuellement sous-employée dans
l’industrie. Parmi les différentes techniques proposées dans
la bibliographie, nous nous focaliserons plus particulièrement
sur l’analyse spectrale conditionnée (ASC) et sur l’analyse
spectrale en composantes principales (ACP).
La méthode d’analyse conditionnée a été développée
par Bendat et Piersol [4] dès la fin des années 1970. Le
principe est de considérer la fonction de cohérence entre
une réponse et une source comme le taux d’énergie de la
réponse due à la source considérée. On peut séparer un
spectre Sxx de réponse en deux parties : la partie cohérente
avec la source (Sxx.
γ
xy) et la partie résiduelle non due à
la source (Sxx.(1-
γ
xy)),
γ
xy représentant la cohérence
entre la voie réponse x et la source y. On peut obtenir des
expressions équivalentes pour les interspectres entre la voie
x et une troisième voie z, et l’on peut ainsi supprimer d’une
matrice interspectrale complète l’énergie cohérente avec
une excitation. On rappelle que la matrice interspectrale d’un
ensemble de signaux est constituée des autospectres sur sa
diagonale et des interspectres entre les différents signaux
en dehors de sa diagonale. La matrice interspectrale dite
«résiduelle» obtenue après conditionnement conserve
les propriétés d’une matrice interspectrale, elle est
représentative du système étudié pour lequel on aurait
«débranché» la référence utilisée pour le conditionnement.
Il va de soi que l’observation d’une telle matrice résiduelle
a du sens essentiellement si la référence est représentative
d’une source interne au système étudié.
Ce type d’analyse a déjà été utilisé avec succès dans le cadre
d’une étude sur moteur Diesel au ralenti [6], et l’on trouve
dans la bibliographie quelques exemples expérimentaux [7,
8]. L’inconvénient principal de cette approche est que l’analyse
des résultats devient difficile lorsque les voies sources (dites
Identification de sources acoustiques
sur un moteur essence par méthodes
de cohérences
Quentin Leclère,
Céline Sandier,
Bernard Laulagnet
Laboratoire Vibrations Acoustique
INSA Lyon
20, avenue A. Einstein
69621 Villeurbanne CEDEX
E-mail : quentin.leclere@insa-lyon.fr
Laurent Polac
Renault
Direction de la Mécanique
67, rue des Bons Raisins
92500 Rueil-malmaison
E-mail : laurent.polac@renault.com
Résumé
L’objet de cette communication est d’illustrer l’applicabilité de certaines méthodes
dites «de cohérences» au diagnostic vibro-acoustique d‘un moteur d’automobile.
Après un rappel des outils d’analyse spectrale existants dans la bibliographie, nous
présenterons une méthodologie originale permettant d’optimiser le diagnostic
lorsque l’objet étudié a un comportement vibro-acoustique complexe d’un point de
vue statistique. Le potentiel et l’efficacité de cette approche seront ensuite illustrés
par deux applications expérimentales : l’analyse vibro-acoustique d’un moteur
essence à l’arrêt sollicité par une source maîtrisée puis l’analyse du même moteur
en fonctionnement.
Abstract
The object of this communication is to illustrate the applicability of coherence
methods to the vibroacoustic diagnosis of a gasoline engine. Methods of partial,
multiple or virtual coherences are useful tools based on traditional approaches of
signal processing and are known and applied since several decades. We will first of
all present a methodology based on coherence approaches, using several original
indicators and tools to optimize the diagnosis. The potential and the effectiveness
of this approach will be then illustrated by an experimental application: the
vibroacoustic analysis of a gasoline engine.
L’