Fonctionnement d'AVAS : Présentation technique complète du système d'alerte acoustique pour véhicules

1. Introduction
2. Architecture du système : les 4 parties clés
3. Première étape : Collecte des données et entrée du calculateur
4. Deuxième étape : Traitement numérique du signal et synthèse sonore
5. Troisième étape : Modulation de la hauteur et cartographie de la vitesse
6. Étape quatre : Amplification de puissance
7. Étape 5 : Haut-parleur acoustique via le haut-parleur externe
8. Des conseils avisés : une nouvelle orientation
9. Conclusion

Introduction
Les véhicules électriques sont silencieux. C'est l'un de leurs atouts les plus vantés. Mais à basse vitesse, ce silence pose un véritable problème de sécurité. Un moteur à essence, bruyant en permanence, est omniprésent. On perçoit une voiture arriver avant même de la voir. On change de direction, on regarde le trottoir ou son téléphone. Cette alerte sonore se déclenche automatiquement, sans même qu'on y prête attention.
Les véhicules électriques éliminent complètement ce type de signal sonore. À une vitesse inférieure à 30 km/h, le bruit des pneus et du vent est négligeable et n'attire généralement pas l'attention des piétons. Les personnes malvoyantes sont particulièrement vulnérables. Mais ce problème concerne tout le monde : enfants, cyclistes et piétons, dont l'attention est parfois insuffisante pour éviter les accidents.
La norme UN R138 est applicable sur les marchés européens, sud-coréens et australiens, entre autres. Aux États-Unis, c'est la norme FMVSS 141 qui régit la situation. La Chine applique la norme GB/T 37153. L'application de ces réglementations est identique : les véhicules électriques et hybrides doivent émettre un signal sonore d'avertissement lorsqu'ils roulent avec un niveau de carburant bas.
Ce système de génération de son est connu sous le nom de Système d'alerte acoustique pour véhicules (AVAS)Son rôle est de remplacer le bruit du moteur par un son artificiel audible et compréhensible par les passants. Ce son doit ressembler à celui d'une voiture, réagir instantanément aux variations de vitesse et fonctionner en permanence, tous les jours et en toute saison.
Dans ce blog, nous allons décrire en détail comment fonctionne AVAS.

Architecture système : les 4 éléments clés
AVAS n'est pas un appareil. C'est une séquence d'éléments qui s'assemblent. Chaque pièce remplit une fonction unique, et la qualité du produit final repose sur le bon fonctionnement de chaque maillon de la chaîne.
Il se compose de quatre parties principales : l’unité de commande, le processeur de signal numérique, l’amplificateur de puissance et le haut-parleur externe. Le flux de données entre ces composants est le suivant : le véhicule reçoit le signal via le processeur, l’amplificateur le traite et enfin le son est renvoyé par le haut-parleur.
Le système est relié au véhicule via le réseau de communication embarqué. La grande majorité des véhicules actuels sont équipés d'un bus CAN ou CAN FD. Ce bus constitue l'interface principale de transmission des données entre les différents systèmes du véhicule. Il est lu en continu par le calculateur AVAS, qui utilise les informations recueillies pour déterminer le moment de l'activation, le son à émettre et son intensité.

Étape 1 : Collecte des données et entrée de l’ECU
Suite à l'étape initiale, la collecte des données et l'entrée dans l'ECU.
La fonction initiale du boîtier de commande AVAS est de connaître l'état du véhicule à chaque instant. Le véhicule électrique est doté d'un système de contrôle embarqué, appelé boîtier de commande du véhicule (VCU). Ce dernier mesure également la vitesse, l'état du rapport engagé et bien d'autres paramètres. Le système AVAS effectue ces mesures en fonction des données en temps réel transmises via le bus CAN. La vitesse et le sens de déplacement du véhicule constituent les entrées les plus importantes.
Le système dépend de la vitesse pour s'activer ou se désactiver. La réglementation impose l'utilisation du système AVAS dans une plage de vitesses spécifiée. Selon la norme UN R138, le système doit émettre un signal sonore au démarrage jusqu'à 20 km/h. La norme FMVSS 141 fixe cette vitesse maximale à 30 km/h. L'unité de contrôle reçoit les données de vitesse et prend une décision binaire simplifiée : le véhicule se trouve-t-il dans la plage d'activation ou non ?
Le sens de déplacement est également important. Différents sons peuvent être requis en marche avant et en marche arrière. La plupart des réglementations stipulent que le système AVAS doit également émettre un son lorsque le véhicule est en marche arrière. Le système détecte le rapport engagé et adapte son profil sonore en conséquence.
Cette étape de collecte de données est continue. La vitesse et la direction sont contrôlées plusieurs fois par seconde par le système. À chaque changement d'état du véhicule, un signal sonore est émis en temps réel.

Deuxième étape : Traitement numérique du signal et synthèse sonore
Lorsque l'unité de commande a reçu l'information qu'elle se trouve dans le véhicule et la plage de vitesse souhaitée, elle informe le processeur de signal numérique (DSP) de produire un son.
C'est le traitement numérique du signal (DSP) qui génère le son. Il ne s'agit pas de lire un fichier enregistré, mais de produire le son en temps réel à partir de modèles mathématiques. La synthèse par table d'ondes et la synthèse par modulation de fréquence sont les deux techniques de synthèse les plus courantes.
Le principe de la synthèse par table d'ondes repose sur la lecture cyclique rapide des données de forme d'onde grâce à leur chargement en mémoire. Imaginez la lecture d'une boucle sonore très courte et rapide. Le processeur de signal numérique (DSP) est capable de produire un son fluide, semblable à celui d'un moteur, en régulant la vélocité, la hauteur et en superposant ces boucles.
La synthèse par modulation de fréquence (SMF) est une technique permettant de créer du son en modulant un signal de fréquence par un autre. Cette technique permet également de créer des sons plus complexes, riches en harmoniques, qui confèrent à un moteur son timbre ou sa couleur tonale caractéristique.
Le traitement numérique du signal (DSP) consiste à superposer une fréquence de base à d'autres couches harmoniques. La hauteur du son est déterminée par cette fréquence de base. Les couches harmoniques ajoutent de la texture et du réalisme. L'objectif est de produire un son immédiatement identifiable par un piéton comme celui d'une voiture, et non comme le bourdonnement d'une machine ou une alarme.
La vitesse de traitement est primordiale. Dès qu'un conducteur appuie sur une pédale (accélération ou décélération), le son doit changer instantanément et devenir imperceptible. Ce processeur de signal numérique (DSP) met à jour le signal de sortie à l'échelle de la milliseconde, ce qui permet de maintenir un son parfaitement synchronisé avec les réactions réelles du véhicule.

Troisième étape : Modulation de la hauteur et cartographie de la vitesse
Un signal sonore à volume constant suffirait à respecter les exigences réglementaires minimales. Mais il serait insuffisant. Les piétons veulent savoir plus que la simple présence d'une voiture ; ils veulent savoir ce qu'elle fait.
Plus le véhicule roule vite, plus le son est aigu. Plus il roule lentement, plus le son est grave. C'est exactement le même bruit qu'un moteur à essence lorsqu'il accélère ou décélère. La plupart des gens savent intuitivement que si le son du moteur monte, il accélère, et s'il descend, il ralentit. AVAS exploite cette intuition.
La relation entre la vitesse et la hauteur du son n'est pas arbitraire. La hauteur n'est pas la seule chose qui varie avec la vitesse ; le volume aussi. Le niveau de pression acoustique augmente avec la vitesse du véhicule. Cela permet à l'avertissement de compenser l'effet de masquage du bruit de la route à haute vitesse, garantissant ainsi qu'il soit audible à toutes les vitesses dans la zone d'activation.
La variation de hauteur et de volume est progressive et sans à-coups. Le résultat est un signal dont le volume et la hauteur varient en douceur, offrant un rendu naturel qui imite le comportement d'un véritable moteur.

Étape quatre : Amplification de puissance
Le signal audio synthétisé par le DSP est un signal électrique de faible puissance. Il est net et précis, mais son énergie est insuffisante pour alimenter un haut-parleur à un volume sonore exploitable en extérieur. L'amplificateur de puissance remédie à cela.
La plupart des systèmes AVAS utilisent un amplificateur de classe D. Ces amplificateurs sont très efficaces : ils convertissent une grande partie de la puissance d'entrée en sortie audio, en dissipant très peu de chaleur. Ceci est important dans un véhicule, car chaque watt consommé par le système AVAS est un watt prélevé sur la batterie. Un amplificateur peu performant dans un véhicule utilisé en continu en ville aurait un impact significatif sur l'autonomie.
L'amplificateur joue également un rôle de filtrage. La synthèse numérique peut introduire de faibles quantités de bruit de quantification dans le signal. Le circuit d'amplification comprend un filtrage de sortie qui élimine ce bruit avant que le signal n'atteigne le haut-parleur. Il en résulte un signal de courant propre et stable qui reproduit fidèlement la forme d'onde sonore souhaitée.
La puissance de sortie est adaptée à l'impédance du haut-parleur et au niveau de pression acoustique requis. Le système est réglé pour respecter les normes minimales réglementaires tout en évitant la saturation du haut-parleur, ce qui entraînerait une distorsion et réduirait sa durée de vie.

Étape 5 : Haut-parleur acoustique via le haut-parleur externe
Le dernier composant d'AVAS est le haut-parleur. Il transforme le signal électrique amplifié en ondes sonores qui se propagent dans l'air.
Le haut-parleur AVAS est fixé à l'extérieur du véhicule, généralement à l'avant. Cet emplacement est particulièrement exposé aux intempéries. Pluie, projections d'eau, boue, températures extrêmes, soleil direct et vibrations (dues à la force de roulement et au châssis du véhicule) soumettent le haut-parleur à des éléments et des facteurs susceptibles de l'endommager. Il doit supporter ces conditions pendant toute la durée de vie du véhicule, soit généralement une décennie, voire plus.
Toutes ces conditions sont prises en compte par Le meilleur Lors de la conception de ses enceintes AVAS, l'étanchéité acoustique et le boîtier sont renforcés. Les composants haut-parleurs sont sélectionnés et testés pour une utilisation extérieure prolongée. L'indice de protection IP67 garantit l'étanchéité de l'appareil.
La conception acoustique d'un haut-parleur est également optimisée pour la propagation du son en extérieur. Les haut-parleurs d'intérieur sont conçus pour sonoriser une pièce. Les haut-parleurs AVAS doivent diffuser un son dirigé à la fois vers l'avant et sur les côtés du véhicule, à hauteur et portée des piétons, sur une distance variable. La directivité du haut-parleur, associée à la géométrie de son boîtier, est conçue pour assurer une couverture uniforme de la zone dangereuse pour les piétons autour du véhicule.

Conseils avisés : une nouvelle orientation
Le niveau de réglementation des systèmes AVAS a déjà été défini. L'industrie ne se contente pas d'adapter ces nouvelles réglementations, elle en renforce également les compétences.
Le contrôle adaptatif du volume sonore en fonction du bruit ambiant est un domaine en plein développement. Le principe est simple : une voiture circulant dans une zone désertique ou une rue résidentielle le soir n’a pas besoin d’émettre le même niveau sonore qu’une voiture circulant dans une zone de travaux. Le système adaptatif mesure le bruit environnant et ajuste le volume sonore en conséquence. Il minimise ainsi les nuisances sonores inutiles là où elles sont superflues, tout en maintenant un niveau d’avertissement suffisant là où le bruit de fond est suffisamment élevé.
Une autre tendance qui prend de l'ampleur est la signature sonore des marques. Les normes définissent des critères de performance minimaux, mais laissent aux constructeurs la liberté de choisir la sonorité qu'ils souhaitent au sein de ces normes. La signature sonore AVAS devient un élément d'identité de marque de plus en plus important pour les constructeurs automobiles. Le son émis par une voiture relève d'un choix de conception aussi artistique que l'apparence du véhicule.

Conclusion
Le véhicule émet un son. Les piétons l'entendent. La sécurité est améliorée.
La réalité technique derrière ce résultat est plus complexe. Le système doit lire avec précision les données du véhicule, synthétiser un son réaliste en temps réel, moduler la hauteur et le volume en continu, amplifier efficacement le signal et le projeter via un haut-parleur capable de résister à des années d'exposition aux intempéries sans dégradation.
Une défaillance à n'importe quelle étape de ce processus dégrade les performances globales. Un processeur de signal numérique lent introduit un décalage entre les changements de vitesse et les modifications sonores. Un amplificateur peu performant décharge la batterie. Un haut-parleur mal étanche devient inopérant en milieu humide. Aucune de ces défaillances n'est acceptable dans un système critique pour la sécurité.
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