A study on optimal reference sensor placement for active control of road noise based on coherence analysis

Abstract

Road noise is the primary noise source of vehicles and is directly related to vehicle noise, vibration, and harshness (NVH) performance. To attenuate vehicle interior noise caused by such tire–road interactions, the active noise control (ANC) strategy has been applied in the automotive industry. A set of reference sensors is included in active road noise control (ARNC) systems, and it is important to determine the locations of the sensors to accurately identify the transfer path of vibrations that induce road noise. In other words, it is necessary to maximize the performance of the ARNC system by finding optimal sensor locations among numerous candidate points on the vehicle. The trial-and-error method is time consuming for the selection of the final sensor set because it evaluates the noise reduction for all possible sensor combinations. This study proposes a method to determine the subset of reference sensor locations using the correlation between signals and the Fisher information matrix. The proposed method selects the sensor with the highest correlation with vehicle interior noise as the first element of the subset. The subset is expanded in such a way that the next sensor is iteratively selected as a measure of the determinant of the coherence information matrix. This methodology can reduce the computational cost of performing a simulation because the initial sensor set consists only of signals that are highly correlated with the output signals. In addition, the simulation results yielded a reduction in road noise of approximately 7 dBA, which corresponds to an error within 0.2 ∆dBA of the target noise reduction.

노면소음은 차량 NVH 성능에 직접적인 영향을 미치는 주된 소음원이다. 능동소음제어(ANC) 기술은 타이어와 도로 간의 상호작용으로 인한 차량 내부 소음을 감소시키는 유망한 솔루션이다. 노면소음 능동제어(ARNC) 시스템에는 노면소음을 유발하는 진동을 취득하기 위한 가속도 센서 세트가 포함되며, 진동 전달 경로를 정확하게 파악하기 위해 가속도 센서의 위치가 중요하다. 따라서 ARNC 시스템의 성능을 극대화하기 위해서는 후보 센서들 중에서 최적의 센서 세트를 찾아야 한다. 가능한 모든 센서 조합을 시뮬레이션 하는 시행착오 방법은 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 상관성 분석 및 피셔 정보행렬을 사용하여 참조 센서 위치 집합을 결정하는 방법을 제안한다. 이 방법론은 출력 음압 수준 신호와 상관관계가 가장 높은 하나의 센서에서 시작한다. 초기 센서 세트는 상관성 정보행렬의 행렬식을 극대화하여 원하는 센서 개수까지 반복적으로 확장된다. 이 접근 방식은 계산량을 상당히 감소시켜 소요시간을 단축할 수 있다. 또한 이 기법을 적용하여 얻은 결과는 약 7 dBA의 광대역 노면소음 감소를 나타내었고, 모든 주행조건에서 목표 소음 감소 결과의 0.2 ∆dBA 이내의 오차를 보였다.