Studio, progettazione e sperimentazione di un sistema elettronico innovativo per la cancellazione del rumore a bordo di autoveicoli

Il rumore in campo automotive è un argomento molto studiato, sia per quanto riguarda le sue cause, sia per le possibili soluzioni attive. La sempre crescente necessità di riduzione dei consumi dei veicoli motorizzati ha infatti comportato l'affermarsi di una serie di tecnologie che hanno come controindicazione la crescita del rumore prodotto. L'analisi dei principali attori sul mercato ha richiesto la definizione di una metrica di valutazione del loro contributo alla riduzione di rumore secondo vari aspetti come la gamma di frequenze di intervento, l'approccio, il set di sensori utilizzato, l'invasività nell'abitacolo della soluzione proposta. L'approccio che si va a proporre in questo elaborato prevede l'utilizzo di un singolo sensore, integrato nel parabrezza anteriore, per l'acquisizione delle varie componenti di rumore. Il trend attuale, infatti, e di rendere anche il parabrezza un sistema intelligente laminando al suo interno strati che assolvano funzioni diverse da quella puramente strutturale. Cio comporterebbe una riduzione di costi per quanto riguarda la sensoristica necessaria al sistema di active noise cancelling. Per validare l'ipotesi fatta si è condotto uno studio di fattibilità sviluppatosi in tre fasi. La prima ha riguardato una simulazione nell'ambiente Simulink durante la quale è stata valutata un'architettura di cancellazione del rumore basata su un accelerometro, un controllore tempo discreto ed un attuatore applicato direttamente al vetro. Nella seconda è stato predisposto un modello 3D del parabrezza in COMSOL ed è stato analizzato il suo comportamento una volta sottoposto alle sollecitazioni tipiche del campo automotive. E' risultato che il massimo dell'accelerazione è localizzato al centro del vetro, per cui diventa critica, per ragioni di visibilità, la scelta del sensore. Nell'ultima fase si è ricercato un accelerometro piezoelettrico trasparente la cui risposta in frequenza fosse compatibile con il problema in oggetto, identificando il PolivinildenFluoruro (PVDF) come materiale ideale. A valle delle simulazioni si è predisposto un esperimento in cui un sensore in PVDF è stato piazzato al centro di un vetro laminato, il quale è stato sottoposto ad una serie di onde sonore a frequenza costante ed intensità variabile. Tramite un amplificatore di carica si è reso disponibile il segnale prodotto dal sensore ad un campionatore a 48 kHz. La successiva analisi dei dati acquisiti ha confermato la bontà delle ipotesi fatte per tutta la banda frequenziale di interesse. Si è quindi sviluppata un'architettura piu completa in cui oltre al sensore in PVDF e alla sua interfaccia e stata sintetizzata un'unita di processing su piattaforma FPGA Xilinx per l'elaborazione dei dati tramite un algoritmo di noise cancelling