Emulador de som interior para automóveis com motor de combustão interna

Abstract

Quando são projetados os automóveis modernos, um dos objetivos é a atenuação ou cancelamento dos níveis de ruído do habitáculo. Um dos inconvenientes associados a esta filosofia é a sistemática alteração do som produzido dentro do habitáculo, servindo os condutores como pista auxiliar para estimar a velocidade, e por vezes negligenciada. Esta alteração da perceção da velocidade conduz a uma tendência para guiar a velocidades superiores e, consequentemente, a um aumento do risco de fatalidades. Desempenha, por isso, um papel importante na segurança rodoviária. Atualmente, para velocidades até 20-30 km/h, os automóveis com os tradicionais Motores de Combustão Interna (MCI) são muito mais ruidosos que os Veículos Elétricos a Bateria (VEB). A partir daí, o ruído provocado pela resistência de rolamento dos pneus e o atrito do ar começam a ser responsáveis por uma maior proporção do ruído total. Nos ensaios de homologação à velocidade de 50 km/h os VEB produzem cerca de 68 dB(A) de ruído, enquanto um veículo equipado com MCI produz acima destes valores. A Comissão Europeia pretende diminuir em 25% os níveis de poluição sonora dos veículos até 2026, desde 1996 que se mantêm inalterados. Os atuais limites de 74 dB(A) passarão a 68 dB(A) em 2026, para qualquer que seja a motorização. Significando que os automóveis ligeiros de passageiros com MCI terão de ser obrigatoriamente tão silenciosos como os atuais VEB. Pretende-se desenvolver um emulador de som interior para automóveis com MCI. A construção deste protótipo permite fazer a aquisição de parâmetros do motor por parte da Electronic Control Unit (ECU), através da execução de um protocolo de comunicação On-board Diagnostics II (OBD-II) entre a ECU e o hardware específico. Este último faz o processamento dos parâmetros do motor obtidos em tempo-real, para posteriormente proceder à emulação do som de acordo com o estágio de funcionamento do motor. O som é reproduzido no habitáculo, através do auxílio do sistema de áudio incorporado no automóvel. Procedeu-se a um estudo por forma a averiguar como são produzidos os sons dos motores nos videojogos de simulação automóvel. Em seguida analisam-se as metodologias existentes, de modo a adotar aquela que permita replicar com maior fidelidade os sons produzidos pelos MCI. O resultado de desenvolvimento compreende um sistema adaptável a vários automóveis que concebe um maior envolvimento e amplifica a sensação auditiva produzida ao condutor. Promove o som como fonte de informação para uma condução mais estável e responsável, através do som produzido no habitáculo, melhorando a perceção do condutor. Também para os entusiastas do mundo automóvel, sendo o som produzido por um motor um elemento chave, este sistema poderá ser uma ferramenta importante para manter o prazer da experiência da condução, uma vez que o mesmo som produzido mecanicamente pode ser conseguido por este sistema.

Whenever modern automobiles are projected, one of the major concerns is the mitigation or total abrogation of noise level in the vehicle’s cabin. One of the associated drawbacks with said philosophy is the systematic modification of the sound produced by the car within the cabin, that otherwise helps drivers estimating the speed they are circulating at, and is neglected at times. This change in the perception of the real speed leads to a tendency of circulating at higher speeds, hence raising the probability of fatality risks. It goes to follow that it plays a leading role when it comes to road safety. Nowadays, for speeds superior to 20-30 km/h, vehicles with the traditional Internal Combustion Engines (ICE) are noisier when compared to Electrical Vehicles (EV). From then on, all noise provoked by the rolling resistance of the tires, as well as the air resistance, start being responsible for a bigger proportion of the total noise. At the speed of 50 km/h, during the homologation rehearsals, the EV produce around 68 dB(A) of noise, whereas a vehicle equipped with ICE produces noise above said value. The European Commission intends on diminishing the levels of sound pollution caused by vehicles by 25% until 2026, since the level has remained unaltered since 1996. The current established limit of 74 dB(A) will be 68 dB(A) by 2016, for any motorization. This means light passenger vehicles with ICE will be obliged to be as silent as the current EV. It is intended to develop an inner sound emulator for automobiles with ICE. The construction of this prototype enables the collection of motor parameters through Electronic Control Units (ECU), through the execution of an On-board Diagnostics II (OBD-II) communication protocol between the ECU and the specific hardware. Said hardware processes the collected motor parameters in real time and subsequently proceeds to the sound emulation according to the operating stage of the engine. The sound is played in the car’s cabin by means of an audio system encrypted in the car itself. Firstly, a study was conducted in order to ascertain how engines’ sounds in car simulation videogames are produced. Then, the existent methodologies were analysed in order to pick and adopt the one that would replicate most accurately the sounds produced by ICE. The result of this investigation is an adaptive system to all categories of vehicles which allows for a greater involvement of the driver by amplifying the auditory sensation. It promotes sound as a source of information for a more stable and responsible driving, through the sound produced in the cabin, which enables for a better perception of the driver. Moreover, for car fanatics and enthusiasts, for which the engine sound is a must, this system may be key when it comes to the pleasure of the driving experience, since the very same sound produced mechanically can be achieved with this system.