Qu'est-ce qu'un système d'alerte sonore des véhicules (AVAS) ?

Un système d'alerte sonore des véhicules (AVAS) est un module automobile qui génère des sons d'avertissement spécifiques et les diffuse via des haut-parleurs intégrés à la carrosserie afin de fournir aux autres usagers de la route des informations sur la position, la vitesse et la direction de déplacement du véhicule. En réponse aux experts en sécurité et aux défenseurs des personnes malvoyantes, l'industrie automobile a développé cette technologie pour les véhicules électriques (VE) et hybrides, car ceux-ci sont difficilement audibles à faible vitesse.

Généralement, les automobiles génèrent du bruit à partir de trois sources :

• Bruit du moteur : les systèmes mécaniques qui fournissent le couple aux roues génèrent tous du bruit, et ce niveau peut être très élevé pour les moteurs à combustion interne. Divers ventilateurs de refroidissement peuvent également produire du bruit, mais ils ne fonctionnent pas en permanence. Les moteurs électriques produisent un sifflement à haute vitesse, et les moteurs à pile à combustible comportent des soufflantes et des pompes qui contribuent également au bruit.
• Bruit de roulement : Les pneus émettent du bruit lorsqu'ils roulent sur la chaussée. Le niveau sonore dépend de la conception du pneu, de la surface de la route et de la vitesse du véhicule.
• Bruit aérodynamique : l'air circulant autour du véhicule peut générer des turbulences à grande vitesse, produisant un bruit perceptible par les piétons. Cependant, ce bruit aérodynamique est très léger à faible vitesse.

Les piétons, les cyclistes ou les enfants à proximité des routes utilisent ces sons comme signal d'alerte indiquant l'approche d'un véhicule. Ceci est particulièrement important pour les personnes malvoyantes ou distraites par d'autres activités, comme l'utilisation d'un téléphone ou une conversation. Avec l'arrivée des véhicules électriques, beaucoup plus silencieux que les véhicules traditionnels, l'absence de bruit à faible vitesse est devenue un enjeu de sécurité pour les piétons. Une étude réalisée en 2009 par la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) a montré que les véhicules hybrides en mode électrique avaient deux fois plus de risques d'être impliqués dans un accident avec un piéton et 1,7 fois plus de risques d'être impliqués dans un accident avec un cycliste. À une vitesse d'environ 20 km/h, les bruits de roulement et aérodynamiques deviennent suffisamment audibles, rendant inutile la génération de sons artificiels. 

Les constructeurs automobiles intègrent des modules AVAS dans leurs véhicules électriques et hybrides pour trois raisons :

• Sécurité des piétons : les sons d'avertissement générés par l'AVAS réduisent le risque de collision avec les usagers vulnérables de la route, tels que les piétons et les cyclistes. Les situations couramment visées incluent les personnes traversant la chaussée hors ou dans les passages piétons, celles marchant autour de véhicules stationnés, ou passant derrière un véhicule en marche arrière.
• Identité sonore : la génération de sons à faible vitesse à des fins de sécurité constitue également une opportunité pour les constructeurs automobiles. Les fabricants peuvent créer une identité sonore propre à leurs véhicules afin de définir une identité acoustique distinctive.
• Conformité réglementaire : de nombreux pays ont rendu obligatoire l'utilisation de l'AVAS pour les véhicules ne produisant pas de bruit moteur à faible vitesse. Cela comprend les véhicules électriques à batterie (BEV), les véhicules hybrides rechargeables, les véhicules hybrides essence-électrique, ainsi que certains véhicules à pile à combustible hydrogène.

Un système AVAS comprend généralement les modules suivants :

• Bus CAN (Controller Area Network) : l'AVAS a besoin d'informations sur l'état du véhicule afin de produire les sons appropriés en termes de volume et de fréquence. Ces informations proviennent du bus CAN du véhicule, connecté à des capteurs et systèmes mesurant ou détectant la vitesse, le rapport engagé, la position de l'accélérateur et du frein, le bruit ambiant et l'accélération.
• Traitement : c'est le cerveau du système. Il se compose d'une unité de commande électronique (ECU), d'un moteur sonore, d'un amplificateur et d'une interface CAN.
• Sortie : le module de traitement utilise les données des capteurs pour générer le son via le module de sortie du système. Les principaux composants sont les haut-parleurs, le câblage, les boîtiers et les supports de fixation. Certains véhicules utilisent également la vibration active de panneaux existants, comme le capot avant, pour produire le son.  

Les premières réglementations sur le bruit des véhicules à moteur thermique visaient à réduire la pollution sonore et à améliorer la perception du trafic par les conducteurs. Aujourd'hui, les autorités de réglementation ont mis en place des normes visant à garantir que les véhicules électriques produisent des sons améliorant la sécurité. Les réglementations qui en résultent et qui traitent les systèmes d'alerte piétons ont deux objectifs :

1. Elles fournissent un cadre légal pour protéger les usagers de la route et offrent des directives standardisées aux ingénieurs.
2. Elles définissent des grandeurs mesurables que les ingénieurs peuvent utiliser comme contraintes de conception.

Bien que chaque pays ou région dispose de sa propre norme de sécurité pour l'AVAS, la plupart spécifient les critères suivants selon la vitesse du véhicule :

• Audible : le niveau sonore à différentes vitesses doit être suffisamment élevé pour être perçu dans des conditions réelles.
• Reconnaissable : les personnes proches du véhicule doivent pouvoir identifier le son comme un signal indiquant la position et la direction du véhicule dans le temps.
• Pertinent : les sons générés doivent fournir des indications supplémentaires, comme la vitesse, l'arrêt ou la marche arrière.

Réglementations AVAS couramment appliquées

Voici certaines des réglementations et lignes directrices les plus couramment appliquées aux systèmes d'alerte sonore des véhicules (AVAS).

Règlement des Nations Unies n° 138 (UN R138)

Cette norme internationale est adoptée par la majorité des pays, dont le Japon, l'Union européenne, l'Australie et le Royaume-Uni. UN R138 est complet et fournit aux ingénieurs des informations sur le volume, la fréquence et les méthodes de test. Les principales exigences pour les systèmes AVAS couverts sont les suivantes :

• Émission sonore du démarrage jusqu'à 20 km/h.
• Génération d'un son de marche arrière identifiable au-dessus d'un volume minimal.
• Absence de son lorsque le véhicule est à l'arrêt.
• Émission de sons à des niveaux minimaux selon les plages de vitesse.
• Tonalité produisant au moins deux fréquences dans des plages spécifiques.
• Variation du ton selon l'accélération (augmentation de la fréquence) et la décélération (diminution de la fréquence) avec une variation d'au moins 0,8 % par 1 km/h.

Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) 141 (États-Unis)

Les véhicules hybrides et électriques d'un poids total inférieur ou égal à 4 500 kilos doivent se conformer à la norme FMVSS n° 141, « Minimum Sound Requirements for Hybrid and Electric Vehicles » (Exigences sonores minimales pour les véhicules hybrides et électriques.)

Les principales exigences pour les modules AVAS couverts sont les suivantes :

• Émission sonore du démarrage jusqu'à 30 km/h.
• Génération d'un son de marche arrière identifiable au-dessus d'un volume minimal.
• Émission sonore lorsque le véhicule est à l'arrêt et qu'une vitesse est engagée.
• Émission de sons à des niveaux minimaux selon les plages de vitesse et bandes de fréquence.
• Variation du volume de 3 dB pour chaque accélération et décélération de 10 km/h.
• Tonalité produisant au moins deux fréquences et jusqu'à quatre dans des plages spécifiques.
• Émission d'une identité sonore cohérente pour une marque, un modèle, une année-modèle, un type de carrosserie et un niveau de finition donnés.

GB/T 37153 (Chine)

La norme en Chine suit principalement l'UN R138. Cependant, elle impose un niveau sonore supérieur de 2 dB par rapport à la norme UN en raison du bruit ambiant élevé dans les villes chinoises. Elle permet également de désactiver le module AVAS via un interrupteur de pause.

SAE J2889-1 et ISO 16254

Ces normes industrielles très proches ne sont pas obligatoires légalement. Elles spécifient les méthodes acceptées pour mesurer le son créé par les systèmes AVAS. Les normes comprennent des directives pour les conditions de piste, la correction du bruit de fond et le positionnement des microphones. 

La création des sons AVAS combine ingénierie, esthétique, innovation, efficacité et exigences de sécurité dans un même effort créatif afin de produire un résultat qui respecte des objectifs souvent contradictoires. C'est pourquoi les constructeurs automobiles font appel à des designers du son pour concevoir leurs signatures sonores AVAS.

Chaque équipe adopte une approche différente, mais toutes commencent par définir les objectifs d'identité sonore, les contraintes réglementaires et les exigences de sécurité, puis expérimentent différents sons. Elles peuvent utiliser des sons échantillonnés, des effets numériques, des instruments de musique ou des objets du quotidien pour explorer des combinaisons acoustiques uniques permettant à la fois d'améliorer la sécurité routière, de respecter la réglementation et de renforcer l'image de marque.

Lorsque les exigences de volume et de fréquence peuvent être définies à partir des normes, la construction de l'identité sonore de la marque devient un processus itératif. Ils commencent par un travail de réflexion autour de symboliques propres à la marque afin d'orienter les ingénieurs du son. Cela pourrait être un son naturel et organique, comme le vent ou l'eau. Ou ils peuvent vouloir une signature forte et cinématographique. Certaines marques peuvent même souhaiter que leurs véhicules électriques reprennent le grondement caractéristique de leurs modèles à essence. 

Une fois cette vision définie, l'étape suivante consiste à analyser comment les sons générés par l'AVAS interagissent avec les autres bruits du véhicule en fonctionnement. Les sons peuvent se compléter ou se masquer. Un autre aspect clé pris en compte par les ingénieurs du son est le caractère harmonique ou dissonant des combinaisons sonores. Ils doivent également étudier la perception humaine des sons. Un exemple célèbre de réaction inattendue de piétons s'est produit lorsque Jaguar a utilisé un son inspiré d'un vaisseau spatial pour son AVAS, ce qui a poussé les gens à regarder vers le ciel.

Pour gérer ces complexités, les designers du son utilisent des logiciels de simulation comme le logiciel de conception sonore de post-traitement Ansys Sound afin d'expérimenter, tester, optimiser et valider différentes conceptions sonores. Ils peuvent partir d'une base de sons, puis modifier des paramètres comme le timbre, la hauteur et l'intensité pour créer de nouvelles signatures auditives. Ils peuvent ensuite étudier l'évolution de ces sons en fonction de paramètres de conduite tels que le régime moteur, la vitesse, l'accélération et le couple. Le logiciel permet de modifier facilement les paramètres et d'écouter les résultats en temps réel en laboratoire, dans un simulateur de conduite ou directement via le matériel AVAS du véhicule. L'utilisation d'un outil de simulation comme Ansys Sound permet aux ingénieurs d'itérer rapidement sans attendre des modifications de prototypes physiques, ce qui peut prendre plusieurs semaines. 

Captures d'écran d'Ansys Sound montrant le réglage du son (à gauche) et les vérifications de conformité AVAS

Bien que les systèmes AVAS soient déjà bien établis comme dispositif de sécurité dans les véhicules électriques et hybrides, leur généralisation sur les VE pose de nouveaux défis. Le plus important est le risque d'un nouveau type de pollution sonore. Avec la multiplication des véhicules électriques en ville, la superposition de leurs sons AVAS pourrait contribuer au bruit urbain. En outre, comme les marques produisent des signatures sonores très différentes, leur combinaison simultanée pourrait distraire les piétons. Dans certains cas, le mélange de plusieurs sons pourrait même rappeler de manière désagréable des musiciens débutants désaccordés plutôt qu'un ensemble harmonieux.

Les équipes de conception travaillent notamment sur les améliorations suivantes :

• Des paysages sonores adaptatifs qui évoluent selon l'environnement (zones scolaires, hôpitaux, rues piétonnes, campagne).
• L'intégration dans les villes intelligentes où l'AVAS interagit avec des capteurs urbains ou des smartphones de piétons.
• Des véhicules capables de détecter les autres sources sonores, y compris d'autres véhicules, et d'ajuster leur signature pour plus d'harmonie.
• La combinaison de l'AVAS avec des signaux visuels dans les environnements bruyants.

Dans le même temps, l'adoption croissante des véhicules électriques et les tendances technologiques offrent de nouvelles opportunités. Les véhicules autonomes auront besoin de signaux sonores supplémentaires, en l'absence de conducteur pour klaxonner ou avertir les piétons. L'intelligence artificielle (IA) permettra également aux designers du son d'explorer et de synthétiser davantage de sons et de les tester plus rapidement et plus précisément. 

Ressources connexes