電動(dòng)汽車(chē)警示音系統

作者 / Andreas Pellkofer ADI公司

摘要：傳統內燃機車(chē)輛即使低速行駛也會(huì )發(fā)出發(fā)動(dòng)機聲音。通常，當車(chē)輛不在視線(xiàn)范圍內時(shí)，行人和其他交通參與者通過(guò)視覺(jué)識別和對輪胎聲音及傳出的其他噪音的聽(tīng)覺(jué)識別來(lái)判斷車(chē)輛的接近或離開(kāi)。電動(dòng)車(chē)輛(EV)則不會(huì )發(fā)出發(fā)動(dòng)機聲音。低速行駛時(shí)，在傳統內燃機(ICE)啟動(dòng)之前，混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)(HEV)或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)(PHEV)幾乎是無(wú)聲無(wú)息地移動(dòng)。當速度低于19 英里/時(shí)，這些車(chē)輛發(fā)出的聲響難以聽(tīng)到。在更高速度下，輪胎聲音則成為主要聲響。

0 引言

　　全球管理機構正在研究立法，尋求為電力驅動(dòng)模式下的PEV和HEV制定最低限度的聲音水平，以便視障人士、行人和騎車(chē)人能聽(tīng)到這些車(chē)輛駛近，并確定這些車(chē)輛從哪個(gè)方向駛來(lái)。美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)網(wǎng)站上可以找到這種立法的例子。電動(dòng)汽車(chē)警示音系統(EVWSS)產(chǎn)生一系列旨在提醒行人有EV、HEV和PHEV存在的聲音。司機可以觸發(fā)警示音(類(lèi)似于汽車(chē)喇叭的聲音，但不那么急迫)。但在低速時(shí)，聲音必須能自動(dòng)響起。聲音有很多，從人造信號音到模仿發(fā)動(dòng)機噪音和輪胎經(jīng)過(guò)礫石的真實(shí)聲音。

　　ADI公司提供兩種不同解決方案，包括用于EV的車(chē)內發(fā)動(dòng)機聲音模擬以及外部發(fā)動(dòng)機聲音產(chǎn)生。高端應用方案基于A(yíng)DSP-BF706開(kāi)發(fā)。對于入門(mén)級應用，則基于A(yíng)DAU1450 SigmaDSP?。這些解決方案可以合成聲音并根據行駛速度調整頻率、音量和其他參數，而且可以將音頻發(fā)送到音頻功率放大器。根據具體立法的要求，警示音可以利用內燃機聲音或任何其他合成信號音來(lái)模擬。

1 基于Blackfin的解決方案

　　ADSP-BF706 Blackfin?處理器為音頻處理和CAN總線(xiàn)接口提供單芯片解決方案。ADI公司開(kāi)發(fā)了在A(yíng)DSP-BF706上運行的CAN軟件協(xié)議棧，使得用戶(hù)能以極少的工作量構建汽車(chē)級演示(也可以使用Vector公司CAN協(xié)議棧)。此外，ADI公司提供完整的硬件和軟件參考設計，以及用于實(shí)時(shí)參數調試的SigmaStudio?開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖1顯示了ADSP-BF706內部的不同算法模塊。外部波形音頻文件(WAV)存儲特征發(fā)動(dòng)機聲音或音頻信號音。從SPI接口最多可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)25個(gè)WAV文件。這些文件先在數字信號處理器(DSP)內部進(jìn)行頻移和混頻，然后添加動(dòng)態(tài)音量控制。

　　ADSP-BF706采用存儲器映射SPI接口，通過(guò)它可以更快速、更簡(jiǎn)便地訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器，無(wú)需為此應用外配DDR存儲器。從SPI閃存最多可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)25個(gè)WAV文件?？稍L(fǎng)問(wèn)的WAV文件個(gè)數有助于創(chuàng )造更逼真的發(fā)動(dòng)機聲音。ADSP-BF706還能實(shí)現高達16倍的音調調整，這是美國(US) NHTSA提出的一項建議，即隨著(zhù)車(chē)速的增加而提高輸出聲音的頻率。根據CAN總線(xiàn)送來(lái)的車(chē)速數據，ADSP-BF706可以動(dòng)態(tài)控制音量。圖2顯示了系統詳細框圖。Power By Linear? LT8602四通道單片同步降壓型穩壓器從12 V汽車(chē)電池電源產(chǎn)生系統中所需的全部供電電壓。2 MHz開(kāi)關(guān)頻率讓用戶(hù)可以避開(kāi)關(guān)鍵的噪聲敏感頻段，例如AM頻段。LT8602的3 V至42 V輸入電壓范圍使該器件成為汽車(chē)應用的理想選擇，因為汽車(chē)應用必須承受冷啟動(dòng)和啟停場(chǎng)景，最低輸入電壓低至3 V，電源切斷瞬變超過(guò)40 V。

　　圖3顯示了另一個(gè)系統框圖，其中減少了外設和連接器，一個(gè)通過(guò)汽車(chē)認證的連接器包含了所有相關(guān)信號。該方案允許設計更小尺寸的電路板。

　　由于A(yíng)DSP-BF706同時(shí)充當了微控制器和音頻處理器，因此該系統解決方案可降低系統物料(BOM)成本。針對ADSP-BF706 BLACKFIN+處理器的EVWSS軟件架構，EVWSS軟件架構基于A(yíng)DSP-BF706硬件架構。處理器依賴(lài)硬件架構的原因在于存儲器映射SPI。利用存儲器映射SPI，ADSP-BF706可以直接讀取閃存。此特性降低了EVWSS庫的復雜性，使得用于生成警示音的內存訪(fǎng)問(wèn)效率更高。

2 軟件組件

　　EVWSS軟件架構由圖4所示的組件構成。

　　SPORT回調特性映射到音頻數據采樣速率，并在SPORT收發(fā)器中斷服務(wù)例程(ISR)上下文中運行，讀取閃存文件(SPI存儲器映射)，利用EVWSS庫執行音頻處理，并通過(guò)SPORT收發(fā)器接口送出處理過(guò)的音頻。EVWSS庫存有合成警示音的不同函數。EVWSS庫還接收來(lái)自CAN協(xié)議棧的車(chē)速輸入(或由 UART接口進(jìn)行調試)。TDA7803驅動(dòng)器通過(guò)控制外部功率放大器來(lái)生成警示音。EVWSS應用程序框架配置系統外設、CAN協(xié)議棧和TDA7803驅動(dòng)程序。

　　音調調整是指基于控制輸入來(lái)調整音頻信號的頻譜。在EVWSS應用中，WAV文件的基本音調根據車(chē)速輸入而變化。

　　發(fā)動(dòng)機聲音取決于發(fā)動(dòng)機沖程，包括進(jìn)氣、壓縮、做功(膨脹)和排氣。這些沖程產(chǎn)生頻率調制信號音，而不是純信號音。改變采樣的音調調整參數以實(shí)現頻率調制。

　　此應用包括兩種調制(鋸齒形和三角形)。在鋸齒形調制中，頻率從最低斜坡上升到最高，然后跳回最低。在三角形調制中，頻率從最低斜坡上升到最高，然后從斜坡下降到最低。對于混音，應相對于車(chē)速配置不同增益。

　　盡管所需的WAV文件保存在閃存中，但用戶(hù)可以播放或停止某些WAV文件，具體取決于動(dòng)態(tài)條件。

3 基于SigmaDSP的解決方案

　　對于入門(mén)級應用，ADAU1450 SigmaDSP處理器可以替代ADSP-BF706處理器。為了進(jìn)行評估，可以使用EVAL-ADAU1452評估板。圖5顯示了SigmaDSP處理器內部的不同算法模塊。

　　ADAU1450使用SigmaStudio編程環(huán)境支持以下軟件要求：

　　? 多信號音生成

　　? 動(dòng)態(tài)音量控制，最多64級

　　? 混音

　　? 限幅器

　　? 音調調整，即隨著(zhù)車(chē)速增加提高音調

　　? 同時(shí)播放SPI閃存中的最多5個(gè)WAV文件

　　ADI公司在SigmaStudio中提供了一個(gè)發(fā)動(dòng)機聲音模擬器模塊，以簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機聲音調整并減少所需的外部同步WAV文件數量。發(fā)動(dòng)機聲音模擬器可以在內部產(chǎn)生多達32個(gè)諧波。這些諧波的階數和幅度可以通過(guò)圖形用戶(hù)界面(GUI)進(jìn)行編程。發(fā)動(dòng)機聲音模擬器模塊在SigmaStudio中已發(fā)布，可通過(guò)ADI網(wǎng)站上的軟件申請表頁(yè)面申請獲得。

4 結論

　　ADI公司為入門(mén)級應用、以及支持車(chē)內車(chē)外發(fā)動(dòng)機聲音的高級發(fā)動(dòng)機聲音模擬系統提供全面解決方案。本應用筆記旨在幫助用戶(hù)簡(jiǎn)化決策過(guò)程，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。ADI公司提供完整的系統解決方案，包括用于快速開(kāi)發(fā)原型和產(chǎn)品的必要軟件組件。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第10期第71頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。