電動(dòng)汽車警示音系統(tǒng)

作者 / Andreas Pellkofer ADI公司

摘要：傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛即使低速行駛也會(huì)發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)聲音。通常，當(dāng)車輛不在視線范圍內(nèi)時(shí)，行人和其他交通參與者通過視覺識(shí)別和對(duì)輪胎聲音及傳出的其他噪音的聽覺識(shí)別來判斷車輛的接近或離開。電動(dòng)車輛(EV)則不會(huì)發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)聲音。低速行駛時(shí)，在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)(ICE)啟動(dòng)之前，混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(PHEV)幾乎是無聲無息地移動(dòng)。當(dāng)速度低于19 英里/時(shí)，這些車輛發(fā)出的聲響難以聽到。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(jī)構(gòu)正在研究立法，尋求為電力驅(qū)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、行人和騎車人能聽到這些車輛駛近，并確定這些車輛從哪個(gè)方向駛來。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)汽車警示音系統(tǒng)(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(jī)可以觸發(fā)警示音(類似于汽車?yán)鹊穆曇?，但不那么急?。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(hào)音到模仿發(fā)動(dòng)機(jī)噪音和輪胎經(jīng)過礫石的真實(shí)聲音。

　　ADI公司提供兩種不同解決方案，包括用于EV的車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音模擬以及外部發(fā)動(dòng)機(jī)聲音產(chǎn)生。高端應(yīng)用方案基于ADSP-BF706開發(fā)。對(duì)于入門級(jí)應(yīng)用，則基于ADAU1450 SigmaDSP?。這些解決方案可以合成聲音并根據(jù)行駛速度調(diào)整頻率、音量和其他參數(shù)，而且可以將音頻發(fā)送到音頻功率放大器。根據(jù)具體立法的要求，警示音可以利用內(nèi)燃機(jī)聲音或任何其他合成信號(hào)音來模擬。

1 基于Blackfin的解決方案

　　ADSP-BF706 Blackfin?處理器為音頻處理和CAN總線接口提供單芯片解決方案。ADI公司開發(fā)了在ADSP-BF706上運(yùn)行的CAN軟件協(xié)議棧，使得用戶能以極少的工作量構(gòu)建汽車級(jí)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(shè)計(jì)，以及用于實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)試的SigmaStudio?開發(fā)環(huán)境。圖1顯示了ADSP-BF706內(nèi)部的不同算法模塊。外部波形音頻文件(WAV)存儲(chǔ)特征發(fā)動(dòng)機(jī)聲音或音頻信號(hào)音。從SPI接口最多可以同時(shí)訪問25個(gè)WAV文件。這些文件先在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)內(nèi)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(chǔ)器映射SPI接口，通過它可以更快速、更簡便地訪問外部存儲(chǔ)器，無需為此應(yīng)用外配DDR存儲(chǔ)器。從SPI閃存最多可以同時(shí)訪問25個(gè)WAV文件?？稍L問的WAV文件個(gè)數(shù)有助于創(chuàng)造更逼真的發(fā)動(dòng)機(jī)聲音。ADSP-BF706還能實(shí)現(xiàn)高達(dá)16倍的音調(diào)調(diào)整，這是美國(US) NHTSA提出的一項(xiàng)建議，即隨著車速的增加而提高輸出聲音的頻率。根據(jù)CAN總線送來的車速數(shù)據(jù)，ADSP-BF706可以動(dòng)態(tài)控制音量。圖2顯示了系統(tǒng)詳細(xì)框圖。Power By Linear? LT8602四通道單片同步降壓型穩(wěn)壓器從12 V汽車電池電源產(chǎn)生系統(tǒng)中所需的全部供電電壓。2 MHz開關(guān)頻率讓用戶可以避開關(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應(yīng)用的理想選擇，因?yàn)槠噾?yīng)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40 V。

　　圖3顯示了另一個(gè)系統(tǒng)框圖，其中減少了外設(shè)和連接器，一個(gè)通過汽車認(rèn)證的連接器包含了所有相關(guān)信號(hào)。該方案允許設(shè)計(jì)更小尺寸的電路板。

　　由于ADSP-BF706同時(shí)充當(dāng)了微控制器和音頻處理器，因此該系統(tǒng)解決方案可降低系統(tǒng)物料(BOM)成本。針對(duì)ADSP-BF706 BLACKFIN+處理器的EVWSS軟件架構(gòu)，EVWSS軟件架構(gòu)基于ADSP-BF706硬件架構(gòu)。處理器依賴硬件架構(gòu)的原因在于存儲(chǔ)器映射SPI。利用存儲(chǔ)器映射SPI，ADSP-BF706可以直接讀取閃存。此特性降低了EVWSS庫的復(fù)雜性，使得用于生成警示音的內(nèi)存訪問效率更高。

2 軟件組件

　　EVWSS軟件架構(gòu)由圖4所示的組件構(gòu)成。

　　SPORT回調(diào)特性映射到音頻數(shù)據(jù)采樣速率，并在SPORT收發(fā)器中斷服務(wù)例程(ISR)上下文中運(yùn)行，讀取閃存文件(SPI存儲(chǔ)器映射)，利用EVWSS庫執(zhí)行音頻處理，并通過SPORT收發(fā)器接口送出處理過的音頻。EVWSS庫存有合成警示音的不同函數(shù)。EVWSS庫還接收來自CAN協(xié)議棧的車速輸入(或由 UART接口進(jìn)行調(diào)試)。TDA7803驅(qū)動(dòng)器通過控制外部功率放大器來生成警示音。EVWSS應(yīng)用程序框架配置系統(tǒng)外設(shè)、CAN協(xié)議棧和TDA7803驅(qū)動(dòng)程序。

　　音調(diào)調(diào)整是指基于控制輸入來調(diào)整音頻信號(hào)的頻譜。在EVWSS應(yīng)用中，WAV文件的基本音調(diào)根據(jù)車速輸入而變化。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)聲音取決于發(fā)動(dòng)機(jī)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(diào)制信號(hào)音，而不是純信號(hào)音。改變采樣的音調(diào)調(diào)整參數(shù)以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。

　　此應(yīng)用包括兩種調(diào)制(鋸齒形和三角形)。在鋸齒形調(diào)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(diào)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(duì)于混音，應(yīng)相對(duì)于車速配置不同增益。

　　盡管所需的WAV文件保存在閃存中，但用戶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(duì)于入門級(jí)應(yīng)用，ADAU1450 SigmaDSP處理器可以替代ADSP-BF706處理器。為了進(jìn)行評(píng)估，可以使用EVAL-ADAU1452評(píng)估板。圖5顯示了SigmaDSP處理器內(nèi)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(hào)音生成

　　? 動(dòng)態(tài)音量控制，最多64級(jí)

　　? 混音

　　? 限幅器

　　? 音調(diào)調(diào)整，即隨著車速增加提高音調(diào)

　　? 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(jī)聲音模擬器模塊，以簡化發(fā)動(dòng)機(jī)聲音調(diào)整并減少所需的外部同步WAV文件數(shù)量。發(fā)動(dòng)機(jī)聲音模擬器可以在內(nèi)部產(chǎn)生多達(dá)32個(gè)諧波。這些諧波的階數(shù)和幅度可以通過圖形用戶界面(GUI)進(jìn)行編程。發(fā)動(dòng)機(jī)聲音模擬器模塊在SigmaStudio中已發(fā)布，可通過ADI網(wǎng)站上的軟件申請(qǐng)表頁面申請(qǐng)獲得。

4 結(jié)論

　　ADI公司為入門級(jí)應(yīng)用、以及支持車內(nèi)車外發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的高級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音模擬系統(tǒng)提供全面解決方案。本應(yīng)用筆記旨在幫助用戶簡化決策過程，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。ADI公司提供完整的系統(tǒng)解決方案，包括用于快速開發(fā)原型和產(chǎn)品的必要軟件組件。

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