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上汽-新能源汽車行人警示音設(shè)計(jì)與研究

2021-11-18 14:46:09·  來源：電動學(xué)堂  作者：張冀青等  
　
文章來源：上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心引言汽車帶來的行人安全問題，從被動安全和主動安全兩個方面來進(jìn)行考慮和保護(hù)。被動方面在行人碰撞方面要求保險(xiǎn)杠和
文章來源：上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心

引言
汽車帶來的行人安全問題，從被動安全和主動安全兩個方面來進(jìn)行考慮和保護(hù)。被動方面在行人碰撞方面要求保險(xiǎn)杠和汽車前端設(shè)計(jì)表面和內(nèi)部機(jī)械零件之間，必須保留充分的空間，行人和汽車碰撞時能緩沖頭部的碰撞傷害；主動安全方面，考慮新能源汽車在低速情況下電機(jī)的工作噪聲遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)噪聲，為提醒行人注意避讓車輛，因此增加行人警示系統(tǒng)，用于模擬汽車發(fā)動機(jī)的聲音，提醒行人。
純電動車輛及混合動力車輛在低速行駛時均以電機(jī)作為動力輸出，較傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)更為安靜，導(dǎo)致其與行人（特別是盲人）發(fā)生交通事故的概率高于一般傳統(tǒng)汽車。為解決此問題，國際上近年來的研究一致傾向于在安靜行駛的車輛上配備一種能夠在低速時發(fā)出警示音、提示音的系統(tǒng)，來減小和行人發(fā)生交通事故的概率。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，GB/T28382-2012《純電動乘用車技術(shù)條件》中，對電動車配備低速提示音系統(tǒng)進(jìn)行了定性要求。最新的電動汽車標(biāo)準(zhǔn)GB/T37153-2018《電動車低速提示音》中包括了聲音類型、聲音標(biāo)定時在不同檔位不同車速下每個頻點(diǎn)值需要達(dá)到的最大聲壓級和總聲壓級的要求、頻率移動要求等內(nèi)容。

1相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求
1.1國外的情況
國際上影響最為廣泛的是ECE-R138《針對安靜道路行駛車輛可聽度降低的要求》，該標(biāo)準(zhǔn)被歐盟各國廣泛采納。
1.2中國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的具體要求
我國的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中，對提示音的一些具體要求見表l。


1)開關(guān)要求：國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求使能開關(guān)可以由車廠自行配置是否需要開關(guān)，為了滿足客戶的主觀感受，SAIC目前所有的新能源車上都配置了使能開關(guān)，使能開關(guān)默認(rèn)為開，如果關(guān)閉應(yīng)有提示，并且在下次的點(diǎn)火默認(rèn)開。而國外的標(biāo)準(zhǔn)(UK/EU)明確表示要取消暫停開關(guān)，到2023年9月1日出口至歐盟及英國的車型必須取消暫停開關(guān)。
2)工作車速范圍：提示音系統(tǒng)的工作車速范圍為大于Okm/h且小于等于30km/h,混合動力汽車在純電動模式下以該車速范圍行駛時應(yīng)發(fā)出提示音。
3))聲級限值：按照表2所列方法進(jìn)行整車標(biāo)定測得車外噪聲，需在其所包含的各個1/3倍頻程上，其中至少兩個1/3倍頻程上不小于表中所規(guī)定的聲級，且同時滿足表中對其總聲級的要求。
4))頻率范圍：提示音系統(tǒng)所發(fā)出的聲音，應(yīng)至少包含表2中所規(guī)定的兩個1/3倍頻程，且至少有一個1/3倍頻程在1600Hz（含）以下。這兩個1/3倍頻程的最低聲級，應(yīng)不低于表中規(guī)定的對應(yīng)的聲級限值。

5)頻移：當(dāng)車輛以5~20knvh范圍內(nèi)的某一速度前進(jìn)時，提示音系統(tǒng)所發(fā)出的聲音中，至少有一個表2中所規(guī)定的1/3倍頻程的頻率會隨車速的提高而變大，或隨著車速降低而變小。該頻率的最小平均頻移速度應(yīng)滿足≥0.8%/(km/h)。
如果同時存在多個表2中所規(guī)定的1/3倍頻程頻率發(fā)生漂移，則只要有一個頻移符合要求。
2行人警示零件布置設(shè)計(jì)
用于模擬發(fā)動機(jī)聲音的發(fā)聲單元可以是集成式的，也可以是分體式開發(fā)，目前一汽、日產(chǎn)、起亞、SAIC、吉利、長城采用分體式行人警示系統(tǒng)，目前只有長安、上海大眾等車型采用發(fā)聲單元與控制單元集成方式供貨。
2.1行人警示控制模塊布置要求
行人警示控制模塊布置在乘員艙，僅需要滿足乘員艙的環(huán)境要求，一般布置在駕駛員或者前排乘客座椅底下，儀表臺下方，使行人警示控制模塊與行人警示揚(yáng)聲器之間的連接線盡可能短，可以有效避免線損對行人警示音的干擾。
2.2行人警示揚(yáng)聲器布置要求
l)考慮發(fā)聲的通透性。為保證警示音向外傳遞的最小損耗，行人警示揚(yáng)聲器最好安裝在有對外開口的位置，比如前格柵及附近區(qū)域，同時盡可能使行人警示揚(yáng)聲器有一定向下的傾斜的角度，45°為最佳，如圖1所示。這樣可以使行人警示音聲波與地面及其他物體產(chǎn)生充分的衍射和散射，使得左右兩側(cè)測試點(diǎn)的聲壓級更加均衡，減小行人警示揚(yáng)聲器位置偏向一側(cè)而造成車內(nèi)音量過大的問題。同時，向下傾斜也可以避免灰塵、用水從開口處直接對行人警示揚(yáng)聲器造成侵蝕損害。

2)考慮低可見性?？紤]到行人警示揚(yáng)聲器的布置位置集中在前艙的情況（尤其是經(jīng)常會布置于前格柵后的位置），行人警示揚(yáng)聲器應(yīng)設(shè)計(jì)為黑色零件，盡量避免可見性問題。同時，行人警示揚(yáng)聲器接插件應(yīng)盡量設(shè)計(jì)為黑色，以避免放置在前格柵附近時帶來的可見性問題。
3)考慮標(biāo)準(zhǔn)要求的對稱性。行人警示揚(yáng)聲器的安裝位置將直接影響標(biāo)定左右測試點(diǎn)的均衡性，以及向內(nèi)、向外的聲能量傳遞損失。而且，行人警示揚(yáng)聲器過于偏向一側(cè)會限制警示音頻率的選擇，因?yàn)槿舨贾玫闷蛞粋?cè)，會使得只能選用波長較長的低頻聲來產(chǎn)生更強(qiáng)的衍射效果來增大聲壓級，且此種情況下的高頻聲能量會在某一側(cè)更容易通過反射損失掉，影響警示音的設(shè)計(jì)。因此，行人警示揚(yáng)聲器應(yīng)盡量布置在車輛內(nèi)左右對稱的位置，最佳的位置就是在前格柵后的中部區(qū)域，這樣的布置可以使左右測試點(diǎn)的警示音聲級更加均衡，有利于應(yīng)用較小聲級滿足標(biāo)準(zhǔn)，減小警示音對車內(nèi)的影響。同時，警示音的音色方面也可以有較多的選擇空間。
3行人警示音設(shè)計(jì)
3.1聲音發(fā)聲原理
目前大多數(shù)主流的廠家的行人警示系統(tǒng)都是靠一個外置的行人警示控制模塊通過獲取整車CAN上的車速、檔位、主機(jī)開關(guān)等信息，再通過控制模塊（布置在乘員艙）驅(qū)動車外行人警示揚(yáng)聲器（布置在前艙）發(fā)聲，車外行人警示揚(yáng)聲器是通過模塊傳輸過來的電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號，利用行人警示揚(yáng)聲器振動發(fā)聲。
3.2行人警示音設(shè)計(jì)要點(diǎn)
應(yīng)該從以下4個方面進(jìn)行綜合考慮并設(shè)計(jì)：
1)整車噪聲傳遞函數(shù)。警示音頻段應(yīng)盡可能設(shè)置在發(fā)動機(jī)艙－乘員艙傳遞損耗較大，且發(fā)動機(jī)機(jī)艙－車外測試點(diǎn)傳遞損耗較小的頻段，降低警示音對車內(nèi)乘員的影響，同時增加車外警示效果。

如圖2所示，700Hz以上頻段傳遞損耗大，那么盡量設(shè)置在低頻段。
2)標(biāo)定左右測試點(diǎn)均衡性。由于波長較長，低頻聲波在傳播過程中更容易產(chǎn)生衍射和散射現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生更好的傳播效果。在警示音中增加低頻成分，可使測試樣車左右兩側(cè)測試點(diǎn)的標(biāo)定結(jié)果更加均衡。避免因一側(cè)聲級未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，提升整體聲級而對車內(nèi)造成較大影響，標(biāo)定采集點(diǎn)如圖3所示。

3)聲音設(shè)計(jì)方面。首先應(yīng)該滿足標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對聲音進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)避免設(shè)計(jì)尖銳、刺耳等對駕駛員造成明顯影響的音效，聲品質(zhì)方面應(yīng)和諧、細(xì)膩。同時增加整車廠方面對聲音形象上要求的元素，如科技感、動感等。
結(jié)合算法對整車聲音進(jìn)行規(guī)定，并對聲音設(shè)計(jì)有要求，首先聲音設(shè)計(jì)必須是一段全加速過程中的聲音文件，時長建議小于5s,采樣率48kHz,16bit,需要支持循環(huán)播放，首尾過渡無雜音，無pop音。每個檔位下切換時無不連貫性。如名字為輕舞飛揚(yáng)的聲音片段，利用合成器馬林巴的音色，結(jié)合真實(shí)發(fā)動機(jī)聲效，疊加流動性旋律元素，最終多軌合成形成新的聲效。
4))聲音強(qiáng)度分布。警示音音色設(shè)計(jì)完成后，在實(shí)車標(biāo)定過程中針對lOkni/h、20knilh,以及倒車6kni/h時的測試點(diǎn)進(jìn)行聲壓標(biāo)定設(shè)計(jì)，其他速度點(diǎn)進(jìn)行降壓處理，構(gòu)成整個0.3~30km/h的聲音包絡(luò)線。
其中，改善前聲音的低頻和高頻包絡(luò)如圖4和圖5所示。
改善后聲音的低頻和高頻包絡(luò)如圖6和圖7所示。
3.3驗(yàn)證測試
按照以上聲音原理及傳播路徑，可以通過以下方法進(jìn)行驗(yàn)證測試：
l)音源方面：通過測試車內(nèi)傳遞函數(shù)測試，在音源制作方面給出建議，音源中增加低頻成分，見表3。除過法規(guī)規(guī)定的6km/h、l0km/h、20km/h幾個聲壓級不變之外，減少車速9knvh以下的低頻包絡(luò)和高頻包絡(luò)的每個車速下聲壓級。
2)通過更改行人警示揚(yáng)聲器位置（從目前右前縱梁布置位置移動到前緩沖梁位置）進(jìn)行改善，可以在聲音傳遞路徑上減少聲音向車內(nèi)傳遞。
從圖8、圖9中可以看出，PAS位置更改，可以增加聲音向車外傳遞的總聲壓級，減少聲音向車內(nèi)傳遞。
PAS布置在緩沖梁前部需要較小的聲壓級即可滿足標(biāo)準(zhǔn)需求，布置前副車架左側(cè)需要更高的聲壓級才可以滿足標(biāo)準(zhǔn)需求。
從圖9可以看出不同揚(yáng)聲器位置對車內(nèi)總聲壓級，布置在前緩沖梁處車內(nèi)聲壓級明顯改善。
通過以上的方案策略，從聲音音源、傳遞路徑、布置位置上可以有效減少行人警示音”車外不響車內(nèi)響”問題。

4結(jié)論
本文針對行人警示系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究出發(fā)，從國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對比、聲音設(shè)計(jì)、音源改善、系統(tǒng)層面調(diào)試、整車行人警示音改善方法方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，并通過實(shí)例，從聲音源頭及標(biāo)定方法出發(fā)，最大限度保存了聲音分析方法，改善整車行人警示音，避免客戶抱怨。
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