电动汽车警告音响系统

作者：Andreas Pellkofer, Jagannath Rotti, and Danny Ko

传统的内燃机车辆即使在低行驶速度下也会发出发动机声音。通常，当车辆看不见时，行人和其他交通参与者通过视觉和听觉识别轮胎声音和其他发出的噪音来识别接近或离开的车辆。

电动汽车 （EV） 不会发出发动机声音。混合动力电动汽车 （HEV） 或插电式混合动力电动汽车 （PHEV） 在低速行驶时和传统内燃机 （ICE） 启动之前几乎无声地移动。当以低于 19 英里/小时的速度行驶时，很难听到这些车辆的声音。在更高的速度下，轮胎声音变得占主导地位。

全球管理机构正在探索立法，旨在为PHEV和HEV在电动模式下运行时建立最低声音水平，以便视障人士，行人和骑自行车的人可以听到这些车辆接近并确定这些车辆从哪个方向接近。该立法的一个例子可以在国家公路交通安全管理局（NHTSA）网站上找到。

电动汽车警告声音系统 （EVWSS） 产生一系列声音，旨在提醒行人注意 EV、HEV 和 PHEV 的存在。驾驶员可以发出警告声音（类似于汽车喇叭的声音，但不那么紧急）;但是，必须在低速时自动启用声音。这些声音从人造音调到模仿发动机噪音和轮胎在砾石上移动的逼真声音不等。

ADI公司为高级应用提供两种不同的解决方案，包括EV的车内发动机声音和外部发动机声音。ADI公司开发了基于ADSP-BF706的解决方案。对于入门级系统，ADI公司开发了一种基于ADAU1450 SigmaDSP的解决方案。这些解决方案可以合成声音并根据行进速度调整频率、音量和其他参数，这些解决方案可以将音频发送到音频功率放大器。根据某些法规的要求，可以使用内燃机声音或任何其他合成音调来模拟警告声音。®

基于黑鳍金枪鱼的解决方案

ADSP-BF706 Blackfin+处理器为音频处理和控制局域网（CAN）总线接口提供单芯片解决方案。 ADI公司开发了一个在ADSP-BF706上运行的CAN软件堆栈，使用户能够以最小的工作量构建汽车级演示（也可以使用矢量CAN堆栈）。此外，ADI公司还提供完整的硬件和软件参考设计以及SigmaStudio兼容性，用于实时调整参数。®®®

图1显示了ADSP-BF706内部的不同处理模块。外部波形音频文件 （WAV） 存储签名引擎声音或音频音调。可从外部串行外设接口 （SPI） 同时访问多达 25 个 WAV 文件。在添加动态音量控制之前，这些文件在数字信号处理器（DSP）内部进行频移和混合。

图1.Blackfin+ 处理器上的处理块。

ADSP-BF706采用存储器映射SPI接口，提供对外部存储器的更快、更简化的访问，因此本应用无需外部双倍数据速率（DDR）存储器。最多可从 SPI 闪存同时访问多达 25 个 WAV 文件。大量可访问的 WAV 文件有助于创建更逼真的发动机声音。

ADSP-BF706还可以实现高达16×的变调，这是美国NHTSA的建议，随着车速的增加，输出声音的频率也会增加。ADSP-BF706可以随着CAN总线车速的增加动态控制音量。

图2显示了详细的系统框图。线性™电源LT8602四通道单芯片同步降压稳压器提供系统所需的所有电压轨，源自12 V汽车电池电源。2 MHz开关频率允许用户避开关键的噪声敏感频段，例如AM频段。LT8602的3 V至42 V输入电压范围使该器件非常适合汽车应用，这些应用必须在冷启动和启动停止情况下进行调节，最小输入电压低至3 V，抛负载瞬变超过40 V。

图2.详细的系统框图，在全功能板上使用Blackfin+处理器。

图3显示了一个替代系统框图，其中包含连接器、一组简化的外设和一个承载所有相关信号的汽车合格连接器。此配置允许设计更小外形的电路板。

该系统解决方案可降低系统物料清单（BOM）成本，因为ADSP-BF706可用作微控制器和音频处理器。

图3.详细的系统框图，在组件减少的电路板上带有Blackfin+处理器。

有关解决方案的完整详细信息，请参阅 EVWSS v1 演示手册和 EVWSS v2 演示手册，它们在软件下载包中提供。该软件包（EVWSS-BF_SRC-Rel2.0.0）可通过ADI公司网站的软件申请表页面索取。有关ADSP-BF706的完整详细信息，请参见ADSP-BF70x Blackfin+工艺硬件参考和ADSP-BF7xx Blackfin+™ ™处理器编程参考。

适用于ADSP-BF706 Blackfin+处理器的EVWSS软件架构

EVWSS软件架构基于ADSP-BF706硬件架构。处理器对硬件架构的依赖是由于内存映射的 SPI。CAN接口使用存储器映射SPI直接从闪存读取。此功能降低了 EVWSS 库的复杂性，并使内存访问高效，以生成警告声音。

软件组件

EVWSS 软件架构由图 4 中所示的组件组成。

本节详细介绍了软件组件。SPORT 回调功能映射到音频数据采样率，并在 SPORT 收发器中断服务例程 （ISR） 上下文中运行，读取闪存文件（SPI 存储器映射），使用 EVWSS 库执行音频操作，并在 SPORT 收发器接口上发送修改后的音频。EVWSS 库包含不同的功能来合成警告声音。EVWSS 库还接收来自 CAN 堆栈（或用于调试的通用异步接收器和发射器 （UART） 接口）的车速输入。TDA7803驱动器控制外部功率放大器以产生警告声音。EVWSS 应用框架配置系统外设、CAN 堆栈和 TDA7803 驱动程序。

EVWSS 库函数

以下部分介绍 EVWSS 库的功能。

图4.EVWSS 软件架构框图。

节距控制

变调是根据控制输入转换音频信号频谱的概念。在EVWSS应用中，WAV文件的基本间距根据车速输入而移动。

频率调制和幅度调制

发动机声音取决于发动机冲程，包括进气、压缩、功率（膨胀）和排气。这些笔划创建调频音调，而不仅仅是纯音调。改变样本之间的音高偏移参数以实现频率调制。

此应用包括两种调制（锯齿波和三角形）。在锯齿调制中，频率从最低到最高，然后跳回到最低。在三角调制中，频率从最低到最高，然后斜坡回到最低。

压摆音频混合

对于音频混音，请配置与车速相关的各种增益。

播放 WAV 文件

尽管所需的WAV文件存在于闪存中，但用户可以播放或停止某些WAV文件，具体取决于动态条件。

基于ΣDSP的解决方案

对于入门级应用，ADAU1450 SigmaDSP处理器可用作ADSP-BF706处理器的替代产品。出于评估目的，可以使用EVAL-ADAU1452评估板。

图 5 显示了 SigmaDSP 处理器内部的不同处理模块。

图5.SigmaDSP 处理器上的处理块。

使用SigmaStudio编程环境的ADAU1450支持以下软件要求：

多音生成

动态音量控制，多达 64 个范围

混音

限幅器

音高转换，随着速度的增加而增加音频音高

同时播放来自 SPI 闪存的多达 5 个 WAV 文件

ADI公司在SigmaStudio中提供发动机声音模拟器模块，以简化发动机声音调谐并减少所需的外部同步WAV文件数量。发动机声音模拟器可以在内部产生多达 32 次谐波。这些谐波的阶数和幅度可以通过图形用户界面（GUI）进行编程。

谐波发生器模块作为ESS工具箱的一部分提供。它可以直接从SigmaStudio下载页面（Rev 4.4.以上）下载。请注意，SigmaStudio不支持CAN软件堆栈，需要外部微处理器。

SigmaStudio

SigmaStudio 是一个图形编程环境，最初是为 SigmaDSP 处理器产品组合设计的。该软件具有专为汽车应用开发的内置算法库。GUI 简化了调优过程，并提供可以动态更改的控件和滤波器系数，而无需编写代码。SigmaStudio可从ADI公司的网站上的SigmaStudio页面下载。

结论

ADI公司为入门级系统和高级发动机音响系统提供全面的解决方案，支持车内发动机声音和外部发动机声音。本文旨在简化用户的决策过程，并缩短用户上市时间。ADI公司提供完整的系统解决方案，包括用于快速原型设计和产品开发所需的软件组件。

审核编辑：郭婷