電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/李誠)環(huán)保意識的提升和政策的調(diào)控,驅(qū)動了能源架構(gòu)的轉(zhuǎn)型,加速了汽車電氣化的發(fā)展進(jìn)程,電機(jī)取代內(nèi)燃機(jī)已成為必然事件。汽車電氣化在按下了“碳中和”加速鍵的同時,似乎也按下了內(nèi)燃機(jī)的靜音鍵。
電動汽車無論在環(huán)保還是燃料成本方面,與傳統(tǒng)燃油車相比有著巨大的競爭優(yōu)勢。同時,動力系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)向電機(jī)的轉(zhuǎn)變,沒有了引擎的轟鳴聲,使得汽車的加速略顯蒼白無力,不僅降低了駕駛體驗,還因為當(dāng)時速低于19mph時,電機(jī)驅(qū)動過于安靜,車輛發(fā)出的聲響難以察覺,對行人尤其是視障人士,存在著較大的安全隱患。因此,越來越多的有關(guān)部門和個人開始關(guān)注這一問題,尋求合理的解決良策。
有關(guān)部門出臺相關(guān)政策,汽車廠商積極部署
據(jù)美國國家公路交通安全管理局調(diào)查結(jié)果顯示,僅在美國本土,每年有將近兩千多人因電動汽車過于安靜,無法及時察覺電動汽車的行車動向而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。電動汽車也因為為安靜的特性,成為了道路上無法察覺的“殺手”,這一安全問題也引起了美國政府的高度關(guān)注,并頒布了相關(guān)條例,要求在2020年9月1日起,美國境內(nèi)的所有電池汽車在出廠前必須配備聲浪模擬器,電動汽車在低速行駛狀態(tài)下必須發(fā)出警示聲或發(fā)動機(jī)聲,以保證在行駛過程中能夠有效地引起行人的警覺,進(jìn)而降低交通事故的發(fā)生率。并且,這一條例的落地,有望降低至少2.5億美元的經(jīng)濟(jì)損失。
其實(shí),在該項條例頒布以前就已經(jīng)有不少汽車廠商在新車型中引入了引擎聲浪模擬系統(tǒng),例如秉承以人為本造車?yán)砟畹膶汃R,在2019年就正式啟動了“BMW電動車聲浪模擬”項目,試圖通過這一方式來保障行人的安全,并為駕駛員創(chuàng)造更獨(dú)特的電動汽車駕駛樂趣。
作為電動汽車領(lǐng)導(dǎo)者的特斯拉在2019年時也引入了外置擴(kuò)音器,允許車輛在行駛的過程中,通過模擬燃油車發(fā)動機(jī)的聲音,警示行人。
超跑是無數(shù)男同胞的終極夢想,不論是那炫酷的外觀,還是百公里加速令人腎上腺素爆表的聲浪,令不少男同胞為此癡迷。不過汽車電氣化已成為不可逆轉(zhuǎn)的主流發(fā)展趨勢,作為超跑廠商的保時捷為了不讓大家因此遺憾,特地注冊了汽車聲浪模擬的專利,該專利主要是在原本屬于燃油車排氣管的位置構(gòu)建出一個非真正意義上的排氣管,并將揚(yáng)聲器放置在“排氣管”內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)模擬燃油車聲浪模擬的目的,以此為電動超跑注入“靈魂”。 為電動汽車注入“靈魂”的不僅僅只有汽車廠商,汽車產(chǎn)業(yè)上游的芯片廠商也推出了不同的解決方案,為終端應(yīng)用廠商提供選擇,例如ADI基于Blackfin的解決方案、基于SigmaDSP的解決方案,以及TI在虛擬引擎聲浪系統(tǒng)方面也有相關(guān)的應(yīng)用。
ADI基于Blackfin的解決方案
ADI在汽車聲浪模擬方面共推出了兩款不同的解決方案,本文講解的是基于Blackfin的解決方案。該方案是在ADSP-BF706平臺上實(shí)現(xiàn)的,通過數(shù)字信號處理器構(gòu)建電動汽車聲浪預(yù)警系統(tǒng),以滿足全球各地區(qū)電動汽車低速行駛的發(fā)動機(jī)聲音安全法規(guī)。
該方案采用的是ADSP-BF706 DSP芯片作為該系統(tǒng)的核心,通過CAN總線實(shí)現(xiàn)單芯片控制系統(tǒng)。ADI為提高聲浪模擬系統(tǒng)模擬的音效與現(xiàn)實(shí)內(nèi)燃機(jī)引擎聲的相似度,為ADSP-BF706配備了4個存儲器映射SPI接口,通過這4個SPI接口,能夠快速便捷的訪問經(jīng)過相位調(diào)制和頻率調(diào)制過的25個WAV音頻文件,而傳統(tǒng)的產(chǎn)品最多只能同時訪問5個WAV音頻文件。頻率調(diào)制和相位調(diào)制的目的是根據(jù)當(dāng)前車輛情況,通過調(diào)制信號音與聲調(diào)的大小來輸出內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣、壓縮、做功(膨脹)和排氣的相關(guān)音頻??稍L問數(shù)量的增加,以及音頻信號的調(diào)制,極大地提高模擬音浪與真實(shí)音浪的相似性。
同時,為了1:1的還原汽車在加、減速過程中的聲音變化效果,ADI還為其內(nèi)置了16倍的音量調(diào)整功能。通過CAN總線實(shí)時讀取當(dāng)前車輛的行駛速度,然后ADSP-BF706根據(jù)當(dāng)前速度變化對輸出音量做出升高或降低的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制音量的目的,為電動汽車駕駛員提供更真實(shí)的駕駛體驗。
TI電動汽車聲浪模擬系統(tǒng)
TI共推出了兩款可用于電動汽車聲浪模擬系統(tǒng)的處理器芯片,分別為DRA714和DRA710,他們之間的不同之處在于DRA714多了一個DSP功能,通過DSP能夠結(jié)合音效算法,模擬出更逼真的音頻效果。
本小節(jié)主要對DRA714主控芯片進(jìn)行介紹,DRA714是一款基于ARM架構(gòu)具備DSP的影音娛樂處理器。DRA714通過CAN收發(fā)器可以讀取當(dāng)前汽車的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù),將反饋回來的數(shù)據(jù)在DRA714內(nèi)結(jié)合已有的音頻文件或通過SPI接頭調(diào)取外部存儲的音頻文件,輸出與當(dāng)前汽車運(yùn)行狀態(tài)匹配的音頻,然后通過I2S接口與DAC連接,將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號并與喇叭連接,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)聲浪模擬效果。
結(jié)語
在萬物皆可“碳中和”的時代,在未來幾十年后電機(jī)取代內(nèi)燃機(jī)已是必然的結(jié)果,但安靜的電動汽車對于行人或其他動物來說未必是一件好事,潛藏著較大的安全風(fēng)險。同時,對于內(nèi)燃機(jī)愛好者來說,沒有了發(fā)動機(jī)低沉的轟鳴聲,大大地降低了駕駛體驗。汽車聲浪模擬系統(tǒng)的引入不僅能為行人提供有效的預(yù)警,還增加了轟油門帶來的駕駛樂趣。
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原文標(biāo)題:是“返祖”還是“創(chuàng)新”?電動汽車聲浪系統(tǒng)兩種解決方案簡析
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