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安靜也有錯,電動汽車必須要“發(fā)聲”哦~

傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛即使低速行駛也會發(fā)出發(fā)動機聲音。通常,當車輛不在視線范圍內(nèi)時,行人和其他交通參與者通過視覺識別、和對輪胎及其他噪音的聽覺識別來判斷車輛的接近或離開。

安靜也有錯,電動汽車必須要“發(fā)聲”哦~


電動車輛(EV)則不會發(fā)出發(fā)動機聲音。以低速行駛時,在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(ICE)起動之前,混合動力電動車(HEV)或插電式混合動力電動車(PHEV)幾乎是無聲無息地移動。當速度低于19 mph時,這些車輛發(fā)出的聲響難以聽到。在更高速度下,輪胎聲音成為主要聲響。


全球管理機構(gòu)正在研究立法,尋求為電力驅(qū)動模式下的PHEV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方向駛來。


電動汽車警示音系統(tǒng)(EVWSS)產(chǎn)生一系列旨在提醒行人有EV、HEV和PHEV存在的聲音。司機可以觸發(fā)警示音(類似于汽車喇叭的聲音,但不那么急迫);但在低速時,聲音必須能自動響起。聲音有很多,從人造信號音到模仿發(fā)動機噪音和輪胎經(jīng)過礫石的真實聲音。


ADI提供兩種不同解決方案,包括用于EV的車內(nèi)發(fā)動機聲音模擬以及外部發(fā)動機聲音產(chǎn)生。高端應(yīng)用方案基于 ADSP-BF706開發(fā)。對于入門級應(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)燃機聲音或任何其他合成信號音來模擬。


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基于Blackfin的解決方案


ADSP-BF706 Blackfin+? 處理器是包含音頻處理和CAN總線接口的單芯片解決方案。ADI開發(fā)了在ADSP-BF706上運行的CAN軟件協(xié)議棧,使得用戶能以極少的工作量構(gòu)建汽車級演示(也可以使用(a Vector?CAN協(xié)議棧)。此外,ADI提供完整的硬件和軟件參考設(shè)計,以及用于實時參數(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)存儲特征發(fā)動機聲音或音頻信號音。從SPI接口最多可以同時訪問25個WAV文件。這些文件先在數(shù)字信號處理器(DSP)內(nèi)部進行頻移和混頻,然后添加動態(tài)音量控制。


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圖1.Blackfin+處理器內(nèi)的算法模塊。


ADSP-BF706采用存儲器映射SPI接口,通過它可以更快速、更簡便地訪問外部存儲器,無需為此應(yīng)用外配DDR存儲器。從SPI閃存最多可以同時訪問25個WAV文件??稍L問的WAV文件個數(shù)有助于創(chuàng)造更逼真的發(fā)動機聲音。


ADSP-BF706還能實現(xiàn)高達16倍的音調(diào)調(diào)整,這是美國NHTSA提出的一項建議,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可以動態(tài)控制音量。


圖2顯示了系統(tǒng)詳細框圖。ADI Power LT8602四通道單芯片同步降壓型穩(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,因為汽車應(yīng)用必須承受冷啟動和啟停場景,最低輸入電壓低至3 V,負載突降瞬變超過40 V。


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圖2.采用Blackfin+處理器的全功能板的詳細系統(tǒng)框圖。


圖3顯示了另一個系統(tǒng)框圖,其中配有連接器,減少了外設(shè),一個通過汽車認證的連接器涵蓋所有相關(guān)信號。該方案允許設(shè)計更小尺寸的電路板。


由于ADSP-BF706同時充當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。


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圖3.采用Blackfin+處理器、器件有所減少的電路板的詳細系統(tǒng)框圖。


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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)的原因在于存儲器映射SPI。利用存儲器映射SPI,CAN接口可以直接讀取閃存。此特性降低了EVWSS庫的復雜性,使得用于生成警示音的內(nèi)存訪問效率更高。


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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)上下文中運行,讀取閃存文件(SPI存儲器映射),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接口進行調(diào)試)。TDA7803驅(qū)動器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)動程序。


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EVWSS庫函數(shù)


下面介紹EVWSS庫函數(shù)。


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圖4.EVWSS軟件架構(gòu)框圖。


音調(diào)控制

音調(diào)調(diào)整是指基于輸入的控制信號來調(diào)整音頻信號的頻譜。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。


頻率調(diào)制和相位調(diào)制

發(fā)動機聲音取決于發(fā)動機沖程,包括進氣、壓縮、做功(膨脹)和排氣。這些沖程產(chǎn)生頻率調(diào)制信號音,而不是純信號音。改變采樣的音調(diào)調(diào)整參數(shù)以實現(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,然后斜坡下降到最低。


壓擺混音

對于混音,應(yīng)相對于車速配置不同增益。


WAV文件播放

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,具體取決于動態(tài)條件。


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基于SigmaDSP的解決方案


對于入門級應(yīng)用,ADAU1450 SigmaDSP處理器可以替代ADSP-BF706處理器。為了進行評估,可以使用EVALADAU1452評估板。圖5顯示了SigmaDSP處理器內(nèi)部的不同算法模塊。


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圖5.SigmaDSP處理器內(nèi)部的算法模塊。


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

  • 多信號音生成

  • 動態(tài)音量控制,最多64級s

  • 混音

  • 限幅器

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

  • 同時播放SPI閃存中的最多5個WAV文件


ADI在SigmaStudio中提供了一個發(fā)動機聲音模擬器模塊,以簡化發(fā)動機聲音調(diào)整并減少所需的外部同步WAV文件數(shù)量。發(fā)動機聲音模擬器可以在內(nèi)部產(chǎn)生多達32個諧波。這些諧波的階數(shù)和幅度可以通過圖形用戶界面(GUI)進行編程。


諧波發(fā)生器模塊作為ESS Toolbox的一部分可供使用??梢灾苯訌?SigmaStudio下載頁面進行下載(版本4.4或更高版本)。請注意,SigmaStudio不支持CAN軟件協(xié)議棧,需要外部微處理器。


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SigmaStudio


SigmaStudio是一種圖形開發(fā)環(huán)境,最初針對SigmaDSP系列處理器而設(shè)計。該軟件內(nèi)置了專門為汽車應(yīng)用開發(fā)的算法庫。GUI簡化了調(diào)整過程,并提供控制功能和濾波器系數(shù),無需編寫代碼便可動態(tài)改變?yōu)V波器系數(shù)。SigmaStudio可以從ADI官網(wǎng)的 SigmaStudio頁面下載。


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結(jié)論


ADI為入門級應(yīng)用、以及支持車內(nèi)車外發(fā)動機聲音的高級發(fā)動機聲音模擬系統(tǒng)提供全面解決方案。本文旨在幫助用戶簡化決策過程,并縮短產(chǎn)品上市時間。ADI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。





ADSP-BF706

  • Blackfin+內(nèi)核,工作頻率最高可達400 MHz
    - 每個周期支持雙16位或單32位MAC
    - 16位復雜MAC和許多其他指令集增強功能
    - 指令集兼容之前的Blackfin產(chǎn)品

  • 片內(nèi)存儲器
    - 136KB L1 SRAM,具有多奇偶校驗位保護功能(64KB指令、64KB數(shù)據(jù)、8KB暫存區(qū))
    - 1MB片內(nèi)L2 SRAM,具有ECC保護功能
    - 512KB片內(nèi)L2 ROM

  • 主要外設(shè)包括
    - USB2.0 HS OTG
    - 2x CAN2.0B
    - ePPI視頻I/O
    - 2x SPORT(帶I2S)
    - 2x四通道SPI / 1x雙通道SPI(帶主機模式選項)
    - I2C
    - 2xUART
    - SD/SDIO/MMC(4位)





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