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(dāng)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?yán)鹊穆曇?，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。

 

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(jìn)行頻移和混頻，然后添加動態(tài)音量控制。

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。可訪問的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(dá)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(xì)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(fù)載突降瞬變超過40 V。

 

圖2.采用Blackfin+處理器的全功能板的詳細(xì)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(rèn)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(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。

 

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

 

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(fù)雜性，使得用于生成警示音的內(nèi)存訪問效率更高。

 

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(jìn)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。

 

EVWSS庫函數(shù)

下面介紹EVWSS庫函數(shù)。

 

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(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。

 

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(jìn)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。

 

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(dá)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(jìn)行編程。

 

諧波發(fā)生器模塊作為ESS Toolbox的一部分可供使用。可以直接從 SigmaStudio下載頁面進(jìn)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。

 

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。

 

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。
 

 

（來源：亞德諾半導(dǎo)體）