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上汽-新能源汽车行人警示音设计与研究
2021-11-18 14:46:09· 来源：电动学堂 作者：张冀青等
文章来源：上海汽车集团股份有限公司技术中心引言汽车带来的行人安全问题，从被动安全和主动安全两个方面来进行考虑和保护。被动方面在行人碰撞方面要求保险杠和
文章来源：上海汽车集团股份有限公司技术中心
引言
汽车带来的行人安全问题，从被动安全和主动安全两个方面来进行考虑和保护。被动方面在行人碰撞方面要求保险杠和汽车前端设计表面和内部机械零件之间，必须保留充分的空间，行人和汽车碰撞时能缓冲头部的碰撞伤害；主动安全方面，考虑新能源汽车在低速情况下电机的工作噪声远低于传统内燃机噪声，为提醒行人注意避让车辆，因此增加行人警示系统，用于模拟汽车发动机的声音，提醒行人。
纯电动车辆及混合动力车辆在低速行驶时均以电机作为动力输出，较传统发动机更为安静，导致其与行人（特别是盲人）发生交通事故的概率高于一般传统汽车。为解决此问题，国际上近年来的研究一致倾向于在安静行驶的车辆上配备一种能够在低速时发出警示音、提示音的系统，来减小和行人发生交通事故的概率。
技术标准方面，GB/T28382-2012《纯电动乘用车技术条件》中，对电动车配备低速提示音系统进行了定性要求。最新的电动汽车标准GB/T37153-2018《电动车低速提示音》中包括了声音类型、声音标定时在不同档位不同车速下每个频点值需要达到的最大声压级和总声压级的要求、频率移动要求等内容。
1相关技术标准要求
1.1国外的情况
国际上影响最为广泛的是ECE-R138《针对安静道路行驶车辆可听度降低的要求》，该标准被欧盟各国广泛采纳。
1.2中国相关标准的具体要求
我国的相关国家标准中，对提示音的一些具体要求见表l。
1)开关要求：国内标准要求使能开关可以由车厂自行配置是否需要开关，为了满足客户的主观感受，SAIC目前所有的新能源车上都配置了使能开关，使能开关默认为开，如果关闭应有提示，并且在下次的点火默认开。而国外的标准(UK/EU)明确表示要取消暂停开关，到2023年9月1日出口至欧盟及英国的车型必须取消暂停开关。
2)工作车速范围：提示音系统的工作车速范围为大于Okm/h且小于等于30km/h,混合动力汽车在纯电动模式下以该车速范围行驶时应发出提示音。
3))声级限值：按照表2所列方法进行整车标定测得车外噪声，需在其所包含的各个1/3倍频程上，其中至少两个1/3倍频程上不小于表中所规定的声级，且同时满足表中对其总声级的要求。
4))频率范围：提示音系统所发出的声音，应至少包含表2中所规定的两个1/3倍频程，且至少有一个1/3倍频程在1600Hz（含）以下。这两个1/3倍频程的最低声级，应不低于表中规定的对应的声级限值。
5)频移：当车辆以5~20knvh范围内的某一速度前进时，提示音系统所发出的声音中，至少有一个表2中所规定的1/3倍频程的频率会随车速的提高而变大，或随着车速降低而变小。该频率的最小平均频移速度应满足≥0.8%/(km/h)。
如果同时存在多个表2中所规定的1/3倍频程频率发生漂移，则只要有一个频移符合要求。
2行人警示零件布置设计
用于模拟发动机声音的发声单元可以是集成式的，也可以是分体式开发，目前一汽、日产、起亚、SAIC、吉利、长城采用分体式行人警示系统，目前只有长安、上海大众等车型采用发声单元与控制单元集成方式供货。
2.1行人警示控制模块布置要求
行人警示控制模块布置在乘员舱，仅需要满足乘员舱的环境要求，一般布置在驾驶员或者前排乘客座椅底下，仪表台下方，使行人警示控制模块与行人警示扬声器之间的连接线尽可能短，可以有效避免线损对行人警示音的干扰。
2.2行人警示扬声器布置要求
l)考虑发声的通透性。为保证警示音向外传递的最小损耗，行人警示扬声器最好安装在有对外开口的位置，比如前格栅及附近区域，同时尽可能使行人警示扬声器有一定向下的倾斜的角度，45°为最佳，如图1所示。这样可以使行人警示音声波与地面及其他物体产生充分的衍射和散射，使得左右两侧测试点的声压级更加均衡，减小行人警示扬声器位置偏向一侧而造成车内音量过大的问题。同时，向下倾斜也可以避免灰尘、用水从开口处直接对行人警示扬声器造成侵蚀损害。
2)考虑低可见性。考虑到行人警示扬声器的布置位置集中在前舱的情况（尤其是经常会布置于前格栅后的位置），行人警示扬声器应设计为黑色零件，尽量避免可见性问题。同时，行人警示扬声器接插件应尽量设计为黑色，以避免放置在前格栅附近时带来的可见性问题。
3)考虑标准要求的对称性。行人警示扬声器的安装位置将直接影响标定左右测试点的均衡性，以及向内、向外的声能量传递损失。而且，行人警示扬声器过于偏向一侧会限制警示音频率的选择，因为若布置得偏向一侧，会使得只能选用波长较长的低频声来产生更强的衍射效果来增大声压级，且此种情况下的高频声能量会在某一侧更容易通过反射损失掉，影响警示音的设计。因此，行人警示扬声器应尽量布置在车辆内左右对称的位置，最佳的位置就是在前格栅后的中部区域，这样的布置可以使左右测试点的警示音声级更加均衡，有利于应用较小声级满足标准，减小警示音对车内的影响。同时，警示音的音色方面也可以有较多的选择空间。
3行人警示音设计
3.1声音发声原理
目前大多数主流的厂家的行人警示系统都是靠一个外置的行人警示控制模块通过获取整车CAN上的车速、档位、主机开关等信息，再通过控制模块（布置在乘员舱）驱动车外行人警示扬声器（布置在前舱）发声，车外行人警示扬声器是通过模块传输过来的电信号转换为声音信号，利用行人警示扬声器振动发声。
3.2行人警示音设计要点
应该从以下4个方面进行综合考虑并设计：
1)整车噪声传递函数。警示音频段应尽可能设置在发动机舱－乘员舱传递损耗较大，且发动机机舱－车外测试点传递损耗较小的频段，降低警示音对车内乘员的影响，同时增加车外警示效果。
如图2所示，700Hz以上频段传递损耗大，那么尽量设置在低频段。
2)标定左右测试点均衡性。由于波长较长，低频声波在传播过程中更容易产生衍射和散射现象，进而产生更好的传播效果。在警示音中增加低频成分，可使测试样车左右两侧测试点的标定结果更加均衡。避免因一侧声级未达到标准要求，提升整体声级而对车内造成较大影响，标定采集点如图3所示。
3)声音设计方面。首先应该满足标准的基础上对声音进行优化，应避免设计尖锐、刺耳等对驾驶员造成明显影响的音效，声品质方面应和谐、细腻。同时增加整车厂方面对声音形象上要求的元素，如科技感、动感等。
结合算法对整车声音进行规定，并对声音设计有要求，首先声音设计必须是一段全加速过程中的声音文件，时长建议小于5s,采样率48kHz,16bit,需要支持循环播放，首尾过渡无杂音，无pop音。每个档位下切换时无不连贯性。如名字为轻舞飞扬的声音片段，利用合成器马林巴的音色，结合真实发动机声效，叠加流动性旋律元素，最终多轨合成形成新的声效。
4))声音强度分布。警示音音色设计完成后，在实车标定过程中针对lOkni/h、20knilh,以及倒车6kni/h时的测试点进行声压标定设计，其他速度点进行降压处理，构成整个0.3~30km/h的声音包络线。
其中，改善前声音的低频和高频包络如图4和图5所示。
改善后声音的低频和高频包络如图6和图7所示。
3.3验证测试
按照以上声音原理及传播路径，可以通过以下方法进行验证测试：
l)音源方面：通过测试车内传递函数测试，在音源制作方面给出建议，音源中增加低频成分，见表3。除过法规规定的6km/h、l0km/h、20km/h几个声压级不变之外，减少车速9knvh以下的低频包络和高频包络的每个车速下声压级。
2)通过更改行人警示扬声器位置（从目前右前纵梁布置位置移动到前缓冲梁位置）进行改善，可以在声音传递路径上减少声音向车内传递。
从图8、图9中可以看出，PAS位置更改，可以增加声音向车外传递的总声压级，减少声音向车内传递。
PAS布置在缓冲梁前部需要较小的声压级即可满足标准需求，布置前副车架左侧需要更高的声压级才可以满足标准需求。
从图9可以看出不同扬声器位置对车内总声压级，布置在前缓冲梁处车内声压级明显改善。
通过以上的方案策略，从声音音源、传递路径、布置位置上可以有效减少行人警示音”车外不响车内响”问题。
4结论
本文针对行人警示系统设计研究出发，从国内外标准对比、声音设计、音源改善、系统层面调试、整车行人警示音改善方法方面进行了详细论述，并通过实例，从声音源头及标定方法出发，最大限度保存了声音分析方法，改善整车行人警示音，避免客户抱怨。
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