【導讀】傳統(tǒng)內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。
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。
全球管理機構正在研究立法，尋求為電力驅動模式下的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的車內發(fā)動機聲音模擬以及外部發(fā)動機聲音產生。高端應用方案基于 ADSP-BF706開發(fā)。對于入門級應用，則基于ADAU1450 SigmaDSP®。這些解決方案可以合成聲音并根據行駛速度調整頻率、音量和其他參數，而且可以將音頻發(fā)送到音頻功率放大器。根據具體立法的要求，警示音可以利用內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計，以及用于實時參數調試的 SigmaStudio® 開發(fā)環(huán)境。
圖1顯示了ADSP-BF706內部的不同算法模塊。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。這些文件先在數字信號處理器(DSP)內部進行頻移和混頻，然后添加動態(tài)音量控制。
圖1.Blackfin+處理器內的算法模塊。
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文件個數有助于創(chuàng)造更逼真的發(fā)動機聲音。
ADSP-BF706還能實現高達16倍的音調調整，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CAN總線送來的車速數據，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汽車電池電源產生系統(tǒng)中所需的全部供電電壓。2 MHz開關頻率讓用戶可以避開關鍵的噪聲敏感頻段，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用的理想選擇，因為汽車應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。
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，一個通過汽車認證的連接器涵蓋所有相關信號。該方案允許設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。
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。
EVWSS軟件架構
EVWSS軟件架構基于ADSP-BF706硬件架構。處理器依賴硬件架構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存訪問效率更高。
軟件組件
EVWSS軟件架構由圖4所示的組件構成。SPORT回調特性映射到音頻數據采樣速率，并在SPORT收發(fā)器中斷服務例程(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。EVWSS庫還接收來自CAN協(xié)議棧的車速輸入（或由UART接口進行調試）。TDA7803驅動器控制外部功率放大器來生成警示音。EVWSS應用程序框架配置系統(tǒng)外設、CAN協(xié)議棧和TDA7803驅動程序。
EVWSS庫函數
下面介紹EVWSS庫函數。
圖4.EVWSS軟件架構框圖。
音調控制
音調調整是指基于輸入的控制信號來調整音頻信號的頻譜。在EVWSS應用中，WAV文件的基本音調根據車速輸入而變化。
頻率調制和相位調制
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。這些沖程產生頻率調制信號音，而不是純信號音。改變采樣的音調調整參數以實現頻率調制。
此應用包括兩種調制（鋸齒形和三角形）。在鋸齒形調制中，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處理器內部的不同算法模塊。
圖5.SigmaDSP處理器內部的算法模塊。
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
● 音調調整，即隨著車速增加提高音調
● 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)動機聲音調整并減少所需的外部同步WAV文件數量。發(fā)動機聲音模擬器可以在內部產生多達32個諧波。這些諧波的階數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。可以直接從 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。
SigmaStudio
SigmaStudio是一種圖形開發(fā)環(huán)境，最初針對SigmaDSP系列處理器而設計。該軟件內置了專門為汽車應用開發(fā)的算法庫。GUI簡化了調整過程，并提供控制功能和濾波器系數，無需編寫代碼便可動態(tài)改變?yōu)V波器系數。SigmaStudio可以從ADI官網的 SigmaStudio頁面下載。
結論
ADI為入門級應用、以及支持車內車外發(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)原型和產品的必要軟件組件。
（來源：亞德諾半導體）
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