CN110889181B 声音幅值控制精度验证方法及主动发声系统（中国第一汽车股份有限公司）

(19)国家知识产权局(12)发明专利技术开发区东风大街8899号审查员金音限公司11659专利代理师林波声音幅值控制精度验证方法及主动发声系统本发明涉及电动汽车主动发声系统技术领发声系统声音目标；高保真声场还原系统条件行高保真声场还原系统条件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证和100%加速踏板开度下加速行驶工况主动发声系统声音目下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精10%20%30%40%50%60%72确定需要加载到电动汽车的主动发声系统中的最终声音方案，得到主动发声系统声音高保真声场还原系统条件下，模拟不同加速踏板开度下加速行驶工况，进行高保真声场还原系统条件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加实车静止条件下，模拟不同加速踏板开度下加速行驶工况，进行实车静止条件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速行驶方案的合成声音，从客观频谱分析与主观试听的角度评价合成将主动发声系统虚拟发动机转速与车速的计算公式，导入主动发声系统中，使得主动声器构建高保真声场还原系统，以还原该电动汽车车幅值、延迟的相互关系，以确保在目标接收点能够在主动发声系统3将主动发声控制系统与高保真声场还原系统相连接，在整车半消声室环境下，控制主动发声系统通过高保真声场还原系统发出白噪声信号，并在目标接收点测试声音响应，以验证高保真声场还原系统在目标接受点位置实际的频率响应情况。8.根据权利要求7所述的声音幅值控制精度验证方法，其特征在于，将主动发声控制系统连接于整车，以使系统在工作过程中可以正常读取车速、电机转速、加速踏板开度位置的信息；在电动汽车原车音响系统扬声器的基础上，搭建电动汽车主动发声系统，将主动发声系统产生的声音通过音响系统播放；在整车半消声室环境下，控制主动发声系统通过实车音响系统发出白噪声信号，并在目标接收点测试声音响应，以验证实车静止条件下在目标接受点位置实际的频率响应情9.一种主动发声系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的声音幅值控制精度验证方法。4[0001]本发明涉及电动汽车主动发声系统技术领域，尤其涉及一种电动汽车的主动发音往往以较为单一的若干个高频率特点的纯音成分为主。这些电机阶次成分能量虽然不动发声系统在电动汽车车内模拟类似内燃机汽车车内发动机阶次声音的随车辆变化而动[0005]本发明的目的在于提供一种声音幅值控制精度验证方法及主动发声系统，能够有效地将系统本身电路以及实车音响系统频率响应对声音幅值控制精度的影响分解开，为后续主动发声系统声音幅值控制精度的优化指明了方向，从而提高了主动发声系统开[0008]确定需要加载到电动汽车的主动发声系统中的最终声音方案，得到主动发声系真声场还原系统条件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速行驶工况主动发声系统声音目标达成情况验证；5声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速行驶工况主动发声系统声音目标达成情况验证。[0011]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，进行电动汽车加速行驶车内声音设计，确定需要加载到主动发声系统中的最终声音方案的时域信号、频谱图、声音幅值变化曲线。[0012]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，针对最终声音方案对应的加速行驶车内阶次声音信号，进行离散短时傅里叶变换分析，在20-1200Hz频率范围内，提取声音幅值特征参数和相位特征参数。[0013]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，根据所提取的阶次成分声音的幅值特征参数和相位特征参数进行离散短时傅里叶变换综合，拟合出最终声音方案的合成声音，从客观频谱分析与主观试听的角度评价合成声音与最终方案声音之间的差异，针对差异情况进行适当的离散短时傅里叶变化分析的参数调整，使得拟合出的合成声音达到最终方案的声音效果。[0014]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，在车速方面，定义发动机虚拟转速，将电动汽车车内主动发声的车速区间定义在0-120km/h范围内，根据内燃机汽车在某一固定档位下发动机转速随车速呈线性变化的规律，可得到主动发声系统虚拟发动机转速与车速的计算公式：[0016]式中，n为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速；A为单位车速的虚拟发动机转速变化量，其中：[(r/min)/(km/h)],其中，ng为虚拟发动机额定转速，n[0017]将主动发声系统虚拟发动机转速与车速的计算公式，导入主动发声系统中，使得主动发声系统能够根据车速计算虚拟发动机转速。[0018]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，在加速踏板开度方面，得到电动汽车主动发声系统声音幅值增益随加速踏板开度变化的第一曲线，并将第一曲线的参数导入主动发声系统中，使得主动系统能够根据加速踏板开度的变化控制主动发声系统声音幅值增益。[0019]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，通过若干高保真扬声器构建高保真声场还原系统，以还原该电动汽车车内声场环境，调整各个扬声器之间的幅值、延迟等相互关系，以确保在目标接收点能够在主动发声系统所产生声音的频率范围内获得高幅值、平直一致的频率响应；将主动发声控制系统与高保真声场还原系统相连接，在整车半消声室环境下，控制主动发声系统通过高保真声场还原系统发出白噪声信号，并在目标接收点测试声音响应，以验证高保真声场还原系统在目标接受点位置实际的频率响应情[0020]作为一种声音幅值控制精度验证方法的优选方案，将主动发声控制系统连接于整车，以使系统在工作过程中可以正常读取车速、电机转速、加速踏板开度位置等信息；在电动汽车原车音响系统扬声器的基础上，搭建电动汽车主动发声系统，将主动发声系统产生的声音通过音响系统播放；在整车半消声室环境下，控制主动发声系统通过实车音响系6统发出白噪声信号，并在目标接收点测试声音响应，以验证实车静止条件下在目标接受点位置实际的频率响应情况。[0021]另一方面，提供一种主动发声系统，包括如上所述的声音幅值控制精度验证方[0023]为了更好地验证电动汽车主动发声系统的声音幅值控制精度，本发明的技术方案分别在高保真声场还原系统条件下以及实车音响系统静态条件下，从声音总值变化以及声音幅值增益控制两方面，进行主动发声系统声音幅值控制精度的验证，能够有效地将系统本身电路以及实车音响系统频率响应对声音幅值控制精度的影响分解开，从而明确控制系统与实车音响系统频率响应对主动发声系统声音幅值控制效果的影响机制，为后续主动发声系统声音幅值控制精度的优化指明了方向，从而提高了主动发声系统开发过程中的工作效率。附图说明[0024]图1是本发明提供的主动发声系统加速行驶声音最终方案时域信号的示意图；[0025]图2是本发明提供的主动发声系统加速行驶声音最终方案频谱图；[0026]图3是本发明提供的主动发声系统加速行驶声音最终方案声音幅值变化曲线示[0027]图4是本发明提供的虚拟发动机转速与车速关系曲线的示意图；[0028]图5是本发明提供的主动发声系统声音幅值增益随加速踏板开度变化的第一曲线示意图；[0029]图6是本发明提供的原始的白噪声信号FFT频谱图；[0030]图7是本发明提供的高保真声场还原系统目标接收点位置测试的白噪声信号FFT频谱图；[0031]图8是本发明提供的各个加速踏板开度下主动发声系统声音幅值随虚拟发动机转速变化曲线示意图；[0032]图9是本发明提供的高保真声场还原系统条件下100%加速踏板开度下模拟加速行驶主动发声系统声音测试结果的示意图；[0033]图10是本发明提供的高保真声场还原系统条件下主动发声系统声音幅值增益随加速踏板开度的变化曲线的示意图；[0034]图11是本发明提供的车内司机右耳位置测试的音响系统频率响应FFT频谱图；[0035]图12是本发明提供的实车音响系统静止条件下各个加速踏板开度下主动发声系统声音幅值随虚拟发动机转速变化曲线的示意图；[0036]图13是本发明提供的实车音响系统静态条件下100%加速踏板开度下模拟加速行驶主动发声系统声音幅值变化曲线对比的示意图；[0037]图14是本发明提供的实车音响系统静态条件下主动发声系统声音幅值增益随加速踏板开度的变化曲线的示意图。7具体实施方式[0038]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0039]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0040]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0043]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特表示第一特征水平高度小于第二特征。[0044]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0045]实施例一[0046]本实施例公开了一种声音幅值控制精度验证方法，其包括如下步骤：[0047]确定需要加载到电动汽车的主动发声系统中的最终声音方案，得到主动发声系统声音目标；[0048]高保真声场还原系统条件下，模拟不同加速踏板开度下加速行驶工况，进行高保真声场还原系统条件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速行驶工况主动发声系统声音目标达成情况验证；[0049]实车静止条件下，模拟不同加速踏板开度下加速行驶工况，进行实车静止条件下8声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速行驶工况主动发声系统声音目标达成情况验证。[0050]分别在高保真声场还原系统条件下以及实车音响系统静态条件下，从声音总值变化以及声音幅值增益控制两方面，进行主动发声系统声音幅值控制精度的验证，能够有效地将系统本身电路以及实车音响系统频率响应对声音幅值控制精度的影响分解开，从而明确控制系统与实车音响系统频率响应对主动发声系统声音幅值控制效果的影响机制，为后续主动发声系统声音幅值控制精度的优化指明了方向，从而提高了主动发声系统开发过程中的工作效率。[0052]电动汽车主动发声系统设计是非常系统和复杂的，涉及到诸多影响因素，包括声音方案设计与合成、关键参数的选取与控制、软硬件系统的开发、车载音响系统的频率响应等，每一个环节都会对主动发声系统最终的声音效果产生重要影响。因此，如何验证电动汽车主动发声系统的声音幅值控制精度，以及如何有效分解各个关键环节对声音幅值控制精度的影响，成为了主动发声系统非常重要的核心技术，将直接影响驾驶员在实车驾驶过程中感受到的主动发声系统的实际声音效果。[0053]本实施例公开了一种声音幅值控制精度验证方法，其包括如下步骤：[0054]第一步，电动汽车主动发声系统开发及性能[0055]在硬件方面，进行电动汽车主动发声系统硬件控制模块和主要控制电路设计，主及功放调节模块和电源模块等。在此基础上，为各个模块选择合适的硬件芯片，包括MCU芯及功率放大模块，并进行硬件电路设计，包括各芯片的功能电路、电流检测电路、高低压检测电路以及音频输出电路等。紧接着，进行主要芯片电源电压测试、CAN信号测试以及音频信号测试，确认各个测试项目测试结果符合设计要求。[0056]在软件方面，编写电动汽车主动发声系统控制软件，对软件程序进行模块化设取与预处理模块、声音实时计算与输出模块等。[0057]第二步，电动汽车主动发声系统声音频率特征参数提取与导入。[0058]电动汽车主动发声系统声音频率特征参数提取与导入进行电动汽车加速行驶车内声音设计，确定需要加载到主动发声系统中的最终声音方案的时域信号、频谱图、声音幅值变化曲线。本实施例中主动发声系统加速行驶声音设计最终方案的时域信号、频谱[0059]针对主动发声系统加速行驶声音最终方案频谱图，提取20-1200Hz频率范围内主要的发动机整数阶和半阶次成分声音(最小阶次间隔为0.5阶),得到加速行驶条件下的车内发动机阶次声音频谱云图。然后通过短时离散傅里叶变换综合得到加速行驶条件下加速行驶车内发动机阶次成分声音的声音信号。[0060]针对最终声音方案对应的加速行驶车内阶次声音信号，进行基于某种窗函数(如内，提取出具有一定时间分辨率的一系列短时间周期内对应的各个阶次声音成分(以0.59阶为最小阶次间隔)的声音幅值特征参数和相位特征参数。[0061]根据所提取的阶次成分声音的幅值特征参数和相位特征参数进行离散短时傅里成声音与最终方案声音之间的差异，针对差异情况进行适当的离散短时傅里叶变化分析[0062]将所提取的经过调整及优化后各个阶次成分声音的幅值特征参数和相位特征参数，导入主动发声系统FLASH声音数据读取与预处理模块中，为后续的主动发声系统加速速0km/h对应主动发声系统虚拟发动机转速为750r/min,120km/h对应虚拟发动机转速为6000r/min,根据内燃机汽车在某一固定档位下发动机转速随车速呈线性变化的规律，可得到主动发声系统虚拟发动机转速与车速的计算公式：[0066]式中，ny为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速；A为单位车速的虚拟发动机线，如图4所示。将主动发声系统虚拟发动机转速与车速的计算公式，导入主动发声系统[0067]在加速踏板开度方面，获取电动汽车主动发声系统声音幅值增益随加速踏板开动机输出功率与100%加速踏板开度下发动机输出功率之比，计算在不同发动机转速下，动机阶次声音幅值与发动机输出功率负荷比呈线性关系；四变化曲线，得到电机输出功率随加速踏板开度线性变化分布图，得知在非急加速状态[0071]S4、从步骤S2中得知内燃机汽车的发动机输出功率与发动机输出功率负荷比呈内发动机阶次声音幅值与发动机输出功率负统声音幅值增益与加速踏板开度呈线性变化关系。[0072]本实施例中主动发声系统声音幅值增益随加速踏板开度目标控制曲线如图5所示，声音幅值增益系数α=8.5[dB(A)/100%],当加速踏板开度为0%时，声音幅值增益为-8.5dB(A),当加速踏板开度为100%时，声音幅值增益为0dB(A),即当车辆以100%加速踏低于100%加速踏板开度加速行驶时，主动发声系统声音幅值则根据对应的加速踏板开度的大小及幅值增益控制曲线进行相应的声音幅值修正。[0074]通过若干高保真扬声器构建高保真声场还原系统，以还原该电动汽车车内声场定的目标接收点代表该电动汽车司机位置头部双耳附近位置。将主动发声控制系统与高统在目标接受点位置实际的频率响应情况，原始的白噪声信号频谱如图6所示，目标接收点位置测试得到的声音频谱如图7所示。[0075]第五步，高保真声场还原系统条件下的电动汽车主动发声系统声音幅值精度验[0076]高保真声场还原系统条件下，模拟不同加速踏板开度下(如20%、30%、……、80%、90%、100%)加速行驶工况，进行高保真声场还原系统条件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速行驶工况主动发声系件下声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度与目标设定值基本吻合，主动发声系[0079]②虚拟加速踏板开度分别设置为：20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、[0080]③加速踏板开度增益曲线设置为图5的曲线，即20%开度下声音幅值增益为(-8.5)×80%=(-6.8)dB(A),1[0081]④调整高保真声场还原系统的功放大小，使得100%开度下的声音幅值与图1中接收点位置测试得到各个加速踏板开度下主动发声系统的声音信号，得到各个加速踏板开度下加速行驶声音幅值对比变化曲线，如图8所示，其中将100%加速踏板开度下加速行驶声音幅值变化曲线与图3进行对比，如图9所示，验证100%加速踏板开度下加速行驶声音幅值控制精度，可以看出在4500-5300r/min转速区间略有差异，在4900r/min附近与设11[0085]在整车半消声室环境下，控制主动发声系统通过实车音响系统发出白噪声信号，并在并在目标接收点测试声音响应，以验证实车静止条件下在目标接受点位置实际的频机右耳位置附近测试得到的声音频谱如图11所示，在300Hz附近以及480-600Hz范围内存[0086]第七步，实车音响系统静态条件下的电动汽车主动发声系统声音幅值控制精度[0087]在第五步所设定的主动发声系统参数的基础上，进行实车音响系统静态条件下100%加速踏板开度下加速行驶操作，测试司机右耳位置的声音信号，验证实车静止条件下主动发声系统的声音幅值控制精度，主动发声系统主要参数设置与第五步中的参数保声音幅值控制精度以及声音幅值增益控制精度验证，同时进行100%加速踏板开度下加速[0090]②虚拟加速踏板开度分别设置为：20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、[0091]③加速踏板开度增益曲线设置为图1的曲线，即20%开度下声音幅值增益为(-8.5)×80%=(-6.8)dB(A),1[0092]④调整主动发声系统功放大小，使得100%开度下加速行驶时的司机右耳位置的声音幅值与第一步中最终方案声音总值保持一致。试得到各个加速踏板开度下主动发声系统的声音信号，得到各个加速踏板开度下加速行化曲线与图9进行对比，如图13所示。验证实车音响系统条件下100%加速踏板开度加速行验证结果曲线大体一致，但在3000r/min附近以及2000r/min以内的虚拟发动机转速范围内，与后者存在较大差距，原车音响系统测试结果与高保真扬声器验证结果误差不超过10dB(A),导致低转速区出现较大误差的主要原因在于音响系统在200Hz频率范围内进行速踏板开度100%加速行驶时声音幅值为基础，分别计算其他加速踏板开度下加速行驶声音幅值与之的差值，反算出在典型的虚拟发动机转速下(1000r/min、2000r/min、3000r/的增加大致呈现出线性增加的趋势，但1000r/min时的幅值增益曲线波