電動汽車低速提示音發(fā)展研究及試驗實施

蘇星溢，陳 雄，廖亞兵

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

前言

電動化是汽車發(fā)展的必然趨勢，但在低速純電動工作模式下，由于驅(qū)動電機噪聲小，無法對周圍行人進(jìn)行有效的警示。美國國家公路交通安全管理局在2009年進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，車輛低速行駛時與行人發(fā)生交通事故[1]，新能源車的概率是傳統(tǒng)燃油車的2倍，該調(diào)查部分結(jié)果如表1所示。

表1 低速碰撞事故調(diào)查

全球汽車行業(yè)為解決電動車在低速行駛中的安全隱患[2-4]，做了大量的調(diào)查和研究，一致認(rèn)為有必要配備一種警示音系統(tǒng)，因此AVAS（Acoustic Vehicle Alerting System）被順勢推出。

1 國內(nèi)外技術(shù)研究

2011年Heather konet對電動車以及傳統(tǒng)燃油車在不同速度下噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析[5-6]，發(fā)現(xiàn)車速在25 km/h以上時，由于路噪增大兩者的噪聲大小無差別，這對AVAS工作的速度區(qū)間確定提供試驗依據(jù)。2013年Etienne Parizet提出AVAS警示音的音色需要設(shè)計[7]，通過大量主觀評價發(fā)現(xiàn)，不同音色參數(shù)會影響辨識度、聲源速度、方向、距離的判斷。

國內(nèi)從2013年開始對AVAS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討[8]，高校也針對AVAS系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行深入研究[9]，2018年吉林大學(xué)葛林鶴在20～25 km/h設(shè)置過渡區(qū)間，如圖1所示。

圖1 AVAS系統(tǒng)工作區(qū)間

2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求

2019年中國發(fā)布AVAS標(biāo)準(zhǔn)[10]，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定工作車速范圍0～20 km/h，車輛靜止且處于可行駛模式狀態(tài)下，可以設(shè)置AVAS是否發(fā)聲。美國、歐盟則有所不同，美國標(biāo)準(zhǔn)定義車速范圍為0～30 km/h，倒車和怠速狀態(tài)均應(yīng)發(fā)聲；歐盟定義車速范圍0～20 km/h，倒車和怠速狀態(tài)均應(yīng)發(fā)聲。

中國標(biāo)準(zhǔn)在聲級限值要求上，電動汽車車外噪聲在所包含的1/3倍頻程上，至少有兩個1/3倍頻程大于表2中規(guī)定的數(shù)值，同時大于總聲級的要求，最大噪聲值不應(yīng)超過75 dB。

在頻率要求上，至少有兩個1/3倍頻程是包含在表2中，且至少有一個是在1 600 Hz以下。車輛從5～20 km/h速度增加過程中，至少有一個1/3倍頻程的頻率隨之增加，頻率最小頻移速度大于或等于0.8%/（km/h），行人能通過聽覺感知到車輛速度的提升。實際測試操作中，選取5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h 4種工況進(jìn)行測試。

表2 最低聲級限值

聲級試驗前采集10 s背景噪聲的波峰波谷差值應(yīng)不大于2 dB，或者背景噪聲聲級低于車外噪聲（含AVAS提示音）的數(shù)值至少10 dB，聲級試驗才能開始。而在分析1/3倍頻程時，要求記錄10 s背景噪聲的每個重點1/3倍頻程的背景噪聲聲級，至少低于車外噪聲（含AVAS提示音）的重點1/3倍頻程6 dB，同時A計權(quán)的背景噪聲聲級低于車外噪聲（含AVAS提示音）的數(shù)值至少10 dB（A），試驗結(jié)果方可符合要求。

3 試驗過程及結(jié)果分析

3.1 試驗條件要求

AVAS試驗包含聲級試驗和頻移試驗，此次試驗實施采用了室外場地整車運行試驗。試驗車輛為某國產(chǎn)品牌純電動公交車，試驗質(zhì)量為整備質(zhì)量+75 kg。試驗場地周圍50 m內(nèi)無遮擋物、無吸聲材料。試驗位置示意圖如圖2所示。

圖2 試驗位置示意圖

3.2 試驗過程

試驗設(shè)備包括傳聲器、處理器主機、車載GPS模塊、車載車速顯示器、車速信號無線傳輸設(shè)備、進(jìn)出線觸發(fā)器、測試軟件組成，如圖3所示。通過背景噪聲測試后，聲級試驗按照前進(jìn)10 km/h、20 km/h，倒車6 km/h的三種工況，分別完成4次合格的測試。頻移試驗按照前進(jìn)5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h的4種工況，分別完成4次合格的測試。軟件操作界面如圖4所示。

圖3 試驗硬件設(shè)備

圖4 軟件操作界面

3.3 試驗結(jié)果分析

聲級限值試驗結(jié)果如表3～表7所示（顯示符合要求的1/3倍頻程）。

表3 前進(jìn)10 km/h工況下左側(cè)提示音聲級表

表4 前進(jìn)10 km/h工況下右側(cè)提示音聲級

表5 前進(jìn)20 km/h工況下左側(cè)提示音聲級

表6 前進(jìn)20 km/h工況下右側(cè)提示音聲級

表7 倒車6 km/h工況下提示音聲級

從表3~表7的數(shù)據(jù)可以得出，在總聲級滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的同時，前進(jìn)工況在250 Hz、315 Hz的1/3倍頻程上均滿足表2所規(guī)定的聲級，250 Hz、315 Hz的1/3倍頻程的背景噪聲聲級低于相對應(yīng)測量聲級6 dB以上。同時車輛在行駛時發(fā)出的噪聲峰值未超過75 dB（A），因此聲級限值試驗滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

頻移試驗所測得的頻譜曲線如圖5所示（以左側(cè)測試點數(shù)據(jù)為例）。

圖5 頻譜曲線

從圖5看出，車速在5～20 km/h區(qū)間增加時，頻譜曲線在300 Hz附近出現(xiàn)橫移，同時通過公式（1）計算圖5信號的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果如表8所示。

式中：

fi，車速——給定車速值處的頻率；

fi，參考——5km/h或記錄的最低車速處的頻率；

v試驗——實際車速或模擬車速，對應(yīng)于頻率fi，車速；

v參考——實際車速或模擬車速，對應(yīng)于頻率fi，參考。

從表8中得出左、右側(cè)頻移值滿足不小于0.8%/（km/h）的要求，頻移結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表8 頻移計算結(jié)果

4 結(jié)束語

本文研究了AVAS系統(tǒng)推出背景、技術(shù)特點，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實施試驗，驗證試驗方法可操作性，對后續(xù)試驗優(yōu)化提供指導(dǎo)作用。

在電動化、智能化的趨勢下，汽車電子電器、軟件系統(tǒng)都由一個域控制器來控制成為未來的發(fā)展方向，而目前市場上的AVAS系統(tǒng)是相對獨立的，無法與智能駕駛、智能座艙系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，在無行人、無自行車區(qū)域依舊工作，增加對環(huán)境噪聲的污染?；谲噷π腥?、自行車識別功能的基礎(chǔ)上，發(fā)展到定向警示是下一代AVAS的方向。目前AVAS警示音是模擬發(fā)動機噪聲，較為枯燥單調(diào)，在警示音音色、聲級、頻率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)具有個性化的警示音是仍需探索的領(lǐng)域。