CN110525364A - 一种电动汽车主动发声系统及其声音控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车主动发声技术领域，公开一种电动汽车主动发声系统及其声音控制方法，电动汽车主动发声系统的声音控制方法包括以下步骤：根据车速和电机转速的任一个计算虚拟发动机转速；根据所述虚拟发动机转速计算对应的基频与谐频的合值；根据所述合值计算发动机阶次声音。本发明的有益效果：提出了一种基于电动汽车车速的虚拟发动机转速计算公式，能够根据车速或电机转速计算出主动发声系统的虚拟发动机转速大小，从而保证主动发声系统所产生的声音频率在虚拟发动机怠速转速至额定转速之间，保证电动汽车主动发声系统所产生声音的真实性和自然性。

Description

一种电动汽车主动发声系统及其声音控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车主动发声技术领域，尤其涉及一种电动汽车主动发声系统及其声音控制方法。

背景技术

电动汽车取消了发动机、进排气系统等传统汽车的动力总成系统，增加了驱动电机、动力电池等系统，电动汽车车内声音以电机噪声、道路噪声和风噪声为主，其中，电机噪声频率特征表现为高频率特点，道路噪声和风噪声则表现出宽频带随机噪声特点。电动汽车没有了发动机噪声，虽然可以有效降低车内噪声幅值，但是由于没有发动机噪声的掩蔽效应，车内声音的动态变化则由随车速变化而变化的电机阶次声音来表征，电机阶次声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大，由于具有高频率以及单频纯音特点，幅值过大则会在听觉上会令人感到烦躁不舒服。因此，电机阶次声音对电动汽车车内声音品质影响是十分显著的，NVH工程师致力于控制乃至消除这种声音。在这种发展趋势下，不同品牌的电动汽车车内声音将趋于同质化，没有声音品质特征辨识度，与此同时，随车辆动态行驶而变化的道路噪声和风噪声不足以向驾驶员提供有效的反馈信息，这种在听觉上反馈信息的缺失，会使驾驶员对车辆运行状态的掌控不够全面，很可能会对汽车行驶状态的判断产生一定的偏差，因此，电动汽车车内主动发声技术是十分有必要的，能够在车内向驾驶员主动提供一种能随车辆动态行驶而变化的反馈声音，并且还可以起到塑造电动汽车加速行驶车内声音品牌形象的作用。

由于发动机声音依然是电动汽车主动发声系统重要的声音设计方向之一，因此在进行主动发声系统发动机声音设计过程中，要确保所产生发动机声音的频率符合人们对传统内燃机所产生声音频率的认知，如果所产生的频率过高或者过低，都会导致声音的不真实和不自然感，会降低主动发声系统的声音品质感知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车主动发声系统及其声音控制方法，以确保驾驶员在实车驾驶过程中在车内能够获得合理频率范围的发动机声音，使得驾驶员获得较为自然而真实的动态行驶反馈声音。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种电动汽车主动发声系统声音控制方法，包括如下步骤：

根据车速和电机转速的任一个计算虚拟发动机转速；

根据所述虚拟发动机转速计算对应的基频与谐频的合值；

根据所述合值计算发动机阶次声音。

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，还包括：

确定所述电动汽车主动发生系统发出声音的最高车速，且当所述车速超过所述最高车速时，所述电动汽车主动发生系统不发出声音。

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，所述电动汽车主动发生系统发出声音的最高车速为120km/h。

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，所述根据所述车速和所述电机转速的任一个计算虚拟发动机转速的步骤包括：

根据所述车速计算所述虚拟发动机转速，其计算方法为：

n_V＝A×V+n_I

式中，n_V为所述虚拟发动机转速；A为单位车速的虚拟发动机转速变化量，表达式为：其中n_R为虚拟发动机额定转速，n_I为虚拟发动机怠速转速，V为所述车速。

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，所述根据所述车速计算所述虚拟发动机转速的步骤包括：

确定所述虚拟发动机额定转速n_R和所述虚拟发动机怠速转速n_I。

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，所述根据所述车速和所述电机转速的任一个计算虚拟发动机转速的步骤包括：

根据所述电机转速计算所述虚拟发动机转速，其计算方法为：

n_V＝B×n_M+n_I

式中，n_V为所述虚拟发动机转速，B为单位电机转速的虚拟发动机转速变化量，表达式为：其中n_M为电机转速，n_I为虚拟发动机怠速转速。

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，所述根据所述虚拟发动机转速计算对应的基频与谐频的合值的步骤中：

发动机转速为n_e时，对应的发动机转速0.5阶的频率为该发动机转速下发动机声音的基频f₁，计算公式如下：

该发动机转速下对应的第p个谐波频率f_p的计算公式为：

作为一种电动汽车主动发声系统声音控制方法的优选方案，所述根据所述合值计算发动机的阶次声音的步骤的表达式为：

式中，X(n_e)为发动机转速为n_e时对应的阶次声音，A_p为第p个发动机阶次成分声音在发动机转速n_e下的瞬时幅值，_p为第p个发动机阶次成分声音在发动机转速n_e下的瞬时相位，P为有效的发动机阶次成分个数。

另一方面，提供一种电动汽车主动发声系统，其采用如上所述的电动汽车主动发声系统声音控制方法。

本发明的有益效果：提出了一种基于电动汽车车速的虚拟发动机转速计算公式，能够根据车速计算出主动发声系统虚拟发动机转速大小，还提出了一种基于电动汽车电机转速的虚拟发动机转速计算公式，能够根据电机转速计算出主动发声系统虚拟发动机转速大小，从而保证主动发声系统所产生的声音频率在虚拟发动机怠速转速至额定转速之间，保证电动汽车主动发声系统所产生声音的真实性和自然性。

附图说明

图1为虚拟发动机转速与车速的关系曲线；

图2为虚拟发动机转速与电机转速的关系曲线。

具体实施方式

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。

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。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，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。

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它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第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。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。

本实施例公开了一种电动汽车主动发声系统的声音控制方法，能够在电动汽车合理的车速范围或者电机转速范围内，针对主动发声系统所产生的模拟发动机声音，实现符合驾驶员、乘客主观感知的声音频率控制。

由于国际上很多国家将120km/h规定为高速公路的最高车速上限值，同时当车速达到120km/h及以上时，驾驶员的驾驶行为多以缓加速、匀速或者减速为主，且车内声音以风噪声为主，驾驶员对主动发声系统所模拟的发动机声音需求较低。综合以上，规定电动汽车主动发声系统所产生声音的最高车速上限为120km/h，也就是说，当车速超过120km/h时，主动发声系统不会产生声音。

为了便于电动汽车主动发声系统声音频率的控制，在车辆的车速或者电机转速和声音频率之间，设置虚拟发动机转速这一变量，首先获取车速和电机转速的任一项并计算虚拟发动机转速，然后主动发声系统根据虚拟发动机转速计算对应的基频及其若干谐频的合值，主动发声系统再根据此合值计算出发动机的阶次声音，再合成出对应的发动机声音。

传统内燃机汽车的发动机转速工作区间为怠速至发动机额定转速(比如750r/min-6000r/min)，驾驶员在车内感受到的发动机声音以发动机阶次声音为主，其主要由当前发动机转速对应的基频与谐频成分组成。

在发动机转速为n_e时，对应的发动机转速0.5阶的频率为该发动机转速下发动机声音的基频f₁，计算公式如下：

在发动机转速为n_e时，发动机0.5阶成分声音可以用正弦波信号表示为：

式中A1为发动机转速为n_e时，发动机0.5阶成分声音，即基频f₁的瞬时幅值；φ₁为发动机0.5阶成分声音，即基频f₁的瞬时相位。

于是，该发动机转速下发动机声音的第p个谐波频率f_k计算公式为：

在发动机转速为n_e时，发动机p阶成分声音可以用正弦波信号表示为：

在发动机转速n_e下，发动机阶次声音可以表示如下：

式中A_p为第p个发动机阶次，即发动机p/2阶成分声音在发动机转速n_e下的瞬时幅值；φ_p为第p个发动机阶次，即发动机p/2阶成分声音在发动机转速n_e下的瞬时相位；P为有效的发动机阶次成分个数。

由公式(1)可以看出，某一发动机转速下发动机声音的频率完全取决于发动机转速大小，换句话说，发动机声音音调的高低由发动机转速大小决定。对于传统内燃机汽车来说，驾驶员在驾乘车辆过程中感知到的发动机声音的音调主要分布在怠速至发动机额定转速所决定的频率范围内。

于是，对于电动汽车主动发声系统来说，在模拟发动机声音的过程中，其声音频率同样也取决于主动发声系统的虚拟发动机转速，同样，虚拟发动机转速工作区间必须也要分布在怠速至发动机额定转速区间范围内，超出此转速区间的发动机声音在传统内燃机汽车上是不存在的。如果主动发声系统发出此转速范围以外的发动机声音，顾客所感知到的发动机声音都是不真实、不自然的。综上所述，为了保证电动汽车主动发声系统所产生声音的真实性和自然性，主动发声系统虚拟发动机转速工作区间为怠速至发动机额定转速。

根据以上步骤的论述，将电动汽车车内主动发声的车速区间定义在0km/h-120km/h范围内，虚拟发动机转速区间定义为发动机怠速至发动机额定转速(比如750r/min-6000r/min)，即车速0km/h对应虚拟发动机的怠速转速，120km/h对应虚拟发动机的额定转速，同时根据传统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，可总结出基于电动汽车车速的虚拟发动机转速计算公式：

n_V＝A×V+n_I

式中，n_V为所述虚拟发动机转速；A为单位车速的虚拟发动机转速变化量，表达式为：其中n_R为虚拟发动机额定转速，n_I为虚拟发动机怠速转速，V为所述车速。如图1所示虚拟发动机转速与车速的关系曲线。

由于电动汽车电机转速与车速呈线性关系，因此也可根据电机转速实现主动发声系统虚拟发动机转速控制，设电机转速n_M＝K×V，K为电机转速与车速比系数。于是，可总结出基于电动汽车电机转速的虚拟发动机转速计算公式：

n_V＝B×n_M+n_I

式中，n_V为所述虚拟发动机转速，B为单位电机转速的虚拟发动机转速变化量，表达式为：其中n_M为电机转速，n_I为虚拟发动机怠速转速。如图2所示虚拟发动机转速与电机转速的关系曲线。

根据上述车速或电机转速计算得到的虚拟发动机转速大小，电动汽车主动发声系统按照公式(1)计算出当前虚拟发动机转速下对应的发动机基频以及若干谐频的合值，从而系统根据该合值合成出与当前虚拟发动机转速相对应的发动机阶次声音，也即发动机声音。

本实施例还公开了一种电动汽车主动发声系统，该系统采用上述电动汽车主动发声系统声音控制方法。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据车速和电机转速的任一个计算虚拟发动机转速；

根据所述虚拟发动机转速计算对应的基频与谐频的合值；

根据所述合值计算发动机阶次声音。

2.根据权利要求1所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，还包括：

确定所述电动汽车主动发生系统发出声音的最高车速，且当所述车速超过所述最高车速时，所述电动汽车主动发生系统不发出声音。

3.根据权利要求2所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述电动汽车主动发生系统发出声音的最高车速为120km/h。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述根据所述车速和所述电机转速的任一个计算虚拟发动机转速的步骤包括：

根据所述车速计算所述虚拟发动机转速，其计算方法为：

n_V＝A×V+n_I

式中，n_V为所述虚拟发动机转速；A为单位车速的虚拟发动机转速变化量，表达式为：其中n_R为虚拟发动机额定转速，n_I为虚拟发动机怠速转速，V为所述车速。

5.根据权利要求4所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述根据所述车速计算所述虚拟发动机转速的步骤包括：

确定所述虚拟发动机额定转速n_R和所述虚拟发动机怠速转速n_I。

6.根据权利要求5所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述根据所述车速和所述电机转速的任一个计算虚拟发动机转速的步骤包括：

根据所述电机转速计算所述虚拟发动机转速，其计算方法为：

n_V＝B×n_M+n_I

式中，n_V为所述虚拟发动机转速，B为单位电机转速的虚拟发动机转速变化量，表达式为：其中n_M为电机转速，n_I为虚拟发动机怠速转速。

7.根据权利要求6所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述电机转速n_M的计算公式为：

n_M＝K×V

式中，K为电机转速与车速比系数。

8.根据权利要求7所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述根据所述虚拟发动机转速计算对应的基频与谐频的合值的步骤中：

发动机转速为n_e时，对应的发动机转速0.5阶的频率为该发动机转速下发动机声音的基频f₁，计算公式如下：

该发动机转速下对应的第p个谐波频率f_p的计算公式为：

9.根据权利要求8所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法，其特征在于，所述根据所述合值计算发动机阶次声音的步骤的表达式为：

式中，X(n_e)为发动机转速为n_e时对应的阶次声音，A_p为第p个发动机阶次成分声音在发动机转速n_e下的瞬时幅值，φ_p为第p个发动机阶次成分声音在发动机转速n_e下的瞬时相位，P为有效的发动机阶次成分个数。

10.一种电动汽车主动发声系统，其特征在于，其采用如权利要求1-9中任一项所述的电动汽车主动发声系统的声音控制方法。