CN110920513B - 一种电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，包括如下步骤：S1，原始警示音信号的设计；S2，从所述原始警示音信号中截取一段声音信号作为种子信号进行种子信号的周期构造；S3，基于车况的变步长重采样；S4，生成实时警示音信号。该电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法对芯片的算力和存储空间要求不高，可使行人警示音的频率和幅值变化更好地与车辆驾驶特性相耦合，而且不仅能实现单频音效，还能实现宽频音效，宽频音效频率成分则非常丰富，使人听起来更加饱满。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法。
背景技术
电动轿车低速行驶时，由于其过于安静的车外环境容易对行人及其他道路使用者带来安全隐患，因此中国在2018年实行的标准GB 7258-2017《机动车运行安全技术条件》中明确指出纯电动汽车、插电式混合动力汽车在车辆起步且车速低于20km/h时，应给车外人员发出适当的提示性声响，所以此后的电动汽车均已配备行人警示音，但从市场反应来看，消费者对目前绝大部分电动汽车上的行人警示音满意度较低，以至于大部分消费者在车辆运行时就已将行人警示音关闭。鉴于此，需要对电动汽车行人警示音进行重新设计，与此同时也对行人警示音的实现方法提出了更高的要求。
目前实现电动车警示音的方法大致分为两种：一种是用公式拟合的方法来合成能够匹配当前车辆状态的行人警示音；另一种则是将声音截成若干切片，然后根据车辆状态信息来读取与之匹配的切片声音。这两种方法都有一定的局限性，对于第一种方法，合成的声音为窄带声音，声音显得较为单薄；对于第二种方法，需要较大的内存来存储声音切片，而且对芯片算力要求较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，包括如下步骤：
S1，原始警示音信号的设计；
S2，从所述原始警示音信号中截取一段声音信号作为种子信号进行种子信号的周期构造；
S3，基于车况的变步长重采样；
S4，生成实时警示音信号。
优选地，步骤S1中，不同品牌的车辆采用不同的所述原始警示音信号。
优选地，步骤S1中，所述原始警示音信号的频率的最小频移速度不小于0.8％/(km/h)。
优选地，步骤S2中，所述种子信号包含所述原始警示音信号中的所有频率成分，且所述种子信号的频率波动在5％以内，幅值波动在10％以内。
优选地，步骤S2中，对所述种子信号进行处理，使得所述种子信号首尾高阶连续可导。
优选地，步骤S3中，基于所述原始警示音信号的重采样后的声音信号x(τn)的计算公式为：
x(τn)＝α[(1-Δ)·x(tk)+Δ·x(tk+1)]，
式中，Δ＝(τn-tk)/Δt，τn＝τn-1+Δτn-1；
Δt为原始警示音信号的采样时间间隔，Δt为为常数；
Δτ为重采样后的声音信号的采样时间间隔，Δτ为为常数或变量；
α为信号幅值的权重系数。
进一步地，通过电动车的车速信号控制Δτ的变化。
进一步地，通过电动车的踏板信号控制α的变化。
进一步地，选择多个不同的所述种子信号，使电动车的档位信号与各个所述种子信号一一对应。
进一步地，步骤S4中，合成后的实时警示音信号y(vn)的计算公式为：
y(vn)＝x(τn)，vn＝n·Δv；
式中，Δv为合成后的实时警示音信号的采样时间间隔，Δv为常数。
进一步地，合成后的实时警示音信号的频率fv与原始警示音信号的频率ft之间的关系为：
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法对芯片的算力和存储空间要求不高，可使行人警示音的频率和幅值变化更好地与车辆驾驶特性相耦合，而且不仅能实现单频音效，还能实现宽频音效，宽频音效频率成分则非常丰富，使人听起来更加饱满。
附图说明
附图1为本发明的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法的流程图；
附图2为本发明的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图1所示，本发明的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法包括如下步骤：
(1)原始警示音信号的设计
原始警示音信号的设计有两大要素，具体如下。
a.品质要素：设计的原始警示音信号的旋律需动听悦耳，且彰显品牌特色，即不同品牌的车辆采用不同的原始警示音信号，这样的原始警示音信号辨识度高。
b.法规要素：设计的原始警示音信号需满足法规中的频移要求，具体为：原始警示音信号的频率的最小频移速度不小于0.8％/(km/h)，且与旋律完美融合，相得益彰。
(2)种子信号周期的构造
a.从原始警示音信号中截取一段较为平稳的声音信号作为种子信号，该种子信号需包含原始警示音信号中的所有频率成分，且该种子信号的频率波动在5％以内，幅值波动在10％以内。
b.对种子信号进行处理，使得种子信号的首尾高阶连续可导。
(3)基于车况的变步长重采样
图2为行人警示音变尺度实现方法的基本原理图，图中有两条时间轴，上面一条轴包含两个声音信号，即经步骤(2)处理后的种子信号和基于原始警示音信号重采样后的声音信号，称之为映射轴，其中x(t)代表经步骤(2)处理后的种子信号，周期为T，Δt为原始警示音信号的采样时间间隔；x(τ)为重采样后的声音信号，Δτ为重采样后的声音信号的采样时间间隔。
对经步骤(2)处理后的种子信号x(t)进行重采样后得到重采样声音信号x(τ)，具体采样步骤如下：
对于第1个点，
τ1＝t1＝0,x(τ1)＝x(t1) (1)
对于第n个点，
a.首先根据累加法计算第n个点处的时刻τn：
τn＝τn-1+Δτn-1 (2)
当τn>T时，τn＝τn-T。
式(2)中，Δτn-1为第n点与第n-1点之间的采样时间间隔。
b.找出τn在映射轴上的位置，即计算tk与tk+1的值:
c.采用线性插值方法计算x(τn)：
x(τn)＝α[(1-Δ)·x(tk)+Δ·x(tk+1)]， (4)
式(4)中，Δ＝(τn-tk)/Δt，α为信号幅值的权重系数。
(4)实时警示音信号的生成
合成后的实时警示音信号y(vn)通过下式计算：
y(vn)＝x(τn)，vn＝n·Δv (5)
式(5)中，Δv为合成后的实时警示音信号的采样时间间隔。
上述计算过程中，Δt的大小由原始信号采样率决定，其为一常数。Δv的大小由系统的播放频率决定，其也为一常数。Δτ既可以为一常数，也可以为变量，而Δτ当其设定为常数时，此时合成后的实时警示音信号的频率为不随外部条件变化，当Δτ设定为变量时，此时合成后的实时警示音信号的频率随外部条件变化而变化。
合成后的实时警示音信号的频率fv与原始警示音信号的频率ft之间的关系为：
若要使合成后的实时警示音信号的频率fv为原始警示音信号的频率ft的γ倍，只要让重采样后的声音信号的采样时间间隔Δτ为合成后的实时警示音信号的采样时间间隔Δv的γ倍，当γ>1时，相当于将原始警示音信号的播放速度增大，此时合成后的实时警示音信号的频率比原始警示音信号频率高，当γ<1时，相当于将原始警示音信号的播放速度放慢，此时合成后的实时警示音信号的频率比原始警示音信号频率低。
上述计算过程中融合了车辆状态信息，使得行人警示音能够很好地与车辆状态相耦合。主要体现在：
①车速信号，将电动车的车速信号与重采样后的声音信号的重采样时间间隔Δτ相联系，通过函数表达为：
Δτ＝f(V) (7)
式(7)中，V为电动车的车速信号。
通过车速信号来控制Δτ的变化，进而实现控制行人警示音的频率移动。
②踏板信号，将电动车的踏板信号与幅值权重系数α相联系，通过函数表达为：
α＝f(P) (8)
式(8)中，P为电动车的踏板信号。
通过踏板信号来控制a的变化，进而实现对行人警示音的幅值的控制。
③档位信号，将电动车的档位信号与种子信号样本相联系，通过从原始警示音信号中截取多段较为平稳的声音信号作为多个种子信号，或者设计多个不同的原始警示音信号从各个原始警示音信号中截取一段较为平稳的声音信号从而形成多个种子信号，使各档位信号与各个种子信号一一对应，通过档位信号来确定样本号，进而对种子信号样本进行选择。
本发明的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法能够使行人警示音的频率和幅值变化更好地与车辆驾驶特性相耦合，重采样声音信号时间间隔Δτ既可以为一常数，也可以为变量，从而使得合成后的实时警示音信号能够高度还原音效设计师给出的声音样本，且合成后的实时警示音信号还能实现单频音效、宽频音效，宽频音效频率成分则非常丰富，使人听起来更加饱满，该电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法中不需要大量的声音信号切片，因此对计算机芯片的算力和存储空间要求不高。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，原始警示音信号的设计；
S2，从所述原始警示音信号中截取一段声音信号作为种子信号进行种子信号的周期构造；
S3，基于车况的变步长重采样，基于所述原始警示音信号的重采样后的声音信号x(τn)的计算公式为：
x(τn)＝α[(1-Δ)·x(tk)+Δ·x(tk+1)]，
式中，Δ＝(τn-tk)/Δt，τn＝τn-1+Δτn-1；
Δt为原始警示音信号的采样时间间隔，Δt为常数；
τn和τn-1分别为第n个点和n-1个点处的时刻；
Δτ为重采样后的声音信号的采样时间间隔，Δτ为常数或变量；
Δτn-1即为第n点与第n-1点之间的采样时间间隔；
α为信号幅值的权重系数；
S4，生成实时警示音信号。
2.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：步骤S1中，不同品牌的车辆采用不同的所述原始警示音信号。
3.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：步骤S1中，所述原始警示音信号的频率的最小频移速度不小于0.8％/(km/h)。
4.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：步骤S2中，所述种子信号包含所述原始警示音信号中的所有频率成分，且所述种子信号的频率波动在5％以内，幅值波动在10％以内。
5.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：步骤S2中，对所述种子信号进行处理，使得所述种子信号首尾高阶连续可导。
6.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：通过电动车的车速信号控制Δτ的变化。
7.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：通过电动车的踏板信号控制α的变化。
8.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：选择多个不同的所述种子信号，使电动车的档位信号与各个所述种子信号一一对应。
9.根据权利要求1所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：步骤S4中，合成后的实时警示音信号y(vn)的计算公式为：
y(vn)＝x(τn)，vn＝n·Δv；
式中，Δv为合成后的实时警示音信号的采样时间间隔，Δv为常数。
10.根据权利要求9所述的电动汽车行人警示音的变时间尺度实现方法，其特征在于：合成后的实时警示音信号的频率fv与原始警示音信号的频率ft之间的关系为：
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