CN110949252A - 发动机起动状况期间的车辆声音合成 - Google Patents

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Abstract

一种车辆声音合成系统设有扬声器和控制器。所述扬声器响应于接收到合成发动机噪声(SEN)信号而在车辆的车厢内投射指示SEN的声音。所述控制器被编程为产生所述SEN信号；以及接收指示发动机起动命令的第一输入。所述控制器被进一步编程为：响应于所述发动机起动命令而调节所述SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的发动机操作特性匹配；以及向所述扬声器提供包括所述已调节的特性的调整后的SEN信号。

Description

发动机起动状况期间的车辆声音合成
技术领域
一个或多个实施方案涉及用于在发动机起动/停止状况期间合成声音的车辆系统和方法。
背景技术
车辆包括产生驾驶员和乘客舱内的任何乘客通常都能听到的噪声的部件。例如，驾驶员可以听到由动力传动系统的发动机和车辆的排气系统产生的噪声。在新的车辆架构和驾驶模式中可以减少或不存在这类噪声。例如，混合动力电动车辆(HEV)可以在内燃发动机(ICE发动机或IC发动机)关闭的情况下作为电动车辆(EV)操作，在此期间HEV不产生典型的发动机噪声。对于驾驶员来说，发动机噪声的这种缺失可能是出乎意料的。因此，车辆音频系统可以产生合成噪声，所述合成噪声表示在操作车辆时产生的典型或预期噪声。
发明内容
在一个实施方案中，一种车辆声音合成系统设有扬声器和控制器。所述扬声器响应于接收到SEN信号而在车辆的车厢内投射指示合成发动机噪声(SEN)的声音。所述控制器被编程为产生SEN信号；以及接收指示发动机起动命令的第一输入。所述控制器被进一步编程为：响应于发动机起动命令而调节SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的发动机操作特性匹配；以及向扬声器提供包括已调节的特性的调整后的SEN信号。
在另一个实施方案中，提供了一种设备，所述设备包括控制器，所述控制器被配置为：产生指示合成发动机噪声(SEN)的SEN信号。所述控制器被进一步编程为：响应于接收到发动机起动信号而调节SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的预定发动机操作特性匹配；以及向扬声器提供包括已调节的特性的调整后的SEN信号以在车厢内投射声音。
在另一个实施方案中，提供了一种被编程用于合成发动机噪声(SEN)的计算机程序产品，所述计算机程序产品体现于非暂时性计算机可读介质中。接收指示即将到来的发动机起动的发动机起动信号和指示发动机操作特性的信息。产生指示SEN的SEN信号。基于发动机起动信号而调节SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的发动机操作特性匹配。向扬声器提供包括已调节的特性的调整后的SEN信号以在车厢内投射声音。
在一种简化的方法中，可以仅基于发动机停止状况期间的车辆速度而调节SEN的频率。所述方法在听觉上辅助从ICE到EV的转换，在此期间监测发动机RPM和车轮RPM两者。在此转换处，合成产生的发动机阶次噪声模拟现已停用的ICE的自然声音，并且可以通过车辆扬声器来播放。在车辆加速时，可以使用车轮rpm来取代现已停用的发动机RPM信号，以便增加合成发动机阶次噪声的音高以模拟在ICE操作的情况下将存在的声音景观。随着车辆减速到较慢的速度，使合成发动机阶次噪声或合成发动机噪声的音高在频率上向下移位。
在一个或多个实施方案中，车辆系统提升了车辆在电动模式(EM)与ICE模式，即发动机起动状况之间转换的声音体验。当ICE重新激活并开始为车辆提供动力时，基于马达控制器、挡位选择和/或车辆速度，所述ICE将具有特定RPM。与此特定RPM相关联的是ICE将自然地辐射的一组发动机阶次噪声。然而，被设计来掩盖ICE的缺失的合成发动机阶次噪声可能并不同等匹配ICE在那时的发动机阶次噪声。因此，使用合成换挡来将合成发动机阶次噪声的音高匹配到在ICE重新激活时的实际ICE阶次噪声的音高。
在一个或多个实施方案中，产生合成发动机阶次噪声的处理器可以运行在车辆中运行的相同的发动机管理算法。然后，ICE重新激活的预先通知将使得听觉合成移位能够被产生并通过车辆扬声器播放。非零或增加的ICE RPM信号也可以用作发动机起动信号。此外，目标ICE阶次噪声频率和幅度水平也将是已知的，并且因此可以由合成阶次噪声在频率和幅度两者上匹配所述频率和幅度水平。
在一个或多个实施方案中，车辆系统采用一种或多种策略来在发动机起动状况期间合成发动机声音，所述策略包括：1)改变一个当前播放的合成发动机阶次噪声的频率以匹配ICE重新起动时的一个发动机阶次噪声的频率；2)改变SEN的频率和幅度两者以匹配在乘客位置处感知到的ICE噪声；3)改变主导(某一阶次噪声如此高，以至于其是突出的)合成发动机阶次噪声的频率以匹配ICE重新起动时的主导ICE阶次噪声；4)改变主导合成发动机阶次噪声的频率和幅度以进行匹配；5)改变多个发动机阶次噪声的频率；6)改变多个阶次噪声的频率和幅度；7)改变多个主导发动机阶次噪声的频率；8)改变多个主导阶次噪声的频率和幅度。对于不只是由发动机阶次噪声组成的合成发动机声音的情况，车辆系统可以改变WAV文件回放速率以调整音高，使得合成声音的主导频带匹配主导发动机阶次噪声频率。某些实施方案改变回放速率，使得频率匹配，并且还改变增益以另外匹配幅度。此外，在合成附加发动机阶次噪声或者在ICE操作时减小一个或多个阶次噪声的幅度以增强声音的系统中，改变这些合成发动机阶次噪声中的一个或多个的频率和/或幅度以在发动机重新起动时进行匹配。
在一个或多个实施方案中，车辆系统可以在各种车辆中实施，包括：具有用于乘客的合成发动机噪声发生系统的包括无级变速器(CVT)或常规的固定齿轮比变速器的车辆；类似内燃发动机(ICE)，或不类似ICE的合成发动机噪声；合成附加发动机阶次噪声以增强其ICE的性质的混合动力车辆；减小一个或多个发动机阶次噪声与SEN的幅度的混合动力车；以及为混合动力的，或具有汽油/柴油ICE的自动起动停止车辆。
在一个或多个实施方案中，合成移位指代：1)合成发动机噪声的调节的音高，其可以是：A)可以模拟ICE中存在的各个发动机阶次噪声的各个正弦波；B)存储在波(.wav)文件中的调节的合成发动机噪声的回放速率(或以其他音频格式存储的预先录制和经过处理的声音)；或C)A和B的组合。合成移位还可以指代2)“录音声音”，其是ICE变速杆的“预先录制的”或“预先合成的”声音。这种经过预处理的声音可能必须包含一个或多个减小或增加的音高，以相应地模拟ICE升挡或降挡的声音。
在一个或多个实施方案中，合成移位可以通过调节以上的1A或1B的音高，或者通过简单地播放诸如方法2中的存储的音频文件来产生。可以通过在合成发动机噪声发生系统内添加处理块来实现合成移位。在1A的情况下，SEN的移位前频率和幅度是已知的，并且ICE发动机的移位后频率和幅度也是已知的。目标移位持续时间也是已知的。有了这些输入和目标，在这些开始与结束频率和幅度之间的众多平稳而快速的转换是可能的。在以上的1B的情况下，通过改变.wav文件的回放速率来调节发动机噪声的音高。为了产生合成移位，回放速率在快速转换中变为最终回放速率，其中SEN的主导发动机阶次噪声、多个发动机阶次噪声或主导频率范围将匹配ICE在ICE发动机重新起动时的主导发动机阶次噪声。
一般而言，对于传统的固定齿轮比变速器中的换挡，发动机噪声的级别在换挡期间可以略微减小，因为发动机的扭矩输出在换挡期间会下降。在一个或多个实施方案中，车辆系统可以任选地在合成移位期间模拟这种幅度调节行为。例如，在从1挡升到2挡的升挡期间，根据变速器的齿轮比的差异在频率方面降低发动机阶次噪声，例如发动机4阶次噪声从100Hz移动到78Hz。高性能车辆具有持续时间比低性能车辆更短的换挡。例如，极快的换挡是50ms。高性能车辆可以具有持续时间为250ms的换挡。平均速度车辆可以具有500ms的换挡。手动换挡通常是在500mS至1.5s的范围内。
带有不精确性的车辆系统实施方案仍然是有用的。例如，如果为了试图匹配ICE发动机重新起动时的ICE发动机阶次噪声而在音高上降低SEN，则并不严格要求精确匹配ICE发动机阶次噪声频率。如果SEN阶次噪声向上或向下朝向ICE发动机重新起动阶次噪声移位，则在SEN与ICE之间的转换的可听性质在听觉上仍将是平稳的。
附图说明
图1是根据一个或多个实施方案的用于在发动机起动/停止状况期间合成声音的车辆系统的示意图。
图2是图1的车辆系统的示意性框图。
图3是示出根据一个实施方案的在发动机起动状况期间合成声音的方法的流程图。
图4包括示出图1的车辆系统的各种参数由于图3的方法如何随时间而变化的四个曲线图。
图5是图4的第二曲线图的一部分的放大和展开图。
图6是图2的车辆系统的一部分的示意性框图。
具体实施方式
根据需要，本文公开了详细实施方案；但是应理解，所公开的实施方案仅仅是示例性的并且可以体现为各种替代性形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。此外，示出了包含许多步骤的流程图，并且所述步骤可以交替顺序执行，并且在一些实施方案中，多个步骤同时发生。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员的代表性基础。
参考图1，根据一个或多个实施方案示出了用于合成声音的车辆系统，并且所述车辆系统通常由标记110表示。在车辆111内描绘了车辆系统110。车辆111包括具有变速器113、内燃发动机(ICE)114和电动马达115的动力传动系统112。车辆系统110包括控制器116、至少一个扬声器118、以及在某些实施方案中的至少一个传声器120。
在某些驾驶模式或操纵期间，驾驶员在车辆111的内部车厢或乘客舱122内可能会听到来自动力传动系统112的噪声。在新的车辆架构和驾驶模式中可以减少或不存在这类动力传动系统噪声。控制器116与一个或多个车辆控制器(未示出)进行通信，以在当前驾驶状况下监控各种车辆部件和系统，诸如动力传动系统112。控制器116产生合成发动机噪声(SEN)信号，所述SEN信号通过提供车辆的行驶动力学(例如，加速、巡航、减速、倒车、启动、停止)的听觉反馈来提升驾驶体验，所述听觉反馈被提供给扬声器118并且作为可听的SEN在乘客舱122内投射。这个SEN与实际发动机声音组合来产生由驾驶员听到的总发动机声音。车辆系统110在发动机起动状况期间改变SEN的频率和/或幅度以匹配实际发动机声音。
参考图1至图2，控制器116经由一个或多个车辆网络通过有线或无线通信与其他车辆系统和控制器进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)124的串行总线。车辆网络的信道中的一个可以包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准(未示出)定义的以太网。车辆网络的其他信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括功率信号。可以通过车辆网络的不同信道传递不同信号。例如，视频信号可以通过高速信道(例如，以太网)传递，而指导信号可以通过CAN或离散信号传递。车辆网络可以包括有助于在模块和控制器之间传递信号和数据的任何硬件和软件部件。
尽管控制器116被示出为单个控制器，但是它可以包含多个控制器，或者它可以体现为一个或多个其他控制器内的软件代码。控制器116通常包括任何数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，闪存、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)和软件代码以彼此合作来执行一系列操作。根据一个或多个实施方案，控制器116包括存储在存储器内的预定数据或“查找表”。
根据一个或多个实施方案，控制器116包括发动机阶次噪声消除(EOC)模块125。EOC模块125消除或减少发动机声音。控制器116接收一个或多个传声器信号(MIC)，所述MIC表示在乘客舱122内测量的车厢发动机声音。在一个或多个实施方案中，车辆111包括安装在乘客舱122内的不同位置处的四个传声器120，并且控制器116接收四个对应的MIC信号。控制器116还接收表示发动机的转速(Ne)和驱动轴的转速(Nd)的信号。使用这些信号(MIC和Ne或Nd)，EOC模块125产生信号(CANCEL)以消除或减少如在乘客舱122内的特定位置处，例如在驾驶员的耳朵附近所感知的特定发动机阶次噪声。
车辆111包括车辆音频系统，所述车辆音频系统包括控制器116、扬声器118、传声器120和主机单元128。控制器116从主机单元128接收音频信号(AUDIO)。类似于控制器116，主机单元128通常包括任何数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，闪存、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)和软件代码以与其他控制器合作来执行一系列操作。控制器116包括用于产生合成发动机声音或噪声的SEN模块130。SEN模块130从CAN总线124接收众多指导信号，诸如车辆速度(VS)、发动机扭矩(Te)、发动机速度(Ne)、驱动轴速度(Nd)、车轮速度(Nw)和节气门(THROTTLE)位置。图2所示的控制器116接收多个指导信号，但是车辆系统110的替代实施方案预期控制器116会接收更少、替代和/或额外的指导信号。在一个或多个实施方案中，控制器116体现为主机单元128内的软件代码和/或硬件或者车辆音频系统的其他部件，例如扬声器118或放大器。
在一个或多个实施方案中，SEN模块130包括WAV合成块132，所述WAV合成块132回放从波形(WAV)音频文件产生，并表示合成发动机声音或合成发动机噪声的经过滤波、修改或增强的音频比特流。在一个或多个实施方案中，WAV合成块132产生音频比特流。WAV合成块132还包括用于调节音频比特流的特性，例如回放速率、频率相关滤波和/或幅度的特征。在一个或多个实施方案中，SEN模块130还包括发动机阶次噪声合成块133，所述发动机阶次噪声合成块133基于例如发动机阶次噪声频率和在查找表中找到的发动机速度、驱动轴速度或车辆速度的水平而产生一个或多个发动机阶次噪声信号。WAV合成块132可以各种格式存储音频数据，包括：脉冲编码调制(PCM)、开放容器格式(例如，OGG)、活动图像专家组第3层(MP3)、音频交换文件格式(AIFF)等。
SEN模块130包括混合器块138，所述混合器块138将WAV合成块132和发动机阶次噪声合成块133的输出组合。车辆系统110的其他实施方案涵盖用于合成其他声音(例如，基于云的声音、空中下载(OTA)更新声音、基于云的在外部有线或无线连接的算法模型等)的附加和/或替代合成模块137。
在一些实施方案中，SEN模块130还包括附加增益块(AGB)140，所述AGB 140用于基于一个或多个信号，例如基于CAN的信号或指导信号而调整，例如放大或衰减来自WAV合成块132和/或发动机阶次噪声合成块133的信号。增益使用对数分贝(dB)单位来表述。增益1对应于零dB并且表示AGB 140在没有修改的情况下就让SEN通过的直通状况。大于1的增益(正dB)指代放大，并且小于1的增益(负dB)指代衰减。在一个或多个实施方案中，AGB 140包括多个附加增益块，每个附加增益块针对预定频带或发动机阶次噪声处理增益。
在一些实施方案中，SEN模块130包括定位块142，所述定位块142从AGB 140接收音频信号并且产生发动机相对于扬声器118通常位于何处的声音图像。定位块142让听音者产生合成发动机声音是从发动机舱发出，而不是从扬声器118发出的错觉。例如，在一个或多个实施方案中，定位块142为SEN产生声音图像，所述声音图像对应于在位于驾驶员座椅143的头枕中的扬声器118前方三至四英尺的位置。
SEN模块130包括混合器144，所述混合器144用于将定位块142的定位SEN输出与CANCEL信号和AUDIO信号组合。控制器116将组合的输出信号提供到一个或多个功率放大器146，所述一个或多个功率放大器146进而将已放大的SEN信号提供到扬声器118。车辆系统110通过车辆扬声器118播放已放大的组合输出信号，以向车辆乘员，尤其是驾驶员提供对车辆的操作状态的实时听觉反馈。
车辆系统110适用于具有不同动力传动系统112的车辆111。在一个或多个实施方案中，车辆111是具有包括四缸内燃发动机114的动力传动系统112的常规车辆。这类四缸发动机会自然地辐射某些发动机阶次噪声-主要是发动机输出轴转速的2阶次、4阶次、6阶次和8阶次噪声。车辆系统110例如使用发动机阶次噪声合成块133来合成附加发动机阶次噪声：2.5、4.5、6.5，以将更纯正的性质添加到发动机的声音特征。
发动机阶次噪声由发动机的循环类型和气缸的数量限定。例如，大多数内燃发动机(ICE)使用四冲程循环，所述四冲程循环包括进气、压缩、做功/燃烧和排气冲程。发动机包括联接到曲轴的活塞。活塞在驱动曲轴(使其旋转)时在气缸内上下移位。每个上下冲程是曲轴的一次回转。因此，需要曲轴的两次回转来进行所有四个冲程。燃烧冲程产生最响的声响应，并且曲轴的每两次旋转就有一个燃烧事件。四缸四冲程ICE产生主导2阶次噪声，因为四(气缸)乘以1/2等于2；并且六缸四冲程ICE产生主导3阶次噪声，因为六(气缸)乘以1/2等于三。
在另一个实施方案中，车辆111是具有动力传动系统112的混合动力车辆或自动起动停止车辆，所述动力传动系统112包括发动机114，所述发动机114被控制为在车辆例如在红绿灯处停止一段较短的时间时停止或关闭，然后重新起动来提供推进。这种起动/停止技术被采用来提高燃料效率。车辆系统110使用发动机阶次噪声合成块133和WAV合成块132的各种组合来产生SEN以消除或掩盖发动机关闭或重新起动时的突然的听觉转换。一旦发动机关闭，就由信号处理模块126确定这个SEN的由AGB 140设定的级别，以便匹配发动机的就在其关闭之前的声压级或感知响度。这可以包括匹配一个或多个单独的发动机阶次噪声的级别或响度。这可以包括由信号处理模块126执行对一个或多个单独的发动机阶次噪声的信噪比(SNR)、声压级(SPL)或感知响度的计算，并且在发动机已关闭之后调整AGB 140以基本上匹配一个或多个发动机阶次噪声的SEN级。由信号处理模块126进行的SNR、SPL或感知响度的这种计算可以是间歇的、连续的，或者可以就在发动机关闭之前执行。在ICE打开时，可以调节一个或多个SEN发动机阶次噪声的频率以匹配一个或多个ICE发动机阶次噪声的频率。另外，在ICE打开时，可以调节一个或多个SEN发动机阶次噪声的幅度以匹配一个或多个ICE发动机阶次噪声的幅度。在各种实施方案中，所谓幅度，应理解，其他密切相关的量，诸如SPL、感知响度或SNR可以被取代，并且因此处在本发明的范围内。在另外的实施方案中，WAV合成块132用于在ICE停用时产生SEN。在ICE重新起动时，由132产生的SEN可以在频率或幅度或两者上进行调节，以匹配ICE的频率或幅度或两者。
在某些实施方案中，对于混合动力车辆或自动起动停止ICE车辆，发动机阶次噪声合成块133在ICE操作时合成某些谐波，然后在ICE关闭时，合成一个或多个附加发动机阶次噪声以替换车辆的动力传动系112不再产生和辐射的那些噪声。在ICE关闭时，块133产生附加发动机阶次噪声以接近地复制ICE已在一名或多名乘客的耳朵位置处产生的声音特征。这可以包括匹配单独的发动机阶次噪声，以及还有在一个或多个阶次噪声之间进行匹配。这可以包括复制一个或多个频带中的声音特征。在一个实施方案中，在ICE打开时，可以调节一个或多个SEN发动机阶次噪声的频率以匹配在ICE操作期间播放，并在ICE操作时用于增强ICE的声音特征的一个或多个SEN发动机阶次噪声的频率。另外，可以调节一个或多个SEN发动机阶次噪声的幅度以匹配在ICE操作期间播放的一个或多个SEN发动机阶次噪声的幅度。
在另一个实施方案中，车辆111是具有动力传动系统112的混合动力电动车辆(HEV)，所述动力传动系统112包括被单独地或组合地控制来推进车辆的发动机114和电动马达115两者。当HEV 111以电动模式操作，即电动马达115被单独操作用于推进时，为了提供由汽油提供动力的发动机的驾驶员和车辆乘员可能更为习惯的可听发动机声音特征，车辆系统110使用SEN模块130来产生SEN。这种添加的声音通过提供车辆的行驶动力学(例如，加速、巡航和减速、倒车、启动、停止等)的听觉反馈来提升驾驶体验。全电动车辆和以EV模式操作的HEV具有内部声音景观，所述内部声音景观主要由车辆悬架噪声、振动和粗糙性(NVH)以及电动马达呜呜声组成，后者是谐波稀疏的。由于其高频性质和谐波复杂性的缺乏两者，马达呜呜声的声音特征往往被认为是不期望的。
在其他实施方案中，车辆系统110修改或削弱ICE声音特征的可听性质。在这种情况下，车辆系统110使用发动机阶次噪声消除(EOC)模块125来降低发动机114和/或电动马达115的可听级。这个EOC模块125降低了各个发动机阶次噪声的总级别，并且因此降低了乘客舱122中的发动机噪声在车辆乘员的位置处的总级别。然后，可以通过扬声器118播放SEN，并且可以有效而间接地用SEN替换或掩盖乘客耳朵位置处的原始声音。通过首先大幅降低乘客耳朵位置处的实际发动机噪声的级别，包括SEN在乘客耳朵位置处的贡献的总声压级低于在未采用EOC系统的情况下另外可能的声压级。EOC系统的存在与否会改变背景噪声级，并且因此这需要不同的SEN级，因而在施加SEN之前降低车厢中的总噪声通常是期望的。在某些实施方案中，在EOC模块125运行时，可以调节一个或多个SEN发动机阶次噪声的幅度以匹配在ICE重新起动时乘客舱中将存在的一个或多个IC发动机阶次噪声的幅度。在另外的实施方案中，WAV合成块132用于在ICE停用时产生SEN。在ICE重新起动时，由132产生的SEN可以在频率或幅度或两者上进行调节，以匹配ICE在EOC模块运行的情况下的频率或幅度或两者。
如前所述，与EOC系统相结合的SEN发生系统有能力用更期望的合成的类似发动机的声音掩盖现有发动机声音，和/或增强现有发动机声音以在车辆111的乘客舱122中播放。这些系统中的大多数合成发动机声音使用一个或多个参考CAN信号，诸如车辆速度(VS)、节气门或加速踏板位置(ACC)、发动机扭矩(Te)进行调谐，以便自然地将这些声音整合到车辆中。
在EV或HEV中，车辆系统110合成类似发动机的声音，即SEN，并且通过扬声器118播放所述SEN，以提供更传统的发动机启动和驾驶车辆体验。SEN可以具有任何声音性质，并且不需要模拟发动机。在一个或多个实施方案中，SEN类似于对于汽车发动机而言不典型的，例如用于飞机的喷气发动机的声音。这个SEN可以在车辆的启动按钮(未示出)被按下时开始，并且帮助向驾驶员提供车辆已启动的听觉反馈。这个SEN继续通过扬声器118播放，以向驾驶员提供关于车辆状态-无论是处于怠速、加速、减速还是仅仅是巡航-的听觉反馈。
通常，产生SEN的目标是为了向车辆的驾驶员提供对车辆的当前操作状态的一种形式的听觉反馈。例如，在混合动力车辆以电动模式操作的情况下，不存在发动机怠速声音。也就是说，当车轮不转动时，车辆的动力传动系统完全是静默的。因此，即使变速器处于驾驶状态而非驻车状态，驾驶员也不会得到车辆已启动的听觉指示。在车辆加速的情况下，车辆的驾驶员习惯于发动机噪声的幅度随着车辆速度增加而增加，对于ICE的行为也是如此。在变速器处于中性位置的情况下，车辆的驾驶员也习惯于发动机噪声的幅度和频率随着加速踏板的踩压而增加。为了利用SEN模拟这种行为，由WAV合成块132和发动机阶次噪声合成块133中的至少一者使用加速踏板位置(ACC)和/或发动机扭矩(Te)作为增加合成发动机声音的频率和/或幅度的指导信号。车辆系统110的其他实施方案涵盖替代合成块。驾驶员也习惯于发动机阶次噪声的音高随着车辆速度的增加而增加，对于ICE的行为也是如此。为了模拟这种行为，发动机轴转速(Ne)、车轮速度或车辆速度(Vs)被用作SEN模块130的WAV合成块132和发动机阶次噪声合成块133的指导信号，以调整合成发动机阶次噪声或SEN的音高或频率。
参考图3至图6，车辆系统110包括用于在发动机起动状况期间合成声音的一种或多种算法或方法。根据一个或多个实施方案，使用控制器116所含的软件代码来实施所述方法。虽然使用以多个顺序步骤示出的流程图描述了所述方法，但是在一个或多个其他实施方案中可以省略和/或以另一种方式执行一个或多个步骤。
参考图3，根据一个或多个实施方案示出了用于在发动机起动状况期间合成声音的方法，并且所述方法通常由标记300表示。在步骤310处，车辆系统110在产生SEN时接收输入，所述输入指示包括发动机速度(Ne)或驱动轴速度(Nd)的车辆速度(Vs)，以及挡位选择或设定(GEAR)。在一个或多个实施方案中，车辆系统110还在步骤310处接收发动机起动命令信号(START)。在步骤312处，车辆系统110确定发动机是否关闭。在一个实施方案中，车辆系统110基于发动机速度(Ne)低于阈值速度或静止(例如，零rpm)而确定发动机关闭。如果车辆系统110确定发动机打开，即未关闭，则返回到步骤310。如果发动机关闭，则车辆系统110进行到步骤314。
在步骤314处，车辆系统110确定车辆是否准备起动发动机114。在一个实施方案中，车辆系统110在车辆起动发动机之前接收发动机起动信号(START)，以及指示在START的接收与实际发动机起动之间的定时器持续时间的信息。在其他实施方案中，车辆系统110基于对应于发动机转动起动状况的发动机速度(Ne)或发动机扭矩(Te)的变化(例如，Ne从零rpm迅速增加)而确定发动机114即将起动。在一个或多个实施方案中，由于所述车辆系统110运行在车辆中运行的相同的发动机管理算法，并且车辆即将起动发动机，车辆系统110产生发动机起动命令信号(START)。如果车辆系统110在步骤314处没有检测到发动机起动序列，则返回到步骤310。如果车辆系统110在步骤314处检测到发动机起动序列，则进行到步骤316。
在步骤316处，车辆系统110在发动机起动状况期间修改或改变合成发动机声音。车辆系统110采用一种或多种策略，以在发动机起动状况期间通过以下方式来改变合成发动机声音：改变一个或多个阶次噪声中的SEN的频率和/或幅度，以匹配常规发动机在重新起动期间的对应频率和/或幅度；播放存储在存储器中的预定的和经过处理的声音(例如，WAV合成块132)；或者播放“录音声音”，其是ICE变速杆在联接到固定齿轮变速器113时的“预先录制的”声音。
图4示出了在发动机起动状况期间合成声音的方法300的影响的实例。图4包括沿着共同时间段取得的四个数据曲线图。第一曲线图示出了发动机声音幅度，包括呈实线的实际发动机声音(AACT)以及呈虚线的SEN(ASEN)。第二曲线图示出了发动机声音频率，包括呈实线的实际发动机声音(fACT)以及呈虚线的SEN(fSEN)。第三曲线图示出了发动机的转速(Ne)和电动马达的转速(Nm)。另外第四曲线图示出了车辆速度(Vs)。
在时间T0处，如由正Ne所指示，发动机打开，但是如由Vs为零所指示，车辆不在移动。在时间T1处，发动机关闭(Ne为零)，并且如由增加的Vs和Nm所指示，车辆开始以EV模式移动。在时间T2处，如由增加的Ne所指示，车辆开始发动机起动或转动起动序列，这在时间T3处完成。在时间T4处，发动机关闭(Ne迅速减小)并且车辆再次以EV模式操作。然后在时间T5处，如由Vs和Ne均为零所指示，车辆随着发动机的关闭而停止。如由T2与T3之间的SEN(ASEN、fSEN)所指示，车辆系统110采用一种或多种策略来在发动机起动状况期间合成发动机声音。
图5是图4的一部分的替代视图，示出了发动机声音频率，包括呈实线的实际发动机声音(fACT)以及呈虚线的SEN(fSEN)。图4包括单个阶次噪声的fACT和fSEN，而图5示出了多个发动机阶次噪声。
在一个或多个实施方案中，图5所示的发动机114是包括主导3阶次噪声的四冲程六缸ICE。图5还包括发动机114的其他主导阶次噪声，包括1.5阶次噪声、4.5阶次噪声、6阶次噪声和9阶次噪声。
在各种实施方案中，车辆系统110如参考步骤316所描述在发动机起动状况期间通过以下方式合成并播放发动机声音：1)调节SEN以匹配一个或多个发动机阶次噪声的频率和/或幅度；2)以适当的速率播放预定换挡声音；3)播放存储在存储器中的预定的和经过处理的声音(例如，WAV合成块132)；和/或4)减小SEN的幅度以模拟真实的固定齿轮变速器在一段相对较短的时间(例如，250ms)期间换挡的振幅响应。
车辆系统110包括SEN模块130(图2)，所述SEN模块130具有发动机阶次噪声合成块133，所述发动机阶次噪声合成块133基于例如发动机阶次噪声频率和在查找表中找到的发动机速度(Ne)、驱动轴速度(Nd)、加速踏板位置(ACC)或车辆速度(Vs)的水平而产生一个或多个发动机阶次噪声信号。车辆系统110在时间T1处在听觉上辅助发动机停止转换，在此期间监测Ne和Nd两者。在此转换处，合成产生的发动机阶次噪声模拟现已停用的ICE 114的自然声音，并且可以通过车辆扬声器118来播放。在车辆111加速时，可以使用Nd信号来取代现已停用的发动机114的Ne信号，以便增加合成发动机阶次噪声的音高以模拟在ICE 114操作的情况下将存在的声音景观。
在某些实施方案中，如参考图3的步骤316所描述，车辆系统110在时间T3处通过使SEN移位来提升对车辆的发动机起动转换的声音体验。当ICE 114重新激活并开始为车辆提供动力时，基于马达控制器、挡位选择和车辆速度，所述ICE将具有特定速度(Ne)。与此特定Ne相关联的是ICE 114将自然地辐射的一组发动机阶次噪声。然而，合成发动机阶次噪声被设计来掩盖ICE 114的缺失，并且可能并不同等匹配在那时的实际ICE声音。因此，车辆系统110引用包括这种发动机信息的预定数据、地图或查找表，并且使用合成移位来将一个或多个合成发动机阶次噪声的音高匹配到在ICE重新激活时的实际ICE阶次噪声的音高。
如参考图3的步骤314所描述，控制器116在发动机起动之前接收发动机起动信号(START)。可选地，控制器116可以运行在车辆中运行的相同的发动机管理算法，这允许控制器116自身产生START。车辆系统110使用ICE 114重新激活的这个预先通知来使得听觉合成移位能够被产生并通过车辆扬声器118播放。此外，基于预定数据，一个或多个ICE阶次噪声的频率和电平也将是已知的，并且因此如由标记502所示，可以由合成阶次噪声在频率和幅度两者上匹配所述频率和电平。
车辆系统采用一种或多种策略来在发动机起动状况期间使SEN移位。在一个或多个实施方案中，车辆系统110调整如由标记504所示的一个当前播放的合成发动机阶次噪声，例如主导3阶次噪声的频率，以匹配如由标记506所示的在ICE重新起动时的一个实际发动机阶次噪声的频率。如图5所示，504处的SEN与506处的实际发动机声音之间的频率差异相对较大，并且车辆系统110控制SEN以在100ms的持续时间内或在时间T2与T3之间向下移位约75Hz。在一个实施方案中，如由图5中的3阶次噪声、4.5阶次噪声、6阶次噪声和9阶次噪声所示，车辆系统110控制SEN以快速移位，即以约100-700Hz/s的减小速率移位。在其他实施方案中，车辆系统110以小于100Hz/s的减小速率使SEN更缓慢地移位。减小速率可以是特定于应用的并且是基于发动机起动信号(START)的提前期。例如，对于更高的发动机阶次噪声，减小速率可能更高。
在其他实施方案中，如由图4在时间段T2-T3处的曲线图1和曲线图2所示，车辆系统110控制SEN的频率和幅度两者以匹配发动机起动状况期间的实际ICE噪声。在其他实施方案中，车辆系统110在发动机起动状况期间改变一个或多个发动机阶次噪声的SEN的频率或频率和幅度。
车辆系统110包括SEN模块130(图2)，所述SEN模块130包括WAV合成块132，所述WAV合成块132回放从波形(WAV)音频文件产生，并表示合成发动机声音或合成发动机噪声的经过滤波、修改或增强的音频比特流。在一个或多个实施方案中，WAV合成块132可以改变回放速率以调整音高，因此合成声音的主导频带匹配主导发动机阶次噪声频率，和/或改变回放速率和增益，使得频率和幅度两者都匹配主导发动机阶次噪声。
图6是根据一个或多个实施方案的图2的WAV合成块132的详细视图。WAV合成块132包括用于使用多个音频文件和/或混合在一起的多个版本的音频文件来调节声音的过程600。过程600包括将第一合成声音信号602输入到第一可变回放速率和/或音高控制模块604，其中回放速率和/或音高控制模块接收车辆速度(VS)信号，或与车辆速度相关的另一个车辆操作参数(例如，Ne、Nd、Nw)以调整施加到第一合成声音信号602的速率和/或音高控制。例如，输入的合成声音信号的回放速率和/或音高可以随着VS的增加而增加。然而，应理解，在VS与回放速率/音高调整之间的任何合适的关系可以被用来响应于VS的变化而模拟发动机声音(或其他模拟声音，诸如其他类型发动机的模拟声音)的变化。
在一个或多个实施方案中，之后将如由回放速率/音高控制模块604调整的合成声音信号传递到可调增益模块606。可调增益模块606接收指示发动机扭矩(Te)的信号和/或指示驾驶员请求加速的踏板输入(ACC)以控制施加到已过滤的合成声音信号的增益的量。例如，施加到已调节的声音信号的增益可以随着Te/ACC的增加而增加。作为更详细的实例，施加到已调节的合成声音信号的增益可以随着Te/ACC的线性增加而线性地增加。可以直接从传感器和/或从处理装置或模块接收Te/ACC信号。在一些实施方案中，可以暂时降低增益606以模拟发动机起动时的实际换挡的声音。
在一些实例中，可以将一个或多个附加的合成声音信号(例如，用于合成声音的附加音频文件)输入到一个或多个附加的可变回放速率/音高控制模块。例如，图6示出了输入到第二回放速率/音高控制模块614的第二合成声音信号612。第二合成声音信号612可以不同于第一合成声音信号602(例如，第二合成声音信号可以表示不同类型的声音)。例如，第一合成声音信号可以表示模拟的内燃发动机，而第二合成声音信号可以表示白噪声声音。作为另一个实例，第一合成声音信号可以表示对道路车辆的发动机的模拟，而第二合成声音信号可以表示对火箭的喷气发动机的声音的模拟。在其他实例中，第二合成声音信号612可以从第一合成声音信号602获得。例如，第二合成声音信号可以是第一合成声音信号的失真版本。可变回放速率/音高控制模块604、614可以彼此相同。在其他实施方案中，对于每个合成声音信号输入，回放速率/音高控制模块可以是不同的。以此方式，可以为每个合成声音信号定制对回放速率和/或音高的调整。
在回放速率/音高控制装置604、614处可以直接从相关联的传感器接收车辆速度(VS)或者间接地从处理装置/模块计算并接收所述车辆速度。回放速率/音高调整模块可以包括硬件元件和/或可以使用处理装置(例如，图2的控制器116)来实施，以根据回放速率/音高控制模块的参数执行指令(例如，图2的SEN模块130)以便调节声音信号。
在一个或多个实施方案中，之后将如由第二回放速率/音高控制模块614调整的第二合成声音信号传递到第二可调增益模块616。第二可调增益模块616接收指示发动机扭矩(Te)的信号和/或指示驾驶员请求加速的踏板输入(ACC)以控制施加到已过滤的合成声音信号的增益的量。在一些实施方案中，可以在例如50至250ms的持续时间内降低增益616，以模拟发动机重新起动时换挡的声音。
在一些实例中，可调增益模块606、616可以彼此不同(例如，具有从Te/ACC到所施加的增益量的不同的映射)。在其他实例中，可调增益模块可以彼此相同(例如，具有从Te/ACC到所施加的增益量的相同映射)。可调增益模块606、616的输出可以在求和模块618中组合以产生组合的合成声音信号。组合的合成声音信号可以直接输出到混合器138或直接输出到放大器146。
车辆系统可以在具有各种不同变速器113的车辆中实施。例如，变速器113可以包括无级变速器(CVT)或常规的固定齿轮比变速器。
车辆系统110使用合成移位来1)使用以下各项调节SEN的音高：A)可以模拟ICE中存在的各个发动机阶次噪声的各个正弦波(例如，发动机阶次噪声合成块133)；B)存储在存储器中的预定的和经过处理的声音(例如，WAV合成块132)；或C)A和B的组合。合成移位还可以指代2)“录音声音”，其是ICE变速杆在联接到固定齿轮变速器113时的“预先录制的”或“预先合成的”声音。这种经过预处理的声音可以包含一个或多个减小或增加的音高，以相应地模拟ICE升挡或降挡的声音。
在一个或多个实施方案中，如图2所示，SEN模块130在WAV合成块132和发动机阶次噪声合成块133内包括合成移位处理块150、152。在发动机阶次噪声合成(1A)的情况下，SEN的移位前频率和幅度是已知的，并且ICE发动机的移位后频率和幅度也是已知的。目标移位持续时间也是已知的。有了这些输入和目标，在这些开始与结束频率和幅度之间的众多平稳而快速的转换是可能的。
在WAV合成(以上的1B)的情况下，通过改变.wav文件的回放速率来调节发动机噪声的音高。为了产生合成移位，回放速率在快速转换中变为最终回放速率，其中SEN的主导发动机阶次噪声、多个发动机阶次噪声或主导频率范围将匹配ICE在ICE发动机重新起动时的主导发动机阶次噪声。在一些实施方案中，主导发动机阶次噪声、多个发动机阶次噪声或主导频率范围的大小也将匹配。
一般而言，对于传统的固定齿轮比变速器中的换挡，发动机噪声的级别在换挡期间可以略微减小，因为发动机的扭矩输出在换挡期间会下降。车辆系统110可以任选地在合成移位期间模拟这种幅度调节行为。对于升挡，例如从1挡升到2挡，根据变速器的齿轮比的差异在频率方面降低发动机阶次噪声。发动机4阶次噪声从约100Hz移动到78Hz。例如，一般而言，高性能车辆具有持续时间比低性能车辆更短的快速换挡。例如，极快的换挡是50ms。高性能车辆可以具有持续时间为250ms的换挡。平均速度车辆可以具有500ms的换挡。另外，手动换挡通常是在500mS至1.5s的范围内。
在一个实施方案中，合成混合动力车辆的电动马达的附加谐波以产生合成马达噪声(SMN)可能是有用的。马达转速的这些附加谐波可以具有比马达的自然产生的声输出更高或更低的频率。这些附加合成谐波将以与ICE SEN相同的方式从围绕乘客舱设置的一个或多个扬声器播放出来。前述实施方案已描述了可以如何容易地产生ICE SEN以匹配ICE在其停用时的阶次噪声，但是在不使用合成移位的情况下，ICE SEN阶次噪声可能会不匹配在ICE重新激活时的ICE噪声的频率或幅度。在有用的实施方案中，产生EV SMN以匹配EV在其停用时的阶次噪声，但是在不使用合成移位的情况下，EV SMN阶次噪声可能会不匹配EV在其重新激活时的频率或幅度。在一个实施方案中，在接收到EV马达起动命令时，调节EV SMN的一个或多个阶次噪声的频率和幅度中的一者或多者，以匹配重新激活的马达的频率和幅度中的一者或多者。在一个实施方案中，响应于马达起动命令而调节EV马达SMN的一个或多个特性，以与起动状况期间的对应的预定马达操作特性匹配。
本公开的实施方案一般提供用于多个电路或其他电气装置。所有对电路和其他电气装置以及它们各自提供的功能的引用均不意图被限制为仅涵盖本文所示和所述的内容。尽管可以将特定标签分配给所公开的各种电路或其他电气装置，但是这类标签并不意图限制电路和其他电气装置的操作范围。基于所需的电气实现方式的具体类型，这类电路和其他电气装置可以任何方式彼此组合和/或分开。将认识到，本文公开的任何电路或其他电气装置可以包括任何数量的微处理器、图形处理器单元(GPU)、集成电路、存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或上述的其他合适的变型)以及软件，上述各者彼此合作来执行本文公开的操作。另外，电气装置中的任一个或多个可以被配置来执行体现在非暂时性计算机可读介质中的被编程来执行如所公开的任何数量的功能的计算机程序。
虽然上文描述了示例性实施方案，但这些实施方案并不意图描述所有可能形式。相反，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可以将各种实施的实施方案的特征进行组合以形成另外的实施方案。

Claims (20)

1.一种车辆声音合成系统，所述车辆声音合成系统包括：
扬声器，所述扬声器响应于接收到合成发动机噪声(SEN)信号而在车辆的车厢内投射指示SEN的声音；以及
控制器，所述控制器被编程为：
产生所述SEN信号；
接收指示发动机起动命令的第一输入；
响应于所述发动机起动命令而调节所述SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的预定发动机操作特性匹配；以及
向所述扬声器提供包括所述已调节的特性的调整后的SEN信号。
2.如权利要求1所述的车辆声音合成系统，其中所述SEN信号的所述特性包括幅度和频率中的至少一者。
3.如权利要求1所述的车辆声音合成系统，其中所述SEN信号指示至少一个发动机阶次噪声。
4.如权利要求1所述的车辆声音合成系统，其中所述控制器被进一步编程为：
基于至少一个音频文件而产生所述SEN信号；以及
通过调整所述至少一个音频文件的回放速率来调节所述SEN信号的频率特性。
5.如权利要求1所述的车辆声音合成系统，其中所述控制器被进一步编程为：
基于至少一个音频文件而产生所述SEN信号；以及
通过调整所述至少一个音频文件的增益来调节所述SEN信号的幅度特性。
6.如权利要求1所述的车辆声音合成系统，其中所述控制器被进一步编程为：
接收第二输入，所述第二输入指示挡位转换和在第一挡位与第二挡位之间的转换期间的预先录制的发动机声音；以及
响应于指示所述第一挡位与所述第二挡位之间的变化的所述挡位转换而通过播放所述预先录制的发动机声音来调节所述SEN信号的所述特性。
7.如权利要求6所述的车辆声音合成系统，其中所述第一挡位大于所述第二挡位，并且所述挡位转换指示降挡。
8.如权利要求6所述的车辆声音合成系统，其中所述第一挡位小于所述第二挡位，并且所述挡位转换指示升挡。
9.一种设备，所述设备包括：
控制器，所述控制器被配置为：
产生指示合成发动机噪声(SEN)的SEN信号；
响应于发动机起动信号而调节所述SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的预定发动机操作特性匹配；以及
向扬声器提供包括所述已调节的特性的调整后的SEN信号以在车厢内投射声音。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述SEN信号指示至少两个发动机阶次噪声。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述SEN信号的所述特性包括频率特性。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述控制器被进一步配置为：
基于音频文件而产生所述SEN信号；以及
通过调整所述音频文件的回放速率来调节所述频率特性。
13.如权利要求9所述的设备，其中所述SEN信号的所述特性包括幅度特性。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述控制器被进一步配置为：
基于音频文件而产生所述SEN信号；以及
通过调整所述音频文件的增益来调节所述幅度特性。
15.如权利要求9所述的设备，其中所述控制器被进一步配置为：
接收输入，所述输入指示挡位转换、车辆速度和在第一挡位与第二挡位之间的转换期间的预先录制的发动机声音；以及
响应于指示所述第一挡位与所述第二挡位之间的变化的所述挡位转换而通过播放所述预先录制的发动机声音来调节所述SEN信号的所述特性。
16.一种被编程用于合成发动机噪声(SEN)的计算机程序产品，所述计算机程序产品体现于非暂时性计算机可读介质中，所述计算机程序产品包括用于以下的指令：
接收指示即将到来的发动机起动的发动机起动信号和指示发动机操作特性的信息；
产生指示SEN的SEN信号；
基于所述发动机起动信号而调节所述SEN信号的特性以与起动状况期间的对应的发动机操作特性匹配；以及
向扬声器提供包括所述已调节的特性的调整后的SEN信号以在车厢内投射声音。
17.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述SEN信号的所述特性包括幅度和频率中的至少一者。
18.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品还包括用于以下的指令：
基于音频文件而产生所述SEN信号；以及
通过调整所述音频文件的回放速率来调节所述SEN信号的频率特性。
19.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品还包括用于以下的指令：
基于音频文件而产生所述SEN信号；以及
通过调整所述音频文件的回放速率来调节所述SEN信号的幅度特性。
20.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品还包括用于以下的指令：
接收输入，所述输入指示挡位转换、车辆速度和在第一挡位与第二挡位之间的转换期间的预先录制的发动机声音；以及
响应于指示所述第一挡位与所述第二挡位之间的变化的所述挡位转换而通过播放所述预先录制的发动机声音来调节所述SEN信号的所述特性。
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