CN114973846A - 一种驾驶体感和声浪模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驾驶体感和声浪模拟系统，包括数据处理装置、与所述数据处理装置相连的数据采集装置和两个执行机构；执行机构包括音频播放器和振动激励器；所述数据处理装置设置为判断是否开启驾驶模拟功能，以同时进行体感和声浪的模拟，并在判断为开启驾驶模拟功能时，对转速信号，油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，得到处理结果并分别发送给执行机构。本发明的驾驶体感和声浪模拟系统在音频播放器的基础上增加振动激励器，且根据实时的转速信号、油门踏板深度信号、加速度信号通过实时基频算法模型的信号处理，能做到声音与震动反馈的实时一致反馈，实时性真实性更好，解决听觉和触觉反馈不同步的问题。

Description

一种驾驶体感和声浪模拟系统
技术领域
本发明涉及车载信息娱乐领域，更具体地涉及一种驾驶体感和声浪模拟系统。
背景技术
目前，市面常见电动车的模拟声浪将声音通过整车扬声器发出给到听感上的体验，在日常实际使用时只能从听觉接收到声浪，在驾驶时缺少体感效果，主观感觉上驾驶感受和声音是脱离的。
即使现有技术有震动体验的方案，其震动方式也是基于音频中的低频信号，通过虚拟合成转化成模拟的振动信号，由于该振动信号不是和音频同时输出，现有方案并没有将音频信号与振动信号进行同时产生同时响应的操作，而是必须在得到音频信号后再转化成振动信号，导致整个系统的体验并不是很好，因此其实时性较差，听觉和触觉反馈不同步。此外，现有技术因为其信号为纯粹的虚拟合成，无法随车辆的实时情况快速相应变化，因此导致驾驶体验不够真实。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驾驶体感和声浪模拟系统，以基于车载座椅振动激励器和整车音响，以使得电动车能够模拟燃油车的驾驶体验。
为了实现上述目的，本发明提供一种驾驶体感和声浪模拟系统，包括一个数据处理装置、与所述数据处理装置相连的至少一个数据采集装置和两个执行机构；所述执行机构包括音频播放器和振动激励器；所述数据处理装置设置为判断是否开启驾驶模拟功能，以同时进行体感和声浪的模拟，并在判断为开启驾驶模拟功能时，对转速信号，油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，得到处理结果并分别发送给执行机构。
所述数据采集装置包括转速传感器、油门踏板深度传感器和加速度传感器，转速传感器设置为采集转速信号，油门踏板深度传感器设置为油门踏板深度信号，加速度传感器设置为采集加速度信号。
所述数据处理装置通过整车总线与所述数据采集装置相连。
所述数据处理装置设置为在判断为关闭驾驶模拟功能时，利用声浪模拟功能来得到模拟音频信号，并相应发送给所述音频播放器。
所述数据处理装置还设置为判断是否开启上电挂挡模拟功能，在判断为开启上电挂挡模拟功能时，在收到车辆的上电或者挂挡的操作信号时，相应的发送模拟振动信号给振动激励器。
对转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，包括：根据车辆类型选择对应的实时基频算法模型，通过实时基频算法模型将转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号转化为实时的基频信号，通过DSP运算将实时的基频信号拆分成实时的音频信号和振动信号。
所述实时基频算法模型为：
f(t1)＝f0(g(a)·g(b)·g(c))，
其中，a为转速信号，b为油门踏板深度信号，c为加速度信号，g(a)为基础频率系数，g(b)为基础功率系数，g(c)为频率偏移系数，f(t1)为t1时刻的基频信号，f0为基频信号与动态系数g(a)、g(b)、g(c)的关系函数。
所述实时基频算法模型通过将不同车型的燃油车在不同时刻的转速信号a、油门踏板深度信号b、加速度信号c作为输入参数，对应的基频信号作为输出参数，对实时基频算法模型进行训练得到。
所述音频播放器和振动激励器包括声换能器和光换能器中的一个。
本发明的驾驶体感和声浪模拟系统在音频播放器的基础上增加振动激励器，能够将声音转化为振动给到驾驶者，可以模拟出燃油车从车辆引擎启动到加油换挡的感觉；且根据实时的转速信号、油门踏板深度信号、加速度信号通过实时基频算法模型的信号处理，来控制音响和激励器还原燃油车的加油、换挡过程的声音以及引擎、变速箱传到驾驶者身上的振动，能做到声音与震动反馈的实时一致反馈，实时性真实性更好，解决现有公知方案中的听觉和触觉反馈不同步的问题，可同时应用于车内媒体音频应用场景以及驾驶体感需求。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的驾驶体感和声浪模拟系统的模块示意图。
图2为根据本发明的驾驶体感和声浪模拟系统的数据处理装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
本发明提供了一种驾驶体感和声浪模拟系统，如图1所示，该驾驶体感和声浪模拟系统包括一个数据处理装置1、与所述数据处理装置1相连的至少一个数据采集装置2和两个执行机构3。数据处理装置1、数据采集装置2和执行机构3之间传输的所有数据、控制信号均按照实时性分别用CAN线，A2B信号线进行交互，也部分功能可以升级为以太网方案。
数据采集装置2分别读取车辆的各个指标信息，在本实施例中，所述数据采集装置2包括转速传感器21、油门踏板深度传感器22和加速度传感器23。转速传感器21设置为采集转速信号，油门踏板深度传感器22设置为油门踏板深度信号，加速度传感器23设置为采集加速度信号。
在本实施例中，所述数据处理装置1通过整车总线(如CAN线)与所述数据采集装置2相连，总而从整车总线信号中获取转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号。
所述执行机构3包括设置于目标音区内的音频播放器31和振动激励器32。
如图2所示，所述数据处理装置1设置为判断是否开启驾驶模拟功能，以同时进行体感和声浪的模拟，并在判断为开启驾驶模拟功能时，对转速信号，油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，得到处理结果并分别发送给执行机构3，发送给执行机构3的处理结果包括发送给音频播放器31的模拟音频信号和发送给振动激励器32的模拟振动信号。否则，即判断为关闭驾驶模拟功能，振动功能不开启而保留声浪模拟，此时利用现有的声浪模拟功能来得到模拟音频信号，并相应发送给所述执行机构3的音频播放器31。此外，所述数据处理装置1还设置为判断是否开启上电挂挡模拟功能，在判断为开启上电挂挡模拟功能时，在收到车辆的上电或者挂挡的操作信号时，相应的发送模拟振动信号给振动激励器32，以模拟燃油车的引擎启动时的车体震动传到驾驶者身上的感觉。
对转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，包括：根据车辆类型选择对应的实时基频算法模型，通过实时基频算法模型将转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号转化为实时的基频信号，通过DSP运算将实时的基频信号拆分成实时的音频信号和振动信号。DSP运算本身会通过实时基频算法模型的选择规则判断将实时的基频信号拆分并输出(具体来说，基频信号滤波得到的高频部分如20Hz-20KHz频段为模拟音频信号，低频部分为模拟振动信号)，从而可以将处理结果拆分传送至不同的执行机构3，以达到声音和体感一致响应的目的。
其中，实时基频算法模型为：
f(t1)＝f0(g(a)·g(b)·g(c))，
其中，a为转速信号，b为油门踏板深度信号，c为加速度信号，g(a)为基础频率系数，g(b)为基础功率系数，g(c)为频率偏移系数，其中，g(a)、g(b)、g(c)需要通过大量数据训练学习a、b、c三个参数对于最终频率影响，是实时基频算法模型中的动态系数。f(t1)为t1时刻的基频信号，f0为基频信号与动态系数g(a)、g(b)、g(c)的关系函数。
f(t1)为实时基频算法模型的输出参数，a、b、c为实时基频算法模型的输入参数。所述实时基频算法模型通过将不同车型的燃油车在不同时刻的转速信号a、油门踏板深度信号b、加速度信号c作为输入参数，对应的基频信号作为输出参数，对实时基频算法模型进行训练得到。
基频信号本质上是一个宽频段的振动信号(其高频部分为音频信号，低频部分为振动信号)，其值与燃油车的车型相关并通过录音或者数据推导得到。例如现有的各型跑车，其声浪取决于发动机缸数，气缸直径、活塞行程，排气系统的方案等，通过其硬件可以得到车辆的基频信号。一般来说，燃油车的气缸直径相同的情况下，功率越大，基频信号的频率越高；燃油车的功率一定的情况下，气缸直径越大，基频信号的频率越低。
综上，本发明的驾驶体感和声浪模拟系统，当信息处理装置1接收到数据采集装置发出的信号后，通过相关的算法的处理，协调多个执行机构同时执行动作。在信息处理装置1收到车辆的驾驶模拟功能开启的需求的时候，会同步经过实时基频算法模型处理，将基频信号传递至执行机构3，如座椅的振动激励器32，整车音响(即音频播放器31)，驱动执行机构3进行动作。其中执行机构3的音频播放器31和振动激励器32包括但不限于声换能器，光换能器等类型中的一个。
由此，本发明的驾驶体感和声浪模拟系统在音频播放器的基础上增加振动激励器，能够将声音转化为振动给到驾驶者，可以模拟出燃油车从车辆引擎启动到加油换挡的感觉；且根据实时的转速信号、油门踏板深度信号、加速度信号等信号通过实时基频算法模型的信号处理，来控制音响和激励器还原燃油车的加油、换挡过程的声音以及引擎、变速箱传到驾驶者身上的振动，而做到声音与震动反馈的实时一致反馈，实时性真实性更好，解决现有公知方案中的听觉和触觉反馈不同步的问题，可同时应用于车内媒体音频应用场景以及驾驶体感需求。也就是说，本发明的驾驶体感和声浪模拟系统的振动信号(即基频信号)直接通过车辆本身的行驶参数处理得到，所以其反馈效果会更加接近现实感受。此外，本发明的驾驶体感和声浪模拟系统还通过上电或者挂挡等操作发出信号给振动激励器以模拟燃油车的引擎启动时的车体震动传到驾驶者身上的感觉，还原出真实燃油车引擎发动的感觉。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (9)

1.一种驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，包括一个数据处理装置(1)、与所述数据处理装置(1)相连的至少一个数据采集装置(2)和两个执行机构(3)；所述执行机构(3)包括音频播放器(31)和振动激励器(32)；
所述数据处理装置(1)设置为判断是否开启驾驶模拟功能，以同时进行体感和声浪的模拟，并在判断为开启驾驶模拟功能时，对转速信号，油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，得到处理结果并分别发送给执行机构(3)。
2.根据权利要求1所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述数据采集装置(2)包括转速传感器(21)、油门踏板深度传感器(22)和加速度传感器(23)，转速传感器(21)设置为采集转速信号，油门踏板深度传感器(22)设置为油门踏板深度信号，加速度传感器(23)设置为采集加速度信号。
3.根据权利要求1所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述数据处理装置(1)通过整车总线与所述数据采集装置(2)相连。
4.根据权利要求1所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述数据处理装置(1)设置为在判断为关闭驾驶模拟功能时，利用声浪模拟功能来得到模拟音频信号，并相应发送给所述音频播放器(31)。
5.根据权利要求1所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述数据处理装置(1)还设置为判断是否开启上电挂挡模拟功能，在判断为开启上电挂挡模拟功能时，在收到车辆的上电或者挂挡的操作信号时，相应的发送模拟振动信号给振动激励器(32)。
6.根据权利要求1所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，对转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号进行处理，包括：
根据车辆类型选择对应的实时基频算法模型，通过实时基频算法模型将转速信号、油门踏板深度信号和加速度信号转化为实时的基频信号，通过DSP运算将实时的基频信号拆分成实时的音频信号和振动信号。
7.根据权利要求6所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述实时基频算法模型为：
f(t1)＝f0(g(a)·g(b)·g(c))，
其中，a为转速信号，b为油门踏板深度信号，c为加速度信号，g(a)为基础频率系数，g(b)为基础功率系数，g(c)为频率偏移系数，f(t1)为t1时刻的基频信号，f0为基频信号与动态系数g(a)、g(b)、g(c)的关系函数。
8.根据权利要求7所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述实时基频算法模型通过将不同车型的燃油车在不同时刻的转速信号a、油门踏板深度信号b、加速度信号c作为输入参数，对应的基频信号作为输出参数，对实时基频算法模型进行训练得到。
9.根据权利要求1所述的驾驶体感和声浪模拟系统，其特征在于，所述音频播放器(31)和振动激励器(32)包括声换能器和光换能器中的一个。
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