本發(fā)明涉及電動汽車的電氣系統(tǒng)與聲學(xué)警示系統(tǒng)，更具體的說是一種能夠發(fā)出電動汽車所具有的獨特的個體性的悅耳的聲音，行人和駕乘人員能夠根據(jù)聲音辨別車的型號、品牌等特征，直觀感強，電動汽車的動力性的感覺強烈，主觀感受性佳，使駕駛者注意力更集中，駕乘人員可根據(jù)聲音辨別汽車的性能和故障的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)聲音采集發(fā)聲方法及裝置。
背景技術(shù)：
：我們知道，由于突出的能源、環(huán)境等問題，對一些新能源汽車的研發(fā)已經(jīng)成為大勢所趨。在這之中，隨著電機技術(shù)的發(fā)展與完善，電動汽車漸漸走進人們的視野中。電動汽車與傳統(tǒng)汽車除動力來源不同外，其噪聲相比傳統(tǒng)汽車而言更小。而較小的噪聲則會帶來兩個突出的問題：第一，車內(nèi)環(huán)境較安靜，會使乘員對電動汽車動力性的感覺不強烈，主觀感受較差，同時在駕駛使可能會造成注意力不集中，從而造成事故；第二，由于噪聲較小，相對于傳統(tǒng)汽車，行人較難察覺到電動汽車的存在，因此造成交通事故的發(fā)生。目前國內(nèi)已有涉及電動汽車發(fā)聲以提高聲學(xué)警示性的專利，例如：①、北京長安汽車工程技術(shù)研究有限公司雷應(yīng)峰等人申請的名稱為：一種電動汽車的聲音模擬發(fā)聲方法及裝置、專利申請?zhí)枮椋?01410114638.8；②、清華大學(xué)鄭四發(fā)等人申請的名稱為：一種電動汽車多模式行人安全聲音警示系統(tǒng)、專利申請?zhí)枮?201210061606.7；③、成都勛迪電動車輛制造有限公司黃澤旭等人申請的名稱為：電動汽車模擬發(fā)動機聲音裝置、專利申請?zhí)枮?201420514063.4；④、東風(fēng)悅達起亞汽車有限公司丁力等人申請的名稱為：一種電動汽車仿傳統(tǒng)發(fā)動機聲音的裝置、專利申請?zhí)枮椋?01220649275.4；⑤、廈門市海菱電子有限公司楊建友等人申請的名稱為：一種用于電動汽車的發(fā)動機聲音模擬裝置、專利申請?zhí)枮椋?01521046771.0。這五項專利的共同點是：利用傳統(tǒng)汽車發(fā)動機的聲音對電動汽車進行模擬發(fā)聲，來解決駕乘感覺感受不佳與聲學(xué)警示性較差的問題，這些專利共同存在如下缺陷：1、電動汽車有自己特有的電驅(qū)動系統(tǒng)的聲音，利用傳統(tǒng)汽車的聲音進行模擬發(fā)聲，失去了電動汽車獨特的聲音特性，無法從聲音上區(qū)分電動汽車的型號、品牌等特征，并且模擬發(fā)聲發(fā)出聲音單一、聲品質(zhì)不佳，無法從聲音上辨別、評估車的性能。2、利用傳統(tǒng)汽車發(fā)動機模擬發(fā)聲，乘員無法察覺出電機的真實發(fā)聲狀況，無法從發(fā)聲中判斷電機及傳動箱內(nèi)的運行情況，電機或傳動機構(gòu)發(fā)生故障時，不能及時采取防護措施，容易使故障擴大華、甚至引發(fā)險情。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠發(fā)出電動汽車所具有的獨特的個體性的悅耳的聲音，行人和駕乘人員能夠根據(jù)聲音辨別車的型號、品牌等特征直觀感強，電動汽車的動力性的感覺強烈，主觀感受性佳，使駕駛者注意力更集中，駕乘人員可根據(jù)聲音辨別汽車的性能和故障的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)聲音采集發(fā)聲方法及裝置。本發(fā)明解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足所采用的技術(shù)方案是：一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)聲音采集發(fā)聲方法：其特征在于包括如下步驟：步驟一、實時采集電動汽車電機艙內(nèi)的聲音信號、車速信號和電機轉(zhuǎn)速信號；步驟二、根據(jù)車速信號和電機轉(zhuǎn)速信號，采用濾波技術(shù)，濾除電機聲音信號中較為刺耳的頻段的聲音信號、減小聲音的煩躁度，使得濾波后的聲音播放時，達到人能夠接受的程度；步驟三、將步驟二獲得的聲音信號經(jīng)音量控制器調(diào)節(jié)音量后傳給車內(nèi)外的揚聲器，驅(qū)動揚聲器發(fā)出電動汽車的實時聲音。本發(fā)明步驟二中所述的濾除電機聲音信號中較為刺耳的頻段的聲音信號、減小聲音的煩躁度，使得濾波后的聲音播放時，達到人能夠接受的程度，是采取以下步驟獲得的：（1）、進行電機聲音采集試驗，獲取電動汽車在不同車速范圍的電機艙內(nèi)的聲音文件；（2）、對不同車速范圍的聲音文件進行客觀評價，計算出聲音文件的7個聲學(xué)客觀參數(shù)：A聲級，響度，抖動度，音調(diào)度，粗糙度，語音清晰度，尖銳度；（3）、基于語義細分法，對不同車速范圍的聲音文件進行主觀評價，選取4個語義評價指標“煩躁與愉悅”、“刺耳與悅耳”、“柔弱與強勁”、“難以察覺和令人警覺”，選擇24人進行主觀評價培訓(xùn)，并在合適的條件下對聲音文件進行主觀感受打分評價，語義評價指標賦值表如下；（4）、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立噪聲聲品質(zhì)評價的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：輸入層共計7個節(jié)點，輸入量為純電動汽車車內(nèi)噪聲客觀聲學(xué)參數(shù)：A聲級、響度、抖動度、音調(diào)度、粗糙度、語音清晰度、尖銳度；隱含層節(jié)點數(shù)的計算式為：；式中，為隱含層神經(jīng)元個數(shù)，為輸入層神經(jīng)元個數(shù)，為輸出層神經(jīng)元個數(shù)，；輸出層共計4個輸出節(jié)點數(shù)，輸出量為純電動汽車車內(nèi)噪聲樣本的4個語義評價指標：煩躁與愉悅、刺耳與悅耳、柔弱與強勁、難以覺察與令人警覺；隱含層激勵函數(shù)為雙曲正切函數(shù)tansig，輸出層激勵函數(shù)為線性函數(shù)purelin；模型建立后，當(dāng)7個聲學(xué)客觀參數(shù)確定時，帶入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可對4個主觀評價指標的分值進行預(yù)測，進而得到影響主觀感受的敏感頻段；（5）、當(dāng)電動汽車行駛時，根據(jù)實時采集的車速信號與發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號來確定敏感頻段，濾除實時采集電動汽車電機聲音信號中敏感頻段的信號，達到要求（使得濾波后的聲音播放時，達到人能夠接受的程度）、提高聲音的主觀感受。本發(fā)明所述的步驟三中，車內(nèi)的揚聲器播放的電機聲音分貝范圍為30dB-60dB，車外的揚聲器播放的電機聲音分貝值固定為60dB。在聲音文件進行播放時，可根據(jù)乘員自身的感受手動調(diào)節(jié)音量控制器，控制揚聲器的播放音量。（注：當(dāng)電動汽車低速行駛時，車內(nèi)噪聲很小，可適當(dāng)提高聲音文件的音量，以改善駕乘的主觀感受；隨著車速的升高，電動汽車的胎噪、風(fēng)噪等聲音逐漸突出，此時可適當(dāng)降低聲音文件的音量。）本發(fā)明中所述的A聲級的計算公式如下：式中，為頻帶上的聲壓級，為頻帶上中心頻率處的A計權(quán)值；所述的響度的計算公式如下：式中，為特性響度，為自由場條件下相應(yīng)于人耳聽閾值的激勵，為對應(yīng)于參考聲強的激勵，為被計算聲音對應(yīng)的激勵；所述的抖動度的計算式為：式中，最大特征響度，為最小特征響度，為兩個連續(xù)的響度的時間差；所述的音調(diào)度的計算式為：式中，為第個單頻分量與臨界頻帶的差異，為第個單頻分量與頻率的關(guān)系，為單頻分量聲壓級盈余量效應(yīng)；所述的粗糙度的計算式為：式中，為調(diào)制頻率，為各個頻帶內(nèi)的激勵級差；所述的語音清晰度的計算公式為：式中，為準確聽清的語言單位數(shù)，為全部語言單位數(shù)；所述的尖銳度的計算公式為：式中，為權(quán)函數(shù)。本發(fā)明所述的敏感頻段為主觀評價分數(shù)在-4至-3分之間的頻段。本發(fā)明中當(dāng)車速大于80km/h時，關(guān)閉發(fā)聲裝置。因為此時車內(nèi)外噪聲中胎噪、風(fēng)噪占主要比率，且具備足夠的聲學(xué)警示性，因此再進行實時發(fā)聲意義不大。設(shè)置車內(nèi)揚聲器開關(guān)，該開關(guān)可由乘員手動控制開啟與關(guān)閉。一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)聲音采集發(fā)聲裝置，包括微控制器（MCU）、車內(nèi)的揚聲器和車外的揚聲器，其特征在于：設(shè)有車速信號采集單元、電機轉(zhuǎn)速信號采集單元、聲音采集裝置和濾波處理裝置，所述的聲音采集裝置和濾波處理裝置分別與微控制器相連，微控制器與車速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器相連，車內(nèi)的揚聲器和車外的揚聲器與濾波處理裝置相連。本發(fā)明中設(shè)有音量控制裝置，所述車內(nèi)的揚聲器與音量控制裝置直接連接。所述的聲音采集裝置為麥克風(fēng)，用于采集電機艙內(nèi)聲音；車速信號采集單元為電動汽車的車速傳感器，用于檢測電動汽車的車速；電機轉(zhuǎn)速信號采集單元為電動汽車的轉(zhuǎn)速傳感器，用于檢測電機轉(zhuǎn)速；濾波處理裝置根據(jù)車速信號與電機轉(zhuǎn)速信號濾除聲音信號中特定頻段（敏感頻段的聲音信號）；音量控制裝置用于手動控制車內(nèi)的揚聲器的音量。微控制器通過車速信號采集單元、電機轉(zhuǎn)速信號采集單元采集電動汽車實時的車速和電機的轉(zhuǎn)速，通過聲音采集裝置采集實時的電機聲音，微控制器根據(jù)車速和電機的轉(zhuǎn)速將需要濾除的敏感頻段的數(shù)據(jù)發(fā)送給濾波處理裝置，濾波處理裝置根據(jù)微控制器輸入的數(shù)據(jù)對聲音采集裝置采集聲音信號進行濾波，濾波后的聲音信號傳輸給揚聲器進行播放。本發(fā)明相比于模擬傳統(tǒng)汽車的發(fā)聲方法，優(yōu)點是：1、展現(xiàn)出了電動汽車所具有的獨特的聲音，給人直觀的真實感，且聲音是電動機的實時發(fā)聲，因車型、廠家、質(zhì)量等因素的不同而不同，個體性十足；2、電機聲音在濾掉某些頻段的聲音后，人聽起來是舒適、悅耳，在車內(nèi)播放主觀感受好；尤其是高質(zhì)量的電機及傳動系統(tǒng)，在高轉(zhuǎn)速的加速過程中會產(chǎn)生獨特的悅耳動聽、提神興奮的加速音，電動汽車的動力性的感覺強烈，主觀感受性佳，使駕駛者注意力更集中。3、電機聲音在車外播放使行人容易辨別車的類型、直觀感強，有較強的聲學(xué)警示性；4、乘員可通過電機聲音的實時播放來感受電機的工作狀況，根據(jù)電機聲音可預(yù)估車的質(zhì)量、性能及使用時間等，當(dāng)電機出現(xiàn)故障時，可以主觀聽出電機的故障狀況，能夠根據(jù)實時的聲響來判斷故障位置及采取必要的預(yù)防維修方案。附圖說明圖1是本發(fā)明中裝置的結(jié)構(gòu)框圖。具體實施方式一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)聲音采集發(fā)聲方法：其特征在于包括如下步驟：步驟一、實時采集電動汽車電機艙內(nèi)的聲音信號、車速信號和電機轉(zhuǎn)速信號；步驟二、根據(jù)車速信號和電機轉(zhuǎn)速信號，采用濾波技術(shù)，濾除電機聲音信號中較為刺耳的頻段的聲音信號、減小聲音的煩躁度，使得濾波后的聲音播放時，達到人能夠接受的程度；步驟三、將步驟二獲得的聲音信號經(jīng)音量控制器調(diào)節(jié)音量后傳給車內(nèi)外的揚聲器，驅(qū)動揚聲器發(fā)出電動汽車的實時聲音。本發(fā)明步驟二中所述的濾除電機聲音信號中較為刺耳的頻段的聲音信號、減小聲音的煩躁度，使得濾波后的聲音播放時，達到人能夠接受的程度，是采取以下步驟獲得的：（1）、進行電機聲音采集試驗，獲取電動汽車在不同車速范圍的電機艙內(nèi)的聲音文件；（2）、對不同車速范圍的聲音文件進行客觀評價，計算出聲音文件的7個聲學(xué)客觀參數(shù)：A聲級，響度，抖動度，音調(diào)度，粗糙度，語音清晰度，尖銳度；其中：A聲級是模擬人耳對等響曲線中40phon純音的響應(yīng)；使用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的噪聲聲壓級就是A聲級；A聲級能較好模擬人耳的頻率特性，反映人耳的主觀感受；A聲級的計算公式如下：式中，為頻帶上的聲壓級，為頻帶上中心頻率處的A計權(quán)值?！卷懚取慷糠从沉巳硕鷮β曇魪娙醯闹饔^感受程度，能準確反映聲音的響亮程度。特征響度可由下式求得：式中，為特性響度，為自由場條件下相應(yīng)于人耳聽閾值的激勵，為對應(yīng)于參考聲強的激勵，為被計算聲音對應(yīng)的激勵。【抖動度】描述了人耳主觀感受到的聲音信號的起伏程度。抖動度的計算模型[14]為：式中，最大特征響度，為最小特征響度，為兩個連續(xù)的響度的時間差?！疽粽{(diào)度】是一種表征聲音信號中純音成分所占比例的參數(shù)。音調(diào)度的數(shù)學(xué)模型是：(5)式中，為第個單頻分量與臨界頻帶的差異，為第個單頻分量與頻率的關(guān)系，為單頻分量聲壓級盈余量效應(yīng)?！敬植诙取勘碚髁寺曇舻恼{(diào)制程度、調(diào)制幅度、調(diào)制頻率分布等特征，反映了聲音的高頻變化。粗糙度的計算模型為：(6)式中，為調(diào)制頻率，為各個頻帶內(nèi)的激勵級差?！菊Z音清晰度】是人耳分辨語音的程度。語音清晰度往往受背景噪聲的頻率成分和聲壓級水平的影響。其計算公式為：(7)式中，為準確聽清的語言單位數(shù)，為全部語言單位數(shù)?！炯怃J度】表征了高頻成分在聲音頻譜中所占比例，反映了聲音信號的刺耳程度。尖銳度的計算模型為：(8)式中，為權(quán)函數(shù)。（3）、基于語義細分法，對不同車速范圍的聲音文件進行主觀評價，選取4個語義評價指標“煩躁與愉悅”、“刺耳與悅耳”、“柔弱與強勁”、“難以察覺和令人警覺”，選擇24人進行主觀評價培訓(xùn)，并在合適的條件下對聲音文件進行主觀感受打分評價，語義評價指標賦值表如下；極其非常比較有點中立有點比較非常極其煩躁-4-3-2-101234愉悅刺耳-4-3-2-101234悅耳柔弱-4-3-2-101234強勁難以察覺-4-3-2-101234令人警覺（4）、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立噪聲聲品質(zhì)評價的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。輸入層共計7個節(jié)點，輸入量為純電動汽車車內(nèi)噪聲客觀聲學(xué)參數(shù)：A聲級、響度、抖動度、音調(diào)度、粗糙度、語音清晰度、尖銳度；隱含層節(jié)點數(shù)的計算式為：；式中，為隱含層神經(jīng)元個數(shù)，為輸入層神經(jīng)元個數(shù)，為輸出層神經(jīng)元個數(shù)，；隱含層的神經(jīng)元個數(shù)影響網(wǎng)絡(luò)預(yù)測誤差和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時間；如果隱含層神經(jīng)元個數(shù)太少，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不能建立復(fù)雜的映射關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測誤差較大；但是，如果節(jié)點數(shù)太多，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時間增大，且可能出現(xiàn)“過擬合”現(xiàn)象；輸出層共計4個輸出節(jié)點數(shù)，輸出量為純電動汽車車內(nèi)噪聲樣本的4個語義評價指標：煩躁與愉悅、刺耳與悅耳、柔弱與強勁、難以覺察與令人警覺；隱含層激勵函數(shù)為雙曲正切函數(shù)tansig，輸出層激勵函數(shù)為線性函數(shù)purelin；模型建立后，當(dāng)7個聲學(xué)客觀參數(shù)確定時，帶入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可對4個主觀評價指標的分值進行預(yù)測，進而得到影響主觀感受的敏感頻段，本發(fā)明所述的敏感頻段為主觀評價分數(shù)在-4~-3分之間的頻段；（5）、當(dāng)電動汽車行駛時，根據(jù)實施采集的車速信號與發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號來確定敏感頻段，濾除實時采集電動汽車電機聲音信號中敏感頻段的信號，達到要求（使得濾波后的聲音播放時，達到人能夠接受的程度）、提高聲音的主觀感受。本發(fā)明所述的步驟三中，車內(nèi)的揚聲器播放的電機聲音分貝范圍為30dB-60dB，車外的揚聲器播放的電機聲音分貝值固定為60dB。在聲音文件進行播放時，可根據(jù)乘員自身的感受手動調(diào)節(jié)音量控制器，控制揚聲器的播放音量。（注：當(dāng)電動汽車低速行駛時，車內(nèi)噪聲很小，可適當(dāng)提高聲音文件的音量，以改善駕乘的主觀感受；隨著車速的升高，電動汽車的胎噪、風(fēng)噪等聲音逐漸突出，此時可適當(dāng)降低聲音文件的音量。）本發(fā)明中當(dāng)車速大于80km/h時，關(guān)閉發(fā)聲裝置。因為此時車內(nèi)外噪聲中胎噪、風(fēng)噪占主要比率，且具備足夠的聲學(xué)警示性，因此再進行實時發(fā)聲意義不大。設(shè)置車內(nèi)揚聲器開關(guān)，該開關(guān)可由乘員手動控制開啟與關(guān)閉。一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)聲音采集發(fā)聲裝置，包括微控制器（MCU）、車內(nèi)的揚聲器和車外的揚聲器，設(shè)有車速信號采集單元、電機轉(zhuǎn)速信號采集單元、聲音采集裝置和濾波處理裝置，所述的聲音采集裝置為麥克風(fēng)，用于采集電機艙內(nèi)聲音；車速信號采集單元為電動汽車的車速傳感器，用于檢測電動汽車的車速；電機轉(zhuǎn)速信號采集單元為電動汽車的轉(zhuǎn)速傳感器，用于檢測電機轉(zhuǎn)速；濾波處理裝置根據(jù)車速信號與電機轉(zhuǎn)速信號濾除聲音信號中特定頻段（敏感頻段的聲音信號）；所述的聲音采集裝置與濾波處理裝置相連，或者聲音采集裝置和濾波處理裝置分別與微控制器相連，微控制器與車速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器相連，車內(nèi)的揚聲器和車外的揚聲器與濾波處理裝置相連。設(shè)有音量控制裝置，所述車內(nèi)的揚聲器與音量控制裝置直接連接。音量控制裝置用于手動控制車內(nèi)的揚聲器的音量。微控制器通過車速信號采集單元、電機轉(zhuǎn)速信號采集單元采集電動汽車實時的車速和電機的轉(zhuǎn)速，通過聲音采集裝置采集實時的電機聲音，微控制器根據(jù)車速和電機的轉(zhuǎn)速將需要濾除的敏感頻段的數(shù)據(jù)發(fā)送給濾波處理裝置，濾波處理裝置根據(jù)微控制器輸入的數(shù)據(jù)對聲音采集裝置采集聲音信號進行濾波，濾波后的聲音信號傳輸給揚聲器進行播放。本發(fā)明相比于模擬傳統(tǒng)汽車的發(fā)聲方法，優(yōu)點是：展現(xiàn)出了電動汽車所具有的獨特的聲音，給人直觀的真實感，且聲音是電動機的實時發(fā)聲，因車型、廠家、質(zhì)量等因素的不同而不同，個體性十足；電機聲音在濾掉某些頻段的聲音后，人聽起來是舒適、悅耳，在車內(nèi)播放主觀感受好；尤其是高質(zhì)量的電機及傳動系統(tǒng)，在高轉(zhuǎn)速的加速過程中會產(chǎn)生獨特的悅耳動聽、提神興奮的加速音，電動汽車的動力性的感覺強烈，主觀感受性佳，使駕駛者注意力更集中。電機聲音在車外播放使行人容易辨別車的類型、直觀感強，有較強的聲學(xué)警示性；乘員可通過電機聲音的實時播放來感受電機的工作狀況，根據(jù)電機聲音可預(yù)估車的質(zhì)量、性能及使用時間等，當(dāng)電機出現(xiàn)故障時，可以主觀聽出電機的故障狀況，能夠根據(jù)實時的聲響來判斷故障位置及采取必要的預(yù)防維修方案。當(dāng)前第1頁1 2 3