電動汽車低速提示音發展研究及試驗實施

蘇星溢，陳 雄，廖亞兵

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

前言

電動化是汽車發展的必然趨勢，但在低速純電動工作模式下，由于驅動電機噪聲小，無法對周圍行人進行有效的警示。美國國家公路交通安全管理局在2009年進行調查發現，車輛低速行駛時與行人發生交通事故[1]，新能源車的概率是傳統燃油車的2倍，該調查部分結果如表1所示。

表1 低速碰撞事故調查

全球汽車行業為解決電動車在低速行駛中的安全隱患[2-4]，做了大量的調查和研究，一致認為有必要配備一種警示音系統，因此AVAS（Acoustic Vehicle Alerting System）被順勢推出。

1 國內外技術研究

2011年Heather konet對電動車以及傳統燃油車在不同速度下噪聲數據進行采集和分析[5-6]，發現車速在25 km/h以上時，由于路噪增大兩者的噪聲大小無差別，這對AVAS工作的速度區間確定提供試驗依據。2013年Etienne Parizet提出AVAS警示音的音色需要設計[7]，通過大量主觀評價發現，不同音色參數會影響辨識度、聲源速度、方向、距離的判斷。

國內從2013年開始對AVAS標準進行探討[8]，高校也針對AVAS系統設計進行深入研究[9]，2018年吉林大學葛林鶴在20～25 km/h設置過渡區間，如圖1所示。

圖1 AVAS系統工作區間

2 國內標準要求

2019年中國發布AVAS標準[10]，標準中規定工作車速范圍0～20 km/h，車輛靜止且處于可行駛模式狀態下，可以設置AVAS是否發聲。美國、歐盟則有所不同，美國標準定義車速范圍為0～30 km/h，倒車和怠速狀態均應發聲；歐盟定義車速范圍0～20 km/h，倒車和怠速狀態均應發聲。

中國標準在聲級限值要求上，電動汽車車外噪聲在所包含的1/3倍頻程上，至少有兩個1/3倍頻程大于表2中規定的數值，同時大于總聲級的要求，最大噪聲值不應超過75 dB。

在頻率要求上，至少有兩個1/3倍頻程是包含在表2中，且至少有一個是在1 600 Hz以下。車輛從5～20 km/h速度增加過程中，至少有一個1/3倍頻程的頻率隨之增加，頻率最小頻移速度大于或等于0.8%/（km/h），行人能通過聽覺感知到車輛速度的提升。實際測試操作中，選取5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h 4種工況進行測試。

表2 最低聲級限值

聲級試驗前采集10 s背景噪聲的波峰波谷差值應不大于2 dB，或者背景噪聲聲級低于車外噪聲（含AVAS提示音）的數值至少10 dB，聲級試驗才能開始。而在分析1/3倍頻程時，要求記錄10 s背景噪聲的每個重點1/3倍頻程的背景噪聲聲級，至少低于車外噪聲（含AVAS提示音）的重點1/3倍頻程6 dB，同時A計權的背景噪聲聲級低于車外噪聲（含AVAS提示音）的數值至少10 dB（A），試驗結果方可符合要求。

3 試驗過程及結果分析

3.1 試驗條件要求

AVAS試驗包含聲級試驗和頻移試驗，此次試驗實施采用了室外場地整車運行試驗。試驗車輛為某國產品牌純電動公交車，試驗質量為整備質量+75 kg。試驗場地周圍50 m內無遮擋物、無吸聲材料。試驗位置示意圖如圖2所示。

圖2 試驗位置示意圖

3.2 試驗過程

試驗設備包括傳聲器、處理器主機、車載GPS模塊、車載車速顯示器、車速信號無線傳輸設備、進出線觸發器、測試軟件組成，如圖3所示。通過背景噪聲測試后，聲級試驗按照前進10 km/h、20 km/h，倒車6 km/h的三種工況，分別完成4次合格的測試。頻移試驗按照前進5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h的4種工況，分別完成4次合格的測試。軟件操作界面如圖4所示。

圖3 試驗硬件設備

圖4 軟件操作界面

3.3 試驗結果分析

聲級限值試驗結果如表3～表7所示（顯示符合要求的1/3倍頻程）。

表3 前進10 km/h工況下左側提示音聲級表

表4 前進10 km/h工況下右側提示音聲級

表5 前進20 km/h工況下左側提示音聲級

表6 前進20 km/h工況下右側提示音聲級

表7 倒車6 km/h工況下提示音聲級

從表3~表7的數據可以得出，在總聲級滿足標準要求的同時，前進工況在250 Hz、315 Hz的1/3倍頻程上均滿足表2所規定的聲級，250 Hz、315 Hz的1/3倍頻程的背景噪聲聲級低于相對應測量聲級6 dB以上。同時車輛在行駛時發出的噪聲峰值未超過75 dB（A），因此聲級限值試驗滿足標準要求。

頻移試驗所測得的頻譜曲線如圖5所示（以左側測試點數據為例）。

圖5 頻譜曲線

從圖5看出，車速在5～20 km/h區間增加時，頻譜曲線在300 Hz附近出現橫移，同時通過公式（1）計算圖5信號的數據，計算結果如表8所示。

式中：

fi，車速——給定車速值處的頻率；

fi，參考——5km/h或記錄的最低車速處的頻率；

v試驗——實際車速或模擬車速，對應于頻率fi，車速；

v參考——實際車速或模擬車速，對應于頻率fi，參考。

從表8中得出左、右側頻移值滿足不小于0.8%/（km/h）的要求，頻移結果滿足標準要求。

表8 頻移計算結果

4 結束語

本文研究了AVAS系統推出背景、技術特點，依據標準實施試驗，驗證試驗方法可操作性，對后續試驗優化提供指導作用。

在電動化、智能化的趨勢下，汽車電子電器、軟件系統都由一個域控制器來控制成為未來的發展方向，而目前市場上的AVAS系統是相對獨立的，無法與智能駕駛、智能座艙系統進行數據交互，在無行人、無自行車區域依舊工作，增加對環境噪聲的污染。基于車對行人、自行車識別功能的基礎上，發展到定向警示是下一代AVAS的方向。目前AVAS警示音是模擬發動機噪聲，較為枯燥單調，在警示音音色、聲級、頻率滿足國家標準的基礎上，開發具有個性化的警示音是仍需探索的領域。