【導讀】傳統內燃機車輛即使低速行駛也會發出發動機聲音。通常，當車輛不在視線范圍內時，行人和其他交通參與者通過視覺識別、和對輪胎及其他噪音的聽覺識別來判斷車輛的接近或離開。
電動車輛(EV)則不會發出發動機聲音。以低速行駛時，在傳統內燃機(ICE)起動之前，混合動力電動車(HEV)或插電式混合動力電動車(PHEV)幾乎是無聲無息地移動。當速度低于19 mph時，這些車輛發出的聲響難以聽到。在更高速度下，輪胎聲音成為主要聲響。
全球管理機構正在研究立法，尋求為電力驅動模式下的PHEV和HEV制定最低限度的聲音水平，以便視障人士、行人和騎車人能聽到這些車輛駛近，并確定這些車輛從哪個方向駛來。
電動汽車警示音系統(EVWSS)產生一系列旨在提醒行人有EV、HEV和PHEV存在的聲音。司機可以觸發警示音（類似于汽車喇叭的聲音，但不那么急迫）；但在低速時，聲音必須能自動響起。聲音有很多，從人造信號音到模仿發動機噪音和輪胎經過礫石的真實聲音。
ADI提供兩種不同解決方案，包括用于EV的車內發動機聲音模擬以及外部發動機聲音產生。高端應用方案基于 ADSP-BF706開發。對于入門級應用，則基于ADAU1450 SigmaDSP®。這些解決方案可以合成聲音并根據行駛速度調整頻率、音量和其他參數，而且可以將音頻發送到音頻功率放大器。根據具體立法的要求，警示音可以利用內燃機聲音或任何其他合成信號音來模擬。
基于Blackfin的解決方案
ADSP-BF706 Blackfin+® 處理器是包含音頻處理和CAN總線接口的單芯片解決方案。ADI開發了在ADSP-BF706上運行的CAN軟件協議棧，使得用戶能以極少的工作量構建汽車級演示（也可以使用(a Vector®CAN協議棧）。此外，ADI提供完整的硬件和軟件參考設計，以及用于實時參數調試的 SigmaStudio® 開發環境。
圖1顯示了ADSP-BF706內部的不同算法模塊。外部波形音頻文件(WAV)存儲特征發動機聲音或音頻信號音。從SPI接口最多可以同時訪問25個WAV文件。這些文件先在數字信號處理器(DSP)內部進行頻移和混頻，然后添加動態音量控制。
圖1.Blackfin+處理器內的算法模塊。
ADSP-BF706采用存儲器映射SPI接口，通過它可以更快速、更簡便地訪問外部存儲器，無需為此應用外配DDR存儲器。從SPI閃存最多可以同時訪問25個WAV文件。可訪問的WAV文件個數有助于創造更逼真的發動機聲音。
ADSP-BF706還能實現高達16倍的音調調整，這是美國NHTSA提出的一項建議，即隨著車速的增加而提高輸出聲音的頻率。根據CAN總線送來的車速數據，ADSP-BF706可以動態控制音量。
圖2顯示了系統詳細框圖。ADI Power LT8602四通道單芯片同步降壓型穩壓器從12 V汽車電池電源產生系統中所需的全部供電電壓。2 MHz開關頻率讓用戶可以避開關鍵的噪聲敏感頻段，例如AM頻段。LT8602的3 V至42 V輸入電壓范圍使該器件成為汽車應用的理想選擇，因為汽車應用必須承受冷啟動和啟停場景，最低輸入電壓低至3 V，負載突降瞬變超過40 V。
圖2.采用Blackfin+處理器的全功能板的詳細系統框圖。
圖3顯示了另一個系統框圖，其中配有連接器，減少了外設，一個通過汽車認證的連接器涵蓋所有相關信號。該方案允許設計更小尺寸的電路板。
由于ADSP-BF706同時充當了微控制器和音頻處理器，因此該系統解決方案可降低系統物料(BOM)成本。
圖3.采用Blackfin+處理器、器件有所減少的電路板的詳細系統框圖。
EVWSS軟件架構
EVWSS軟件架構基于ADSP-BF706硬件架構。處理器依賴硬件架構的原因在于存儲器映射SPI。利用存儲器映射SPI，CAN接口可以直接讀取閃存。此特性降低了EVWSS庫的復雜性，使得用于生成警示音的內存訪問效率更高。
軟件組件
EVWSS軟件架構由圖4所示的組件構成。SPORT回調特性映射到音頻數據采樣速率，并在SPORT收發器中斷服務例程(ISR)上下文中運行，讀取閃存文件（SPI存儲器映射），利用EVWSS庫執行音頻處理，并通過SPORT收發器接口送出處理過的音頻。EVWSS庫存有合成警示音的不同函數。EVWSS庫還接收來自CAN協議棧的車速輸入（或由UART接口進行調試）。TDA7803驅動器控制外部功率放大器來生成警示音。EVWSS應用程序框架配置系統外設、CAN協議棧和TDA7803驅動程序。
EVWSS庫函數
下面介紹EVWSS庫函數。
圖4.EVWSS軟件架構框圖。
音調控制
音調調整是指基于輸入的控制信號來調整音頻信號的頻譜。在EVWSS應用中，WAV文件的基本音調根據車速輸入而變化。
頻率調制和相位調制
發動機聲音取決于發動機沖程，包括進氣、壓縮、做功（膨脹）和排氣。這些沖程產生頻率調制信號音，而不是純信號音。改變采樣的音調調整參數以實現頻率調制。
此應用包括兩種調制（鋸齒形和三角形）。在鋸齒形調制中，頻率從最低斜坡上升到最高，然后跳回最低。在三角形調制中，頻率從最低斜坡上升到最高，然后斜坡下降到最低。
壓擺混音
對于混音，應相對于車速配置不同增益。
WAV文件播放
盡管所需的WAV文件保存在閃存中，但用戶可以播放或停止某些WAV文件，具體取決于動態條件。
基于SigmaDSP的解決方案
對于入門級應用，ADAU1450 SigmaDSP處理器可以替代ADSP-BF706處理器。為了進行評估，可以使用EVALADAU1452評估板。圖5顯示了SigmaDSP處理器內部的不同算法模塊。
圖5.SigmaDSP處理器內部的算法模塊。
ADAU1450使用SigmaStudio編程環境支持以下軟件要求：
● 多信號音生成
● 動態音量控制，最多64級s
● 混音
● 限幅器
● 音調調整，即隨著車速增加提高音調
● 同時播放SPI閃存中的最多5個WAV文件
ADI在SigmaStudio中提供了一個發動機聲音模擬器模塊，以簡化發動機聲音調整并減少所需的外部同步WAV文件數量。發動機聲音模擬器可以在內部產生多達32個諧波。這些諧波的階數和幅度可以通過圖形用戶界面(GUI)進行編程。
諧波發生器模塊作為ESS Toolbox的一部分可供使用。可以直接從 SigmaStudio下載頁面進行下載（版本4.4或更高版本）。請注意，SigmaStudio不支持CAN軟件協議棧，需要外部微處理器。
SigmaStudio
SigmaStudio是一種圖形開發環境，最初針對SigmaDSP系列處理器而設計。該軟件內置了專門為汽車應用開發的算法庫。GUI簡化了調整過程，并提供控制功能和濾波器系數，無需編寫代碼便可動態改變濾波器系數。SigmaStudio可以從ADI官網的 SigmaStudio頁面下載。
結論
ADI為入門級應用、以及支持車內車外發動機聲音的高級發動機聲音模擬系統提供全面解決方案。本文旨在幫助用戶簡化決策過程，并縮短產品上市時間。ADI提供完整的系統解決方案，包括用于快速開發原型和產品的必要軟件組件。
（來源：亞德諾半導體）
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