汽车加减速时模拟引擎发声的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种汽车加减速引擎模拟发声的方法及系统，该方法包括：根据车速信号计算出虚拟转速和加速度；将虚拟转速的信息与加速度的信息进行阶次声合成；将合成生成的声音信号经过解析后播放出随工况匹配的模拟引擎阶次声。本发明专利技术将车辆行驶的速度与速度随时间的变化率作为声音合成算法的重要参数，有效模拟在不同车速下引擎加减速与匀速时的声音效果，以提高车内声品质与驾驶乐趣。

【技术实现步骤摘要】
汽车加减速时模拟引擎发声的方法及系统
本专利技术涉及汽车引擎声的模拟，具体地指一种汽车加减速时模拟引擎发声的方法及系统，乘用车车内主动发声

技术介绍
随着汽车市场的发展，消费者对汽车的需求远远超出其交通属性的范围，希望能够得到更多的驾驶品质，例如一定速度限制下的高速快感以及加速时候的推背感，高速快感和推背感分别为视觉和触觉上的感受，而在汽车驾驶中，引擎的轰鸣声会带来强烈的刺激效果，更能体现出驾驶的乐趣，因此，如何在汽车高速行驶以及加速产生推背感的同时，产生与之对应的声音效果，从而提高驾驶的品质和乐趣。公布号为CN103895567A的中国专利公开了一种电动汽车的声音模拟发声方法及装置，该技术方案中设定了两类声音模式分别对应不同声音样本，根据个人喜好可以选择不同声音模式，由车辆输入信号有电机转速信号、车速信号及油门踏板开度信号进行检索匹配声音样本，再通过控制单元发出声音信号给车内功放及扬声器，驱动扬声器模拟发出声音。专利号为US8331580B2的美国专利公开了一种发动机转速计算装置和发动机声音产生装置，该专利的输入信号有发动机转速，车速及油门开度，先根据此三个输入信号先计算出模拟转速，然后将原始的油门开度与模拟转速作为声音发生模块的信号输入，根据查表法确认声音样本并播放，以上两个专利的不足在于输入信号多，标定工作量大；且油门踏板开度信号与加减速时乘车人员主观的推背感有延迟。公告号为CN202686120U的中国专利公开了一种电动汽车噪音模拟装置，该模拟装置利用加速度信号与速度信号作为输入给机舱内的声音发生装置来发出不同的声音，以起到提醒行人的目的。该专利的不足在于在机舱内模拟的声音是对车外人员进行警示和提醒，通常声音品质参数与车内乘员感受到的声音品质参数差异较大，且由于车身防火墙有一定的隔音性，导致车内感受的机舱内发出的模拟轰鸣声很小，无法提升车内声品质与驾驶乐趣。因此，当前在乘用车车内主动发声领域，现有技术采用的输入信号均为车速，发动机转速和油门开度，在不考虑档位的情况下，发动机转速与车速成比例，两者主要影响的是声音的幅值增益与频率成分两个方面，油门开度主要影响的是声音的幅值增益。当汽车以某平衡状态为起始点进行加速，其驱动力的大小与油门开度有正向关系，而由于初始平衡状态下阻力的状态不同，相同起始车速与相同油门开度下车辆加速度不同，此时模拟发声的幅值增益应该有差异。例如在理想的情况下在高阻力时加速，车辆还未明显加速，此时给人的声音反馈应该要小一些，否则会产生声音感觉先于且强于人对车辆驾驶状态的变化感知，从而影响人对声音的主观感受。车内主动发声领域，按照专利CN103895567A及US8331580B2中的输入信号，会造成上述不同阻力下的车辆发出一样的声音，因为输入信号是一样的。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种汽车加减速引擎模拟发声的方法及系统，本专利技术将车辆行驶的速度与速度随时间的变化率作为声音合成算法的重要参数，有效模拟在不同车速下引擎加减速与匀速时的声音效果，以提高车内声品质与驾驶乐趣。实现本专利技术目的采用的技术方案是：一种汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于，包括：S1、根据车速信号计算出虚拟转速和加速度；S2、将虚拟转速的信息与加速度的信息进行阶次声合成；S3、将合成生成的声音信号经过解析后播放出随工况匹配的模拟引擎阶次声。此外，本专利技术还提供一种汽车加减速时模拟引擎发声的系统，该系统包括模拟转速计算模块、车辆加速度计算模块、阶次声生成计算模块、声音驱动模块和播放装置，所述模拟转速计算模块和车辆加速度计算模块分别与CAN总线连接，用于通过CAN信息读取车辆的车速信号，分别根据所述车速信号计算出虚拟转速信息和加速度信息后传输至阶次声生成计算模块，阶次声生成计算模块合成阶次声后传输给声音驱动模块，声音驱动模块驱动播放装置发出随工况匹配的模拟引擎阶次声。由于推背感的评价指标主要由车辆加速度决定，视觉上的感受主要与车速有关，相比较于现有技术中模拟发声的输入信号并不能直接反应工况下人在驾驶时主观感受的缺陷，本专利技术方法根据车辆行驶速度信息计算得到的加速度信息作为输入信号进行声音合成，通过这两个输入信号发出对应的声音，能使驾驶员在行驶时达到视觉、触觉(推背感)与听感的统一关系，此外，本专利技术在此输入信号选择基础上提出了加速度与速度对于模拟声的频率成分与幅值增益的关系，旨在基于人的主观感受以尽可能少的输入信号能表征与实车工况匹配的模拟声音，减少实车标定工作。附图说明图1为本专利技术汽车加减速引擎模拟发声系统的结构框图。图2为本专利技术汽车加减速引擎模拟发声系统实现模拟发声的流程图。图3为阶次声计算方法示意图。图4为主阶次频率与虚拟转速的关系曲线示意图。图5为阶次幅值与虚拟转速的关系曲线示意图。图6为阶次幅值增益与加速度的关系曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术汽车加减速引擎模拟发声系统包括：模拟转速计算模块、车辆加速度计算模块、阶次声生成计算模块、声音驱动模块和播放装置，其中，模拟转速计算模块和车辆加速度计算模块分别与CAN总线连接，用于通过CAN信息读取车辆的车速信号，分别计算出虚拟转速信息和加速度信息后传输至阶次声生成计算模块，阶次声生成计算模块合成阶次声后传输给声音驱动模块，声音驱动模块驱动播放装置发出随工况匹配的模拟引擎阶次声。本专利技术汽车加减速引擎模拟发声系统是在乘用车车内主动发声领域，利用车速传感器获得车速信号，设定一定的速比与需要模拟的引擎声的缸数得到模拟转速，同时并对车速信号进行时间的一阶求导得到加速度信号。以此模拟转速与加速度信息输入给声音计算模块，得到合成阶次声，通过声音驱动模块播放出随工况变化的声音反馈。合成阶次声是指通过一系列理想正弦波声音进行线性叠加而成。合成声的声音要素有主阶次及倍频阶次的选择，各阶次的频率与幅值。如需模拟4缸机声音，主阶次为转速的2阶，同时选择倍频阶次4/6/8/10阶来丰富阶次成分。其中主阶次2阶的频率与幅值为主要设计要素，因为它是主要声音能量来源，其频率与基础幅值由模拟转速决定，而根据不同的加速度值对声音幅值进行不同程度的增益。其他阶次的频率特征根据与主阶次的倍数关系可以确定，对应的阶次幅值信息根据主阶次能量进行比例衰减。如图2所示，通过上述汽车加减速引擎模拟发声系统实现模拟发声的方法包括以下步骤：S1：通过CAN信息读取车辆的车速信号，然后将车速信号分别发送给模拟转速计算模块与车辆加速度计算模块，具体的计算过程如下：虚拟转速的计算：设定一定的速比ix，轮胎滚动半径为r，根据以下公式得出用去阶次声输入的虚拟动力总成转速信息：加速度计算：速度随时间的一阶导数即是加速度：S2：将虚拟转速信息与加速度信息输入给阶次声生成计算模块，按照以下公式进行声音合成：...

【技术保护点】
1.一种汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于，包括：/nS1、根据车速信号计算出虚拟转速和加速度；/nS2、将虚拟转速的信息与加速度的信息进行阶次声合成；/nS3、将合成生成的声音信号经过解析后播放出随工况匹配的模拟引擎阶次声。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于，包括：
S1、根据车速信号计算出虚拟转速和加速度；
S2、将虚拟转速的信息与加速度的信息进行阶次声合成；
S3、将合成生成的声音信号经过解析后播放出随工况匹配的模拟引擎阶次声。


2.根据权利要求1所述汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于：
所述虚拟转速根据以下公式计算得出用去阶次声输入的虚拟动力总成转速信息：



式中，ix为速比，r为轮胎滚动半径；
所述加速度根据下式计算得出：



式中，V为车速。


3.根据权利要求2所述汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于，按照以下公式进行阶次声合成：



式中，
m为特定值，指进行叠加的阶次数目；
fi为第i个阶次的频率；
Ai(rpm)指随转速变化的第i阶次的声音幅值函数；
αi指随转速变化的第i个阶次的声音幅值修正函数；
t指时间；


4.根据权利要求3所述汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于，所述fi通过下式计算：
fi＝i*f1
式中，i的取值区间为[1,m]；f1为主阶次频率，通过下式计算得出：



式中，n为期望模拟的引擎声缸数。


5.根据权利要求3所述汽车加减速时模拟引擎发声的方法，其特征在于，所述第i阶次的声音幅值函数Ai通过下式计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙唯，张光，刘浩，罗挺，邵炯炀，刘志恩，刘恺，
申请(专利权)人：东风汽车集团有限公司，武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42