电动汽车低速提示音发展研究及试验实施

苏星溢，陈 雄，廖亚兵

（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122）

前言

电动化是汽车发展的必然趋势，但在低速纯电动工作模式下，由于驱动电机噪声小，无法对周围行人进行有效的警示。美国国家公路交通安全管理局在2009年进行调查发现，车辆低速行驶时与行人发生交通事故[1]，新能源车的概率是传统燃油车的2倍，该调查部分结果如表1所示。

表1 低速碰撞事故调查

全球汽车行业为解决电动车在低速行驶中的安全隐患[2-4]，做了大量的调查和研究，一致认为有必要配备一种警示音系统，因此AVAS（Acoustic Vehicle Alerting System）被顺势推出。

1 国内外技术研究

2011年Heather konet对电动车以及传统燃油车在不同速度下噪声数据进行采集和分析[5-6]，发现车速在25 km/h以上时，由于路噪增大两者的噪声大小无差别，这对AVAS工作的速度区间确定提供试验依据。2013年Etienne Parizet提出AVAS警示音的音色需要设计[7]，通过大量主观评价发现，不同音色参数会影响辨识度、声源速度、方向、距离的判断。

国内从2013年开始对AVAS标准进行探讨[8]，高校也针对AVAS系统设计进行深入研究[9]，2018年吉林大学葛林鹤在20～25 km/h设置过渡区间，如图1所示。

图1 AVAS系统工作区间

2 国内标准要求

2019年中国发布AVAS标准[10]，标准中规定工作车速范围0～20 km/h，车辆静止且处于可行驶模式状态下，可以设置AVAS是否发声。美国、欧盟则有所不同，美国标准定义车速范围为0～30 km/h，倒车和怠速状态均应发声；欧盟定义车速范围0～20 km/h，倒车和怠速状态均应发声。

中国标准在声级限值要求上，电动汽车车外噪声在所包含的1/3倍频程上，至少有两个1/3倍频程大于表2中规定的数值，同时大于总声级的要求，最大噪声值不应超过75 dB。

在频率要求上，至少有两个1/3倍频程是包含在表2中，且至少有一个是在1 600 Hz以下。车辆从5～20 km/h速度增加过程中，至少有一个1/3倍频程的频率随之增加，频率最小频移速度大于或等于0.8%/（km/h），行人能通过听觉感知到车辆速度的提升。实际测试操作中，选取5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h 4种工况进行测试。

表2 最低声级限值

声级试验前采集10 s背景噪声的波峰波谷差值应不大于2 dB，或者背景噪声声级低于车外噪声（含AVAS提示音）的数值至少10 dB，声级试验才能开始。而在分析1/3倍频程时，要求记录10 s背景噪声的每个重点1/3倍频程的背景噪声声级，至少低于车外噪声（含AVAS提示音）的重点1/3倍频程6 dB，同时A计权的背景噪声声级低于车外噪声（含AVAS提示音）的数值至少10 dB（A），试验结果方可符合要求。

3 试验过程及结果分析

3.1 试验条件要求

AVAS试验包含声级试验和频移试验，此次试验实施采用了室外场地整车运行试验。试验车辆为某国产品牌纯电动公交车，试验质量为整备质量+75 kg。试验场地周围50 m内无遮挡物、无吸声材料。试验位置示意图如图2所示。

图2 试验位置示意图

3.2 试验过程

试验设备包括传声器、处理器主机、车载GPS模块、车载车速显示器、车速信号无线传输设备、进出线触发器、测试软件组成，如图3所示。通过背景噪声测试后，声级试验按照前进10 km/h、20 km/h，倒车6 km/h的三种工况，分别完成4次合格的测试。频移试验按照前进5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h的4种工况，分别完成4次合格的测试。软件操作界面如图4所示。

图3 试验硬件设备

图4 软件操作界面

3.3 试验结果分析

声级限值试验结果如表3～表7所示（显示符合要求的1/3倍频程）。

表3 前进10 km/h工况下左侧提示音声级表

表4 前进10 km/h工况下右侧提示音声级

表5 前进20 km/h工况下左侧提示音声级

表6 前进20 km/h工况下右侧提示音声级

表7 倒车6 km/h工况下提示音声级

从表3~表7的数据可以得出，在总声级满足标准要求的同时，前进工况在250 Hz、315 Hz的1/3倍频程上均满足表2所规定的声级，250 Hz、315 Hz的1/3倍频程的背景噪声声级低于相对应测量声级6 dB以上。同时车辆在行驶时发出的噪声峰值未超过75 dB（A），因此声级限值试验满足标准要求。

频移试验所测得的频谱曲线如图5所示（以左侧测试点数据为例）。

图5 频谱曲线

从图5看出，车速在5～20 km/h区间增加时，频谱曲线在300 Hz附近出现横移，同时通过公式（1）计算图5信号的数据，计算结果如表8所示。

式中：

fi，车速——给定车速值处的频率；

fi，参考——5km/h或记录的最低车速处的频率；

v试验——实际车速或模拟车速，对应于频率fi，车速；

v参考——实际车速或模拟车速，对应于频率fi，参考。

从表8中得出左、右侧频移值满足不小于0.8%/（km/h）的要求，频移结果满足标准要求。

表8 频移计算结果

4 结束语

本文研究了AVAS系统推出背景、技术特点，依据标准实施试验，验证试验方法可操作性，对后续试验优化提供指导作用。

在电动化、智能化的趋势下，汽车电子电器、软件系统都由一个域控制器来控制成为未来的发展方向，而目前市场上的AVAS系统是相对独立的，无法与智能驾驶、智能座舱系统进行数据交互，在无行人、无自行车区域依旧工作，增加对环境噪声的污染。基于车对行人、自行车识别功能的基础上，发展到定向警示是下一代AVAS的方向。目前AVAS警示音是模拟发动机噪声，较为枯燥单调，在警示音音色、声级、频率满足国家标准的基础上，开发具有个性化的警示音是仍需探索的领域。