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Es stehen verschiedene Schaltungslösungen zur Auswahl: Ausgabe 18/2018, 08.11.2018

Audiowarnsystem für lautlose Elektrofahrzeuge

Den meisten von uns ist im Strassenverkehr schon mal aufgefallen, wie leise sich Elektro- und Hybridfahrzeuge fortbewegen. So mancher wird sich dabei gedacht haben, dass diese Lautlosigkeit auch gefährlich sein kann. Ideen zur Abhilfe bietet ein sehr interessanter Applikationsbericht.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Bilder: Analog Devices

Herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor produzieren auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten Motorgeräusche. Typischerweise erkennen Fussgänger und andere Verkehrsteilnehmer ein ankommendes oder abfahrendes Fahrzeug durch Sicht- und Hörerkennung von Reifengeräuschen und anderen emittierten Geräuschen, auch wenn das Fahrzeug ausser Sichtweite ist.
Alle Elektrofahrzeuge (EV) geben aber keine Motorgeräusche ab. Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) oder Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) bewegen sich bei niedrigen Geschwindigkeiten nahezu geräuschlos – bevor der konventionelle Verbrennungsmotor (ICE) anspringt. Diese Fahrzeuge sind bei Geschwindigkeiten unter 30 km/h schwer zu hören. Bei höheren Geschwindigkeiten wird das Reifengeräusch dominant.

Mindestmass an Lärm muss sein
Globale Dachverbände arbeiten deshalb an Gesetzen, die darauf abzielen, ein Mindestmass an Lärm für PEVs und HEVs im Elektrobetrieb festzulegen, damit sehbehinderte Menschen, Fussgänger und Radfahrer diese Fahrzeuge hören und bestimmen können, aus welcher Richtung sie sich nähern. Ein Elektrofahrzeug-Warnsystem (EVWSS) erzeugt eine Reihe von Geräuschen, die Fussgänger auf die Gegenwart von EV-, HEV- und PHEV-Fahrzeugen aufmerksam machen. Der Fahrer kann zum Beispiel Warntöne auslösen – ähnlich wie bei einer Autohupe, aber weniger aufdringlich. Die Töne müssen jedoch bei niedrigen Geschwindigkeiten automatisch aktiviert werden. Diese Geräusche variieren von künstlichen Tönen bis hin zu realistischen Geräuschen, die zum Beispiel Motoren- oder Reifengeräusche, die über Kies rollen, nachahmen.

Zwei Schaltungslösungen stehen zur Auswahl
Analog Devices (ADI) bietet zwei verschiedene Schaltungslösungen für anspruchsvolle Anwendungen mit einem Motorsound im Fahrzeugraum sowie für ein EV einen externen Motorsound. Man entwickelte eine Lösung mit dem ADSP-BF706. Für Einstiegssysteme ist es eine Lösung auf der Basis des SigmaDSP ADAU1450 (Bild 1).
Diese Lösungen können Töne synthetisieren und Frequenz, Lautstärke und andere Parameter abhängig von der Fahrgeschwindigkeit einstellen. Das entsprechende Audiosignal wird dann an einen Audioendverstärker übertragen. Abhängig von den Anforderungen bestimmter Gesetze lassen sich die Warntöne mit Verbrennungsmotorgeräuschen oder anderen synthetischen Tönen simulieren.

Lösung mit dem ADSP-BF706
Der ADSP-BF706-Blackfin+-Prozessor bietet eine Einchip-Lösung für die Audioverarbeitung und die Anbindung an den Control Area Network (CAN)-Bus. ADI hat hier einen CAN-Softwarestack entwickelt, der auf dem ADSP-BF706 läuft und es dem Schaltungsdesigner ermöglicht, mit minimalem Aufwand automobile Demonstrationen zu erstellen (es kann auch ein Vektor-CAN-Stack verwendet werden). Zusätzlich bietet man ein komplettes Hard- und Software-Referenzdesign und SigmaStudio- Kompatibilität für ein Live-Tuning der Parameter.
Externe Wellenform-Audiodateien (WAVs) speichern Signatur-Motorgeräusche oder Audiotöne. Bis zu 25 WAV-Dateien können gleichzeitig über die externe serielle Peripherieschnittstelle (SPI) angesprochen werden. Diese Dateien werden intern im digitalen Signalprozessor (DSP) frequenzversetzt und gemischt, bevor die dynamische Lautstärkeregelung hinzugefügt wird.

SPI-Schnittstelle erlaubt vereinfachten Zugriff auf externen Speicher
Der ADSP-BF706 verwendet eine speicherabgebildete SPI-Schnittstelle, die einen schnelleren, vereinfachten Zugriff auf den externen Speicher bietet, wodurch ein externer DDRSpeicher für diese Anwendung nicht mehr notwendig ist. Bis zu 25 WAV-Dateien können gleichzeitig aus dem SPI-Flashspeicher abgerufen werden. Die grosse Anzahl an verfügbaren WAV-Dateien hilft, realistischere Motorsounds zu erzeugen.
Der ADSP-BF706 kann auch eine bis zu 16-fache Tonhöhenverschiebung bewerkstelligen, eine Empfehlung der US-amerikanischen NHTSA, die die Ausgangsgeräuschfrequenz mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht. Der ADSP-BF706 steuert die Lautstärke dynamisch, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit über den CAN-Bus ansteigt. Bild 2 zeigt ein detailliertes Systemblock-Schaltbild. Ein «Power By Linear» LT8602 vierfacher, monolithisch synchroner Abwärtsregler liefert alle im System benötigten Versorgungsspannungen, abgeleitet von der 12-V-Autobatterieversorgung. Die 2-MHz-Schaltfrequenz ermöglicht es Anwendern, kritische und störempfindliche Frequenzbänder, wie zum Beispiel das AM-Band, zu vermeiden. Für Einstiegssysteme empfiehlt ADI den Prozessor SigmaDSP ADAU1450, der als Alternative zum ADSP-BF706 betrachtet werden kann. Die Alternativlösung mit diesem Prozessor wird ebenfalls im Applikationsbericht detailliert abgehandelt.

Infoservice
Analog Devices GmbH
Otl-Aicher-Strasse 60 – 64, DE-80807 München
Tel. 0049 89 769 03 500, Fax 0049 89 769 03 157
adi-germany@analog.com, www.analog.com



Bild 1: Der ADSP-BF706 steuert die Lautstärke dynamisch, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit über den CAN-Bus ansteigt


Bild 2: Detailliertes Systemblockdiagramm des
ADSP-BF706