一种用于车辆的声音产生装置及声音产生方法与流程

本发明属于声控领域，具体涉及一种用于车辆的声音产生装置及声音产生方法。。

背景技术：

部分车辆在正常骑行过程中比较安静，并不会发出能令周围人员察觉的声音。当周围人员未能察觉车辆的状态，可能存在交通安全方面的隐患。因此，需要一种搭载于车辆上的声音产生装置,来警示车辆的行驶状态。

现有技术常利用车轮的转动，通过机械装置产生声音。机械方法能够产生的声音类型有限，无法调节声音属性，产生的声音单调乏味。

为了有效地向车辆周围人员传递关于车辆行驶的信息，该声音应具有丰富变化，能够忠实体现车辆当前的速度与行驶状态，如加速、减速等。因此，需要一种用于车辆的声音产生装置及声音产生方法，使其能够根据行驶状态产生丰富、悦耳、并能根据不同使用人的喜好进行预设的声音。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是，车辆在正常骑行过程中比较安静，不易被周围人员察觉，可能存在交通安全方面的隐患的问题。因此，提供一种用于车辆的声音产生装置，该装置搭载于车辆上，向车辆周围发出声音，包括:

传感器单元，用于获取能够计算车辆行驶状态的信号；

控制单元，用于接收传感器单元发出的信号，判断车辆行驶状态；

声音产生单元，根据控制单元给出的车辆行驶状态产生与车辆行驶状态相匹配的声音。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：能够计算车辆行驶状态的信号包括：主动轴转速信号、从动轴转速信号。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：传感器单元为主动轴转速传感器和从动轴转速传感器。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：传感器单元为惯性导航传感器和踏板压力传感器；惯性导航传感器用于获取车速、加速度信号，踏板压力传感器用于获取踏板的压力信号。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：通过分析踏板的压力信号变化周期，计算出主动轴转速；控制单元根据车辆的速度，以及预先配置并存储的车轮直径，计算出从动轴转速。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：控制单元根据主动轴转速及从动轴转速判断车辆行驶状态，判断方法为：

行驶状态分为驱动状态、加速状态、运动状态以及启动状态，其中

驱动状态包括正驱动、非驱动两种状态，

正驱动状态指主动轴转速与从动轴转速的相关系数大于指定阈值，

非驱动状态指主动轴和从动轴转速的相关系数小于等于指定阈值；

加速状态包括正加速、非加速两种状态，

正加速状态指从动轴转速的加速度大于0，

非加速状态指从动轴转速的加速度小于等于0；

运动状态包括前进、静止、后退三种状态，

前进状态指从动轴转速大于0，

静止状态指从动轴转速等于0，

后退状态指从动轴转速小于0；

启动状态是指车辆从静止状态变为前进状态的瞬时状态。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：声音产生单元根据车辆的速度、传动比以及行驶状态中的一种或多种产生相匹配的声音。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：在所述控制单元中存储车轮直径，结合从动轴转速和车轮直径计算车辆的真实车速；若无车轮直径信息，将从动轴转速作为虚拟车速。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：在所述控制单元中根据主动轴转速及从动轴转速来计算当前的车辆传动比；控制单元根据车辆的速度、传动比以及行驶状态来计算声学参数。

如上所述一种用于车辆的声音产生装置，其中：计算声学参数时，将车速、传动比、行驶状态中的一种或多种与声音的声学参数之间的关系通过模型进行描述；模型采用参数映射表，或通过函数描述的映射，或通过机器学习方法从数据中估计。

本发明还包括一种用于车辆的声音产生方法，包括如下步骤：

获取能够计算车辆行驶状态的信号；

根据获得的信号计算车辆行驶状态；

根据车辆行驶状态产生相匹配的声音。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：用于计算车辆行驶状态的信号包括主动轴转速和从动轴转速。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：用于计算车辆行驶状态的信号包括车速、加速度和踏板压力。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：根据踏板压力的变化周期，计算主动轴转速；根据车辆的速度和已知的车轮直径，计算从动轴转速。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：根据主动轴转速及从动轴转速判断车辆行驶状态，判断方法为：

行驶状态分为驱动状态、加速状态、运动状态以及启动状态，

驱动状态包括正驱动、非驱动两种状态，

正驱动状态指主动轴转速与从动轴转速的相关系数大于指定阈值，

非驱动状态指主动轴和从动轴转速的相关系数小于等于指定阈值；

加速状态包括正加速、非加速两种状态，

正加速状态指从动轴转速的加速度大于0，

非加速状态指从动轴转速的加速度小于等于0；

运动状态包括前进、静止、后退三种状态，

前进状态指从动轴转速大于0，

静止状态指从动轴转速等于0，

后退状态指从动轴转速小于0；

启动状态是指车辆从静止状态变为前进状态的瞬时状态。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：根据车辆的速度、传动比以及行驶状态中的一种或多种产生相匹配的声音。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：根据主动轴转速及从动轴转速计算当前的车辆传动比；根据已知车轮直径和从动轴转速计算车辆的真实车速，或将从动轴转速作为虚拟车速。

如上所述一种用于车辆的声音产生方法，其中：根据车速、传动比和车辆行驶状态计算声学参数时，将车速、传动比、行驶状态与声音的声学参数之间的关系通过模型进行描述，模型采用参数映射表，或函数描述的映射，或利用机器学习方法从数据中估计。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

本发明提出的一种用于车辆的声音产生装置及方法，可以忠实体现车辆的速度与行驶状态，可以使车辆能够根据行驶状态产生丰富、悦耳、并能根据不同使用人的喜好进行预设的声音，使行驶更安全。

本发明通过向车辆周围输出能够准确反映车辆行驶状态变化的声音，使车辆周围的人员感知到车辆的存在以及车辆的行驶状态，从而降低发生交通事故的可能性。

本发明通过采用主动轴、从动轴转速传感器，可以准确而直接地获得所需要的车辆信息，模块数量少，实现简单。

本发明通过采用惯性导航传感器和踏板压力传感器，无需将传感器安装在主动轴、从动轴上，可以通过简单的加装外部传感器的方式来实现信号采集。

本发明产生的声音的音高、音色、音强可以随车辆的速度、传动比与行驶状态的变化而变化，使周围行人能够区别出多种交通情况。

本发明通过将行驶状态分为驱动状态、加速状态、运动状态以及启动状态，使行驶状态细化，并针对不同的状态设置不同的声音，可以使周围车辆更易察觉其行驶情况。

本发明在无法获得车轮尺寸时，可以将从动轴转速作为虚拟车速，能够获得同样丰富的声音。

本发明尤其适用于由人力驱动的车辆，例如自行车、三轮车等没有发动机的车辆。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种用于车辆的声音产生装置的结构图，

图2是本发明第二实施例提供的一种用于车辆的声音产生装置的结构图，

图3是本发明第三实施例提供的一种用于车辆的声音产生装置的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行具体说明。

图1为本发明提供一种用于车辆的声音产生装置的第一实施例，该装置搭载于车辆上，向车辆周围输出声音，包括:

传感器单元，用于获取能够计算车辆行驶状态的信号；

控制单元，用于接收传感器单元发出的信号，判断车辆行驶状态；

声音产生单元，产生与车辆行驶状态相匹配的声音；声音的音高、音色、音强可以随车辆行驶状态的变化而变化。

传感器单元与控制单元之间，控制单元与声音产生单元之间可通过电路、有线或无线网络等多种方式连接。

图2为本发明提供一种用于车辆的声音产生装置的第二实施例，该装置搭载于车辆上，向车辆周围输出声音，具有:

传感器单元，用于获取能够计算车辆行驶状态的信号；能够计算车辆行驶状态的信号可以包括：主动轴转速信号、从动轴转速信号等。例如，可以使用主动轴转速传感器来获取主动轴转速，使用从动轴转速传感器来获取从动轴转速。

上述转速传感器可以采用但不限于采用基于霍尔元件、光电元件或超声元件的传感器。

控制单元，用于接收传感器单元发出的信号，可计算车速、传动比，并判断车辆行驶状态；再根据车速、传动比和车辆行驶状态中的一种或几种计算声学参数。

为计算车速，可以在控制单元中存储和配置车辆参数，如车轮的直径，结合从动轴转速和车轮直径可以计算车辆的真实车速；在无法获得车轮直径的情况下，也可以将从动轴转速作为虚拟车速。

声音产生单元，根据控制单元产生的声学参数产生声音；声音的音高、音色、音强可以随车辆的速度、传动比以及行驶状态中的一种或几种的变化而变化。

传感器单元与控制单元之间，控制单元与声音产生单元之间可通过电路、有线或无线网络连接。

图3为本发明提供一种用于车辆的声音产生装置的第三实施例，该装置搭载于车辆上，向车辆周围输出声音，具有:

传感器单元，用于获取能够计算车辆行驶状态的信号；能够计算车辆行驶状态的信号可以包括：车速信号、加速度信号、踏板压力信号等。例如，使用惯性导航传感器、踏板压力传感器等，可以使用惯性导航传感器来获取车速、加速度信号，使用踏板压力传感器来获取踏板压力信号。

控制单元，用于接收传感器单元发出的信号，计算传动比并判断车辆行驶状态；再根据车速、传动比和车辆行驶状态中的一种或几种计算声学参数。

控制单元通过分析双侧踏板的压力信号变化周期，可以计算出主动轴的转速。控制单元根据车辆的速度，以及预先配置并存储的车轮直径，可以计算出从动轴的转速。

控制单元可以根据主动轴、从动轴转速判断车辆的行驶状态、传动比。

声音产生单元，根据控制单元产生的声学参数产生声音；声音的音高、音色、音强可以随车辆的速度、传动比以及行驶状态的变化而变化。

传感器单元与控制单元之间，控制单元与声音产生单元之间可通过电路、有线或无线网络连接。

本实施例不必将传感器安装在主动轴、从动轴上，而是可以通过简单的加装外部传感器的方式来实现。

根据主动轴转速及从动轴转速，计算当前的车辆传动比。传动比可以根据变速器的档位分为若干离散等级，在无级变速的情况下可采用连续参数的形式。

控制单元根据主动轴转速及从动轴转速判断车辆行驶状态的方法为：

行驶状态可以分为驱动状态、加速状态、运动状态以及启动状态，其中

驱动状态包括正驱动、非驱动两种状态，其判断方法为：

正驱动状态指做功使车辆前进的状态，主动轴转速与从动轴转速的相关系数大于指定阈值；

非驱动状态指主动轴和从动轴转速的相关系数小于等于指定阈值。

加速状态包括正加速、非加速两种状态，其判断方法为：

正加速状态指从动轴转速的加速度大于0；

非加速状态指从动轴转速的加速度小于等于0。

运动状态包括前进、静止、后退三种状态，其判断方法为：

前进状态指从动轴转速大于0；

静止状态指从动轴转速等于0；

后退状态指从动轴转速小于0。

启动状态是指车辆从静止状态变为前进状态的瞬时状态。

在计算声学参数时，将车速、传动比、行驶状态中的一种或几种与声音的声学参数之间的关系通过模型进行描述；模型可以采用参数映射表，也可以采用通过函数描述的映射，如线性或非线性模型；模型参数可以通过人工指定，也可以通过机器学习方法从数据中估计。

声学参数可以采用多维度的离散描述，也可以采用多维度的连续参数描述；离散描述可以包括但不限于音高的高低、音强的强弱，以及音色的明暗；连续描述可以包括但不限于以赫兹为单位基频、以声压级为单位的音强、以如滤波器组能量、倒谱系数、线性预测系数或分布式表征等等参数描述的音色。

该装置产生的声音的音高反映其周期性，音色反映其频谱包络和相位特性，音强反映其能量。声音产生装置根据声学参数，利用声音产生算法产生出对应的音频信号。音频信号通过数模转换、功率放大和扬声器转换为可闻声。声音产生算法可以采用但不限于正弦加噪音模型、源-滤波器模型、调幅合成、调频合成、调相合成、波表合成、基于物理建模的合成、基于统计模型的合成以及统计模型指导下的波形挑选混合式合成。

本发明也可以是一种用于车辆的声音产生方法，该方法包括如下步骤：

获取能够计算车辆行驶状态的信号；

根据获得的信号计算车辆行驶状态；

根据车辆行驶状态，产生相匹配的声音。

其中，用于计算车辆行驶状态的信号可以包括主动轴转速和从动轴转速；

用于计算车辆行驶状态的信号可以包括主动轴转速和从动轴转速，也可以包括车速、加速度和踏板压力。

可根据踏板压力的变化周期，计算主动轴转速；根据车辆的速度和已知的车轮直径，计算从动轴转速。

根据主动轴转速及从动轴转速判断车辆行驶状态，判断方法为：

行驶状态分为驱动状态、加速状态、运动状态以及启动状态，

驱动状态包括正驱动、非驱动两种状态：

正驱动状态指主动轴转速与从动轴转速的相关系数大于指定阈值的状态，

非驱动状态指主动轴和从动轴转速的相关系数小于等于指定阈值的状态；

加速状态包括正加速、非加速两种状态：

正加速状态指从动轴转速的加速度大于0的状态，

非加速状态指从动轴转速的加速度小于等于0的状态；

运动状态包括前进、静止、后退三种状态，

前进状态指从动轴转速大于0，

静止状态指从动轴转速等于0，

后退状态指从动轴转速小于0；

启动状态是指车辆从静止状态变为前进状态的瞬时状态。

还可以根据车辆的速度、传动比以及行驶状态中的一种或几种产生相匹配的声音。

根据主动轴转速及从动轴转速计算当前的车辆传动比；根据已知车轮直径和从动轴转速计算车辆的真实车速，或将从动轴转速作为虚拟车速。

计算声学参数时，将车速、传动比、行驶状态中的一种或几种与声音的声学参数之间的关系通过模型进行描述，模型采用参数映射表，或函数描述的映射，或进行人工指定，或利用机器学习方法从数据中估计。

声学参数可以采用多维度的离散描述，也可以采用多维度的连续参数描述；离散描述可以包括但不限于音高的高低、音强的强弱，以及音色的明暗；连续描述可以包括但不限于以赫兹为单位基频、以声压级为单位的音强、以如滤波器组能量、倒谱系数、线性预测系数或分布式表征等等参数描述的音色。

该方法产生的声音的音高反映其周期性，音色反映其频谱包络和相位特性，音强反映其能量。声音产生装置根据声学参数，利用声音产生算法产生出对应的音频信号。音频信号通过数模转换、功率放大和扬声器转换为可闻声。声音产生算法可以采用但不限于正弦加噪音模型、源-滤波器模型、调幅合成、调频合成、调相合成、波表合成、基于物理建模的合成、基于统计模型的合成以及统计模型指导下的波形挑选混合式合成。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。