让电动车摆脱低速安全问题的AVAS

在汽车电动化带来的绿色出行潮流下，不少安全问题也引起了人们的关注，这里说的不仅仅是自动驾驶，还有声音上的安全问题。市面上大部分电动车、混动汽车和插电式混动汽车几乎是无声的，只有当其速度达到20km/h左右，产生的风噪和道路噪声才能被人耳所听到，如果在低速行驶下没有车辆声音报警系统的话，行人很难发现从身边驶过的电动车。因此，低速行驶提示音系统（AVAS）成了不少汽车厂商和政策制定者考虑的问题。
 
主动声音设计的重要性
 
对于汽车厂商来说，汽车低速警示音这类系统也可以作为品牌形象的一个表达，就像各个车厂的喇叭、声浪或是手机厂商的铃声一样。但作为一项安全性的声学设计，需要考虑的方面还有很多，无论是分贝、频率等等，如何做到行人警示程度最高才是AVAS系统的最优先需求。厂商根据当地政策要求创建好AVAS声音的模型后，需要对其做各种测试和优化，完成认证后再进行部署。
 
与此同时，低速并不是这类系统需要考虑的唯一场景，同样关键的还有静止状态和倒挡。大家都知道电动车起步加速快，所以即便是静止状态下，电动汽车处于可行驶模式，一瞬间的启动也很有可能对车身旁边的人造成伤害，所以相关场景下也需要提供一定的警示音。
 
如何打造一个AVAS系统？

APM32F103RCT7 AVAS方案 / 极海半导体

 
其实打造一个AVAS系统并不难，只需要通过CAN总线获取车速等信息，将其发送给主MCU，MCU发送GPIO控制信号给音频功放，从而实现发出警示音。目前不少汽车通用MCU都有提供这类解决方案，比如意法半导体的SPC582B60E1以及极海半导体的APM32F103RCT7等。不过有汽车车身上不止一个警示音扬声器，设计者在开发该系统时也必须得保证声音能够覆盖整个车身外部。
 
虽然播放警报声对于车载MCU来说并不是什么复杂的工作，但依然为其带来了一定负载。如果MCU负载较高的话，设计者也可以选用单独的音频合成IC来完成，比如罗姆集团旗下蓝碧石半导体推出的ML2253x系列。与传统的MCU和放大器组合的方式不同，ML2253x已经集成了放大器，部分也已集成了闪存，所以几乎不需要其它外部元件就能实现AVAS所需的功能。

 
语音合成IC的AVAS方案 / 罗姆

 
在编程声音数据上，除了支持标准的板载ROM重写功能外，也可以选择用主MCU通过SPI/IF来完成数据重写，这样出货后也能实时改写音频数据，可通过一系列固件更新对汽车的AVAS提示音进行优化。
 
已经逐步落地的标准和法规
 
最后我们来聊一聊AVAS规范化的问题，过去几年中，其实已经出台了不少AVAS有关的标准，比如ISO 16254等等，而且各国各地区的法规也开始往强制AVAS上发展。比如在欧洲实施的UN/ECE R138，就规定2019年7月之后推出的电动和混动车，都必须配备AVAS系统，日本也同样采用了这一规范。
 
美国则也推出了相关法规FMVSS141，但两者在一些测试条件上存在差异，比如FMVSS141并没有对轮胎做出特殊要求，而轮胎本身也会造成测试结果的差异，尤其是在低速行驶的情况下。此外，UN/ECE R138对提示音的测试是允许在车内进行的，FMVSS141则必须在车外测试，而且必须采用实车测试，不接受仿真结果。
 
我国其实也制定了电动汽车低速提示音的相关标准，比如国家标准GB 7258-2017《机动车运行安全技术条件》中就提到：纯电动汽车、插电式混动汽车在车辆起步且车速低于20km/h时，应能给车外人员发出适当的提示性声响。虽然这是一个强制标准，但它只覆盖了起步场景，而且这个提示性声响明显在标准中是作为可选项的。

 
现有的AVAS法规分布 / 西门子

 
除此之外GB/T 37153-2018《电动汽车低速提示音》标准中提出，提示音系统的工作测速范围至少在包含0~20km/h这个范围，至于车辆完全静止但处于可行驶状态是否发声由厂商自己来决定。虽然这一标准完善了在电动汽车在低速行驶下的声音提示规定，但这一标准目前仍只是推荐性标准，是否强制启用还是看厂商自己的选择。
 
依笔者的看法，目前不少汽车的ADAS系统已经集成了行人避障系统，比如依赖短距的毫米波雷达和激光雷达等，但这样的安全策略与AVAS在实现方式上是不一样的。AVAS作为一项“被动”安全特性，如果不对其采取强制性规定，而是给到用户一个可开关的选项，甚至是默认关闭的状态，那么这对AVAS的普及并不能起到显著的作用，也没法真正让电动汽车摆脱低速行驶下的安全隐患。