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一种评估电动汽车外部声音的方法
摘要 - 法律要求电动车发出声音，通过警告行人的车辆进近来确保行人的安全。此外，制造商希望这些声音能够促进汽车品牌的积极印象。需要一种可靠有效的方法来评估电动汽车的外部声音。为了帮助开发这种方法，本文研究了实验设计和认知心理学背景下的汽车外部声音评估方法。目前，此类评估通常在道路上或实验室内进行;但是，虚拟环境提供了这两种方法的优点，但没有一个限制。选择用于评估的刺激必须符合立法指南。用于呈现和测量刺激的方法可以影响研究结果。提出了一种方法，用于对电动车辆的外部声音进行评估，测试其可检测性和情绪评估。实验测试了该方法。三十一名参与者评估了一个城镇T型交界处的虚拟环境中的电动汽车，其中15个外部声音作为刺激。汽车的到达时间，进近方向以及与行人的距离因条件而异。记录了汽车的声音和愉悦度以及强度评估的检测时间。车辆的到达时间和接近方向影响其可检测性和情绪评估;因此，这些是研究中改变和控制的重要因素。总体而言，与现有的听力评估相比，所提出的方法增加了现实背景和实验控制。它结合了评估电动汽车外部声音所必需的两个竞争元素，即行人的安全性和汽车品牌的印象。
关键词- 电动车声音，情绪评估，车辆检测，虚拟环境。
- 介绍
与内燃机车辆相比，电动车辆在低速时更安静。研究表明，当工作电压低于6 ms-1时，电动汽车的声压级可能比类似品牌和重量的内燃机汽车低3-20 dB（A）[1]。有人担心这可能对行人和骑车人的安全旅行构成威胁[1] - [3]。为了解决这个问题，研究人员提出了环境法规，例如降低背景声音和车辆的最大噪音水平限制，基于基础设施的解决方案，如听觉行人信号和行人检测系统，盲人行人的定向和行动训练，行人设备在车辆接近时产生音频/触觉信号，以及在车辆操作期间产生附加声音的基于车辆的装置[2]，[4]。由于实施时间长，成本高，盲目社区反对，以前的措施目前不可行[2]。因此，从电动车辆发出附加声音被认为是最可行的选择。
世界范围内已经制定了针对此类电动车辆声音的法律。日本国土交通省已要求电动和混合动力汽车配备发声装置。该装置被称为“接近车辆声音系统”（AVAS），其发出声音以通知行人和其他道路使用者车辆避免潜在碰撞的方法[5]。美国2010年“行人安全加强法案”已指示美国交通部制定电动和混合动力汽车安全标准，以警告行人车辆的操作[6]。因此，美国政府颁布了联邦机动车辆安全标准（FMVSS），要求这些车辆配备发出声音的装置，以警告行人，骑自行车者和其他道路使用者的车辆方法[7]。类似的标准称为全球技术法规（GTR），由联合国欧洲经济委员会（UNECE）制定[8]。与日本一样，欧洲经委会还要求在欧洲为电动和混合动力汽车提供AVAS [8]，[9]。 GTR阐述了欧洲AVAS的统一操作标准和声学规范[8]。这些组织的研究表明，随着轮胎 - 道路声音变得更加主导，电动汽车的固有声音随着速度的增加而增加;因此，仅在低于某一速度[1]，[2]，[5] - [8]时才需要额外的声音。因此，为了确保行人的安全，电动汽车需要发出等于或低于5.6-11.4 ms-1（20-41 km / h）的额外声音，具体取决于车辆制造，以及怠速和倒车[5]，[7] ] - [9]。
听到这些声音后，行人可以将电动车评估为可能想要购买或只是听到车辆经过的潜在消费者。 因此，汽车制造商会希望这些声音能够促进汽车品牌的积极印象[10]。 与此同时，我们不希望失去这些车辆当前“安静”的音景效益。 基于非发动机的电动车辆声音不得增加与现有交通噪声相关的烦恼。 因此，重要的是要确保这些声音对音景产生整体中性或正面影响。 安全，品牌和音景是评估电动汽车外部声音的竞争标准。
目前，使用基本检测测试来评估这些车辆声音。 然而，考虑到所有这些竞争问题，需要一种严格的方法来评估潜在的电动车辆声音，以确保它们足够可检测并促进车辆品牌的积极印象。 此外，该方法应该能够检查这些新声音对音景和社区烦恼的影响。
本文探讨了最先进的汽车外部声音评估方法，以提出一种评估电动汽车外部声音的方法。 进行评估实验，该实验使用所提出的方法来评估声音的“可检测性”（声音是如何可检测的）以及基于通过行人聆听其声音来评估电动车的情绪评估。 然后根据实验结果审查所提出的方法。
- 聆听评价：现有技术状况
本节探讨了在实验设计和认知心理学背景下汽车外部声音的最新评估方法。 目的是提出一种严格的方法来评估电动汽车的外部声音。
任何听力评估的主要方面如下：评估期间的听力环境，参与者用作评估者，刺激准备和交付，数据收集的测量尺度和分析方法[11]，[12]。 这些方面取决于评估的目的[11]，[12]。 下面介绍与评估电动车辆声音有关的这些方面的评论。
A.评估环境
汽车外部声音的听力评估通常在道路上或实验室内进行。道路评估涉及驾驶“目标车辆” - 被评估的车辆 - 在城市小镇场景中发出声音，例如停车场，十字路口和交叉路口[1]，[13] - [16]，通常通过预留测试现场没有附近的交通和非常低的背景声音[13]，[16]，[17]。参与者通常坐在人行道上[1]，[13]，[14]，[17]或偶尔站在行人[15]并实时评估过往车辆的声音，同时接收到视觉和听觉刺激。城市氛围[1]，[13] - [16]，有时还有其他车辆和其他声源[13]，[15]。这类似于现实生活中的行人车辆相互作用，行人在存在所述刺激的情况下也会体验电动车辆的声音。在这里，由于注意力和人类认知能力有限，行人经历了“分散注意”，他/她的注意力资源被分为各种刺激[18]，[19]。因此，在线评估为评估车辆声音提供了正确的背景。但是，它们不能控制外部因素，例如背景声音，视觉效果，交通和天气的变化[13]，[15]。因此，难以在结果中保持一致性和可重复性。道路评估还需要较长的测试持续时间，因为难以维持目标车辆的各种驾驶条件，同时保持类似的氛围[13]，[15]。
实验室评估遵循类似的过程，但在受控环境中。在这里，记录的车辆声音在消声室中播放，通常使用耳机或一系列扬声器和参与者根据他们的收听收集的响应[1]，[2]，[14]，[20] - [22]。这种环境提供了更好的实验控制[2]，[14]，[20] - [22]。因此，改善了一致性和可重复性，并且可以进行背靠背比较测试，从而减少实验持续时间。然而，传统的实验室听力测试/评估使用单一刺激（目标车辆的声音）;因此，他们缺乏适当的背景。在这里，听众经历了“集中听觉注意”，他/她在那里
注意力集中在目标车辆声音上，忽略来自其他刺激（如果有的话）的信息[18]。声音的评估受决策制定期间从各种刺激接收的信息处理模式的影响，而这反过来又受到听众注意力的影响[18]，[19]。因此，正确的背景对于收听评估以获得代表现实生活情境的结果是重要的。
使用由模拟器创建的更加沉浸式的虚拟环境可以提供传统的道路和实验室收听方法的优点，但没有限制。 它可以通过使用声音和视觉模拟行人 - 车辆交互的真实环境来提供适当的上下文。 同时，研究人员可以完全控制实验条件。
目前，模拟器的大多数汽车噪声，振动和不平顺性（“NVH”）应用从驾驶员的角度创建了虚拟环境[23] - [26]。 车辆NVH模拟器已成功用于评估车辆内部声音，以评估专家（车辆制造商和NVH工程师）和非专业人士（一般公众作为潜在客户）对车辆品牌的印象[12]，[23] - [25]。
虚拟环境模拟器的使用对于评估车辆的外部声音是非常新的。 Bruuml;el和Kjaelig;r开发了一种新的，独一无二的软件工具，即外部声音模拟器（ESS），它从行人的角度模拟虚拟环境[27]。 它有一个内置的英国城镇模型，其中包括可能与行人车辆互动的各个地方，例如停车场，十字路口，以及有和没有交通灯，公交车站，街道和市场区域的交叉点[2]，[28] ]（见图1）。
ESS使用“源分解技术”，其促进研究人员将车辆的总声音分解为基于源的分量声音（例如，发动机谐波，轮胎声音，风声和来自发声装置的警报声）。 这些存储为车辆的声音模型。 ESS还允许研究人员在虚拟城镇的任何选定位置创建行人的轨迹和车辆的机动。 模拟器软件将声音模型和机动数据作为输入，并使用基于矢量的振幅平移进行三维声音渲染，以准确地合成行人在相应场景中将经历的视觉和声音。 其开发人员[26]，[27]提到了仿真算法的详细解释。
投影在屏幕上的视觉效果和通过聆听室中的扬声器播放时的声音可以帮助创建一个虚拟环境，让人可以在现实生活中体验像行人一样的车辆。 该模拟环境为外部声音评估提供了更真实的上下文。
B.刺激
1）刺激选择：在过去的十年中，由于电动和混合动力汽车的安静而对行人造成的潜在危险已经获得了全世界的认可，从而导致研究活动，例如事故数据分析，访谈和与行人的认知演练，包括视觉 受损和定向和流动专家[2]，[28]。 这有助于确定对行人安全至关重要的行人 - 电动车互动的最常见情景[2]。 这些情景主要包括在道路，十字路口，丁字路口和停车场等地点低速（低于15 ms-1）的车辆操纵[2]，[28]。 这些情景用于大多数道路检测测试[1]，[13] - [17]，因为它们为评估提供了适当的背景。
电动车和混合动力车的新声音必须符合立法指南。 FMVSS推荐160-5000 Hz范围内的宽带低频声音，以增强可听性[7]。 GTR还建议这些声音包括50 Hz至5 kHz频率范围内的至少两个1/3倍频程频带[8]。 美国的FMVSS在闲置时将其最低声级固定为49 dB（A）; 反向时为52 dB（A）; 和55,62和66 dB（A）分别为2.78,5.56和8.33 ms-1（10,20和30 km / h）[7]。 日本指南建议将声级限制为配备内燃机且运行速度为5.6 ms-1（20 km / h）的同类车辆的声级[5]。 对于最新的日本和欧洲车辆，此水平为62-66 dB（A）[1]，[20]。
UNECE和日本指南禁止使用警报器，号角，钟声，铃声和紧急车辆声音; 警报声，例如火灾，盗窃和烟雾警报; 间歇性的声音; 悠扬的声音; 动物和昆虫的声音; 和混淆车辆识别和/或其操作的声音[5]，[8]。
声音的选择也受评估目的的支配[11]。 对一组候选电动车辆声音的评估涉及在一些评估标准[2]，[13]，[16]，[17]上将声音相互比较。 可听性以及因此声音的检测率取决于心理声学度量，例如A加权声压级，“dB（A）”和频谱[7]，[8]。 同样，dB（A），响度，清晰度和粗糙度指标与汽车声音的情绪评估密切相关[10]。 因此，在这些指标中使用具有足够变化的声音可确保这些声音在相对比较的评估分数中显示出足够的变化。
2）刺激呈现：在车辆外部声音的常规实验室检测测试期间，一旦新的实验条件开始，就播放目标车辆声音。因此，可以在固定的时间长度之后，通常从固定的方向[1]，[2]，[14]，[20]，[21]听到车辆到达收听者的位置。这可能导致由于练习效果导致的偏差，其中参与者开始期望目标车辆在固定时间到达。在使用视觉模拟的检测测试期间该问题增加，由此参与者可以将车辆的到达与诸如到达十字路口的某些视觉提示相关联。因此，他/她可以在接收到这些视觉提示时更加注意检测车辆的声音，并且甚至可能错误地响应他/她已经听到车辆接近，因为他/她期望车辆到达。这种形式的偏差特定于涉及车辆检测的所有听力研究，并且可能导致外部声音的不正确检测时间。在现实生活中，目标车辆可以从任何方向和任何时间接近十字路口。这些变化应反映在实验设计中，通过改变接近方向和电动车辆的到达时间来减少期望偏差并使场景更加真实。这也允许检查它们对参与者评估的影响。
C.措施
行人的安全性和对汽车品牌的印象是评估电动汽车外部声音的主要标准（见第一部分）。 因此，该方法应同时评估这些标准。
大多数研究人员使用诸如“车辆到达时间”（从第一次检测到车辆到车辆实际经过行人位置的时间）[2]和“检测距离”（车辆之间的距离）等措施。 并且行人指示检测时的行人位置[1]，[13]，[16]，[17]，[21]，[29]评估声音对行人的安全风险。
几个语言描述符用于通过听取其声音来传达车辆品牌的印象[10]。这些语言描述符可以映射到情绪评估的两个或三个维度，区分不同类型的汽车声音[10]，[30]，[31]。已发现情绪维度并用于区分不同角色的声音，例如“奢侈”和“运动”，以及来自不同制造商的声音[10]，[30]，[31]。因此，车辆在听到其声音时的情绪评估会影响车辆整体品牌的评估，并且是车辆设计和生产期间制造商的重要考虑因素。大多数音质研究人员使用情绪评估的两个基本维度 - 其中一个维度描述车辆的强度或功率方面，另一个维度描述与车辆的舒适性和舒适性相关的方面[10]。在对汽车声音的大量语言描述符进行因子分析之后，开发了“强大”和“愉快”的维度，并且他们一起解释了在情感评估众多汽车声音时70％的方差[30]。这些尺寸广泛用于基于声音对车辆进行情感评估[10]，[30] - [32]。
D.测量尺度
为了测量检测时间/距离，参与者通常在听到目标车辆时举手，并且实验的视频记录给出了车辆的近似距离[1]，[14]，[16]。 一些研究人员使用按钮更准确地记录检测时间，但在检测时使用一系列光传感器或道路标记来近似车辆的位置[13]，[17]。 需要更精确的测量方法以及记录多个检测时间的设施。
用于车辆声音的情感评估的尺寸，例如强大和舒适，通常是独立的尺寸[30]。因此，情绪评估的测量量表应提供每个属性的独立度量。测量标度还必须提供在特定评估实验期间使用的声音集的相对评级。这是因为有许多汽车品牌，没有汽车背景的人不太可能知道现有的所有汽车声音，因此难以进行绝对比例的比较。因此，汽车音质评估基本上是候选车辆声音的相对评级[11]。测量标尺必须提供间隔级数据，以便可以执行推理统计。如果测量尺度满足这些
资料编号：[5124]
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