Actran幫助現代汽車設計行人警示揚聲器

Actran 滿足了所有的設計要求和法規要求，使用一個小的喇叭即實現了聲音輻射的最大化，並提供了卓越的聲聚焦表現。Actran快速的反覆運算優化方案，相比利用傳統的製造樣機進行測試的方法節省一半的時間。快來看看如何節省時間吧~

主動行人警報系統（Active Pedestrian Alert System, APAS）是一種先進的駕駛輔助系統，在於減少車輛與行人之間的碰撞事故。APAS利用車輛上的感應器、雷達、攝像頭等技術，實時監測車輛周圍的行人動態，當偵測到潛在的碰撞風險時，系統會主動向駕駛員發出警報，甚至在某些情況下自動制動車輛以避免碰撞。

APAS 的工作原理

• 感應技術：APAS 依賴多種感應技術，包括攝像頭、雷達、激光雷達 (LiDAR) 或超聲波傳感器，這些設備會實時掃描車輛周圍的環境。
• 行人檢測：當系統偵測到行人進入車輛的行進路徑時，會自動分析行人的移動方向和速度，預測其與車輛可能發生的碰撞。
• 警報提示：如果系統判斷存在潛在的危險，它會立即向駕駛員發出視覺或聲音警報，以提醒駕駛員注意行人。
• 自動緊急制動：在某些高級系統中，如果駕駛員未能及時作出反應，APAS 會自動啟動制動系統，減少車速或完全停車，以避免事故發生。

APAS 的優點

• 提高行人安全：APAS 可以大幅降低車輛與行人碰撞的風險，特別是在駕駛員視線不良或注意力不集中的情況下。
• 快速反應：APAS 的反應速度比人類駕駛員快，能夠在行人突然出現時迅速作出應對。
• 全天候運作：先進的感應器使 APAS 能夠在白天和夜間、以及不同的天氣條件下運作，有助於提高行人的安全性。

APAS 與其他行人安全系統的區別

• 與 AVAS 的區別：AVAS（車輛聲學警報系統）通過發出聲音提醒行人，而 APAS 則專注於幫助駕駛員檢測並主動避免與行人發生碰撞。
• 與碰撞預防系統的區別：APAS 專門針對行人設計，而其他碰撞預防系統（如 AEB, 自動緊急制動系統）則可以檢測其他車輛、障礙物等。

總之，APAS 是一種先進的安全系統，通過主動檢測行人並在必要時自動干預，有效減少與行人相關的交通事故，並提升城市交通環境中的行人保護。

行業挑戰

電動汽車在中速或高速行駛時，聽到的外部雜訊僅由風阻或胎噪產生。因此，電動汽車對於行人和自行車而言存在安全威脅，特別是視覺或聽覺有損傷的人或者在聽耳機的人。美國和歐盟已經提出了相關的法規要求新出廠的電動汽車在低速行駛時必須發出可被聽到的聲音。這些法規對於警報聲音的大小和頻率範圍有不同的要求。

近些年，現代汽車已經開發出主動行人警報系統（APAS）。此系統利用聲音聚焦技術可僅對處於危險中的行人定向發聲。現在的 APAS系統使用駕駛輔助系統（ADAS）攝像頭和定向發聲設備，同時降低城市雜訊污染問題。在設計 APAS 時，現代汽車工程師必須考慮既滿足法規要求，又能對行人提供足夠的警示音效果，同時還要避免發出多餘的聲音引起車內人員的不適感。

現代主動行人警報系統

在過去，設計中考慮聲音問題時，現代工程師依賴於實驗測試來評估各種設計方法。這必須製造每一種設計方案的物理樣機，耗費一到兩個月的時間。物理實驗能夠提供的資料也是有限的。“採用物理實驗，我們僅僅能夠測量各個位置的聲音大小，我們不得不猜測聲音產生和傳播的機理”，Jinmo Lee說道，“這對於改進設計方案來說很困難”。

解決方案

1) APAS 模擬

現代工程師利用 Actran 軟體類比喇叭，使用喇叭製造商提供的規格單中的Thiele/Small(T/S)參數進行建模，並將其與模擬喇叭內部腔體和外部的聲輻射空間的有限單元模型進行耦合。

喇叭的聲學有限元模型

Actran 計算6000Hz以下車輛區域的聲壓和聲阻抗。

2 ）使用模擬結果優化喇叭設計

喇叭的背腔對頻譜特性的影響

現代通過 Actran 進行一系列參數研究，尋找各主要設計變數對聲場的影響。歐盟和美國法規要求，在1600Hz以下和800Hz以下至少分別發出一個頻率的警報聲音。APAS 喇叭的驅動單元很小，因此滿足低頻聲音要求比較困難。同時實驗分析顯示，在400Hz以下的一個頻率可以較明顯的傳遞到乘客艙，這影響了乘客的舒適感。接下來工程師在喇叭上加入背腔設計，並做了數值模擬，通過掃頻分析發現此時聲阻抗頻率從400Hz改變到490Hz，這一改變既可以滿足法規要求，同時也保證了成員的舒適性。

聲波導管對頻譜特性的影響

聲波導管可以保護喇叭不受環境中水汽的影響，而且在聲音調校方面起到重要作用。工程師使用Actran管道聲場模擬技術進行導管的設計以加強中頻1500Hz聲音傳播。同時喇叭內部覆蓋件和驅動單元之間的空間得到優化，以加強4400Hz附近的聲壓級。

三種可能的喇叭陣列安裝位置

工程師在模擬中對保險杠上喇叭安裝的垂直位置進行研究，考慮車的前部形狀和地面的影響。模擬結果顯示，最低的安裝位置呈現最好的警示聲場效果，既提供了更高的聲壓級，又提供相對平緩的頻譜表現。模擬也顯示出最低位置可以將地面帶來的聲波相消干涉降到最小。 Actran幫助現代汽車設計行人警示揚聲器

模擬結果及測試對標

喇叭測試和模擬對比

工程師對模擬結果進行驗證，使用1V的正弦掃頻信號進行喇叭實驗和模擬。如上圖所示，模擬得到的喇叭1米遠處聲場頻譜與物理實驗完美匹配。

現代工程師使用 Actran 優化揚聲器腔體和管道的中的聲學共鳴，可以使喇叭設計中的低、中、高頻聲場特性均滿足美國和歐盟的法規要求，同時降低了喇叭的尺寸和能量的消耗。

“Actran的模擬結果提供了比實驗測試更全面的資訊，這些資訊可以説明現代工程師快速的反覆運算優化方案，相比利用傳統的製造樣機進行測試的方法節省一半的時間” ———– Lee說道。

優化設計提供了非常好的聲音聚焦表現

結論

Actran幫助現代汽車設計行人警示揚聲器，使用 Actran 模擬優化設計之後，製造了一個完整的 APAS 測試樣機。物理測試結果顯示，設計滿足了所有的設計要求和法規要求，使用一個小的喇叭即實現了聲音輻射的最大化，並提供了卓越的聲聚焦表現。

關於現代汽車

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