Sounddesign eines Ford GT40 inkl. Generatorrealisierung

Aus HSHL Mechatronik
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Abb. 1: Motorraumgeräusch eines Fiat 500 verglichen mit einem E-Fahrzeug

Autor: Nkounie Yangan, Audrey
Betreuer: Prof. Schneider
Art: Bachelorarbeit
Projektlaufzeit: SoSe 2019


Thema

Elektrofahrzeuge müssen nach EU Verordnung zukünftig durch Soundgeneratoren hörbar werden.Das Thema dieser Bachelorarbeit ist "Sounddesign eines Ford GT40 inkl. Generatorrealisierung".

Ziel

In dieser Bachelorarbeit ist ein Soundgenerator für ein E-Fahrzeug zu realisieren.

Einleitung

Unter Sounddesign versteht man die Gestaltung und die Verarbeitung von verschiedenen Tönen, in denen entsprechende Maßnahmen und Werkzeuge entwickelt und eingesetzt werden müssen, um schwingungstechnisches Problem zu vermeiden und maximalen Komfort zu gewährleisten. [1] Der Einsatz dieser innovativen Methoden und Systeme in Elektroautos zielt nicht nur auf Komfortbedürfnisse, sondern auch auf Sicherheit. In der Tat haben die Elektromotoren eine Besonderheit, dass die Lautlose sind. Da dieser Aspekt ihres Designs nicht veränderbar ist, setzten die Fußgänger, insbesondere Schwerhörige oder Minderhörige, einer Gefahr aus. Wenn diese Motoren mit einer Geschwindigkeit von weniger als 20 km / h fast kein Sound abgeben, ist es für den Fußgänger schwierig zu erkennen, dass beispielsweise in der nächsten Kurve ein Auto auf sie zukommt oder ein anderer versucht, den Parkplatz zu verlassen. Besorgt über diese Problemstellung, aber auch wegen des neuen Gesetzes, das für Elektroautos in Kraft trat, reichte die Firma Schütte Consulting diese in Form von einer Bachelorarbeit ein.

Vorstellung der Schuette Consulting GmbH

Allgemein

  • Gegründet in 1987 bei Siegfried Schuette
  • rationelle Zusammenschluss von eigene Unternehmen und vertragsgebundenen Partnerbetrieben

Heute

  • über 250 Mitarbeiter
  • 2 Standorten

Tätigkeitsfelder

  • Unterstützung bei Werkzeug- und Formenbau
  • CAD Entwicklung, Design und Konstruktion von Bauteilen und/oder Baugruppen in 2D/3D mit Volumenmodellierer und Flächenabteilung
  • Beratung hinsichtlich Qualitätssicherung und Auftragsabwicklung

Aufgabenstellung

  1. Lastenheft studieren
    1. Eingangsparameter: Gaspedalstellung
    2. Simulation der Drehzahl anhand der Gaspedalstellung
  2. Ansteuerung eines bestehenden Soundsystems über CAN mit Arduino
    1. DBC-File für bestehendes Soundsystem besorgen. Welches Signal wird mit welcher CAN-Nachricht versendet? Was sind die Eingangsparameter des Soundmoduls?
    2. Notwendige Hardware bestellen (Gaspedal, Arduino, CAN-Shield, etc.)
    3. Ansteuerung des bestehenden Soundmoduls über CAN mit Vector CANoe
    4. Umsetzung mit Arduino und CAN-Shield.
      1. Einlesen des analogen Eingangssignals vom Gaspedal.
      2. Simulation der Drehzahl anhand der Gaspedalstellung.
      3. Versandt der passenden CAN-Nachrichten an das Soundmodul.
  3. Test und Bewertung des Ergebnisses
  4. Dokumentieren Sie Ihre Vorgehensweise fortlaufend wissenschaftlich und präsentieren Sie Ihr Ergebnis.
  5. Wiki Artikel über das Projekt schreiben.


Theorie des Sounddesign für den Ford GT40

Das Sounddesign umfasst ein ganzes System mit Daten sowohl am Eingang als auch am Ausgang. Daher ist es wichtig zu wissen, wie der Sound von einem Eingangsparameter zu einem Ausgang hier der Lautsprecher übertragen wird.

Wie im Abbildung 1 ersichtlich ist, Das Sounddesign ist abhängig von den verschiedenen Parametern wie die Geschwindigkeit, Gaspedalstellung verschiedenen Soundquellen wie der Motoroder die Reifen. In Ovalen sind die unterschiedlichen Eingangsparameter, die modelliert werden, dargestellt und in Feldern sind die verschiedenen Soundquellen. Damit der Ausgang realistischer klingt, kann einer Doppler-Effekt angewendet werden. Abbildung 1 Der hier entwickelte Ford GT40 verfügt, wie bereits erwähnt, über das Merkmal, dass er mit einem Tesla S-Motor ausgestattet sein wird, bei dem es sich um einen Elektromotor handelt. Da die Elektromotoren keine Geräusche abgeben, kommt hier als Sounddesign, ein aktives Sounddesign im Einsatz.

Abbildung 1:Konzeptionelle Zusammenhänge zwischen verschiedenen Parametern und verschiedenen Soundquellen


Active Sounddesign (ASD) kann als eine Audioanwendung für Automobile, bei der der Sound des Automotors auf der Grundlage verschiedener Motorparameter wie Drehzahl und Gaspedal erzeugt wird. Es ist hinsichtlich basiert auf denselben Elementen wie jedes Active Noise Cancellation (ANC) -System (siehe Abbildung 2). Das heißt um das interne Rauschen zu minimieren, nähert sich die Signalverarbeitung dem Zielgeräusch Null. Wenn jedoch ein Zielsignal ungleich Null aus Zustandsvariablen wie Motordrehzahl und Motorlast abgeleitet wird, optimiert das aktive System automatisch das Lautsprecherausgangssignal, um dem Ziel entsprechende Restsignale zu erhalten [2] Motordaten und Geräuschparameter werden vom CAN-Bus des Fahrzeugs gelesen. Dadurch sind für diese Daten keine zusätzlichen Sensoren und keine zusätzliche Verkabelung erforderlich, eine CAN-Verbindung ist ausreichend. Diese Integration ist sowohl für Außen- als auch für Innensysteme möglich.

Abbildung 2:Skizze eines typischen ASD-Systems zur Geräuschreduzierung im Fahrzeuginnenraum


Das bestehende Soundsystem hier ist das Mashaust Soundsystem.Das Maxhaust Sound System ist ein aktives Soundsystem, mit dem den Sound eines Autos gesteuert werden kann, unabhängig davon, ob die Daten von der mobilen Applikation des Maxhaust Soundsystem oder von den Eingabeparameter des Autos erhalten wurden. Diese Daten sind einschließlich der Motordrehzahl, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder der Gaspedalstellung.

Der generierte Sound wird in Echtzeit einen realistischen Motorsound von den Soundgeneratoren erzeugt. Dieser Sound ist somit aggressiver, leistungsstärker und sowohl für Benziner als auch für Dieselmotoren anwendbar. Die Anbindung von bis zu vier Aktoren ist mit diesem System möglich.Das hier verwendete Maxhaust Soundsystem ist, das für einen Tesla S Motor programmierte System (siehe Abbildung 3).

Unter diesen Komponenten unterscheiden sich hauptsächlich:

  • Das Maxhaust Soundmodul: Es ist ein Steuergerät zur Geräuscherzeugung. Das unterstützt bis zu vier Aktuatoren unabhängig davon, Ob die außen, innen oder im Motorraum liegen.
  • Der Maxhaust Soundbooster: Er simuliert über externe Lautsprecher einen großvolumigen Motor (V6/V8) und gibt dem Fahrzeug ein besonderer Sound die mit einer üblichen Abgasanlage nicht erreicht werden kann. Für einen Problemlosen Einbau ist eine LED-Statusanzeige (2 LED) auf Soundbooster integriert und Diagnose über den App möglich. Wenn die Zwei LED grün leuchtet, heisst es dass die Verbindung zum einem CAN System erfolgreich wurde.
  • Aktuator Out-Sound: Der Sound Aktuator simuliert mit einem Schalldruckwandler einen Ton unter der Motorhaube.
Abbildung 3: Einbau: Maxhaust Soundsystem


Aber Wie funktioniert eigentlich ein Soundgenerator?

Ein Soundgenerator, in einigen Anwendungen auch als Signalgenerator bezeichnet, ist ein elektronisches Gerät, das Schallfrequenzen künstlich erzeugt. Es wandelt Elektrische Signale in Audiosignale um.

Die Quelle des elektronischen Signals für einen Tongenerator variiert mit der Art der Anwendung. In tragbaren Testgeräten zum Beispiel ist die Quelle für das elektronische Signal ein durch integrierte Schaltungen modifizierter Gleichstrom.

Allgemein wandeln Vom Signal zum Ton alle Tongeneratoren elektrische Signale in eine hörbare Kompressionswelle um.Die elektronischen Signale durchlaufen eine Spule, die bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt. Die Spule befindet sich in der Nähe eines Permanentmagneten und ist mit einer flexiblen Membran (normalerweise aus Papier oder Kunststoff) verbunden. Wenn das elektrische Signal die Spule durchläuft, ändert sich das Magnetfeld schnell und zwingt das elektrische Signal, vom festen Magneten angezogen oder abgestoßen zu werden. Es verursacht daher die daran befestigte Membran schnell zu vibrieren. Diese Vibrationen verursachen Kompressionswellen in der Luft, die als Sound bezeichnet werden.

Es unterscheidet sich verschiedene Arten von Soundgeneratoren, indem je nach gewünschter Melodie unterschiedliche Transistoren vom Typ IC verwenden wird. Diese Transistoren haben eine voraufgezeichnete Musik im Inneren, sodass wenn der Strom angelegt wird, oszilliert der Transistor und sein Ausgang gibt die Musiknoten aus.[3] Um über den Lautsprecher zu hören muss der Ausgang verstärkt werden. Hierzu reicht manchmal ein einzelner Transistorverstärker aus.

Benötigte Hardware/Bauteile und Dateien/Software

Nun werden in einer Übersicht die benötigten und verwendeten Komponenten zum Lösen der Aufgabe vorgestellt.

Hardware-Komponenten und elektrische Bauteile

  • Maxhaust Soundsystem (bereits vorgestellt)
  • Arduino Uno Rev3:Arduino Uno ist eine Open-Source-Mikrocontroller-Platine, die auf dem ATmega328P (Datenblatt) basiert ist. Er verfügt über 14 digitale Eingangs- / Ausgangspins (von denen 6 als PWM-Ausgänge verwendet werden können), 6 analoge Eingänge, einen 16-MHz-Quarz, einen USB-Anschluss, eine Netzbuchse, einen ICSP-Header und eine Reset-Taste.
  • Sparkfun CAN-Bus Schield

Das CAN-BUS-Schield bietet einem Arduino oder Redboard CAN-BUS-Funktionen und ermöglicht es , irgendein Fahrzeug zu hacken. Mit diesem Schield kann die ECU nach Informationen wie Kühlmitteltemperatur, Drosselklappenstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl abgefragt werden. Diese Daten könnten dann auch speichern oder auf einem Bildschirm ausgeben werden, um ein In-Dash-Projekt zu erstellen. Es verwendet den Microchip MCP2515 CAN-Controller (Datenblatt) mit dem MCP2551 CAN-Transceiver(Datenblatt). Somit kann der Mikrokontroller sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeiten. Der CAN-Anschluss erfolgt über ein 9-poliges Standard-Sub-D-Kabel zur Verwendung mit einem OBD-II-Kabel. Ideal für automatisierte CAN-Anwendungen. Das Schield verfügt außerdem über einen USB-Kartenhalter, einen seriellen LCD-Anschluss und einen Anschluss für ein EM506-GPS-Modul. Diese Eigenschaften machen dieses Schield ideal für Datenprotokollierungsanwendungen. Die Pin-Belegung am Sub-D Stecker für den Sparkfun Can Bus Schield sind für CAN-H an Pin 3 und für CAN-L an Pin 5.

  • Gaspedal: hier wird ein Accelerator pedal mit dual Potentiometer
  • EIN-EIN Schiebeschalter
  • Drehpotentiometer
  • Rot LED
  • Experimentier-Steckboard
  • Elektrische Bauteile wie: Leitungen,USB-Kabel 2.0 ,zur Kommunikation zwischen Arduino und PC Blitzkabelbinder,Arduino Stackable Header Kit:Diese Header funktionieren mit dem Arduino Main Board, Arduino Pro und dem Arduino Mega. Dieses Kit enthält 4 Header (2 mal 8-polige und 2 6-polige), die ausreichen, um ein Schield an eine Arduino-Hauptplatine anzuschließen.

Software-Komponenten und Dateien

  • Vector Informatik GmbH CANoe; wurde von betreuendem Professor gestellt
  • Tesla S DBC-File für Kommunikation mit dem Maxhaust soundsystem; die Datenbank enthält alle Botschaften mit den jeweiligen Signalen[4]
  • Can-Library für Arduino; Canbus_v4.zip
  • Software Arduino IDE in der Version 1.0.5; freier Download direkt auf der Arduino-Homepage


Ansteuerung Maxhaust Soundsystem mit CANoe

CANoe ist das umfassende Software-Tool zum Entwickeln, Testen und Analysieren einzelner Steuergeräte und ganzer Steuergerätenetzwerke. Es unterstützt Netzwerkdesigner, Entwickler und Testingenieure während des gesamten Entwicklungsprozesses - von der Planung bis zum Test auf Systemebene [4].

Das verwendete Format zur Unterstützung der Systembeschreibung bei Vector Canoe ist in dieser Arbeit das DBC Format. In der Tat ist die bestehende Maxhaust Soundsystem für einem Modell Tesla S bestimmt wird, wurde also die DBC files von Tesla S benötigt um zu wissen auf welchen Eingangsparameter reagiert das Soundsystem. Zur Ansteuerung des Maxhaust Soundsystem mit der CANoe-Software muss über den seriellen USB-Adapter eine physikalische CAN-Bus-Verbindung zum Computer hergestellt werden. Für den elektrischen Anschluss wird häufig der neunpolige Sub-D-Stecker (siehe Abbildung 4) Fahrzeugen benutzt. Beide Busleitungen müssen beidseitig mit einem 120 Ohm Widerstand abgeschlossen werden, um Störungen zu vermeiden.DasMaxhaust Soundsystem kann somit an den Bus angeschlossen werden.

Abbildung 4: Schematischer Aufbau des Sub-D Steckers

Außerdem ist ein Anschluss an eine 12-V-Gleichstromquelle erforderlich. Die Erstellung einer Konfiguration ist in CANoe erforderlich wobei es darauf geachtet werden, dass Die Baudrate 500 Baud beträgt. Es wird dazu in der Simulationskonfiguration das Kontextmenü aufgerufen und Netzwerkhardware ausgewählt. Zusätzlich ist in der Simulationsstruktur auf dem virtuellen Bus ein interaktiver Generator enthalten. Dies kann über das Kontext Menü des angezeigten Busses (rote Linie) aufgerufen werden. In diesem Interaktiver Generator sind einzelnen Botschaften aus der Datenbank importierbar.Um das Tesla.Sdbc Datei hinzuzufügen, wird dazu im Fenster Systemansicht den Befehl Hinzufügen aus dem Kontextmenü der Datenbank aufgerufen. Im Konfigurationsfenster des interaktiven Generators konnte eine Botschaft eingefügt, indem auf ein leeres Feld in der Spalte Botschaftsname doppelgeklickt wird. Jede Botschaft hat eine Reihe von Signalen und der interaktive Generator hilft bei der Simulation eines beliebigen Signals. So wurde es bei der Pedalposition-Signal gemacht:

  1. Importieren der Botschaft DI_Torque1 aus der Datenbank tesla_can.
  2. Aufrufen des Fensters der Signal-Definition für das DI_pedalpPos (Schaltfläche Definieren am Ende der Zeile).
  3. Konfigurieren des Sinus-Signals (Signalgenerator Typ) mit einer Amplitude von 13 (D in hex). Der Wert schwingt somit zwischen 0 und 100%.
  4. Auslösung der Botschaft aktivieren (Auswahlfeld in der Spalte Zykluszeit anwählen).
  5. Starten der Simulation (gelber Blitz in der Symbolleiste). Der pedalposition-Zeiger des Instruments oszilliert zwischen 0 und 100%.
  6. Das Verlauf der Werte und die hexadezimale Botschaft kann im Trace des Messaufbaus (Doppelklick auf das Symbol) eingesehen werden. Im Graphics des Messaufbaus kann eine Grafische Darstellung der Simulation observiert werden.

Damit das Pedalpositionsignal im nächsten Schritt vom Arduino angesteuert werden kann, müssen Hexadezimalwerte, ID und Länge für diese Botschaften aufgezeichnet werden. Im Rahmen der Verarbeitung wurde die folgende Tabelle mit allen verwendeten Informationen zusammengestellt.

Datenbank Botschaft Signal Beschreibung ID Länge Faktor Wert min Wert max Raw Data
Tesla_can DI_torque1 DI_pedalPos Pedalposition 0x108 8 0,4 0 100 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00

Umsetzung mit Arduino und CAN-BUS Schield

Bei der Umsetzung mit Arduino und CAN-Bus Schield wurde das ganze System als eine Schaltung (Abbildung 5) mit der Software Fritzing erstellt. Fritzing ist eine Open-Source-Hardware-Initiative, die Elektronik als kreatives Material zugänglich macht. Es ist ein Software-Tool, die ermöglicht dem Benutzer ihre Prototypen zu dokumentieren, sowie professionelle Leiterplatten entwerfen und herstellen zu können.

Abbildung 5: Umsetzung des Maxhaust Soundsystems mit Arduino und CAN Bus Schield: Schaltung

Um Arduino und dem Canbus-Schield einfach verbinden zu können, wurde die Arduino stackable kit auf dem Canbus-Schield gelötet und somit mit dem Äquivalent Pin verbunden. Ein vierpolige Schraubklemme wurde auf dem CAN Bus Schield an die Stellen CAN L,CAN H,5v, GND gelötet um die Kabel einfach mit dem CAN Bus Schield zu verbinden. Nach der Ansteuerung des Maxhaust Soundsystem mit CANoe, können die Ergebnisse mit Arduino Uno umgesetzt werden. Zur Ansteuerung des CAN Bus Schield ist die Bibliothek (Library) Sparkfun CAN Bus Arduino Library notwendig. Dies kann auf zwei Arten geschehen. Erstens bietet die Arduino IDE eine äquivalente Funktion, auf die über Sketch \ Import Library \ Add Library zugegriffen werden kann. Dort wird einfach das Download-Verzeichnis als Quelle gewählt.Andernfallskann der Ordner direkt in den entsprechenden Pfad für Arduino-Bibliotheken kopiert werden. Im Folgenden wird erläutert, wie die Botschaft mit Arduino an das Maxhaust Soundsystem gesendet wird. Aber vorher müssen die min und max Werte bestimmt werden und es folgt über das Einlesen von analoger Werter mit Arduino. Die Ergebnisse wurden in der folgenden Tabelle präsentiert wobei der Pedal 1 und Pedal 2 jeweils die zwei Potentiometer in dem Gaspedal sind.

Sensor Min. Wert Max. Wert
Potentiometer 0 1023
Pedal1 157 837
Pedal2 80 412


Im Folgenden wird die Ansteuerung des Pedalpositions mit dem Gaspedal für das ganze System dargestellt: 

Header Dateien
1 #include <Canbus.h>
2 #include <defaults.h>
3 #include <global.h>
4 #include <mcp2515.h>
5 #include <mcp2515_defs.h>

Um das CAN-BUS-Shield verwenden zu können, müssen die entsprechenden Header-Dateien enthalten sein. Eine Header-Datei ist eine Datei mit der Erweiterung .h, die C-Funktionsdeklarationen und Makrodefinitionen enthält, die von mehreren Quelldateien gemeinsam verwendet werden. 

Einlesen von Sensoren
6   int ledPin = 3; //LED verbindet mitdem digital Pin 3 
7   int TastPin=5; 
8   int PotiPin=2; //Potentiometer verbindet mit dem analog  Pin 2 
9   int PedalPin=1; 
10  int valTast=0; // Anfangswertfür Taster

zum Einlesen von Sensoren, wie zum Beispiel eines Potentiometers, wurden Variablen für den Port und den einzulesenden Wert deklariert. 

Implementierung des void Setup´s Funktion
11  void setup() { 
12  Serial.begin(9600); // zur Debug-Verwendung
13  Serial.println("CAN Write - Testing transmission of CAN Bus 
14  messages"); 
15  if(Canbus.init(CANSPEED_500)) //initialisiert den MCP2515 
    CAN controller zu einer bestimmten Geschwindigkeit
16  Serial.println("CAN Init ok"); 
17  else 
18  Serial.println("Can't init CAN"); 
19  pinMode(ledPin,OUTPUT); 
20  pinMode(TastPin,INPUT); 
21  }

In der Funktion “voidsetup ()” muss der Modus für jeden verwendeten digitalen Anschluss festgelegt werden, das heißt ob sie als Eingang oder Ausgang verwendet wird. 

Implementierung des Void Loop´s Funktion
22  void loop() { 
    //potiseinlesen
23  int valPoti=analogRead(2); //Potentiometerwert zugeordnet den Sensorwert, der von dem Pin2 kommt
24  int valPedal1=analogRead(1); 
25  int valPedal2=analogRead(0); 
26  valPoti = map(valPoti, 0, 1023, 0, 100); 
27  valPedal1 = map(valPedal1, 157, 837, 0, 100); 
28  valPedal2 = map(valPedal2, 80,412, 0,100); 
    //Taster einlesen 
29  valTast=digitalRead(TastPin); 
    // serielle Kommunikation (Debuggen) 
30  Serial.println(valPedal1); 
31  Serial.println(valTast); 
32  Serial.println(valPoti);

Das Funktion map ordnet eine Nummer von einem Bereich einem anderen zu. Das heißt, ein Wert von fromLow wird auf toLow abgebildet, ein Wert von fromHigh nach toHigh, Werte dazwischen zu Werte dazwischen. 


Senden von Nachrichten an Maxhaust Soundsystem über CAN
33  tCAN message; 
34  message.id = 0x108; //in HEX formatiert
35  message.header.rtr = 0; 
36  message.header.length = 8; //in DEC formatiert
37  message.data[0] = 0x00; 
38  message.data[1] = 0x00; 
39  message.data[2] = 0x00; 
40  message.data[3] = 0x00; // in HEX formatiert
41  message.data[4] = 0x00; 
42  message.data[5] = 0x00; 
43  if (digitalRead(TastPin)==HIGH){ 
44  digitalWrite(ledPin,HIGH); 
45  if (valPedal1<1)//ousivalPedal=0 
46  { 
47  message.data[6]=valPoti; //LSB und MSB für das Signal
    DI_pedalPos
48  } 
49  elseif (valPedal1>1) // wenn nicht, dann Pedal-Ansteuerung 
50  { 
51  message.data[6]=valPedal1; 
52  } 
53  }
54  message.data[7] = 0x00; 
55  mcp2515_send_message(&message); 
56  }

In der Bibliothek ist die Funktion “mcp2515_send_message (&message)” zum Versenden von CAN-Nachrichten definiert. Die zu sendende Botschaft stellt eine Strukturvariable dar, die aus der ID, dem Header mit der Länge und dem Array mit den Signalen besteht. Der Programmcode funktioniert, sodass das Gaspedal und das Potentiometer das Maxhaust Soundsystem ansteuern kann. Wenn das Gaspedal auf Ruhestand (in diesem Fall Gaspedal<1) ist, der Potentiometer wert kann als Eingangsparameter genommen werden um das Frequenz des Sounds zu kontrollieren. Aber damit alles funktioniert muss zuerst das Taster gedrückt werden, Das LED leuchtet dann und geht nicht mehr aus auch wenn der Taster den Wert 0 nimmt.

Ergebnisse

Nach erfolgreichen Versuchen kommt ein Sound raus, der mit dem Potentiometer und mit dem Gaspedal kontrolliert werden kann. Dieser Sound soll nachher in dem hier bestehendes Ford Gt40 eingesetzt werden. Um diesen neuen Sound besser einschätzen zu können, ist es wichtig, den Originalsound des Ford GT40 mit diesem neuen Sound zu vergleichen. Deswegens geht im diesem Teil der Arbeit um eine vergleichende Studie von diesen zwei Sound, wobei SOUND 1, der ursprüngliche Sound des ehemaligen Ford GT40 [5] ist und SOUND 2, ein Soundprofil (vom Maxhaust), den während die Versuche gewählt und angesteuert wurde. Diese Studie ist hauptsächlich auf die Untersuchung des Spektrogramms, das von jedem Sound erzeugt wird, basiert.Dabei hilft die Software Audacity. Audacity ist eine kostenlose Open-Source-Software für die digitale Audiobearbeitung und -aufnahme, die für Windows, MacOS / OS X und Unix-ähnliche Betriebssysteme verfügbar ist. Mit Audacity ist es auch möglich eine Frequenzanalyse zu führen. Das Ziel unserer vergleichenden Studie ist es, mit Hilfe eines Spektrogramms zu sehen, welcher Sound der abgestimmten Norm (im Audacity-Softwareprogramm) näher darankommt, um zu wissen welcher von den beiden negativeren Konsequenzen für eines Fußgängers Ohr haben könnte.

Die Standardeinstellungen die genommen wurde sind:

  • Fenstergröße: 1024
  • Fenstertyp: Hann
  • Nullpolsterungsfaktor: 1
  • Mindestfrequenz (Hz): 0
  • Maximale Frequenz (Hz): 8000
  • Gewinn (dB): 20
  • Bereich (dB): 80
  • Frequenzverstärkung (dB /dec): 0

Die Abbildung 6 zeigt das Spektrogramm des Sound 1 während die Abbildung 7 dessen vom Sound 2.

Bei den Standardeinstellungen von Gain = 20 dB und Range = 80 dB entsprechen die Farben den folgenden Pegeln:

  • alles über -20 dB ist nicht unterscheidbar weiß (der Ton bei -10 dB im Bild oben ist weiß)
  • Pegel von -40 dB bis -20 dB Übergang von Rot zu Weiß (der Ton bei -30 dB im obigen Bild ist hellrot)
  • Pegel von -60 dB bis -40 dB Übergang von Magenta zu Rot (der Ton bei -50 dB im obigen Bild ist Magenta)
  • Pegel von -80 dB bis -60 dB Übergang von Dunkelblau zu Magenta (der Ton bei -70 dB im obigen Bild ist bläulich-lila)
  • Pegel von -100 dB bis -80 dB Übergang von Hellblau zu Dunkelblau (der Ton bei -90 dB im obigen Bild ist hellblau)
  • alles unter -100 dB ist grau [6].

Eine Verstärkung (Gain) erhöht die "Helligkeit" des Displays. Dies geschieht durch Verstärkung des Signals um den angegebenen Betrag. Bei der Standardeinstellung von 20 dB wird jedes Frequenzband, das ursprünglich (vor der Verstärkung) einen Pegel von -20 dB oder mehr hatte (und jetzt nach der Verstärkung einen Pegel von mehr als 0 dB hat), als weiß angezeigt. In ähnlicher Weise werden die "unteren" Pegelbänder auch "heller".

Der Begriff „Dezibel“ wird weltweit verwendet, um den Schallpegel in einer bestimmten Umgebung zu messen. Ein Dezibel ist eine Maßeinheit, die verwendet wird, um das Verhältnis eines Werts einer physikalischen Eigenschaft zu einem anderen auszudrücken. Dezibel folgen einer logarithmischen Skala. Sie sind kein absolutes Maß für die Schallenergie und sind eigentlich ein Vergleich mit einem Referenzniveau. Wenn den Schallpegel im Kontext des menschlichen Gehörs ausgedruckt wird, bedeutet 0 dB, dass Sie sich an der Schwelle des menschlichen Hörvermögens befinden. Ein positiver dB-Wert bedeutet, dass der Klang einige Male lauter als der Schwellenwert ist, während ein negativer dB-Wert bedeutet, dass Sie einige Male leiser als dieser Schwellenwert sind. Es ist daher klar zu sehen, dass das Spektrogramm von Sound 1 heller ist als das von Sound 2. Das vom Sound 1 erzeugte Signal überschreitet in der Regel den eingestellten normalen Grenzwert und wird also daher lauter.

Fazit und Ausblick

Fazit

Allgemein hat dieser Arbeit zuerst die Machbarkeit eines Künstlichen Soundsystem untersucht und sein Einsatz in einem elektrischem Auto hier das GT40-EV dargestellt danach wurde eine Vergleichende Studie zwischen der Sound des ehemalige Ford GT40 und der Sound des GT40-EV durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde erstmal Methoden gesucht um mittels Informationen eines Eingangsparameter (hier das Gaspedal),ein Sound mit dem Maxhaust Soundsystem zu erzeugen.

Die Ergebnisse zeigen, dass ein solches System realisierbar ist und kann auch in einem Auto eingesetzt werden. Obwohl Maxhaust nicht die CAN Daten von seinem Soundssystem zur Verfügung stellt, war es möglich Wenn die DBC datei von einem Auto bekannt sind, die CAN Informationen von diesem Auto mithilfe von dem Vector Canoe Software zu holen. Ausserdem mit der Zahlreichen Funktionen der Microcontroller Arduino und der CAN Bus Schield von Sparkfun war es möglich das Komplette System umzusetzen. Die Programmierung dieses Systems erfolgte wie bereits erwähnt, durch die Arduino Software. Die Versuche waren erfolgreich denn konnte das Soundsystem die CAN Informationen vom Gaspedal bekommen und die als Frequenz eines Sound wiedergeben.Wichtig Bei der Durchführung des Ganzen Prozess, ist auf die Zuordnung von Pins Belegungen zu beachten sonst funktioniert das System entweder nicht wie erwartet oder einfach nicht.Im schlimmsten Fall kann es zum Kurzschluss führen.

Bei der Vergleichende Studie ,haben die Ergebnisse (mittels der Spektrogramm) gezeigt ,dass der erzeugte Sound vom Maxhaust Soundsystem in der öffentlichen Straße eingesetzt werden kann während die vom Ford GT40 gefährlicher zu dem Menschenohr sein könnte. Dieses Ergebnis kann insoweit nachvollziehbar sein, weil der alte Sound aufgrund seines Motors oder seines Drosselklappens einige Male viele unerwünschte Geräusche in dem Hintergrund erzeugt. Mit dem neuen Sound sind diese Geräusche vermeidbar denn der Elektromotor erzeugt kein Sound. Das löst soeben gleichzeitig das Problem vom Komfort und Sicherheit, das zu Beginn dieser Arbeit formuliert wurde.

Ausblick

Folgende Techniken wurden zur Verbesserung dieses Sounds denkbar:

  • Verwendung einer Frequenzweiche: Eine aktive Frequenzweiche kann zwischen dem Empfänger und dem Verstärker verkabelt und unterdrückt die unerwünschten Frequenzen, bevor der Verstärker Energie verschwendet, um sie zu verstärken, sodass sich der Verstärker nur auf die Frequenzen konzentrieren kann, die gewünscht sind.
  • Verwendung von schalldämpfendem Material: Geräuschdämpfendes Material senkt den Innengeräuschpegel in einem Auto, sodass der Erzeugte Sound besser in Fahrzeuginneren gefühlt wird.

Literatur

  1. ↑ Genuit, Klaus: ed. Sound-Engineering im Automobilbereich: Methoden zur Messung und Auswertung von Geräuschen und Schwingungen. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2010.
  2. ↑ Scheuren, Joachim; Schirmacher, Rolf; Hobelsberger, Josef: Active Design of Automotive Engine Sound. In:The 2002 International Congress and Exposition on Noise Control Engineering. Dearborn, MI, USA, 2002.
  3. ↑ [1] Soundgenerator (Aktualisierungsdatum: 07.08.2017)
  4. ↑ Vector Informatik GmbH: CANoe - incl. .AMD/XCP and .Scope.Product informations. Stuttgart, 2018
  5. ↑ [2] Soundsample Ford GT40 (Aktualisierungsdatum: 13.06.2011)
  6. ↑ [3] Erläuterung von Farbenemission in Audacity (Aktualisierungsdatum: 30.05.2019)

Weiterführende Weblinks

Anlagen

Datei:Bachelorarbeit Sounddesign eines Ford GT40 inkl. Generatorrealisierung.zip


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