Fakultt fr Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl fr Akustik

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Akustik und Haptik Elektromobilität und AVAS Prof. Dr. Ercan Altinsoy Technische Universität Dresden Berlin, 12. 03. 2019

MOBILITÄTSREVOLUTION – 1900 vs. 2019 5 th Avenue New York 1900 Erstes Auto 1913 Letzte Kutsche Nur 10 Jahre Sound Design bei Elektrofahrzeugen 2

AVAS – Bedeutung und Entwicklung • AVAS bedeutet Acoustic Vehicle Alerting Systems oder Audible Vehicle Alerting Systems • ein Warngeräuschgenerator für leise Fahrzeuge • Seit 2006 arbeitet mein Lehrstuhl im Thema „Elektromobilität und AVAS“ • Meilenstein 2009 dass die Wahrscheinlichkeit eines Fußgängerunfalls bei Elektrofahrzeugen "doppelt so hoch" sei wie bei ihren konventionellen Pendants Sound Design bei Elektrofahrzeugen 3

AVAS - Analyse Akteure • Blinde, Sehbehinderte, Kinder, abgelenkte Personen, alle Passanten • Bewohner • Fahrzeugführende/Fahrende • Fahrzeughersteller Schwerpunkte • Sicherheit • Lästigkeit Umgebung • Lästigkeit Fahrzeug • Brand Design 5

Sehr kritische Situationen • Interview mit Sehbehinderten • Interview mit Passanten Sit. 1: Straßenquerung, herannahendes Fahrzeug Sit. 2: Parkplatz Sit. 3: Anhaltesituation Zebrastreifen 6

Reaktionszeitmessung Verbrennungsmotor links Hintergrund rechts links annäherndes FZ rechts Zeitpunkt der Erkennung

Reaktionszeitmessung Elektromotor links Hintergrund rechts links annäherndes FZ rechts Zeitpunkt der Erkennung

AVAS - Vorschriften • Vereinigte Staaten von Amerika • NHTSA präsentiert im November 2016 die endgültigen minimal erforderlichen Geräuschanforderungen • gültig ab 01. 09. 2019 • Europäische Union • Am 16. April 2014 verabschiedete das europäische Parlament die EU -Verordnung Nr. 540/2014 • alle neue Fahrzeugtypen müssen spätestens ab dem 01. 07. 2019 ein AVAS eingebaut haben • bis spätestens 01. 07. 2021 müssen alle neuen elektrisch angetriebene Fahrzeuge ein Warngeräusch abstrahlen 9

AVAS - Vorschriften • UNECE • Die UNECE beschäftigt das als Arbeitsgruppe 29 (WP. 29) bekannte Weltforum zur Harmonisierung der Fahrzeugregelungen (World Forum for. Harmonization of Vehicle Regulations). • Zugehörig zur WP. 29 erarbeitet die Arbeitsgruppe für Lärm(-reduzierung) (Working Party On Noise –GRB) Regulierungsvorschläge zur Reduzierung von (Verkehrs-)Lärm. • (EU) Nr. 540/2014 • ab dem 1. Juli 2019 10

AVAS – Erwartungen und Ziele • Fahrzeuge müssen für alle Verkehrsteilnehmer erkennbar sein • Möglichst keine Belästigung Bewohner/Fahrende 11

AVAS – Erfüllung von Zielen • Die Geräusche, die erkennbar sind, müssen nicht unbedingt sehr laut und lästig sein • Es gibt angenehmere Geräusche, die rechtzeitig und gut erkennbar sind • SOUND DESIGN liefert dafür die Antworten 12

AVAS – Erfüllung von Zielen • Die Geräusche müssen nicht unbedingt immer gleich laut bleiben • Automatische Anpassung der Lautstärke (bzw. Klangfarbe) basierend auf der Intensität der Hintergrundgeräusche • ELEKTROAKUSTIK liefert dafür die Antworten • Es gibt bereits Anwendungen in den Produkten: Fernsehern, Handys, Telekonferenz-Systeme (wie Skype), Autos 13

AVAS – Erfüllung von Zielen • Die generierte Geräusche müssen nicht in allen Richtungen gleich abgestrahlt werden. • Passantenerkennung und gezielte Abstrahlung kann die Lästigkeit deutlich reduzieren. • ELEKTROAKUSTIK liefert dafür die Antworten • Projekt mit Berliner Verkehrsbetriebe BVG im Bereich „Fahrgastinformationssysteme“ Herr Pulver um 14: 45 Uhr. 14

Zusammenfassung • Wir erleben gerade eine Mobilitätsrevolution. • Technologien entwickeln sich heutzutage so rasant wie nie. • Sicherheit und Angenehmheit sind gleichzeitig realisierbare Ziele. • Durchsetzung einer Lösung von einer Interessengruppe kann nicht langlebig sein. • Eine gemeinsame Betrachtung des Themas „AVAS“ mit dem Thema „Barrierefreie akustische Fahrgastinformationen“ ist erforderlich. 15

VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT Sound Design bei Elektrofahrzeugen 16

ERSATZFOLIEN Sound Design bei Elektrofahrzeugen 17

AVAS - Vorschriften • Gesetzliche Vorgaben Vereinigte Staaten von Amerika: Die zivile US-Bundesbehörde für Straßen-und Fahrzeugsicherheit (National Highway Traffic Safety. Administration -NHTSA) präsentierte im November 2016 die endgültigen minimal erforderlichen Geräuschanforderungen – gültig ab 01. 09. 2019 • Gesetzliche Vorgaben Europäische Union: Am 16. April 2014 verabschiedete das europäische Parlament die EUVerordnung Nr. 540/2014 • alle neue Fahrzeugtypen von Hybridelektro-und reinen Elektrofahrzeugen müssen spätestens ab dem 01. 07. 2019 ein AVAS eingebaut haben • bis spätestens 01. 07. 2021 müssen alle neuen elektrisch angetriebene Fahrzeuge ein Warngeräusch abstrahlen Sound Design bei Elektrofahrzeugen 18

Elektromobilität Nahezu lautlos bis zu einer Geschwindigkeit von 20 -30 km/h neue Hoffnung für niedrigere Lärmpegel in den Städten Informationscharakter des Sounds fehlt Warn- und Alarmsignale im Interesse der Sicherheit Sound Design bei Elektrofahrzeugen 19

Vorschriften zu Warngeräuschen für E-Fahrzeuge • EU Regulation 540/2014 • Regulation UN ECE R 138 • Minimum Sound Requirements NHTSA: Docket No. HTSA 2016 -0125 Sound Design bei Elektrofahrzeugen 20

Internationale Regularien International regulations on warning sounds for electric vehicles European Union (UNECE) [3] Type of regulation: United States (NHTSA) [4] A-weighted sound pressure level per 1/3 -octave band Speed range: > 0 … 20 km/h 0 … 30 km/h Frequency range: 160 … 5000 Hz 315 … 5000 Hz Stationary noise: No Yes Operating condition: Frequency variation Level variation Minimum number of 1/3 octave bands 2 4 // 2 (not adjacent) Sound Design bei Elektrofahrzeugen 21

Anforderungen an ein Warnsignal für E-Fahrzeuge Sound für E-Fahrzeuge Funktion Ästhetik Akzeptanz Technische Möglichkeiten Innenraumkomfort Klangerzeugung Fahrzeugidentifikation Lärmbelästigung Speichergröße Fahrzeugstandort Glaubwürdigkeit Lautsprecher, Gehäuse, Verstärker Hörbarkeit Qualität Fahrtrichtung Position im Fahrzeug Betriebszustand Einhaltung gesetzlicher Vorschriften Sound Design bei Elektrofahrzeugen 22

Sound Design Psychologie Akustik Technologie Sound Design bei Elektrofahrzeugen 23

Sound Design Spezifizierung Audioelemente Erarbeitung Manipulation Generierung Sound Design bei Elektrofahrzeugen 24

Sound Design Welcher Zweck? Sound Design Welche Art/Weg? Welches Medium? Welche Benutzer? Sound Design bei Elektrofahrzeugen 25

Sound Design bei E-Fahrzeugen • Sound Design Ideen reichen von: o Optimierung des Geräuschs des Elektromotors o Verbrennungsmotor Sound o unbegrenztes Sounddesign mit zusätzlichen synthetischen Sounds Sound Design bei Elektrofahrzeugen 26

Frequenzkarte SPL in [d. B(A)] UNECE NHTSA 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 1/3 -Oktavbänder mit Mittenfrequenzen in [Hz] Sound Design bei Elektrofahrzeugen 27

Möglicher Einfluss auf die Erkennbarkeit Fahrgeräusch Stationär-Geräusch Verkehrssituation: Zebrastreifen 1 tonale Komponenten Komponente 3 Sound Design bei Elektrofahrzeugen 28

Möglicher Einfluss auf die Erkennbarkeit Fahrgeräusch Stationär-Geräusch Verkehrssituation: Zebrastreifen 3% 1% per 0, 7% per km/h Sound Design bei Elektrofahrzeugen 29

Möglicher Einfluss auf die Erkennbarkeit und Lokalisierbarkeit • parallele tonale Komponenten (Motorordnungen) • Frequenzänderung mit Beschleunigung / Verzögerung o Frequenz sollte Geschwindigkeitsabhängig sein o Frequenzänderung sollte groß genug sein, um eine schnelle Erkennbarkeit des Betriebszustandes zu gewährleisten • charakteristische Komponenten, um noch Anpassungen für den Brandsound zulassen • Breitbandgeräusche können besser lokalisiert werden Sound Design bei Elektrofahrzeugen 30

Sound-Synthese mit Framework Sound Design bei Elektrofahrzeugen 31

Sound-Synthese mit Framework Sound Design bei Elektrofahrzeugen 32

Sound-Synthese mit Framework Sound Design bei Elektrofahrzeugen 33

Psychoakustische Einflüsse auf die Erkennbarkeit und Lästigkeit Schwankungsstärke Lautheit Schwankungsstärke Sound Design bei Elektrofahrzeugen Tonhaltigkeit Rauigkeit Schärfe Tonhaltigkeit Lautheit Rauigkeit Lästigkeit Schärfe Erkennbarkeit 34

Sound Design für Elektromobilität Angenehmheit Sounds für Elektromobilität Angenehmheit Erkennbarkeit Sound Design bei Elektrofahrzeugen 35

Sound Design für Elektromobilität • mittels logistischer Regression konnten in Versuchen 94% der Geräusche bezüglich der Erkennbarkeit richtig klassifiziert werden • mit neuronalen Netzwerken konnte in Versuchen die Erkennbarkeit vorhergesagt werden und stimmte sehr gut mit Daten aus Hörversuchen überein Sound Design bei Elektrofahrzeugen Steinbach, L. ; M. E. , Altinsoy: Prediction of Detectability of Synthesized Vehicle Sounds Using Logistic Regression. In: Internoise 2018 Steinbach, L. ; Atamer, S. ; M. E. , Altinsoy: Artificial Neural Network (ANN) Based Detectability Prediction of Synthesized Exterior Electric Vehicle Sounds. In: Internoise 2017, Nr. 5, S. 2608– 2614 36

Sound Design für Elektromobilität Erkennbarkeit Angenehmheit Sounds für Elektromobilität Kann mittels logistischer Regression oder neuronalen Netzen effektiv ermittelt werden Sound Design bei Elektrofahrzeugen 37