Un PWS (Pedestrial Warning System) per la mia Model 3

di Paolo

Durante lo sviluppo del display aggiuntivo per la mia Model 3 LR ho acquisito una buona esperienza con la comunicazione CanBus di bordo, potendo estrarre le informazioni di interesse come potenza erogata dai motori, RPM, posizione dell’acceleratore, modalità Chill/Sport eccetera. A cosa si poteva applicare dopo aver terminato il display?

Una caratteristica tipica della Model 3 (almeno fino a quando non verrà attivato l’avviso pedoni per legge) è l’assoluta silenziosità alle basse velocità, il che spesso non fa accorgere di noi pedoni o persone in bicicletta, e volevo risolvere questo inconveniente senza rovinare la magnifica sensazione di “veleggiare” che si ha alle basse velocità.

Inoltre non mi dispiaceva l’idea di creare un sound caratteristico per la mia macchina, in modo simile a quanto fatto da Audi e Porsche per i loro modelli di punta.

In questi modelli il sound, oltre che avvisare del nostro arrivo, da anche una impronta sonora tipica alla macchina, al punto che il suono viene anche emesso all’interno della vettura, e ben oltre la velocità di 20Km/h che la legge prevede come limite per questi sistemi.

Diventa quindi importante disporre di un generatore sonoro che, invece di emettere suoni semplici tipo carrello elevatore in manovra (!) o, peggio ancora, scimmiottare un motore a scoppio, fosse estremamente versatile ed anche riprogrammabile da un eventuale utente. Da questo punto di vista la mia passata esperienza come tastierista e programmatore di sintetizzatori musicali è stata di grande aiuto. Per chi se ne intende, ecco con cosa ho fatto i primi esperimenti 😉

Il mitico MiniMoog

I dati di progetto sono quindi:

  • Integrazione con il bus di bordo (Vehicle CanBus)
  • Potenza di calcolo sufficiente per sintetizzare dei suoni complessi in tempo reale, o anche per riprodurre suoni registrati (Kit Car ?!?)
  • Dimensioni compatte, in modo da poter essere installato nell’abitacolo senza troppi problemi
  • Potenza sufficiente per emettere un suono a circa 65-70db/1m (diciamo tra i 40 ed i 50W massimi)
  • Compatibilità con l’altoparlante montato di serie, che usa un connettore particolare

Partendo dall’ultimo punto, una prima ispezione ha rivelato che la mia Model 3 non disponeva dell’altoparlante di serie, ma solo della predisposizione. L’altoparlante originale, tra l’altro, è piuttosto piccolo, non so che livello e qualità sonora possa raggiungere.

Dopo aver misurato posizione e dimensioni della predisposizione, ho quindi trovato sul mercato uno speaker adatto per l’utilizzo marino (impianti stereo a bordo dei natanti) da 5 pollici e 40W ed ho progettato un box per contenerlo che potesse venire fissato senza modificare i fissaggi originali. Il box è stato realizzato in ABS  con la stampante 3D e verniciato con del riempitivo epossidico per renderlo impermeabile e resistente alle intemperie e vibrazioni. 

Il cuore del sistema

Per la generazione sonora ho fatto nuovamente ricorso al mio fedele micro-pc, ovverosia il Raspberry PI, affiancato da un alimentatore/interfaccia CanBus sviluppati ad hoc e da un convertitore digitale/analogico dal costo contenuto ma di qualità esagerata rispetto all’applicazione.

Il software che permette di generare il suono del mio PWS si chiama PureData; è un linguaggio di programmazione visale con cui si possono creare e far interagire tra loro elementi sonori fino a raggiungere complessità incredibili. Si possono creare oscillatori, suonare ed intonare campioni sonori, aggiungere effetti, modulazioni, eccetera. 

La contropartita è che man mano che si aggiungono prestazioni i diagrammi diventano via via più complicati. Ecco un esempio del generatore sonoro sviluppato per l’occasione. 

L’algoritmo di generazione del mio (primo) sound

Infine è stato scritto un programma (in C++) che permette di far interagire questo sintetizzatore sonoro con i messaggi che provengono dal CanBus. In particolare il suono è stato progettato per:

  • aumentare di frequenza all’aumentare di giri del motore (fino ad una certa soglia, poi il sound si attenua fino a sparire)
  • aumentare di volume quando si consuma molta energia (in accelerazione), e diminuire di volume in caso opposto (quando si rilascia l’acceleratore)

Alimentazione, amplificazione, contenitore

La connessione che proviene dal CanBus porta un positivo a +12V, ma questo filo non può fornire la corrente richiesta dal sistema. Per questo è stato prelevato, dal lato sinistro dell’abitacolo, un +12V sotto fusibile da 10A (tensione principale) che viene portato al PWS. La presenza di tensione sul CanBus (a macchina operativa) serve per attivare un relè che a sua volta porta la tensione principale a tutto il circuito.

Per contenere il tutto è stato progettato un sistema di fissaggi da inserire all’interno di una comune scatola di derivazione elettrica, che presenta un grado di protezione IP56. Questo scheletro tiene tutti i componenti in posizione, e permette l’ingresso e la distribuzione ordinata dei fili. Inoltre prevede delle linguette esterne, per fissare il box (con delle fascette di sufficiente lunghezza) ad un longherone o ad un condotto in plastica.

Il Raspberry ed i suoi circuiti di interfaccia

Un amplificatore digitale mono da 100W in classe D, basato sul chip TPA3116D2, fornisce la necessaria potenza di uscita, pur con dimensioni molto compatte e scaldando veramente poco.

L’assieme completo

Il PWS è dotato di interfaccia Wi-Fi, tramite la quale si può sia aggiornare il software di interfaccia con il CanBus, sia di modificare il diagramma di generazione sonora (per aggiungere nuove sonorità – il limite è la fantasia!)

Posizionamento e cablaggio

Dopo aver rimosso i fianchetti del tunnel centrale, ho individuato un vano libero sotto i filtri aria abitacolo che sembra fatto apposta per il dispositivo. Tra l’altro, questa è una posizione perfetta per l’arrivo dei fili di alimentazione (prelevata dal lato guida, sul fianco sinistro) e del CanBus (posizione vicina al mio display) e per l’uscita dei due fili verso l’altoparlante.

Prelievo dei 12V (a sinistra) e cablaggio alimentazione e CanBus (a destra)

Per tenere il box in posizione ho utilizzato due strisce di guarnizione gommata, perfette anche in caso di guida sportiva. Resta comunque abbastanza agevole l’accesso al vano in caso di manutenzione: basta rimuovere uno dei due fianchetti (che è fissato in posizione solamente con delle clip) ed estrarre la scatola.

Vista dal fianchetto destro, il PWS è montato sotto ai filtri aria abitacolo

Il cablaggio esterno è molto semplice: dall’altoparlante partono due fili verso il circuito, che entrano nell’abitacolo attraverso un piccolo foro praticato nella guarnizione che permette il passaggio dei cavi di potenza della Model 3 (si trova tra l’abitacolo ed il vano del frunk, a sinistra della presa d’aria abitacolo). 

Cablaggio altoparlante e passaggio fili all’interno

Prove su strada

Durante le prove ho misurato la pressione sonora emessa, regolando il  trimmer interno per ottenere un suono di 65db/1m prima di richiudere il tutto. Sono state fatte molte prove per mettere a punto il sound fino ad ottenere la versione più soddisfacente. Il suono aumenta progressivamente di tono fino a circa 50Km/h, per poi scendere a zero. Inoltre il volume aumenta se si preme l’acceleratore (quindi se si consuma energia) e diminuisce quando si decelera/rigenera, per dare un tocco più realistico. Infine, il sound ha una frequenza fissa di circa 100Hz quando si inserisce la marcia R o D, mentre si tacita completamente quando siamo in P.

In futuro sarà possibile creare un sound completamente diverso e caricarlo nel PWS. Astronavi ? Musica ? Ambienti sonori tipo quello creato da Hans Zimmer per BMW ? Basta immaginarlo e disegnarlo con in tool PureData, ascoltarlo sul PC, e infine trasferirlo via WiFi. Con il tempo inserirò nuove prestazioni, come la possibilità di cambiare tipo di suono o di escluderlo del tutto

Street Test

Considerazioni finali

Sono molto soddisfatto del risultato ottenuto, il suono è corposo e sportivo senza bisogno di scimmiottare un “vecchio” motore a combustione (ad essere sinceri ricorda un po’ il sound di una famosa supersportiva elettrica…) L’unica cosa cui occorre abituarsi è che la gente si gira ancora di più a guardarti ! Poi, quando di allontani come un astronave in partenza li senti dire “Ah chiaro, è una Tesla….” 

Se volete saperne di più (o ne volete uno), se avete delle idee per un sound completamente diverso, contattatemi o mandatemi una mail e ne discutiamo, è sempre interessante confrontarsi con un collega “teslaro”!