KR100985767B1 - 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 자동차의 알피엠(RPM), 속력 및 로드(LOAD) 신호를 실시간으로 입력받아 차량의 주행조건에 따른 엔진음 출력 뿐만 아니라, 사용자의 기호에 맞는 차종별 음질의 재생이 가능하도록 하여 저소음의 연료전지 자동차 운전자들의 감성적인 부분을 만족시킴과 동시에 보행자 사고를 예방할 수 있는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 차량의 주행 상태를 실시간으로 측정하기 위한 센서부와; 상기 센서부에서 측정된 신호를 입력받아 입력받은 신호에 따른 음향을 발생시키는 음향 발생기와; 상기 음향 발생기에서 발생된 음향을 증폭시키는 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 음향을 차량의 내,외부로 재생시키는 스피커를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

연료전지 자동차, 음향 재생, 적응 필터, 오차 센서

Description

연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템 {Sound generation system for fuel cell car}

본 발명은 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 자동차의 알피엠(RPM), 속력 및 로드(LOAD) 신호를 실시간으로 입력받아 차량의 주행조건에 따른 엔진음 출력 뿐만 아니라, 사용자의 기호에 맞는 차종별 음질의 재생이 가능하도록 하여 저소음의 연료전지 자동차 운전자들의 감성적인 부분을 만족시킴과 동시에 보행자 사고를 예방할 수 있는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 에너지의 고갈로 인한 대체 수송 수단으로 수소 연료를 이용한 연료전지 자동차가 크게 각광받고 있고, 국내에서도 상용차 개발을 위한 활발한 연구가 진행중이다.

연료전지 자동차는 수소와 산소를 합성하는 과정에서 생성된 전기를 이용하여 모터를 돌려 차량을 움직이는 자동차이다. 따라서, 기존의 석유 연료를 사용하 는 자동차에 비해 소음과 진동이 거의 없다는 장점이 있으나, 이것은 오히려 종래 내연기관 차량에서 운전자들이 느끼는 박력이나 감성적인 부분을 만족시킬 수 없는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0010472호에는 주행속도에 따른 차량의 음향발생장치가 개시되어 있는데, 그 기술적 구성은 차량의 주행 속도를 감지하는 속도 감지부와; 다수의 선택키를 통해 음향의 종류와 빠르기 및 크기 등의 선택된 데이터를 메모리부에 입력하는 키신호 입력부와; 상기 속도 감지부로부터 차량의 속도가 감지되면 상기 키신호 입력부를 통해 상기 메모리부에 저장된 데이터를 따라 음향발생부를 통해 출력되는 음향의 종류와 빠르기 및 크기 등이 조절되도록 제어신호를 발생하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성은 차량의 속도변화에 따라 속도가 변하는 음향이 발생되도록 하여 운전자가 차량의 속도 변화를 쉽게 알 수 있도록 한 장점은 있으나, 단순히 속도 변화에 따라서 발생되는 음향의 속도 및 크기 등이 조절되도록 한 것이므로 운전자가 느끼는 생동감이 떨어지고, 또한 소음이 적은 연료 전지 자동차에 적용된 것이 아니므로 음향발생부를 통해 출력되는 음향이 내연기관에서 발생되는 소음과 중첩되어 오히려 운전에 대한 집중력이 떨어질 우려가 있는 등의 문제점이 있다.

또한, 기존의 차량 음향 제어는 차량 내외부의 전체적인 소리의 크기(음압의 크기)를 줄이기 위한 제어가 주를 이루어 왔지만, 연료전지 자동차와 같이 저소음 의 차량을 위한 차량의 내,외부로 음향을 발생시키는 음향재생장치의 개발은 미미한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지 자동차의 알피엠(RPM), 속력(SPEED), 로드(LOAD) 등의 신호를 입력받아 차량의 주행상황에 따라 실시간으로 제어하여 운전자가 원하는 종류의 음향을 실시간으로 재생시킬 수 있는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 연료전지 자동차의 주행 조건에 따른 엔진음 출력 뿐만 아니라, 사용자의 기호에 맞는 차종별 음향을 차량의 내,외부로 재생 가능하도록 하여 운전자들의 감성적인 부분을 만족시킴과 동시에, 저소음으로 주행하는 연료전지 자동차에 대한 보행자의 인식에도 도움을 주어 차량 대 보행자 사고를 예방할 수 있는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

차량의 주행 상태를 실시간으로 측정하기 위한 센서부와; 상기 센서부에서 측정된 신호를 입력받아 입력받은 신호에 따른 음향을 발생시키는 음향 발생기와; 상기 음향 발생기에서 발생된 음향을 증폭시키는 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 음향을 차량의 내,외부로 재생시키는 스피커를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 센서부는, 엔진의 분당 회전수(RPM)를 측정하기 위한 타코(Tacho) 센서와, 엔진의 로드(load)를 측정하기 위한 VAF(Volume Airflow) 센서와, 차량의 주행 속도를 측정하기 위한 속도 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음향 발생기를 통해 발생되는 음향 또는 음질에 대한 피드백(feedback)을 할 수 있도록 하는 능동제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 능동제어부는 센서부를 통해 입력된 신호에 따른 음향과 음향발생기를 통해 발생되는 실제 음향과의 차이를 측정하는 에러 센서와, 상기 에러 센서로부터의 신호를 받아들여 센서부를 통해 입력된 신호에 따른 음향이 발생되도록 조절하는 적응 필터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에러 센서는 마이크로폰인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 음향 발생기에는 다양한 차종의 전달함수가 저장되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 의하면, 연료전지 자동차의 주행 조건에 따른 엔진음 출력 뿐만 아니라, 사용자의 기호에 맞는 차종별 음향을 차량의 내,외부로 재생 가능하도록 하여 운전자들의 감성적인 부분을 만족시킴과 동시에, 저소음으로 주행하는 연료전지 자동차에 대한 보행자의 인식에도 도움을 주어 차량 대 보행자 사고를 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 능동제어부를 통해 발생되는 음향을 피드백(feedback)할 수 있도록 함으로써, 운전자가 원하는 정확한 음향을 들을 수 있게 하여 운전자가 피로를 덜 느낄 수 있도록 함과 동시에 운전에 집중력을 높일 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예를 나타낸 구성도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.

본 발명은 연료전지 자동차의 알피엠(RPM), 속력 및 로드(LOAD) 신호를 실시간으로 입력받아 차량의 주행조건에 따른 엔진음 출력 뿐만 아니라, 사용자의 기호에 맞는 차종별 음질의 재생이 가능하도록 하여 저소음의 연료전지 자동차 운전자들의 감성적인 부분을 만족시킴과 동시에 보행자 사고를 예방할 수 있는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 센서부(10), 음향 발생기(20), 증폭기(40) 및 스피커(50)로 구성되어 있다.

먼저, 상기 센서부(10)는 연료전지 자동차의 주행 상태를 실시간으로 측정하 여 음향 발생기(20)에 전달하는 역할을 하는 것으로, 이때 측정되는 신호로는 엔진의 분당 회전수(RPM), 엔진의 로드(LOAD), 차량의 주행 속도 등이 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 센서부(10)는 타코(Tacho) 센서(12)와 VAF(Volume Airflow) 센서(14) 및 속도 센서(16)를 포함하여 구성되는데, 상기 타코 센서(12)는 엔진의 분당 회전수를 측정하여 음향 발생기(20)에 전달하고, 상기 VAF 센서(14)는 엔진의 로드(load)를 측정하여 음향 발생기(20)에 전달하며, 상기 속도 센서는(16) 주행하는 차량의 속도를 측정하여 음향 발생기(20)에 전달한다. 이때, 상기 엔진의 분당 회전수(RPM), 엔진의 로드(LOAD), 차량의 주행 속도와 같은 신호를 측정하기 위한 센서로는 위에서 언급한 타코 센서(12)와 VAF 센서(14) 및 속도 센서(16) 외에도 다른 센서들이 사용될 수도 있음은 물론이다.

다음, 상기 음향 발생기(20)는 센서부(10)에서 측정된 신호들, 즉 엔진의 분당 회전수(RPM), 엔진의 로드(LOAD), 차량의 주행 속도 등의 신호를 입력받아 입력받은 신호에 따른 음향을 발생시키는 역할을 하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 음향 발생기(20)는 센서부(10)에서 측정된 연료전지 자동차의 주행 상황에 따른 실시간 입력값들을 전달받아 그 입력값들에 해당하는 인공적인 음향을 발생시킬 수 있도록 하는 알고리즘(22)을 포함하고 있어, 사용자가 운전을 시작할 때부터 마칠 때까지 차량의 모든 주행상태에 따른 실제적인 음향을 발생시킬 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이, 음향 발생기(20)를 통해 발생된 음향은 증폭기(40)를 통해 증폭되어 스피커(50)를 통해 차량의 내,외부로 재생되는 것이다. 이때, 상기 스피 커(50)는 기존의 차량에 내장된 스피커(50)를 이용하는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 차량의 외부에 음향을 발생시키기 위하여 별도로 설치할 수도 있다.

한편, 상기 음향 발생기(20)에서 발생되는 음향 또는 음질에 대한 피드백(feedback)을 할 수 있는 능동제어부(30)가 더 포함될 수도 있는데, 상기 능동제어부(30)는 센서부(10)를 통해 입력된 신호에 따른 음향 또는 사용자가 실제로 듣기를 원하는 음향(이하, '타겟(Target) 신호'라 함)과 음향 발생기(20)를 통해 발생되는 실제 음향과의 차이를 비교하여 실제 음향이 타겟 신호와 다른 경우 피드백을 통해여 타겟 신호와 근접한 음향을 재생시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 능동제어부(30)는 에러(Error) 센서(32)와 적응 필터(Adaptive Filter)(34)로 구성되는데, 상기 에러 센서(32)는 타겟 신호와 음향 발생기(20)를 통해 발생되는 실제 음향과의 차이를 측정하기 위한 것이고, 상기 적응 필터(34)는 에러 센서(32)로부터의 신호를 받아 들여 피드백 과정을 통해 센서부(10)를 통해 입력된 신호에 대응되는 정확한 음향이 발생되도록 하는 것이다. 다시 말하면, 상기 적응 필터(34)는 센서부(10)에서 측정된 연료전지 자동차의 주행 상황에 따른 실시간 입력값들을 전달받아 그 입력값들에 해당하는 인공적인 음향을 발생시킬 수 있도록 하는 음향 발생기(20)의 알고리즘(22)의 내부에 구성되어 음향 발생기(20)를 통해 발생되는 음향이 타겟 신호와 근접한 음향이 되도록 조절하는 역할을 하는 것이다.

예를 들어, 상기 센서부(10)의 타코 센서(12)에서 측정된 엔진의 분당 회전수가 2000rpm이었을 경우 'A'라는 소리가 재생되어야 하는데, 자동차 내의 어떠한 원인에 의해 'B'라는 소리가 재생되었다면, 에러 센서(32)에서 이러한 차이를 측정하게 되고, 피드백 과정을 통해 적응 필터(34)에서 'A'라는 소리가 재생되도록 능동적으로 제어하게 되는 것이다. 이때, 상기 에러 센서(32)로는 마이크로폰이 사용되는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 마이크로폰은 음향 발생기(20)에서 발생된 음향을 전기에너지로 변환하여 적응 필터로 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 피드백 과정을 통해 원하는 타겟 신호에 근접하여 음향이 제대로 발생되는지 파악하는 것이 용이하기 때문이다.

한편, 상기 음향 발생기(20)를 통하여 사용자의 기호에 맞는 특정 브랜드의 자동차와 유사한 음향을 발생시킬 수도 있는데, 이는 음향 발생기(20)의 내부에 다양한 차종의 전달함수(24)를 포함시킴으로써 가능해진다. 즉, 타겟 신호를 사용자의 기호에 맞추어 설정할 수도 있는데, 만약 사용자가 벤츠나 BMW 자동차의 음향을 듣기를 원하여 음향 발생기(20)에 저장된 다수의 전달함수(24) 중 벤츠나 BMW 자동차의 전달함수(24)를 선택하면 음향 발생기(20)에서 이러한 자동차의 전달 함수(24)를 거쳐서 나오는 형태의 음향을 발생시킴으로써 특정 브랜드의 자동차와 유사한 음향을 재생할 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템(100)의 작동과정을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따르면, 운전자가 차량에 탑승하여 음향 재생 시스템(100)을 작동시킨 후, 시동을 걸면 센서부(10)의 타코 센 서(12)는 엔진의 분당 회전수(rpm)을 측정하고, VAF 센서(14)는 엔진에 걸리는 로드(load)를 측정하여 각각 그 신호를 음향 발생기(20)에 전달하게 된다. 이때, 음향 발생기(20)는 상기 타코 센서(12) 및 VAF 센서(14)로부터의 신호를 받아들여 기 설정된 알고리즘(22)에 의해 입력된 신호에 대응되는 자동차 출발시의 엔진음을 발생시키게 되고, 이렇게 발생된 신호는 증폭기(40)를 거쳐 차량의 곳곳에 설치된 스피커(50)를 통해 차량의 내,외부로 재생되는 것이다. 그 후, 자동차가 출발하게 되면, 상기 타코 센서(12) 및 VAF 센서(14)로부터의 신호에 차량의 주행 속도의 변화에 따른 속도 센서(16)의 신호가 더해져서 종래의 내연기관 차량에서 발생되는 음향과 흡사한 음향이 재생된다. 따라서, 소음이 거의 없는 연료전지 자동차에 사용자들에게 익숙한 기존의 음향이 재생되어 사용자가 운전의 재미를 느낄 수 있어 감성적으로 만족할 수 있게 될 뿐만 아니라 보행자가 접근하는 차량의 존재를 인식할 수 있게 되어 보행자 사고를 예방할 수 있는 것이다.

다음, 도 3에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따르면 피드백 작업을 통해 재생되는 음향을 사용자가 듣기를 원하는 음향과 보다 근접하게 재생할 수 있는 장점이 있다.

보다 상세히 설명하면, 전체적인 음향 재생 과정은 전술한 일실시예와 동일하지만, 에러 센서(32)와 적응 필터(34)로 구성되는 능동제어부(30)를 추가 구성함으로써 재생되는 음향을 피드백하여 보다 정확한 음향을 재생할 수 있도록 한 것이다. 즉, 에러 센서(32)로 사용되는 마이크로폰이 음향 발생기(20)를 통해 발생되는 음향을 감지하여 타겟 신호, 즉 원래 발생되어야 할 음향과 다른 음향이 발생될 경 우 음향 발생기(20)의 알고리즘(22)에 포함되어 구성되는 적응 필터(34)에서 음향을 조절하도록 하는 피드백 과정을 통해 보다 정확한 음향을 재생시킬 수 있도록 하는 것이다.

이때, 음향 발생기(20)의 내부에 저장된 전달함수(24)를 이용하여 사용자가 원하는 차종의 음향을 발생시키는 경우에도, 상기 능동제어부(30)가 사용될 수 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명에 따른 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템(100)에 의하면, 내연기관을 이용한 자동차에서 발생되는 엔진 음향 또는 사용자가 차종의 음향을 실제와 흡사하게 재생할 수 있도록 하여 저소음으로 운행되는 연료전지 자동차의 사용자들의 감성적인 불만족을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 보행자와의 사고를 미연에 예방할 수 있는 등의 다양한 장점이 있는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 사용자가 듣기를 원하는 타겟 신호의 다양화를 위하여 다양한 센서들을 활용하여 타겟 신호를 설정하기 위한 다양한 신호들을 활용할 수 있는 등, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

본 발명은 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 자동차의 알피엠(RPM), 속력 및 로드(LOAD) 신호를 실시간으로 입력받아 차량의 주행조건에 따른 엔진음 출력 뿐만 아니라, 사용자의 기호에 맞는 차종별 음질의 재생이 가능하도록 하여 저소음의 연료전지 자동차 운전자들의 감성적인 부분을 만족시킴과 동시에 보행자 사고를 예방할 수 있는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 구성도.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예를 나타낸 구성도.

도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 센서부 12 : 타코 센서

14 : VAF 센서 16 : 속도 센서

20 : 음향 발생기 30 : 능동 제어부

32 : 에러 센서 34 : 적응 필터

40 : 증폭기 50 : 스피커

100 : 음향 재생 시스템

Claims (6)

1. 차량의 주행 상태를 실시간으로 측정하기 위하여 엔진의 분당 회전수(RPM)를 측정하기 위한 타코(Tacho) 센서와, 엔진의 로드(load)를 측정하기 위한 VAF(Volume Airflow) 센서와, 차량의 주행 속도를 측정하기 위한 속도 센서를 포함하여 구성되는 센서부와;

   상기 센서부에서 측정된 신호를 입력받아 입력받은 신호에 따른 음향을 발생시키되 다양한 차종의 전달함수가 저장되어 있는 음향 발생기와;

   상기 음향 발생기에서 발생된 음향을 증폭시키는 증폭기와;

   상기 증폭기에서 증폭된 음향을 차량의 내,외부로 재생시키는 스피커와;

   센서부를 통해 입력된 신호에 따른 음향과 음향발생기를 통해 발생되는 실제 음향과의 차이를 측정하는 마이크로폰으로 이루어지는 에러 센서와, 상기 에러 센서로부터의 신호를 받아들여 센서부를 통해 입력된 신호에 따른 음향이 발생되도록 조절하는 적응 필터로 구성되어 상기 음향 발생기를 통해 발생되는 음향 또는 음질에 대한 피드백(feedback)을 할 수 있도록 하는 능동제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 음향 재생 시스템.
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