KR101856935B1 - 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법 Download PDF

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조은수
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량 속도에 대응하는 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생할 수 있는 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법을 제안한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법에 의하면, 차량의 속도 변화에 따라 음원의 주파수를 지수적으로 변경시켜 가상 엔진음을 출력함으로써 복수의 음원을 사용하여도 차량 속도에 대응하는 해당 주파수 대역의 음원이 단절되지 않고 오버랩시킬 수 있다. 이에 따라 차량 속도에 따라 복수의 음원이 오버랩되는 구간의 음량을 보정하여 차량 속도에 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생함으로써 보행자로 하여금 차량의 접근을 보다 확실하게 인식할 수 있도록 한다.

Description

차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법{VIRTUAL ENGINE SOUND OUTPUT APPARATUS OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 또는 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)와 같은 전기 차량은, 가솔린이나 디젤 등의 엔진에 전기 모터를 결합하고, 주행 조건에 따라 두 동력원(전기 모터 또는 엔진)이 각각의 특성을 발휘할 수 있는 영역에서 작동하게 함으로써 배기 가스의 절감과 함께 연료 소비 효율을 개선할 수 있는 친환경 차량이다.
이러한 전기 차량은 저속 주행 시에 전기 모터를 동력원으로 사용하여 엔진음을 발생시키지 않으므로, 차량 소음이 매우 낮은 저소음 상태가 됨에 따라 보행자(특히, 시각 장애인)가 차량의 접근을 미처 인식하지 못하여 안전 사고가 발생될 우려가 있다.
이를 개선하고자, 가상의 엔진음 즉, 보행자 보호음을 출력하여 보행자(시각 장애인, 노약자 또는 저 청력자 등)로 하여금 차량의 접근을 쉽게 인식할 수 있게 하는 가상 엔진 사운드 시스템(VESS: Virtual Engine Sound System)이 개발되었다.
그러나, 종래의 가상 엔진 사운드 시스템(VESS)은 차량의 속도 변화에 따라 음원의 주파수를 선형적으로 변경시켜 가상 엔진음을 출력하므로, 복수의 음원을 사용할 경우 차량 속도에 대응하는 해당 주파수 대역의 음원이 단절되어 차량 속도에 대응하는 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생하기 어렵다.
본 발명의 일 측면은, 차량의 속도 변화에 따라 음원의 주파수를 지수적으로 변경시켜 가상 엔진음을 출력함으로써 복수의 음원을 사용하여도 음원이 단절되지 않고 차량 속도에 대응하는 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생할 수 있는 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 차량의 속도 변화에 따라 음원의 주파수를 변경시키지 않고, 해당 주파수 대역의 음량을 보전하는 음원을 재생하여 음량을 보정할 수 있는 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 장치는, 차속에 따라 지수적으로 변경되는 주파수에 대한 복수의 음원을 저장하는 저장부; 차량 네트워크로부터 차속 정보를 전달받아 차속에 대응하는 복수의 음원 주파수를 저장부에서 검색하고, 검색된 복수의 음원 주파수에 대한 가상 엔진음을 출력하도록 제어하는 제어부; 제어부로부터 전달받은 가상 엔진음을 출력하는 출력부;를 포함한다.
저장부는, 차속의 변화에 따라 지수적으로 증가하는 주파수를 가지는 복수의 음원과, 복수의 음원 주파수에 대한 차속별 음량을 저장한다.
또한, 저장부는, 차속의 변화에 따라 복수의 음원 주파수가 지수적으로 변경되는 가상 엔진음을 매핑한 테이블을 저장한다.
제어부는, 차속의 변화에 따라 복수의 음원 주파수가 지수적으로 변경되도록 지수 증가 로직을 사용한다.
지수 증가 로직은, [수학식 1]에 의해 산출된다.
[수학식 1]
주파수(%) = (100 + α)V
[수학식 1]에서, V는 차속이고, α는 차속에 따른 주파수 증가폭을 나타낸다.
복수의 음원 주파수는, 차속의 증가에 따라 증가하는 형태로 변경된다.
제어부는, 차속에 대응하는 주파수를 가지는 복수의 음원을 오버랩하여 차속에 대응하는 음량을 보전한다.
또한, 제어부는, 복수의 음원이 오버랩되는 구간에 페이드 아웃 및 페이드 인 기능을 이용하여 차속에 대응하는 음량을 보정한다.
음원의 음량은, 차속의 증가에 따라 증가하는 형태로 설정된다.
저장부는, 차속의 변화에 따라 각 속도별로 필요한 만큼의 음량을 저장하고, 제어부는, 저장부에 각 속도별로 저장된 필요한 만큼의 음량을 보정하여 재생한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 장치는, 출력되는 가상 엔진음의 음량을 검출하는 마이크;를 더 포함하고, 제어부는, 마이크에서 검출된 음량을 전달받아 해당 주파수 대역의 음량을 추가적으로 재생시켜 음량을 보정한다.
제어부는, 해당 주파수 대역의 음량을 보전하기 위해 다른 주파수의 음원을 사용한다.
제어부는, 차량의 후진 시, 주파수 변동 없이 음원의 크기만 증가시킨다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 장치는, 차속에 따라 지수적으로 변경되는 주파수를 가지는 복수의 음원과, 복수의 음원 주파수에 대한 차속별 음량을 저장하는 저장부; 차량 네트워크로부터 차속 정보를 전달받아 차속에 대응하는 복수의 음원 주파수를 저장부에서 검색하고, 검색된 복수의 음원 주파수를 오버랩하여 차속에 대응하는 음량이 보전된 가상 엔진음을 출력하도록 제어하는 제어부; 제어부로부터 전달받은 가상 엔진음을 출력하는 출력부;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 장치는, 차속에 따라 지수적으로 변경되는 주파수를 가지는 복수의 음원과, 복수의 음원 주파수에 대한 차속별 음량을 저장하는 저장부; 차량 네트워크로부터 차속 정보를 전달받아 차속에 대응하는 복수의 음원을 저장부에서 검색하고, 검색된 복수의 음원이 오버랩되는 구간에 페이드 아웃 및 페이드 인 기능을 이용하여 차속에 대응하는 음량을 보정하는 제어부; 제어부의 제어에 따라 차속에 대응하는 가상 엔진음을 출력하는 출력부;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 방법은, 차량 네트워크로부터 차속 정보를 수신하고; 수신된 차속에 따라 지수적으로 변경되는 주파수를 가지는 복수의 음원을 검색하고; 검색된 복수의 음원이 오버랩되는 구간의 음량을 보정하고; 보정된 음량을 가지는 복수의 음원 주파수에 대한 가상 엔진음을 출력하는 것;을 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 방법은, 차량 네트워크로부터 차속 정보를 수신하고; 수신된 차속에 따라 지수적으로 변경되는 주파수를 가지는 복수의 음원을 저장부에서 검색하고; 검색된 복수의 음원이 오버랩되는 구간에 페이드 아웃 및 페이드 인 기능을 이용하여 차속에 대응하는 음량을 보정하고; 보정된 음량을 가지는 복수의 음원 주파수에 대한 가상 엔진음을 출력하는 것;을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법에 의하면, 차량의 속도 변화에 따라 음원의 주파수를 지수적으로 변경시켜 가상 엔진음을 출력함으로써 복수의 음원을 사용하여도 차량 속도에 대응하는 해당 주파수 대역의 음원이 단절되지 않고 오버랩시킬 수 있다. 이에 따라 차량 속도에 따라 복수의 음원이 오버랩되는 구간의 음량을 보정하여 차량 속도에 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생함으로써 보행자로 하여금 차량의 접근을 보다 확실하게 인식할 수 있도록 한다. 또한, 차량 속도가 증가하여도 주파수를 증가시키지 않고, 해당 주파수 대역의 음량을 보전하는 음원을 재생하여 음량을 보정함으로써 적절한 크기의 음량을 확보할 수 있는 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가상 엔진 사운드 시스템의 제어 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음원의 지수적 증가 그래프이다.
도 4는 복수의 음원을 사용하는 경우에 음원의 지수적 증가 테이블을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 지수 증가 로직을 모식화한 그래프이다.
도 6은 복수의 음원을 사용하는 경우에 음원의 선형적 증가 테이블을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 선형 증가 로직을 모식화한 그래프이다.
도 8은 음량 보전을 위해 주파수가 변경되지 않는 음원 재생 로직을 모식화한 제1그래프이다.
도 9는 음량 보전을 위해 주파수가 변경되지 않는 음원 재생 로직을 모식화한 제2그래프이다.도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 음원을 재생하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 음원의 재생 시, 음원이 오버랩되는 구성을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 음원 재생 시, 음원의 오버랩으로 음량 보전을 설명하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 가상 엔진 사운드 시스템에서 가상 엔진음을 생성하는 알고리즘을 도시한 동작 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 개시된 차량의 가상 엔진음 생성 장치 및 그 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 외관을 형성하는 본체(10), 차량(1)을 이동시키는 차륜(21, 22), 차륜(21, 22)을 회전시키는 구동 장치(24), 차량(1) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(14), 차량(1) 내부의 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 전면 유리(17), 운전자에게 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(18, 19)를 포함한다.
차륜(21, 22)은 차량의 전방에 마련되는 전륜(21), 차량의 후방에 마련되는 후륜(22)을 포함하며, 구동 장치(24)는 본체(10)가 전방 또는 후방으로 이동하도록 전륜(21) 또는 후륜(22)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 구동 장치(24)는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(engine) 또는 축전기(미도시)로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터(motor)를 채용할 수 있다.
도어(14)는 본체(10)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킨다.
전면 유리(17)는 본체(10)의 전방 상측에 마련되어 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 하는 것으로서, 윈드쉴드 글래스(windshield glass)라고도 한다.
또한, 사이드 미러(18, 19)는 본체(1)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드 미러(18) 및 우측에 마련되는 우측 사이드 미러(19)를 포함하며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.
이외에도 차량(1)은 후방의 장애물 내지 다른 차량을 감지하는 근접 센서, 강수 여부 및 강수량을 감지하는 레인 센서 등의 감지 장치를 포함할 수 있다.
근접 센서의 일 예로서, 차량의 측면 또는 후면에 감지 신호를 발신하고, 다른 차량 등의 장애물로부터 반사되는 반사 신호를 수신한다. 또한 수신된 반사 신호의 파형을 기초로 차량(1) 후방의 장애물의 존재 여부를 감지하고, 장애물의 위치를 검출할 수 있다. 이와 같은 근접 센서는 초음파를 발신하고, 장애물에 반사된 초음파를 이용하여 장애물까지의 거리를 검출하는 방식을 채용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 또는 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)와 같은 전기 차량을 적용 대상으로 하며, 동력원으로 엔진과 전기 모터를 사용한다.
이러한 차량(1)이 30kph 이하의 저속으로 주행하는 경우, 차량(1)에서 발생하는 소음이 매우 낮아지게 되므로, 보행자(특히, 시각 장애인)가 차량(1)의 접근 여부를 판단하기 어렵다.
이를 개선하고자, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 가상의 엔진음을 출력하여 보행자로 하여금 차량(1)의 접근을 쉽게 인식하게 하는 가상 엔진 사운드 시스템(100, VESS: Virtual Engine Sound System)을 설치한다.
최근에는 북미나 유럽 등에서 차량(1) 즉, 전기 차량에 가상 엔진음의 출력으로 보행자에게 차량(1)의 접근을 경고하는 가상 엔진 사운드 시스템(100)을 적용하는 법규 초안이 발행됨에 따라, 법규를 만족시키기 위한 규제 사항을 적용해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가상 엔진 사운드 시스템의 제어 구성도이다.
도 2에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 가상 엔진 사운드 시스템(100)은 통신부(102), 제어부(104), 저장부(106), 출력부(108), 스피커(110) 및 마이크(112)를 포함하여 구성된다.통신부(102)는 CAN(Controller Area Network)을 포함하는 통신 네트워크로부터 차량(1)의 속도 정보(이하, “차속 정보”라 한다)를 수신하여 제어부(104)에 전달한다. CAN 통신 네트워크는 B-CAN(Body CAN), M-CAN(Multimedia CAN), C-CAN(Chassis CAN), P-CAN 등 각 네트워크에 연결된 제어기들 간의 데이터 공유를 위해 게이트웨이를 사용할 수 있다.
통신부(102)는 경우에 따라 CAN 대신에 LIN(Local Interconnect Network), FlexRay, MOST(Media Oriented Systems Transport)와 같은 통신 네트워크를 이용하여 차속 정보를 수신할 수도 있다.
또한, 통신부(102)는 제어부(104)에 내장될 수도 있다.
제어부(104)는 가상 엔진 사운드 시스템(100)의 제반 동작을 제어하는 마이크로 프로세서로서, 가상 엔진 사운드 시스템(100) 내에 내장된 각종 모듈, 기기 등의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(104)는 가상 엔진 사운드 시스템(100)에 내장된 프로세서에 의해 동작될 수 있으며, 가상 엔진 사운드 시스템(100) 내에 내장된 각종 모듈, 기기 등을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 전술한 각 구성 요소의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(104)는 통신부(102)를 통해 CAN 신호를 수신하며, 수신된 CAN 신호로부터 차속 정보 및 엔진 회전 속도(RPM) 정보 등의 차량 정보를 추출한다.
또한, 제어부(104)는 지수 로직 알고리즘을 수행하여 차속의 변화에 따라 음원의 주파수가 지수적으로 변경되는 가상 엔진음을 출력할 수 있다. 이를 위해 제어부(104)는 차속에 대응하는 음원의 주파수를 검색하여 가상 엔진음의 주파수를 결정한다.
즉, 제어부(104)는 차속(차량의 속도)이 시속 0~30km 이내일 경우에 보행자의 안전을 위해 가상의 엔진음을 출력하는데, 이때 저장부(106)에 저장된 차속에 대응하는 음원의 주파수를 검색하여 가상 엔진음을 출력부(108)로 출력한다.
이때, 차속에 대응하는 음원의 지수적 증가 로직은 아래의 [수학식 1]에 의해 산출할 수 있다.
[수학식 1]
주파수(%) = (100 + α)V
[수학식 1]에서, V는 차속이고, α는 차속에 따른 주파수 증가폭을 나타낸다. α가 3%라고 가정할 때, 차속에 대해 지수적으로 증가하는 음원의 주파수는 도 3에 도시한 바와 같다.
또한, 제어부(104)는 복수의 음원(예를 들어, 음원1, 음원2, 음원3 …)을 을 사용하여 가상 엔진음을 출력할 수 있다. 차속에 따라 음원의 주파수가 지수적으로 변경됨에 따라 복수의 음원(예를 들어, 음원1, 음원2, 음원3 …)을 사용하여도 차속에 대응하는 해당 주파수 대역의 복수의 음원이 단절되지 않고 오버랩될 수 있다. 차속에 대해 지수적으로 증가하는 복수의 음원의 주파수에 대한 매핑 테이블은 도 4에 도시한 바와 같다.
또한, 제어부(104)는 차속에 따라 복수의 음원이 오버랩되는 구간의 음량을 보정할 수 있다. 예를 들어, 음원1에서 음원2로 변경되는 구간(C)에 페이드 아웃(Fade Put) 및 페이드 인(Fade In) 기능을 이용하여 음량을 보정함으로써 복수의 음원을 사용하여도 차속에 대응하는 음원의 음량을 맞출 수 있게 된다.
또한, 제어부(104)는 차속에 따라 음원의 주파수를 변경시키지 않고, 해당 주파수 대역의 음량을 보전하는 음원을 재생하여 음량을 보정할 수 있다. 즉, 제어부(104)는 저장부(106)에 각 속도별로 저장된 필요한 만큼의 음량을 보정하여 재생할 수 있다.
또한, 제어부(104)는 마이크(112)에서 검출된 음량을 전달받아 현재 음량 대비 부족한 음량을 실시간으로 분석하고, 해당 주파수 대역의 음량을 추가적으로 재생시켜 음량을 보정할 수 있다.
또한, 제어부(104)는 차량(1)의 후진 시에 지수 로직을 이용하여 음원의 주파수를 증가시키지 않고, 음원의 크기만 증가시킬 수 있다.
저장부(106)는 차속의 변화에 따라 지수적으로 증가하는 주파수를 가지는 복수의 음원(음원1, 음원2, 음원3 …)과, 복수의 음원(음원1, 음원2, 음원3 …) 주파수에 대한 차속별 음량을 가지는 가상 엔진음을 저장한다. 여기서, 가상 엔진음의 주파수는 속도의 증가 시에 보행자가 더 위협을 느낄 수 있도록 차속에 따라 증가하는 형태로 설정될 수 있다.
즉, 저장부(106)는 차속의 변화에 따라 복수의 음원의 주파수가 지수적으로 변경되는 가상 엔진음을 매핑한 테이블을 도 4에 도시한 바와 같이, 저장한다.
또한, 저장부(106)는 차속에 따라 각 속도별로 필요한 만큼의 음량을 미리 저장한다.
또한, 저장부(106)는 가상 엔진 사운드 시스템(100)의 동작에 필요한 각종 데이터를 저장한다. 즉, 저장부(106)는 인터페이스 구동에 필요한 운영 체제 또는 정보의 제공을 위해 필요한 각종 어플리케이션을 저장할 수 있다.
구체적으로, 저장부(106)는 가상 엔진 사운드 시스템(100)을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 가상 엔진 사운드 시스템(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 데이터, 가상 엔진 사운드 시스템(100)이 소정의 동작을 수행하는 중에 발생되는 동작 데이터 등을 저장할 수 있다.
이러한 저장부(106)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disc), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM: Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM: Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 중 적어도 하나의 저장 매체를 포함할 수 있다.
출력부(108)는 제어부(104)의 제어 신호에 따라 저장부(106)에서 검색된 음원의 주파수를 스피커(110)로 전달하여 스피커(110)를 통해 가상 엔진음을 출력한다. 이외에도, 출력부(108)는 디지털화된 전기적 신호를 아날로그화하는 디지털-아날로그 변환기(Digital-to-Analog Convertor: DAC), 디지털-아날로그 변환기에 의하여 아날로그화된 전기적 신호를 증폭하는 증폭기 등을 포함할 수 있다.
스피커(110)는 전기적 신호를 음향 신호로 변환하고, 변환된 음향 신호를 차량(1)의 외부로 출력하여 가상 엔진음을 발생한다.
마이크(112)는 스피커(110)의 전면에 설치되고, 스피커(110)에서 출력되는 가상 엔진음의 음량을 검출하여 제어부(104)에 전달한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음원의 지수적 증가 그래프이다.
도 3에서 보듯이, 차속이 증가할 때 음원의 주파수 대역은 지수적으로 증가하고 있음을 알 수 있다. 이러한 음원의 지수적 증가는 보행자로 하여금 차속의 변화 즉, 차량(1)의 접근을 보다 빠르고 정확하게 인식할 수 있도록 한다.
도 4는 복수의 음원을 사용하는 경우에 음원의 지수적 증가 테이블을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 지수 증가 로직을 모식화한 그래프이다.
도 4에서, 차속(kph)이 0, 2, 4, 6, 8 …로 순차적으로 증가할 때 음원의 주파수 증가폭(%)이 100%, 106.1%, 112.6%, 119.4%, 126.7% …로 지수적으로 증가하고 있음을 알 수 있다. 이러한 지수적 주파수 증가폭(%)은 복수의 음원(음원1, 음원2, 음원3 …)에서 동일한 주파수 증가폭(%)으로 변화하므로, 복수의 음원이 단절되지 않고 오버랩되어 차속에 적절하고도 다양한 음색을 가지는 가상 엔진음을 구현할 수 있게 된다.
이와 같이, 차속에 따라 지수적으로 증가하는 주파수 증가폭(%)을 도 5의 그래프에 도시하였다.
도 6은 복수의 음원을 사용하는 경우에 음원의 선형적 증가 테이블을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 선형 증가 로직을 모식화한 그래프이다.
도 6에서, 차속(kph)이 0, 2, 4, 6, 8 …로 순차적으로 증가할 때 음원의 주파수 증가폭(%)이 100%, 106%, 112%, (118%, 118.7%), (124%, 125.4%, 124%) …로 선형적으로 증가하고 있음을 알 수 있다. 이러한 선형적 주파수 증가폭(%)은 복수의 음원(음원1, 음원2, 음원3 …)에서 동일하지 않은 주파수 증가폭(%)으로 변화하므로, 복수의 음원(음원1, 음원2, 음원3 …)이 단절되어 차속에 적절한 사운드의 가상 엔진음을 구현할 수 없게 된다. 이와 같이, 차속에 따라 선형적으로 증가하는 주파수 증가폭(%)을 도 7의 그래프에 도시하였다.
도 8은 음량 보전을 위해 주파수가 변경되지 않는 음원 재생 로직을 모식화한 제1그래프이다.
현재, 북미 법규의 경우 일반 차량(1)의 외부 소음 정도의 음량 발생을 요구하고 있으며, 1/3 옥타브 밴드별로 음량에 제약이 있다.
따라서, 주파수 변동(pitch shift)할 경우에는 음량 확보에 어려움이 있어 음량 보전을 위한 레이어가 필요하다.
도 8에는, 차량(1)의 속도(V)에 따라 주파수가 변동하는 중심 음원과, 주파수 변경없는 레이어가 도시되어 있다.
주파수 변경없는 레이어는 속도(V)가 증가하여도 주파수를 증가시키지 않고, 해당 주파수 대역의 음량을 보전하는 음원을 재생하여 음량을 보정하고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 음량 보전을 수행하는 것은, 특정 주파수의 경우에 음량의 크기를 만족시킬 수 없기 때문이다. 따라서, 음량 보전을 위해 추가되는 음은 차량(1)의 속도에 따라 정해진 주파수와는 다른 주파수를 사용하여 음량을 보정할 수 있다.
도 9는 음량 보전을 위해 주파수가 변경되지 않는 음원 재생 로직을 모식화한 제2그래프이다.
도 9를 살펴 보면, 속도(V)가 증가하여도 주파수 변경이 없는 레이어가 각 주파수별로 도시되어 있다.
이는, 각 주파수 대역마다 주파수 변경 없는 레이어를 배치하여 음량만 보전하는 것이다.
따라서, 제어부(104)는 각 속도별로 저장부(106)에 저장된 필요한 만큼의 음량을 조정하여 재생할 수 있게 된다.
그리고, 제어부(104)는 마이크(112)에서 검출된 음량을 실시간으로 파악하여 현재 음량 대비 부족한 음량을 실시간으로 분석하고, 해당 주파수 대역의 음량을 추가적으로 재생시켜 음량을 보정할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 음원을 재생하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 10에서, 복수의 음원(예를 들어, 음원1, 음원2)을 이용하여 가상 엔진음을 생성할 때에, 복수의 음원(음원1, 음원2)이 변경되는 구간 또는 차량(1)의 속도 A에서 복수의 음원(음원1 및 음원2)의 주파수는 동일하게 설정된다.
구체적으로 설명하면, 음원1과 음원2가 변경되는 구간을 속도 A라고 가정한다.
이때, 음원1은 차속(V)에 따라 주파수 100%(예를 들어, 100Hz)를 가지고, 설정된 주파수 증가폭(α)만큼 주파수가 변경될 수 있다.
그리고, 음원2는 차속(A)에 따라 주파수 100%를 가지되, 음원2는 음원1의 차속(V)에 따라 주파수 100%에 설정된 주파수 증가폭(α)을 더한 주파수부터 생성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 음원의 재생 시, 음원이 오버랩되는 구성을 설명하는 도면으로, 복수의 음원(음원1, 음원2)을 사용하여 가상 엔진음을 생성할 때에 음원이 단절되지 않도록 하는 것이다.
도 11에서, 복수의 음원(음원1, 음원2)이 변경되는 구간(C)의 주파수는 동일하게 설정되고, 복수의 음원(음원1, 음원2)이 변경되는 구간(C)에 페이드 아웃(Fade Out) 및 페이드 인(Fade In) 기능을 이용하여 음량을 보정함으로써 주파수 100%의 음량을 발생시킬 수 있다.
구체적으로 설명하면, 음원1과 음원2가 변경되는 구간을 속도 A라고 가정한다.
음원1과 음원2가 변경되는 구간(음원1과 음원2가 오버랩되는 구간)을 더 자세하게 보면, 음원1에서 음원2로 변경되는 구간(C)의 속도를 속도 A-B, 속도 A 및 속도 A+B로 분류할 수 있다.
먼저, 속도 A-B에서 음원1은 100% 음량이 발생되고, 음원2는 무음이다. 즉, 음원1은 속도 A-B에서 속도 A+B로 갈수록 음량이 점점 줄어드는 페이드 아웃(Fade Out)이 된다.
또한, 속도 A+B에서 음원1은 무음이고, 음원2는 100% 음량이 발생된다. 즉, 음원2는 속도 A-B에서 속도 A+B로 갈수록 음량이 점점 늘어나는 페이드 인(Fade In)이 된다.
또한, 속도 A에서 음원1은 음량이 일부 감소하고, 음원2는 음량이 일부 증가하여 음원1의 감소 및 음원2의 증가에 따른 주파수가 100%되는 음량이 발생된다.
이와 같이, 가상 엔진 사운드 시스템(100)은 복수의 음원(음원1, 음원2)이 변경되는 구간을 세분화하여 음량을 보정함으로써, 차속에 따라 복수의 음원(음원1, 음원2)이 변경되더라도 자연스럽게 음원들(음원1, 음원2)이 연결되고, 음원들(음원1, 음원2)은 주파수 100%가 발생되어 보행자가 자연스럽게 복수의 음원(음원1, 음원2)이 포함된 가상 엔진음을 듣고 차량(1)의 접근을 보다 확실하게 인식하게 됨으로써 보행자의 사고 발생 가능성을 줄일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 음원 재생 시, 음원의 오버랩으로 음량 보전을 설명하는 그래프이다.
도 12에서, X축은 속도를 나타내고, Y축은 주파수를 나타낸다.
복수의 음원(음원1, 음원2) 재생 시에 음량의 보전을 위하여 X축의 속도를 속도 A-B 구간, 속도 A 구간 및 속도 A+B 구간으로 분류하고, 음원1과 음원2의 음량 대역이 A-B 구간부터 속도 A+B 구간까지 서로 중첩(오버랩)되도록 형성된다.
따라서, 음원1과 음원2가 오버랩되어 있고, 복수의 음원(음원1, 음원2)의 주파수가 페이드 아웃(Fade Out) 및 페이드 인(Fade In) 됨으로써 복수의 음원(음원1, 음원2)이 재생되어도 음원들이 단절되지 않고 자연스럽게 오버랩되어 차속에 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 가상 엔진음 생성 방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 가상 엔진 사운드 시스템에서 가상 엔진음을 생성하는 알고리즘을 도시한 동작 순서도이다.
도 13에서, 제어부(104)는 통신부(102)를 통해 CAN 신호를 수신하며, 수신된 CAN 신호로부터 차속 정보 및 엔진 회전 속도(RPM) 정보 등의 차량 정보를 추출한다(200).
그리고, 제어부(104)는 차속의 변화에 따라 음원의 주파수를 저장부(106)에서 검색하여 변경시킨다(202).
저장부(106)에는 차속의 변화에 따라 지수적으로 증가하는 복수의 음원(음원1, 음원2, 음원3 …)의 주파수가 저장되어 있으며, 음원의 주파수는 아래의 [수학식 1]에 기재된 지수 로직 알고리즘을 수행하여 산출할 수 있다.
[수학식 1]
주파수(%) = (100 + α)V
여기서, V는 차속이고, α는 차속에 따른 주파수 증가폭을 나타낸다.
이어서, 제어부(104)는 복수의 음원(음원1, 음원2)이 오버랩되는 구간의 음량을 보정한다(204).
즉, 복수의 음원(음원1, 음원2)이 변경되는 구간을 세분화하여 음원1에서 음원2로 변경되는 구간(C)에 페이드 아웃(Fade Put) 및 페이드 인(Fade In) 기능을 이용하여 음량을 보정함으로써 복수의 음원(음원1, 음원2)을 사용하여도 음원들(음원1, 음원2)이 자연스럽게 연결되어 차속에 대응하는 음원의 음량을 보전할 수 있게 된다(도 9 및 도 10 참조).
따라서, 제어부(104)는 차속에 대응하는 적절한 사운드의 음원과 음량을 재생하여 가상 엔진음을 스피커(110)를 통해 차량(1)의 외부로 출력한다(206).
본 발명의 일 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 차량 24 : 구동 장치
100 : 가상 엔진 사운드 시스템 102 : 통신부
104 : 제어부 106 : 저장부
108 : 출력부 110 : 스피커
112 : 마이크

Claims (23)

  1. 차속의 변화에 따라 지수적으로 증가하는 주파수를 가지는 복수의 음원과, 복수의 음원 주파수에 대한 차속별 음량을 저장하는 저장부;
    차량 네트워크로부터 차속 정보를 전달받아 상기 차속에 대응하는 상기 복수의 음원 주파수를 상기 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 복수의 음원 주파수에 대한 가상 엔진음을 출력하도록 제어하는 제어부;
    상기 제어부로부터 전달받은 상기 가상 엔진음을 출력하는 출력부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 음원의 주파수가 각각 동일한 증가폭으로 지수적 증가되도록 제어하고, 상기 차속의 변화에 따라 음원의 주파수를 변경시키지 않고, 해당 주파수 대역의 음량을 보전하는 음원을 재생하되,
    특정 주파수 대역마다 주파수 변경이 없는 레이어를 배치하여 음량을 보전하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저장부는,
    상기 차속의 변화에 따라 상기 복수의 음원 주파수가 지수적으로 변경되는 가상 엔진음을 매핑한 테이블을 저장하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차속의 변화에 따라 상기 복수의 음원 주파수가 지수적으로 변경되도록 지수 증가 로직을 사용하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지수 증가 로직은,
    [수학식 1]에 의해 산출되는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
    [수학식 1]
    주파수(%) = (100 + α)V
    [수학식 1]에서, V는 차속이고, α는 차속에 따른 주파수 증가폭을 나타낸다.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차속에 대응하는 주파수를 가지는 상기 복수의 음원을 오버랩하여 상기 차속에 대응하는 음량을 보전하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 음원이 오버랩되는 구간에 페이드 아웃 및 페이드 인 기능을 이용하여 상기 차속에 대응하는 상기 음량을 보정하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 음원의 음량은,
    상기 차속의 증가에 따라 증가하는 형태로 설정되는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저장부는,
    상기 차속의 변화에 따라 각 속도별로 필요한 만큼의 음량을 저장하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저장부에 각 속도별로 저장된 필요한 만큼의 음량을 보정하여 재생하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 출력되는 가상 엔진음의 음량을 검출하는 마이크;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 마이크에서 검출된 음량을 전달받아 해당 주파수 대역의 음량을 추가적으로 재생시켜 음량을 보정하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 해당 주파수 대역의 음량을 보전하기 위해 다른 주파수의 음원을 사용하는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량의 후진 시, 주파수 변동 없이 음원의 크기만 증가시키는 차량의 가상 엔진음 생성 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 차량 네트워크로부터 차속 정보를 수신하고;
    차속의 변화에 따라 지수적으로 증가하는 주파수를 가지는 복수의 음원과, 복수의 음원 주파수에 대한 차속별 음량을 저장하고;
    상기 수신된 차속에 따라 지수적으로 증가하는 주파수를 가지는 복수의 음원을 검색하고;
    상기 검색된 복수의 음원이 오버랩되는 구간의 음량을 보정하고;
    상기 보정된 음량을 가지는 상기 복수의 음원 주파수에 대한 가상 엔진음을 출력하는 것;을 포함하고,
    상기 복수의 음원의 주파수는 각각 동일한 증가폭으로 지수적 증가하도록 제어되고,
    상기 복수의 음원이 오버랩되는 구간의 음량을 보정하는 것은,
    특정 주파수 대역마다 주파수 변경이 없는 레이어를 배치하여 음량을 보전하는 것을 포함하는 차량의 가상 엔진음 생성 방법.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서,
    상기 차속의 변화에 따라 상기 복수의 음원 주파수가 지수적으로 변경되는 가상 엔진음을 매핑한 테이블을 저장하는 것;을 더 포함하는 차량의 가상 엔진음 생성 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 차속의 변화에 따라 상기 복수의 음원 주파수가 지수적으로 변경되도록 지수 증가 로직을 사용하는 것;을 더 포함하는 차량의 가상 엔진음 생성 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 지수 증가 로직은,
    [수학식 1]에 의해 산출되는 차량의 가상 엔진음 생성 방법.
    [수학식 1]
    주파수(%) = (100 + α)V
    [수학식 1]에서, V는 차속이고, α는 차속에 따른 주파수 증가폭을 나타낸다.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 음원이 오버랩되는 구간에 페이드 아웃 및 페이드 인 기능을 이용하여 상기 차속에 대응하는 상기 음량을 보정하는 것;을 더 포함하는 차량의 가상 엔진음 생성 방법.
  23. 삭제
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