KR102383461B1

KR102383461B1 - 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어방법 및 차량

Info

Publication number: KR102383461B1
Application number: KR1020170134561A
Authority: KR
Inventors: 이동철; 정인수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-04-06
Also published as: KR20190042912A; US10625671B2; US20190111839A1

Abstract

본 발명의 차량에 적용된 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어방법은 차량의 변속이벤트와 주행패턴에 따른 가상 엔진 RPM(Revolution Per Minute)으로 인공지능(20)에 의한 계기판(41)의 시각제어구현, 엔진(1-1)의 엔진진동신호를 가상 엔진 RPM에 기반으로 신호처리 제어기(10)에 의한 스피커(51)의 청각제어구현이 함께 이루어짐으로써 시청각의 시너지 효과로 시청각제어가 극대화되고, 특히 인공지능으로 조화된 시청각의 실시간 변화로 간결한 차량 동력성능 제어와 함께 빠른 응답에 대한 감(Feeling)이 운전자에게 제공되는 특징을 갖는다.

Description

인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어방법 및 차량{Engine Sound Color Control Method based on Engine Dynamic Characteristic with Artificial Intelligence and Vehicle thereof}

본 발명은 차량의 엔진음색 제어에 관한 것으로, 특히 엔진 고유의 동력특성이 적용되면서 인공지능(Artificial Intelligence)의 시청각 제어로 시청각 시너지 효과가 구현되는 엔진음색제어 차량에 관한 것이다.

최근 들어 차량 적용성이 확장되고 있는 차량의 엔진음색 제어기술은 청각과 시각을 통해 운전자의 운전 즐거움(이하, Fun to Drive) 향상과 차량 상품성을 높여 주는 한 방편으로 선호되고 있다.

상기 차량엔진음색 제어기술의 예로 가상음원 재생방식과 가상 RPM(Revolution Per Minute) 적용방식이 있다, 일례로 상기 가상음원 재생방식은 녹음된 가상 음원에 의한 실내 사운드 구현의 청각효과로 반면 상기 가상 RPM 적용방식은 엔진회전수(RPM)의 변화속도(예, Drop speed 및 Raise Speed)의 빠른 진행에 의한 빠른 응답 착각현상의 시각효과로 운전자의 Fun to Drive를 향상하여 준다.

이를 위해 상기 가상음원 재생방식은 녹음된 가상 음원과 이를 차량 주행중 발생하는 부하 변화 기준으로 음량 조절하는 엔진 사운드 이퀄라이저(Engine Sound Equalizer)를 필요로 하고, 상기 가상 RPM 적용방식은 엔진 회전수(RPM)를 가상적으로 빠르게 진행하는 클러스터(Cluster)(운전석 대시보드(Dash Board))의 제어를 필요로 한다.

국내공개특허 10-2017-0002973(2017.01.09)

하지만 차량엔진음색 제어기술은 가상음원 재생방식의 청각효과와 가상 RPM 적용방식의 시각효과의 조화 제어를 적용하지 않고, 특히 상기 가상음원 재생방식은 실내 사운드를 녹음된 가상음원으로 구현함으로써 차량의 실 주행에 맞춘 엔진 고유의 동력특성을 전혀 반영하지 못하고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 엔진회전수비례 청각 추출 음량을 이용한 실시간 음색제어와 함께 최적 시각 추출 가상 RPM을 이용한 변화속도 가시화제어가 엔진 진동신호에 기반되면서 주행패턴학습의 인공지능으로 구현됨으로써 시청각의 시너지 효과 극대화가 가능하고, 특히 인공지능으로 조화된 시청각의 실시간 변화로 간결한 차량 동력성능 제어와 함께 빠른 응답에 대한 감(Feeling)이 운전자에게 제공되는 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어방법 및 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진음색 제어방법은 계기판의 시각제어에 가상 엔진 RPM이 적용되고, 스피커의 청각제어에 엔진동특성이 적용되며, 상기 가상 엔진 RPM이 인공지능에 의한 변속이벤트와 주행패턴에 기반되는 반면 상기 엔진동특성이 신호처리 제어기에 의한 엔진진동신호에 기반되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 변속이벤트가 학습되어 가상 엔진 RPM 변화량이 검출되고, 상기 주행패턴이 실시간 판단되어 실내목표 사운드가 설정되며, 상기 가상 엔진 RPM 변화량과 상기 실내목표 사운드의 조합으로 상기 가상 엔진 RPM이 설정되고, 상기 가상 엔진 RPM 변화량은 상기 변속이벤트의 엔진 RPM 실측값에 기반되며, 상기 엔진 RPM 실측값은 변속패턴별 엔진 RPM 실측값과 가속패턴별 엔진 RPM 실측값으로 구분된다.

바람직한 실시예로서, 상기 청각제어는 사운드 구분으로 적어도 2가지 이상의 음색이 구현되고, 상기 사운드 구분은 상기 엔진진동신호에 상기 가상 엔진 RPM과 함께 기어단수와 액셀 폐달 위치를 조합하여 이루어지며, 상기 사운드 구분은 스위칭으로 생성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 청각제어에는 저주파 소음이 반영되고, 상기 저주파 소음의 반영은 상기 사운드 구분 후 이루어진다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 시각제어와 청각제어를 함께 구현하는 엔진음색 구현장치가 포함되고, 상기 엔진음색 구현장치는 엔진의 동작에 따른 엔진진동신호가 입력되는 신호처리 제어기, 변속이벤트 학습과 주행패턴 판단으로 가상 엔진 RPM을 설정하는 인공지능, 상기 엔진진동신호를 검출하여 상기 신호처리 제어기로 전송하는 차량탑재센서, 상기 가상 엔진 RPM으로 시각제어를 구현하는 시각 장치, 상기 가상 엔진 RPM을 상기 엔진진동신호와 조합하여 청각제어를 구현하는 청각 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 인공지능은 상기 변속이벤트의 학습으로 엔진 RPM 실측값에 기반된 가상 엔진 RPM 변화량을 검출하고, 상기 주행패턴의 실시간 판단으로 실내목표 사운드를 설정하며, 상기 가상 엔진 RPM 변화량과 상기 실내목표 사운드로 상기 가상 엔진 RPM이 설정되고, 상기 엔진 RPM 실측값을 변속패턴별 엔진 RPM 실측값과 가속패턴별 엔진 RPM 실측값으로 구분시켜준다.

바람직한 실시예로서, 상기 신호처리 제어기는 상기 청각제어에 상기 엔진진동신호에 상기 가상 엔진 RPM과 함께 기어단수와 액셀 폐달 위치를 조합하고, 상기 청각제어를 저주파 소음이 반영된 다이나믹 사운드와 고급감 사운드의 구분 방식으로 수행하며, 상기 신호처리 제어기는 스위칭으로 상기 다이나믹 사운드와 상기 고급감 사운드를 구분시키고, 상기 신호처리 제어기는 상기 저주파 소음을 PID 출력으로 반영시켜준다.

바람직한 실시예로서, 상기 차량탑재센서에는 상기 엔진진동신호를 검출하는 진동센서 또는 상기 엔진의 흡기압력이나 배기압력을 측정하는 압력센서가 포함된다.

바람직한 실시예로서, 상기 시각 장치는 계기판이고, 상기 청각 장치는 엔진룸 스피커 또는 실내 스피커 또는 오디오 스피커이다.

이러한 본 발명의 차량은 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반으로 엔진음색 제어가 구현됨으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 운전자가 가장 빠르게 느끼는 감각인 청각과 시각의 조화로운 제어를 통해 FUN to Drive가 크게 향상된다. 둘째, 엔진회전수비례 청각 추출 음량을 이용한 실시간 음색제어와 함께 최적 시각 추출 가상 RPM을 이용한 변화속도 가시화제어가 인공지능 학습모델에 기반됨으로써 시각적 효과 및 청각적 효과가 조화롭게 최적화된다. 셋째, 엔진의 동력성능을 대변하는 진동신호의 실시간 측정을 통해 음색제어에 필요한 엔진 오더성분추출(즉, 회전에 의해서 발생하는 성분)하고, 이로부터 산출된 목표음색을 엔진룸내 혹은 실내에서 스피커 등의 출력 장치로 청각효과를 구현한다. 넷째, 엔진 고유의 동력특성을 이용한 차량실내 음색제어로 기존의 가상 사운드 음원 한계를 극복하면서 엔진진동신호에 기반된 보다 실제적인 실내 사운드 구현이 이루어짐으로써 청각적 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 개선도 이루어진다. 다섯째, 주행모드별 운전자의 변속패턴 학습을 통한 최적의 가상 엔진 RPM이 클러스터에 표시됨으로써 엔진회전수의 변화속도의 빠른 진행에 의한 빠른 응답 착각현상의 시각효과가 극대화된다. 여섯째, 기존 가상음원 재생방식과 가상 RPM 적용방식의 한계성이 극복된 차량엔진음색 제어기술로 차량 상품성이 크게 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진음색 제어방법이 구현되는 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 인공지능 시스템 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량의 시각효과 구현을 위한 시스템 연계 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 차량의 변속 및 가속 신호시 진동신호에 기반한 엔진동특성으로 음색/음량 제어되는 청각효과 구현을 위한 시스템 연계 상태이며, 도 6은 본 발명에 따른 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어의 상세 순서도이고, 도 7은 본 발명에 따른 시각효과 선도의 예이며, 도 8은 본 발명에 따른 청각효과 구현을 위한 차량의 엔진동특성이 진동신호에 기반되어 생성되는 상태이고, 도 9는 본 발명에 따른 청각효과 선도의 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 엔진음색 제어방법은 S1의 엔진 시동 ON과 S2의 엔진 시동 OFF 사이에서 S10의 인공지능 제어모드를 기반으로 하여 S20의 시각효과 실행모드와 함께 S30의 엔진동특성 반영모드를 적용한 S40의 청각효과 실행모드가 구현됨으로써 시청각의 시너지 효과를 극대화 한 차량 음색제어기술이 실시간으로 구현된다.

특히 상기 엔진음색 제어방법은 인공지능을 기반으로 하고, 상기 인공지능은 운전자의 주행패턴 학습, 변속 이벤트별로 차량 음색제어에 필요한 엔진 회전수 정보의 구분으로 시각 감각이 최적화되는 가상의 엔진회전수인 가상 엔진 RPM(Revolution Per Minute) 정보 추출, 엔진의 동력성능을 대표하는 진동 신호중 차량 실내 음색에 주요 인자인 엔진 오더성분의 실시간 추출, 학습 및 추출값을 이용한 음색 제어와 함께 엔진 회전수에 비례하는 음량 제어로 시각적 효과와 청각적 효과의 시너지 효과를 극대화함에 그 특징이 있다.

도 2를 참조하면, 차량(1)은 내연기관으로 차량 동력을 발생시키는 엔진(1-1)과 함께 신호처리 제어기(10), 인공지능(20), 차량탑재센서(30), 시각 장치(40) 및 청각 장치(50)로 구성된 엔진음색 구현장치를 포함한다.

일례로 상기 신호처리 제어기(10)와 상기 인공지능(20), 상기 차량탑재센서(30), 상기 시각 장치(40) 및 상기 청각 장치(50)는 하기와 같다.

상기 신호처리 제어기(10)는 차량탑재센서(30)의 검출 신호를 입력데이터로 처리하여 엔진(1-1)을 제어하고, 엔진음색제어 맵(10-1)을 갖추고 인공지능(20)과 연계되어 시각 장치(40) 및 청각 장치(50)를 제어한다. 이를 위해 상기 신호처리 제어기(10)는 CAN DB 정보 송수신 및 가상 엔진 RPM 제어를 위한 신호처리를 수행하고, 빠른 변속감을 위한 가상 엔진 RPM 정보 계산하며, 시청각정보 제어신호를 출력한다. 상기 엔진음색제어 맵(10-1)은 가상 엔진 RPM의 계산값과 목표값에 대한 시각 매칭선도와 청각 매칭선도를 각각 구비하여 신호처리 제어기(10)로 제공한다.

상기 인공지능(20)은 인공지능 처리를 위한 인공지능 알고리즘이 딥러닝 학습(머신러닝)기반으로 적용되고, 신호처리 제어기(10)와 시각 장치(40) 및 청각 장치(50)에 대한 제어 데이터 입출력을 수행한다.

상기 차량탑재센서(30)는 엔진(1-1)의 동작 검출과 변속패턴 검출을 위한 기본탑재센서와 함께 진동센서(31) 또는 압력센서(33)로 구성된다. 상기 진동센서(31)는 가속도계나 마이크로폰진동계와 같은 엔진진동신호 측정 장치이고, 상기 압력센서(33)는 흡기계나 배기계와 같은 흡기압력이나 배기압력 측정 장치이며, 청각장치(50)를 가상 엔진 RPM 변화량이 고려된 엔진진동 기반 사운드로 제어하기 위해 사용된다.

상기 시각 장치(40)는 CAN DB 정보 송수신이 이루어지고 빠른 변속감을 위한 가상 엔진 RPM 정보 송수신 및 계산값 디스플레이가 이루어지며, 계기판(41)을 이용하여 시각화가 이루어진다. 상기 청각 장치(50)는 가상 엔진 RPM 변화량 고려한 엔진진동 기반 사운드를 출력하며, 소리가 발생되는 스피커(51) 또는 ESG(Electrically Suspended Gyro)(53)를 적용하여 청각화가 이루어진다. 특히 상기 스피커(51)는 엔진룸 스피커나 실내 스피커 및 오디오 스피커 등을 적용한다.

한편 도 3 내지 도 5는 시각제어와 청각제어를 구현하는 신호처리 제어기(10), 인공지능(20), 차량탑재센서(30), 시각 장치(40) 및 청각 장치(50)의 시스템 구성으로 시각제어와 청각제어를 함께 구현하는 예를 나타낸다.

도 3의 인공지능(20)을 참조하면, 상기 인공지능(20)은 주행모드 판단에 따른 변속패턴을 결정하면서 변속이벤트 조건으로 가상 엔진 RPM 변화량을 제어하는 시각제어 및 가속주행 조건 진동신호로 가속감 사운드 제어와 함께 변속이벤트 조건시 가상 엔진 RPM 변화량에 의한 사운드를 제어하는 청각제어에 관여 한다. 이를 위해 상기 인공지능(20)은 신호처리 제어기(10)와 차량탑재센서(30) 및 시각 장치(40) 및 청각 장치(50)와 송수신하고, 입력 DB(21)와 로직 프로세서(23) 및 출력 DB(25)로 구성되어 시각장치(40)에 대한 가상 엔진 RPM 송수신과 청각장치(50)에 대해 가상 엔진 RPM 기반의 진동신호로 사운드 제어량을 결정한다. 특히 상기 인공지능(20)은 AD(Analog to Digital)/DA(Digital to Analog) 제어 보드를 시청각 제어를 위한 제어 데이터 입출력 수단으로 더 구비할 수 있다. 또한 상기 입력 DB(21)와 상기 출력 DB(25)는 엔진음색제어 맵(10-1)으로 구성될 수 있다.

일례로 상기 입력 DB(21)는 신호처리 제어기(10)와 차량탑재센서(30) 및 시각 장치(40) 및 청각 장치(50)와 송수신하고, 진동신호기반 사운드 제어 전달계 특성 데이터와 주행모드별 변속패턴 데이터, 가상 엔진 RPM 변화량 패턴 데이터 및 실내 마이크로폰 소음 데이터의 빅 데이터를 DB(data base)로 구비하며, 로직 프로세서(23)와 송수신한다. 상기 로직 프로세서(23)는 딥러닝 학습(머신러닝) 기반 인공지능 알고리즘으로 인공지능 처리를 수행한다. 상기 출력 DB(25)는 동력성능 고려된 가상 엔진 RPM 선정 데이터와 청감효과 고려된 목표제어 음색/음압(음량) 선정 데이터를 DB(data base)로 구비한다.

도 4의 시각제어 시스템 구성을 참조하면, 상기 인공지능(20)은 신호처리 제어기(10) 및 시각 장치(40)에 연계되어 S20의 시각효과 실행모드를 수행함으로서 계기판(41)을 통해 시각효과가 구현된다.

도시된 바와 같이, 상기 인공지능(20)은 가상 엔진 RPM 설정값(예, 도 6의 S16 단계)을 계산된 목표 가상 엔진 RPM 설정값으로 신호처리 제어기(10)로 전송하고, 상기 신호처리 제어기(10)는 엔진음색제어 맵(10-1)의 가상 엔진 RPM 변화량 목표값에 가상 엔진 RPM 설정값을 매칭하여 계기판(41)으로 가상 엔진 RPM 명령을 출력한다. 그러면 상기 계기판(41)은 가상 엔진 RPM에 맞춘 시각화 이미지를 표현한다. 특히 상기 신호처리 제어기(10)는 계기판(41)과 송수신을 유지하면서 가상 엔진 RPM 명령을 출력하고, 인공지능(20)은 입력 DB(21)를 통해 계기판(41)의 실제 엔진 RPM 정보를 수집하여 가상 엔진 RPM 설정값의 계산에 적용하여 준다.

도 5의 음량제어를 위한 청각제어 시스템 구성을 참조하면, 상기 인공지능(20)은 신호처리 제어기(10) 및 청각 장치(50)에 연계되어 S40의 청각효과 실행모드를 수행함으로서 스피커(51)를 통해 청각효과가 구현된다.

도시된 바와 같이, 상기 신호처리 제어기(10)는 계기판(41)으로 출력된 인공지능(20)의 가상 엔진 RPM 출력값(즉, S10-1 단계)을 인공지능(20)의 출력 DB(25)와 연계함으로써 스피커(51)의 사운드 출력을 가속조건 사운드와 변속조건 사운드로 구분한다. 이 경우 상기 가속조건 사운드는 기어단수(S32 단계)에 상기 변속조건 사운드는 액셀 폐달 위치(S33 단계)에 각각 기반하며, 다이나믹 사운드나 스포츠 사운드나 경쾌한 사운드의 재생에 적용된다.

한편 도 6은 인공지능 기반 엔진음색 제어 방법의 상세 구현도로서, 이를 도 7 내지 도 9를 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 신호처리 제어기(10)와 인공지능(20)이고, 제어 대상은 시각 장치(40)와 청각 장치(50)이다.

S10의 인공지능 제어모드는 S11-1의 변속이벤트학습단계와 S11-2의 주행패턴학습단계로 구분되고, 이는 인공지능(20)의 로직 프로세서(23)가 입력 DB(21)의 구축 데이터와 함께 차량 탑재센서(30)의 검출값을 적용하여 수행한다.

S11-1의 변속이벤트학습단계는 S12A의 변속패턴별 엔진 RPM 실측값 수집단계와 S12B의 가속패턴별 엔진 RPM 실측값 수집단계에 이어진 S13의 변속/가속패턴별 시각효과 최적화를 위한 가상 엔진 RPM 변화량 학습 진행 단계로 수행된다. 그 결과 인공지능(20)은 S11-1의 변속이벤트학습단계를 통해 로직 프로세서(23)에서 가상 엔진 RPM 변화량 학습이 이루어지고, 학습된 가상 엔진 RPM 변화량은 출력 DB(25)를 통해 S16의 가상 엔진 RPM으로 제공된다.

S11-2의 주행패턴학습단계는 S14의 주행패턴 실시간 판단 단계, S15의 실내 목표 사운드 설정 단계, S16의 가상 엔진 RPM 적용 단계로 수행된다. 이 경우 인공지능(20)의 로직 프로세서(23)는 실시간 주행패턴에 기반하여 설정된 실내 목표 사운드와 S13의 학습된 가상 엔진 RPM 변화량으로 S16의 가상 엔진 RPM 설정값을 계산한다. 그 결과 인공지능(20)은 출력 DB(25)를 통해 가상 엔진 RPM 설정값을 신호처리 제어기(10)로 출력하여 S20의 시각효과 실행모드를 수행한다. 또한 인공지능(20)은 출력 DB(25)를 통한 가상 엔진 RPM 설정값을 S10-1의 시각효과 최적화 기반 청각효과 최적화 제어 인자로 S30의 엔진동특성 반영모드에 반영되도록 신호처리 제어기(10)로 전송하여 S40의 청각효과 실행모드를 수행한다.

도 7은 계기판(41)에서 가상 엔진 RPM으로 구현되는 시각 표현선도(43)가 기어 업 시프트 변속패턴과 기어 킥 다운 시프트 변속패턴으로 표현된 예를 나타낸다. 이 경우 실선은 시각효과 미적용의 실측 엔진 회전수를 파선은 시각효과 적용의 가상 엔진 회전수로서, 상기 기어 업 시프트 변속패턴의 저단기어에서 고단기어 변화 및 상기 기어 킥 다운 시프트 변속패턴의 고단기어에서 저단기어 변화에서 다이나믹하면서 빠른 RPM 게이지 변경에 의한 민첩감으로 모두 시각적 효과가 극대화됨을 알 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, S40의 청각효과 실행모드는 S30의 엔진동특성 반영모드를 적용하여 실행됨으로써 시각제어부에서 인공지능 기반 생성된 가상 RPM이 변속이벤트 기반 빠른 RPM 게이지 변경과 어울리는 청각제어가 엔진룸내 외부스피커 혹은 차량실내 스피커로 구현된다.

S30의 엔진동특성 반영모드는 S31의 엔진회전수, S32의 기어단수, S33의 액셀 폐달 위치, S34의 진동센서 신호의 각각을 검출하는 센서 신호 검출 단계로 구현된다. S31의 엔진회전수는 S16의 가상 엔진 RPM이고, S32의 기어단수는 변속단으로 차량(1)의 변속상태에 적용되는 검출 값이며, S33의 액셀 폐달 위치는 액셀 폐달 눌림량(예, Accelerator Position Scope)으로 차량(1)의 가속상태판단에 적용되는 검출 값이다. 이 경우 상기 액셀 폐달 위치는 액셀 폐달 포지션 센서로 상기 기어단수는 인하비터스위치로 각각 검출한다. S34의 진동센서 신호는 엔진(1-1)의 동작에 따른 엔진 진동으로 진동센서(31)(또는 압력센서(33))의 검출값이다.

도 8을 참조하면, 차량탑재센서(30)의 진동센서(31) 또는 압력센서(33)는 엔진(1-1)의 엔진동특성을 진동신호로 검출한다. 그러면 인공지능(20)은 신호처리 제어기(10)와 연계로 진동신호와 연계된 음색과 음량을 참조하여 가상 엔진 RPM 변화량에 기반한 스피커(41)의 출력 사운드를 발생시킴으로써 엔진진동이 고려된 시각적 효과를 구현한다.

S40의 청각효과 실행모드는 S41의 사운드 디자인 계산, S42의 사운드 선택, S43의 사운드 증폭의 사운드 감성 선정 단계, S45의 저주파 실내 소음 검출, S46의 타켓/측정 음압 비교, S47의 PID 출력의 실내 소음 조정 단계, S49의 사운드 재생 단계로 구현된다.

구체적으로 상기 청각효과 실행모드의 각 단계는 인공지능(20)과 연계되어 신호처리 제어기(10)에서 수행되고, 상기 신호처리 제어기(10)는 사운드 감성 선정 단계 수행을 위한 사운드 계산부(S41 수행), 스위치(S42 수행), 증폭기(S43 수행) 및 실내 소음 조정 단계 수행을 위한 소음처리기(S45 수행), 음압비교기(S46 수행), PID 제어기(S47 수행)로 구분된다. 반면 S49의 사운드 재생 단계는 스피커(51)로 구현된다.

S41의 사운드 디자인 계산 단계에서, 사운드 계산부는 가상 엔진 RPM을 엔진회전수하고, 기어단수를 이용한 변속판단과 액셀 페달 위치를 이용한 가속판단을 하며, 진동신호를 이용하여 엔진의 동력성능을 대표하는 진동 신호중 차량 실내 음색에 주요 인자인 엔진 오더성분을 실시간 추출한 후 엔진음색제어 맵(10-1)의 데이터와 매칭하여 다이나믹 사운드와 고급감 사운드에 적합한 가상 엔진 음색을 각각 계산하거나 선택한다. S42의 사운드 선택 단계에서, 스위치는 사운드 계산부의 다이나믹 사운드나 고급감 사운드를 출력한다. S43의 사운드 증폭 단계에서, 증폭기는 엔진회전수와 액셀 페달 위치를 참조하여 다이나믹 사운드 또는 고급감 사운드를 증폭하여 준다.

S45의 저주파 실내 소음 검출 단계에서, 소음처리기는 엔진회전수와 액셀 페달 위치 및 진동신호로부터 소음성분의 저주파를 검출하면서 스피커(51)의 피드백된 에러 마이크로 폰 소음과 함께 저주파 소음을 검출한다. S46의 타켓/측정 음압 비교 단계에서, 음압비교기는 소음처리기에서 출력된 저주파 소음을 측정음압으로 하여 타깃음압과 비교한 후 타깃음압이 측정음압과 같지 않거나 작은 경우 타깃음압 신호를 PID 제어기로 출력한다. S47의 PID 출력 단계에서, PID 제어기는 음압비교기의 타깃음압 신호를 받아 S43의 증폭기에서 나온 다이나믹 사운드 또는 고급감 사운드를 타깃음압으로 조정하여 준다. 이 경우 상기 타깃음압은 Proportinal(비례)/Integral(적분)/Differential(미분) 중 하나로 출력되거나 또는 PID로 출력될 수 있다.

S49의 사운드 재생 단계에서, 스피커(51)는 타깃음압을 적용하지 않거나 적용한 다이나믹 사운드 또는 고급감 사운드를 재생함으로써 계기판(41)의 시각적 효과와 함께 음색 및 음량 제어에 의한 청각적 효과로 시청각 시너지가 구현된다.

도 9는 스피커(51)에서 다이나믹 사운드 또는 고급감 사운드로 구현되는 청각 표현선도(55)가 기어 업 시프트 변속패턴과 기어 킥 다운 시프트 변속패턴으로 표현된 예를 나타낸다. 이 경우 실선은 청각효과 미적용 엔진 사운드를 파선은 다이나믹 사운드 또는 고급감 사운드의 청각효과 적용 엔진 사운드로서, 저단기어에서 고단기어로 변화되는 기어 업 시프트 변속패턴에 따른 다이나믹한 음압(sound pressure) 및 고단기어에서 저단기어 변화되는 기어 킥 다운 시프트 변속패턴에 따른 다이나믹한 음압(sound pressure)으로부터 스포티하면서 경쾌한 사운드로 모두 청각적 효과가 극대화됨을 알 수 있다.

그 결과 엔진음색 제어는 계기판(41)의 시각적 효과와 스피커(51)의 청각적 효과가 인공지능이 기반된 엔진동력특성 반영으로 시너지 효과를 발생함으로써 운전자에게 시청각적 즐거움과 Fun To Drive를 제공한다. 특히 엔진음색 제어는 운전자 관점에서 민첩감 극대화의 시각적 효과로 빠른 변속감을 보여주면서 스포티하면서 경쾌한 사운드의 청각적 효과로 다이나믹 음색감을 즐길 수 있고, 차량성능관점에서 시청각의 시너지 효과로 차량(1)의 동력성능과 함께 감성품질을 향상할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량의 인공지능을 활용한 엔진동력특성 기반 엔진음색 제어방법은 차량의 변속이벤트와 주행패턴에 따른 가상 엔진 RPM(Revolution Per Minute)으로 인공지능(20)에 의한 계기판(41)의 시각제어구현, 엔진(1-1)의 엔진진동신호를 가상 엔진 RPM에 기반으로 신호처리 제어기(10)에 의한 스피커(51)의 청각제어구현이 함께 이루어짐으로써 시청각의 시너지 효과로 시청각제어가 극대화되고, 특히 인공지능으로 조화된 시청각의 실시간 변화로 간결한 차량 동력성능 제어와 함께 빠른 응답에 대한 감(Feeling)이 운전자에게 제공된다.

1 : 차량 1-1 : 엔진
10 : 신호처리 제어기 10-1 : 엔진음색제어 맵
20 : 인공지능 21 : 입력 DB
23 : 로직 프로세서 25 : 출력 DB
30 : 차량탑재센서 31 : 진동센서
33 : 압력센서 40 : 시각 장치
41 : 계기판 43 : 시각 표현선도
50 : 청각 장치 51 : 스피커
53 : ESG(Electrically Suspended Gyro)
55 : 청각 표현선도

Claims

계기판의 시각제어에 가상 엔진 RPM(Revolution Per Minute)이 적용되고, 스피커의 청각제어에 엔진동특성이 적용되며, 상기 가상 엔진 RPM이 인공지능에 의한 변속이벤트와 주행패턴에 기반되는 반면 상기 엔진동특성이 신호처리 제어기에 의한 엔진진동신호에 기반되는
것을 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 변속이벤트가 학습되어 가상 엔진 RPM 변화량이 검출되고, 상기 주행패턴이 실시간 판단되어 실내목표 사운드가 설정되며, 상기 가상 엔진 RPM 변화량과 상기 실내목표 사운드의 조합으로 상기 가상 엔진 RPM이 설정되는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 가상 엔진 RPM 변화량은 상기 변속이벤트의 엔진 RPM 실측값에 기반되는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 엔진 RPM 실측값은 변속패턴별 엔진 RPM 실측값과 가속패턴별 엔진 RPM 실측값으로 구분되는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 청각제어는 사운드 구분으로 적어도 2가지 이상의 음색이 구현되는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 사운드 구분은 상기 엔진진동신호에 상기 가상 엔진 RPM과 함께 기어단수와 액셀 폐달 위치를 조합하여 이루어지는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 사운드 구분은 스위칭으로 생성되는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 청각제어에는 저주파 소음이 반영되는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 저주파 소음의 반영은 상기 사운드 구분 후 이루어지는 특징으로 하는 엔진음색 제어방법.
시각제어와 청각제어를 함께 구현하는 엔진음색 구현장치;가 포함되며,
상기 엔진음색 구현장치는 엔진의 동작에 따른 엔진진동신호가 입력되는 신호처리 제어기, 변속이벤트 학습과 주행패턴 판단으로 가상 엔진 RPM(Revolution Per Minute)을 설정하는 인공지능, 상기 엔진진동신호를 검출하여 상기 신호처리 제어기로 전송하는 차량탑재센서, 상기 가상 엔진 RPM으로 시각제어를 구현하는 시각 장치, 상기 가상 엔진 RPM을 상기 엔진진동신호와 조합하여 청각제어를 구현하는 청각 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
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청구항 10에 있어서, 상기 인공지능은 상기 변속이벤트의 학습으로 엔진 RPM 실측값에 기반된 가상 엔진 RPM 변화량을 검출하고, 상기 주행패턴의 실시간 판단으로 실내목표 사운드를 설정하며, 상기 가상 엔진 RPM 변화량과 상기 실내목표 사운드로 상기 가상 엔진 RPM이 설정되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 인공지능은 상기 엔진 RPM 실측값을 변속패턴별 엔진 RPM 실측값과 가속패턴별 엔진 RPM 실측값으로 구분시켜주는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 10에 있어서, 상기 신호처리 제어기는 상기 청각제어에 상기 엔진진동신호에 상기 가상 엔진 RPM과 함께 기어단수와 액셀 폐달 위치를 조합하고, 상기 청각제어를 저주파 소음이 반영된 다이나믹 사운드와 고급감 사운드의 구분 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 14에 있어서, 상기 신호처리 제어기는 스위칭으로 상기 다이나믹 사운드와 상기 고급감 사운드를 구분시키는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 14에 있어서, 상기 신호처리 제어기는 상기 저주파 소음을 PID((Proportinal/Integral/Differential) 출력으로 반영시켜주는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 10에 있어서, 상기 차량탑재센서에는 상기 엔진진동신호를 검출하는 진동센서 또는 상기 엔진의 흡기압력이나 배기압력을 측정하는 압력센서가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 10에 있어서, 상기 시각 장치는 계기판인 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 10에 있어서, 상기 청각 장치는 스피커이고, 상기 스피커는 엔진룸 스피커 또는 실내 스피커 또는 오디오 스피커인 것을 특징으로 하는 차량.