KR102383462B1

KR102383462B1 - 엔진음 실시간 능동 구현 방법 및 차량

Info

Publication number: KR102383462B1
Application number: KR1020170134564A
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: US10195902B1; DE102018204218A1; CN109664817B; CN109664817A; KR20190042914A

Abstract

본 발명의 차량(1)에 적용된 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 신호처리 제어기(10)에 의해 엔진(1-1)의 동작에 따른 엔진동특성이 엔진특성기반 엔진음색에 적용되고, 상기 엔진특성기반 엔진음색이 차량의 운전모드를 적용한 운전모드기반 출력과 상기 차량의 정속과 가속의 차이를 적용한 차속기반 출력으로 구분되며, 상기 운전모드기반 출력과 상기 차속기반 출력이 각각 청각 장치(30)의 스피커에서 엔진특성기반 엔진음색으로 재생됨으로써 실시간 측정된 엔진 특성 센서값을 기반으로 하여 능동적인 실시간 사운드 구현이 이루어지고, 특히 차량의 정속주행시에는 정숙감을 유지 음색을 구현하다가 가속시에는 다양한 음색을 구현함으로써 운전자의 추월의지 및 가속의지에 어울리는 엔진음색 제공이 가능한 특징을 갖는다.

Description

엔진음 실시간 능동 구현 방법 및 차량{Engine Sound Realtime Active Realization Method and Vehicle thereof}

본 발명은 엔진음 구현에 관한 것으로, 특히 다양한 엔진거동 센서값에 기반된 능동적인 가상 엔진 사운드 구현이 실시간으로 이루어지는 엔진음 구현 방법을 적용한 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 준다.

상기 차량엔진음색 제어기술로 가상음원 재생방식과 가진 사운드 제공방식이 있다, 일례로 상기 가상음원 재생방식은 녹음된 가상 음원에 의한 실내 사운드 구현을 반면 상기 가진 사운드 제공방식은 차체를 가진(타격)하여 인위적인 사운드를 구현함으로써 청각효과로 운전자의 Fun to Drive를 향상하여 준다.

이를 위해 상기 가상음원 재생방식은 녹음된 가상 음원과 이를 차량 주행중 발생하는 부하 변화(예, 엑셀패달 개도량) 기준으로 음량 조절하는 엔진 사운드 이퀄라이저(Engine Sound Equalizer)를 필요로 하고, 상기 가진 사운드 제공방식은 차체가 가진(타격)되도록 차체에 장착된 소형 가진기를 필요로 한다.

국내공개특허 10-2017-0002973(2017.01.09)

하지만 상기 가상음원 재생방식과 상기 가진 사운드 제공방식은 모두 엔진의 동력특성 및 부하변화를 고려하지 않은 인위적인 사운드 구현이라는 한계가 있는 방식이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 실시간 측정된 엔진 특성 센서값을 기반으로 하여 능동적인 실시간 사운드 구현이 이루어지고, 특히 차량의 정속주행시에는 정숙감을 유지 음색을 구현하다가 가속시에는 다양한 음색을 구현함으로써 운전자의 추월의지 및 가속의지에 어울리는 엔진음색 제공이 가능한 엔진음 실시간 능동 구현 방법 및 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 신호처리 제어기에 의해 엔진의 동작에 따른 엔진동특성으로 엔진 오더 기반 가상 엔진음이 생성되고, 상기 엔진 오더 기반 가상 엔진음은 엔진특성기반 엔진음색으로 출력되어 청각 장치에서 가상 엔진음으로 재생되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 오더 기반 가상 엔진음은 상기 엔진의 회전에 의해 발생되는 엔진 오더성분과 상기 엔진의 엔진 부하별 엔진레벨변화 및 마스터 볼륨과 조합되어 생성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 오더성분의 추출은 상기 엔진의 동작에 따른 진동신호와 압력신호로 이루어지고, 상기 압력신호는 연소압력과 부스트압력 및 배기 압력중 어느 하나이다. 특히 상기 엔진 오더성분의 추출에는 상기 엔진의 엔진 부하별 엔진레벨변화를 가져오는 엔진 회전수와 액셀페달 개도량 및 차속의 각 검출 값이 반영된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진특성기반 엔진음색은 차량의 운전모드를 적용한 운전모드기반 출력과 상기 차량의 주행상태를 적용한 차속기반 출력으로 구분되며, 상기 운전모드기반 출력과 상기 차속기반 출력이 각각 상기 청각 장치에 의해 상기 엔진음으로 재생된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진특성기반 엔진음색은 상기 차량의 운전모드에 기반한 운전모드기반 가상 엔진음과 상기 차량의 차속에 기반한 차속기반 가상 엔진음이 가청잡음(Octave Band)과 조합되어 생성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 운전모드기반 출력은 친환경 주행모드, 정숙성 주행모드, 다이나믹 주행모드를 포함하는 상기 차량의 드라이브 모드이다. 상기 차속기반 출력은 액셀 폐달의 조작에 따른 정속과 가속의 차속에 기반되고, 상기 가속의 조건시 상기 정속의 차속에 대한 차속 미분값을 적용하여준다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 엔진의 동작에 따른 엔진동특성이 기반된 엔진 오더 기반 가상 엔진음을 운전모드기반 가상 엔진음과 차속기반 가상 엔진음과 조합하여 엔진특성기반 엔진음색을 생성하고, 상기 엔진특성기반 엔진음색을 엔진의 동작시 실시간으로 재생하여주는 엔진음색 구현장치; 가 포함되는 것을 특징으로 하는 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진음색 구현장치는 상기 엔진의 동작시 상기 엔진특성기반 엔진음색을 실시간으로 재생시켜주는 신호처리 제어기, 상기 엔진의 동작에 따른 진동과 압력을 포함한 엔진회전수와 차속 및 액셀 폐달 개도량을 검출하여 상기 신호처리 제어기로 제공하여 주는 차량탑재센서, 상기 신호처리 제어기에서 나온 상기 엔진특성기반 엔진음색의 출력으로 엔진음색을 재생시켜주는 청각 장치로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 신호처리 제어기는 상기 차량탑재센서와 연결되어 CAN 데이터 통신이 이루어지는 데이터 입력보드, 상기 데이터 입력보드의 입력 데이터를 상기 엔진 오더 기반 가상 엔진음과 상기 운전모드기반 가상 엔진음, 상기 차속기반 가상 엔진음 및 상기 엔진특성기반 엔진음색으로 처리하는 중앙처리기, 상기 중앙처리기의 상기 엔진특성기반 엔진음색을 상기 청각 장치로 출력하는 데이터 출력보드로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 차량탑재센서는 상기 진동을 진동센서로 검출하고, 상기 압력을 압력센서로 검출한다. 상기 진동센서는 단축 가속도계 또는 다축 가속도계 또는 마이크로폰진동계이고, 상기 압력센서는 연소압력과 흡기압력 및 배기압력 측정 센서이다.

바람직한 실시예로서, 상기 청각장치는 소리 재생을 위한 스피커이고, 상기 스피커는 오디오 스피커 또는 엔진룸 스피커 또는 필터링 스피커 또는 박막 스피커 또는 멤브레인 스피커이다.

이러한 본 발명의 차량은 실시간 측정된 엔진 특성 센서값을 기반으로 한 엔진음 실시간 능동 구현이 이루어짐으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 실시간 사운드 구현이 실시간 측정된 엔진 특성 센서값을 이용하여 능동적으로 이루어짐으로써 운전자가 가장 빠르게 느끼는 감각인 청각을 통한 FUN to Drive가 크게 향상된다. 둘째, 차속기반 제어 알고리즘으로 차량의 정속주행과 가속 주행에 맞춰 음색 구현이 가능함으로써 통합 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능을 향상한다. 셋째, 차량의 정속주행시에는 정숙감을 유지 음색을 구현하다가 가속시에는 다양한 음색을 구현함으로써 운전자의 추월의지 및 가속의지에 어울리는 엔진음색 제공이 가능하다. 넷째, 엔진 특성 측정 가능한 센서값을 활용하여 엔진별 주요 엔진 오더성분(즉, 회전에 의해서 발생하는 성분)과 센서에서 측정되는 실시간 레벨변화를 입력값으로 사용함으로써 엔진 오더성분 배열과 각 오더성분의 레벨 비율로 엔진 음색의 주요 영향인자가 엔진음 구현에 적용된다. 다섯째, 엔진룸내 스피커, 실내 오디오 스피커, 특정주파수 필터링 가능한 스피커 혹은 보행자 보호를 위한 외부 스피커등 다양한 출력장치에 의한 음색 제어 구현이 가능하다. 여섯째, 기존 가상음원 재생방식과 가진 사운드 제공방식의 한계성이 극복된 차량엔진음색 제어기술로 차량 상품성이 크게 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진음 실시간 능동 구현 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진음 실시간 능동 구현이 이루어지는 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 엔진음색 구현장치를 통한 엔진음 실시간 능동 처리 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량의 엔진음색 구현장치를 통한 가속음색과 정속음색 구분 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 신호처리 제어기의 엔진음 실시간 능동 구현 동작 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 신호처리 제어기의 음색결정인자 적용 예이며, 도 7은 본 발명에 따른 운전 모드 별 엔진음 상태이고, 도 8은 본 발명에 따른 가속음색의 엔진음 상태이고, 도 9는 본 발명에 따른 정속음색의 엔진음 상태이다.

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 1 내지 도 4는 엔진음 실시간 능동 구현 제어가 실시되는 방법과 차량의 예를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 S1의 엔진 시동 ON과 S2의 엔진 시동 OFF 사이에서 S10의 차량정보검출 모드에 기반한 S20의 능동 가상 엔진음 생성 모드와 S30의 엔진음 출력 모드를 거쳐 S40의 엔진음 재현 모드로 구현됨으로써 엔진 거동이 실시간 사운드로 반영된 차량 음색제어기술로 구현된다.

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

일례로 상기 신호처리 제어기(10)와 상기 차량탑재센서(20) 및 상기 청각 장치(30)는 하기와 같다.

상기 신호처리 제어기(10)는 차량탑재센서(20)의 검출 신호를 입력데이터로 처리한 실시간 센서 측정값과 CAN 통신 정보에 의한 차량의 운전모드(또는 운전조건)기반 음색제어 알고리즘 계산이 이루어지고, 엔진음색제어 맵(10-1)의 청각 매칭선도와 연계되며, 엔진(1-1)의 제어와 함께 청각 장치(30)의 출력을 제어한다.

상기 차량탑재센서(20)는 엔진(1-1)의 동작 검출과 변속패턴 검출을 위한 기본탑재센서와 함께 진동센서(31) 및 압력센서(33)로 구성된다. 상기 진동센서(31)는 단축/다축 가속도계나 마이크로폰진동계와 같은 엔진진동신호 측정 장치이고, 상기 압력센서(33)는 흡기계나 배기계에 대한 연소압력과 흡기(boost)압력 및 배기압력을 측정하는 측정 센서이다. 상기 기본탑재센서는 차속센서, 가속페달센서, 브레이크페달센서, 엔진부하센서, 냉각수온센서, 기어변속센서서 등을 포함한다.

상기 청각장치(30)는 소리 재생을 위한 스피커를 기본 구성요소로 하고, 상기 스피커는 차량 운전석을 구성하는 클러스터(1-2)에 구비된 오디오 스피커 또는 엔진(1-1)이 수용된 엔진룸에 설치된 엔진룸 스피커이외에 필터링 스피커나 특수 스피커(예, 박막(Thin),멤브레인)등을 사용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 엔진음색 구현장치는 차량탑재센서(20)의 정보 검출과 신호처리 제어기(10)의 알고리즘 처리 및 청각 장치(30)의 엔진 음색 재생으로 엔진음 실시간 능동 구현 제어 동작을 수행한다. 도 4를 참조하면, 엔진음색 구현장치는 신호처리 제어기(10)가 차속 미분 값을 청각 장치(30)의 최종 출력으로 차량(1)의 차속기반 엔진음색을 구현한다. 그 결과 차량(1)은 정속주행시 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 상품성 향상을 위한 정숙성이 유지될 수 있고, 운전자 의지에 의한 가속주행시 가속감에 어울리는 음색 제어로 Fun to Drive 상품성을 제공함으로써 2가지 상품성 동시 만족이 가능하다.

그러므로 도 1 내지 도 4를 참조한 하면, 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 하기와 같이 동작된다.

S10의 차량정보검출 모드에서는 차량(1)의 엔진(1-1)에 탑재된 차량탑재센서(20)의 진동센서(31)와 압력센서(33) 및 가속도계의 검출 값으로 S10-1과 같이 엔진특성신호를 확인하고, 상기 차량탑재센서(20)의 엔진 및 액셀페달 등의 센서에 의한 엔진 회전수와 액셀페달 개도량 및 차속의 검출 값으로 S10-2와 같이 주행조건신호를 확인한다. 그 결과 상기 차량정보검출 모드는 엔진거동 특성 측정 가능한 모든 센서를 이용하여 엔진 부하(load)에 따른 엔진 레벨 변화 인지와 함께 엔진 폭발에 의한 회전수 정보(즉, 오더(order) 성분)의 측정이 이루어질 수 있다.

S20의 능동 가상 엔진음 생성 모드에서는 차량(1)의 신호처리 제어기(10)의 알고리즘이 작동됨으로써 S20-1의 음색제어인자 생성과 S20-2의 생성된 음색제어인자를 이용한 주행조건신호 생성으로 이어진다. 그 결과 상기 능동 가상 엔진음 생성 모드는 음색제어인자인 엔진오더성분으로부터 음색 결정 주요 인자를 추출하고, 상기 음색 결정 주요 인자는 주요한 오더성분의 레벨 변화로부터 오더성분 배열로 결정됨으로써 오더성분 레벨이 반영된 음색특성으로 차량 음색에 대한 강한 특성부여가 가능하다.

S30의 엔진음 출력 모드에서는 차량(1)의 신호처리 제어기(10)의 알고리즘이 지속됨으로써 차량의 ECO(친환경 주행모드), Comport(정숙성 주행모드),Sport(다이나믹 주행모드)의 드라이브모드 기반으로 S30-1의 운전모드기반 출력이 이루어지고, 차량 정속 주행(예, 액셀 폐달 눌림량 미 증가 상태)시 차속에 기반하면서 차속 미분 값의 최종 출력단 적용으로 정숙성과 가속감의 2가지 상품성으로 구분한 S30-2의 차속기반 출력이 이루어진다. 그 결과 상기 엔진음 출력 모드는 운전모드 선택에 따른 최종 출력 레벨 및 오더성분 배열 최적화를 통한 다양한 엔진음색 제공이 가능하고, 정속주행시 정숙성 유지로 차량의 NVH 상품성 향상과 운전자 의지에 의한 가속주행시 가속감에 어울리는 음색 제어로 Fun to Drive 상품성 제공이 구현된다. 특히 상기 엔진음 출력 모드는 운전모드 변화에 따른 변속패턴과 부하 변동량에 대한 엔진거동 측정센서의 실시간 정보를 최종 출력 및 배열 최적화함으로써 엔진 음색을 자연스러운 가속 및 운전모드 차별화 음색으로 구분해 생성하여 준다.

S40의 엔진음 재현 모드에서는 차량(1)의 청각 장치(30)를 구성하는 스피커가 동작함으로써 S40-1의 사운드 재현장소선택을 통해 실내/엔진룸/차량외부(보행자)등과 같이 다양한 위치에서 엔진음색 발생이 가능하고, S40-2의 스피커 선택을 통해 엔진룸 스피커/오디오 스피커/필터링 스피커/특수 스피커(예, Thin,멤브레인)등과 같이 다양한 기기로 엔진음색 출력이 가능하다. 그 결과 상기 엔진음 재현 모드는 다양한 위치에서 출력가능 모든 시스템을 이용하여 엔진 음색이 재생될 수 있다.

따라서 상기 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 차량의 사운드를 결정하는 엔진오더성분의 주요인자분석과 실시간 측정되는 엔진특성분석의 음색제어인자추출로 원하는 음색 특성을 생성하고, 다양한 출력장치(엔진룸내 스피커, 차량 실내 오디오 스피커 등)를 이용하여 가속감과 엔진특성에 어울리는 음색 제어가 가능하다. 이로부터 상기 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 단지 저장된 음원이나 공진을 이용한 인위적인 사운드 구현이 이루어지던 기존의 엔진음색제어 대비 엔진의 동력특성 및 부하변화에 기반된 엔진음색제어를 제공하는 특징이 구현된다.

한편 도 5는 신호처리 제어기(10)의 구성과 알고리즘 동작을 나타낸다.

도 5에서 상기 신호처리 제어기(10)의 하드웨어 구성을 참조하면, 상기 신호처리 제어기(10)는 데이터 입력보드(11), 중앙처리기(CPU)(13), 데이터 출력보드(15)로 구성된다. 이 경우 상기 데이터 입력보드(11)와 상기 중앙처리기(13) 및 상기 데이터 출력보드(15)의 각 구성 파트들은 각각 하드웨어의 소자나 소프트웨어의 필터(로직)로 구현될 수 있다.

특히 상기 신호처리 제어기(10)는 알고리즘 처리로 조건별 생성된 음원을 저장하는 별도 저장장치와 연계되도록 구성되고, 별도 저장장치의 ASD(Active Sound Design module) 장치 연계로 조건별 생성된 음원이 ASD에 입력됨으로써 가상의 음원을 실제 엔진 음색으로 대체하는 방식으로 변형이 가능하다.

일례로 상기 데이터 입력보드(11)는 A/D(Analog to Digital) 보드를 포함하고, 차량탑재센서(20)와 연결됨으로써 엔진특성신호 입력 파트와 주행조건신호 입력 파트로 구분된다.

상기 엔진특성신호 입력 파트는 진동신호 측정값의 가속도계 입력 파트, 연소압력 측정값이나 흡기(boost)압력 측정값이나 배기압력 측정값의 압력 입력 파트, 엔진부하센서/냉각수온센서/기어변속센서 검출값의 기타 입력 파트를 포함하여 엔진 음색제어를 위한 데이터 처리가 이루어진다. 상기 주행조건신호 입력 파트는 차속센서의 엔진회전수, 가속페달센서의 폐달 개도량, 차속센서의 차속 및 차량의 운전모드(또는 운전조건)(예, 운전자의 모드 스위치 조작 또는 엔진제어기의 출력)의 검출값 등을 포함하여 운전모드기반 출력과 차속기반 출력을 위한 CAN 데이터 처리가 이루어진다.

일례로 상기 중앙처리기(CPU)(13)는 데이터 입력보드(11)의 엔진특성신호에 연계된 음색제어인자 생성 파트, 데이터 입력보드(11)의 엔진회전수/폐달개도량에 연계된 주행조건신호 생성 파트, 데이터 입력보드(11)의 주행모드와 차속 데이터에 연계된 음색구분 및 출력 파트로 구분된다.

상기 음색제어인자 생성 파트는 엔진특성신호 입력 파트에 연결된 FFT 분석 파트(Fast Fourier transform Analysis Part), 메인오더(즉, 주요 오더성분)진폭 파트(Main Order Amplitude Part), 주행조건신호 입력 파트와 함께 서브오더(즉, 주요 오더 이외의 기타 오더성분)진폭 파트(Other Order Amplitude Part)에 연계된 엔진오더 생성 파트(Generate Other Engine Order Part), 마스터 볼륨 파트(Master Volume Part)로 이루어진다.

상기 주행조건신호 생성 파트는 주행조건신호 입력 파트에 연계되어 FFT 분석 파트(Fast Fourier transform Analysis Part)로 제공되는 메인 오더 주파수 파트(Main Order Frequency Part), 주행조건신호 입력 파트와 함께 실측 RPM 제공 파트(Actual RPM Value Part)에 연계된 엔진부하 파트(Engine RPM Weighting Part), 주행조건신호 입력 파트와 함께 실측 폐달 개도량 파트(Actual Pedal Position Value Part)에 연계된 폐달 개도량 파트(Pedal Weighting Part)로 이루어진다. 그러므로 상기 음색제어인자 생성 파트와 상기 주행조건신호 생성 파트는 상기 서브오더 생성 파트와 상기 엔진부하 파트 및 상기 폐달 개도량 파트의 각 출력은 마스터 볼륨 파트(Master Volume Part)에서 설정된 음량 크기와 서로 조합되어 엔진 오더 기반 가상 엔진음(a)으로 생성된다.

상기 음색구분 및 출력 파트는 주행조건신호 입력 파트에 연계된 운전모드기반 출력 파트(Volume and Order Arrangement Weighting by Drive Mode), 주행조건신호 입력 파트에 연계된 정속주행 파트(Constant Speed Judgement Part)와 정속주행판단 파트의 출력을 받는 차속 부하 파트((Volume Weighting by Constant Speed Algorithm)로 이루어진 차속기반 출력 파트, 상기 운전모드기반 출력 파트의 출력과 상기 차속기반 출력 파트의 출력을 음색제어 제어 출력에 각각 조합시켜주는 가청잡음 파트(Octave Band Weighting Part), 가청잡음 파트의 출력을 외부로 내보내주는 출력 신호 파트(Output Sound Part)로 이루어진다. 여기서 상기 가청잡음 파트의 octave band는 소리의 스펙트럼이 근사적으로 표현된 음압레벨의 항을 의미한다. 그러므로 상기 주행조건신호 생성 파트의 엔진 오더 기반 가상 엔진음(a)은 상기 음색구분 및 출력 파트를 통해 최종적인 엔진특성기반 엔진음색(d)으로 생성된다.

일례로 상기 데이터 출력보드(15)는 D/A(Digital to Analog) 보드를 포함하고, 청각 장치(30)와 연결됨으로써 중앙처리기(13)의 엔진특성기반 엔진음색(d)을 청각 장치(30)에서 재생하도록 엔진특성기반 엔진음색(d)을 출력한다.

도 5에서 상기 신호처리 제어기(10)의 알고리즘을 참조하면, 상기 신호처리 제어기(10)에서는 데이터 입력보드(11)를 통해 S10-1의 엔진특성신호와 S10-2의 주행조건신호 확인 후 S20-1의 음색제어인자 생성 단계와 S20-2의 주행조건신호 생성 단계로 S20의 능동 가상 엔진음 생성 모드를 수행한 다음 S30-1의 운전모드기반 출력 단계와 S30-2의 차속기반 출력 단계로 S30의 엔진음 출력 모드가 처리된다.

구체적으로 상기 음색제어인자 생성 단계(S20-1)는 엔진특성신호 입력 단계(S21a)와 이어져 FFT 분석 파트의 엔진특성신호에 대한 고속 푸리에 변환으로 엔진진동신호의 엔진오더 성분중 메인오더가 추출되는 단계(S22), 추출된 메인오더가 메인오더 진폭 파트를 통해 메인오더 진폭으로 추출되는 단계(S23), 서브오더 진폭 정의 단계(S24a)와 연계되어 엔진오더 생성 파트에서 메인오더진폭과 서브오더 진폭의 조화로 주요 엔진오더성분 출력이 이루어지는 단계(S24), 마스터 볼륨 파트의 마스터 볼륨이 생성된 엔진오더와 조합되는 마스터 볼륨 단계(S25)로 구현된다. 이 경우 S22 단계는 엔진회전수 입력 단계(S21b)에 연계되어 메인 오더 주파수 파트에서 메인 오더 주파수 추출 단계(S22a)가 추출한 메인 오더 주파수를 제공받는다.

구체적으로 상기 주행조건신호 생성 단계(S20-2)는 엔진회전수 입력 단계(S21b)와 이어져 메인 오더 주파수 파트에서 엔진회전수의 메인 오더 주파수 추출하여 FFT 분석 파트(S22)로 제공해 주는 단계(S22a), 엔진회전수 입력 단계(S21b)와 이어져 엔진부하 파트에서 엔진회전수에 웨이트(weighting)를 부가하면서 실측 RPM 제공 파트의 실측 RPM 조합(S27a)으로 현재 엔진부하로 출력되는 단계(S27), 폐달 개도량 입력단계(S21c)와 이어져 폐달 개도량 파트에서 폐달 개도량에 웨이트(weighting)를 부가하면서 실측 폐달 개도량 파트의 실측 폐달 개도량 조합(S28a)으로 현재 폐달 개도량으로 출력되는 단계(S28)로 수행된다. 그 결과 상기 현재 엔진부하 출력(S27)과 현재 폐달 개도량 출력(S28)이 조합된 후 마스터 볼륨 단계(S25)로 보내져 엔진오더 생성 파트의 주요 엔진오더성분 출력과 조합됨으로써 엔진 오더 기반 가상 엔진음(a)을 생성한다.

구체적으로 상기 음색구분 생성 파트(S30)는 주행모드 음색구분 생성 파트 단계(S30-1)와 차속 음색구분 생성 파트 단계(S30-2)로 구분된다. 상기 주행모드 음색구분 생성 파트 단계(S30-1)는 주행모드 선택 단계(S31)와 이어져 운전모드기반 출력 파트에서 음량과 오더성분 배열이 이루어지는 단계(S31a)로 수행된다. 또한 상기 차속 음색구분 생성 파트 단계(S30-2)는 차속데이터 입력 단계(S21d)와 이어져 정속주행판단 파트에서 차속 미분값 활용이 이루어지는 단계(S33) 후 차속 부하 파트에서 차속 미분값을 이용해 미분 차속 부하가 적용되는 단계(S33a)로 수행된다. 그 결과 상기 음량과 오더성분 배열 출력(S31a)이 상기 엔진 오더 기반 가상 엔진음(a)과 조합되어 운전모드기반 기반 가상 엔진음(b)을 생성하고, 상기 미분 차속 부하 출력(S33a)이 상기 운전모드기반 기반 가상 엔진음(b)과 조합되어 차속기반 가상 엔진음(c)을 생성한다.

이어 가청잡음부하 단계(S35)에서는 가청잡음 파트에서 음색제어인자/주행조건신호 생성 단계(S20-1,S20-2)의 엔진 오더 기반 가상 엔진음(a)과 주행모드 음색구분 생성 파트 단계(S30-1)의 운전모드기반 기반 가상 엔진음(b) 및 차속 음색구분 생성 파트 단계(S30-2)의 차속기반 가상 엔진음(c)에 가청잡음을 조합함으로써 엔진특성기반 엔진음색(d)을 생성한다.

그러면 출력 신호 파트 단계(S37)에서는 출력 신호 파트에서 엔진특성기반 엔진음색(d)이 출력됨으로써 데이터 출력보드(15)를 통해 청각 장치(30)가 엔진특성기반 엔진음색(d)을 이용해 다양한 엔진 음색을 실시간으로 재생시켜 준다.

한편 도 6 내지 도 9는 엔진특성기반 엔진음색(d)이 엔진음 실시간 능동 구현 제어에 적용되어 다양한 엔진 음색으로 구현되는 예를 나타낸다.

도 6은 엔진특성기반 엔진음색(d)을 위한 음색결정인자의 예로서, 상기 음색결정인자는 엔진(1-1)의 동작에 따른 엔진 주요 오더성분으로서 오더성분의 레벨 변화를 적용한다. 일례로, 오더성분 레벨 변화는 a,b,c,d,e,f 부호의 음량크기로 구분됨과 같이 a를 최대크기로 f를 최소 크기로 하여 b,c,d,e의 순차적 크기 구분으로 하여 준다. 그 결과 오더성분 배열 결정은 음색특성 결정함으로써 a,b,c,d,e,f의 선택적 적용을 통해 차량 음색의 강한 특성부여 가능한 엔진음색이 구현될 수 있다.

도 7은 엔진특성기반 엔진음색(d)에 의한 운전 모드 별 엔진음으로, 상기 운전 모드 별 엔진음은 운전모드 선택에 따른 최종 출력 레벨 및 오더 배열 최적화를 통한 다양한 음색제공이 이루어진다. 특히 사익 운전 모드 별 엔진음은 운전모드 변화에 따른 변속패턴, 부하변동량이 차량탑재센서(20)의 엔진거동 측정센서로 실시간 정보 입력되며, 최종 출력 및 배열 최적화를 통해 자연스러운 가속 및 모드 차별화 음색 제공이 가능하다. 일례로 음색 차이가 파형 굵기 차이로 예시됨과 같이, ECO 드라이브의 파형 굵기는 정숙한 음색제공, Comport 드라이브의 파형 굵기는 선명한 음색제공, Sport 드라이브의 파형 굵기는 다이나믹 음색 제공으로 구분된다.

도 8은 엔진특성기반 엔진음색(d)에 의한 가속음색의 엔진음으로, 상기 가속음색의 엔진음은 출력값을 차속비례로 증가시켜줌으로써 파형 굵기의 음색 차이와 같이 운전자 의지에 의한 가속주행시 가속감에 어울리는 음색 제어가 구현된다. 그 결과 상기 가속음색의 엔진음을 통한 Fun to Drive 상품성 제공이 가능하다.

도 9는 엔진특성기반 엔진음색(d)에 의한 정속음색의 엔진음으로, 상기 정속음색의 엔진음은 출력값을 증감 없이 그대로 유지켜줌으로써 파형 굵기의 음색 차이와 같이 정속주행시 차량의 NVH 상품성 향상을 위해 필요한 정숙성 유지가 가능하다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량(1)의 엔진음 실시간 능동 구현 방법은 신호처리 제어기(10)에 의해 엔진(1-1)의 동작에 따른 엔진동특성이 엔진특성기반 엔진음색에 적용되고, 상기 엔진특성기반 엔진음색이 차량의 운전모드를 적용한 운전모드기반 출력과 상기 차량의 정속과 가속의 차이를 적용한 차속기반 출력으로 구분되며, 상기 운전모드기반 출력과 상기 차속기반 출력이 각각 청각 장치(30)의 스피커에서 엔진특성기반 엔진음색으로 재생됨으로써 실시간 측정된 엔진 특성 센서값을 기반으로 하여 능동적인 실시간 사운드 구현이 이루어지고, 특히 차량의 정속주행시에는 정숙감을 유지 음색을 구현하다가 가속시에는 다양한 음색을 구현함으로써 운전자의 추월의지 및 가속의지에 어울리는 엔진음색 제공이 가능하다.

1 : 차량 1-1 : 엔진
1-2 : 클러스터 10 : 신호처리 제어기
10-1 : 엔진음색제어 맵 11 : 데이터 입력보드
13 : 중앙처리기(CPU) 15 : 데이터 출력보드
20 : 차량탑재센서 21 : 진동센서
23 : 압력센서 30 : 스피커

Claims

엔진의 진동을 측정하는 센서로 측정된 진동값을 신호처리 제어기에 의해 차량의 운전조건을 판단하여, 실시간으로 출력되는 엔진동특성으로 나타내는 오더 성분을 기반으로 출력장치에서 제어된 엔진음색으로 재생되고;
상기 오더 성분은 상기 엔진의 회전에 의해 발생되는 엔진 오더성분과 상기 엔진의 엔진 부하(load)별 엔진레벨변화 및 마스터 볼륨과 조합되는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 엔진 오더성분의 추출은 상기 엔진의 동작에 따른 진동신호와 압력신호로 이루어지고, 상기 압력신호는 연소압력과 부스트(boost)압력 및 배기 압력중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 엔진 오더성분의 추출에는 상기 엔진의 엔진 부하(load)별 엔진레벨변화를 가져오는 엔진 회전수와 액셀페달 개도량 및 차속의 각 검출 값이 반영되는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진음색은 엔진특성기반 엔진음색이고, 상기 엔진특성기반 엔진음색은 차량의 운전모드를 적용한 운전모드기반 출력과 상기 차량의 주행상태를 적용한 차속기반 출력으로 구분되며, 상기 운전모드기반 출력과 상기 차속기반 출력이 각각 청각 장치에 의해 상기 엔진음으로 재생되는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 엔진특성기반 엔진음색은 상기 차량의 운전모드에 기반한 운전모드기반 가상 엔진음과 상기 차량의 차속에 기반한 차속기반 가상 엔진음이 가청잡음(Octave Band)과 조합되어 생성되는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 운전모드기반 출력은 상기 차량의 드라이브 모드인 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 드라이브 모드는 친환경 주행모드, 정숙성 주행모드, 다이나믹 주행모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 차속기반 출력은 액셀 폐달의 조작에 따른 정속과 가속의 차속에 기반되는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 가속의 조건시 상기 정속의 차속에 대한 차속 미분값 활용이 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진음 실시간 능동 구현 방법.
청구항 1 및 청구항 3 내지 10 중 어느 한 항에 의한 엔진음 실시간 능동 구현 방법이 구현되는 차량에 있어서,
엔진의 동작에 따른 엔진동특성이 기반된 엔진 오더 기반 가상 엔진음을 운전모드기반 가상 엔진음과 차속기반 가상 엔진음과 조합하여 엔진특성기반 엔진음색을 생성하고, 상기 엔진특성기반 엔진음색을 엔진의 동작시 실시간으로 재생하여주는 엔진음색 구현장치;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 11에 있어서, 상기 엔진음색 구현장치는 상기 엔진의 동작시 상기 엔진특성기반 엔진음색을 실시간으로 재생시켜주는 신호처리 제어기, 상기 엔진의 동작에 따른 진동과 압력을 포함한 엔진회전수와 차속 및 액셀 폐달 개도량을 검출하여 상기 신호처리 제어기로 제공하여 주는 차량탑재센서, 상기 신호처리 제어기에서 나온 상기 엔진특성기반 엔진음색의 출력으로 엔진음색을 재생시켜주는 청각 장치
로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 신호처리 제어기는 상기 차량탑재센서와 연결되어 CAN 데이터 통신이 이루어지는 데이터 입력보드, 상기 데이터 입력보드의 입력 데이터를 상기 엔진 오더 기반 가상 엔진음과 상기 운전모드기반 가상 엔진음, 상기 차속기반 가상 엔진음 및 상기 엔진특성기반 엔진음색으로 처리하는 중앙처리기, 상기 중앙처리기의 상기 엔진특성기반 엔진음색을 상기 청각 장치로 출력하는 데이터 출력보드
로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 차량탑재센서는 상기 진동을 진동센서로 검출하고, 상기 압력을 압력센서로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 14에 있어서, 상기 진동센서는 단축 가속도계 또는 다축 가속도계 또는 마이크로폰진동계이고, 상기 압력센서는 연소압력과 흡기(boost)압력 및 배기압력 측정 센서인 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 12에 있어서, 상기 청각장치는 소리 재생을 위한 스피커인 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 16에 있어서, 상기 스피커는 오디오 스피커 또는 엔진룸 스피커 또는 필터링 스피커 또는 박막(Thin) 스피커 또는 멤브레인 스피커인 것을 특징으로 하는 차량.