KR20210150813A - 모터 진동 기반의 전기차 음색제어 방법 - Google Patents

모터 진동 기반의 전기차 음색제어 방법 Download PDF

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정인수
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Abstract

본 발명은 전기차 EV모터의 진동신호로부터 오더성분을 산출하고, 산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출한 뒤, 상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하며, 상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하고, 상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계를 포함하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법에 관한 발명으로, N차 오더성분을 추출하는데 있어서 LMS 필터 알고리듬, FFT/IFFT 변환, 오더 트랙킹 알고리듬을 적용할 수 있다.

Description

모터 진동 기반의 전기차 음색제어 방법{Method of Voice Control Based on Motor Vibration of EV}
본 발명은 모터를 동력원으로 하는 EV차량의 모터진동에 기반해 EV 차량의 음색제어를 하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법에 관한 것이다.
최근, 모터를 모두 이용하여 주행할 수 있는 EV차량과 같이 엔진소리를 내지 않는 차량의 등장으로 인해 친환경 차량에 소음 발생 장치의 장착이 의무화되고 있는 추세이다. 일반적으로 차량에서 발생하는 소음은 운전자는 물론 주변의 보행자에게 일정부분 불쾌감을 주었고, 이러한 소음이 시간 및 청각을 통해 주변의 차량을 인식시켜주는 보행자의 차량 인식 능력을 높여 교통사고를 미연에 방지하는 역할을 했다.
이에, EV차량에 대한 음색제어는 가상의 사운드를 저장하여 재생하는 위주로 개발되었는데, 그 이유는 내연기관 차량과 다르게 가속/감속 시 매우 정숙하며, 고주파의 전자기성 소음만 발생되기 때문이다.
최근의 음색 제어기술은 청각과 시각을 통해 운전자의 운전 즐거움을 향상시킴으로서 차량의 상품성 차원으로 인식되고 있다. 이에, EV 차량에 어울리는 음악이나 사운드를 저장하여 발생시키는 것이 요구된다
국내공개특허 10-2016-0059655 (2017.11.24)
이에 상기와 같은 점을 해결하기 위한 본 발명은 일반 내연기관의 동력을 대체하는 EV 차량의 모터 특성을 기반으로 차량의 성능과 일치하고, 고객이 원하는 음색을 제어하는 기술에 대한 제안으로서,
내연기관의 동력성능에 해당하는 EV차량의 모터 출력 특성과 상관성이 높은 모터진동의 오더 성분을 실시간으로 추출한 뒤, 차량의 동력성능 특성과 일치하는 내연기관의 원하는 사운드 구현 및 고주파 특성을 활용한 초현대적인 사운드 제어가 가능한 EV 차량의 음색 제어 기술을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법은 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계;
산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출되는 단계;
상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계;
상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 선형성이 가장 큰 N차 오더성분은 결정계수(R2)이 90%이상인 N차 오더성분이 추출되며, 상기 EV모터의 진동신호를 감지한 상기 진동센서의 위치는 주파수 스윕(sweep) 시, 진폭이 가장 높은 위치이다.
또한, 상기 EV모터의 회전수에 기반해 주파수 밴드패스 필터를 적용해 출력 볼륨을 조정하거나, 상기 EV모터의 회전수 또는 상기 폐달개도량에 가중치를 주거나, 상기 차속데이터로부터 차속미분변화값을 산출해 출력 볼륨을 조정하는 단계가 상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계; 전에 선행되어야 한다.
또한, 상기 EV모드 음색을 설정하는 단계;는 주행모드(절전/일반/스포츠)의 변화에 따른 오더성분이 배열되도록 선택된다.
바람직한 실시예로서, 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계;
산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출되는 단계;
상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계;
상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;로 수행하되, 상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
상기 진동신호에 대해 LMS 필터 알고리듬을 이용해 진동신호 재순환 시 가중치를 갱신함으로서 상기 N차 오더성분의 레벨이 0으로 수렴되게 함으로서 상기 N차 오더성분을 추출하는 단계;를 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계;
산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출되는 단계;
상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계;
상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;로 수행하되,
상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
상기 진동신호를 FFT(Fast Fourier Transformation)변환하는 단계;
NFFT(Non-equispaced Fast Fourier Transformation)를 통해 리샘플링(resampling)하는 단계; 및
IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation)하는 단계를 통해 상기 N차 오더성분을 추출하는 단계;를 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계;
산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출되는 단계;
상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계;
상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;로 수행하되,
상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
상기 EV모터에 대한 오더 트랙킹 분석 및 회전수기반 밴드패스필터를 이용해 추출하는 단계;를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 EV 차량의 모터 특성을 기반으로 차량의 성능과 일치하고, 고객이 원하는 음색을 제어하는 기술로서, EV차량의 모터 출력 특성과 상관성이 높은 모터진동의 오더 성분을 실시간으로 추출한 뒤, 차량의 동력성능 특성과 일치하는 내연기관의 원하는 사운드 구현 및 고주파 특성을 활용한 초현대적인 사운드 제어가 가능하다.
또한, 동력성능 변화를 반영하고, 운전자의 가속의지와 일치감이 있는 사운드를 구현할 수 있다.
특히, N차 오더성분을 추출하는데 있어서 속도와 정확도관점에서 N차 오더성분을 추출 알고리듬을 선택할 수 있다. 세부적으로는 LMS 필터 알고리듬을 사용하면 계산속도를 향상시킬 수 있으며, FFT/IFFT 변환 알고리듬을 사용하면 계산량이 증가하고 정확도가 향상된다. 반면, 오더 트랙킹 알고리듬은 계산량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 이중 어느 한 개의 알고리듬만을 제시하기 보다는 속도, 정확도, 계산량을 고려해 선택적으로 채택할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 가속시 N차 오더성분 이용한 제어 설정값으로 스피커를 이용한 음색을 강화하고, 감속시 EV 특성(정숙)을 고려한 Fade out 적용으로 자연스러운 감속 음색을 제공할 수 있다.
도1은 본 발명이 적용된 EV 차량이다.
도2는 본 발명에서의 입력 및 출력값의 흐름의 예시이다.
도3(A)(B)(C)는 부하 별 출력토크의 변화에 따라 오더 차수 및 오더 레벨 변화 그래프의 예시이다.
도 4는 각종 신호 입력으로부터 사운드 출력기에서의 출력까지의 사이의 알고리듬에 대한 설명이다.
도 5는 계산속도에서 장점이 있는 LMS(least Mean Squares) 필터 알고리듬을 적용한 경우이다.
도 6은 정확도에서 장점이 있는 FFT(Fast Fourier Transformation) / IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation) 변환 알고리듬을 적용한 경우이다.
도 7은 계산량이 작은 오더 트랙킹 알고리듬을 적용한 경우로서, 회전수 정보를 기반으로 N차 오더 성분을 추출한다.
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 1은 본 발명이 적용된 EV 차량이고, 도 2는 본 발명에서의 입력 및 출력값의 흐름의 예시이다.
도 1을 참조하면, EV 차량에 탑재되어 본 발명을 구현하는데는 모터의 회전 시 발생하는 진동 신호를 측정하는 진동센서(10), 차량 내 CAN 통신으로 연결되는 CAN신호(20), 진동신호와 CAN신호를 처리하는 신호처리제어기(30), 사운드 출력기(40)가 포함된다.
진동센서(10)에서 측정된 모터의 진동신호는 신호처리제어기(30)로 입력되고, 실시간 모터회전에 따른 진동특성을 측정하는 것이 가능하다. 진동센서(10)는 아날로그 신호로부터 디지털신호 변환모듈을 통해 디지털 신호로 변환할 수 있는 노킹센서 방식을 포함해서 디지털 신호가 자체 처리되는 MEMS 센서가 사용될 수도 있다.
CAN 신호(20)로부터 모터의 회전수, 가속패달의 개도량, 차량속도를 실시간 취득할 수 있으며, 드라이브 모드 변화, 모터 동력 및 차량 주행 특성에 대한 정보도 가능하다.
신호처리제어기에서는 입력신호인 진동신호 및 CAN신호로부터 가속/감속/정속 주행여부에 대한 주행조건이나 운전자 의지를 판단할 수 있으며, 모터 회전수와 진동신호를 이용한 목표 음색 신호를 생성해 출력 데이터로 사운드 출력기(40)로 전송할 수 있다. 차량 내 오디오 DSP(digital signal processor)에 적용될 수 있다. DSP는, 아날로그 신호인 음성을 디지털화 하는 음성 코딩에 사용할 수도 있으며, 디지털 신호를 기계장치가 빠르게 처리할 수 있도록 하는 집적회로를 말한다.
사운드 출력기(40)는 모터가 내장된 엔진룸 내에 특정 주파수 대역 출력을 위해 설치된 스피커를 통해 신호처리제어기로부터 전송받은 출력 데이터를 출력한다. 사운드 출력기는 보행자 보호 목적으로 엔진룸 내부가 아닌 외부에 장착될 수도 있으며, 운전자나 승객을 위해 차량 실내에 설치된 오디오 스피커를 통해 출력될 수도 있다.
도 2에는 진동센서로부터 모터회전수 및 모터진동에 대한 실시간 정보 및 차량 CAN 정보를 취득해 신호처제어기에서 계산을 수행한 뒤, 오디오 외장앰프를 통해 가속감 사운드를 차량 내부에 출력하는 그림이며, 사운드 출력기의 위치치는 앞서 설명되었듯이 차량 외부, 엔진룸 내부 등을 포함할 수 있다.
EV 모터의 회전에 의한 진동레벨은 내연기관의 연소에 의한 레벨 대비 매우 낮은 값을 나타낸다. 따라서, 작은 진동 레벨의 변화를 정확하게 추출할 수 있는 센서 위치의 선정이 중요하다. 센서위치의 선정을 위한 방법은 다음과 같다.
(1) 먼저, EV 모터의 구조해석 모델 해석을 통해 주파수 스윕(sweep)을 하면서 진폭이 높은 위치를 선정하되, 진동센서 장착을 위해서는 평탄면이 되어야 하므로 평탄면을 기준으로 진폭 감도가 높은 위치를 선정해야 한다. 또한, 진동센서의 진동 측정방향은 좌면에 대해 수직인 방향으로 측정된다. 즉, 좌면에 대해 수직방향의 진폭변화를 해석을 통해 예측할 수 있다.
(2) 구조해석 후에는, 모터의 부하 별 출력토크와 모터 진동 오더 별 레벨 변화를 동시에 실제 측정해, 모터의 부하에 따른 모터의 출력토크의 변화와 오더 레벨 변화에 대한 회귀분석(regression)을 진행함으로서, 최대 진폭이 형성되는 높은 감도가 있는 위치를 모터 출력 특성과 결정계수(R2)가 0.9이상의 N차 오더 성분을 추출할 수 있다. 즉, 모터의 진동으로 인한 진폭의 특성을 가장 잘 나타내는 위치를 최종 위치로 선정할 수 있다.
EV 차량에서 모터의 동력성능은 모터의 출력토크로 표현된다. 본 발명에서 모터의 진동에 기반해 음색제어를 하기 위해서는 모터의 진동신호에 대한 많은 정보 중에 모터 회전수(rpm)에 기반해 모터의 오더 차수 및 오더 레벨 특성 중 모터의 출력토크 경향과 상관도가 높은 성분이 추출되어, N차 오더성분으로 선정되어야 한다. 마그네틱 코어 개수 등을 포함한 모터의 내부 구조에 따라 오더 성분이 다르게 나타난다.
도 3을 참조하면, 부하 별 출력토크의 변화에 따라 오더 차수 및 오더 레벨 변화 그래프의 예시이다. 특히, 오더 레벨의 변화는 24차 오더에 대한 예이다. 이로부터 모터의 회전수(rpm) - 오더 차수(N차) - 오더 레벨(dB)의 그래프가 완성되며, 이로부터 모터의 출력토크와 상관도가 높은 오더 성분은 결정계수(R2)가 0.9이상에 의해 24차 오더가 기준(Ref)오더 성분으로 결정될 수 있다.
도 4는 각종 신호 입력(S10)으로부터 사운드 출력기에서의 출력(S40)까지의 계산과정을 보여주는 알고리듬에 대한 설명이다.
입력되는 신호는 EV 모터의 진동신호를 진동센서(10)를 이용해 측정하며, EV 모터의 회전수, 페달 개도량, 차속 데이터, 주행모드 및 기어단수는 CAN 신호(20)로부터 입력될 수 있다. 이하의 알고리듬의 계산은 신호처리제어기(30)에서 계산되며, 최종 출력은 실내외 오디오 스피커를 포함해 사운드 출력기(40)에서 실행된다.
입력된 모터 진동신호로부터 N차 오더 성분이 추출되고, 이를 기준(Ref)오더 성분으로 하고 N차 오더 성분, 즉 기준(Ref)오더 성분에 대한 레벨이 정해진다(S30).
기준(Ref)오더 성분을 N차 오더 성분으로부터 초기 1회 산출한 뒤 신호처리 제어기에 입력해 이를 기준(Ref)오더 성분으로 항시 사용할 수 있다. 한편, 특정 시기마다 모터 진동신호로부터 N차 오더 성분을 추출해 자동적으로 신호처리 제어기에 의해 결정되도록 설정할 수도 있다.
한편, 실시간으로 취득되는 모터 회전수에 대해 생성되는 오더 성분(예: 2차/ 4차 오더)이 생성될 수 있다(S31).
S30에서 오더 레벨입력을 위한 기준이 되는 N차 오더성분이 정해지면, S31에서 생성된 오더 성분과 매칭시켜 오더 재배열을 하게된다(S36). 이때, 배열된 오더 성분에 대한 레벨의 증폭 수준을 결정하고 실시간 증폭 제어를 할 수 있다(S36)
S36에는 주행모드 및 기어단수 입력으로부터 주행모드가 절전/일반/스포츠 모드 중 어떤 모드인지 여부에 따라 엔진 오더 성분 재열에 이를 추가적으로 고려할 수 있다(S35).
한편, S36에서 설정되는 EV 모드 음색은 입력신호 또는 외부신호와 연동되어 선택적으로 계산값이 변경될 수 있다(S38, S39, S40).
먼저, 모터 회전수에 기반한 가변 주파수 밴드 필터를 적용하는 경우이다(S37). 밴드 필터는 밴드패스필터(band pass filter)를 의미하며, 입력신호에서 어느 주파수 이하의 성분과 어느 주파수 이상의 성분을 제거하고 일정 밴드 이내만 출력하는 필터이다. 저역 필터(low-pass filter)와 고역 필터(high-pass filter)의 조합으로도 만들어질 수 있다. 따라서, S38에서는 일정 밴드 영역에 대해서만 EV 모드 음색이 구현될 수 있다.
EV 음색 제어에서 차량의 동력성능 변화를 반영하고, 운전자의 가속의지와 일치감이 있는 사운드를 구현할 수 있도록 하기 위해서, 모터 회전수 자체에 대한 가중치를 부여할 수 있으며(S32), 엑셀 페달의 개도량에도 가중치를 부여할 수 있다(S33).
뿐만 아니라 이 둘을 모두 적용할 수도 있고 선택할 수도 있다(S39). 또한, 차속 데이터에 대해서는 차속 미분 변화값을 적용할 수 있다(S34).
한편, N차 오더 성분을 추출하는 알고리듬은 계산속도, 정확도, 계산량 등에 따라 선택적으로 정해질 수 있다.
도 5는 계산속도에서 장점이 있는 LMS(least Mean Squares) 필터 알고리듬을 적용한 경우이다. LMS 필터 알고리듬은 ANC(active　noise　cancellation)에 활용되는 필터 기법으로서, 목표하는 N차 오더 성분을 수치적 계산과정으로 추출한다. 도 5(A)에 계산과정이 나타나 있는데, 궁극적으로 실시간으로 측정된 진동신호d(n)로부터 진동 신호에서 추출된 N차 오더 y(n)을 분리하기 위한 알고리듬이며, 이를 위해 필터 가중치 W(z)를 적용된다. 또한, 필터 가중치 및 LMS 알고리듬 모두에 N차 오더 레벨 정보 추출값x(n)이 모두 적용되며, 설정된 N차 오더 성분의 레벨이 0으로 수렴할 때까지 필터 가중치 W(z)를 반복 업데이트를 진행한다. 최종 W(z) 필터 가중치 및 업데이트가 완료된 후 LMS 필터를 실시간 진동신호에 적용한다.
도 5(B)는 LMS 필터를 적용하기 전후의 진동신호 변화를 보여준다.
전체 오더 차수가 포함된 실시간 진동신호 정보루터 추출하고자 하는 N차 오더 성분을 설정함에 있어서, 모터 출력토크와의 상관성이 크거나, 선형성이 높은 N차 오더 성분을 결정하게 된다. FFT 분석을 통한 N차 오더와 LMS 필터를 적용한 N차 오더를 비교한 것으로 LMS 필터를 적용한 N차 오더의 경우가 레벨이 좀더 작으며, 데이터의 개수도 FFT보다 작은 것을 알 수 있다. 즉, LMS 필터를 사용 시 샘플링 데이터 개수가 FFT 대비해 작으므로 해상도(resolution)에 의한 데이터 손실이 발생하며, FFT 가 더 높은 해상도를 가지므로 레벨도 더 높게 된다.
이를 적용한 전체 알고리듬은, 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계; 산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출되는 단계로는 상기 진동신호에 대해 LMS 필터 알고리듬을 이용해 진동신호 재순환 시 가중치를 갱신함으로서 상기 N차 오더성분의 레벨이 0으로 수렴되게 함으로서 상기 N차 오더성분을 추출하는 단계; 상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계; 상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계; 상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계; 에 의해 전기차의 EV 모터의 음색을 제어할 수 있다.
도 6은 정확도에서 장점이 있는 FFT(Fast Fourier Transformation) / IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation) 변환 알고리듬을 적용한 경우이다.
도 6는 시간 데이터를 주파수 데이터로 변환한 그림이다. 매우 짧은 시간에 측정된 영역에 FFT를 수행할 수 있으며, 주파수 해상도(resolution)이 낮다. 주파수 해상도란 원하는 신호를 주파수 domain에서 관찰할 때 얼마나 촘촘한 간격으로 해당 주파수 대역의 값을 관찰 할 수 있는가를 의미한다.
따라서, 추가로 NFFT(Non-equispaced Fast Fourier Transformation) 기법을 적용한다. 강제로 M개의 추가 zero-padding(제로 패딩) 데이터를 추가하여, 해상도(resolution)을 높임으로서, 진동센서로 측정된 raw 데이터정보를 유지할 수 있다. 최종적으로 2Hz 수준으로 리샘플링(resampling) 된 FFT 데이터를 획득함으로서 모터 회전수를 이용한 N차 오더성분의 정확한 값을 추출할 수 있다.
목표 사운드 제어시 입력 데이터와 출력데이터의 시간 차이가 30msec 이내 조건을 만족해야 사람의 귀에서 지연감을 느끼지 못하는 자연스러운 사운드가 구현된다.
진동신호 측정 시 20msec 데이터를 기준으로 FFT 즉 주파수 도메인으로 변환하게 되면, 주파수 간격이 매우 넓어서, 원하는 촘촘한 주파수 특성을　찾지 못할 수 있다.　　이를 위해 NFFT 기법을 적용하여 부족한 데이터 개수　만?? Zero padding 처리하여 해상도(resolution)를 2Hz로 resampling 할 수 있다.
이를 적용한 전체 알고리듬은, 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계; 산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 추출되는 단계; 상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계; 상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계; 상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;하되,
상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
상기 진동신호를 FFT(Fast Fourier Transformation)변환하는 단계; NFFT(Non-equispaced Fast Fourier Transformation)를 통해 리샘플링(resampling)하는 단계; 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation)하는 단계를 통해 상기 N차 오더성분을 추출하는 모터진동 기반으로 전기차의 EV 모터의 음색을 제어할 수 있다.
도 7은 계산량이 작은 오더 트랙킹 알고리듬을 적용한 경우로서, 회전수 정보를 기반으로 N차 오더 성분을 추출한다. 먼저 오더 트래킹 계산을 통해 진동 신호의 오더 성분을 추출하고, 모터 회전수 변화에 따른 N차 오더를 계산하되 밴드 패스 필터를 적용한다.
이를 적용한 전체 알고리듬은 회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 산출되는 단계; 산출된 상기 오더성분 중 상기 EV모터에 대한 오더 트랙킹 분석 및 회전수기반 밴드패스필터를 이용해 N차 오더성분이 추출되는 단계; 상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 계산하는 단계; 상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 설정하는 단계; 상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계; 에 의해 전기차의 EV 모터의 음색을 제어할 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면 진동센서 신호처리제어기와 외장앰프 신호처리제어기가 구분될 수 있다. 즉, 진동센서 신호처리제어기에서는 도 8의N차 오더성분을 추출(S30)하고 RPM RPM 정보로터 오더를 생성(S31)하고, EV 모드 음색을 설정(S36) 할 수 있다. 외장앰프 신호처리제어기에서는 S30, S31, S36을 제외한 나머지 부분을 제어할 수 있다.
즉, 외장앰프 신호처리제어기의 MCU(Micro Control Unit)에서 진동센서 신호처리제어기로부터 S30, S31, S36에 의해 EV 음색제어된 출력신호 및 차량으로부터의 CAN 정보를 수신해서 통합적인 EV 음색제어가 이루어지고, 각종 스피커를 통해 출력할 수 있다. 진동센서 신호처리제어기의 목표음색 출력신호를 제공하는 기능은 도 4에서의 계산과정을 그대로 수행한다(S30, S31, S36). 목표음색 출력신호를 제공하는 기능 이외는 도 8에서 보듯이 외장앰프 신호처리제어기에서 처리될 수도 있다.
10 : 진동센서 20 : CAN
30 : 신호처리제어 40 : 사운드 출력기

Claims (20)

  1. 전기차 음색제어 방법에 있어서,
    회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 신호처리기에서 산출되는 단계;
    산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 상기 신호처리기에서 추출되는 단계;
    상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 상기 신호처리기에서 계산하는 단계; 및
    상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자 하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 상기 신호처리기에서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
    를 포함하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N차 오더성분은 결정계수(R2)이 90%이상인 N차 오더성분이 추출되는 단계; 를 포함하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오더성분은 상기 EV모터의 진동신호를 감지한 진동센서로부터 산출되는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진동센서의 위치는 주파수 스윕(sweep) 시, 진폭이 가장 높은 위치인 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 진동센서는 노킹센서인 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 출력하는 단계; 전에 상기 EV모터의 회전수에 기반해 주파수 밴드패스 필터를 적용해 출력 볼륨을 상기 진동센서 신호처리기에서 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 출력하는 단계; 전에 상기 EV모터의 회전수에 가중치를 주어 출력 볼륨을 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 출력하는 단계; 전에 상기 폐달개도량에 가중치를 주어 출력 볼륨을 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 출력하는 단계; 전에 상기 차속데이터로부터 차속미분변화값을 산출해 출력 볼륨을 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 EV모드 음색을 설정하는 단계; 에서 주행모드(절전/일반/스포츠)의 변화에 따른 오더성분이 배열되도록 선택하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  11. 전기차 음색제어 방법에 있어서,
    회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 진동센서 신호처리기에서 산출되는 단계;
    산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 상기 진동센서 신호처리기에서 추출되는 단계;
    상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 상기 진동센서 신호처리기에서 계산하는 단계;
    상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 상기 진동센서 신호처리기에서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;로 수행하되,
    상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
    상기 진동신호에 대해 LMS 필터 알고리듬을 이용해 진동신호 재순환 시 가중치를 갱신함으로서 상기 N차 오더성분의 레벨이 0으로 수렴되게 함으로서 상기 N차 오더성분을 추출하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  12. 전기차 음색제어 방법에 있어서,
    회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 진동센서 신호처리기에서 산출되는 단계;
    산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 상기 진동센서 신호처리기에서 추출되는 단계;
    상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 상기 진동센서 신호처리기에서 계산하는 단계;
    상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 상기 진동센서 신호처리기에서 EV모드 음색을 설정하는 단계;
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;로 수행하되,
    상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
    상기 진동신호를 FFT(Fast Fourier Transformation)변환하는 단계;
    NFFT(Non-equispaced Fast Fourier Transformation)를 통해 리샘플링(resampling)하는 단계; 및
    IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation)하는 단계를 통해 상기 N차 오더성분을 추출하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  13. 전기차 음색제어 방법에 있어서,
    회전하는 EV모터의 진동신호로부터 오더성분이 진동센서 신호처리기에서 산출되는 단계;
    산출된 상기 오더성분 중 모터 출력토크에 대한 선형성이 가장 큰 N차 오더성분이 상기 진동센서 신호처리기에서 추출되는 단계;
    상기 EV모터의 회전수를 주파수로 변환해 오더주파수를 상기 진동센서 신호처리기에서 계산하는 단계;
    상기 N차 오더성분의 진동레벨을 출력하고자하는 상기 오더주파수의 레벨에 적용해 오더성분을 재배열함으로서 EV모드 음색을 상기 진동센서 신호처리기에서 설정하는 단계;
    상기 설정된 EV모드 음색을 출력하는 단계;로 수행하되,
    상기 N차 오더성분이 추출되는 단계;는
    상기 EV모터에 대한 오더 트랙킹 분석 및 회전수기반 밴드패스필터를 이용해 추출하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  14. 제11항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동센서의 위치는 주파수 스윕(sweep) 시, 진폭이 가장 높은 위치인 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 진동센서는 노킹센서인 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  16. 제11항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력하는 단계; 전에 상기 EV모터의 회전수에 기반해 주파수 밴드패스 필터를 적용해 출력 볼륨을 외장앰프 신호처리기에서 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  17. 제11항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력단계; 전에 상기 EV모터의 회전수에 가중치를 주어 출력 볼륨을 외장앰프 신호처리기에서 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  18. 제11항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력단계; 전에 상기 폐달개도량에 가중치를 주어 출력 볼륨을 외장앰프 신호처리기에서 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  19. 제11항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력단계; 전에 상기 차속데이터로부터 차속미분변화값을 산출해 출력 볼륨을 외장앰프 신호처리기에서 조정하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
  20. 11항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EV모드 음색을 설정하는 단계; 에서 주행모드(절전/일반/스포츠)의 변화에 따른 오더성분이 배열되도록 외장앰프 신호처리기에서 선택하는 모터진동 기반 전기차 음색제어 방법.
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