KR20220076659A

KR20220076659A - 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법

Info

Publication number: KR20220076659A
Application number: KR1020200165380A
Authority: KR
Inventors: 이진성; 김기창; 박동철
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-06-08
Also published as: US11772554B2; CN114572109A; US20220169174A1; EP4008589A1

Abstract

본 발명은 전기자동차에서 차급에 따라 차별화된 가상 사운드를 제공할 수 있는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어기에 의해, 전기자동차의 주행 중 가상 사운드의 출력을 위한 차량 운전 정보가 수집되는 단계; 제어기에 의해, 상기 수집된 차량 운전 정보를 기초로 가상 사운드의 특성이 결정되는 단계; 제어기에 의해, 상기 결정된 가상 사운드의 특성 정보를 기초로 가상 사운드를 출력하기 위한 가상 효과 신호가 생성되는 단계; 음향 기기에 의해, 제어기로부터 입력된 가상 효과 신호를 기초로 상기 가상 사운드의 특성이 반영된 사운드 신호가 생성되는 단계; 및 음향 기기에 의해, 상기 생성된 사운드 신호가 미리 설정된 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘에 따라 운전자에 의해 선택된 차급에 해당하는 최종 사운드 신호로 보정되는 단계; 및 음향 기기에 의해, 상기 보정된 최종 사운드 신호에 따라 상기 선택된 차급에 해당하는 가상 사운드가 출력되는 단계를 포함하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법이 개시된다.

Description

전기자동차의 가상 사운드 제공 방법{Method for generating virtual sound of electric vehicle}

본 발명은 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차에서 가상의 사운드를 생성 및 재생하는 가상 사운드 제공 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 전기자동차(Electric Vehicle, EV)는 모터를 이용하여 주행하는 차량이다. 통상적인 전기자동차의 구동계는, 모터를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 배터리, 배터리에 연결되어 모터를 구동 및 제어하기 위한 인버터, 차량 구동원으로서 인버터를 통해 배터리에 충, 방전 가능하게 연결된 모터, 및 모터의 회전력을 감속하여 구동륜에 전달하는 감속기를 포함한다.

여기서, 인버터는 모터 구동시 배터리로부터 공급되는 직류(DC) 전류를 교류(AC)로 변환하여 전력케이블을 통해 모터에 인가하고, 모터 회생시에는 모터에서 생성된 교류 전류를 직류 전류로 변환한 뒤 배터리에 공급하여 배터리가 충전되도록 하는 역할을 한다.

통상의 전기자동차에서는 기존의 내연기관 자동차와 달리 다단 변속기를 사용하지 않으며, 그 대신 고정 기어비를 사용하는 감속기를 모터와 구동륜 사이에 배치한다. 이는, 내연기관(Internal Combustion Engine, ICE)이 운전점에 따라 에너지 효율의 분포 범위가 넓고 고속 영역에서만 고 토크를 제공할 수 있는 것과 달리, 모터의 경우 운전점에 대한 효율의 차이가 상대적으로 작고 모터 단품의 특성만으로도 저속 고토크의 구현이 가능하기 때문이다.

또한, 기존의 내연기관 구동계를 탑재한 자동차에서는 저속 구동이 불가능한 내연기관의 특성 때문에 토크 컨버터나 클러치와 같은 발진 기구를 필요로 하지만, 전기자동차의 구동계에서는 모터가 저속 구동이 용이한 특성을 가짐에 따라 발진 기구가 삭제될 수 있다. 이러한 기구적 차이로 인해 전기자동차에서는 내연기관 자동차와 달리 변속으로 인한 운전성의 끊김이 없고 부드러운 운전성을 제공할 수 있다.

이와 같이 전기자동차의 구동계는 기존의 내연기관 자동차와 같이 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 것이 아닌 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 동력을 발생시킨다. 그러므로 공기역학 및 열역학적 반응에 의해 생성되는 내연기관의 토크와 달리 전기자동차의 토크는 대체로 내연기관의 토크에 비해 정교하고 부드러우며 반응성이 빠른 특성이 있다.

이러한 특성은 전기자동차에서 긍정적인 부분으로 작용하지만, 고성능 차량 부문의 경우에는 오히려 내연기관의 소음과 물리적 진동, 열역학적 작용으로 인해 발생하는 여러 효과가 감성적으로 중요시될 때가 있다. 전기자동차에서 구동계의 특성상 제공할 수 없는 요소들 중 하나의 예를 들면, 고성능 내연기관 자동차에서 흔히 느낄 수 있는 후연소 사운드(after-burn sound)이다.

후연소 사운드는 내연기관의 배기계에서 압력 변화로 인해 발생하는 소리로, 고성능 차량 등에서 농후한 연료가 여러 이유로 인해 엔진의 실린더에서 발화하지 않은 상태로 배기 매니폴드를 통해 배출되었을 때 고온의 배기 파이프 내에서 팽창하면서 발생한다. 이러한 후연소 사운드는 운전자 등 차량 탑승자에게 다이나믹한 운전 감성과 박진감을 느끼게 한다.

최근 전기자동차의 이용이 늘어남에 따라 전기자동차에서도 내연기관 자동차에서와 같은 감성과 박진감, 사운드, 운전 재미를 느끼고 싶어하는 운전자들이 증가하고 있다. 이에 내연기관 자동차의 엔진 사운드나 후연소 사운드와 같이 전기자동차 구동계가 아닌 타 구동계에서 발생하는 사운드를 전기자동차에서 가상으로 생성하여 제공할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 특히, 전기자동차에서 차급에 따라 차별화된 가상 사운드를 제공할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전기자동차에서 운전자로 하여금 차별화된 운전 감성 및 다앙한 운전 재미를 느끼도록 하는 가상 사운드를 출력할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 내연기관 자동차의 후연소 사운드와 같이 전기자동차 구동계가 아닌 타 구동계에서 발생하는 사운드를 전기자동차에서 가상으로 생성할 수 있는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다. 또한, 본 발명은 전기자동차에서 차급에 따라 차별화된 가상 사운드를 제공할 수 있는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자('통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기에 의해, 전기자동차의 주행 중 가상 사운드의 출력을 위한 차량 운전 정보가 수집되는 단계; 제어기에 의해, 상기 수집된 차량 운전 정보를 기초로 가상 사운드의 특성이 결정되는 단계; 제어기에 의해, 상기 결정된 가상 사운드의 특성 정보를 기초로 가상 사운드를 출력하기 위한 가상 효과 신호가 생성되는 단계; 음향 기기에 의해, 제어기로부터 입력된 가상 효과 신호를 기초로 상기 가상 사운드의 특성이 반영된 사운드 신호가 생성되는 단계; 및 음향 기기에 의해, 상기 생성된 사운드 신호가 미리 설정된 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘에 따라 운전자에 의해 선택된 차급에 해당하는 최종 사운드 신호로 보정되는 단계; 및 음향 기기에 의해, 상기 보정된 최종 사운드 신호에 따라 상기 선택된 차급에 해당하는 가상 사운드가 출력되는 단계를 포함하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법에 의하면, 전기자동차에서 운전자로 하여금 차별화된 운전 감성 및 다앙한 운전 재미를 느끼도록 하는 가상 사운드를 출력하여 제공할 수 있게 된다. 또한, 내연기관 자동차의 후연소 사운드와 같이 전기자동차 구동계가 아닌 타 구동계에서 발생하는 사운드를 전기자동차에서 가상으로 출력하여 제공할 수 있게 된다. 또한, 전기자동차에서 차급에 따라 차별화된 가상 사운드를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 후연소 사운드 제공 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가상 후연소 사운드 제공 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가상 후연소 사운드 제공 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에서 가상 후연소 사운드의 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 가속페달 입력값(APS 값) 및 그 적분치에 따라 결정되는 가상 후연소 사운드의 특성을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 가상 후연소 사운드의 특성에 따른 후연소 신호와 사운드 발생 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 가상 사운드의 차급별 보정이 이루어지도록 하기 위한 전체 과정을 나타내는 블록도이다.

발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 전기자동차에서 운전자로 하여금 차별화된 운전 감성 및 다앙한 운전 재미를 느끼도록 하는 가상 사운드를 제공할 수 있는 가상 사운드 제공 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 내연기관(엔진) 자동차의 엔진 사운드나 후연소 사운드와 같이 전기자동차 구동계가 아닌 타 구동계에서 발생하는 사운드를 전기자동차에서 가상으로 생성 및 출력할 수 있는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기자동차에서 차급에 따라 차별화된 가상 사운드를 제공할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 제공하고자 하는 가상 사운드는 전기자동차의 구동장치(동력기관)인 모터에서 차량 주행 중 발생하는 모터 사운드일 수 있다. 여기서, 모터 사운드는 모터의 실제 소음이 아닌 가상의 모터 사운드이며, 차량 운전 조건에 따라 모터에서 발생하는 것으로 가상한 모터에 의한 가상 주행 사운드(주행음)이다.

또는, 본 발명에서 제공하고자 하는 가상 사운드는 전기자동차 구동계가 아닌 타 구동계, 예컨대 내연기관 자동차의 구동장치(동력기관)인 내연기관, 즉 엔진에서 차량 주행 중에 발생하는 엔진 사운드일 수 있다. 전기자동차에서는 엔진이 부재하므로 상기한 엔진 사운드 역시 엔진의 실제 소음이 아닌 가상의 엔진 사운드이며, 전기자동차에서 차량 운전 조건에 따라 발생하는 것으로 가상한 엔진에 의한 가상 주행 사운드이다.

또는, 본 발명에서 제공하고자 하는 가상 사운드는 상기와 같이 일반적인 엔진 사운드가 아닌 내연기관 자동차에서 발생하는 후연소 사운드(after-burn sound)일 수도 있다. 전기자동차에서는 내연기관(엔진)이 부재하므로 배기계에서의 후연소 사운드가 발생할 수 없으나, 본 발명에서는 내연기관의 배기계에서 발생하는 후연소 사운드를 모사한 가상 사운드를 전기자동차에서 생성 및 출력하여 제공한다.

상기한 가상 사운드 중 가상의 주행 사운드, 즉 가상 모터 사운드 또는 가상 엔진 사운드는 운전자가 가속페달을 조작함에 따른 가속 사운드(가속음)와 감속 사운드로 구분될 수 있다. 가속페달을 가압하여 조작한 경우 가속 사운드, 그리고 가속페달의 가압 상태를 해제한 경우 감속 사운드를 출력하도록 설정될 수 있다.

그리고 본 발명에서 제공하고자 하는 가상 사운드는 차량의 음향 기기를 통해 생성 및 출력하게 된다. 이때, 가사 사운드를 생성 및 출력하는 음향 기기는 DSP(Digital Signal Processor), 앰프, 단수 또는 복수의 스피커를 포함하는 것이 될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 가상 사운드 제공 방법은 차급별로 차별화된 가상 사운드를 음향 기기를 통해 출력하도록 구성된다. 여기서, 차급은 차량의 크기와 중량, 동력기관의 크기와 출력 용량, 엔진의 기통 수 및 배기량, 터보차저 유무 중 적어도 하나를 기준으로 분류 및 정의되는 차량 등급을 의미하는 것일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 가상 사운드 제공 방법으로서 전기자동차에서 차급별로 차별화된 가상 후연소 사운드를 생성 및 출력하는 예를 들어 설명하기로 한다. 이하의 설명에서 가상 후연소 사운드를 제공하는 예를 설명하지만, 가상 후연소 사운드와 함께 가상 엔진 사운드를 함께 생성 및 출력하여 제공하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에서 전기자동차의 주행 중 제공하고자 하는 가상 사운드는, 내연기관 자동차의 배기계에서 발생하는 후연소 사운드를 모사한 가상 후연소 사운드와, 내연기관 자동차의 엔진에서 발생하는 엔진 사운드를 모사한 가상 엔진 사운드를 포함하는 것이 될 수 있는 것이다. 또는, 본 발명에서 가상 사운드는 가상 후연소 사운드와 가상 엔진 사운드 대신 가상 모터 사운드를 포함하는 것일 수 있다.

공지의 내연기관 자동차에서 후연소 사운드는 주행 중인 차량의 후방에서 발생하는 이벤트성 배기음이고, 내연기관 자동차에서 엔진(내연기관)이 보통 차량 앞쪽에 탑재되므로 엔진 사운드는 주행 중인 차량의 전방에서 발생하는 소음이라 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 가상 후연소 사운드는 차량 후측에 장착된 스피커에서, 가상 엔진 사운드는 차량 전측에 장착된 스피커에서 출력되도록 설정될 수 있다.

본 발명에서 가상 사운드는 차량 운전 조건에 따라 생성 및 출력할 수 있다. 전기자동차의 경우 흡기계 및 배기계를 가지는 내연기관이 부재하다. 하지만, 본 발명에서는 제어기에서 차량의 운전 변수 정보를 이용하여 가상 후연소 사운드의 특성을 가진 후연소 신호가 생성되고 나면, 음향 기기를 통해 상기 생성된 후연소 신호에 따른 가상 후연소 사운드가 출력되도록 할 수 있다. 이때, 출력될 가상 후연소 사운드의 차급별 차별화를 위해, 후술하는 바와 같이 사운드 신호에 대해 차급에 따라 주파수나 음압을 추가로 조절하는 보정 프로세스가 실시될 수 있고, 이를 통해 차급별로 차별화된 가상 후연소 사운드가 음향 기기를 통해 출력되도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 사운드 제공 방법을 나타내는 블록도이다. 본 발명에서 가상 후연소 사운드를 출력할 때 가상 구동계 감성을 구현하기 위해 가상의 내연기관 진동을 구현할 수 있다. 이때, 가상의 내연기관 진동을 구현하기 위해 모터를 이용할 수 있다. 이하의 설명에서 가상의 내연기관 진동을 구현하기 위해 이용하는 모터는 구동륜에 연결되어 차량을 구동하는 구동모터이다. 그리고 이하의 설명에서 통상의 기술자라면 내연기관과 엔진이 같은 의미로 사용됨을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에서는 차량에서 주행 중 가상 후연소 사운드의 출력을 위한 운전 변수 정보가 실시간으로 수집되고, 상기 수집된 운전 변수 정보를 기초로 가상 후연소 사운드의 특성을 가진 후연소 신호를 실시간으로 생성한 뒤, 상기 생성된 후연소 신호에 따라 차량의 음향 기기에서 가상 후연소 사운드가 생성 및 출력(음향 효과 연출)되도록 한다.

본 발명에서 제어기에 입력되어 가상 후연소 사운드를 출력 및 연출하기 위해 이용되는 상기 운전 변수 정보는 전기자동차가 가지고 있는 실제 시스템에 관한 정보로서, 이는 전기자동차에서의 실시간 차량 운전 정보가 될 수 있다. 또한, 이 차량 운전 정보는 실제 전기자동차에서의 운전자 입력 정보와 운전 상태 정보를 포함하는 것일 수 있다.

상기 차량 운전 정보는 센서에 의해 검출되어 차량 네트워크를 통해 입력되는 센서 검출 정보일 수 있고, 또는 본 발명의 제어기에서 자체적으로 결정되는 정보이거나, 차량 내 타 제어기로부터 차량 네트워크를 통해 본 발명의 제어기에 입력되는 정보일 수 있다.

구체적으로는, 후연소 사운드의 출력 및 연출을 위한 차량 운전 정보는, 운전자 입력 정보인 가속페달 입력값(APS 값), 그리고 운전 상태 정보인 모터 토크(모터 토크 지령), 구동계 속도, 및 전력전자 부품의 온도 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 차량 운전 정보는, 운전자 입력 정보로서 가속페달 입력값의 변화율(변화 기울기)과 가속페달 입력값의 적분치, 그리고 운전 상태 정보로서 모터 토크의 변화율(변화 기울기)와 모터 토크의 적분치 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

여기서, 가속페달 입력값은 운전자의 가속페달 조작에 따른 것으로, 후술하는 바와 같이 가속페달 검출부에 의해 검출되는 정보일 수 있다. 가속페달 입력값의 변화율은 가속페달 입력값의 변화 기울기를 의미하는 것으로, 이는 APS(Accelerator Position Sensor) 신호의 기울기를 구하여 얻어질 수 있다.

상기 모터 토크는 차량에서 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 제어기에서 결정되는 모터 토크 지령(후술하는 기본 토크 지령)이 될 수 있다. 또한, 상기 모터 토크의 변화율은 모터 토크 지령의 변화 기울기를 의미하는 것일 수 있다. 전기자동차에서 구동모터의 토크 출력을 제어하기 위한 모터 토크 지령의 결정 및 생성 방법과 그 과정에 대해서는, 당해 기술분야에서 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 구동계 속도 정보는 속도와 가속도 중 하나 또는 둘 모두일 수 있고, 상기 속도는 차량 구동계 부품의 회전속도로서, 이는 모터 속도 또는 구동륜의 휠 속도(구동륜 회전속도) 또는 드라이브 샤프트 속도일 수 있다. 또한, 가속도는 모터 또는 구동륜 또는 드라이브 샤프트의 회전 가속도일 수 있다. 이는 모터 속도의 신호 또는 휠 속도의 신호 또는 드라이브 샤프트 속도의 신호를 미분하여 얻어진 것이 될 수 있고, 또는 가속도 센서에 의해 측정된 실측값이 될 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 가상 사운드 출력을 위한 구동계 속도 정보로서 가상 변수인 가상 엔진 속도를 이용할 수도 있다. 가상 엔진 속도는 제어기에서 상기 운전 변수 정보로부터 결정되는 가상의 속도이다. 본 발명의 실시예에서, 전기자동차에서의 운전 변수 정보로부터 가상 엔진 속도를 취득하는데 있어 미리 설정된 가상 내연기관 모델이 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 가상 엔진과 가상 변속기를 포함하는 가상 내연기관 모델이 이용될 경우 가상 엔진 속도는 가상 변속기의 입력속도가 된다. 이러한 가상 엔진 속도는 속도 검출부에 의해 측정된 구동계 속도의 가변 배수 값으로 산출될 수 있고, 여기서 구동계 속도는 모터 속도일 수 있다. 이때, 가상 엔진 속도를 산출하기 위해 모터 속도에 곱해지는 계수의 값은 가상의 변속기 및 기어비 모델, 가상의 현재 변속단에 따라 정해지는 값일 수 있다.

다단 변속기가 부재한 전기자동차에서 구동모터의 토크 제어를 통해 다단 변속감을 생성 및 구현할 수 있도록 전기자동차의 가상 변속감 생성을 위한 제어 방법이 알려져 있다. 또한, 전기자동차의 가상 변속감 생성을 위한 제어 과정에서 다단 변속감을 생성 및 구현하는데 필요한 가상 변수 중 하나로서 가상 엔진 속도를 이용하는 것이 알려져 있다.

이와 같이 다단 변속감을 생성 및 구현하는데 이용되는 가상 변수 중 하나인 가상 엔진 속도가 본 발명에서 가상 사운드 출력을 위한 가상 변수로 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 가상 효과 연출 제어부가 가상 차속과 가상 현재 변속단의 기어비 정보를 이용하여 가상 엔진 속도를 결정할 수 있다.

여기서, 가상 차속은 상기 실제 변수(입력 변수) 정보 중 하나인 실제 모터 속도와 가상 종감속 기어비를 이용하여 실제 모터 속도와 정비례하는 값으로 산출될 수 있고, 여기서 가상 종감속 기어비는 가상 효과 연출 제어부에 미리 설정되는 값이다. 본 발명의 실시예에서, 차량 주행 동안 측정되는 실제 모터 속도와 가상 종감속 기어비를 이용하여 가상 차속이 계산되고, 이 가상 차속에 의해 가상 엔진 속도가 실시간으로 계산될 수 있다.

이때, 가상 차속과 가상 현재 변속단의 가상 기어비를 곱한 값으로부터 가상 엔진 속도가 구해질 수 있으며, 또는 모터 속도 등 구동계 속도와 가상 현재 변속단의 가상 기어비를 곱한 값으로부터 가상 엔진 속도가 구해질 수도 있다.

또한, 가상 현재 변속단은 가상 차속과 가속페달 입력값(APS 값)으로부터 가상 효과 연출 제어부에 미리 설정된 변속 스케줄 맵에 따라 결정될 수 있다. 상기와 같이 가상 현재 변속단이 결정되면 그 변속단에 해당하는 가상 기어비와 가상 차속 또는 모터 속도를 이용하여 가상 엔진 속도를 실시간으로 산출할 수 있다.

상기와 같이 가상 현재 변속단이 가상 차속과 가속페달 입력값으로부터 결정되면 상기 결정된 가상 현재 변속단 정보를 기초로 가상 엔진 속도를 산출할 수 있는데, 이때 산출된 가상 엔진 속도 정보를 기초로 차량에서 가상 사운드를 생성할 수 있다. 이와 같이 가상 차속과 가속페달 입력값으로부터 결정된 변속단 정보가 이용될 수 있으나, 이러한 변속단 대신, 운전자가 시프트 레버와 같은 변속조작수단을 이용하여 기어 변속 조작을 할 때 선택된 변속단이 가상 사운드를 생성하는데 이용되도록 할 수도 있다.

상기 전력전자 부품(Power Electronic Parts, PE 부품)의 온도는 온도센서에 의해 검출되는 온도이고, 여기서 전력전자 부품은 구동계 부품 등 전기자동차에서의 전력전자 부품을 의미하는 것일 수 있다. 본 발명에서 상기한 전력전자 부품의 온도는 모터 온도 또는 배터리 온도일 수 있고, 또는 모터와 배터리를 제외한 그 밖의 다른 전력전자 부품의 온도, 예를 들면 인버터 온도이거나 다른 차량 구동계 부품의 온도일 수 있다.

전기자동차에서는 모터와 배터리, 인버터 등 전력전자(PE) 부품의 냉각을 위해 이들 부품과 방열기(라디에이터) 사이에 냉각수를 순환시키는 수냉식 시스템이 이용되고 있으며, 상기 부품의 온도는 온도센서에 의해 검출되는 냉각수 온도일 수 있다.

본 발명에서는 전기자동차에서의 실제 운전 변수 정보인 상기 차량 운전 정보를 이용하거나, 또는 이 차량 운전 정보에 더하여 가상 변수 정보인 상기 가상 엔진 속도를 추가로 이용하여 제어기가 가상 후연소 사운드의 특성을 결정한다. 여기서, 가상 후연소 사운드의 특성은 음향 기기를 통해 가상 후연소 사운드가 출력되는 시점인 발현 시점을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 가상 후연소 사운드의 특성은 후연소 사운드를 모사한 음향의 강도와 지속시간, 시간간격, 그리고 주파수 대역 또는 음의 높낮이를 나타내는 피치 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 가상 후연소 사운드의 강도는 음량(volume)을 의미한다.

이와 같이 가상 후연소 사운드의 특성이 결정되면, 제어기는 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성을 기초로 후연소 신호를 생성하고, 상기 생성된 후연소 신호에 따라 가상 후연소 사운드가 출력될 수 있도록 음향 기기의 작동을 제어한다.

상기와 같이 제어기에 의해 전기자동차에서의 실제 운전 변수 정보로부터 내연기관에서의 가상 변수 정보가 취득될 때, 전술한 바와 같이 상기 제어기에 미리 구축 및 저장된 가상 내연기관 모델이 이용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가상 사운드 제공 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가상 사운드 제공 과정을 나타내는 순서도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가상 사운드 제공 장치는, 차량 운전 정보를 검출하는 운전정보 검출부(12), 운전정보 검출부(12)에 의해 검출되는 차량 운전 정보를 기초로 가상 후연소 사운드의 특성을 결정한 뒤 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성에 따라 가상 후연소 사운드의 출력을 위한 후연소 신호를 생성 및 출력하는 제1 제어기(20), 그리고 제1 제어기(20)에서 출력되는 후연소 신호에 따라 가상 후연소 사운드를 출력하도록 작동하는 음향 기기를 포함한다.

여기서, 음향 기기는 음원 신호와 후연소 신호를 처리하여 사운드를 발생시키기 위한 사운드 신호를 출력하는 사운드 발생장치(sound generator)(51), 그리고 사운드 신호에 따라 작동하여 가상 후연소 사운드를 출력하는 앰프(amplifier)(52)와 우퍼 등 스피커(speaker)(53)를 포함할 수 있다. 상기 스피커(53)는 차량 실내와 실외 중 적어도 하나 이상에 설치되고, 바람직하게는 복수 개의 스피커(53)가 차량에 설치되어 가상 후연소 사운드를 출력하는데 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에서 제1 제어기(20)는 차량 운전 정보를 기초로 토크 지령을 생성하여 출력하고, 이에 제2 제어기(30)에서는 제1 제어기(20)가 출력하는 토크 지령에 따라 구동장치(41)의 작동을 제어한다. 제1 제어기(20)와 제2 제어기(30)는 차량에서의 가상 사운드 출력 및 기타 가상 효과의 연출을 위한 제어 과정과 차량의 주행 제어 과정에 관여하는 제어기들이다. 이하의 설명에서 제어 주체를 제1 제어기(20)와 제2 제어기(30)로 구분하여 설명하지만, 본 발명에 따른 차량의 가상 사운드 출력을 위한 제어 과정 및 주행 제어 과정은 복수 개의 제어기 대신 통합된 하나의 제어요소에 의해서도 수행될 수 있다.

복수 개의 제어기와 통합된 하나의 제어요소를 모두 제어기라 통칭할 수 있고, 이 제어기에 의해 이하 설명되는 본 발명의 가상 사운드 출력을 위한 제어 과정이 수행될 수 있다. 이때, 제어기는 제1 제어기(20)와 제2 제어기(30)를 모두 통칭하는 것이 될 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 가상 사운드 제공 장치는, 운전자가 가상 사운드 출력 기능을 포함한 가상 효과 연출 기능의 온(on)과 오프(off) 중 하나를 선택적으로 입력할 수 있도록 구비된 인터페이스부(11)를 더 포함할 수 있다.

상기 인터페이스부(11)로는 운전자가 차량에서 가상 사운드 출력 기능의 온(on)과 오프(off)를 조작할 수 있는 수단이라면 사용 가능하며, 예로서 차량에 구비되는 버튼이나 스위치 등의 조작 장치, 그 밖에 ANV(Audio, Video, Navigation) 시스템의 입력 장치나 터치 스크린 등이 될 수 있다.

상기 인터페이스부(11)는 제1 제어기(20)에 연결될 수 있고, 더 구체적으로는 제1 제어기(20)에서도 후술하는 가상 효과 연출 제어부(22)에 연결될 수 있다. 이에 따라 인터페이스부(11)를 통한 운전자의 온(on) 또는 오프(off) 조작이 있게 되면, 인터페이스부(11)에서 온 신호 또는 오프 신호가 제1 제어기(20)의 가상 효과 연출 제어부(22)에 입력될 수 있게 된다. 결국, 제1 제어기(20)의 가상 효과 연출 제어부(22)가 운전자에 의한 가상 효과 연출 기능(가상 후연소 사운드 출력 기능 포함)의 온 또는 오프 조작 상태를 인식할 수 있게 된다(도 3의 S1 단계 참조).

본 발명에서 차량 주행 동안 사운드 발생장치(51), 앰프(52) 및 스피커(53)를 포함하는 음향 기기를 이용하여 내연기관에서의 가상 사운드를 출력하는 가상 사운드 출력 기능은, 운전자가 상기 인터페이스부(11)를 통해 온(on)을 입력한 경우에만 실행된다. 또한, 인터페이스부(11)가 차량 내에 구비된 차량용 입력 장치라면, 인터페이스부(11)의 다른 예로서, 가상 후연소 효과 연출 기능의 온 및 오프 조작을 운전자가 모바일 기기를 통해서도 하도록 할 수 있다. 상기 모바일 기기는 차량 내 장치, 예컨대 제1 제어기(20)에 통신 가능하게 연결될 수 있는 것이어야 하며, 이를 위해 모바일 기기와 제1 제어기(20) 사이의 통신 연결을 위한 입출력 통신 인터페이스가 이용된다.

본 발명에서 인터페이스부(11)는 도 2에 나타낸 바와 같이 음향 기기의 사운드 발생장치(51)에도 연결될 수 있고, 이에 후술하는 바와 같이 운전자가 인터페이스부(11)를 통해 차급을 선택하거나 가상 사운드의 볼륨 및 음색 등을 조절하는 것이 가능하도록 한다. 즉, 인터페이스부(11)를 통해 운전자가 원하는 차급을 선택하면 음향 기기에서 운전자가 선택한 차급에 해당하는 가상 사운드가 출력되도록 하는 것이며, 가상 사운드의 볼륨 및 음색 등이 인터페이스부(11)에서의 조작으로 조절될 수 있도록 하는 것이다.

운전정보 검출부(12)는 차량에서 기본 토크 지령을 생성하기 위해 필요한 차량 운전 정보와 함께 가상 사운드 출력 기능을 수행하기 위해 필요한 차량 운전 정보(운전 변수 정보)를 검출하는 구성부이다. 본 발명의 실시예에서, 운전정보 검출부(12)는, 운전자의 가속페달 조작에 따른 가속페달 입력 정보(가속페달 입력값)를 검출하는 가속페달 검출부, 차량 구동계의 속도를 검출하는 속도 검출부, 그리고 전력전자 부품의 온도를 검출하는 온도 검출부를 포함할 수 있다.

여기서, 가속페달 검출부는 가속페달에 설치되어 운전자의 가속페달 조작 상태에 따른 전기적인 신호를 출력하는 통상의 가속페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS)일 수 있다. 속도 검출부는 차량 구동계의 속도 정보를 취득하기 위한 것으로, 상기 차량 구동계의 속도 정보는 차량 구동계의 속도와 가속도 중 하나이거나 둘 모두일 수 있다.

또한, 상기 속도는 차량을 구동하는 모터, 즉 구동모터(41)의 회전속도(모터 속도)이거나 구동륜(43)의 회전속도(구동륜 속도)이거나 드라이브 샤프트의 회전속도(드라이브 샤프트 속도)일 수 있다. 이때, 속도 검출부는 구동모터(41)에 설치된 레졸버이거나 구동륜(43)에 설치된 휠속 센서일 수 있으며, 또는 드라이브 샤프트 속도를 검출할 수 있는 센서일 수 있다. 상기 가속도는 속도 검출부의 속도 신호를 미분하여 얻어질 수 있고, 또는 속도 검출부로서 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도 실측값이 될 수 있다.

온도 검출부는 전력전자 부품의 온도를 검출하기 위한 것으로, 해당 부품의 온도를 검출하는 온도센서일 수 있고, 또는 부품을 냉각하기 위한 냉각수 온도를 검출하는 온도센서(수온센서)일 수 있다. 여기서, 전력전자 부품은 차량을 구동하는 모터(41), 모터를 구동 및 제어하기 위한 인버터(미도시), 또는 인버터를 통해 모터(41)에 충, 방전 가능하게 연결된 배터리(미도시)이거나, 그 밖에 모터 구동과 관련된 다른 전력전자 부품 또는 구동계 부품일 수 있다.

그리고 본 발명에서 차량 운전 정보는 후술하는 기본 토크 지령 생성부(21)에서 기본 토크 지령을 생성하는데 이용될 수 있는 것으로서 차속을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 운전정보 검출부(12)는 도 2에는 나타내지 않았으나 현재의 주행 차속을 검출하기 위한 차속 검출부를 더 포함할 수 있고, 상기 차속 검출부는 차량의 구동륜(43)에 설치된 휠속 센서를 포함하는 구성이 될 수 있다.

그리고 제1 제어기(20)는, 차량 운전 정보로부터 기본 토크 지령을 결정 및 생성하는 기본 토크 지령 생성부(21), 상기 실제 운전 변수 정보인 차량 운전 정보 또는 상기 차량 운전 정보와 가상 변수 정보로부터 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하고 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성에 따라 후연소 사운드 생성용 후연소 신호를 생성하여 출력하는 가상 효과 연출 제어부(22), 그리고 상기 기본 토크 지령 생성부(21)에서 입력된 기본 토크 지령으로부터 최종 토크 지령을 생성하는 최종 토크 지령 생성부(23)를 포함할 수 있다.

상기 기본 토크 지령은 통상의 전기자동차에서 주행 중 수집되는 차량 운전 정보에 기초하여 결정 및 생성되는 모터 토크 지령일 수 있고, 기본 토크 지령 생성부(21)는 통상의 전기자동차에서 차량 운전 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 생성하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU) 또는 그 일부일 수 있다.

또한, 가상 효과 연출 제어부(22)는 가상 사운드 출력을 위한 제어 전반을 수행하는 제어요소로서, 이는 본 발명에서 가상 후연소 사운드 출력을 위해 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하고 상기 결정된 특성에 따라 후연소 신호를 생성하여 출력하는 신규한 구성부이고, 이는 차량 제어기 내에 그 일부로서 부가되거나 차량 제어기와는 별도의 제어요소로서 구비될 수 있다.

상기 가상 효과 연출 제어부(22)는 전기자동차에서의 실제 운전 변수 정보인 상기 차량 운전 정보에 기초하여 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하거나, 실제 운전 변수 정보로부터 취득된 가상 변수 정보로부터 가상 후연소 사운드의 특성을 결정한다(도 3에서 S2 단계임). 또한, 상기 가상 효과 연출 제어부(22)는 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하고 나면, 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성에 따라 후연소 신호를 생성하여 출력한다(도 3에서 S2 단계임).

이외에도, 가상 효과 연출 제어부(22)는, 후연소로 인한 가상의 차량 진동을 차량의 구동장치(41)인 모터를 이용하여 연출하기 위해, 가상의 차량 진동을 구현하기 위한 보정 토크 지령인 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령을 결정하도록 구비될 수 있다. 상기 가상 효과 연출 제어부(22)에서 결정된 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령은 최종 토크 지령 생성부(23)로 입력되어 기본 토크 지령을 보정하는데 이용된다. 이때, 가상 효과 연출 제어부(22)는 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성으로부터 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령을 결정하도록 구비될 수 있다.

최종 토크 지령 생성부(23)에서는 기본 토크 지령 생성부(21)로부터 입력된 기본 토크 지령이 가상 효과 연출 제어부(22)로부터 입력된 보정 토크 지령(가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령)에 의해 보정되는데, 보정 시 기본 토크 지령에 보정 토크 지령인 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령을 합산함으로써 최종 토크 지령을 산출할 수 있다.

제2 제어기(30)는 제1 제어기(20)에서 송신되는 토크 지령, 즉 제1 제어기(20)의 최종 토크 지령 생성부(23)로부터 출력되는 최종 토크 지령을 수신하여 구동장치(41)의 작동을 제어하는 제어기이다.

본 발명에서 구동장치(41)는 차량의 구동륜(43)에 연결되어 차량을 구동하는 모터, 즉 구동모터(41)이고, 제2 제어기(30)는 통상의 전기자동차에서 인버터를 통해 모터(41)를 구동시키고 모터(41)의 구동을 제어하는 공지의 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령은 구동장치(41)인 모터의 토크에 가상 후연소 연출을 위한 진동을 부여하기 위한 것으로, 가상 후연소 사운드의 특성에 매칭되는 모터 토크의 미소 떨림을 연출하기 위한 것이다.

상기 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령은 미리 정해진 주기와 진폭의 웨이브 형태로 변동하는 지령 값을 가지는 것이 될 수 있다. 또는 상기 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령은 가상 후연소 사운드의 특성에 연동되는 지령 값을 가지는 것이 될 수 있고, 예를 들면 가상 후연소 사운드의 특성 중 가상 후연소 사운드의 강도와 주파수, 지속시간, 시간간격에 상응하는 펄스 형태의 지령 값을 가지는 것이 될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 구동장치(41)인 모터가 출력하는 토크 및 회전력은 도 2에 나타낸 바와 같이 감속기(42)에 의해 감속된 뒤 구동륜(43)에 전달되는데, 가상 후연소 효과 연출용 개입 토크 지령에 의해 보정된 최종 토크 지령에 따라 모터(41)의 구동이 제어되면, 가상 후연소 시의 진동을 모사하기 위한 미소 진동이 부가된 모터 토크의 출력이 이루어지게 된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 가상 효과 연출 제어부(22)는 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하고 나면(도 3에서 S2 단계임), 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성에 따라 후연소 신호를 생성하여 출력하는데(도 3에서 S2 단계임), 음향 기기(51,52,53)의 정상 작동 상태에서 상기 후연소 신호에 의해 음향 기기의 작동이 제어되고, 이로써 음향 기기를 통해 후연소 사운드의 출력이 이루어지게 된다(도 3에서 S3 및 S4 단계임).

본 발명의 실시예에서, 가상 후연소 사운드의 특성은, 음향 기기(51,52,53)를 통해 가상 후연소 사운드가 출력되는 발현 시점, 가상 후연소 사운드의 강도와 지속시간, 시간간격, 그리고 주파수 대역 또는 피치(pitch)(음의 높낮이임) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.

도 2에서 도면부호 54는 차량의 운전석 전방에 설치된 클러스터이고, 이 클러스터(54)를 통해서는 현재 차속과 함께 현재의 가상 엔진 속도와 가상 변속단이 표시될 수 있다.

이상으로 가상 후연소 사운드의 출력을 위한 장치 구성을 설명하였으며, 위의 설명은 가상 후연소 사운드의 예를 들어 설명한 것으로, 가상 후연소 사운드는 본 발명에서 제공하고자 하는 가상 사운드 중 하나의 예일 뿐, 본 발명이 가상 후연소 사운드를 제공하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 위의 설명에서 후연소 사운드는 모터 사운드나 엔진 사운드로 대체될 수 있다.

또한, 위의 설명에서 후연소 신호가 가상 후연소 사운드를 출력하는데 이용되고 있지만, 후연소 신호는 가상 모터 사운드 또는 가상 엔진 사운드를 출력하는데 이용되는 주행 신호로 대체될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 가상 후연소 사운드를 제공하는 것 대신, 가상 모터 사운드나 가상 엔진 사운드를 제공하는 것이 가능하고, 가상 엔진 사운드와 가상 후연소 사운드를 함께 제공하는 것도 가능하다.

본 발명에서 후연소 신호와 주행 신호는 전기자동차에서 가상 사운드를 생성 및 출력하기 위해 이용되는 가상 효과 신호로서, 현재의 차량 운전 조건에서 후연소 사운드의 특성 또는 가상 주행 사운드(가상 엔진 사운드 또는 가상 모터 사운드)의 특성에 매칭되는 신호가 된다.

이와 같이 제어기가 운전 변수 정보(차량 운전 정보)를 기초로 가상 후연소 사운드의 특성에 매칭되는 후연소 신호, 또는 가상 주행 사운드의 특성에 매칭되는 주행 신호와 같은 가상 효과 신호를 생성 및 출력하면, 음향 기기에서는 음원 신호와 가상 효과 신호를 이용하여 원하는 가상 후연소 사운드 또는 가상 주행 사운드를 출력하게 된다.

음향 기기에서는 음원 신호를 후연소 사운드의 특성 또는 가상 주행 사운드의 특성을 나타내도록 수정 및 조절하며, 이어 수정 및 조절된 음원 신호에 대해 미리 설정된 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘을 이용하여 추가로 조절한다. 결국, 음향 기기의 스피커를 통해 현재의 차량 운전 조건에 해당하는 차급별 가상 사운드가 출력될 수 있게 된다.

한편, 이하의 설명에서는 가상 후연소 사운드의 특성 결정 및 후연소 신호의 생성 방법과 가상 후연소 사운드의 출력 방법 등에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 고성능 내연기관 자동차에서 발생하는 후연소 사운드를 전기자동차에서 가상으로 출력하여 전기자동차의 운전자로 하여금 다이나믹한 운전감과 박진감을 느낄 수 있도록 해준다. 이를 통해 차량 퍼포먼스와 본능을 자극하는 감성 성능을 운전자에게 제공하게 된다.

내연기관 자동차에서 후연소 사운드는 강제적으로 연료 분사 기통 및 점화시기를 조절하여 발생시키는 사운드이며, 본 발명에서 후연소 신호는 내연기관 자동차에서 내연기관과 변속기의 SCC(Single Cylinder Cut) 로직을 통해 발생시키는 후연소 사운드를 전기자동차에서 구현하기 위한 것이다. 여기서, SCC 로직이란 업시프트(upshift) 변속 시 엔진의 일부 기통에 연료를 미분사함으로써 배기 매니폴드 후단측에서 폭발을 일으키는 로직이며, 점화지각 및 공연비 변화를 유도한다.

본 발명에서 후연소 신호는 전술한 가상 후연소 사운드의 특성에 매칭되는 신호로서, 음향 기기를 재생시키기 위해 생성하는 것이며, 상기 후연소 사운드의 특성은 기본적으로 전기자동차에서의 실제 운전 변수 정보 또는 실제 운전 변수 정보와 가상 변수 정보를 이용하여 결정할 수 있다.

여기서, 실제 운전 변수 정보는 모터 토크와 함께 구동계 속도일 수 있고, 가상 변수 정보는 가상 엔진 속도일 수 있다. 또한, 상기 구동계 속도는 모터 속도, 구동륜 속도, 또는 드라이브 샤프트 속도일 수 있다. 또한, 본 발명에서 가상 후연소 사운드의 특성은 모터 토크와 구동계 속도를 기초로 결정되거나, 모터 토크와 가상 엔진 속도를 기초로 결정될 수 있다.

여기서, 모터 토크는 모터 토크 지령일 수 있고, 이는 상기한 기본 토크 지령일 수 있다. 또한, 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하기 위한 실제 운전 변수 정보로서 상기 모터 토크 대신 가속페달 입력값(APS 값)이 이용될 수도 있다. 또한, 가상 후연소 사운드의 특성을 결정하기 위한 가상 변수 정보로서 전술한 가상 변속감 생성 및 구현을 위한 제어 과정에서 얻어지는 가상 변속 신호가 이용될 수도 있다.

도 4는 본 발명에서 가상 후연소 사운드의 특성을 나타내는 것으로, 가상 후연소 사운드의 특성 중 발현 시점과 강도(즉 가상 후연소 사운드의 음량)를 예시하고 있다. 본 발명에서 가상 후연소 사운드의 특성 중 발현 시점은 가상 후연소 사운드의 출력을 언제 시작할 것인지를 결정하는 요소이다.

발현 시점은 실제 운전 변수 정보 중 운전정보 검출부의 가속페달 검출부에 의해 검출되는 가속페달 입력값(APS 값)으로부터 결정될 수 있고, 또는 모터 토크나 전력전자 부품의 온도를 이용하여 발현 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 운전자가 가속페달을 밟은 APS 인가 상태에서 가속페달을 밟지 않은 APS 미인가 상태가 되거나, 가속페달 입력값이 설정값보다 높은 값이었다가 설정값 이하가 된 경우, 발현 시점이 된 것으로 결정할 수 있다. 또는 모터 토크가 양의 값이었다가 0 또는 음의 값이 된 경우이거나, 모터 온도 또는 배터리 온도 등 전력전자 부품의 온도(냉각수 온도일 수 있음)가 미리 설정된 발현 조건의 범위 내에 있는 경우, 발현 시점이 된 것으로 결정될 수 있다.

또한, 가상 후연소 사운드의 특성 중 강도(음량)는 내연기관 자동차의 저단 이용시 후연소 강도가 커지는 것을 고려하여 구동계 속도 또는 가상 엔진 속도의 값이 클수록 작은 값으로 결정될 수 있다. 또는 반대로 상기 속도 값이 클수록 가상 후연소 사운드의 강도가 큰 값으로 결정될 수도 있다. 또는 속도 신호를 미분하거나 가속도 센서의 신호로부터 취득된 가속도 값이 클수록 가상 후연소 사운드의 강도가 큰 값이 되도록 설정될 수 있고, 또는 가속도 적분치가 클수록 강도가 큰 값이 되도록 설정될 수 있다.

또한, 가상 후연소 사운드의 강도는 가속페달 입력값(APS 값)이 클수록 더 큰 값으로 결정될 수 있고, 가속페달 입력값의 하강 기울기가 클수록, 그리고 가속페달 입력값의 적분치가 클수록 강도가 더 큰 값으로 결정될 수 있다. 또한, 모터 토크가 클수록 강도가 더 큰 값으로 결정될 수 있고, 모터 토크의 하강 기울기가 클수록, 그리고 모터 토크의 적분치가 클수록 강도가 더 큰 값으로 결정될 수 있다. 또한, 전력전자 부품의 온도가 미리 정해진 설정범위 이내에 있을 때 설정범위를 벗어난 경우에 비해 강도를 큰 값으로 설정할 수 있다.

가상 후연소 효과가 음향의 형태로 발현될 때 그 음향의 높낮이인 주파수(주파수 대역 또는 피치(pitch))를 조절할 수 있으며, 앞서 설명한 강도 설정을 위해 이용하는 동일한 각 입력 변수들에 대해서 동일한 연동 방법으로 주파수를 설정하는 것이 가능하다.

또한, 가상 후연소 사운드의 출력 이후 지속되는 시간을 설정할 수 있으며, 앞서 설명한 강도 설정을 위해 이용하는 동일한 각 변수들에 대해서 동일한 연동 방법으로 지속시간을 설정하는 것이 가능하다.

또한, 후연소 사운드는 임펄시브(impulsive)한 형태로, 일정 지속시간 동안 다발적, 연속적으로 발생하는 것이 일반적이다. 이때, 연속적으로 발생하는 후연소 사운드 간의 시간간격을 설정할 수 있다. 이 시간간격 역시 앞서 설명한 강도 설정을 위해 이용하는 동일한 각 변수들에 대해서 동일한 연동 방법으로 시간간격을 설정하는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 가속페달 입력값(APS 값) 및 그 적분치에 따라 결정되는 가상 후연소 사운드의 특성을 예시한 도면으로, 가상 후연소 사운드의 발현 시점, 강도, 지속시간 및 간격의 예를 보여주고 있다. 도 4 및 도 5에서 Y축의 크기(amplitude) 값은 가상 후연소 사운드의 강도(음량)를 나타내고, X축의 값은 가상 후연소 사운드가 출력되는 발현 시점 및 지속시간을 나타낸다. 도 4 및 도 5에 나타낸 가상 후연소 사운드의 특성은 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 발현 시점, 강도, 지속시간 간격 등은 다양하게 변경 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 가상 후연소 사운드의 특성에 따른 후연소 신호와 사운드 발생 과정을 나타내는 도면이다. 상기와 같이 가상 후연소 사운드의 특성이 결정되고 나면, 상기 결정된 가상 후연소 사운드의 특성에 매칭되는 후연소 신호를 생성하며, 도 6의 좌측에 후연소 신호의 예가 나타나 있다. 전술한 바와 같이 가상 효과 연출 제어부(22)가 가상 후연소 사운드의 특성에 매칭되는 후연소 신호를 생성하여 출력하며, 이 후연소 신호는 음향 기기의 사운드 발생장치(51)로 전달된다.

상기 사운드 발생장치(51)는 음원 재생을 위한 주요 구성 중 하나로서 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor, DSP)를 포함한다. 상기 후연소 신호는 가상 후연소 사운드의 음원 신호를 수정 및 조절하는데 이용되는 것으로, 사운드 발생장치(51)에서 디지털 신호 처리기(DSP)는 CPU의 제어하에 음원입력단을 통해 입력된 음원 신호와 후연소 신호에 대한 변환 및 처리를 수행한다. 또한, 디지털 신호 처리기에서 음원 신호와 후연소 신호를 처리하여 생성되는 사운드 신호는 앰프(Amp.)(52)를 통해 증폭된 후 차량 내 각 스피커(53)로 출력된다.

일반적으로 고성능 내연기관 자동차에서의 후연소 사운드는 배기계를 통해 발생한다. 본 발명에서는 고성능 내연기관 자동차에서와 유사하게 전기자동차에서 가상 후연소 사운드를 차량 실내와 실외를 분리하여 재생함으로써 내연기관 자동차에서와 동일한 감성을 구현할 수 있다.

후연소 사운드와 별개로, 본 발명의 실시예에서, 가상 효과 연출 제어부(22)는 차량에서 수집된 현재의 실제 차량 운전 정보(운전 변수 정보)에 기초하여 가상 주행 사운드(주행음), 즉 가상 엔진 사운드 또는 가상 모터 사운드를 재생하기 위한 주행 신호를 생성한 뒤 이 주행 신호를 후연소 신호와 별도로 사운드 발생장치(51)에 전달하도록 구비될 수 있다.

이때, 차량 실내에 설치된 단수 또는 복수 개의 스피커를 통해 가상 효과 신호에 연동된 가상 주행 사운드(주행음)의 재생 및 출력이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 차량 실외에 설치된 복수 개의 스피커를 통해서는 주행 신호에 연동하는 주행 사운드의 재생 및 출력과 더불어, 후연소 신호에 연동하는 후연소 사운드의 재생 및 출력이 이루어지도록 할 수 있다. 이때, 차량 실외 스피커 중 차량 전후방향 기준 차량 후측에 설치된 스피커에서 가상 후연소 사운드의 재생 및 출력이, 그리고 차량 전측에 설치된 스피커에서 가상 엔진 사운드의 재생 및 출력이 이루어지도록 할 수 있다. 또는 차량 실내에 설치된 스피커를 통해서도 후연소 사운드가 재생 및 출력되도록 할 수 있다.

사운드 발생장치(51)의 디지털 신호 처리기(DSP)에서는 음원 신호(WAV 등)가 저장 및 수정되고, 음의 피치(음의 높낮이)가 조절되며, 게인 컨트롤(gain control)을 통해 음색을 변경하고 저항을 조절한다. 또한, APS 컨트롤을 통해 APS 저항을 조절하고, 주파수 필터를 통해 재생 주파수 대역을 조절한다. 또한, 셰퍼드 레이어 컨트롤(shepard layer control)을 통해 2번째 음원을 생성하고, 음원 조절 영역을 조절한다. 또한, 가상 후연소 사운드와 주행 사운드의 볼륨을 조절한다.

한편, 본 발명의 실시예에서 가상 사운드, 즉 상기한 가상 후연소 사운드나 가상 주행 사운드(가상 모터 사운드 또는 가상 엔진 사운드)를 재생 및 출력함에 있어, 음향 기기에서는 음원 신호와 가상 효과 신호(후연소 신호 또는 주행 신호)를 이용하여 생성한 사운드 신호를 추가 처리 및 수정하여 차급별 차별화된 사운드 신호를 생성하게 된다.

즉, 제어기(제1 제어기의 가상 효과 연출 제어부)에서 후연소 신호 또는 주행 신호가 생성되어 출력되면, 음향 기기의 사운드 발생장치(51)에서는 후연소 신호 또는 주행 신호를 입력받아 이를 음원 신호와 함께 처리하여 차량 운전 조건에 따른 사운드 신호를 생성한다. 이어 사운드 발생장치(51)에서는 미리 설정된 사운드 보정 알고리즘에 따라 사운드 신호를 조절 및 처리하여 차급별로 차별된 최종 사운드 신호를 생성한다. 이로써 음향 기기에서는 상기 생성된 최종 사운드 신호에 따라 차급별 차별화된 가상 사운드(가상 후연소 사운드, 또는 가상 주행 사운드, 또는 가상 후연소 사운드 및 가상 주행 사운드)를 출력할 수 있게 된다.

이와 같이 차급별 차별화된 가상 사운드가 출력되도록 하기 위해, 차량 개발 단계에서 얻어진 차급별 설정 정보, 및 이 차급별 설정 정보를 이용하는 사운드 보정 알고리즘이 실제 양산 차량의 사운드 발생장치(51)에 미리 입력 및 저장된다. 이에 양산 차량에서는 운전자가 인터페이스부(11)를 통해 원하는 차급을 선택한 경우, 음향 기기의 사운드 발생장치(51)에서 운전자가 선택한 차급에 해당하는 차급별 설정 정보와 사운드 보정 알고리즘을 이용하여 사운드 신호를 보정하고, 이 보정된 최종 사운드 신호에 따라 차급별 차별화된 가상 사운드를 출력한다.

이와 같이 차량 개발 단계에서 얻어진 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘이 실제 양산 차량에 저장되어 이용되는데, 차량 제조사에서 적용 차종의 브랜드 아이덴티티(brand identity)(예, 현대자동차, 기아자동차, 제네시스)를 고려한 컨셉을 정의한 뒤 JURY TEST 등을 통한 감성 인식 모델링 과정을 이용하여 차급별 최적의 사운드를 평가 및 선정하고, 최적의 사운드를 생성할 수 있는 차급별 설정 정보와 사운드 보정 알고리즘을 얻게 된다.

감성 인식 모델링 과정에서 "Powerful", "Refined", "Gentle", "Luxurious", "Gorgeous" 등과 같이 차급별로 구분되는 감성을 표현 및 제공할 수 있는 차급별 사운드를 JURY TEST 등을 통해 평가하여 선정하거나 수정하고, 사운드 신호를 차급별로 보정하여 최종 사운드 신호를 생성하기 위한 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘을 설정하게 된다.

또한, 차량 개발 단계에서 자체 시험 평가법을 통해 측정된 차급별 사운드의 평균값을 분석하여 그 분석 결과를 차급별 설정 정보나 사운드 보정 알고리즘을 설정할 때 활용하는 것이 가능하다. 이때, 상기 차급별 설정 정보로서 차급별 사운드의 음압 가중치(weighting)나 기준 음압이 설정될 수 있고, 이는 자체 시험 평가법을 통해 측정된 차급별 사운드의 평균값을 분석하여 얻어질 수 있다. 또한, 모사하고자 하는 엔진의 기통 수에 따라 차급별 가상 사운드의 차수(order) 및 주파수 대역, 기통 수별 가변 주파수 등의 차급별 설정 정보를 얻어질 수 있다. 기통 수별 가변 주파수의 설정은 차급(경차, 소형, 중형, 대형)을 동력기관을 통해 특징지을 수 있는 정보이며, 기통 수에 따라 가상 사운드의 차수 및 주파수 대역이 다르게 정해질 수 있다.

엔진의 회전수에 따라 발생하는 주파수의 움직임을 차수(order)로 정의할 수 있는데, 이 차수와 주파수 대역을 차별화함으로써 차급별로 사운드를 차별화하는 것이 가능하다. 가변 주파수를 기통 수별로 설정하는 기준은 실제 차량들이 주행 중인 상태에서 엔진 기통 수에 따라 발생하는 가변 주파수의 특징을 일반화하여 정해질 수 있다. 이를 기준을 기통 수별 차별화된 가변 주파수를 설정하고, 사운드 보정 알고리즘을 통해 기통 수별 튜닝 및 보정된 사운드를 생성 및 재생할 수 있게 된다.

본 발명에서 차급은 사회 통념에 맞게 일반적으로 구분하고 있는 차량 등급이 될 수 있고, 구체적으로 차량의 크기와 중량, 동력기관의 크기와 출력 용량, 엔진의 기통 수 및 배기량, 터보차저 유무 중 적어도 하나를 기준으로 임의로 구분 및 정의해놓은 차량 등급을 의미하는 것일 수 있다. 더 구체적으로는, 대형, 중형, 소형으로 구분할 수 있고, 이에 더하여 고급차와 경차, 준대형, 준중형 등을 선택적으로 추가하여 구분하는 것이 가능하다.

본 발명에서 상기 차급별 설정 정보는 차급에 대한 정보, 예컨대 차량의 크기와 중량, 동력기관의 크기와 출력 용량, 엔진의 기통 수 및 배기량, 터보차저 유무에 따라 구분한 차급의 종류, 즉 대형, 중형, 소형, 고급차, 경차, 준대형, 준중형 등의 차급 정보, 그리고 차급별 보정을 위한 설정 정보를 포함하는 것이 될 수 있다.

이에 운전자가 인터페이스부(11)를 통해 차급을 선택하면, 음향 기기에서는 상기 선택된 차급에 해당하는 설정 정보와 사운드 보정 알고리즘을 이용하여 사운드 신호의 음압 및 주파수를 조절하고, 더불어 조절된 사운드 신호를 최종 사운드 신호로 이용하여 차급별 차별화된 가상 사운드를 출력하게 된다.

또한, 본 발명에서 운전자가 인터페이스부(11)를 조작하여 설정한 값에 따라 추가적으로 조절된 가상 사운드가 최종적으로 스피커를 통해 출력되도록 할 수 있다. 여기서, 인터페이스부(11)는 차량에 설치된 멀티미디어 시스템(AVN 시스템)의 조작부가 될 수 있고, 상기 인터페이스부(11)의 조작은 오디오 볼륨 조절과 음색 조절 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 것이 될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 전기자동차에서 운전자로 하여금 차별화된 운전 감성 및 다앙한 운전 재미를 느끼도록 하는 가상 사운드를 출력하여 제공할 수 있게 된다. 또한, 내연기관 자동차의 후연소 사운드와 같이 전기자동차 구동계가 아닌 타 구동계에서 발생하는 사운드를 전기자동차에서 가상으로 출력하여 제공할 수 있게 된다. 또한, 전기자동차에서 차급에 따라 차별화된 가상 사운드를 제공할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

11 : 운전정보 검출부 20 : 제1 제어기
21 : 기본 토크 지령 생성부 22 : 가상 후연소 연출 제어부
23 : 최종 토크 지령 생성부 30 : 제2 제어기
41 : 구동장치(모터) 42 : 감속기
43 : 구동륜 51 : 사운드 발생장치
52 : 앰프 53 : 스피커
54 : 클러스터

Claims

제어기에 의해, 전기자동차의 주행 중 가상 사운드의 출력을 위한 차량 운전 정보가 수집되는 단계;
제어기에 의해, 상기 수집된 차량 운전 정보를 기초로 가상 사운드의 특성이 결정되는 단계;
제어기에 의해, 상기 결정된 가상 사운드의 특성 정보를 기초로 가상 사운드를 출력하기 위한 가상 효과 신호가 생성되는 단계;
음향 기기에 의해, 제어기로부터 입력된 가상 효과 신호를 기초로 상기 가상 사운드의 특성이 반영된 사운드 신호가 생성되는 단계; 및
음향 기기에 의해, 상기 생성된 사운드 신호가 미리 설정된 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘에 따라 운전자에 의해 선택된 차급에 해당하는 최종 사운드 신호로 보정되는 단계; 및
음향 기기에 의해, 상기 보정된 최종 사운드 신호에 따라 상기 선택된 차급에 해당하는 가상 사운드가 출력되는 단계를 포함하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 사운드가 내연기관 자동차의 배기계에서 발생하는 후연소 사운드를 모사한 가상 후연소 사운드인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 사운드가 가상의 엔진 사운드이거나 가상의 모터 사운드인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 사운드가, 내연기관 자동차의 배기계에서 발생하는 후연소 사운드를 모사한 가상 후연소 사운드와, 내연기관 자동차의 엔진 사운드를 모사한 가상 엔진 사운드를 포함하고,
상기 가상 후연소 사운드는 차량 후측에 설치된 스피커를 통해, 상기 가상 엔진 사운드는 차량 전측에 설치된 스피커를 통해 각각 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 사운드의 특성은 상기 음향 기기를 통한 가상 사운드가 출력되는 시점인 발현 시점을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 가상 사운드의 특성은,
상기 가상 사운드의 강도와 지속시간, 시간간격, 그리고 주파수 대역 또는 음의 높낮이를 나타내는 피치 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량 운전 정보는 운전자 가속페달 입력값, 모터 토크 지령, 구동계 속도 정보, 및 전력전자 부품의 온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차급은 차량의 크기와 중량, 동력기관의 크기와 출력 용량, 엔진의 기통 수 및 배기량, 터보차저 유무 중 적어도 하나를 기준으로 분류하여 정한 차량 등급인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차급에 해당하는 사운드 신호로 보정되는 단계에서, 상기 차급별 설정 정보 및 사운드 보정 알고리즘에 따라 보정 전 사운드 신호의 주파수와 음압이 조절되어 보정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차급은 차량에서 음향 기기에 연결된 인터페이스부를 통해 운전자에 의해 선택 및 입력되는 것임을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 사운드가 출력되는 단계에서, 음향 기기에 연결된 인터페이스부의 조작을 통해 설정된 값에 따라 조절된 가상 사운드가 출력되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 인터페이스부의 조작은 오디오 볼륨 조절과 음색 조절 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 것임을 특징으로 하는 전기자동차의 가상 사운드 제공 방법.