KR20230103641A - 친환경 차량 및 그를 위한 음향 입출력 지원 방법 - Google Patents

친환경 차량 및 그를 위한 음향 입출력 지원 방법 Download PDF

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KR20230103641A
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조진겸
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Abstract

본 발명은 음성 명령 입력시 인식률을 향상시키고 음향 가이드 출력시 운전자가 인식하기 용이하도록 파워 트레인의 소음을 제어할 수 있는 친환경 차량 및 그를 위한 음향 입출력 지원 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법은, 음향 입출력 기능에 대한 제1 조건과 실내 소음도에 대한 제2 조건의 만족 여부를 판단하는 단계; 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건이 만족되면 현재 주행 모드를 판단하는 단계; 및 상기 판단된 주행 모드에 기반하여 구동원의 소음 저감 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

친환경 차량 및 그를 위한 음향 입출력 지원 방법{ECO-FRIENDLY VEHICLE AND METHOD OF SUPPORTING SOUND INPUT/OUTPUT FOR THE SAME}
본 발명은 음성 명령 입력시 인식률을 향상시키고 음향 가이드 출력시 운전자가 인식하기 용이하도록 파워 트레인의 소음을 제어할 수 있는 친환경 차량 및 그를 위한 음향 입출력 지원 방법에 관한 것이다.
최근 차량에 음성을 이용한 입/출력 가능이 활발히 적용되고 있다. 예를 들어, 네비게이션 시스템에 운전자의 음성으로 목적지를 입력하고, 길 안내시에 턴 바이 턴 안내가 음성으로 출력될 수 있다. 그런데, 차량 환경은 주행 중에 지속적으로 파워트레인에 의한 소음이 발생하며 노면 소음은 물론 주변 소음도 실내로 유입된다. 따라서, 실내에서 음성 입/출력 기능을 사용함에 있어 소음에 따라 운전자의 발화에 대한 인식률이 저하될 수 있으며, 운전자 또한 차량에서 출력되는 음성 안내를 인지하기 어려워질 수 있는 문제점이 있다. 특히, 음성 명령을 입력하는 방식은 물리적인 조작을 통한 명령 입력 대비 운전자의 주의 분산 방지 효과가 뛰어난 것이 보통이나, 음성 인식률이 떨어지면 반복적인 음성 명령 입력 및 그 결과를 확인하는 과정에서 오히려 운전자의 주의를 분산시키게 되어 더욱 문제된다.
한편, 최근 환경에 대한 관심이 높아짐과 함께, 전기 모터를 동력원으로 구비한 친환경 차량이 증가하는 추세이다. 친환경 차량은 전동화 차량이라고도 하며, 대표적인 예로는 전기차(EV: Electric Vehicle)와 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)를 들 수 있다. 그런데, 하이브리드 자동차에서도 엔진이 구동되는 중에는 엔진음이 실내에 유입되며, 전기 모터만 구동한다고 해도 엔진 대비 상대적으로 조용할 뿐 소음 문제에서 완전히 자유롭지는 못하다. 결국, 친환경 차량에서도 전술한 파워 트레인에 의한 음성 입/출력에 대한 저해 요소가 있다.
본 발명의 목적은 음성 입/출력 관련 기능이 사용될 때 차량 소음을 효과적으로 제어할 수 있는 친환경 차량 및 그를 위한 음향 입출력 지원 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법은, 음향 입출력 기능에 대한 제1 조건과 실내 소음도에 대한 제2 조건의 만족 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건이 만족되면 현재 주행 모드에 기반하여 구동원의 운전점 변경을 통한 소음 저감 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 조건은 음향 안내의 출력 시작 및 음성 명령의 입력 시작 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 조건은 실내 소음도가 기 설정된 기준 소음도보다 큰 경우를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 판단된 주행 모드가 EV 모드인 경우, 상기 소음 저감 제어를 수행하는 단계는, 전기 모터의 현재 운전점 대비 모터 소음도가 낮은 운전점에 대응되는 변속단으로 변속을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 변속을 수행하는 단계는, 상단 변속시 상기 전기 모터의 제1 운전점과 하단 변속시 상기 전기 모터의 제2 운전점을 판단하는 단계; 및 상기 제1 운전점과 상기 제2 운전점 중 상기 모터 소음도가 더 낮은 운전점에 대응되는 변속단을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 변속단을 판단하는 단계는, 상기 전기 모터의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 판단된 주행 모드가 HEV 모드인 경우, 상기 소음 저감 제어를 수행하는 단계는, 엔진의 현재 운전점을 소음도가 더 낮은 운전점으로 변경하는 단계; 및 상기 변경된 운전점에 따른 엔진의 토크 변화를 전기 모터의 운전점 변경을 통해 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 변경하는 단계는, 상기 엔진의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 소음 저감 제어를 수행하는 단계는, 상기 구동원의 출력토크 변화율을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 자동차는, 구동원; 및 음향 입출력 기능에 대한 제1 조건과 실내 소음도에 대한 제2 조건의 만족 여부를 판단하고, 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건이 만족되면 현재 주행 모드에 기반하여 상기 구동원의 운전점 변경을 통한 소음 저감 제어를 수행하는 제어기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 조건은 음향 안내의 출력 시작 및 음성 명령의 입력 시작 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 조건은 실내 소음도가 기 설정된 기준 소음도보다 큰 경우를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 판단된 주행 모드가 EV 모드인 경우, 상기 제어기는, 전기 모터의 현재 운전점 대비 모터 소음도가 낮은 운전점에 대응되는 변속단으로 변속을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상단 변속시 상기 전기 모터의 제1 운전점과 하단 변속시 상기 전기 모터의 제2 운전점을 판단하고, 상기 제1 운전점과 상기 제2 운전점 중 상기 모터 소음도가 더 낮은 운전점에 대응되는 변속단을 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 전기 모터의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 상기 변속단을 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는, 상기 판단된 주행 모드가 HEV 모드인 경우, 엔진의 현재 운전점을 소음도가 더 낮은 운전점으로 변경하고, 상기 변경된 운전점에 따른 엔진의 토크 변화를 전기 모터의 운전점 변경을 통해 보상할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는, 상기 엔진의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 상기 엔진의 운전점을 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는, 상기 소음 저감 제어를 수행함에 있어 상기 구동원의 출력토크 변화율을 제한할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 친환경 차량에서 음향 입/출력 기능 사용시 파워 트레인 제어를 통해 차량에서 발생하는 소음을 저감하여 차량에서는 음성 명령의 인식률이 향상되고 운전자는 차량에서 출력되는 음성 안내를 인지하기 쉬워진다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 입출력 지원 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 EV 모드에서 운전점 제어가 수행되는 형태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 모드에서 운전점 제어가 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트레인 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 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 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차 및 그를 위한 음향 입출력 지원을 위한 파워 트레인 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 친환경 자동차의 일례로 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우(즉, 가속 페달 센서 on), 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(140)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 보조 모터(또는, 시동발전 모터, 120)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다.
그에 따라 엔진(110)과 모터(140)의 회전속도 차이가 일정 범위 이내가 되면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께 차량를 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 이때 차량은 휠의 구동력을 이용하여 모터(140)를 통해 배터리(170)를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다. 따라서, 시동발전 모터(120)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 하이브리드 스타터 제너레이터(HSG:Hybrid Starter Generator)라 칭할 수 있다.
일반적으로 변속기(150)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 구동 모터(140)는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 220)에 의해 토크가 제어될 수 있으며, 엔진 클러치(130)는 클러치 제어기(230)가 각각 제어할 수 있다. 여기서 엔진 제어기(210)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(150)는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 240)와 연결되어, 하이브리드 제어기(240)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 엔진 클러치 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 그(240)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 EV-HEV 모드간 또는 CD-CS 모드간 전환 수행 여부를 결정한다. 이를 위해, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압제어를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)의 상태(Lock-up, Slip, Open 등)를 판단하고, 엔진(110)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기는 엔진 정지 제어를 위해 시동발전 모터(120)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(240)는 주행 모드 전환 제어시 모드 전환 조건의 판단 및 전환을 위한 하위 제어기의 제어가 가능하다.
물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다.
모터 제어기(MCU), 하이브리드 제어기(HCU) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
상술한 도 1 및 도 2의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는 친환경 자동차에서 음성 명령을 입력받거나, 음향 안내가 출력될 경우 파워 트레인으로부터 발생하는 소음을 운전점 제어를 통해 감소시켜 음성 인식률을 높이고, 차량에서 출력되는 안내 음향을 탑승자가 잘 인지할 수 있도록 할 것을 제안한다.
여기서, 운전점은 구동원, 즉, 구동 모터(140)와 엔진(110) 중 주행 모드에 따라 현재 동작 중인 구동원 각각의 토크와 RPM을 의미할 수 있다. 예컨대, 현재 주행 모드가 EV 모드인 경우 구동 모터의 현재 운전점 대비 상대적으로 소음이 적은 운전점으로 운전점을 이동시켜 파워 트레인 소음을 저감시킬 수 있다. 또한, 현재 주행 모드가 HEV 모드인 경우, 주행 성능이 희생되지 않도록 로드 레벨링(Load leveling) 방식으로 먼저 구동 모터(140) 대비 소음이 큰 엔진(110)의 토크를 저감하고, 구동 모터(140)의 토크를 그만큼 상향하여 파워 트레인의 소음이 전체적으로 저감되도록 할 수 있다. 또한, 음성 인식 기능이 활성화된 중에는 운전자의 입중력이 분산될 수 있음을 고려하여 출력토크의 시간당 변화율을 제한하여 안정적인 차량 주행이 유지되도록 할 수 있다. 또한, 음성 인식 기능이 활성화된 중에는 모드 전환이 제한될 수도 있다. 예컨대, 현재 주행 모드가 EV 모드이고, 운전자의 요구 토크 증대 등의 이유로 엔진의 출력을 구동력으로 이용하는 HEV 모드로의 전환이 판단되더라도, 음성 명령을 입력받거나, 음향 안내가 출력되는 동안에는 모드 전환이 제한되어 EV 모드가 유지될 수 있다. 만일, 현재 주행 모드가 HEV 모드인 경우 먼저 EV 모드로 모드 전환을 수행한 후 EV 모드가 유지되도록 할 수도 있다. 모드 전환 후에는 추가적 소음 방지를 위해 전술한 HEV 모드로의 전환을 금지함은 물론, 공조 목적이나 촉매 가열 등을 위한 엔진 기동도 허용하지 않을 수 있다.
먼저, 도 3을 참조하여 실시예에 따른 효과적인 음향 입출력 지원을 위해 파워 트레인 제어를 수행할 수 있는 음향 입출력 지원 제어기의 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 입출력 지원 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 음향 입출력 지원 제어기(300)는 입력 정보로 음향 안내 출력의 시작과 종료 여부를 나타내는 정보, 음성 명령 입력의 시작과 종료 여부를 나타내는 정보, 차량 내부 소음 및 운전자 요구 토크(또는 요구 파워)를 입력 정보로 가질 수 있다. 또한, 음향 입출력 지원 제어기(300)는 출력 정보로 목표 변속단, 로드 레벨 비율, 출력토크 시간당 변화량 제한 등을 가질 수 있다.
여기서, 음향 안내는 네비게이션 안내 음성과 같이 음성 형태의 정보를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 음성이 아닌 경고음도 음향 안내에 포함될 수 있다. 물론, 실시예에 따른 파워 트레인의 소음 저감 제어의 진입 조건이 되는 음향 안내는 스피커를 통해 출력되는 모든 종류의 음향 안내를 포함할 수도 있고, 잦은 파워 트레인 제어로 인한 운전성 저해나 연비 악화를 방지하기 위하여, 미리 설정된 종류의 음향 안내(예컨대, 네비게이션 시스템의 턴바이턴 안내 음성, 과속 카메라 경고음 등)를 제한적으로 포함할 수도 있다.
또한, 음향 안내 출력의 시작과 종료 여부를 나타내는 정보는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템으로부터 제공될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 음향 안내의 소스에 따라 다양한 변형이 가능하다.
음성 명령 입력의 시작과 종료 여부를 나타내는 정보의 소스 또한 음향 안내 출력의 시작과 종료 여부를 나타내는 정보의 소스와 유사할 수 있다. 예컨대, 음성 명령을 입력하기 위해 운전자가 핸들의 음성 인식 버튼을 조작함에 따라 AVN 시스템에서 음성 인식 기능을 활성화한 경우 음성 명령 입력이 시작됨이 음향 입출력 지원 제어기(300)로 전달될 수 있다. 또한, AVN 시스템에서 음성 명령의 인식에 대한 성공이나 실패 여부가 판단된 경우, 또는 운전자가 음성 인식 기능을 종료한 경우 AVN 시스템에서 음성 명령 입력의 종료를 음향 입출력 지원 제어기(300)로 통지할 수 있다. 물론, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
차량 내부 소음 정보는 차량 실내의 마이크를 통해 제공될 수도 있고, 파워 트레인의 현재 운전점과 변속단에 따라 미리 준비된 테이블 등의 정보를 참조할 수도 있다.
운전자 요구토크는 파워 트레인을 제어하는 상위 제어기, 예컨대, 하이브리드 제어기(240)로부터 획득될 수 있다.
한편, 출력 정보에 있어서 목표 변속단 정보는 변속기 제어기(250)로 전달될 수 있으며, 로드 레벨 비율은 각각 엔진 토크 지령과 모터 토크 지령의 형태로 엔진 제어기(210)와 모터 제어기(220) 각각에 전달될 수 있다. 또한, 출력토크 시간당 변화량 제한은 엔진 제어기(210)와 모터 제어기(220) 각각에 전달될 수도 있고, 별도의 정보/지령이 아니라 엔진 토크 지령과 모터 토크 지령에 출력토크 시간당 변화량 제한을 미리 적용하여 엔진 제어기(210)와 모터 제어기(220) 각각에 전달하는 형태로 구현될 수도 있다.
구현에 있어서, 음향 입출력 지원 제어기(300)는 파워 트레인의 제어(예컨대, 운전점 제어)를 수반하므로 하이브리드 제어기(240)와 같은 파워 트레인 전반을 제어하는 상위 제어기(전기차의 경우 차량 제어기(VCU: Vehicle Control Unit 등)의 일 기능으로 구현되는 것이 효율적일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 음향 입출력 지원 제어기(300)의 상세 구성을 설명한다.
음향 입출력 지원 제어기(300)는 판단부(310)와 제어부(320)를 포함할 수 있으며, 판단부(310)는 제어 진입/종료 판단부(311)를 포함하고, 제어부(320)는 EV 운전점 제어부(321), HEV 운전점 제어부(322) 및 제어 종료부(323)를 포함할 수 있다.
먼저, 판단부(310)의 제어 진입/종료 판단부(311)는 상술한 입력 정보를 기반으로 실시예에 따른 음향 입/출력의 지원을 위해 파워 트레인의 소음 저감 제어에 대한 제어 진입 및 제어 종료 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 제어 진입/종료 판단부(311)는 기 설정된 진입 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 진입 조건은 i) 기 설정된 종류의 음향 안내가 시작되거나 운전자가 음성 인식 기능을 활성화한 경우에, ii) 차량 내부 소음이 기준 소음보다 큰 경우 만족될 수 있다. 이때, 현재 주행 모드가 EV 모드인 경우 제어부(320)에 EV 운전점 제어 진입을 요청하고, 현재 주행 모드가 HEV 모드인 경우 제어부(320)에 HEV 운전점 제어 진입을 요청할 수 있다. 여기서, 기준 소음은 시험을 통해 음성 인식률이 일정 수준 이하가 되는 소음도로 미리 결정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제어 진입/종료 판단부(311)는 현재 주행 모드가 EV 모드인 경우 EV 운전점 제어 진입 요청과 함께, 제어부(320)에 모드 전환 금지 요청도 전달할 수 있다.
제어 진입/종료 판단부(311)는 상술한 진입 조건이 만족되지 않거나, 음향 안내 출력 또는 음성 명령 입력이 종료된 경우 제어 종료를 제어부(320)에 통지할 수 있다.
다음으로 제어부(320)의 각 구성요소를 설명한다.
EV 운전점 제어부(321)에서는 EV 모드에서 변속기(150)의 변속단 변경을 통해 구동 모터(140)의 운전점을 상대적으로 소음이 적은 운전점으로 이동시켜 전체 소음을 저감하는 제어를 수행한다.
이를 위해, EV 운전점 제어부(321)는 현재 변속단과 모터(140)의 현재 운전점에서 상단 변속했을 때와 하단 변속했을 때의 운전점 변화를 판단하고, 각 변속 케이스별로 소음이 현재보다 저감되는지 여부와 각 변속 케이스별로 소음도가 더 낮은 운전점을 판단하여 소음이 더 저감되는 방향으로 변속단 및 그에 따른 운전점을 결정할 수 있다. 이러한 판단에는 운전점별 소음 맵이 사용될 수 있다. 이를 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 EV 모드에서 운전점 제어가 수행되는 형태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 모터(140)의 RPM별 소음 분포도가 도시된다. 도시된 바와 같이, RPM이 높아질수록 소음이 발생하는 음역대가 점차 상승하면서 그 크기도 전체적으로 커짐을 알 수 있다. 따라서, 특정 운전점(410)에서 RPM을 낮출 경우(즉, 화살표 방향으로 이동) 소음이 저감됨을 알 수 있다.
다음으로, 도 4b의 그래프에서 가로축은 모터(140)의 RPM을, 세로축은 모터(140)의 토크를 각각 나타낸다. 또한, 그래프에서 각 곡선은 모터효율(%)이 동일한 지점을 연결한 등효율 선으로, 가장자리에서 중심측 원으로 갈수록 효율이 높다.
도 4a의 그래프에서는 RPM을 위주로 소음도를 나타낸 것으로, 다양한 토크 대역에 대하여 RPM별 소음도를 측정한 후 도 4b와 같은 효율 그래프와 결합하면, 도 4c와 같이 소음도가 작음, 중간, 큼의 세 영역으로 구분된 형태의 본 실시예에 따른 소음 맵이 구해질 수 있다.
이러한 소음맵의 형태는 예시적인 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 모터의 종류와 차량에 따라 시험을 통해 다양한 형태로 구해질 수 있으며, 소음도의 영역 구분도 다양한 레벨로 변형이 가능하다.
도 4c를 참조하면, 현재 운전점(410)이 소음 중간 영역에 위치하고, 현재 변속단에서 상단 변속시 RPM 저하로 소음 작음 영역으로 운전점이 변경(420)됨이 판단되면 EV 운전점 제어부(321)는 상단 변속을 결정할 수 있다.
이와 달리, EV 운전점 제어부(321)는 현재 운전점 대비 소음이 낮아지는 목표 운전점을 먼저 결정하고, 결정된 목표 운전점에 대응되는 변속단을 판단할 수도 있다.
또한, EV 운전점 제어부(321)는 변속을 통한 운전점 이동시 출력 토크 변동이 수반되는 경우, 출력 음향 인지 또는 음성 명령 입력에 따라 운전자의 집중력이 분산될 수 있음을 고려하여 출력토크의 시간당 변화량을 제한하여 안정적인 차량 주행을 유지한다.
다음으로, HEV 운전점 제어부(322)에서는 로드 레벨링(Load Leveling) 제어를 통해서 엔진(110)의 토크는 저감하고 구동 모터(140)의 토크는 엔진 토크 저감분을 보상하도록 상향하여 상대적으로 큰 엔진(110)의 소음을 저감함으로써 전체 파워 트레인의 소음을 저감하는 제어를 수행한다. 이는 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 모드에서 운전점 제어가 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 5a의 상단 그래프에서 가로축은 엔진(110)의 RPM을, 세로축은 엔진(110)의 토크를 각각 나타내며, 하단 그래프에서 가로축은 모터(140)의 RPM을, 세로축은 모터(140)의 토크를 각각 나타낸다. 또한, 상단 그래프에서는 엔진 운전점별 소음도가 매우 큼, 심함, 작음의 세 영역으로 구분되어 있으며, 하단 그래프에서는 모터 운전점별 소음도가 도 4와 유사하게 작음, 중간, 큼의 세 영역으로 구분되어 있다. 아울러, 각 그래프에서 곡선들은 파워가 동일한 지점을 연결한 등파워 선이다. 이러한 소음맵은 엔진 및 모터의 종류와 차량에 따라 시험을 통해 구해질 수 있다.
도 5a를 참조하면, 현재 엔진 운전점(510)이 소음 매우 큼 영역에 위치함에 따라 HEV 운전점 제어부(322)는 현재 운전점(520) 대비 소음이 낮은 소음 심함 영역의 운전점(520)으로 변경을 결정할 수 있다. 그에 따라 엔진(110)의 출력 토크가 낮아지게 될 것이므로, HEV 운전점 제어부(322)는 엔진 토크 저감분 만큼 현재 모터 운전점(530)의 토크가 상향되도록 새로운 모터 운전점(540)을 결정할 수 있다.
즉, HEV 운전점 제어부(322)는 구동 모터(140) 대비 엔진(110)의 소음이 크기 때문에 엔진(110)을 기준으로 소음을 저감하기 위한 운전점 제어를 선 수행하고, 엔진 운전점 변경에 따른 토크 변동을 보상하도록 모터 운전점 제어를 수행할 수 있다. 물론, HEV 운전점 제어부(322)도 엔진 운전점과 모터 운전점의 천이 과정에서 구동원별 출력 토크 변동이 수반되는 경우, 출력 음향 인지 또는 음성 명령 입력에 따라 운전자의 집중력이 분산될 수 있음을 고려하여 출력토크의 시간당 변화량을 제한하여 안정적인 차량 주행을 유지할 수 있다.
한편, 본 실시예의 다른 양상에 의하면, HEV 모드에서도 효율을 고려하여 변속 제어를 수행할 수도 있다. 이는 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5b를 참조하면, RPM에 종속도가 큰 엔진의 소음맵이 도시된다. 여기서, OOL(Optimal Operating Line)은 동일대역의 제동연료소비율(BSFC)을 갖는 영역에서 효율이 최적인 운전점을 연결한 선이다.
현재 엔진 운전점(550)이 소음 심함 영역에 위치함에 따라 HEV 운전점 제어부(322)는 현재 운전점(550) 대비 소음이 낮은 소음 작음 영역으로 운전점을 변경함에 있어, OOL 상에 위치하는 새로운 운전점(560)으로 변경을 결정할 수 있다. OOL을 따라 운전점을 변경함으로 인해, 엔진의 효율이 최적으로 유지될 수 있다. 다만, 이러한 경우에 엔진의 RPM이 낮아지므로 차속을 유지하기 위해 HEV 운전점 제어부(322)는 상단 변속을 결정할 수 있다. 동시에, 엔진(110)의 출력 토크도 낮아지게 될 것이므로, HEV 운전점 제어부(322)는 낮아진 RPM에서 엔진 토크 저감분만큼 모터의 운전점도 토크를 상향하도록 새로운 모터 운전점을 결정할 수 있다.
제어 종료부(323)는 판단부(310)의 제어 종료 통지에 따라 파워 트레인의 소음 저감 제어를 종료할 수 있다. 여기서, 소음 저감 제어를 종료한다고 함은 파워 트레인이 운전자의 요구 토크(또는 요구 파워), 배터리 상태, 구동원의 상태 등을 고려한 디폴트 제어를 따름을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
지금까지 설명한 파워 트레인의 소음 저감 제어를 순서도로 정리하면 도 6과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트레인 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 음향 입출력 지원 제어기(300)의 판단부(310)에서 음성 제어의 시작 여부가 판단될 수 있다(S601). 여기서 음성 제어의 시작이라 함은, 도 3을 참조하여 전술한 음향 안내 출력의 시작이나 음성 명령 입력의 시작을 의미할 수 있다.
음성 제어가 시작되면(S601의 Yes), 판단부(310)는 차량 내부 소음이 기준 소음보다 큰지 여부를 판단하고(S602), 기준 소음보다 큰 경우(S602의 Yes), 제어 진입을 결정한다.
그에 따라, 판단부(310)는 현재 주행 모드가 HEV 모드인 경우(S603의 No), 제어부(320)에 HEV 운전점 제어 진입을 요청하며, HEV 운전점 제어부(322)는 엔진 토크를 저감하고(S604) 모터 토크로 엔진 토크 변동분을 보상하는(S605) 로드 레벨링 제어를 수행할 수 있다.
만일, 현재 주행 모드가 EV 모드인 경우(S603의 Yes), 판단부(310)는 제어부(320)에 EV 운전점 제어 진입을 요청하며, EV 운전점 제어부(321)는 현재 운전점과 변속단을 기반으로 구동 모터(140)의 소음이 감소하는 운전점을 갖는 변속단을 판단하여(S606A, S606B) 판단 결과에 따라 상단 변속(S607A) 또는 하단 변속을 수행할 수 있다(S607B). 만일, 현재 변속단에서 상단 변속이나 하단 변속을 하여도 모터 소음이 감소하는 운전점으로 이동하지 않는 경우(즉, S606A의 No -> S606B의 No) 변속이 수행되지 않을 수도 있다. 이때, HEV 모드로의 모드 전환 금지도 요청될 수 있음은 전술한 바와 같다.
주행 모드에 따라 변속(S607A 또는 S607B) 또는 로드 레벨링(S604 및 S605)이 수행되는 경우, 출력토크 급변을 방지하기 위해 제어부(320)에서 출력토크 변동율이 제한될 수 있으며(S608), 전술한 S603 단계 이하의 제어는 음성 제어가 종료될 때까지 반복 수행될 수 있다(S609).
도 6의 순서도는 도 5a와 같은 제어를 기준으로 작성되었으나, 도 5b와 같은 제어를 수행할 경우, S604 단계는 OOL 라인을 따라 현재 운전점 대비 소음도가 낮은 운전점으로 변경하고, 그에 따라 RPM 변동시 변속을 수행하는 단계로 대체될 수 있다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, 하드웨어의 추가 없이도 하이브리드 제어기 등의 로직 변경을 통하여 음성 인식 및 음향 안내 성능을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 차량의 상품성 증대가 가능하다. 아울러, 중요 음향 안내 시 운전자에게 보다 명확히 안내 전달이 가능하며, 음성 제어 중 구동원의 토크 급변을 방지하여 운전자의 집중력 저하로 인한 사고를 방지할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 음향 입출력 기능에 대한 제1 조건과 실내 소음도에 대한 제2 조건의 만족 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 조건 및 상기 제2 조건이 만족되면 현재 주행 모드에 기반하여 구동원의 운전점 변경을 통한 소음 저감 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 조건은,
    음향 안내의 출력 시작 및 음성 명령의 입력 시작 중 적어도 하나를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 조건은,
    실내 소음도가 기 설정된 기준 소음도보다 큰 경우를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 현재 주행 모드가 EV 모드인 경우, 상기 소음 저감 제어를 수행하는 단계는,
    전기 모터의 현재 운전점 대비 모터 소음도가 낮은 운전점에 대응되는 변속단으로 변속을 수행하는 단계를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 변속을 수행하는 단계는,
    상단 변속시 상기 전기 모터의 제1 운전점과 하단 변속시 상기 전기 모터의 제2 운전점을 판단하는 단계; 및
    상기 제1 운전점과 상기 제2 운전점 중 상기 모터 소음도가 더 낮은 운전점에 대응되는 변속단을 판단하는 단계를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 변속단을 판단하는 단계는, 상기 전기 모터의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 수행되는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 현재 주행 모드가 HEV 모드인 경우, 상기 소음 저감 제어를 수행하는 단계는,
    엔진의 현재 운전점을 소음도가 더 낮은 운전점으로 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 운전점에 따른 상기 엔진의 토크 변화를 전기 모터의 운전점 변경을 통해 보상하는 단계를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는, 상기 엔진의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 수행되는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 소음 저감 제어를 수행하는 단계는,
    상기 구동원의 출력토크 변화율을 제한하는 단계를 포함하는, 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 친환경 자동차의 음향 입출력 지원 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 구동원; 및
    음향 입출력 기능에 대한 제1 조건과 실내 소음도에 대한 제2 조건의 만족 여부를 판단하고, 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건이 만족되면 현재 주행 모드에 기반하여 상기 구동원의 운전점 변경을 통한 소음 저감 제어를 수행하는 제어기를 포함하는, 친환경 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 조건은,
    음향 안내의 출력 시작 및 음성 명령의 입력 시작 중 적어도 하나를 포함하는, 친환경 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 조건은,
    실내 소음도가 기 설정된 기준 소음도보다 큰 경우를 포함하는, 친환경 자동차.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 현재 주행 모드가 EV 모드인 경우, 전기 모터의 현재 운전점 대비 모터 소음도가 낮은 운전점에 대응되는 변속단으로 변속이 수행되도록 제어하는, 친환경 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상단 변속시 상기 전기 모터의 제1 운전점과 하단 변속시 상기 전기 모터의 제2 운전점을 판단하고, 상기 제1 운전점과 상기 제2 운전점 중 상기 모터 소음도가 더 낮은 운전점에 대응되는 변속단을 판단하는, 친환경 자동차.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전기 모터의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 상기 변속단을 판단하는, 친환경 자동차.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 현재 주행 모드가 HEV 모드인 경우, 엔진의 현재 운전점을 소음도가 더 낮은 운전점으로 변경하고, 상기 변경된 운전점에 따른 상기 엔진의 토크 변화를 전기 모터의 운전점 변경을 통해 보상하는, 친환경 자동차.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진의 토크과 RPM에 대한 소음도 맵을 참조하여 상기 엔진의 운전점을 변경하는, 친환경 자동차.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 소음 저감 제어를 수행함에 있어 상기 구동원의 출력토크 변화율을 제한하는, 친환경 자동차.
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