本申请要求于2017年10月17日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2017-0134564的韩国专利申请的优先权的权益，其通过引用整体并入本文。
本公开的示例性实施例涉及一种发动机声音再生方法，并且更特别地，涉及一种使用实时发动机声音再生方法的车辆，该方法基于各个发动机传感器值实时地主动再生虚拟发动机声音。
背景技术：
通常应用于车辆的车辆发动机声音控制技术通过听觉和视觉效果来改善驾驶员的愉悦感，并提高车辆的可销售性。
车辆发动机声音控制技术的示例包括虚拟声源播放方法和振动声音提供方法。例如，虚拟声源播放方法通过播放录制的虚拟声源来提供内部声音，而振动声音提供方法通过振动(物理地影响、移动或接触)车身来提供仿造声音，从而通过听觉效果来改善驾驶员的愉悦感。
对于这些操作，虚拟声源播放方法需要录制的虚拟声源和发动机声音均衡器以基于负荷变化(例如，加速器踏板位置)执行音量控制，并且振动声音提供方法需要安装在车辆中的振动器或其它物理声学装置以振动车身。
然而，虚拟声源播放方法和振动声音提供方法均具有以下限制：人为地产生声音，而不考虑发动机的负荷变化和动力特性。
技术实现要素：
本公开的示例性实施例涉及一种实时发动机声音再生方法及使用该方法的车辆，该方法基于实时测量的发动机特性传感器值实时主动地再生发动机声音，并且当车辆以恒速行驶时提供用于保持静音的声音，而当车辆加速时提供各种声音，从而提供适于驾驶员的超车或加速意图的发动机声音。
本公开的其它目的和优势可通过下面的描述来理解，并且参照本公开的实施例将变得显而易见。而且，对本公开所属领域的技术人员显而易见的是，通过所要求保护的手段及其结合可实现本公开的目的和优势。
根据本公开的实施例，提供一种实时发动机声音再生方法，在该方法中，信号处理控制器通过根据发动机的操作的发动机振动特性来生成基于发动机阶次的虚拟发动机声音，并且基于发动机阶次的虚拟发动机声音被输出作为基于发动机特性的发动机声音并通过音频装置被再生为虚拟发动机声音。
可通过将根据发动机的旋转生成的发动机阶次分量、针对发动机的每种负荷的发动机水平变化和主音量结合来生成基于发动机阶次的虚拟发动机声音。
发动机阶次分量可基于发动机的操作而被提取为振动信号和压力信号，并且压力信号可以是燃烧压力、增压压力和排气压力中的任何一个。发动机阶次分量的提取可反映改变针对发动机的每种负荷的发动机水平的发动机rpm、加速踏板位置值和车辆速度的检测值。
基于发动机特性的发动机声音可被划分成应用车辆的驾驶模式的基于驾驶模式的输出和应用车辆的操作状态的基于车辆速度的输出，并且基于驾驶模式的输出和基于车辆速度的输出通过音频装置各自被再生为发动机声音。
可通过将基于驾驶模式的虚拟发动机声音和基于车辆速度的虚拟发动机声音与倍频带结合来生成基于发动机特性的发动机声音。
驾驶模式可包括经济驾驶模式、舒适驾驶模式和运动驾驶模式。基于车辆速度的输出可基于通过加速踏板的操作的恒速和加速。在加速条件下，可利用恒速的微分值。
根据本公开的另一实施例，提供一种包括发动机声音再生装置的车辆，该发动机声音再生装置通过将基于根据发动机的操作的发动机动态特性的基于发动机阶次的虚拟发动机声音与基于驾驶模式的虚拟发动机声音和基于车辆速度的虚拟发动机声音结合来生成基于发动机特性的发动机声音，并在发动机的操作期间实时地再生基于发动机特性的发动机声音。
发动机声音再生装置可包括：信号处理控制器，被配置成在发动机的操作期间实时地再生基于发动机特性的发动机声音；车辆传感器，被配置成检测包括根据发动机的操作的振动和压力的发动机转速、车辆速度和加速踏板位置值，并将发动机转速、车辆速度和加速踏板位置值提供给信号处理控制器；以及音频装置，被配置成使用从信号处理控制器输出的基于发动机特性的发动机声音来再生发动机声音。
信号处理控制器可包括：数据输入板，连接到车辆传感器以用于执行控制器区域网络(can)数据通信；中央处理单元(cpu)，被配置成将数据输入板的输入数据处理成基于发动机阶次的虚拟发动机声音、基于驾驶模式的虚拟发动机声音、基于车辆速度的虚拟发动机声音和基于发动机特性的发动机声音；以及数据输出板，被配置成将cpu的基于发动机特性的发动机声音输出到音频装置。
车辆传感器可通过振动传感器检测振动，并通过压力传感器检测压力。振动传感器可包括单轴或多轴加速计或麦克风振动计，并且压力传感器可包括燃烧压力传感器、增压压力传感器和排气压力传感器。
音频装置可包括用于再生声音的扬声器。扬声器可包括音频扬声器、发动机室扬声器、滤波扬声器、薄膜扬声器或膜扬声器。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例性实施例的实时发动机声音再生方法的流程图。
图2示出根据本公开的示例性实施例的执行实时发动机声音再生的车辆的示例。
图3示出根据本公开的示例性实施例的由车辆的发动机声音再生装置正在执行的实时发动机声音再生。
图4示出根据本公开的示例性实施例的发动机声音通过发动机声音再生装置被划分成加速的发动机声音和恒速的发动机声音的示例。
图5示出根据本公开的示例性实施例的信号处理控制器的实时发动机声音再生操作。
图6示出根据本公开的示例性实施例的应用信号处理控制器的声音决定因素的示例。
图7示出根据本公开的示例性实施例的每个驾驶模式的发动机声音。
图8示出根据本公开的示例性实施例的加速的发动机声音。
图9示出根据本公开的示例性实施例的恒速的发动机声音。
具体实施方式
图1至图4示出实时发动机声音再生方法和使用该方法的车辆。
参照图1，实时发动机声音再生方法包括在发动机启动s1与发动机关闭s2之间的车辆信息检测模式s10、虚拟发动机声音生成模式s20、发动机声音输出模式s30和发动机声音再生模式s40，以实施用于将发动机行为反映为实时声音的车辆声音控制技术。
参照图2，车辆1包括：发动机1-1，用于通过内燃机来生成动力；以及发动机声音再生装置，包括信号处理控制器10、车辆传感器20和音频装置30。
信号处理控制器10、车辆传感器20和音频装置30可如下配置。
信号处理控制器10使用can通信信息和通过处理车辆传感器20的检测信号获得的实时传感器值作为输入数据来计算基于车辆的驾驶模式(或驾驶条件)的声音控制算法。此外，信号处理控制器10控制发动机1-1，并结合发动机声音控制映射10-1的音频匹配线图来控制音频装置30的输出。
车辆传感器20包括振动传感器21、压力传感器23以及用于检测发动机1-1的操作和挡位模式的安装传感器。振动传感器21是发动机振动信号测量装置，诸如单轴/多轴加速计或麦克风振动计，并且压力传感器23是用于测量燃烧压力、进气系统的增压压力或排气系统的排气压力的检测传感器。基本安装传感器包括车速传感器、加速踏板传感器、制动踏板传感器、发动机负荷传感器、冷却水温度传感器、挡位传感器等。
音频装置30包括用于播放声音的扬声器。扬声器可包括安装在构成驾驶员座椅的仪表盘1-2中的音频扬声器、安装在容置有发动机1-1的发动机室中的发动机室扬声器或滤波扬声器或专用扬声器(例如，薄膜或膜扬声器)。
参照图3，发动机声音再生装置通过车辆传感器20的信息检测操作、信号处理控制器10的算法处理操作和音频装置30的发动机声音再生操作来执行实时发动机声音再生操作。参照图4，发动机声音再生装置通过应用车辆1的车辆速度的微分值作为音频装置30的最终输出来再生基于车辆速度的发动机声音。结果，当车辆1以恒速行驶时，针对车辆1的噪声、振动和不平顺性(nvh)，静音可被保持，这能够增加车辆的商品性。此外，当车辆1根据驾驶员的意图加速时，发动机声音再生装置可生成适于加速感觉的声音，并使驾驶员体验驾驶乐趣。因此，可从两个方面改善或满足车辆的商品性。
参照图1至图4，实时发动机声音再生方法被如下执行。
在车辆信息检测模式s10中，在步骤s10-1中，发动机声音再生装置通过安装在车辆1的发动机1-1中的车辆传感器20的振动传感器21、压力传感器23和加速计的检测值来检查发动机特性信号。然后，在步骤s10-2中，发动机声音再生装置通过由车辆传感器20的发动机和加速踏板传感器检测的发动机转速(rpm)、加速踏板位置和车辆速度来检查驾驶条件信号。因此，在车辆信息检测模式中，发动机声音再生装置可通过能够测量发动机行为特性的全部传感器来识别根据发动机负荷的发动机水平变化，并通过发动机爆发冲程来测量rpm信息(阶次分量)。
在虚拟发动机声音生成模式s20中，运行车辆1的信号处理控制器10的算法以执行声音控制因素生成步骤s20-1和使用在步骤s20-1中生成的声音控制因素的驾驶条件信号生成步骤s20-2。在虚拟发动机声音生成模式中，主要声音决定因素可从用作声音控制因素的发动机阶次分量提取，并被设置成基于主要阶次分量的水平变化的阶次分量布局。因此，基于反映阶次分量水平的声音特性而存储的特性可被应用于车辆声音。
在发动机声音输出模式s30中，继续车辆1的信号处理控制器10的算法以基于车辆的经济驾驶模式(eco)、舒适驾驶模式(comport)和运动驾驶模式(sport)的驾驶模式，执行步骤s30-1中的基于驾驶模式的输出。此外，在不增加加速踏板踩踏量的恒速驾驶期间，基于车辆速度执行用于两种商品性(无噪声和加速感觉)的基于速度的输出s30-2。在基于速度的输出模式s30-2中，车辆速度的微分值被应用为最终输出。因此，在发动机声音输出模式中，发动机声音再生装置可通过驾驶模式选择优化最终输出水平和阶次分量布局来提供各种发动机声音。此外，在恒速驾驶期间，发动机声音再生装置可保持静音，从而改善车辆的商品性。在根据驾驶员的意图的加速操作期间，发动机声音再生装置可提供适于加速感觉的声音，从而使驾驶员的驾驶愉悦感增强。特别地，在发动机声音输出模式中，发动机声音再生装置最终输出发动机行为检测传感器对根据驾驶模式变化的挡位模式和负荷变化的实时信息，并优化该信息。因此，发动机声音再生装置可生成用于每个加速和操作模式的不同发动机声音。
在发动机声音再生模式s40中，发动机声音再生装置可操作构成车辆1的音频装置30的扬声器，并在步骤s40-1中选择声音再生地点，从而可从诸如车辆的内部/发动机室/外部(行人)的各种位置生成发动机声音。此外，发动机声音再生装置可在步骤s40-2中选择扬声器，从而可通过诸如发动机室扬声器/音频扬声器/滤波扬声器/专用扬声器(例如，薄膜或膜扬声器)的各种装置输出发动机声音。因此，在发动机声音再生模式中，可通过可在各种位置输出发动机声音的全部系统来再生发动机声音。
实时发动机声音再生方法可分析发动机阶次分量的主要因素以决定车辆的声音并提取实时测量的发动机特性的声音控制因素，以生成期望的声音特性。此外，实时发动机声音再生方法可使用各种输出装置(例如，发动机室中的扬声器和车辆中的音频扬声器)来提供适于加速感觉和发动机特性的声音。因此，实时发动机声音再生方法可提供基于发动机的动力特性和负荷变化的发动机声音，而现有的发动机声音控制技术仅提供录制的声源或使用共振来提供仿造声音。
图5示出信号处理控制器10的示例性配置和算法。
参照图5，信号处理控制器10包括作为硬件组件的数据输入板11、中央处理单元(cpu)13和数据输出板15。在该情况下，包括在数据输入板11、cpu13和数据输出板15中的每个构成部件可利用硬件元件或软件滤波(逻辑)来实施。
特别地，信号处理控制器10可连接到用于存储声源的单独存储装置，其中通过算法针对每种条件生成声源。此外，信号处理控制器10可将针对每种条件生成的声源输入到单独存储装置的有源声音设计(asd)模块，从而可利用真实的发动机声音替换虚拟的声源。
例如，数据输入板11包括模-数(a/d)板，连接到车辆传感器20，并被划分成发动机特性信号输入部和驾驶条件信号输入部。
发动机特性信号输入部包括用于振动信号测量值的加速计输入部，用于燃烧压力测量值、增压压力测量值或排气压力测量值的压力输入部，以及用于发动机负荷传感器、冷却水温度传感器和挡位传感器的检测值的其它输入部，以处理用于发动机声音控制的数据。驾驶条件信号输入部使用车辆速度传感器的发动机rpm、加速踏板传感器的踏板位置、车辆速度传感器的车辆速度和车辆的驾驶模式(或驾驶条件)(例如，驾驶员的模式转换操作或发动机控制器的输出)的检测值等来处理用于基于驾驶模式的输出和基于车辆速度的输出的can数据。
例如，cpu13被划分成链路到数据输入板11的发动机特性信号的声音控制因素生成部、链路到数据输入板11的发动机rpm/踏板位置的驾驶条件信号生成部以及链路到数据输入板11的驾驶模式和速度数据的声音划分和输出部。
声音控制因素生成部包括连接到发动机特性信号输入部的快速傅里叶变换(fft)分析部、主要阶次振幅部(或主要阶次分量振幅部)、作为基本元件的驾驶条件信号输入部、链路到其它阶次振幅部的发动机阶次生成部以及主音量部。
驾驶条件信号生成部包括链路到驾驶条件信号输入部并与fft分析部连接的主要阶次频率部、链路到驾驶条件信号输入部和实际rpm值部的发动机rpm加权部、链路到驾驶条件信号输入部和实际踏板位置值部的踏板加权部。因此，声音控制因素生成部和驾驶条件信号生成部通过将其它发动机阶次生成部、发动机rpm加权部和踏板加权部的输出与由主音量部设置的音量的大小结合来生成基于发动机阶次的虚拟发动机声音(a)。
声音划分和输出部包括基于车辆速度的输出部、倍频带加权部和信号输出部。基于恒速的输出部包括链路到驾驶条件信号输入部的基于驾驶模式的输出部(根据驾驶模式对音量和阶次布局加权)、链路到驾驶条件信号输入部的恒速驾驶判断部以及接收恒速驾驶判断部的输出的恒速加权部(根据恒速算法对音量加权)。倍频带加权部将基于驾驶模式的输出部的输出和基于车辆速度的输出部的输出与声音控制输出结合，并且信号输出部将倍频带加权部的输出发送到外部。倍频带加权部的倍频带表示近似表示声音频谱的声音压力水平。因此，驾驶条件信号生成部的基于发动机阶次的虚拟发动机声音(a)通过声音划分和输出部被生成为最终的基于发动机特性的发动机声音(d)。
数据输出板15包括数-模(d/a)板并连接到音频装置30。因此，数据输出板输出基于发动机特性的发动机声音(d)，从而音频装置30再生cpu13的基于发动机特性的发动机声音(d)。
参照图5中的信号处理控制器10的算法，信号处理控制器10通过数据输入板11检查步骤s10-1的发动机特性信号和步骤s10-2的驾驶条件信号，然后执行包括声音控制因素生成步骤s20-1和驾驶条件信号生成步骤s20-2的虚拟发动机声音生成模式s20，然后执行包括基于驾驶模式的输出步骤s30-1和基于车辆速度的输出步骤s30-2的发动机声音输出模式s30。
声音控制因素生成步骤s20-1包括：通过fft分析部对发动机特性信号的fft从发动机振动信号的发动机阶次分量提取主要阶次的主要阶次提取步骤s22，该主要阶次提取步骤s22与发动机特性信号输入步骤s21a连接；通过主要阶次振幅部将提取的主要阶次增幅到主要阶次振幅的主要阶次增幅步骤s23；通过主要阶次振幅和其它阶次振幅的结合输出主要发动机阶次的主要发动机阶次输出步骤s24，该主要发动机阶次输出步骤s24与其它阶次振幅定义步骤s24a连接；以及将主音量部的主音量与生成的发动机阶次结合的主音量步骤s25。在步骤s22中，主要阶次频率部接收在与发动机rpm输入步骤s21b连接的主要阶次频率提取步骤s22a中提取的主要阶次频率。
驾驶条件信号生成步骤s20-2包括：主要阶次频率提取步骤s22a，与发动机rpm输入步骤s21b连接，在主要阶次频率提取步骤s22a中，主要阶次频率部提取发动机rpm的主要阶次频率并将提取的主要阶次频率提供给fft分析部；发动机rpm加权步骤s27，与发动机rpm输入步骤s21b连接，在发动机rpm加权步骤s27中，发动机rpm加权部将权重添加到发动机rpm并输出发动机rpm作为当前发动机负荷，发动机rpm在s27a中与实际rpm值部的实际rpm值结合；以及踏板位置值输出步骤s28，与踏板位置值输入步骤s21c连接，在踏板位置值输出步骤s28中，踏板加权部将权重添加到踏板位置值并输出踏板位置值作为当前踏板位置，踏板位置值在步骤s28a中与实际踏板位置值部的实际踏板位置值结合。结果，步骤s27的当前发动机负荷和步骤s28的当前踏板位置值彼此结合，然后在主音量步骤s25中与发动机阶次生成部的主要发动机阶次结合，从而生成基于发动机阶次的虚拟发动机声音(a)。
声音划分和输出步骤s30被划分成驾驶模式声音生成步骤s30-1和车辆速度声音生成步骤s30-2。在驾驶模式声音生成步骤s30-1中，基于驾驶模式的输出部在与驾驶模式选择步骤s31连接的步骤s31a中执行音量和阶次分量布局加权。在车辆速度声音生成步骤(根据恒速算法对音量加权)s30-2中，恒速驾驶判断部在与速度数据输入步骤s21d连接的步骤s33中利用车辆速度的微分值，并且恒速加权部在步骤s33a中使用车辆速度的微分值来应用微分速度负荷。结果，s31a输出的音量和阶次分量布局与发动机阶次虚拟发动机声音(a)结合并生成为基于驾驶模式的虚拟发动机声音(b)，并且s33a输出的微分速度负荷与基于驾驶模式的虚拟发动机声音(b)结合并生成为基于车辆速度的虚拟发动机声音(c)。
在倍频带加权步骤s35中，倍频带加权部将声音控制因素生成步骤s20-1和驾驶条件信号生成步骤s20-2的基于发动机阶次的虚拟发动机声音(a)、驾驶模式声音生成步骤s30-1的基于驾驶模式的虚拟发动机声音(b)和车辆速度声音生成步骤s30-2的基于车辆速度的虚拟发动机声音(c)与倍频带结合，从而生成基于发动机特性的发动机声音(d)。
然后，在声音输出步骤s37中，声音输出部通过数据输出板15输出基于发动机特性的发动机声音(d)，从而音频装置30使用基于发动机特性的发动机声音(d)来实时地再生各种发动机声音。
图6至图9示出基于发动机特性的发动机声音(d)被应用于实时发动机声音再生控制并再生为各种发动机声音。
图6示出基于发动机特性的发动机声音(d)的声音决定因素的示例，并且声音决定因素反映基于发动机1-1的操作的作为主要发动机阶次的阶次分量的水平变化。例如，阶次分量的水平变化根据音量a-f被划分，音量a-f以大小的降序排列。结果，音量和阶次布局可决定声音特性，并且音量a-f可被选择性地应用以再生应用车辆声音的强特性的发动机声音。
图7示出根据基于发动机特性的发动机声音(d)的用于每种驾驶模式的发动机声音，并且用于每种驾驶模式的发动机声音通过根据驾驶模式选择对最终输出水平和阶次布局加权被提供为各种声音。特别地，尽管根据驾驶模式变化的挡位模式和rpm变化通过车辆传感器20的发动机行为检测传感器被输入作为实时信息，但是用于每种驾驶模式的发动机声音可通过最终输出水平和阶次布局加权被提供作为用于每种模式的自然加速声音或不同声音。在图7中，声音差异被示为波形厚度差异。如图7中所示，经济(eco)驾驶的波形厚度被设置为静音，舒适驾驶的波形厚度被设置为清音，并且运动驾驶的波形厚度被设置为动态声音。
图8示出根据基于发动机特性的发动机声音(d)的加速声音感觉的发动机声音，并且加速声音感觉的发动机声音的输出值与车辆速度成比例地增加。因此，当车辆根据驾驶员的意图加速时，适于加速感觉的发动机声音如图8中的波形厚度之间的差异所指示地再生。结果，加速声音的发动机声音或加速期间的发动机声音可增加驾驶员的愉悦感。
图9示出根据基于发动机特性的发动机声音(d)的恒速声音的发动机声音，并且恒速声音的发动机声音的输出值不增减而是被保持。因此，如图9中的波形厚度之间的差异所指示的，当车辆以恒速行驶时，可保持车辆静音，从而改善车辆的商品性。
在上述实时发动机声音再生方法中，根据发动机1-1的操作的发动机操作特性通过信号处理控制器10被应用于基于发动机特性的发动机声音，基于发动机特性的发动机声音被划分成应用车辆的驾驶模式的基于驾驶模式的输出和应用恒速和加速之间的差异的基于车辆速度的输出，并且基于驾驶模式的输出和基于车辆速度的输出分别在音频装置30的扬声器中被再生为基于发动机特性的发动机声音。因此，可基于实时测量的发动机特性传感器值来执行主动实时声音再生。特别地，当车辆以恒速行驶时，用于静音的声音被再生，而当车辆加速时，各种声音可被再生。因此，实时发动机声音再生方法可提供适于驾驶员意图的发动机声音。
根据本公开的示例性实施例，使用实时发动机声音再生方法的车辆可具有以下效果。
首先，由于通过实时测量的发动机特性传感器值主动地执行实时声音再生，因此驾驶员的愉悦感可通过听觉效果被显著改善。第二，由于通过基于车辆速度的控制算法来根据车辆的恒速和加速操作执行声音再生，因此可改善nvh性能。第三，由于当车辆以恒速行驶时保持无噪声，而当车辆加速时再生各种声音，因此可提供适于驾驶员的超车或加速意图的发动机声音。第四，由于传感器测量的主要阶次分量(通过旋转产生的分量)和实时水平变化基于发动机特性检测传感器值被用作输入值，因此应用发动机声音的主要因素来再生发动机声音。第五，可通过诸如发动机室扬声器、内部音频扬声器、特定频率滤波扬声器或用于保护行人的外部扬声器的各种输出装置来执行声音控制。第六，由于使用能够克服虚拟声源播放方法和振动声音提供方法的限制的发动机声音控制技术，因此可显著改善车辆的商品性。
尽管已经结合具体实施例描述了本公开，但对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离如权利要求所限定的本公开的实质和范围的情况下，可进行各种改变和修改。