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KR20220091192A - 차량의 음향 발생 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 음향 발생 장치 및 방법 Download PDF

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KR20220091192A
KR20220091192A KR1020200182470A KR20200182470A KR20220091192A KR 20220091192 A KR20220091192 A KR 20220091192A KR 1020200182470 A KR1020200182470 A KR 1020200182470A KR 20200182470 A KR20200182470 A KR 20200182470A KR 20220091192 A KR20220091192 A KR 20220091192A
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KR
South Korea
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signal
blower
pwm
sound
vehicle
Prior art date
Application number
KR1020200182470A
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English (en)
Inventor
장경진
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 차량의 음향 발생 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 장치는, 블로워 동작 신호 및 오디오 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하고, 상기 생성된 목표 전류 신호에 기초하여 PWM 신호를 출력하는 제어부, 상기 PWM 신호에 기초하여 구동하는 블로워 모터, 및 상기 블로워 모터의 구동 시 발생되는 회전력에 의해 블로워 팬을 회전시키고, 상기 블로워 모터 구동 시 발생되는 가진력에 의해 음향을 발생하는 공조장치(HVAC)를 포함한다.

Description

차량의 음향 발생 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SOUND GENERATING OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 음향 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에서 음향(사운드)을 발생시키기 위해서는 보이스 코일 방식의 스피커를 사용하였다.
이러한 차량의 오디오 시스템은 큰 음량과 함께 전 주파수 대역에서 비교적 선형적인 음질을 얻을 수 있어서 널리 활용되고 있지만, 차량 내 좌석 별로 균등하고 고음질의 음향을 얻기 위해서는 다수의 스피커를 장착해야 한다.
따라서, 다수의 스피커를 장착함에 따라 차량의 중량이 증가할 뿐만 아니라, 스피커 장착을 위한 공간을 확보해야만 한다.
또한, 각 좌석 위치마다 스피커를 장착함에 따라 비용이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 공조장치(Heating, Ventilating, and Air Conditioning, HVAC)의 블로워 모터 구동에 따른 진동을 이용해 음향을 발생하도록 하는 차량의 음향 발생 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 블로워 동작 신호 및 오디오 신호에 대응되는 전류 신호를 서로 다른 성분을 갖는 신호로 분리한 후에 합성함으로써, 공조장치(HVAC)가 원래의 공조 기능을 수행함과 동시에 음향 발생이 가능하도록 한, 차량의 음향 발생 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 공조장치(HVAC)를 이용하여 음향을 발생함에 따라 별도의 스피커를 장착하지 않아도 되므로 비용이 절감할 수 있도록 한, 차량의 음향 발생 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 음향 발생 장치는, 블로워 동작 신호 및 오디오 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하고, 상기 생성된 목표 전류 신호에 기초하여 PWM 신호를 출력하는 제어부, 상기 PWM 신호에 기초하여 구동하는 블로워 모터, 및 상기 블로워 모터의 구동 시 발생되는 회전력에 의해 블로워 팬을 회전시키고, 상기 블로워 모터 구동 시 발생되는 가진력에 의해 음향을 발생하는 공조장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 블로워 동작 신호 및 상기 오디오 신호를 서로 다른 전류 성분을 갖는 제1 전류 신호 및 제2 전류 신호로 분리하고, 상기 제1 전류 신호 및 상기 제2 전류 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하는 피드 포워드 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 피드 포워드 제어부는, 상기 블로워 동작 신호로부터 직류 성분의 제1 전류 신호를 추출하고, 상기 오디오 신호로부터 교류 성분의 제2 전류 신호를 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 피드 포워드 제어부는, 상기 목표 전류 신호로부터 고주파의 노이즈 성분을 필터링하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 차량의 제어 우선순위에 따라 펄스폭 변조 방식을 결정하고, 상기 결정된 펄스폭 변조 방식에 따라 PWM 신호를 출력하는 PWM 제어부, 및 상기 결정된 펄스폭 변조 방식에 따라 복수의 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자로 상기 PWM 신호를 인가하여 구동 전원을 출력하는 스위칭 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 PWM 제어부는, 상기 차량의 제어 우선순위에 따라 유니폴라 스위칭 방식 또는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하여 상기 PWM 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 PWM 제어부는, 상기 블로워 신호가 입력되지 않은 상태에서 상기 오디오 신호만 입력된 경우, 출력 전류의 리플 크기를 감소시켜 음질을 우선으로 하는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 PWM 제어부는, 상기 오디오 신호가 입력되지 않은 상태에서 상기 블로워 신호만 입력된 경우, EMI 노이즈를 감소시켜 차량 제어 안정성을 우선으로 하는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 공조장치는, 상기 블로워 모터에 연결되는 마운팅 브라켓, 및 상기 블로워 팬과 상기 마운팅 브라켓을 감싸도록 설계된 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공조장치는, 상기 블로워 모터에 의해 발생되는 가진력을 이용하여 상기 마운팅 브라켓 및 상기 케이스를 통해 소정 크기의 방사음을 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 음향 발생 방법은, 블로워 동작 신호 및 오디오 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하고, 상기 생성된 목표 전류 신호에 기초하여 PWM 신호를 출력하는 단계, 상기 PWM 신호에 기초하여 블로워 모터를 구동하는 단계, 및 공조장치가 상기 블로워 모터의 구동 시 발생되는 회전력에 의해 블로워 팬을 회전시키고, 상기 블로워 모터 구동 시 발생되는 가진력에 의해 음향을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 공조장치(Heating, Ventilating, and Air Conditioning, HVAC)의 블로워 모터 구동에 따른 진동을 이용해 음향을 발생함으로써 별도의 스피커를 장착하지 않아도 되므로 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 블로워 동작 신호 및 오디오 신호에 대응되는 전류 신호를 서로 다른 성분을 갖는 신호로 분리한 후에 합성함으로써, 공조장치(HVAC)가 원래의 공조 기능을 수행함과 동시에 음향 발생이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 공조장치(HVAC)를 이용하여 음향을 발생함으로써 공조장치의 덕트를 통해 방사음이 차량의 실내로 전달되어 음향 전달 효과가 증대되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 음향 발생 장치가 적용된 차량 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 차량의 음향 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 음향 발생 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 음향 발생 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 실행되는 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 음향 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 음향 발생 장치는 제어부(10), 블로워 모터(20) 및 공조장치(HVAC)(30)를 포함할 수 있다.
제어부(10)는 블로워 동작 신호 및/또는 오디오 신호에 근거하여 블로워 모터(20)의 구동 신호를 출력한다.
여기서, 블로워 동작 신호는 사용자에 의해 블로워 동작 제어 버튼이 조작되는 경우에 입력되는 신호이다.
이때, 제어부(10)는 블로워 동작 제어 버튼의 조작에 의해 블로워 동작 신호가 입력되면, 블로워 동작 신호에 대응되는 모터 토크 회전 신호를 생성하여 블로워 모터(20)로 출력한다.
오디오 신호는 AVN(Audio, Video, Navigation) 시스템으로부터 입력되는 신호이다.
이때, 제어부(10)는 AVN 시스템으로부터 오디오 신호가 입력되면, 입력된 오디오 신호에 대응되는 모터 토크 진동 신호를 생성하여 블로워 모터(20)로 출력한다. 이에, 제어부(10)의 세부 구성 및 동작은 도 2의 실시예를 참조하도록 한다.
블로워 모터(20)는 제어부(10)로부터의 모터 토크 회전 신호 및/또는 모터 토크 진동 신호에 근거하여 소정 크기의 회전력 및/또는 가진력을 발생시킨다. 이때, 블로워 모터(20)는 입력 신호를 기반으로 목표 전류값에 따라 대응되는 크기의 회전력 및/또는 가진력을 발생시킬 수 있다.
공조장치(heating, ventilating, and air conditioning, HVAC)(30)는 블로워 모터(20)에 의해 발생된 회전력을 이용하여 블로워 팬을 회전시키거나, 블로워 모터(20)에 의해 발생된 가진력을 이용하여 블로워 모터(20)의 마운팅 브라켓을 진동시킨다.
여기서, 공조장치(HVAC)(30)는 블로워 팬 및 마운팅 브라켓을 케이스가 감싸도록 설계된다. 이때, 공조장치(HVAC)(30)의 케이스는 높은 방사 효율을 갖는 판넬로 설계되며, 마운팅 브라켓 진동 시 판넬도 함께 진동함에 따라 판넬을 통해 방사음이 발생될 수 있다.
또한, 공조장치(HVAC)(30)는 케이스의 내측으로 소정의 공간이 형성되어, 블로워 팬이 회전하거나 마운팅 브라켓이 진동할 때 케이스에 의해 발생되는 방사음을 증폭시킬 수 있다. 이때 발생되는 방사음은 공조장치(HVAC)(30)의 덕트를 통해 실내로 전달될 수 있다.
이에, 공조장치(HVAC)(30)의 세부 구성 및 동작은 도 8의 실시예를 참조하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제어부(10)는 피드 포워드 제어부(110), PI 제어부(120), PWM 제어부(130) 및 스위칭 회로부(140)를 포함할 수 있다.
먼저, 피드 포워드 제어부(110)는 블로워 동작 신호 및/또는 오디오 신호로부터 전류를 각각 추출한다.
여기서, 피드 포워드 제어부(110)는 블로워 동작 신호 및 오디오 신호의 전류 성분이 충돌하지 않도록 서로 다른 형태의 전류 성분을 추출하도록 한다.
다시 말해, 피드 포워드 제어부(110)는 블로워 동작 신호로부터 제1 타입의 전류 성분을 추출하고, 오디오 신호로부터 제2 타입의 전류 성분을 추출하도록 한다. 일 예로, 제1 타입의 전류 성분은 교류 성분이고, 제2 타입의 전류 성분은 직류 성분일 수 있다.
피드 포워드 제어부(110)는 블로워 동작 신호 및/또는 오디오 신호로부터 추출된 전류 성분을 합성하여 목표 전류 신호를 생성한다. 피드 포워드 제어부(110)는 생성된 목표 전류 신호를 필터링 한 후에 PI 제어부(120)로 출력하도록 한다.
피드 포워드 제어부(110)의 세부 구성 및 동작은 도 3의 실시예를 참조하도록 한다.
PI 제어부(120)는 피드 포워드 제어부(110)로부터 출력된 목표 전류 신호 및 스위칭 회로부(140)로부터 피드백 받은 모터 구동 전류 신호를 입력 받는다. 이때, PI 제어부(120)는 목표 전류 신호의 전류 값에서 모터 구동 전류 신호의 전류 값을 차감함으로써 에러 값을 산출하고, 산출된 에러 값에 대해 비례적분(proportional and integral, PI) 제어 연산을 수행한다.
여기서, PI 제어부(120)는 에러 값에 대해 비례적분 제어 연산을 수행함으로써 에러 값을 저감시키는 모터 구동 전류 신호를 결정하고, 결정된 모터 구동 전류 신호를 PWM 제어부(130)로 출력한다.
PWM 제어부(130)는 PI 제어부(120)로부터 입력된 모터 구동 전류 신호에 대해 펄스폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation)를 수행함으로써 DC 모터를 구동하기 위한 전류의 양을 디지털로 제어한다.
여기서, 펄스폭 변조(PWM) 기법으로는 상황에 따라 유니폴라(Unipolar) 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법과 바이폴라(Bipolar) 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법 중 어느 하나가 선택적으로 적용될 수 있다.
일 예로서, 오디오 신호의 입력만 있고 블로워 동작 신호의 입력이 없는 경우에는 음질을 우선으로 하는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법이 적용될 수 있다. 이때, 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법은 스위칭 주파수를 상승시켜서 출력 전류의 리플의 크기를 줄임으로써 사운드 발생 시 음질 저하를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 오디오 신호의 입력은 없고 블로워 동작 신호의 입력만 있는 경우에는 EMI 노이즈의 저감을 우선으로 하는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법이 적용될 수 있다. 이때, 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법은 음질은 저하될 수 있지만 블로워 모터(20)의 EMI 노이즈 측면에서 강건하다는 장점이 있다.
한편, 오디오 신호와 블로워 동작 신호가 모두 입력된 경우에는 음질과 EI 노이즈 저감 중 우선 순위를 정하여 해당되는 펄스폭 변조(PWM) 기법을 적용할 수 있다.
여기서, 펄스폭 변조(PWM) 기법을 선택하는 조건은 주행 환경이나 모터 등의 시스템 특성에 따라 다양하게 적용 가능하다. 일 예로, 고음질의 사운드를 재생하고자 할 경우에는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법을 선택하고, 차량 환경이 노이즈에 취약해서 EMI 노이즈 제거가 우선되어야 할 경우에는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법을 선택할 수 있다.
PWM 제어부(130)는 펄스폭 변조된 펄스 신호를 스위칭 회로부(140)로 출력한다.
스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)로부터 펄스 신호가 입력되면, 입력된 펄스 신호에 기초하여 블로워 모터(20)의 구동 전압을 발생한다.
이때, 스위칭 회로부(140)는 복수 개의 스위칭 소자를 포함하며, PWM 제어부(130)에서 선택된 펄스폭 변조 방식에 따라 각 스위칭 소자의 단락을 제어하여 블로워 모터(20)의 구동 전압을 발생한다.
스위칭 회로부(140)의 세부 구성 및 동작에 대해서는 도 5의 실시예를 참조하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드 포워드 제어부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 피드 포워드 제어부(110)는 제1 수신부(111), 제2 수신부(113), 제1 전류 추출부(112), 전류 증폭부(114), 제2 전류 추출부(115), 목표 전류 합성부(116) 및 필터부(117)를 포함할 수 있다.
먼저, 제1 수신부(111)는 차량의 블로워 동작 제어 버튼 조작에 의해 발생된 블로워 동작 신호 수신한다.
또한, 제2 수신부(113)는 차량의 AVN 동작에 의해 발생되는 오디오 신호를 수신한다.
제1 전류 추출부(112)는 제1 수신부(111)를 통해 블로워 동작 신호가 수신되면, 수신된 블로워 동작 신호로부터 블로워 모터(20)의 회전 제어를 위한 제1 전류 성분을 추출한다. 여기서, 제1 전류 추출부(112)는 블로워 동작 신호의 전류 성분 중 직류 성분을 제1 전류 성분으로 추출할 수 있다.
전류 증폭부(114)는 제2 수신부(113)를 통해 오디오 신호가 수신되면, 수신된 오디오 신호를 증폭시킨다.
제2 전류 추출부(112)는 전류 증폭부(114)에 의해 증폭된 오디오 신호로부터 블로워 모터(20)의 진동 제어를 위한 제2 전류 성분을 추출한다. 여기서, 제2 전류 추출부(115)는 제2 전류 성분이 블로워 모터(20)의 회전 제어를 위해 추출된 제1 전류 성분과 간섭을 일으키지 않도록 하기 위해, 오디오 신호의 전류 성분 중 교류 성분을 제2 전류 성분으로 추출한다.
목표 전류 합성부(116)는 제1 전류 추출부(112)에 의해 추출된 직류 성분의 제1 전류 신호와, 제2 전류 추출부(115)에 의해 추출된 교류 성분의 제2 전류 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성한다.
여기서, 직류 성분의 제1 전류 신호와 교류 성분의 제2 전류 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하는 동작에 대한 실시예는 도 4를 참조하도록 한다.
도 4를 참조하면, 피드 포워드 제어부(110)는 블로워 동작 신호는 직류 성분의 제1 전류 신호로 분리시키고, 오디오 신호는 교류 성분의 제2 전류 신호로 분리시킨다.
이때, 제1 전류 신호 및 제2 전류 신호의 전류 성분이 직류 성분과 교류 성분으로 각각 분리되어 있기 때문에, 제1 전류 신호 및 제2 전류 신호를 합성하더라도 서로 간섭을 하지 않게 된다.
목표 전류 합성부(116)는 목표 전류 신호가 생성되면, 생성된 목표 전류 신호를 필터부(117)로 출력한다.
이에, 필터부(117)는 목표 전류 합성부(116)로부터 입력된 목표 전류 신호에 대해 노이즈 필터링을 수행한다. 필터부(117)는 소정 대역 이상의 고주파 성분을 필터링하는 로우 패스 필터를 포함할 수 있다.
여기서, 오디오 신호의 주파수가 샘플링 주파수보다 낮을 경우 고주파의 노이즈가 발생하게 된다. 따라서, 로우 패스 필터는 고주파의 노이즈가 발생하는 것을 방지하기 위하여 샘플링 주파수의 약 20% 내지 50% 사이에서 컷오프 주파수를 설정하여, 컷오프 주파수를 기준으로 노이즈 성분을 필터링하도록 한다.
필터부(117)의 로우 패스 필터를 통과한 목표 전류 신호는 PI 제어부(120)로 입력된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 스위칭 회로부(140)는 복수 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 일 예로, 스위칭 회로부(140)는 제1 스위칭 소자(141), 제2 스위칭 소자(142), 제3 스위칭 소자(143) 및 제4 스위칭 소자(144)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제4 스위칭 소자(144)는 브리지 형태로 연결될 수 있다.
또한, 스위칭 회로부(140)는 구동 전원(145)을 더 포함할 수 있다.
스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)로부터 입력되는 펄스 신호에 따라 제1 내지 제4 스위칭 소자(144) 중 동작 스위치를 선택하여 블로워 모터(20)의 구동 전압의 크기 및 부호를 제어할 수 있다.
여기서, 스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)에서 선택된 펄스폭 변조(PWM) 기법에 따라 제1 내지 제4 스위칭 소자(144) 중 적어도 두 개의 동작 스위치를 선택할 수 있다.
이에, 펄스폭 변조 기법으로는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법과, 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조(PWM) 기법이 있다. 스위칭 회로부(140)는 이 두 개의 펄스폭 변조 기법 중 펄스 신호에 대응되는 변조 기법에 따라 동작 스위치를 선택하여 펄스 신호를 인가한다.
펄스 신호에 적용된 펄스폭 변조 기법에 따라 동작 스위치를 선택하여 제어하는 동작에 대한 실시예는 도 6a 내지 도 6f를 참조하도록 한다.
도 6a 및 도 6b는 펄스폭 변조 기법이 유니폴라 스위칭 방식인 경우에 동작 스위치를 선택하여 제어하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 6a를 참조하면, 스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)의 펄스폭 변조 방식이 유니폴라 스위칭 방식인 경우, 제1 스위칭 소자(141) 및 제4 스위칭 소자(144)를 동작 스위치로 선택할 수 있다. 이때, 스위칭 회로부(140)는 선택된 제1 스위칭 소자(141) 및 제4 스위칭 소자(144)에 펄스 신호를 인가하여 제1 스위칭 소자(141) 및 제4 스위칭 소자(144)가 동작 온(ON) 상태가 되도록 한다.
이 경우, 전류는 제1 스위칭 소자(141)에서 제4 스위칭 소자(144)의 방향으로 흐르게 됨에 따라 스위칭 회로부(140)의 구동 전원(Vdc)이 블로워 모터(20)의 입력 전압(Vab)으로 인가된다.
여기서, 전류의 진행 방향이 정방향이므로, 블로워 모터(20)는 정방향으로 구동될 수 있다.
한편, 도 6b를 참조하면, 스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)의 펄스폭 변조 방식이 유니폴라 스위칭 방식인 경우, 제2 스위칭 소자(142) 및 제3 스위칭 소자(143)를 동작 스위치로 선택할 수 있다. 이때, 스위칭 회로부(140)는 선택된 제2 스위칭 소자(142) 및 제3 스위칭 소자(143)에 펄스 신호를 인가하여 제2 스위칭 소자(142) 및 제3 스위칭 소자(143)가 동작 온(ON) 상태가 되도록 한다.
이 경우, 전류는 제2 스위칭 소자(142)에서 제3 스위칭 소자(143)의 방향으로 흐르게 됨에 따라 스위칭 회로부(140)의 구동 전원(-Vdc)이 블로워 모터(20)의 입력 전압(Vab)으로 인가된다.
여기서, 전류의 진행 방향이 역방향이므로, 블로워 모터(20)는 역방향으로 구동될 수 있다.
유니폴라 스위칭 방식에 따라 스위칭 소자를 제어하는 경우, 블로워 모터(20)로 출력되는 모터 구동 신호의 출력 전압(Vab) 및 출력 전류(ia)는 도 7a와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, Vdc는 스위칭 회로부(140)의 구동 전원을 나타내고, Vab*는 블로워 모터(20)의 구동을 위한 목표 전압을 나타낸다.
도 7a와 같이, 유니폴라 스위칭 방식으로 펄스폭 변조를 수행하게 되면, 스위칭 주파수를 상승시켜서 출력전류의 리플의 크기를 줄임으로써 사운드 발생시 음질 저하를 최소화할 수 있다.
도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 펄스폭 변조 기법이 바이폴라 스위칭 방식인 경우에 동작 스위치를 선택하여 제어하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 6c를 참조하면, 스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)의 펄스폭 변조 방식이 바이폴라 스위칭 방식인 경우, 유니폴라 스위칭 방식과 마찬가지로 제1 스위칭 소자(141) 및 제4 스위칭 소자(144)를 동작 스위치로 선택할 수 있다. 이때, 스위칭 회로부(140)는 선택된 제1 스위칭 소자(141) 및 제4 스위칭 소자(144)에 펄스 신호를 인가하여 제1 스위칭 소자(141) 및 제4 스위칭 소자(144)가 동작 온(ON) 상태가 되도록 한다.
이 경우, 전류는 제1 스위칭 소자(141)에서 제4 스위칭 소자(144)의 방향으로 흐르게 됨에 따라 스위칭 회로부(140)의 구동 전원(Vdc)이 블로워 모터(20)의 입력 전압(Vab)으로 인가된다.
여기서, 전류의 진행 방향이 정방향이므로, 블로워 모터(20)는 정방향으로 구동될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)의 펄스폭 변조 방식이 바이폴라 스위칭 방식인 경우, 유니폴라 스위칭 방식과 마찬가지로 제2 스위칭 소자(142) 및 제3 스위칭 소자(143)를 동작 스위치로 선택할 수 있다. 이때, 스위칭 회로부(140)는 선택된 제2 스위칭 소자(142) 및 제3 스위칭 소자(143)에 펄스 신호를 인가하여 제2 스위칭 소자(142) 및 제3 스위칭 소자(143)가 동작 온(ON) 상태가 되도록 한다.
이 경우, 전류는 제2 스위칭 소자(142)에서 제3 스위칭 소자(143)의 방향으로 흐르게 됨에 따라 스위칭 회로부(140)의 구동 전원(-Vdc)이 블로워 모터(20)의 입력 전압(Vab)으로 인가된다.
여기서, 전류의 진행 방향이 역방향이므로, 블로워 모터(20)는 역방향으로 구동될 수 있다.
한편, 스위칭 회로부(140)는 PWM 제어부(130)의 펄스폭 변조 방식이 바이폴라 스위칭 방식인 경우, 도 6e 및 도 6f와 같이, 제1 스위칭 소자(141) 및 제2 스위칭 소자(142)를 동작 스위치로 선택하거나, 혹은 제3 스위칭 소자(143) 및 제4 스위칭 소자(144)를 동작 스위치로 선택할 수도 있다. 이 경우, 스위칭 회로부(140)의 구동 전원(145)은 블로워 모터(20)로 인가되지 않는다. 따라서, 도 6e 및 도 6f의 실시예에 따르면 블로워 모터(20)는 구동되지 않을 수 있다.
바이폴라 스위칭 방식에 따라 스위칭 소자를 제어하는 경우, 블로워 모터(20)로 출력되는 모터 구동 신호의 출력 전압(Vab) 및 출력 전류(ia)는 도 7b와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, Vdc는 스위칭 회로부(140)의 구동 전원을 나타내고, Vab*는 블로워 모터(20)의 구동을 위한 목표 전압을 나타낸다.
도 7b와 같이, 바이폴라 스위칭 방식으로 펄스폭 변조를 수행하게 되면, 출력전류의 리플의 크기가 커서 음질은 떨어질 수 있으나 EMI 노이즈를 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 음향 발생 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 업데이트 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
상기에서와 같이 동작하는 본 실시예에 따른 차량의 음향 발생 장치(100)는 메모리와 각 동작을 처리하는 프로세서를 포함하는 독립적인 하드웨어 장치 형태로 구현될 수 있으며, 마이크로프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 장치의 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 차량의 음향 발생 장치는 오디오 신호가 입력되고(S110), 블로워 동작 신호가 입력되지 않으면(S120), 음질을 우선으로 하는 제1 PWM 신호를 모터로 출력한다(S150).
여기서, 제1 PWM 신호는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법으로 발생된 모터 구동 신호를 말한다.
이에, 음향 발생 장치는 제1 PWM 신호에 근거하여 모터를 구동한다(S170). 이때 제1 PWM 신호는 오디오 신호를 기반으로 생성된 신호이다.
따라서, 모터가 구동됨에 따라 공조장치(HVAC)(30)의 마운트 브라켓 및 케이스 등에 진동이 발생하고, 그로 인해는 ‘S110’ 과정에서 입력된 오디오 신호에 대응되는 방사음(음향)이 발생된다(S180).
한편, 차량의 음향 발생 장치는 오디오 신호 및 블로워 동작 신호가 입력되면(S110, S120), 차량의 제어 우선순위를 결정한다(S130).
일 예로, 차량의 음향 발생 장치는 음질을 우선으로 할지, 혹은 차량의 제어 안정성을 우선으로 할지에 대해 우선순위를 결정할 수 있다.
‘S130’ 과정에서 음질을 우선으로 하는 경우(S140), 제1 PWM 신호를 모터로 출력하고(S150), 차량의 제어 안정성을 우선으로 하는 경우에는 제2 PWM 신호를 모터로 출력한다(S160).
여기서, 제1 PWM 신호는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법으로 발생된 모터 구동 신호를 말한다. 한편, 제2 PWM 신호는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법으로 발생된 모터 구동 신호를 말한다.
이에, 음향 발생 장치는 제1 PWM 신호 또는 제2 PWM 신호에 근거하여 모터를 구동한다(S170).
이때, 모터로 입력되는 제1 또는 제2 PWM 신호는 오디오 신호 및 블로워 동작 신호를 기반으로 생성된 신호이다.
따라서, 모터가 구동됨에 따라 공조장치(HVAC)(30)는 블로워 동작 신호를 기반으로 발생되는 회전력을 이용하여 블로워 팬을 회전한다.
또한, 공조장치(HVAC)(30)는 모터 구동에 의해 발생되는 가진력을 이용하여 마운트 브라켓 및 케이스 등에 진동이 발생하고, 그로 인해 ‘S110’ 과정에서 입력된 오디오 신호에 대응되는 방사음(음향)이 발생된다(S180).
한편, 차량의 음향 발생 장치는 오디오 신호가 입력되지 않고, 블로워 동작 신호만 입력되면(S110), EMI 노이즈 저감을 우선으로 하는 제2 PWM 신호를 모터로 출력한다(S160).
여기서, 제2 PWM 신호는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법으로 발생된 모터 구동 신호를 말한다.
이에, 음향 발생 장치는 제2 PWM 신호에 근거하여 모터를 구동한다(S170). 이때, 제2 PWM 신호는 블로워 동작 신호를 기반으로 생성된 신호이다.
따라서, 모터가 구동됨에 따라 공조장치(HVAC)(30)는 블로워 동작 신호를 기반으로 블로워 팬을 회전한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 실행되는 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대해 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory)(1310) 및 RAM(Random Access Memory)(1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제어부 20: 블로워 모터
30: 공조장치(HVAC) 110: 피드 포워드 제어부
120: PI 제어부 130: PWM 제어부
140: 스위칭 회로부 141: 제1 스위칭 소자
142: 제2 스위칭 소자 143: 제3 스위칭 소자
144: 제4 스위칭 소자 145: 구동 전원

Claims (15)

  1. 블로워 동작 신호 및 오디오 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하고, 상기 생성된 목표 전류 신호에 기초하여 PWM 신호를 출력하는 제어부;
    상기 PWM 신호에 기초하여 구동하는 블로워 모터; 및
    상기 블로워 모터의 구동 시 발생되는 회전력에 의해 블로워 팬을 회전시키고, 상기 블로워 모터 구동 시 발생되는 가진력에 의해 음향을 발생하는 공조장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 블로워 동작 신호 및 상기 오디오 신호를 서로 다른 전류 성분을 갖는 제1 전류 신호 및 제2 전류 신호로 분리하고, 상기 제1 전류 신호 및 상기 제2 전류 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하는 피드 포워드 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 피드 포워드 제어부는,
    상기 블로워 동작 신호로부터 직류 성분의 제1 전류 신호를 추출하고,
    상기 오디오 신호로부터 교류 성분의 제2 전류 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 피드 포워드 제어부는,
    상기 목표 전류 신호로부터 고주파의 노이즈 성분을 필터링하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    차량의 제어 우선순위에 따라 펄스폭 변조 방식을 결정하고, 상기 결정된 펄스폭 변조 방식에 따라 PWM 신호를 출력하는 PWM 제어부; 및
    상기 결정된 펄스폭 변조 방식에 따라 복수의 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자로 상기 PWM 신호를 인가하여 구동 전원을 출력하는 스위칭 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 PWM 제어부는,
    상기 차량의 제어 우선순위에 따라 유니폴라 스위칭 방식 또는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하여 상기 PWM 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 PWM 제어부는,
    상기 블로워 신호가 입력되지 않은 상태에서 상기 오디오 신호만 입력된 경우, 출력 전류의 리플 크기를 감소시켜 음질을 우선으로 하는 유니폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 PWM 제어부는,
    상기 오디오 신호가 입력되지 않은 상태에서 상기 블로워 신호만 입력된 경우, EMI 노이즈를 감소시켜 차량 제어 안정성을 우선으로 하는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조장치는,
    상기 블로워 모터에 연결되는 마운팅 브라켓; 및
    상기 블로워 팬과 상기 마운팅 브라켓을 감싸도록 설계된 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 공조장치는,
    상기 블로워 모터에 의해 발생되는 가진력을 이용하여 상기 마운팅 브라켓 및 상기 케이스를 통해 소정 크기의 방사음을 발생하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 장치.
  11. 블로워 동작 신호 및 오디오 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하고, 상기 생성된 목표 전류 신호에 기초하여 PWM 신호를 출력하는 단계;
    상기 PWM 신호에 기초하여 블로워 모터를 구동하는 단계; 및
    공조장치가 상기 블로워 모터의 구동 시 발생되는 회전력에 의해 블로워 팬을 회전시키고, 상기 블로워 모터 구동 시 발생되는 가진력에 의해 음향을 발생하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 PWM 신호를 출력하는 단계는,
    상기 블로워 동작 신호로부터 직류 성분의 제1 전류 신호를 추출하는 단계;
    상기 오디오 신호로부터 교류 성분의 제2 전류 신호를 추출하는 단계;
    상기 제1 전류 신호 및 상기 제2 전류 신호를 합성하여 목표 전류 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 목표 전류 신호로부터 고주파의 노이즈 성분을 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 PWM 신호를 출력하는 단계는,
    차량의 제어 우선순위에 따라 펄스폭 변조 방식을 결정하고, 상기 결정된 펄스폭 변조 방식에 따라 PWM 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 결정된 펄스폭 변조 방식에 따라 복수의 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자로 상기 PWM 신호를 인가하여 구동 전원을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 PWM 신호를 출력하는 단계는,
    상기 차량의 제어 우선순위에 따라 유니폴라 스위칭 방식 또는 바이폴라 스위칭 방식의 펄스폭 변조 기법을 선택하여 상기 PWM 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 음향을 발생하는 단계는,
    상기 블로워 모터에 의해 발생되는 가진력을 이용하여 상기 블로워 모터에 연결되는 마운팅 브라켓, 및 상기 블로워 팬과 상기 마운팅 브라켓을 감싸도록 설계된 케이스를 통해 소정 크기의 방사음을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 음향 발생 방법.
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