(57)【要約】【課題】電力消費量を低減する。【解決手段】制御指令値算出部６が、ロードノイズのレベルと風切音のレベルに応じて、騒音制御を行う周波数帯域を設定し、設定された周波数帯域内の騒音を低減するようにピエゾアクチュエータ２を制御する。そしてこのような構成によれば、騒音制御を行う周波数帯域が適切に設定されるので、電力消費量を低減することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内部の制御空間内における騒音を検出又は推定する騒音検出手段と、
前記制御空間に波動を印加する波動印加手段と、
車両走行時に発生する風切音を推定する風切音推定手段と、
前記騒音検出手段により検出又は推定された騒音のレベルと前記風切音推定手段により推定された風切音のレベルに応じて、騒音制御を行う周波数帯域を設定する周波数帯域設定手段と、
前記周波数帯域設定手段により設定された周波数帯域内の騒音を低減するように前記波動印加手段が印加する波動を制御する騒音制御手段と
を備えることを特徴とする騒音制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の騒音制御装置において、
前記周波数帯域設定手段は、前記騒音のレベルが前記風切音のレベルより大きい周波数帯域を騒音制御を行う周波数帯域に設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の騒音制御装置において、
前記周波数帯域設定手段は、車速が増加するのに応じて騒音制御を行う周波数帯域を狭くすることを特徴とする騒音制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記周波数帯域設定手段は、騒音のレベルが小さくなるのに応じて騒音制御を行う周波数帯域を狭くすることを特徴とする騒音制御装置。
【請求項５】
車両内部の制御空間内における騒音を検出又は推定する処理と、
車両走行時に発生する風切音を推定する処理と、
検出又は推定された騒音のレベルと推定された風切音のレベルに応じて、騒音制御を行う周波数帯域を設定する処理と、
設定された周波数帯域内の騒音を低減するように前記制御空間に印加する波動を制御する処理と
を有することを特徴とする騒音制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波や振動等の波動を騒音に重ね合わせることにより騒音を低減する騒音制御装置及び騒音制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の振動センサにより検出された車体の振動に基づいて、車両に設置されたスピーカや加振器等のアクチュエータを駆動することにより、車室内の騒音を低減する騒音制御装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の騒音制御装置では、風切音のレベルがロードノイズのレベルより大きい周波数領域において車室内の騒音を低減する制御を続けて行うと、風切音に起因する騒音を低減することができないために、電力を無駄に消費してしまう。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は電力消費量を低減可能な騒音制御装置及び騒音制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、騒音制御を行う周波数帯域が適切に設定されるので、電力消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】路面の凹凸の影響による車体の振動及びロードノイズが伝播する様子を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態となる騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】騒音制御時における音及び振動の伝播経路を示す模式図である。
【図４】本実施形態における加速度センサ，ピエゾアクチュエータ，及び制御空間のレイアウト図である。
【図５】図２に示す制御指令値算出部の内部構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す制御指令値算出部の内部構成の変形例を示すブロック図である。
【図７】バンドパスフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図８】騒音制御を行わない場合と騒音制御を行った場合におけるロードノイズの周波数特性を示す図である。
【図９】（ａ）ロードノイズ及び風切音の周波数特性と（ｂ）風切音がロードノイズより大きくなる周波数領域を示す図である。
【図１０】騒音制御を行わない場合と騒音制御を行った場合のロードノイズの周波数特性及び風切音の周波数特性を示す図である。
【図１１】騒音制御を行う周波数帯域を決定する閾値レベルの一例を示す図である。
【図１２】騒音制御を行う周波数帯域を決定する閾値レベルの他の例を示す図である。
【図１３】騒音制御を行う周波数帯域を決定する閾値レベルの他の例を示す図である。
【図１４】騒音制御を行う周波数帯域を決定する閾値レベルの他の例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態となる騒音制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１６】（ａ）車速ｖａ，（ｂ）ｖｂ（＞ｖａ），（ｃ）ｖｃ（＞ｖｂ）におけるロードノイズの周波数特性及び風切り音の周波数特性を示す図である。
【図１７】路面粗さ（ａ）ｒｄ，（ｂ）ｒｅ（＞ｒｄ），（ｃ）ｒｆ（＞ｒｅ）におけるロードノイズの周波数特性Ｌ１及び風切り音の周波数特性Ｌ３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる騒音制御装置について説明する。なお本実施形態の騒音制御装置は、車両が走行している路面の凹凸に起因する騒音（以下、ロードノイズと表記）を低減することを目的とするものであるが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、エンジンの振動に起因するエンジン騒音，車両走行時に空気の気流によって発生する風切音等、ロードノイズ以外の騒音の低減にも適用することができる。
【００１０】
〔ロードノイズの伝播経路〕
始めに、図１（ａ），（ｂ）を参照して、ロードノイズの伝播経路について説明する。一般に、タイヤ５０を介して車体に伝達したロードノイズの主成分となる振動は、図１（ｂ）に示すように、車軸５１及びサスペンション５２の取付部を介してメンバ５３（剛性が高い梁状の部材）に伝達した後、図１（ａ）に示すように、メンバ５３によって囲まれたフロアパネル５４（比較的剛性が低い板状部材）に伝達することによりフロアパネル５４を振動させる。そしてフロアパネル５４が振動することによって車室内の空気が振動し、車室内に共振現象が生じることにより、車室空間（以下、制御空間と表記）５５内においてロードノイズが聞こえるようになる。
【００１１】
なお騒音はフロアパネル５４の他にルーフパネルや窓ガラスが振動することによっても発生するが、サスペンション５２の取付部から伝達するロードノイズの大部分はフロアパネル５４の振動と関連性が高いことが知られている。従ってフロアパネル５４の振動に応じた騒音制御を行うことにより、ロードノイズを低減させることができる。但し本発明は、フロアパネル５４の振動による騒音の低減に限定されることはなく、ダッシュパネル，フロントガラス，ルーフパネル等の同じメカニズムで発生する車室内の騒音源にも適用することができる。
【００１２】
〔騒音制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、本発明の実施形態となる騒音制御装置の構成について説明する。
【００１３】
本発明の実施形態となる騒音制御装置は、車両に搭載され、図２に示すように、車両のフロアパネル５４の振動を測定する加速度センサ１と、フロアパネル５４に振動を与えるピエゾアクチュエータ２と、加速度センサ１の出力信号に基づいてピエゾアクチュエータ２の駆動を制御することにより制御空間５５内の騒音を低減する制御装置本体３とを主な構成要素として備える。
【００１４】
〔加速度センサ及びピエゾアクチュエータの構成〕
車両が走行している路面からタイヤに入力される加振力はフロアパネルを振動させ、図３に破線Ａで示すようにフロアパネルに設置された加速度センサ１において加振力に起因した振動が検出される。またフロアパネルの振動は車室内騒音を発生させることから、図３に実線Ｂで示すように制御空間５５内において加振力に起因した騒音が発生する。一方、ピエゾアクチュエータ２が制振振動によりフロアパネルを振動させることから、図３に破線Ｃで示すように加速度センサ１において制振振動に起因した振動が検出される。またタイヤ５０に入力された加振力の場合と同様、図３に一点破線Ｄで示すように制御空間５５内において制振振動に起因した騒音が発生する。
【００１５】
実際には図４に示すように、複数のタイヤ５０から複数のタイヤ加振力が入力され、複数のタイヤ加振力による騒音が重なり合ってロードノイズとなる。従って騒音制御を行うためには、騒音源に含まれる独立した騒音成分を全て抽出する必要があることから、加速度センサ１の数は騒音成分の数より多くする必要がある。またピエゾアクチュエータ２については、制御空間５５での騒音を低減するために十分な数が車体のフロアパネルの適切な位置に貼り付けられる。本実施形態では、図４に示すように、制御空間５５を２つ（５５ａ，５５ｂ）として、加速度センサ１は５つ（１ａ〜１ｅ）、ピエゾアクチュエータ２は４つ（２ａ〜２ｄ）設けられている。
【００１６】
このようにタイヤ加振力，加速度センサ，ピエゾアクチュエータ，及び制御空間が複数存在する場合、各加速度センサでは、全てのタイヤ加振力とピエゾアクチュエータによる振動とが重なり合って検出され、各制御空間では、全てのタイヤ加振力とピエゾアクチュエータによる振動とが重なり合って発生する。従って、フロアパネル上に配置する加速度センサの数及びその配置位置は、各加速度センサと制御空間における騒音の音圧との間のコヒーレンシーが十分高くなるように（例えば０．９以上）決定することが望ましい。なおコヒーレンシーＣｘｙ（ω）は、以下の数式１により定義され、信号ｘと信号ｙとの間の因果関係の度合いを表す。数式１中、Ｐｘｙは信号ｘと信号ｙとの間のクロスパワースペクトル、Ｐｘｘは信号ｘのオートパワースペクトル、Ｐｙｙは信号ｙのオートパワースペクトルを示す。またＰＨはＰのエルミート転置行列を示す。
【数１】
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【００１７】
〔制御装置本体の構成〕
制御装置本体３は、図２に示すように、加速度センサ１により検出されたアナログ形態の加速度信号αを増幅する増幅部４，増幅部４により増幅された加速度信号αをデジタル形態に変換するＡ／Ｄ変換部５と、ピエゾアクチュエータ２の駆動を制御する制御指令値を算出する制御指令値算出部６，制御指令値算出部６により算出された制御指令値をアナログ形態に変換するＤ／Ａ変換部７，及びアナログ形態の制御指令値を増幅してピエゾアクチュエータ２に出力する増幅部８を備え、ピエゾアクチュエータ２は増幅部８から出力された制御指令値に従ってフロアパネルを振動させる。なお加速度センサ１がいわゆるチャージタイプである場合、増幅部４は加速度センサ１により検出された電荷を電圧信号に変換した後にＡ／Ｄ変換部５に出力する。
【００１８】
〔制御指令値算出部の構成〕
制御指令値算出部６は、マイクロコンピュータにより構成され、制御周期（例えば１ｍｓｅｃ）毎に制御指令値を演算する。本実施形態では、制御指令値算出部６は、図５に示すように、タイヤ加振力に起因した加速度センサ１の位置における振動ｄから制御空間音圧ＳＰＬまでの伝達関数ＧｄＳＰＬ（ｓ）を表すブロック，ピエゾアクチュエータ２へのコントローラ出力ｕから制御空間音圧ＳＰＬまでの伝達関数ＧｕＳＰＬ（ｓ）を表すブロック，コントローラの伝達関数Ｃ（ｓ）を表すブロック，及びピエゾアクチュエータ２へのコントローラ出力ｕから加速度信号αまでの伝達関数Ｇｕα（ｓ）を表すブロックを有する。制御指令値算出部６は、加速度信号αからコントローラ伝達特性Ｃ（ｓ）を用いて制御空間における騒音を低減するようにピエゾアクチュエータへの駆動制御指令値ｕを算出する。加速度信号αと騒音制御指令値ｕの関係は以下の数式２，３で表される。ここで数式２，３中、パラメータＡＣ，ＢＣ，ＣＣ，ＤＤはコントローラ伝達特性Ｃ（ｓ）を表すパラメータであり、騒音制御指令値ｕは以下の数式２，３を用いて加速度信号αから算出される。
【数２】
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【数３】
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【００１９】
なおコントローラは、例えばＨ２制御を用いて再設計することができる。具体的には、始めに図５に示す騒音制御系からコントローラと伝達関数Ｇｕα（ｓ）を抜き取ることにより図６に示すように変形する。ここでＷｃ（ｓ）はピエゾアクチュエータ２の出力の重み関数，ｕはアクチュエータ指令値，ｙは加速度信号を示す。伝達関数Ｇｕα（ｓ）を抜き取る理由は、アクチュエータ指令値ｕから加速度信号αへの振動回り込みがないもとのしてコントローラＣ０（ｓ）を設計するためである。この図６に示す一般化プラントを用いてＨ２制御で設計すれば、ｄからｚ１，ｚ２へのＨ２ノルムを最小化するようにコントローラ０（ｓ）が設計されるので、ロードノイズを低減するようなコントローラが得られる（Ｈ２制御に関しては、Active Structural Acoustic Control in a car cabin using a virtual sound sensing method, メンスレミシェル（日産自動車），高松吉郎，出口欣高，屋代春樹，Dynamics and Design Conference 2006 (D&D2006)参照）。
【００２０】
図７は、重み関数Ｗｅ又は重み関数Ｗｃのバンドバスフィルタのフィルタ特性を示す。図７に示すバンドパスフィルタは、最小周波数ｆｌと最大周波数ｆｕとの間の周波数領域内における騒音を制御する。図８は、騒音制御を行わない場合におけるロードノイズの周波数特性Ｌ１と騒音制御を行った場合におけるロードノイズの周波数特性Ｌ２を示す。図８に示すように、騒音制御を行った場合、バンドパスフィルタの最小周波数ｆｌと最大周波数ｆｕとの間の周波数領域内において騒音が低減（低減量Ｒ１）されている。
【００２１】
図９（ａ）は、ロードノイズの周波数特性Ｌ１と風切音の周波数特性Ｌ３を示す。図９（ｂ）は、バンドパスフィルタの最小周波数ｆｌと最大周波数ｆｕとの間の周波数領域内に設定された周波数領域Ｒ３を示す。周波数領域Ｒ３においては、風切音はロードノイズよりも大きく、その他の周波数領域内においては、風切音はロードノイズよりも小さい。コントローラは、ロードノイズは制御するが風切音は制御しない。このため、ロードノイズの低減効果（領域Ｒ２）は風切音を考慮していない図８に示す低減効果（領域Ｒ１）より小さい。
【００２２】
図９（ｂ）に示す例において、全ての周波数領域内において騒音が制御された場合、多くの電力が無駄に消費されてしまう。風切音は周波数領域Ｒ３では低減されず、周波数領域Ｒ３において風切音はロードノイズよりも大きくなる。従って周波数領域Ｒ３は、電力が無駄に消費される周波数領域といえる。
【００２３】
図１０は、騒音制御しない場合のロードノイズの周波数特性Ｌ１，騒音制御を行った場合のロードノイズの周波数特性Ｌ２，及び風切音の周波数特性Ｌ３を示す。図中、領域Ｒ２は騒音低減効果を示す。本実施形態では、電力を無駄に消費しないために、バンドパスフィルタの最小周波数ｆｌ’と最大周波数ｆｕ’に従って騒音を制御する周波数帯域を設定する。周波数帯域は閾値レベルを用いて設定される。閾値レベルの設定方法は図１５に示すフローチャートを参照して後述する。図１０に示す例では閾値レベルは風切音となる（図１１参照）。
【００２４】
騒音は、ロードノイズが閾値レベル以上になる周波数領域において制御される。図９に示す例では、最小周波数ｆｌ’は最小周波数ｆ１と同じであるが、最大周波数ｆｕ’は最大周波数ｆｕより小さい。最大周波数は閾値を用いることにより変更できる。閾値レベルを設定した騒音制御の周波数帯域は閾値レベルを設定していない騒音制御の周波数帯域より狭い。騒音制御の周波数帯域を狭くすることにより、騒音制御に要する電力量を低減し、電力消費量を低減することができる。
【００２５】
図１１は、閾値周波数特性の一例を示す。この例では、閾値レベルＬ４は風切音の周波数特性に設定されている。図１２は、閾値レベルの他の例を示す。この例では、閾値レベルＬ４は風切音の周波数特性Ｌ３に任意の定数を加算した値に設定されている。図１３は、閾値レベルの他の例を示す。この例では、閾値レベルＬ４はロードノイズが小さくなる高周波数領域において増加する定数を風切音の周波数特性Ｌ３に足した値に設定されている。図１４は、閾値レベルの他の例を示す。この例では、閾値レベルＬ４は風切音の周波数特性Ｌ３の最大値に設定されている。
【００２６】
以下、図１５に示すフローチャートを参照して、上記考えに基づいた本発明の実施形態となる騒音制御処理の流れを説明する。
【００２７】
図１５に示すフローチャートは、ある条件下におけるロードノイズ及び風切音の周波数特性が測定され、ＲＯＭ内に記憶されたタイミングで開始となり、騒音制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００２８】
ステップＳ１の処理では、制御指令値算出部６が、ノードノイズの測定信号からロードノイズの周波数特性を推定する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ２の処理では、制御指令値算出部６が、車速と風切音の周波数特性との関係を示すテーブルから風切音の周波数特性を測定した時の車速に対応する風切音の周波数特性のデータを読み出すことにより、風切り音の周波数特性を推定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ３の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ３の処理では、制御指令値算出部６が、ステップＳ１の処理により推定されたロードノイズの周波数特性とステップＳ２の処理により推定された風切音の周波数特性を比較することにより閾値レベルを決定する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００３１】
ステップＳ４の処理では、制御指令値算出部６が、ステップＳ３の処理により決定した閾値レベルに基づいて、騒音制御を行う周波数領域を決定する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ５の処理では、制御指令値算出部６が、ステップＳ４の処理により決定した周波数領域において騒音制御を行うことが可能なコントローラがあるか否かを判別する。そして判別の結果、コントローラがある場合、制御指令値算出部６は騒音制御処理をステップＳ７の処理に進める。一方、コントローラがない場合には、制御指令値算出部６は騒音制御処理をステップＳ６の処理に進める。
【００３３】
ステップＳ６の処理では、制御指令値算出部６が、新しいコントローラを作成する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ７の処理に進む。
【００３４】
ステップＳ７の処理では、制御指令値算出部６が、コントローラを用いてピエゾアクチュエータ２への入力電圧ｕを算出し、算出された入力電圧ｕに従ってピエゾアクチュエータ２を制御する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、一連の騒音制御処理は終了する。
【００３５】
図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ車速ｖａ，ｖｂ（＞ｖａ），ｖｃ（＞ｖｂ）におけるロードノイズの周波数特性Ｌ１及び風切り音の周波数特性Ｌ３を示す図である。図１６に示す通り、車速が大きくなるにつれてロードノイズ及び風切音のレベルは増加する。しかしながら風切音の方がロードノイズよりも多く増加する。従って車速が大きくなるにつれて騒音制御を行う周波数領域は狭くなる。
【００３６】
図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）は車速が一定である時のそれぞれ路面粗さｒｄ，ｒｅ（＞ｒｄ），ｒｆ（＞ｒｅ）におけるロードノイズの周波数特性Ｌ１及び風切り音の周波数特性Ｌ３を示す図である。図１７に示す通り、路面粗さが大きくなるにつれてロードノイズのレベルが増加し、騒音制御を行う周波数領域は狭くなる。またロードノイズのレベルが低下するのに応じて、騒音制御を行う周波数領域は狭くなる。
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる騒音制御装置によれば、制御指令値算出部６が、ロードノイズのレベルと風切音のレベルに応じて、騒音制御を行う周波数帯域を設定し、設定された周波数帯域内の騒音を低減するようにピエゾアクチュエータ２を制御する。そしてこのような構成によれば、騒音制御を行う周波数帯域が適切に設定されるので、電力消費量を低減することができる。
【００３８】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１：マイクロフォン
２：スピーカ
３：制御装置本体
４，８：増幅部
６：制御指令値算出部
７：Ｄ／Ａ変換部
５５：制御空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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