(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関によって動作する車両の排気系のための、計測された音を用いて排気系内に空気伝搬音を生成するための対抗音システムを、燃焼機関によって生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音を前記音が計測される排気系内の位置の領域において少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために制御するための方法であって、
（Ｓ１）前記排気系の内部で音を計測するステップと、
（Ｓ２）前記計測された音を用いて、互いに９０度位相がずれた第１の振幅を有する２つの第１の正弦波振動を含む第１の理想的な制御信号の成分を算出し、且つ、前記計測された音を用いて、互いに９０度位相がずれた第２の振幅を含む２つの第２の正弦波振動を含む少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分を算出するステップであって、
互いに９０度位相がずれた前記第１の理想的な制御信号の２つの第１の正弦波振動の周波数は、互いに９０度位相がずれた前記第２の理想的な制御信号の２つの第２の正弦波振動の周波数と異なるステップと、
（Ｓ３）前記第１の振幅から第１の全体振幅を算出し、前記第２の振幅から第２の全体振幅を算出するステップと、
（Ｓ３２）前記第１および第２の全体振幅を互いに比較するステップと、
（Ｓ３５）前記第１の全体振幅が前記第２の全体振幅の大きさの１．５倍、好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍よりも大きい場合は、前記少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の第２の正弦波振動の振幅をゼロに設定し、前記第２の全体振幅が前記第１の全体振幅の大きさの１．５倍、好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍よりも大きい場合は、前記第１の理想的な制御信号の第１の正弦波振動の振幅をゼロに設定するステップと、
（Ｓ４）前記第１の全体振幅を所定の参照振幅と比較することにより前記第１の全体振幅が前記参照振幅よりも大きいかどうかを判断するステップと、
（Ｓ５）前記第１の全体振幅が前記参照振幅よりも大きい場合、前記参照振幅と前記第１の全体振幅とから補正係数を算出するステップと、
（Ｓ６）前記第１の全体振幅が前記参照振幅よりも大きい場合、前記第１の振幅を前記補正係数で重み付けすることにより重み付きの第１の振幅を得るステップと、
（Ｓ７）前記第１の全体振幅が前記参照振幅よりも大きい場合、前記重み付きの第１の振幅と、対応する互いに９０度位相がずれた第１の正弦波振動との積の和を求め、前記和を制御信号として少なくとも１つのスピーカへ出力するステップ、または、
（Ｓ８）前記第１の全体振幅が前記参照振幅以下である場合、前記第１の理想的な制御信号の前記第１の振幅と、対応する９０度位相がずれた第１の正弦波振動との積の和を求め、前記和を制御信号として前記少なくとも１つのスピーカへ出力するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の振幅から第１の全体振幅を算出するステップ（Ｓ３）が、前記第１の振幅の二乗の和から乗根をとることにより前記第１の全体振幅を得ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記参照振幅と第１の全体振幅とから補正係数を算出するステップ（Ｓ５）が、前記参照振幅と前記第１の全体振幅との商を算出することにより前記補正係数を得ることを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の振幅から第１の全体振幅を算出し、第２の振幅から第２の全体振幅を算出するステップ（Ｓ３）が、前記第１および第２の振幅のそれぞれの二乗の和から乗根をとることにより前記第１および第２の全体振幅を得ることを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
燃焼機関によって動作する車両の排気系のための対抗音システムを、燃焼機関によって生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音を前記音が計測される排気系内の位置の領域において少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために制御するための方法であって、
（Ｓ１〜）排気系の内部で音を計測するステップと、
（Ｓ２〜）前記計測された音を用いて、前記排気系内に対抗空気伝搬音を生成するための第１および少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分を算出するステップであって、前記成分がそれぞれ、互いに９０度位相がずれた第１および第２の振幅を含む２つの第１および第２の正弦波振動を含み、９０度位相がずれた前記第１の理想的な制御信号の２つの第１の正弦波振動の周波数が、９０度位相がずれた前記第２の理想的な制御信号の２つの第２の正弦波振動の周波数と異なるステップと、
（Ｓ２５〜）前記第１の理想的な制御信号の成分と前記少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分との間の現在の位相のずれを判断するステップと、
（Ｓ３〜）前記第１の振幅から第１の全体振幅を算出し、前記第２の振幅から少なくとも１つのさらなる全体振幅を算出するステップと、
（Ｓ３５〜）ベクトルの加法によって、前記位相のずれを考慮して、前記第１の全体振幅の絶対値と前記少なくとも１つのさらなる全体振幅の絶対値とを加算し、現在の全体振幅を求めるステップと、
（Ｓ４〜）前記現在の全体振幅を所定の参照振幅と比較することにより前記現在の全体振幅が前記参照振幅よりも大きいかどうかを判断するステップと、
（Ｓ５〜）前記現在の全体振幅が前記参照振幅よりも大きい場合、前記参照振幅と前記現在の全体振幅とから現在の補正係数を算出するステップと、
（Ｓ６〜）前記現在の全体振幅が前記参照振幅よりも大きい場合、前記第１および第２の振幅を前記現在の補正係数で重み付けすることにより重み付きの第１および第２の振幅を得るステップと、
（Ｓ７〜）前記現在の全体振幅が前記参照振幅よりも大きい場合、前記重み付きの第１および第２の振幅と、対応する９０度位相がずれた前記第１および第２の正弦波振動との積の和を求め、前記和を制御信号として少なくとも１つのスピーカへ出力するステップ、または、
（Ｓ８〜）前記現在の全体振幅が前記参照振幅以下である場合、前記第１および第２の理想的な制御信号の第１および第２の振幅と、対応する９０度位相がずれた前記第１および第２の正弦波振動との積の和を求め、前記和を制御信号として前記少なくとも１つのスピーカへ出力するステップと
を含む方法。
【請求項６】
前記参照振幅と現在の全体振幅とから現在の補正係数を算出するステップ（Ｓ５〜）が、前記参照振幅と前記現在の全体振幅との商を求めることにより前記現在の補正係数を得ることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の振幅から第１の全体振幅を算出し、第２の振幅から第２の全体振幅を算出するステップ（Ｓ３〜）が、前記第１の振幅の二乗の和の乗根をとることにより前記第１の全体振幅を得、前記第２の振幅の二乗の和の乗根をとることにより前記第２の全体振幅を得ることを含む、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記参照振幅が、前記少なくとも１つのスピーカの最大電気負荷容量に適合している、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
燃焼機関によって動作する車両の排気系のための対抗音システムであって、
対抗音制御器（１０）と、
制御信号を受信するために前記対抗音制御器（１０）と接続された少なくとも１つのスピーカ（１２）であって、前記対抗音制御器（１０）から受信した制御信号の関数としての対抗音を前記排気系（４）と流体接続可能な音生成器（３）において生成するように設計されたスピーカ（１２）と、
前記対抗音制御器（１０）と接続され、排気ガスの流れに関して前記音生成器（３）と前記排気系（４）との流体接続の領域内に位置する前記排気系（４）の位置に配置可能なエラーマイクロホン（５）であって、前記排気系（４）の内部で音を計測し、対応する計測信号を前記対抗音制御器（１０）へ出力するように設計されたエラーマイクロホン（５）とを含み、
前記対抗音制御器（１０）は、前記制御信号を前記少なくとも１つのスピーカ（１２）へ出力することにより、前記エラーマイクロホン（５）から得られた信号を少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実施するように設計されている対抗音システム。
【請求項１０】
燃焼機関と、
前記燃焼機関と流体接続された排気系（４）と、
請求項９に記載の対抗音システムとを含む自動車であって、
前記音生成器（３）および前記エラーマイクロホン（５）が前記排気系（４）に接続されている自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系のための対抗音システム（anti-sound system）およびその制御方法に関する。特に、本発明は、燃焼機関によって動作する車両の排気系において能動的に音波を打ち消すかまたは音波に影響を与えることに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼機関（combustion engine）（例えば、レシプロピストンエンジン、ロータリーピストンエンジン、またはフリーピストンエンジン）の設計にかかわらず、連続して行われる作動サイクル（特に、混合気の吸入および圧縮、作動、ならびに燃焼混合気の排出）の結果、騒音が発生する。一方では、これらの騒音は、構造伝搬音（structure-borne sound）として燃焼機関を通過し、空気伝搬音（airborne sound）として燃焼機関の外部に放出される。他方では、これらの騒音は、燃焼混合気と共に空気伝搬音として燃焼機関の排気系を通過する。
【０００３】
これらの騒音は不都合なものであると認識されることが多い。一方では、騒音防止に関する法規定が存在し、燃焼機関によって動作する車両の製造会社はこれを遵守しなければならない。これらの法規定は、通常は、車両の動作時の最大許容音圧を規定している。他方では、製造会社は、自社が製造する、各製造会社のイメージに合い、顧客を引き付けるように意図された燃焼機関で動作する車両に、特徴的な音の開発を加えようとしている。容積の小さい最新のエンジンの場合は、この特徴的な騒音の開発を自然には確保できないことが多い。
【０００４】
構造伝搬音として燃焼機関を通過する騒音は、良好に遮断できるため、通常は騒音防止に関する問題とはならない。
【０００５】
燃焼混合気と共に空気伝搬音として燃焼機関の排気系を通過する騒音は、排気系のオリフィスの手前に配置された消音器を通じて低減され、該消音器は任意の既存の触媒コンバータの下流に接続される。このような消音器は、例えば、吸収および／または反射の原理によって動作可能である。どちらの動作モードも、比較的大きい空間を必要とし、燃焼混合気に対して比較的高い抵抗を示し、その結果、車両の全体効率が低下し、燃料消費が増加する、という欠点を有する。
【０００６】
消音器の代替または補完として、いわゆる対抗音システムがしばらく前から開発されている。このシステムは、電気音響的に生成された対抗音を、燃焼機関で生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音に重畳するものである。このようなシステムは、例えば、特許文献１〜１８から公知である。
【０００７】
このような対抗音システムは、通常、いわゆるフィルタードｘ最小平均二乗（Filtered-x Least Mean Squares）（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを利用する。このアルゴリズムは、排気系と流体接続（fluidically connect）された少なくとも１つのスピーカ（すなわち、スピーカ内部の流体（気体／空気）が排気系内部の流体（気体／空気）と連通し、スピーカ内部の流体は排気系内部へ向かって流れることが可能であり、逆に、排気系内部の流体はスピーカ内部へ向かって流れることが可能である）を介して音を出力することによって、エラーマイクロホン（error microphone）を用いて計測されるエラー信号をゼロに調節しようとするものである。排気系内を伝達される空気伝搬音の音波とスピーカによって生成される対抗音との相殺的干渉を達成するためには、スピーカから生じる音波は、排気系内を伝達される音波と振幅および周波数が対応していなければならないが、これらの音波に対して１８０度の位相のずれを有していなければならない。排気管内を伝達される空気伝搬音の周波数帯ごとに、対抗音がＦｘＬＭＳアルゴリズムを用いて別々に算出され、その際、互いに９０度ずれた２つの正弦波振動の適切な周波数および位相位置が決定され、これらの正弦波振動の振幅が算出される。対抗音システムの目標は、音の打消し（sound cancellation）が、排気系の外部で、しかし必要に応じて排気系の内部でも、聞こえ、かつ計測可能であることである。
【０００８】
対応する対抗音システムが、ドイツ連邦共和国、７３７３０  エスリンゲン（Esslingen）、エーバーシュペッヒャーシュトラーセ（Ebersp▲a▼cherstrasse）  ２４、ヨット・エーバーシュペッヒャー・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー（J. Ebersp▲a▼cher GmbH & Co. KG）社から入手可能である。
【０００９】
対抗音システムを用いることによって、対抗音システムを備えていない従来の排気系と比較して、排気系の構成体積を最大で６０％低減することができ、重量を最大で４０％低減することができ、排気背圧を最大で１５０ミリバール低減することができる。当然ながら、対抗音システムを排気系内の従来の消音器と組み合わせてもよい。
【００１０】
「対抗音（anti-sound）」という呼称は、排気系内を伝達される空気伝搬音と区別するのに役立つ。「対抗音」自体は従来の空気伝搬音である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，１７７，８７４号
【特許文献２】米国特許第５，２２９，５５６号
【特許文献３】米国特許第５，２３３，１３７号
【特許文献４】米国特許第５，３４３，５３３号
【特許文献５】米国特許第５，３３６，８５６号
【特許文献６】米国特許第５，４３２，８５７号
【特許文献７】米国特許第５，６００，１０６号
【特許文献８】米国特許第５，６１９，０２０号
【特許文献９】欧州特許第０  ３７３  １８８号
【特許文献１０】欧州特許出願公開第０  ６７４  ０９７号
【特許文献１１】欧州特許第０  ７５５  ０４５号
【特許文献１２】欧州特許第０  ９１６  ８１７号
【特許文献１３】欧州特許第１  ０５５  ８０４号
【特許文献１４】欧州特許第１  ６２７  ９９６号
【特許文献１５】独国特許出願公開第１９７  ５１  ５９６号
【特許文献１６】独国特許第１０  ２００６  ０４２  ２２４号
【特許文献１７】独国特許出願公開第１０  ２００８  ０１８  ０８５号
【特許文献１８】独国特許出願公開第１０  ２００９  ０３１  ８４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
公知の対抗音システムおよびその制御方法では、上記少なくとも１つのスピーカの過負荷が起こり得るという欠点がある。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、少なくとも１つのスピーカに過負荷がかかることを有効に回避する、排気系のための対抗音システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、独立請求項の特徴の組合せによって解決される。好適なさらなる発展は従属請求項に記載されている。
【００１５】
実施形態は、燃焼機関によって動作する車両の排気系のための、計測された音を用いて排気系内に対抗空気伝搬音を生成するための対抗音システムを、燃焼機関で生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音を該音が計測される排気系内の位置の領域において少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために制御するための方法に関する。この音の打消しは、少なくとも排気系の外部で、しかし好ましくは排気系の内部でも、聞こえ、かつ計測可能なものである。この場合の「音が計測される排気系内の位置の領域において」とは、音が少なくとも部分的に打ち消される位置が、排気ガスの流れに関して下流または上流へ、音が計測される位置における排気系の最大直径の１０倍以下、好ましくは５倍以下、より好ましくは２倍以下だけ、排気ガスの流れに沿って離間していることを意味する。最初のステップにおいて、排気系の内部で音の計測が行われる。この次に、計測された音を用いて第１の理想的な制御信号の成分が算出され、ここで、これらの成分は、互いに対して９０度位相がずれた第１の振幅を有する２つの第１の正弦波振動を含む。この次に、第１の振幅から第１の全体振幅（overall amplitude）が算出され、次いで、第１の全体振幅を所定の参照振幅（reference amplitude）と比較することにより第１の全体振幅が参照振幅よりも大きいかどうかが確定される。
【００１６】
第１の全体振幅が参照振幅よりも大きい場合、上記理想的な制御信号が供給されるスピーカの損傷を排除できないと結論付けられる。このため、参照振幅と第１の全体振幅とから補正係数が算出され、この補正係数で第１の振幅を重み付けすることができ、重み付きの第１の振幅が得られる。重み付きの第１の振幅と、対応する互いに９０度位相がずれた第１の正弦波振動との積の和が、少なくとも１つのスピーカへ制御信号として出力される。このようにして導出された少なくとも１つのスピーカへの制御信号によると、少なくとも１つのスピーカの損傷を高い確率で排除できる。
【００１７】
しかしながら、第１の全体振幅が参照振幅以下である場合、第１の理想的な制御信号の第１の振幅と、対応する９０度位相がずれた第１の正弦波振動との積の和が求められ、少なくとも１つのスピーカへ制御信号として出力される。こうすると少なくとも１つのスピーカの損傷を高い確率で排除できるからである。
【００１８】
一実施形態によると、打消しは、量（amount）および位相の点で行われる。
【００１９】
この提案する方法により、対抗音を生成するために用いられるスピーカへの容易な適合が可能になる。スピーカの損傷を高い確率で排除できるため、例えば不安定さの結果としてスピーカを理論的な最大可能負荷に適合させる必要がなくなる。むしろ、スピーカを比較的低い平均最大負荷に適合させればよい。この結果、電気負荷容量の低いスピーカを用いることが可能になる。
【００２０】
少なくとも１つのスピーカへ出力される制御信号に単に全体として上限が設けられるのではなく、制御信号を形成する正弦波振動の個々の振幅を個別に減衰させるため、対抗音の音質はそのままであり、そのため、燃焼機関によって生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音の打消しの量のみが変化する。
【００２１】
一実施形態によると、第１の全体振幅は、第１の振幅の二乗の和から、乗根（root）をとることによって得られる。
【００２２】
一実施形態によると、補正係数は、参照振幅と第１の全体振幅との商である。
【００２３】
一実施形態によると、第１の理想的な制御信号の成分を算出するステップと並行して、少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分が算出され、これらの成分は、互いに９０度位相がずれた第２の振幅を有する第２の正弦波振動を含む。ここで、互いに位相がずれた２つの第１の正弦波振動の周波数は、互いに９０度位相がずれた少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の２つの第２の正弦波振動の周波数と異なる。よって、第１の全体振幅を算出することと並行して、第２の振幅から第２の全体振幅が算出される。第１の全体振幅を所定の参照振幅と比較するステップよりも前に、第１および第２の全体振幅が互いに比較される。さらに、大きい方の全体振幅が小さい方の全体振幅の大きさの１．５倍、好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍よりも大きい場合は、第１の全体振幅を所定の参照振幅と比較するステップよりも前に、小さい方の全体振幅を有する理想的な制御信号の正弦波振動の振幅がゼロに設定される。
【００２４】
具体的には、これは、例えば、第１の全体振幅が第２の全体振幅の大きさの１．５倍よりも大きい場合は少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の第２の正弦波振動の振幅をゼロに設定したり、第２の全体振幅が第１の全体振幅の大きさの１．５倍よりも大きい場合は第１の理想的な制御信号の第１の正弦波振動の振幅をゼロに設定したりすることを意味し得る。
【００２５】
このように、このさらなる方法においては、優勢な理想的な制御信号が判断され、それだけが用いられる。このため、必要な計算の手間が低く抑えられる。
【００２６】
ここで、一実施形態によると、第１の振幅から第１の全体振幅を算出するステップと、第２の振幅から第２の全体振幅を算出することとは、第１および第２の振幅の二乗の和から乗根をとることを含み得る。
【００２７】
さらなる実施形態は、燃焼機関によって動作する車両の排気系のための対抗音システムを、燃焼機関で生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音を該音が計測される排気系内の位置の領域において少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために制御するための方法に関する。この音の打消しは、少なくとも排気系の外部で、しかし好ましくは排気系の内部でも、聞こえ、かつ計測可能なものである。ここで、「音が計測される排気系内の位置の領域において」とは、音が少なくとも部分的に打ち消される位置が、排気流に関して、音が計測される位置における排気系の最大直径の１０倍以下、好ましくは５倍以下、さらに好ましくは２倍以下だけ、排気ガスの流れに沿って離間していることを意味する。この方法は、排気系の内部で音を計測することと、計測された音を用いて、排気系内に対抗空気伝搬音を生成するための第１および少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分を算出することとを含み、ここで、これらの成分はそれぞれ、互いに９０度位相がずれた第１および第２の振幅を有する２つの第１および第２の正弦波振動を含み、９０度位相がずれた第１の理想的な制御信号の２つの第１の正弦波振動の周波数は、９０度位相がずれた第２の理想的な制御信号の２つの第２の正弦波振動の周波数と異なる。この次に、第１の振幅から第１の全体振幅が算出され、第２の振幅から第２の全体振幅が算出される。第１および第２の全体振幅の量（すなわち絶対値）が加算されることにより絶対全体振幅が得られる。この絶対全体振幅を所定の参照振幅と比較することにより絶対全体振幅が参照振幅よりも大きいかどうかが判断される。こうすることによって、上記理想的な制御信号の絶対全体振幅が使用されたスピーカの負荷容量を超えるか否かが判断される。
【００２８】
絶対全体振幅が参照振幅よりも大きく、したがって、少なくとも１つのスピーカの過負荷を予測しなければならない場合、参照振幅と絶対全体振幅とから絶対補正係数が算出される。第１および第２の振幅がそれぞれ絶対補正係数で重み付けされることにより重み付きの第１および第２の振幅が得られる。重み付きの第１および第２の振幅と、対応する９０度位相がずれた第１および第２の正弦波振動とのそれぞれの積の和が、少なくとも１つのスピーカへ制御信号として出力される。
【００２９】
しかしながら、絶対全体振幅が参照振幅以下であり、したがって、少なくとも１つのスピーカの過負荷を予測しなくてよい場合は、第１および第２の理想的な制御信号の第１および第２の振幅と、対応する９０度位相がずれた第１および第２の正弦波振動との積の和が、制御信号として少なくとも１つのスピーカへ出力される。
【００３０】
このように、対抗音の複数の周波数を含む制御信号を、それらの周波数間の位相関係が連続的に変化することを考慮する必要なく、簡単に限定することができる。
【００３１】
一実施形態によると、打消しは、量（amount）および位相の点で行われる。
【００３２】
一実施形態によると、絶対補正係数は、参照振幅と絶対全体振幅との商である。
【００３３】
さらなる実施形態は、燃焼機関によって動作する車両の排気系のための対抗音システムを、燃焼機関によって生成されて排気系内を伝達される空気伝搬音を該音が計測される排気系内の位置の領域において少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために制御するための方法に関する。この音の打消しは、少なくとも排気系の外部で、しかし好ましくは排気系の内部でも、聞こえ、かつ計測可能なものである。ここで、「音が計測される排気系内の位置の領域において」とは、音が少なくとも部分的に打ち消される位置が、排気ガスの流れに関して下流または上流へ、音が計測される位置における排気系の最大直径の１０倍以下、好ましくは５倍以下、さらに好ましくは２倍以下だけ、排気ガスの流れに沿って離間していることを意味する。この方法は、排気系の内部で音を計測することと、計測された音を用いて、排気系内に対抗空気伝搬音を生成するための第１および少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分を算出することとを含み、ここで、これらの成分はそれぞれ、互いに９０度位相がずれた第１および第２の振幅を有する２つの第１および第２の正弦波振動を含み、９０度位相がずれた第１の理想的な制御信号の２つの第１の正弦波振動の周波数は、９０度位相がずれた第２の理想的な制御信号の２つの第２の正弦波振動の周波数と異なる。この次に、第１の理想的な制御信号の成分と少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分との間の現在の位相のずれが判断され、第１の振幅から第１の全体振幅が算出され、第２の振幅から少なくとも１つのさらなる全体振幅が算出される。第１の全体振幅および少なくとも１つのさらなる全体振幅の量（すなわち絶対値）が、位相のずれを考慮して、ベクトルの加法により加算されることにより現在の全体振幅が得られる。この現在の全体振幅（の量）を所定の参照振幅と比較することにより現在の全体振幅が参照振幅よりも大きいかどうかが判断される。こうすることによって、上記理想的な制御信号の現在の全体振幅が使用されたスピーカの負荷容量を超えるか否かが判断される。
【００３４】
現在の全体振幅（の量）が参照振幅よりも大きく、したがって、少なくとも１つのスピーカの過負荷を予測しなければならない場合、この異なる参照振幅と現在の全体振幅とから現在の補正係数が算出される。この補正係数を連続的に適合させる必要があることは明らかである。これは、この補正係数が、第１の理想的な制御信号の成分と少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の成分との間の現在の位相のずれに依存しているためである。第１および第２の振幅をそれぞれ現在の補正係数で重み付けすることにより重み付きの第１および第２の振幅が得られる。重み付きの第１および第２の振幅と、対応する９０度位相がずれた第１および第２の正弦波振動とのそれぞれの積の和が、制御信号として少なくとも１つのスピーカへ出力される。
【００３５】
しかしながら、現在の全体振幅（の量）が参照振幅以下であり、したがって、少なくとも１つのスピーカの過負荷が予測されない場合、第１および第２の理想的な制御信号の第１および第２の振幅と、対応する９０度位相がずれた第１および第２の正弦波振動との積の和が、制御信号として少なくとも１つのスピーカへ出力される。
【００３６】
このように、対抗音の複数の周波数を含む制御信号を、簡単に限定することができ、ここでは、それらの周波数間の位相関係が連続的に変化することも考慮に入れることができる。
【００３７】
一実施形態によると、打消しは、量（amount）および位相の点で行われる。
【００３８】
一実施形態によると、現在の補正係数は、参照振幅と現在の全体振幅との商から得られる。
【００３９】
一実施形態によると、第１の全体振幅は、第１の振幅の二乗の和から乗根をとることによって得られ、第２の全体振幅は、第２の振幅の二乗の和から乗根をとることによって得られる。
【００４０】
一実施形態によると、参照振幅は、少なくとも１つのスピーカの最大電気負荷容量に適合される。
【００４１】
燃焼機関によって動作する車両の排気系のための対抗音システムの実施形態は、対抗音制御器と、少なくとも１つのスピーカと、エラーマイクロホン（error microphone）とを含む。少なくとも１つのスピーカは、制御信号を受信するために対抗音制御器と接続され、対抗音制御器から受信した制御信号の関数としての対抗音を排気系と流体接続可能な音生成器において生成するように設計される。また、エラーマイクロホンは、対抗音制御器と接続され、音生成器と排気系との流体接続の領域内に位置する排気系の位置に配置可能であり、排気系の内部で音を計測し、対応する計測信号を対抗音制御器へ出力するように設計される。ここで、「流体接続（fluid connection）の領域内」とは、エラーマイクロホンが、音生成器と排気系との流体接続箇所から、排気ガスの流れに関して下流または上流へ、排気ガスの流れに沿ったこの流体接続箇所での排気系の最大直径の１０倍以下、好ましくは５倍以下、さらに好ましくは２倍以下だけ、排気ガスの流れに沿って離間していることを意味する。対抗音制御器は、制御信号を少なくとも１つのスピーカへ出力することによって信号（ひいては、排気系内を伝達される空気伝搬音）を少なくとも部分的に、好ましくは完全に、打ち消すために、上記の方法を実施するように設計される。この音の打消しは、少なくとも排気系の外部で、しかし好ましくは排気系の内部でも、聞こえ、かつ計測可能なものである。
【００４２】
一実施形態によると、打消しは、量（amount）および位相の点で行われる。
【００４３】
自動車の実施形態は、燃焼機関と、該燃焼機関と流体接続された排気系と、上記の対抗音システムとを含み、音生成器は排気系と接続され、エラーマイクロホンは排気系内または排気系上に配置される。
【００４４】
ちなみに、本明細書においては、詳細な別段の明記がない限り、用語「制御する（controlling）」は、全体を通して用語「調節する（regulating）」と同じ意味で使われ、ドイツ語の用法からは外れていることに言及する。これは、両用語のすべての文法的変化にも関する。したがって、本明細書において、用語「制御（control）」は、用語「調節（regulation）」が単純な制御鎖（control chain）に関し得るのと同様に、調節変数またはその計測値を戻すことを含み得る。
【００４５】
さらに、用語「包含する（encompass）」、「含む（comprise）」、「含有する（contain）」、「含む（include）」、および「備える（with）」ならびにそれらの文法的変化は、概して、例えば方法の工程、装置、領域、変数などのような特徴の非制限的な列挙として理解されなければならず、他のもしくは追加の特徴または他のもしくは追加の特徴のグループが存在することを除外するものではないことを指摘する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および図面と共に、以下の代表的な実施形態の説明から明らかになる。図面において、同一または類似の要素には、同一または類似の参照符号を付す。本発明は、記載された代表的な実施形態の実施形態に限定されるわけではなく、添付の請求項の範囲によって定められることを指摘する。特に、本発明に係る実施形態の個々の特徴は、以下に述べる例とは別の数量および組合せで実現され得る。以下の本発明のいくつかの代表的な実施形態の説明においては、次の添付の図面を参照する。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る対抗音システムの概略斜視図である。
【図２】図２は、燃焼機関の排気系と相互作用する図１の対抗音システムの概略ブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態に係る、図１および図２の排気系のための対抗音システムの制御方法のフローチャートを示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施形態に係る、図１および図２の排気系のための対抗音システムの制御方法のフローチャートを示す。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る、図１および図２の排気系のための対抗音システムの制御方法のフローチャートを示す。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る、図１および図２の排気系のための対抗音システムの制御方法のフローチャートを示す。
【図６】図６は、図２の対抗音システムを含む自動車を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の一実施形態に係る対抗音システムについて、図１および図２を参照しながら説明する。
【００４８】
対抗音システムは、遮音された筐体としての音生成器３を含み、該音生成器は、スピーカ１２を内蔵し、テールパイプ１の領域で排気系４と流体接続される。
【００４９】
テールパイプ１は、排気系４内を伝達される排気ガスを外部へ排出するために、オリフィス２を含む。
【００５０】
テールパイプ１には、圧力センサとしてのエラーマイクロホン５が設けられる。エラーマイクロホン５は、排気系４と音生成器３との流体接続が提供される領域の下流の部分でテールパイプ１の内部の圧力変動、したがって音を計測する。しかしながら、本発明がエラーマイクロホンのこのような配置に限定されるわけではないことを強調する。概して、エラーマイクロホンが、音生成器と排気系との流体接続箇所から、排気ガスの流れに関して下流または上流へ、この流体接続箇所における排気系の最大直径の１０倍以下、好ましくは５倍以下、さらに好ましくは２倍以下だけ、当該排気ガスの流れに沿って離間されていると適切である。
【００５１】
スピーカ１２およびエラーマイクロホン５は、対抗音制御器１０と電気的に接続される。対抗音制御器１０とスピーカ１２との間に増幅器１１が接続される。
【００５２】
図示した実施形態において、排気系４は、燃焼機関６とテールパイプ１との間に配置された、燃焼機関６によって放射されて排気系４内を伝達される排気ガスを浄化するための触媒コンバータ７をさらに含む。
【００５３】
以下、上記対抗音システムの動作モードについて、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図５のフローチャートを用いて、より詳細に説明する。
【００５４】
１．図３Ａおよび図３Ｂに係る第１の実施形態の説明
１．１  図３Ａおよび図３Ｂに示すフローチャートの幹の説明
最初のステップＳ１において、エラーマイクロホン５によって排気系４のテールパイプ１の内部で音が計測され、対応する値が対抗音制御器１０へ出力される。
【００５５】
ステップＳ２において、対抗音制御器１０は、エラーマイクロホン５によって計測された値を用いて、第１の理想的な制御信号の成分と少なくともの第２の理想的な制御信号の成分とを算出する。これらの理想的な制御信号の成分は各々、互いに９０度位相がずれた対応する振幅を有する２つの正弦波振動を含む。
【００５６】
図３Ａに示す実施形態においては（そして、図４および図５に示す実施形態においても）、２つの理想的な制御信号のそれぞれの成分が算出される。第１の理想的な制御信号の成分は、第１の振幅Ａ1およびＡ2を有し互いに９０度位相がずれた２つの第１の正弦波振動
【００５７】
【数１】
0005551214.tif 000002
【００５８】
を含む。第２の理想的な制御信号の成分は、第２の振幅Ａ1’およびＡ2’を有し互いに９０度位相がずれた２つの第２の正弦波振動
【００５９】
【数２】
0005551214.tif 000003
【００６０】
を含む。ここで、第１の理想的な制御信号の互いに９０度位相がずれた２つの第１の正弦波振動
【００６１】
【数３】
0005551214.tif 000004
【００６２】
の周波数は、第２の理想的な制御信号の９０度位相がずれた２つの第２の正弦波振動
【００６３】
【数４】
0005551214.tif 000005
【００６４】
の周波数と異なる。その結果、第１の制御信号の成分と第２の制御信号の対応する成分との間の位相のずれが、連続的に変化する。
【００６５】
明らかに、互いに９０度位相がずれた２つの正弦波振動を各々が有する複数の第２の理想的な制御信号を算出することも可能であり、ここで、異なる理想的な制御信号の正弦波振動は各々異なる周波数を有する。１つの理想的な制御信号の成分のみを算出することも可能である。最後に述べた場合においては、生成される対抗音によって打ち消すかまたは低減させることができるのは、燃焼機関６によって放射されて排気系４内を伝達される排気ガスの主な周波数のみである。
【００６６】
次のステップＳ３において、第１の理想的な制御信号の第１の振幅Ａ1およびＡ2から第１の全体振幅Ａgesが算出され、第２の理想的な制御信号の第２の振幅Ａ1’およびＡ2’から第２の全体振幅Ａges’が算出される。
【００６７】
図示した実施形態において、これは、第１の振幅Ａ1およびＡ2の二乗の和から乗根をとることにより第１の全体振幅Ａges
【００６８】
【数５】
0005551214.tif 000006
【００６９】
を得ることと、第２の振幅Ａ1’およびＡ2’の二乗の和から乗根をとることにより第２の全体振幅Ａges’
【００７０】
【数６】
0005551214.tif 000007
【００７１】
を得ることとによって行われる。しかしながら、本発明がこの手順に限定されるわけではない。
【００７２】
この次に、ステップＳ３２において、第１および第２の全体振幅ＡgesおよびＡges’が互いに比較されることにより上記理想的な制御信号のうちの１つの全体振幅が少なくとも１つの他の理想的な制御信号の全体振幅の１．５倍（好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍）よりも大きいかどうかが判断される。
【００７３】
そうである場合、ステップＳ３５において、小さい方の全体振幅となる理想的な制御信号の振幅がゼロに設定される。このように、このさらなる方法は、優勢な理想的な制御信号に焦点を置くことができる。
【００７４】
具体的には、すなわち、本実施形態において、第１の全体振幅が第２の全体振幅の大きさの１．５倍（好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍）よりも大きいときは（Ａges＞１．５・Ａges’またはＡges＞２・Ａges’またはＡges＞５・Ａges’）、少なくとも１つの第２の理想的な制御信号の第２の正弦波振動の振幅がゼロに設定される。よって、第２の全体振幅が第１の全体振幅の大きさの１．５倍（好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍）よりも大きいときは（Ａges’＞１．５・ＡgesまたはＡges’＞２・ＡgesまたはＡges’＞５・Ａges）、第１の理想的な制御信号の第１の正弦波振動の振幅がゼロに設定される。
【００７５】
全体振幅が少なくとも１つの他の理想的な制御信号の全体振幅の１．５倍（好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍）よりも大きい理想的な制御信号がない場合、本方法は、図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートの「Ａ」へ分岐する。この分岐については後でより詳細に説明する。
【００７６】
なお、ステップＳ３２およびＳ３５は任意である。これらのステップは、特に、ステップＳ２において１つの理想的な制御信号の成分のみが算出される場合に、省略可能である。
【００７７】
この次に、ステップＳ４において、残りの全体振幅Ａges（振幅がゼロに設定されなかった信号の全体振幅）が、所定の参照振幅Ａmaxと比較されることによりこの全体振幅Ａgesが参照振幅Ａmaxよりも大きいかどうかが判断される。
【００７８】
参照振幅Ａmaxは、この場合はスピーカ１２の最大電気負荷容量に適合されたパラメータである。
【００７９】
全体振幅Ａgesが参照振幅Ａmaxよりも大きい場合（Ａges＞Ａmax）、参照振幅Ａmaxと全体振幅Ａgesの商を算出することによって、補正係数Ｑkorr
【００８０】
【数７】
0005551214.tif 000008
【００８１】
が算出される。
【００８２】
しかしながら、全体振幅Ａgesが参照振幅Ａmax以下である場合（Ａges≦Ａmax）、本方法は、図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートの「Ｂ」へ分岐する。この分岐については後でより詳細に説明する。
【００８３】
この次に、ステップＳ６で、ゼロに設定されていない振幅Ａ1およびＡ2が補正係数Ｑkorrで重み付けされ、重み付きの振幅Ａ1gewおよびＡ2gew（Ａ1gew＝Ｑkorr・Ａ1、Ａ2gew＝Ｑkorr・Ａ2）を得る。
【００８４】
ステップＳ７で、これらの重み付き振幅Ａ1gewおよびＡ2gewに、対応する互いに９０度位相がずれた第１の正弦波振動
【００８５】
【数８】
0005551214.tif 000009
【００８６】
が乗算され、得られた積が加算され
【００８７】
【数９】
0005551214.tif 000010
【００８８】
少なくとも１つのスピーカ１２へ出力される制御信号Ｚが求められ、その後、本方法は始めから再開する。
【００８９】
１．２  図３Ａおよび図３Ｂに示すフローチャートの分岐「Ａ」の説明
全体振幅が少なくとも１つの他の理想的な制御信号の全体振幅の大きさの１．５倍（好ましくは２倍、さらに好ましくは５倍）よりも大きい理想的な制御信号がない場合、全体振幅ＡgesおよびＡges’を算出するステップＳ３の次にステップＳ３７’で第１および第２の全体振幅ＡgesおよびＡges’の量（すなわち絶対値）が足し合わされ、絶対全体振幅（Ａgesabsol＝｜Ａges｜＋｜Ａges’｜）が求められる。
【００９０】
ステップＳ４’で、このようにして得られた絶対全体振幅Ａgesabsolが所定の参照振幅Ａmaxと比較されることにより絶対全体振幅Ａgesabsolが参照振幅Ａmaxよりも大きいかどうかが判断される。
【００９１】
絶対全体振幅Ａgesabsolが参照振幅Ａmaxよりも大きい場合（Ａgesabsol＞Ａmax）、ステップＳ５’で、参照振幅Ａmaxと絶対全体振幅Ａgesabsolとから絶対補正係数Ｑkorrabsolが算出される。
【００９２】
ここで、絶対補正係数Ｑkorrabsolの算出も、参照振幅Ａmaxと絶対全体振幅Ａgesabsolとの商を求めることにより絶対補正係数Ｑkorrabsol
【００９３】
【数１０】
0005551214.tif 000011
【００９４】
を得ることによって行われる。
【００９５】
しかしながら、絶対全体振幅Ａgesabsolが参照振幅Ａmax以下である場合（Ａgesabsol≦Ａmax）、本方法はフローチャートの「Ｃ」へ分岐する。この分岐については後でより詳細に説明する。
【００９６】
この次に、ステップＳ６’で、第１および第２の振幅Ａ1、Ａ2、Ａ1’、Ａ2’が絶対補正係数Ｑkorrabsolで重み付けされ、重み付きの第１および第２の振幅Ａ1gew、Ａ2gew、Ａ1gew’、Ａ2gew’（Ａ1gew＝Ｑkorrabsol・Ａ1、Ａ2gew＝Ｑkorrabsol・Ａ2、Ａ1gew’＝Ｑkorrabsol・Ａ1’、Ａ2gew’＝Ｑkorrabsol・Ａ2’）を得る。
【００９７】
この次に、ステップＳ７’で、重み付きの第１および第２の振幅Ａ1gew、Ａ2gew、Ａ1gew’、Ａ2gew’と、対応する９０度位相がずれた第１および第２の正弦波振動
【００９８】
【数１１】
0005551214.tif 000012
【００９９】
との積の和
【０１００】
【数１２】
0005551214.tif 000013
【０１０１】
が求められ、制御信号として少なくとも１つのスピーカ１２へ出力され、その後、本方法は始めから再開する。
【０１０２】
１．３  図３Ａおよび図３Ｂに示すフローチャートの分岐「Ｃ」の説明
絶対全体振幅Ａgesabsolが参照振幅Ａmax以下である場合（Ａgesabsol≦Ａmax）、ステップＳ８’で、第１および第２の理想的な制御信号の第１および第２の振幅Ａ1gew、Ａ2gew、Ａ1gew’、Ａ2gew’と、対応する９０度位相がずれた第１および第２の正弦波振動
【０１０３】
【数１３】
0005551214.tif 000014
【０１０４】
との積の和が、重み付けなしで求められ
【０１０５】
【数１４】
0005551214.tif 000015
【０１０６】
制御信号として少なくとも１つのスピーカ１２へ出力され、その後、本方法は始めから再開する。
【０１０７】
１．４  図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートの分岐「Ｂ」の説明
しかしながら、全体振幅Ａgesが参照振幅Ａmax以下である、すなわちＡges≦Ａmaxである場合、ステップＳ８で、ゼロに設定されていないそれぞれの理想的な制御信号の振幅Ａ1、Ａ2と、９０度位相がずれた正弦波振動
【０１０８】
【数１５】
0005551214.tif 000016
【０１０９】
との積の和が求められることにより、少なくとも１つのスピーカ１２へ出力される制御信号Ｚが得られ
【０１１０】
【数１６】
0005551214.tif 000017
【０１１１】
その後、本方法は始めから再開する。
【０１１２】
２．図４に係る第２の実施形態の説明
第２の実施形態のステップＳ１*乃至Ｓ３*は、上記に図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明した第１の実施形態のステップＳ１乃至Ｓ３に対応する。ステップＳ３７*乃至Ｓ８*は、上記に図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明した第１の実施形態のステップＳ３７’乃至Ｓ８’に対応する。したがって、繰返しを避けるために、上記の実施形態を参照する。
【０１１３】
第２の実施形態は、特に、ステップＳ２*において、どんな場合でも２つ以上の理想的な制御信号の成分が対抗音制御器１０によって算出される点で、第１の実施形態と異なる。さらに、方法の焦点を優勢な理想的な制御信号に置き、少なくとも１つの他の理想的な制御信号の振幅をゼロに設定することも、第２の実施形態では省略される。この次に、第２の実施形態では、少なくとも１つのスピーカ１２に過負荷をかけることを回避するために必要であれば、すべての理想的な制御信号の成分が重み付けされる。
【０１１４】
３．図５に係る第３の実施形態の説明
第３の実施形態のステップＳ１〜、Ｓ２〜、Ｓ３〜、およびＳ４〜乃至Ｓ８〜は、原則的に、上記に図４を参照しながら説明した第２の実施形態のステップＳ１*、Ｓ２*、Ｓ３*、およびＳ４*乃至Ｓ８*に対応する。したがって、繰返しを避けるために、上記実施形態を参照する。
【０１１５】
第３の実施形態は、特に、ステップＳ２５〜において、リアルタイムで第１の理想的な制御信号の成分と第２の（および、あればさらなる）理想的な制御信号の成分との間の現在の位相のずれを判断する点で、第２の実施形態と異なる。この位相のずれは、ステップＳ３７〜において、現在の全体振幅を求めるための第１および第２の全体振幅の加算で考慮される。実際上は、これは、第１および第２の全体振幅がベクトルと考えられるために行われ、位相のずれを考慮に入れるために、ベクトルの加法が実施される。あるいは、第１および第２の全体振幅を複素数と考えることもでき、加算は複素数の範囲で位相のずれを考慮に入れて実施される。
【０１１６】
第３の実施形態では理想的な制御信号間の現在の位相のずれが考慮されるため、ステップＳ４〜以降で現在の全体振幅（の量）が参照振幅と比較され、現在の補正係数が算出される。現在の全体振幅と現在の補正係数とが常時経時変化することは明らかである。
【０１１７】
この次に、第３の実施形態では、少なくとも１つのスピーカ１２に過負荷をかけることを回避するために必要であれば、すべての理想的な制御信号の成分がリアルタイムで重み付けされる。
【０１１８】
図６に、図１および図２に示した対抗音システムを内蔵する、燃焼機関によって動作する自動車を示す。図１および図２の説明を参照する。
【０１１９】
明瞭化のために、本発明の理解を促進する要素、部品および機能のみを示している。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの要素に限定されるものではなく、それらの用途またはそれらの機能の範囲に必要とされる限りにおいて、さらなる要素、部品および機能を含む。
【０１２０】
上記においては、本発明を最大で２つの理想的な制御信号を用いて説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明は任意の数の理想的な制御信号に拡張可能である。
【図１】
0005551214.tif 000018
【図２】
0005551214.tif 000019
【図３Ａ】
0005551214.tif 000020
【図３Ｂ】
0005551214.tif 000021
【図４】
0005551214.tif 000022
【図５】
0005551214.tif 000023
【図６】
0005551214.tif 000024