(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号に応じた相殺振動を被制御空間に発生する相殺振動発生手段を備え、該相殺振動と前記被制御空間に発生した原振動とを干渉させることによりその原振動を低減させる能動振動制御装置において、
前記被制御空間に発生した相殺誤差振動に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
該駆動信号生成手段によって生成された駆動信号に応じた相殺振動を前記相殺振動発生手段によって発生したときに、前記被制御空間に発生する相殺振動に応じた相殺信号を推定し、該推定された相殺信号を反転させ、前記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号と加算することにより、前記相殺振動発生手段が相殺振動を発生しないときの、前記被制御空間に発生した原振動に応じた原振動信号を推定する第１の推定手段と、
該第１の推定手段によって推定された原振動信号および前記検出された誤差信号に基づいて、該誤差信号が最小となるような第１の相殺信号を生成する第１の相殺信号生成手段と、
第２の相殺信号を生成する第２の相殺信号生成手段と、
該第２の相殺信号生成手段によって生成された第２の相殺信号に応じた相殺振動を前記相殺振動発生手段によって発生したときに、前記被制御空間に発生する相殺振動に応じた相殺信号を推定し、該推定された相殺信号を反転させ、前記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号と加算することにより、前記相殺振動発生手段が前記第２の相殺信号に応じた相殺振動を発生しないときの、前記被制御空間に発生した振動に応じた振動信号を推定する第２の推定手段とを有し、
前記第２の相殺信号生成手段は、前記第２の推定手段によって推定された振動信号および前記検出された誤差信号に基づいて、該誤差信号が最小となるような前記第２の相殺信号を生成することで、前記第１の相殺信号に応じた相殺振動によって発生することがあるハウリングを防止し、
前記駆動信号生成手段は、前記第１および第２の相殺信号生成手段によってそれぞれ生成された第１および第２の相殺信号を加算することによって、前記駆動信号を生成する
ことを特徴とする能動振動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、能動振動制御装置に関し、特に車輌の走行等により発生する振動及びこれらの振動に起因して生ずる騒音を能動的に制御して低減させる能動振動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明における「振動」の語は、「騒音」をも含めた意味で使用する。
【０００３】
振動制御装置のうち、振動源（一次振動源）から発生する振動を能動的に制御して振動および騒音の低減化を図る能動振動制御装置と呼称されるものがある。
【０００４】
従来、この種の能動振動制御装置としては、図４に示すように、一次振動源からの振動を検出する振動センサ１０１と、該振動センサ１０１により検出された振動が参照信号として入力され、その参照信号に基づいて制御空間における制御対象振動と逆位相の相殺信号を生成する適応制御回路１０２と、適応制御回路１０２により生成された相殺信号に基づいて相殺振動を発するスピーカ（二次振動源）１０３と、スピーカ１０３により発せられた相殺振動と前記参照信号との相殺誤差を検出するマイクロホン１０４とを主要部として構成されたものが知られている（例えば、特表平１−５０１３４４号公報）。
【０００５】
上記従来の能動振動制御装置においては、振動センサ１０１により検出された一次振動はＡ／Ｄコンバータ１０５によってサンプリングされ、デジタルデータの基準信号（参照信号）ｘ（ｎ）として適応制御回路１０２に入力される。該適応制御回路１０２からは上述のように生成された相殺信号が出力されてＤ／Ａコンバータ１０６でアナログ信号に変換され、アンプ１０７により増幅されてスピーカ１０３から相殺振動（二次振動）が発せられる。
【０００６】
一方、マイクロホン１０４はスピーカ１０３からの相殺振動と振動源からの振動との相殺誤差を受信し、該相殺誤差εはアンプ１０８により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１０９によりサンプリングされ、デジタルデータの誤差信号ｅ（ｎ）として取り出され、適応制御回路１０２にフィードバックされる。すなわち、誤差信号は、一次振動と二次振動との相殺誤差を示すものであり、上記能動振動制御装置においては前記誤差信号が最小値となるように相殺信号の伝達特性を変更することにより振動の低減が図られている。
【０００７】
更に、適応制御回路１０２は、ＦＩＲ型適応デジタルフィルタ（以下、「ＡＤＦ」という）１０２１と、スピーカ１０３からマイクロホン１０４までの、この制御系特有の伝達特性が同定されて設定されたフィルタＣ＾１０２２と、参照信号ｘ（ｎ）がフィルタＣ＾１０２２によりフィルタリングされた参照信号ｒ（ｎ）および前記誤差信号ｅ（ｎ）に基づいて、例えば、ＬＭＳアルゴリズム（ＬＭＳ：Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）によりＡＤＦ１０２１のフィルタ係数を更新するＬＭＳ処理部１０２３とにより構成される。参照信号ｘ（ｎ）がフィルタＣ＾１０２２によりフィルタリングされた参照信号ｒ（ｎ）および前記誤差信号ｅ（ｎ）に基づいて、ＬＭＳ処理部１０２３は誤差信号ｅ（ｎ）が最小値となるようにＡＤＦ１０２１のフィルタ係数を更新する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の能動振動制御装置では、一次振動源からの基準信号に基づいて振動を低減化しているために、下記の２つの問題が生じていた。
【０００９】
１．一次振動源から基準信号を検出する手段、例えば、前記図４の振動センサ１０１や他の検出手段（パルスカウンタ等）が必要であり、このためにコストが増加していた。
【００１０】
２．振動を生ずる原因や振動の伝達経路を突き止めて、これを一次振動源としなければならなかった。特に、車両が走行するときに発生するロードノイズを低減化させる場合に一次振動源を特定するのは非常に困難であった。なぜなら、ロードノイズは、道路の凹凸がすべてのタイヤやサスペンションを介して車体の各部に伝達されて騒音音場が形成されるために、振動伝達経路が複雑であるとともに多部位が一次振動源とみなされるからである。
【００１１】
以上の問題点を解消するために、前記能動振動制御装置から単に一次振動源の振動を検出する手段（図４の振動センサ１０１）を取り除いた構成により能動振動制御を行う方法が考えられる。しかし、この方法により能動振動制御を行うと、被制御対象である振動が周期性振動であったとしても、制御性能が著しく低下する。この原因としては、下記の２点が考えられる。
【００１２】
１．能動振動制御装置から出力された相殺振動により、被制御対象である振動（騒音）が低減されると、その低減された振動が相殺誤差として能動振動制御装置に供給される。この相殺誤差は能動振動制御がなされた後のものであるために、一般にその信号レベルは低下している。したがって、能動振動制御装置はこの相殺誤差に基づいて次の相殺振動を生成するために、その相殺振動のレベルは低下し、被制御対象である振動を低減することができなくなる。この理由を図４を参照して具体的に説明すると、次のようになる。
【００１３】
この場合には参照信号ｘ（ｎ）は誤差信号ｅ（ｎ）であるので、適応制御回路１０２からの出力信号ｙ（ｎ）は、下記の数式（１）で表される。
ｙ（ｎ）＝Ｗｎ−１×ｅ（ｎ）        ‥‥（１）
ここで、Ｗｎ−１はフィルタ係数の前回値である。能動制御後は、ｅ（ｎ）は“０”に近づくために、その結果、ｙ（ｎ）も“０”に近づき、スピーカ１０３からは信号レベルの低下した相殺振動が出力されることになる。しかし、被制御対象である振動の信号レベルは依然として元のままであるために能動振動制御の効果が著しく低下することになる。
【００１４】
２．仮に、上記１の原因が解消されたとしても、低減された振動とは異なる周波数の振動エネルギーが増大してハウリングと呼ばれる現象、即ち、被制御対象である振動と同一振幅で逆位相の振動（相殺振動）をうまく生成することができずに図４のマイクロフォン１０４近傍で相殺振動が発散する現象が起こる場合がある。特に、適応フィルタの次数が低い場合にこの現象が多く発生する。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、一次振動源の振動を検出する手段を取り除いてコストを低減させるとともに、この検出手段を取り除くことによる制御性能の低下を防止することが可能な能動振動制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、駆動信号に応じた相殺振動を被制御空間に発生する相殺振動発生手段を備え、該相殺振動と前記被制御空間に発生した原振動とを干渉させることによりその原振動を低減させる能動振動制御装置において、前記被制御空間に発生した相殺誤差振動に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、該駆動信号生成手段によって生成された駆動信号に応じた相殺振動を前記相殺振動発生手段によって発生したときに、前記被制御空間に発生する相殺振動に応じた相殺信号を推定し、該推定された相殺信号を反転させ、前記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号と加算することにより、前記相殺振動発生手段が相殺振動を発生しないときの、前記被制御空間に発生した原振動に応じた原振動信号を推定する第１の推定手段と、該第１の推定手段によって推定された原振動信号および前記検出された誤差信号に基づいて、該誤差信号が最小となるような第１の相殺信号を生成する第１の相殺信号生成手段と、第２の相殺信号を生成する第２の相殺信号生成手段と、該第２の相殺信号生成手段によって生成された第２の相殺信号に応じた相殺振動を前記相殺振動発生手段によって発生したときに、前記被制御空間に発生する相殺振動に応じた相殺信号を推定し、該推定された相殺信号を反転させ、前記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号と加算することにより、前記相殺振動発生手段が前記第２の相殺信号に応じた相殺振動を発生しないときの、前記被制御空間に発生した振動に応じた振動信号を推定する第２の推定手段とを有し、前記第２の相殺信号生成手段は、前記第２の推定手段によって推定された振動信号および前記検出された誤差信号に基づいて、該誤差信号が最小となるような前記第２の相殺信号を生成することで、前記第１の相殺信号に応じた相殺振動によって発生することがあるハウリングを防止し、前記駆動信号生成手段は、前記第１および第２の相殺信号生成手段によってそれぞれ生成された第１および第２の相殺信号を加算することによって、前記駆動信号を生成することを特徴とする。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例に係る能動振動制御装置の概略構成を示すブロック図であり、本実施例は本発明を自動車の車室内騒音低減化装置に適用したものである。
【００２１】
同図において、１は制御すべき空間（被制御空間）、即ち車室であり、自動車の走行等により発生した振動が所定の伝達経路を経て車室１の構成要素に伝達され、その構成要素（振動部）が振動されて一次振動（騒音）Ｘが発生される。ここで、車室１は、その空間に特有の伝達特性Ｃを有するものとする。
【００２２】
車室１の所定位置には、車室１内の振動（騒音）を検出するための振動検出手段（本実施例では、主としてマイクロフォン）２が配設され、車室１内の一次振動Ｘを含む振動、即ち、後述する相殺振動が出力されているときには一次振動Ｘと相殺振動とが干渉された後の振動が振動検出手段２により検出され、デジタル信号に変換された後に、検出信号ｅ（ｎ）（ｎ＝１，２，…）としてデジタル演算装置３に供給される。
【００２３】
デジタル演算装置３は、供給された検出信号ｅ（ｎ）に基づいてデジタル演算を施すことにより駆動信号Ｙ（ｎ）（ｎ＝１，２，…）を生成し（厳密には、検出信号ｅ（ｎ−１）および駆動信号Ｙ（ｎ−１）に基づいて駆動信号Ｙ（ｎ）を生成する）、その駆動信号Ｙ（ｎ）を、デジタル演算装置３の出力側に接続され、車室１の所定位置に配設された二次振動源（本実施例では、主としてスピーカ）４に供給する。駆動信号Ｙ（ｎ）は、二次振動源４により前記一次振動Ｘを相殺する相殺振動となって車室１に供給され、車室１では該相殺振動と一次振動Ｘとが干渉し合うことにより車室内騒音が低減される。
【００２４】
デジタル演算装置３は、車室１の振動部の原振動（一次振動Ｘ）を推定する推定手段（予測手段）５と、前述したハウリングを検知するハウリング検知手段６と、２つの適応フィルタ７，８と、前記駆動信号Ｙ（ｎ）を発生する駆動信号発生手段（相殺信号発生手段）９とにより構成されている。一次振動Ｘと相殺信号とが干渉された後の振動（誤差）は前述のように振動検出手段２により検出され、その検出信号ｅ（ｎ）は推定手段５およびハウリング検知手段６に入力され、推定手段５およびハウリング検知手段６の出力は、それぞれ適応フィルタ７，８に供給される。適応フィルタ７，８からそれぞれ発生される出力は駆動信号発生手段９に供給され、駆動信号発生手段９の出力である駆動信号Ｙ（ｎ）は、前述のように二次振動源４に供給されるとともに、推定手段５にフィードバックされる。
【００２５】
図２は、図１の各要素の詳細な構成を示すブロック図である。
【００２６】
同図中、振動検出手段２は、車室内騒音を検出するマイクロフォン２１と、マイクロフォン２１により検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２とにより構成されている。
【００２７】
推定手段５は、前記検出信号ｅ（ｎ）と後述するフィルタ５３によりフィルタリングされた駆動信号とを加算する加算器５１と、前記伝達特性Ｃを同定した伝達特性Ｃ＾を有するフィルタ５２，５３と、前述したＬＭＳアルゴリズムにより前記適応フィルタ７のフィルタ係数を更新するＬＭＳ処理部５４とにより構成されている。ハウリング検知手段６も、推定手段５と同様に、加算器６１と、伝達特性Ｃ＾を有するフィルタ６２，６３と、ＬＭＳ処理部６４とにより構成されている。
【００２８】
また、前記適応フィルタ７は、フィルタ係数Ｗ１を有する適応フィルタ（ＡＤＦ７）により構成され、前記適応フィルタ８は、フィルタ係数Ｗ２を有する適応フィルタ（ＡＤＦ８）により構成され、前記駆動信号発生手段９は、加算器９により構成されている。
【００２９】
さらに、二次振動源４は、加算器９から出力されるデジタル駆動信号Ｙ（ｎ）をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４２と、アナログ駆動信号Ｙを二次振動に変換するスピーカ４１とにより構成されている。
【００３０】
なお、具体的には、ＬＭＳ処理部５４は、下記の数式（２）によりＡＤＦ７のフィルタ係数を更新する処理を行い、ＬＭＳ処理部６４は、下記の数式（３）によりＡＤＦ８のフィルタ係数Ｗｎを更新する処理を行う。
【００３１】
【数１】
0003630171.tif 000002
ここで、μ１，μ２は、フィルタ係数更新パラメータであり、互いに異なる値を採ってもよいが、本実施例では共通の値とし、具体的には値０．１を採っている。
【００３２】
次に、デジタル演算装置３を構成する各要素の接続関係を説明する。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換器２２の出力側は、加算器５１、加算器６１、ＬＭＳ処理部５４、ＬＭＳ処理部６４の一入力端子に接続されている。加算器５１の他の入力端子には加算器９の出力側がフィルタ５３を介して反転されて接続され、加算器６１の他の入力端子にはＡＤＦ８の出力側がフィルタ６３を介して反転されて接続されている。
【００３４】
加算器５１の出力側は、ＡＤＦ７の入力側に接続されるとともに、フィルタ５２を介してＬＭＳ処理部５４の他の入力端子に接続されている。同様にして、加算器６１の出力側は、ＡＤＦ８の入力側に接続されるとともに、フィルタ６２を介してＬＭＳ処理部６４の他の入力端子に接続されている。
【００３５】
ＬＭＳ処理部５４の出力側は、ＡＤＦ７のフィルタ係数を更新するためＡＤＦ７に接続され、ＡＤＦ７の出力側は、加算器９の一入力端子に接続されている。同様にして、ＬＭＳ処理部６４の出力側は、ＡＤＦ８のフィルタ係数を更新するためＡＤＦ８に接続され、ＡＤＦ８の出力側は、加算器９の他の入力端子に接続されている。
【００３６】
以下、以上のように構成された能動振動制御装置の制御処理を説明する。
【００３７】
車室１の車室内騒音はマイクロフォン２１により検出され、Ａ／Ｄ変換器２２によりデジタル変換され、検出信号（誤差信号）ｅ（ｎ）として加算器５１、加算器６１、ＬＭＳ処理部５４、ＬＭＳ処理部６４に供給される。
【００３８】
加算器５１では、加算器９からの駆動信号Ｙ（ｎ）がフィルタ５３を介してフィルタリングされ、反転された信号−Ｃ＾・Ｙと誤差信号ｅ（ｎ）とが加算され、信号ａ１（ｎ）として出力される。該信号ａ１（ｎ）は、ＡＤＦ７に供給されるとともに、フィルタ５２を介してフィルタリングされた信号Ｃ＾・ａ１（以下、「信号ｒ１（ｎ）」という）となってＬＭＳ処理部５４に供給される。ＬＭＳ処理部５４では、前記誤差信号ｅ（ｎ）、信号ｒ１（ｎ）と前記数式（２）とを用いて次回のＡＤＦ７のフィルタ係数が算出された後に、ＡＤＦ７のフィルタ係数が更新される。ＡＤＦ７では、前回設定されたフィルタ係数Ｗｎにより前記信号ａ１（ｎ）がフィルタリングされ、信号ｙ１（ｎ＋１）（＝Ｗｎ・ａ１）として加算器９に供給される。
【００３９】
加算器６１では、ＡＤＦ８からの出力信号ｙ２（ｎ）がフィルタ６３を介してフィルタリングされ、反転された信号−Ｃ＾・ｙ２と誤差信号ｅ（ｎ）とが加算され、信号ａ２（ｎ）として出力される。これ以降の処理は、前述の処理と同様であるので、その説明を省略する。
【００４０】
前記ＡＤＦ７からの出力ｙ１（ｎ＋１）および前記ＡＤＦ８からの出力ｙ２（ｎ＋１）は、加算器９により加算され、デジタル駆動信号Ｙ（ｎ＋１）として前記Ｄ／Ａ変換器４２に供給され、Ｄ／Ａ変換器４２からのアナログ駆動信号は、スピーカ４１により相殺振動として車室１に供給される。この相殺振動と一次振動Ｘとが干渉され、車室内騒音が低減される。
【００４１】
なお、ハウリングが発生すると、そのハウリングが前記ＡＤＦ７からの信号ｙ１（ｎ）によって発生したものである場合には、そのハウリングは検出信号ｅ（ｎ）として前記ハウリング検知手段６に供給され、そのＬＭＳ処理部６４により、ハウリングを相殺するようにフィルタ係数が算出され、このフィルタ係数に応じてＡＤＦ８から駆動信号ｙ２（ｎ）が出力されることによりハウリングが相殺される。一方、前記ハウリングがＡＤＦ８からの信号ｙ２（ｎ）によって発生したものである場合には、そのハウリングは検出信号ｅ（ｎ）として前記推定手段５に供給され、そのＬＭＳ処理部５４により、ハウリングを相殺するようにフィルタ係数が算出され、このフィルタ係数に応じてＡＤＦ７から駆動信号ｙ１（ｎ）が出力されることによりハウリングが相殺される。このようにして、各ＡＤＦ７，８は、お互いの出力を常に監視し合うことによりハウリングを防止するように制御する。
【００４２】
図３は、本実施例を車室内騒音制御に適用したときと適用しないときのマイクロフォン２１から検出された信号レベルの周波数分布を示した図である。
【００４３】
同図中、縦軸は信号レベル（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示している。また、実線で示す曲線ｇ１は、本実施例を適用したときの周波数分布を示し、破線で示す曲線ｇ２は、本実施例を適用しなかったとき、即ち一次振動Ｘそのものを検出したときの周波数分布を示している。同図から分かるように、本実施例の能動振動制御を行うことにより、特に信号レベルの高い周波数部分ｐが低減される。
【００４４】
以上説明したように、本実施例に依れば、推定手段５により前記従来例の参照信号に代わる信号を平衡点制御量として生成して一次振動Ｘを低減する制御性能の低下を防止し、ハウリング検知手段６により参照信号を検出する検出手段を取り除いたときに発生することがあるハウリングを防止するので、参照信号を検出する検出手段を取り除いてコストを低減させることができるとともに、その検出手段を配設する位置を決定するための煩雑な処理を除くことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動信号に応じた相殺振動を被制御空間に発生する相殺振動発生手段を備え、該相殺振動と前記被制御空間に発生した原振動とを干渉させることによりその原振動を低減させる能動振動制御装置において、前記被制御空間に発生した相殺誤差振動に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、該駆動信号生成手段によって生成された駆動信号に応じた相殺振動を前記相殺振動発生手段によって発生したときに、前記被制御空間に発生する相殺振動に応じた相殺信号を推定し、該推定された相殺信号を反転させ、前記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号と加算することにより、前記相殺振動発生手段が相殺振動を発生しないときの、前記被制御空間に発生した原振動に応じた原振動信号を推定する第１の推定手段と、該第１の推定手段によって推定された原振動信号および前記検出された誤差信号に基づいて、該誤差信号が最小となるような第１の相殺信号を生成する第１の相殺信号生成手段と、第２の相殺信号を生成する第２の相殺信号生成手段と、該第２の相殺信号生成手段によって生成された第２の相殺信号に応じた相殺振動を前記相殺振動発生手段によって発生したときに、前記被制御空間に発生する相殺振動に応じた相殺信号を推定し、該推定された相殺信号を反転させ、前記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号と加算することにより、前記相殺振動発生手段が前記第２の相殺信号に応じた相殺振動を発生しないときの、前記被制御空間に発生した振動に応じた振動信号を推定する第２の推定手段とを有し、前記第２の相殺信号生成手段は、前記第２の推定手段によって推定された振動信号および前記検出された誤差信号に基づいて、該誤差信号が最小となるような前記第２の相殺信号を生成することで、前記第１の相殺信号に応じた相殺振動によって発生することがあるハウリングを防止し、前記駆動信号生成手段は、前記第１および第２の相殺信号生成手段によってそれぞれ生成された第１および第２の相殺信号を加算することによって、前記駆動信号を生成するので、一次振動源の振動を検出する手段を取り除いてコストを低減させるとともに、この検出手段を取り除くことによる制御性能の低下を防止することが可能となる効果を奏する。
【００４６】
また、第１および第２の相殺信号が前記相殺振動発生手段の駆動信号として供給されるので、一方の適応フィルタが他方の適応フィルタの発散を常に監視することができ、ハウリングの発生をさらによく防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る能動振動制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の各要素の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本実施例を車室内騒音制御に適用したときと適用しないときの図２のマイクロフォンから検出された信号レベルの周波数分布を示した図である。
【図４】従来の能動振動制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４１ スピーカ（相殺振動発生手段）
４２ Ｄ／Ａ変換器（相殺振動発生手段）
２１ マイクロフォン（振動検出手段）
２２ Ａ／Ｄ変換器（振動検出手段）
５１ 加算器（予測手段、ハウリング防止手段）
５２，５３ フィルタ（予測手段、ハウリング防止手段）
５４ ＬＭＳ処理部（予測手段、ハウリング防止手段）
６１ 加算器（ハウリング防止手段）
６２，６３ フィルタ（ハウリング防止手段）
６４ ＬＭＳ処理部（ハウリング防止手段）
９  加算器（予測手段、ハウリング防止手段）
【図１】
0003630171.tif 000003
【図２】
0003630171.tif 000004
【図３】
0003630171.tif 000005
【図４】
0003630171.tif 000006