(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動源からの振動を検出する複数の振動検出手段と、
該振動検出手段により検出される振動に基づく信号が参照信号として入力され、かつ該参照信号を互いにほぼ直交する主成分信号に変換する主成分分析手段と、
相殺振動発生手段と、
前記主成分信号が入力されて前記振動源からの振動を相殺する相殺信号を生成し、該相殺信号に基づいて前記相殺振動発生手段を駆動する制御回路と、
を備え、
前記振動検出手段は、各振動源に応じて設けられていると共に、
前記主成分分析手段は、時間領域で求められた参照信号の固有ベクトルマトリックスに基づいて前記参照信号を前記主成分信号へ変換すること、
を特徴とする能動振動抑制装置。
【請求項２】
請求項１記載の能動振動抑制装置において、制御回路に入力される主成分信号の数は参照信号の数よりも少ないことを特徴とする能動振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動源からの振動に基づく騒音を相殺振動発生装置からの出力音によって打ち消す能動振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書における「振動」の語は「騒音」も含めた意味で使用する。
【０００３】
能動振動抑制装置を車両に適応した場合を例に説明すれば、車室内振動対策の一つとして、車室内の振動と逆位相の振動を発生させて車室内の振動を打ち消す能動振動抑制装置（以下、“ＡＶＮＣ”とも記す）が知られている。
【０００４】
従来のかかる能動振動抑制装置では、振動源からの振動を振動検出器によって検出し、振動検出器によって検出された振動に基づく信号が参照信号として入力されてこの参照信号に基づき車室内の振動と逆位相の相殺信号を適応制御回路によって生成し、生成された相殺信号に基づいて発生される相殺振動と前記振動源に基づく車室内の振動との差を検出して該差に基づく差信号を送出し、該差信号に基づいて適応制御回路に含まれている適応パラメータを変更するようにしたものがある。
【０００５】
上記した従来の能動振動抑制装置は、具体的には、図２に示すように車両１０に搭載されたエンジンの振動を振動検出器１によって検出して電気信号に変換し、前後左右の車輪を懸架するサスペンションの振動を振動検出器２〜５によって検出して電気信号に変換し、振動検出器１〜５から出力される電気信号を参照信号とし、該参照信号をデジタルデータに変換し、デジタルデータに変換された参照信号を、フィルタ係数可変のＦＩＲデジタルフィルタと適応アルゴリズム演算部とからなるＦＩＲ適応デジタルフィルタにて構成された適応制御回路６１に供給し、適応制御出力であるＦＩＲ適応デジタルフィルタの出力をアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号によって、相殺振動音を発生させるために車室に設けたスピーカ７を駆動する。
【０００６】
一方、車両１０の振動源によって車室内に発生した振動とスピーカ７によって発生させた相殺振動との差である差信号を、車室に設けたマイクロフォン８によって検出し、マイクロフォン８からの出力信号をデジタルデータに変換し、差信号の２乗の期待値（以下、単に期待値と記す）が最小になる適応パラメータの演算を適応制御回路６１の適応アルゴリズム演算部において演算し、演算値に基づくフィルタ係数にＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ係数を修正することによって車室内に生ずる振動を抑制している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の能動振動抑制装置においては、振動源の振動を振動検出器によって検出し、検出信号の全てを参照信号として制御回路に供給し、参照信号に基づき演算処理を行って、振動打消のための相殺信号を生成していた。
【０００８】
しかしながら、振動検出器によって振動を検出するべき振動源の数が増えると検出信号の数が増加し、制御回路における相殺信号生成のための演算量が増加する。このために演算時間がかかり、振動抑制までに時間を要することになって、能動振動抑制装置の振動抑制性能が低下するという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解消して、振動源数が多くても制御性能を向上させることができる能動振動抑制装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の能動振動抑制装置は、複数の振動源からの振動を検出する複数の振動検出手段と、該振動検出手段により検出される振動に基づく信号が参照信号として入力され、かつ該参照信号を互いにほぼ直交する主成分信号に変換する主成分分析手段と、相殺振動発生手段と、前記主成分信号が入力されて前記振動源からの振動を相殺する相殺信号を生成し、該相殺信号に基づいて前記相殺振動発生手段を駆動する制御回路と、を備え、
前記振動検出手段は、各振動源に応じて設けられていると共に、前記主成分分析手段は、時間領域で求められた参照信号の固有ベクトルマトリックスに基づいて前記参照信号を前記主成分信号へ変換することを特徴とする。
【００１１】
本発明の能動振動抑制装置は、振動検出手段により振動源の振動が検出されて、該振動に基づく信号が参照信号とされ、主成分分析手段により該参照信号が互いにほぼ直交する主成分信号に変換される。変換された主成分信号は制御回路に入力され、制御回路によって振動源からの振動を相殺するための相殺信号が生成され、相殺信号に基づく相殺振動が相殺振動発生手段によって発生され、相殺信号に基づいて相殺振動発生手段が駆動されて、振動源からの振動が相殺され、振動の抑制が行われる。
【００１２】
しかるに、本発明の能動振動抑制装置によれば、参照信号が互いに直交する主成分信号に変換されて、主成分信号に基づいて振動抑制制御が行われる。この結果、相関の高い参照信号は除去されているため、振動抑制制御のために制御回路に入力される信号数は低減されて、振動抑制制御のための演算が高速に行われることになり、振動抑制性能が向上する。さらに、時間領域で求められた参照信号の固有ベクトルマトリックスに基づいて前記参照信号が前記主成分信号へ変換されるために、主成分信号を得るための演算量も少なくて済み、高速に行える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる能動振動抑制装置を実施の形態によって説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。図１に示した本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置は車両に適応して車室内の振動を抑制する場合を例示している。
【００１５】
本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置においては、車両１０に搭載されたエンジンの振動を振動検出器１によって検出して電気信号に変換し、前後左右の車輪を懸架するサスペンションの振動を振動検出器２〜５によって検出して電気信号に変換し、振動検出器１〜５から出力される電気信号を参照信号とし、該参照信号をデジタルデータに変換し、デジタルデータに変換された参照信号を、主成分分析回路９に供給して互いに直交する主成分信号に時間領域において変換する。
【００１６】
主成分分析回路９において変換された主成分信号はフィルタ係数可変のＦＩＲデジタルフィルタと適応アルゴリズム演算部とからなるＦＩＲ適応デジタルフィルタにて構成された適応制御回路６に供給し、適応制御出力であるＦＩＲ適応デジタルフィルタの出力をアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号によって、相殺振動騒音を発生させるために車室に設けたスピーカ７を駆動する。
【００１７】
一方、車両１０の振動源によって車室内に発生した振動とスピーカ７によって発生させた相殺振動との差である差信号を、車室に設けたマイクロフォン８によって検出し、マイクロフォン８からの出力信号をデジタルデータに変換し、差信号の２乗の期待値が最小になる適応パラメータの演算を適応アルゴリズム演算部において演算し、演算された適応パラメータに基づくフィルタ係数にＦＩＲデジタルフィルタのフィルタ係数を修正することによって車室内に生ずる振動を抑制する。
【００１８】
能動振動抑制において、本発明の主成分分析回路９がない場合についてまず説明する。振動検出器１〜５からの出力信号すなわち参照信号と車室音のレスポンスとから、その間の伝達関数、すなわち適応制御回路の伝達関数が求められる。適応制御回路による適応制御は振動源の振動による車室内の振動がＦＩＲデジタルフィルタで近似できると仮定し、この未知システムのパラメータを適応制御回路によって推定し、未知システムと同じ車室内の振動を得ようとするものである。
【００１９】
ここで、（Ｒ）を参照信号の相関関数マトリックスとし、（Ｐ）を参照信号と車室内の振動とのレスポンスの相互相関関数ベクトルとし、（Ｗ）を伝達関数としたとき、これらの間には下記の（１）式の関係がある。以下、（Ｒ）、（Ｐ）、（Ｗ）、（Ｕ）、（Ｘ）等はマトリックスを表す。
【００２０】
（Ｒ）（Ｗ）＝（Ｐ）                        …（１）
上記の（１）式を解いて伝達関数（Ｗ）は（２）式によって求められる。
【００２１】
（Ｗ）＝（Ｒ）-1（Ｐ）                  …（２）
この場合に、参照信号間の相関が大きいときには、参照信号相関関数マトリックス（Ｒ）の条件数ｃｏｎｄ〔Ｒ〕が大きくなって、逆マトリックス（Ｒ）-1が数値的に解きにくくなり、（２）式による伝達関数（Ｗ）の演算が困難となる。
【００２２】
参照信号相関関数マトリックス（Ｒ）の条件数ｃｏｎｄ〔Ｒ〕は参照信号の相関関数マトリックス（Ｒ）の最大特異値σｍａｘと最小特異値σｍｉｎとの比であって、条件数ｃｏｎｄ〔Ｒ〕＝σｍａｘ／σｍｉｎで示される。
【００２３】
しかるに、本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置においては、すなわち主成分分析回路９が設けられている場合は、参照信号は主成分分析回路９に供給されて主成分分析される。この場合に主成分信号は振動検出器の数だけ、すなわち、本実施の形態では“５”だけできるが、本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置においては互いに直交しない主成分信号は除去されて、主成分分析回路９によって参照信号が互いに直交する主成分信号のみが参照信号として適応制御回路６に供給される。
【００２４】
したがって、適応制御回路６に供給される信号は、互いに相関がない無相関な独立した主成分信号となり、参照信号相関関数マトリックス（Ｒ）の条件数〔Ｒ〕が小さくなって、逆マトリックス（Ｒ）-1が数値的に解き易くなる。この結果、（２）式による伝達関数（Ｗ）の演算が容易となる。
【００２５】
また、主成分分析の数学的処理は、下記の（３）式に示す如くであって、固有値分解に等しい。
【００２６】
（Ｒ）＝（Ｕ）（Ｒ′）（Ｕ）t               …（３）
ここで、（Ｕ）は参照信号の相関関数マトリックス（Ｒ）の固有ベクトルマトリックスであり、（Ｒ′）は参照信号の相関関数マトリックス（Ｒ）の固有値対角マトリックスであり、（Ｕ）t は（Ｕ）の転置マトリックスである。
【００２７】
この固有ベクトルマトリックス（Ｕ）を用いて、（４）式に示すごとく主成分信号が求められる。（Ｘ）は参照加速度信号マトリックスを、（Ｘ′）は主成分マトリックスを示す。
【００２８】
（Ｘ）＝（Ｕ）（Ｘ′）                    …（４）
この主成分信号が適応制御回路６に新たな参照信号として供給され、伝達関数演算の負担が軽減されて、適応パラメータの収束速度、すなわちフィルタ係数の収束速度が早まる。
【００２９】
さらに、適応制御回路６に供給する信号を無相関な主成分信号として不必要な主成分信号を除くことにより、適応制御回路６に供給する信号数が減り、演算量が減少することになり、フィルタ係数の収束速度が早まることになる。
【００３０】
また上記のように本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置では、主成分分析は時間領域で行なわれ、かつ互いにほぼ直交する主成分信号に変換される。
【００３１】
このように、本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置では、主成分分析が時間領域で行なわれるために、参照信号相関関数マトリックス（Ｒ）、固有ベクトルマトリックス（Ｕ）の次数は（振動検出器の数）×（振動検出器の数）、すなわち５行×５行のマトリックスですみ、（３）式および（４）式の演算における演算量は少なくてすみ、演算に要する時間が少なくてすむ。
【００３２】
演算量が少なくてすむことは、（４）式の演算はリアルタイムにて行う必要があるため、能動振動抑制に対してきわめて有効である。
【００３３】
一方、主成分分析を時間領域に代わって、周波数領域で行うことも可能である。しかし、周波数領域で主成分分析を行なうときは、上記参照信号相関関数マトリックス（Ｒ）、固有ベクトルマトリックス（Ｕ）の次数は、上記した時間領域におけるマトリックスの次数の、参照信号を周波数分析したときの周波数スペクトル倍となって、その演算量は増加し、（３）式および（４）式の演算に時間がかかることになる。
【００３４】
また、本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置では、相関を有する主成分信号のみが除去されるため、主成分分析回路９から出力される主成分信号は主成分分析回路９に入力される全ての参照信号の影響を受けた主成分信号であって、参照信号の情報を保っており、参照信号が有する情報量が減少させられるようなことはない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる能動振動抑制装置によれば、適応制御回路に供給される信号数が低減されて、適応パラメータの収束速度が早まり、さらに、主成分信号は無相関な信号としたために、参照信号の相関マトリックスの条件数が小さくなって、演算時間が短縮され、かつ演算精度が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置における投受光装置および路面状況認識部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１〜５  振動検出器
６  適応制御回路
７  スピーカ
８  マイクロフォン
９  主成分分析回路
１０  車両
【図１】
0003725267.tif 000002
【図２】
0003725267.tif 000003