(57)【要約】【課題】振動／騒音の低減性能を高く保ちながらセンサ２の数を減らしてセンサ２のコストを削減する能動振動騒音制御装置を提供する。【解決手段】車体５のフロアパネル６上に配置された、車体の振動を測定するセンサ２と、センサ２が測定する車体の振動に基づいて車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部１２と、車室内に制御音を生成する能動部３と、騒音演算部１２が演算する車室内の騒音に応じて能動部３を制御することにより、車体の振動による騒音を低減するコントローラ４とを備える。センサ２を、当該センサ２が測定する車体の振動と車体の振動による車室内の騒音との整合率が最も強くなるフロアパネル６の部分に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体のフロアパネル上に配置された、前記車体の振動を測定するセンサと、
前記センサが測定する前記車体の振動に基づいて、前記車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部と、
前記車体に制御振動或いは車室内に制御音を生成する能動部と、
前記騒音演算部が演算する前記車室内の騒音に応じて前記能動部を制御することにより、前記車体の振動による前記騒音を低減するコントローラとを備え、
前記センサは、当該センサが測定する前記車体の振動と前記騒音との整合率が最も強くなる前記フロアパネルの部分に配置されていることを特徴とする能動振動騒音制御装置。
【請求項２】
前記フロアパネルは、剛性値が前記フロアパネル全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバによって複数の領域に区切られ、
複数のセンサが各領域にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の能動振動騒音制御装置。
【請求項３】
前記フロアパネルは、前記フロアパネル上に定義される複数の測定点のうち、隣接する測定点間におけるフロアパネルの振動の整合率が、当該隣接する測定点の周囲における前記整合率よりも小さくなる前記隣接する測定点の中間点を繋げることにより複数の領域に区切られ、
複数の前記センサが各領域にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の能動振動騒音制御装置。
【請求項４】
前記フロアパネルは乗車定員と同じ数の領域に区切られていることを特徴とする請求項２又は３記載の能動振動騒音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は能動振動騒音制御装置に関し、特に、車両に搭載された能動振動制御装置（ＡＶＣ）及び能動騒音制御装置（ＡＮＣ）における振動検出センサの最適配置構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車体パネルを伝わる振動によって発生する車室内の騒音を抑制するために、当該振動を打ち消す制御振動を車体パネルに発生させ、或いは当該騒音を打ち消す制御音を車室内に発生させる能動振動抑制技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１では、エラーセンサが検出した車体の振動をＨ∞制御回路が演算し、その演算結果に基づいてアクチュエータを制御する能動振動制御装置（ＡＶＣ）が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、ドアヒンジ部或いはその近傍に取り付けられた振動検出器の検出信号に基づいて音響放射手段が放出する音を制御することにより車室内の騒音を打ち消す能動騒音制御装置（ＡＮＣ）が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２５９１５８号公報（特に段落0007参照）
【特許文献２】特開平８−２９２７７１号公報（特に段落0008参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び２では、車室内の騒音を測定するマイクロホンの代わりに車体パネルの振動を検出するセンサを用いて騒音を抑制することは開示されているが、当該センサを車両のどの位置に配置すべきかについての詳細な記載はない。
【０００６】
したがって、車体にセンサを取り付ける際に、最適な箇所に配置することができなければ、振動／騒音の制御精度が低下してしまう。逆に、制御精度を維持するために必要以上の数のセンサを配置すればコスト高になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、車体のフロアパネル上に配置された、車体の振動を測定するセンサと、センサが測定する車体の振動に基づいて車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部と、車体に制御振動を生成するか、又は車室内に制御音を生成する能動部と、騒音演算部が演算する車室内の騒音に応じて能動部を制御することにより、車体の振動による騒音を低減するコントローラとを備える能動振動騒音制御装置であって、センサは当該センサが測定する車体の振動と車体の振動による車室内の騒音との整合率が最も強くなるフロアパネルの部分に配置されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、センサを最適な箇所に配置することができるため、振動／騒音の低減性能を高く保ちながらセンサの数を減らしてセンサのコストを削減する能動振動騒音制御装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１０】
[能動騒音制御装置の全体構成]
図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる能動騒音制御装置（ＡＮＣ：Active Noise Controller）は、車体５に伝わる振動を測定する第１のセンサ１と、車体５に伝わる振動を測定する第２のセンサ２と、第２のセンサ２が測定する車体５の振動に基づいて車体５の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部１２と、車体５に制御振動或いは車室内に制御音を生成する能動部の一例としてのスピーカ３と、第１のセンサ１が測定した車体５の振動及び騒音演算部１２が演算する車室内の騒音に基づいてスピーカ３が放出する制御音を制御するコントローラ４とを備える。なお実施例としてＡＮＣについて説明するが、本発明は、能動振動制御装置（ＡＶＣ：Active Vibration Controller）に対しても適用することができる。
【００１１】
コントローラ４は、車体５の外部から車室内に伝わる振動や騒音に対してスピーカ３が放出する制御音を干渉させて振動や騒音を相殺して低減する。制御音を干渉させて能動的に振動及び騒音を低減するコントローラは複数存在するが、ここでは、その一例として、スピーカ３に対して制御信号を送信するアダプティブフィルタ７と、車室内の騒音に対応した信号を用いてフィルタパラメータをオンラインで更新するアダプティブロー８とを備えるコントローラ４（アダプティブフィルタコントローラ）を示す。
【００１２】
図４に示すように、アダプティブフィルタコントローラを用いた一般的な能動騒音制御装置では、２種類のセンサ（１、５３）が測定する２種類の信号が必要となる。１つは、車室内に伝わる騒音の原因となる外乱に関連する信号であり、例えば、路面１１から車輪（タイヤ１０ａ、１０ｂ）へ伝達される振動を測定する加速度センサ（Ｇセンサ）１からの信号が含まれる。もう１つは、車内の騒音レベルに関連する信号であり、例えば、車内に取り付けられたマイクロホン５３からの信号が含まれる。即ち、アダプティブフィルタ７を使用する能動騒音制御装置においては、車体の振動に係わる物理量を測定するセンサとして、外乱を測定するセンサ（加速度センサ１）と、外乱による振動又は騒音とスピーカ３による制御音とが干渉した結果、車内に伝わる騒音を測定するセンサ（マイクロホン５３）の２種類のセンサが必要である。
【００１３】
これに対して、本発明の実施の形態（図１）の場合、車室内に伝わる騒音の原因となる外乱に関連する信号を検出する手段として、路面１１から車輪（タイヤ１０ａ、１０ｂ）へ伝達される振動を測定する加速度センサ（Ｇセンサ）を第１のセンサ１として使用する。一方、車内の騒音レベルに関連する信号を検出する手段として、車体５に伝わる振動を測定する加速度センサ（第２のセンサ２）と、第２のセンサ２が測定する車体５の振動に基づいて車体５の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部１２とを備える。即ち、一般的なアダプティブフィルタコントローラにおける図４のマイクロホン５３の代わりに第２のセンサ（Ｇセンサ）２及び騒音演算部１２を備える。
【００１４】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、図１の第１及び第２のセンサ１、２が固定されている車体５のフロアパネル６は、３つの主要な部分に分けることができる。具体的には、フロアパネル６は、乗員が座るシートの下に位置する平板状のキャビンパネル１５と、燃料タンクが固定されるタンクパネル１６と、スペアタイヤ及びトランクの下が位置するスペアタイヤパネル１７とを備える。キャビンパネル１５は、エンジンルームとタンクパネル１６の間に位置している。スペアタイヤパネル１７は、タンクパネル１６と車体５の後端の間に位置している。
【００１５】
図９に示すように、図８（ｂ）のフロアパネル６の上には、車両の進行方向に向かって平行に伸びる４つの縦メンバ１８ａ〜１８ｄと、垂直に伸びる４つの横メンバ１９ａ〜１９ｄとが配置されている。フロアパネル６は車体を軽量化するべく薄い平板状に形成されているため、フロアパネル６だけでは十分な剛性が得られない。フロアパネル６よりも剛性が高い棒状の縦メンバ１８ａ〜１８ｄ及び横メンバ１９ａ〜１９ｄをフロアパネル６上に固定して、フロアパネル６の剛性を高めている。縦メンバ１８ａ〜１８ｄ及び横メンバ１９ａ〜１９ｄの厚みはフロアパネル６よりも厚く形成されている。縦メンバ１８ａ〜１８ｄ及び横メンバ１９ａ〜１９ｄは、フロアパネル６の一方の面（表面又は裏面）側のみに固定されていても、両方の面（表裏面）に固定されていても構わない。
【００１６】
[車体パネルの振動と車室内に伝わる騒音との関係]
次に、（１）式〜（５）式を用いて、フロアパネル６の振動と車室内に伝わる騒音との間の関係について説明する。
【００１７】
車室内に伝わる総ての音は、エンジンや路面から伝わる音と、乗員同士の会話やオーディオからの音等を含む乗員にとって有用な音とに分けることができる。エンジンや路面から伝わる音は、乗員にとって望ましくないいわゆる騒音ＮRに相当する。
【００１８】
騒音ＮRは、路面の凹凸によるタイヤ／ホイールの振動やエンジンの振動により生成される。これらの振動は理論的には車体全体及び車体パネル全体に広がり、車体パネルの振動による騒音は“ロードノイズ”と呼ばれている。
【００１９】
しかしながら、車体パネルのうちフロアパネルは、例えばルーフパネルに比べて、大きな表面積を有し、タイヤに対する物理的な距離が短い。ホイールは、部分的に直接フロアパネルに接続されている。よって、騒音ＮRに対するフロアパネルの振動の寄与率は大きいと考えられる。
【００２０】
結果的に、車室内の騒音ＮRは、車室内に配置されたマイクロホンによる音響レベルよりも、フロアパネルの振動のみによって求めることができるといえる。この場合、乗員にとって望ましくない騒音ＮRだけを能動的に抑制し、マイクロホンによって測定されるその他のラジオの音、乗員の会話等の音をそのまま残すことができるという効果がある。
【００２１】
フロアパネルの振動から車室内の騒音ＮRを効果的に軽減するためには、フロアパネルの振動と車室内に伝わる騒音との間の整合率（Coherence function）を用いる。
【００２２】
整合率は、１又は複数の信号と１つの信号との間の相互関係の程度であって０〜１の数値で定義される。例えば、信号Bは信号Aのみを入力とする現象の結果である場合、信号AとBとの間の整合率を１と定義する。その逆に、信号Bは信号Aを入力としない現象の結果である場合、信号AとBとの間の整合率を０と定義する。
【００２３】
整合率Ｃxy(ω)を、振動ω（rad/s）における信号ｘと信号ｙ間の整合率とすると、（１）式により定義することができる。また、（１）式中のＳxy(ω)及びＳxx(ω)を（２）式により定義する。
【数１】
2006335136.tif 000003
【数２】
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【００２４】
（２）式中のＰab(ω)は、a＝bである場合、振動ωにおける自動スペクトルを示し、a＝bでない場合、振動ωにおけるａとｂとの交差スペクトルを示す。信号ｘは（３）式に示すようにＮ個の信号ｘiで構成することができる。
【数３】
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【００２５】
整合率を用いることにより、図６（ｂ）に示すように、Ｐyyに対して大きな寄与率を有するＰxxを求めることができ、これをＰzz（＝Ｐxx）とする。Ｐyyに対して小さな寄与率を有するＰxxを求めることができ、これをＰee（＝Ｐxx）とする。図６（ａ）に示すように、信号ｚ(t)に対して信号ｅ(t)を混成して信号ｙ(t)になる。
【００２６】
Ｐyy(ω)に対するＰzz(ω)の分布割合及びＰee(ω)の分布割合は、それぞれ（４）式及び（５）式に従って計算される。
【数４】
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【数５】
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【００２７】
図６（ｃ）に示すように、タイヤ１０ａ〜１０ｄのホイールの振動はフロアパネル６全体に広がる。フロアパネルの振動をｘ(t)とすると、この振動ｘ(t)はフロアパネル上に配置された第１及び第２のセンサ１、２により検出される。振動ｘ(t)によって車室内に発生する騒音をｚ(t)とすると、図６（ａ）に示すように、振動ｘ(t)は、所定の関数Ｈ(s)により騒音ｚ(t)に変換されることになる。そして、この振動ｘ(t)に起因する騒音ｚ(t)に対して、車両の走行により生じる風の音、乗員の会話、オーディオの音等のその他の音ｅ(t)が混成された音をｚ(t)とすると、車室内にマイクロホンを配置した場合、マイクロホンは音ｚ(t)を測定することになる。したがって、マイクロホンが測定する音ｚ(t)を図６（ｂ）のＰyyとすると、例えば、騒音ｚ(t)の整合率がＰzzであって、音ｅ(t)の整合率がＰeeとすることができる。
【００２８】
発明者らは、実際に車両を走行させ、乗員の耳の位置に配置されたマイクロホン及びフロアパネルに配置された加速度センサ（Ｇセンサ）を用いて車室内の音及び振動を測定する実験を行った。実験は、乗員、オーディオ及びナビゲーションシステムからの音が無い状態で行われた。この実験の結果、車室内に伝わる音に対するフロアパネルの振動による騒音の寄与率が７０％以上であること、つまり、整合率が０．７以上であることが実証された。特に、１００〜２００Hz及び３００〜４００Hzにおける整合率は０．８〜０．９となることが判った。
【００２９】
したがって、フロアパネル６の振動を検出し、この振動から上記の整合率を用いて車室内の騒音を演算できることになる。
【００３０】
そこで、能動振動制御装置（ＡＶＣ）や能動騒音抑制装置（ＡＮＣ）を含む実施の形態の能動振動騒音制御装置においては、車室内に伝わる音をマイクロホンで測定する代わりに、フロアパネルに伝わる振動を加速度センサ（第２のセンサ２）によって測定し、コントローラ４は、マイクロホンからの信号を使用せずに、加速度センサからの信号を使用するように変更する。
【００３１】
ここで、車室内に伝わる音の測定と比較したフロアパネル６の振動測定の利点は、以下の通りである。
【００３２】
１．フロアパネル６上に加速度センサ（第２のセンサ２）を設置することは、各乗員の左右の耳の近くにマイクロホンを設置することに比べて容易である。また、この場合、使用するハーネスの長さも、マイクロホンに比べて加速度センサの方が短くてすむ。
【００３３】
２．乗員にとって望ましくない騒音は、主にタイヤ/ホイールからフロアパネルの振動を介して伝わる音であるため、この騒音に対するフロアパネルの振動の寄与率は、車室内に配置されたマイクロホンにより測定された音の寄与率に比べて精度良く求めることができる。
【００３４】
次に、本発明を能動騒音制御装置（ＡＮＣ）に適用した例について説明する。
【００３５】
先ず、図４及び図５を参照して、一般的な能動騒音制御装置（ＡＮＣ）の構成を実施の形態の比較例として説明する。
【００３６】
振動や騒音を低減するコントローラは様々なものがあるが、図４に示すアダプティブフィルタコントローラ４はその中で最も良く使用されているコントローラの一つである。アダプティブフィルタコントローラ４は、オンラインでアダプティブフィルタ７のパラメータを更新することにより所定の目的を達成する。ここでの所定の目的は、車体５に伝わる振動又は騒音を相殺することである。パラメータの更新はアダプティブロー８に従って行われる。
【００３７】
アダプティブフィルタコントローラ４は、スピーカ３に対して制御信号を送信するアダプティブフィルタ７と、アダプティブロー８とを備える。アダプティブフィルタ７を使用する能動振動制御装置においては、センサとして、外乱を測定するセンサ（加速度センサ１）と、外乱による振動又は騒音とスピーカ３による制御音とが干渉した結果、車内に伝わる騒音を測定するセンサ（マイクロホン５３）の２種類のセンサが必要である。なお、スピーカ３は、車室内に制御音を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。
【００３８】
図５に示すように、アダプティブフィルタ７には、外乱Ｘに関連する信号が転送される。同時に、システム９にも外乱Ｘが伝わる。なお、システム９は、図４における車体５を含む上位概念である。また、外乱Ｘに関連する信号は参照信号であり、例えば、図４のセンサ１から転送されてくる。アダプティブフィルタ７は、外乱Ｘに関連する参照信号ｘ(n)に対して、応答信号ｙ(n)を生成してスピーカ３へ供給する。アダプティブフィルタ７は、アダプティブロー８にしたがってフィルタパラメータを更新することにより、車室内の騒音を消去又は低減することができる。
【００３９】
図５に示すように、能動振動制御装置によって制御されるシステム９全体は、例えば転送関数形式(transfer function form)のモデルＧ(z)により表され、モデルＧ(z)は更に２つの部分に分けることが出来る。
【００４０】
第１の部分は、外乱源Ｘから車体５又はフロアパネル６上のアクチュエータ（スピーカ）３までの振動の散乱に相当し、例えば転送関数形式のモデルＦ(z)により特徴付けられる。このモデルＦ(z)は、タイヤ１０ａ、１０ｂを介して車体５又はフロアパネル６上のスピーカ３まで伝達する外乱による振動を表す。
【００４１】
第２の部分は、スピーカ３からマイクロホン５３又は車室内の音響レベルを測定する測定点まで伝達する音波に相当し、例えば転送関数形式のモデルＣ(z)により特徴付けられる。第２の部分は、スピーカ３での音響生成からマイクロホン５３による車内の騒音レベルの測定までの間を表現している。
【００４２】
実際の振動モデルを正確に測定或いは評価することは一般的に難しい。外乱源Ｘの数及び配置を正確に知ることが困難だからである。しかし、音響モデルＣ(ｚ)１３を正確に決定することは可能である。スピーカ３の数及び配置を正確に知ることが出来、振動及び音量を測定する加速度センサ１又はマイクロホン５３の配置も正確に知ることが出来るからである。
【００４３】
アダプティブフィルタコントローラ４の主な利点は、システム９の振動モデルを測定する必要が無いことである。モデルＦ(ｚ)は、外乱源の信号Ｘ(n)と音響レベルに応じた信号ｅ(n)からオンラインで評価される。
【００４４】
図５に示すように、制御ループはＦ(ｚ)Ａ(ｚ)Ｃ(ｚ)のループによって特徴付けられる。ここで、Ｆ(ｚ)はアダプティブフィルタ７の転送関数を示し、モデルＦ(ｚ)から転送関数Ａ(ｚ)のスピーカ３へ信号ｙが転送される。スピーカ３による音は、スピーカ３から乗員の耳までの音響モデルＣ(ｚ)により表される。音響レベルは転送関数Ｓ(ｚ)のマイクロホン５３により測定される。
【００４５】
システムを簡素化するために、スピーカ３とマイクロホン５３の力学系、例えば、転送関数Ａ(ｚ)及びＳ(ｚ)は無視することが出来る。ただし、厳密には騒音制御において考慮に入れることが望ましい。
【００４６】
また、表記を簡単にするために、総ての転送関数は、（６）式に示すようなＦＩＲ(finite impulse response)モデルにより表すことが出来る。
【数６】
2006335136.tif 000008
【００４７】
音を表す制御ループＦ(ｚ)Ａ(ｚ)Ｃ(ｚ)の出力ｙcは、実際のシステム９の出力ｇに加算され（ｕ＝ｇ+ｙc）、所定の周波数帯において零となるように計算される。
【００４８】
実際には、アダプティブフィルタＦ(ｚ)のパラメータｆφは、出力ｙcが出力ｇに干渉して互いに打ち消すように調整される。車室内の音量に相当する信号ｅ(n)は、例えばマイクロホン５３により測定される信号である。或いは、車室内の音量に相当する車体５に配置された加速度センサ（Ｇセンサ）により測定される信号であっても構わない。
【００４９】
アダプティブフィルタＦ(ｚ)は、一般的に（７）式に示すようなＦＩＲフィルタによって表される。アダプティブフィルタＦ(ｚ)のパラメータｆφの数をφmとする。変数φは０〜（φm−１）まで変化する。
【数７】
2006335136.tif 000009
【００５０】
ここで、ｚ-iはＺ変換の変数であり、（８）式により表される。（８）式において、ｈ(ｎ)はサンプル信号である。
【数８】
2006335136.tif 000010
【００５１】
よって、アダプティブフィルタＦ(ｚ)の出力ｙ(ｎ)は（９）式により表される。
【数９】
2006335136.tif 000011
【００５２】
図５の音量を示す信号ｅ(ｎ)は（１０）式により表される。
【数１０】
2006335136.tif 000012
【００５３】
マイクロホン５３のモデルＳ(ｚ)は、ＦＩＲフィルタのみならずＩＩＲフィルタによっても表すことができる。モデルＳ(ｚ)は、σm個のパラメータを有するＦＩＲフィルタで表される。パラメータｆφを計算するアダプティブロー８により最小化される基準値Ｊは（１１）式により定義される。
【数１１】
2006335136.tif 000013
【００５４】
パラメータγe及びγyはユーザにより固定される。（１２）式に示す基準値Ｊの微分値が零になった時に基準値Ｊは最小値へ到達する。
【数１２】
2006335136.tif 000014
【００５５】
ここで信号ｒ(ｎ-ｉ)は（１３）式により定義される。
【数１３】
2006335136.tif 000015
【００５６】
アダプティブロー８は、（１４）式に従って、アダプティブフィルタＦ(ｚ)のパラメータｆφを（ｎ）から（ｎ+１）へ更新する。ここでｎは更新回数を示し、Ｋはユーザにより固定される。
【数１４】
2006335136.tif 000016
【００５７】
（１４）式は、更に（１５）式へ書き換えることができる。
【数１５】
2006335136.tif 000017
【００５８】
（１５）式においてパラメータΛ及びΓは、それぞれユーザにより設定され、２Kγe及び２Kγyにそれぞれ等しく、１よりも小さい。パラメータΛは、アダプティブフィルタＦ(ｚ)の最適値への収束速度を固定するパラメータであり、パラメータΓは、収束安全性を固定するパラメータである。
【００５９】
一般的に、アダプティブフィルタＦ(ｚ)のパラメータｆφの初期値セットｆφ(０)は、単純化及び一般化のために総て零に設定される。単純化とは、初期値セットｆφ(０)を貯蓄するための特別なメモリや、初期値セットｆφ(０)を計算及び評価する手段を省略することを意味する。一般化とは、車両の状態は車両の種類により異なることを意味し、パラメータｆφは、車室内の騒音レベルの最小値に相当するＪ（最適値）に対応する最適値へ向かって収束する。
【００６０】
次に、図１乃至図３を参照して、実施の形態に係わる能動騒音制御装置（ＡＮＣ）を説明する。
【００６１】
実施の形態に係わる能動騒音抑制装置においては、図５のマイクロホン５３からのエラー信号の代わりに、図２に示すように、騒音演算部１２からのエラー信号を用いて能動騒音制御を行う。
【００６２】
図５のマイクロホン５３からのエラー信号の代わりに、騒音演算部１２からのエラー信号を用いるのは、ＡＮＣの場合だけである。この騒音演算部１２へ入力される信号は、車体パネルの複数箇所において測定された加速度αと、スピーカ３へ転送される信号ｙである。
【００６３】
図３に示すように、加速度αは音響システムＭ(z)に入力される。音響システムＭ(z)は、加速度αと音圧レベル（ＳＰＬ）の間の音響システムに相当し、音圧レベル（ＳＰＬ）は、複数のポイントにおける値を考慮し、オフラインにより計算される。信号ｙは、スピーカ３及び音響モデルからなる転送関数（Ａ×Ｃ）へ入力される。それぞれ演算処理された加速度α及び信号ｙが混成されて信号ｅとなり図２のアダプティブロー８へ転送される。よって、信号ｅ(k)は、（１６）式により表される。
【数１６】
2006335136.tif 000018
【００６４】
なお、図２のアダプティブロー８は、図５と同じ構成を備える。
【００６５】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明を能動振動制御装置（ＡＶＣ）へ適用した場合の例について説明する。
【００６６】
ＡＶＣは、アクチュエータ２０を用いてフロアパネル６や車体パネルに制御振動を生成して、タイヤ１０ａ、１０ｂからフロアパネル６や車体パネルに伝わる振動と干渉させて、車室内における幾つかの測定点における音圧レベル（ＳＰＬ）を削減する。通常、アクチュエータ２０は、振動が最も大きくなるフロアパネル６や車体パネル上に固定され、フィードバック制御される。よって、振動を測定する１又は複数のセンサ１が必要となる。一般的に、アクチュエータ２０とＧセンサ１とは対を成してフロアパネル６上に配置される。
【００６７】
また、ＡＶＣでは、車室内の音圧レベルＳＰＬの情報をコントローラ４ｂへ供給しても構わない。ＡＮＣでも説明したように、この場合、車室内に配置されたマイクロホンの代わりに、フロアパネル６のＧセンサ２により測定された振動から音圧レベルＳＰＬを演算することができる。
【００６８】
ＡＶＣの場合、能動振動制御の為のＧセンサ（第１のセンサ）１と、音圧レベルＳＰＬを演算するためにフロアパネルの振動を測定するＧセンサ（第２のセンサ）２とは異なる機能目的を備える。
【００６９】
実施の形態に係わるＡＶＣでは、図１０のマイクロホン５３が測定する車室内の音圧レベルＳＰＬの代わりに、図１１に示す第２のセンサ（Ｇセンサ）２が測定するフロアパネル６の振動を用いて車室内の音圧レベルＳＰＬを制御する。なお、コントローラ４ｂとして、ＡＣＮと同様にしてアダプティブフィルタとアダプティブローを備えるアダプティブコントローラを使用することできるだけでなく、ゲイン固定コントローラ（fixed gain controller）を使用することができる。ゲイン固定コントローラ４ｂは、コントローラ４ｂのゲインを固定した上で、路面１１から車輪（タイヤ１０ａ、１０ｂ）へ伝達される振動を測定する加速度センサ１からの信号に基づいて、アクチュエータ２０を歪ませることでフロアパネル６に歪みを生成することにより、車体５に制御振動を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。
【００７０】
アクチュエータ２０と振動の間を示すシステムは、様々なモデルで表すことができるが、ここでは（１７）式に示すような状態空間モデル（state space model）を用いる。
【数１７】
2006335136.tif 000019
【００７１】
ここで、ｕ(k)はアクチュエータ２０へ送信される信号を示し、α(k)はフロアパネル上の特定の位置における振動を示し、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、当該システムを考慮したシステムの行列である。制御信号ｕ(k)は、（１８）式により表すことができる。ここで、Ｋは例えば、Ｈ2又はＨ∞制御方法によって求めることができる。
【数１８】
2006335136.tif 000020
【００７２】
図１０のマイクロホン５３を用いる代わりに、図１１のように、第２のセンサとして、Ｇセンサ２を用いる場合、（１７）式は、（１９）式に変更される。そして、出力ｙ(k)は（２０）式により表される。
【数１９】
2006335136.tif 000021
【数２０】
2006335136.tif 000022
【００７３】
ここで、(２０)式におけるｎは振動制御に使用されるセンサの数を示し、ｍは音圧レベルの測定点の数を示す。実際には、ＳＰＬiは、マイクロホンにより測定されるのではなく、ＡＮＣにおける騒音演算部１２によって第２のセンサ２が測定した振動とコントローラ４ｂからの信号に基づいて演算される。
【００７４】
（１８）式は、（２１）式に変更される。
【数２１】
2006335136.tif 000023
【００７５】
[センサの配置及び数の最適化]
前述したように、フロアパネルの振動と車室内の乗員の耳の位置に伝わる騒音との間には密接な関係が存在する。即ち、両者の整合率は非常に大きい。したがって、フロアパネルの振動を測定することにより路面からの騒音を効率的に評価できることが予測される。
【００７６】
理論上、路面からの騒音を効率的に評価するためには、フロアパネル全体の振動を測定することが最も望ましい。しかし実際には不可能であり、システムの信頼性とコストを考慮して可能なだけＧセンサの数を少なくすることが望ましい。これより、以下の２つの事項が要求される。
【００７７】
１．最も少ないセンサの数の決定
２．フロアパネル上でのセンサの最適な配置の決定
これらの事項においては次の幾つかの基準が求められる。１つ目は、音圧レベルＳＰＬの配置、つまり、乗員の耳の位置及び乗員の数である。２つ目は、車両の速度である。
【００７８】
センサの数は、例えばＰＣＡ（principal component analysis）を用いて求められる。ＰＣＡでは、“重量”の重いセンサの数を決定し、“重量”の軽いセンサは無視している。
【００７９】
具体的には、フロアパネル上に均等間隔で配列された複数のセンサを用いて振動を測定する実験を行う。次に、ＰＣＡ処理を行う。ＰＣＡ処理では、各ωの値について（２）式のＳxx(ω)の値を計算する。（２２）式において、行列Λは、フロアパネル上のＮ個のＧセンサにより測定されたＮ個の信号の単数λiを含む。
【数２２】
2006335136.tif 000024
【００８０】
正の値であるＮ個の単数λiの大小関係を (２３)式に示す。
【数２３】
2006335136.tif 000025
【００８１】
理論的には、単数λの数が厳密に０以上である場合、当該単数λの数が必要なセンサの数となる。しかし、実際には、単数λは０前後までゆっくりと減衰してしまう。したがって、単数λの数が十分に小さくなったと思われる所定の閾値を設定する。これにより、閾値以下での単数λの数は無視できる。波動ωに従って単数λが変化すると同様に、波動ωに従って上記の閾値も変化する。
【００８２】
波動ωに従った閾値の変化を避けるため、（２４）式に示す減衰率ηi(ω)を導入する。
【数２４】
2006335136.tif 000026
【００８３】
減衰率ηi(ω)は、波動ωにおける最も大きい単数λ1と比較した単数λの減衰率[dB]である。換言すれば、最も大きな単数λを参照値（η1(ω)＝０）として設定し、その他の単数λの減衰率を計算する。減衰率ηi(ω)のメリットは、閾値を総ての波動ωについて一定にすることができる点である。
【００８４】
減衰率ηi(ω)により、センサの数は、閾値よりも大きい単数λの数と等しくなる。ここで閾値は、例えば、−４０ｄＢに設定することができる。
【００８５】
図１２はフロアパネル上に配置された１６個のセンサにより測定された振動の減衰率の周波数依存性を示す。閾値を−４０ｄＢに設定した場合、１００〜６００Ｈｚにおいて必要なセンサの数は８個である。閾値は、制御システムの全コスト及び制御の理論上の精度（騒音制御評価）により決定される。制御システムの全コストから、センサの最大数が見積もられる。一般的なＡＮＣの場合、理論上の騒音除去達成値γ[dB]は（２５）式により求められる。
【数２５】
2006335136.tif 000027
【００８６】
ここで、ベクトルｘは、フロアパネル上の測定点における加速度からなり、ベクトルｙは車室内の所定の位置における音圧レベルＳＰＬを示す。
【００８７】
次に、上述した最少数のＧセンサをどのようなフロアパネル上の位置に配置することが望ましいか、つまり、Ｇセンサの最適配置の決定について説明する。なお、上述したＰＣＡにおいてセンサの最少数がｐ個であると算出された場合について説明する。
【００８８】
本実施の形態では、フロアパネルを区切る複数の領域に均等にｐ個のＧセンサを分布させる。複数の領域は、高い剛性を備える強固な構造により区切られる。例えば、図９に示したメンバ１８ａ〜１８ｄ、１９ａ〜１９ｄにより区切られた領域がこれに相当する。図９では、縦横それぞれ４本のメンバによりフロアパネル６を区切っているが、図１３に示すように、トンネル２３と、タンクギャップ２４の２つの強固な構造物によりフロアパネル６を４つの領域Ａ〜Ｄに区切ることも可能である。トンネル２３は、フロアパネル６の中央を車両の進行方向に平行に配置された構造体である。タンクギャップ２４は、車両の進行方向に垂直に配置された、燃料タンクと車室内とを切り離す構造体である。ｐ個のセンサは、これらの領域Ａ〜Ｄについて均等に分布するように配置される。
【００８９】
図１４乃至１７を参照して、一般的にコンパクトカーと呼ばれる種類の車両に対して発明者らが行ったシミュレーションを説明する。ここでは、ＰＣＡにより８個のＧセンサが第２のセンサ２として必要である場合について説明する。
【００９０】
図１４及び図１５に示すように、フロアパネル６全体の複数の箇所において振動を測定し、運転者の右耳の位置と、後部右座席の乗員の右耳の位置の２箇所にマイクロホン５３ａ、５３ｂを配置して音圧レベルを測定した。図１４では、タンクギャップ２４よりも後方、つまりタンクパネル１６又はスペアタイヤパネル１７上に総てのＧセンサ２ａ〜２ｈを配置した場合を示し、図１５では、トンネル２３及びタンクギャップ２４により区切られた４つの領域Ａ〜Ｄにそれぞれ２つづつのＧセンサ２ｉ〜２ｐが配置された場合を示す。
【００９１】
マイクロホン５３ａ、５３ｂにより測定された音圧レベルに対する８個のＧセンサにより測定された振動の整合率Ｃxyを図１６及び図１７に示す。図１６は、運転者の右耳の位置に配置されたマイクロホン５３ｂによる音圧レベルに対する振動の整合率を示し、図１７は、後部に技座席の乗員の右耳の位置に配置されたマイクロホン５３ａによる音圧レベルに対する振動の整合率を示す。また、図１６及び図１７における点線は、図１４に示すＧセンサの配置の場合を示し、実線は、図１５に示すＧセンサの配置の場合を示す。
【００９２】
図１６に示すように、騒音の周波数帯（１００〜６００Ｈｚ）における整合率Ｃxyは、図１４の示す配置よりも図１５に示す配置の方が大きくなった。しかし、図１７に示すように、後部座席での整合率Ｃxyには、それほど大きな違いはみられなかった。タンクパネル上のＧセンサの数が図１４の配置に比べて図１５の配置の方が少なくなっているにも係わらず、整合率はほとんど変化していない（減少していない）。これから、図１５に示す配置が図１４に示す配置に比べて効率的な配置であるといえる。このような作業を繰り返すことにより、Ｇセンサの配置の最適化を実施することができる。
【００９３】
図１３に示したように、車体のフロアパネル６上にはトンネル２３やタンクギャップ２４等の剛性が他のフロアパネル６部分に比べて高い部分が存在する。そして、フロアパネル６を伝わる振動は、簡単にはトンネル２３やタンクギャップ２４を跨いで隣の領域Ａ〜Ｄへ伝わらない。したがって、振動が容易に伝達する領域を定義することができる。
【００９４】
この振動が容易に伝達する領域を定義することは、１または複数のＧセンサ（第２のセンサ２）の配置を決定することを目的としている。１つまたは２以上のＧセンサを各領域Ａ〜Ｄに配置した場合、ホイールからの振動のほとんどをＧセンサにより捕らえることができる。
【００９５】
隣接する２つのＧセンサの間の整合率により、振動が容易に伝達する領域を定義することができる。フロアパネル６面内において水平方向または垂直方向で当該整合率が極小値を取る時、その極小値にフロアパネル６の高い剛性部分が存在することを意味する。なぜなら、整合率が極小値を取る部分では、トンネル２３やタンクギャップ２４等の高い剛性部分によって、振動が伝達し難くなるからである。
【００９６】
図１８に示すように、フロアパネル６上の複数の測定点６０Ａ〜６０ＨにＧセンサを配置して各Ｇセンサでフロアパネル６の振動を測定した。そして、隣接するＧセンサ間の測定値の相互関係をコンパクトカー上で実験により求めた。図１９には、車両の進行方向に垂直な方向の、Ｇセンサ６０Ｆと６０Ｇ間、Ｇセンサ６０Ｇと６０Ｃ間、Ｇセンサ６０Ｃと６０Ｈ間の測定値の相互関係をプロットした。図２０には、車両の進行方向に平行な方向の、Ｇセンサ６０Ａと６０Ｂ間、Ｇセンサ６０Ｂと６０Ｃ間、Ｇセンサ６０Ｃと６０Ｄ間、Ｇセンサ６０Ｄと６０Ｅ間の測定値の相互関係をプロットした。Ｇセンサ６０Ｇと６０Ｃ間にはトンネル２３が配置され、Ｇセンサ６０Ｃと６０Ｄ間にはタンクギャップ２４が配置されている。したがって、Ｇセンサ６０Ｇと６０Ｃ間及びＧセンサ６０Ｃと６０Ｄ間の測定値の相互関係は、その周囲の相互関係に比べて小さくなり、極小値を取っている。したがって、逆にこれらの測定値の結果から、Ｇセンサ６０Ｇと６０Ｃ間及びＧセンサ６０Ｃと６０Ｄ間に、フロアパネル６全体の剛性値の平均値よりも大きい剛性値を有するトンネル２３やタンクギャップ２４等が配置されることを推測することができる。このようなＧセンサ間の測定値の相互関係を、フロアパネル６全体について行うことにより、フロアパネル６を複数の領域に区切るトンネル２３やタンクギャップ２４の配置を推測することができる。
【００９７】
このように、フロアパネル６上に定義される複数の測定点のうち、隣接する測定点間におけるフロアパネル６の振動の整合率（Ｇセンサの測定値の相互関係）が、当該隣接する測定点の周囲における整合率よりも小さくなる隣接する測定点の中間点を繋げることによりフロアパネル６を複数の領域に区切ることができる。そして、複数のＧセンサを各領域にそれぞれ配置する。これらの各領域にＧセンサを配置することで、能動振動制御装置や能動騒音制御装置の制御精度が向上する。
【００９８】
[効果]
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、車体のフロアパネル上に配置された、車体の振動を測定するセンサ（第２のセンサ２）と、センサが測定する車体の振動に基づいて車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部１２と、車体に制御振動或いは車室内に制御音を生成する能動部（スピーカ３）と、騒音演算部１２が演算する車室内の騒音に応じて能動部３を制御することにより車体の振動による騒音を低減するコントローラ４とを備え、センサ２は、当該センサ２が測定する車体の振動と騒音との整合率が最も強くなるフロアパネル６の部分に配置されている能動振動騒音制御装置を実現することができる。これにより、センサを最適な箇所に配置することができるため、振動／騒音の低減性能を高く保ちながらセンサの数を減らしてセンサのコストを削減することができる＜請求項１の効果＞。
【００９９】
フロアパネル６は、剛性値がフロアパネル６全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバ１８、１９によって複数の領域に区切られ、複数のセンサ２が各領域にそれぞれ配置されている。これにより、センサによる振動の測定値と車室内での騒音の音圧レベルとの整合率を高めることができる。よって、振動／騒音の低減性能を向上させることができる＜請求項２の効果＞。
【０１００】
フロアパネル６は、図１８に示したように、フロアパネル６上に定義される複数の測定点のうち、隣接する測定点間におけるフロアパネル６の振動の整合率が、隣接する測定点の周囲における整合率よりも小さくなる隣接する測定点の中間点を繋げることにより複数の領域に区切られている。そして、複数のセンサが各領域にそれぞれ配置されている。これにより、複数のセンサの配置を最適化することができ、上記の整合率を高め、振動／騒音の低減性能を向上させることができる＜請求項３の効果＞。
【０１０１】
フロアパネル６は乗車定員と同じ数の領域に区切られていても構わない。この場合であっても、複数のセンサを各領域にそれぞれ配置することにより、複数のセンサの配置を最適化することができ、上記の整合率を高め、振動／騒音の低減性能を向上させることができる＜請求項４の効果＞。
【０１０２】
上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施の形態に係わる能動騒音抑制装置（ＡＮＣ）の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の能動騒音抑制装置における信号伝達の様子を示すブロック図である。
【図３】図２の騒音演算部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】アダプティブフィルタコントローラを用いた一般的な能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の能動騒音制御装置における信号伝達の様子を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）は複数の入力信号とその出力信号との関係を示すブロック図であり、図６（ｂ）はその出力信号に占める各入力信号の割合（これが整合率に相当する）を示すグラフであり、図６（ｃ）は図６（ａ）の信号伝達を車両に適用した場合の様子を示す模式図である。
【図７】運転者の右耳位置での車室内騒音とフロアパネルの振動との整合率の周波数依存性を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は図１の振動抑制装置が搭載される車両を示す断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の車両のフロアパネル部分を示す平面図である。
【図９】図８（ｂ）のフロアパネル上に配置されたメンバを示す平面図である。
【図１０】一般的な能動振動抑制装置（ＡＶＣ）の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態に係わる能動振動抑制装置（ＡＶＣ）の構成を示すブロック図である。
【図１２】フロアパネル上に配置された１６個のセンサにより測定された振動の減衰率の周波数依存性を示すグラフである。
【図１３】トンネル及びタンクギャップにより区切られたフロアパネルを示す平面図である。
【図１４】フロアパネルの振動を測定するＧセンサの位置と、マイクロホンの位置を示す平面図であり、タンクギャップよりも後方に総てのＧセンサを配置した場合を示す。
【図１５】フロアパネルの振動を測定するＧセンサの位置と、マイクロホンの位置を示す平面図であり、４つの領域Ａ〜Ｄにそれぞれ２つづつのＧセンサを配置した場合を示す。
【図１６】マイクロホンにより測定された音圧レベルに対する８個のＧセンサにより測定された振動の整合率Ｃxyを示すグラフであり、マイクロホンが運転者の右耳の位置に配置されている場合を示す。
【図１７】マイクロホンにより測定された音圧レベルに対する８個のＧセンサにより測定された振動の整合率Ｃxyを示すグラフであり、マイクロホンが後部に技座席の乗員の右耳の位置に配置されている場合を示す。
【図１８】フロアパネル上に配置したＧセンサの位置を示す平面図である。
【図１９】車両の進行方向に垂直な方向に隣接する図１８のＧセンサ間の測定値の相互関係をプロットしたグラフである。
【図２０】車両の進行方向に平行な方向に隣接する図１８のＧセンサ間の測定値の相互関係をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【０１０４】
１…加速度センサ（第１のセンサ）
２…加速度センサ（第２のセンサ）
３…スピーカ（能動部）
４、４ｂ…コントローラ
５…車体
６…フロアパネル
７…アダプティブフィルタ
８…アダプティブロー
９…システム
１０ａ〜１０ｄ…タイヤ
１１…路面
１２…騒音演算部
１５…キャビンパネル
１６…タンクパネル
１７…スペアタイヤパネル
１８ａ〜１８ｄ…縦メンバ
１９ａ〜１９ｄ…横メンバ
２０…アクチュエータ
２３…トンネル
２４…タンクギャップ
５３ａ、５３ｂ…マイクロホン
６０Ａ〜６０Ｈ…測定点
【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】
2006335136.tif 000037
【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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【図１８】
2006335136.tif 000045
【図１９】
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【図２０】
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