(57)【要約】【課題】車両のエンジン室に配置された音源によって発せられた音響信号の捕捉及び調整のための装置を提供する。【解決手段】第１の計測組立体７と第２の計測組立体とを有する箱形支持体を備える、内燃機関の音源１０によって発せられた音響信号Ｓの捕捉及び調整のための装置６である。第１の計測組立体７は、第１の平面１４上に乗りかつ音源１０によって発せられた第１の起源方向Ｘに沿う第１の音響信号ＳXを検出するように構成された少なくとも２つの第１のマイクロフォン９、９*を備える。第２の計測組立体８は、第２の平面１４、１５上に配置されかつ音源１０によって発せられた第１の起源方向Ｘとは異なる第２の起源方向Ｙに沿う第２の音響信号ＳYを検出するように構成された少なくとも１つの第２のマイクロフォン９、９**を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の計測組立体（７）と第２の計測組立体（８）とを有する箱形支持体（１３）を備える、内燃機関の音源１０によって発せられた音響信号（Ｓ）の捕捉及び調整のための装置（６）であって、
前記第１の計測組立体（７）が、少なくとも２つの第１のマイクロフォン（９、９*）を備え、前記少なくとも２つの第１のマイクロフォン（９、９*）が、第１の平面（１４）上に乗っており、前記音源（１０）によって発せられた、第１の起源方向（Ｘ）に沿う第１の音響信号（ＳX）を検出するように構成されており、
前記第２の計測組立体（８）が、少なくとも１つの第２のマイクロフォン（９、９**）を備え、前記少なくとも１つの第２のマイクロフォン（９、９**）が、第２の平面（１４；１５）上に配置されており、前記音源（１０）によって発せられた、前記第１の起源方向（Ｘ）とは異なる第２の起源方向（Ｙ）に沿う第２の音響信号（ＳY）を検出するように構成されている、
装置。
【請求項２】
前記第１の計測組立体（７）と前記第２の計測組立体（８）とが、異なる平面上に乗っている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の平面（１４）が、前記第２の平面（１５）に対して直交している、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の平面（１４）が、前記第２の平面（１５）とは異なるが、前記第２の平面に対して平行である、
請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の計測組立体（７）が、複数の第１のマイクロフォン（９、９*）を備えており、前記複数の第１のマイクロフォン（９、９*）が、複数の行と列とに整列配置され、相互に均等に離間している、
請求項２〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の計測組立体（８）が、複数の第２のマイクロフォン（９、９**）を備えており、前記複数の第２のマイクロフォン（９、９**）が、複数の行と列とに整列配置され、相互に均等に離間している、
請求項２〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の計測組立体（７）と前記第２の計測組立体（８）とが、同じ平面上に乗っている、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の計測組立体（８）が、前記音源（１０）から遮蔽されている、
請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のマイクロフォン（９*）及び／又は前記第２のマイクロフォン（９**）が、整列され、相互にそれぞれ第１の距離（Ｄ1）及び第２の距離（Ｄ2）だけ離間し、前記第１の距離（Ｄ1）及び前記第２の距離（Ｄ2）が、捕捉された前記音響信号（Ｓ）の、波長の関数である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
更に、少なくとも１つのマイクロフォン（９**）を設置された第３の計測組立体（１６）を備え、前記少なくとも１つのマイクロフォン（９**）が、第３の平面上に乗っており、前記音源（１０）によって発せられた、前記第１の及び第２の起源方向（Ｘ、Ｙ）とは異なる第３の起源方向に沿う第３の音響信号を検出するように構成されている、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
更に、前記第１の音響信号（ＳX）及び前記第２の音響信号（ＳY）のための１つの調整回路（１１）と、前記第１の音響信号（ＳX）及び前記第２の音響信号（ＳY）のための１つのアンチエリアシングフィルタ（１２）と、を備えている、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジン室に配置された音源によって発せられた音響信号の、捕捉及び調整（acquisition and conditioning）のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の分野において、エンジン室内の音源によって発せられた信号を捕捉し、その後、信号を具体的なアルゴリズムによって適切に処理し、例えばターボチャージャーの回転速度、ノッキング現象の発生、着火失敗の現象、エンジン荷重、吸気弁／排気弁の閉鎖など、エンジン室内に配置された構成要素に関する情報を取得するために、マイクロフォン及び／又は加速度計などのセンサを使用することが、知られている。
【０００３】
典型的には、センサは、内燃機関の電子制御ユニットに直接設置されるか、又は、信号のための処理ユニット（マイクロコントローラ）を備える計測装置に収容され、この計測装置は、次に、内燃機関の電子制御ユニットに接続される。
【０００４】
例えば、特許文献１は、回転可能部材を収容するエンジンブロックと、エンジンブロックから物理的に分離され、所定数のセンサを備える制御ユニットと、を備える、内燃機関を制御するための方法を説明する。センサは、内燃機関によって発せられた圧力波の強さを検出するように配置される。制御ユニットは、センサによって検出された圧力波の強さに応じて、例えば回転可能部材の速度又はシリンダー内部のノッキング現象の発生など、エンジンの少なくとも１つの作動パラメータの値を決定するようにされている。
【０００５】
但し、上記のタイプの解決法は、いくつかの不利な点を持つ。特に、内燃機関の制御ユニットにセンサを直接的に設置することは、電子制御ユニットのサイズによって制約が課されるので、位置決めの柔軟性の観点から制限的である。更に、これらの解決法においては、計測装置自体に設置される信号処理電子部品に関連するコストがかなり大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願１８４３０２４Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、現在の技術水準の欠点を持たず、容易にかつ安価に製造できる、車両のエンジン室に配置された音源によって発せられた音響信号の捕捉及び調整のための装置、を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、特許請求の範囲において請求されるように、車両のエンジン室の中に配置された音源によって発せられた音響信号の捕捉及び調整のための装置が提供される。
【０００９】
本発明を、本発明の非限定的な実施形態を図解する添付図面を参照して、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によって製造された音響信号の捕捉及び調整のための装置に対面している、内燃機関用のターボチャージャーの概略図である。
【図２】図１の装置の第１の実施形態の概略斜視図である。
【図３】図１の装置の第２の実施形態の概略斜視図である。
【図４】図２及び３の装置が使用する指向性の原理を図解する図である。
【図５ａ】図２〜４の捕捉及び調整のための装置によって捕捉された音響信号を図解する図、特にスペクトログラムである。
【図５ｂ】図２〜４の捕捉及び調整のための装置によって捕捉された音響信号を図解する図、特にスペクトログラムである。
【図５ｃ】図２〜４の捕捉及び調整のための装置によって捕捉された音響信号を図解する図、特にスペクトログラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において、参照番号１は、車両のエンジン室の中に収容されかつターボチャージャー１を備える内燃機関を示す。ターボチャージャー１は、タービン２と、回転軸Ｚの周りで回転可能な翼車４及び固定ディフューザー５を備えるコンプレッサー３と、を備える。既知のように、コンプレッサー３は、吸気ダクト（図示せず）に沿って配置され、タービン２は、排気ダクト（図示せず）に沿って配置される。タービン２とコンプレッサー３は機械的に一緒に接続される。このようにして、シリンダー（図示せず）から排出される排気ガスは、タービン２を高速で回転させ、これがコンプレッサー３を回転させるので、吸気ダクトへ送られる空気の圧力を増加させる。
【００１２】
装置６は、音響信号Ｓの捕捉及び調整のためにエンジン室内部に収容される。信号から、例えば翼車４の回転速度など、ターボチャージャー１に関する機能情報が得られる。好ましい変形形態によれば、音響信号Ｓの捕捉及び調整のための装置６は、ターボチャージャー１に対面しかつ隣接する位置に配置される。別の変形形態によれば、音響信号Ｓの捕捉及び調整のための装置６は、エンジン室の任意の位置に収容される。
【００１３】
図２〜４においてより明確に示すように、音響信号の捕捉及び調整のための装置６は、２つの計測組立体７、８を備え、計測組立体の各々は、それぞれの起源方向（provenance direction）Ｘ及びＹに沿う音響信号Ｓを捕捉するように構成されたそれぞれのマイクロフォン９を備える。言い換えると、２つの計測組立体７、８は、相互に異なる２つの起源方向Ｘ及びＹに沿う音響信号Ｓを捕捉するように構成される。
【００１４】
特に、計測組立体７は、起源方向Ｘにおいて音響信号Ｓを検出するように構成され、対象音源（source of interest）１０、例えばターボチャージャー１の翼車４、の方向を向く少なくとも２つのマイクロフォン９*を備える。これに対して、計測組立体８は、起源方向Ｙにおいて音響信号Ｓを検出するように構成され、対象音源１０の方向を向かない少なくとも１つのマイクロフォン９**を備える。マイクロフォン９**は、好ましくは、環境騒音を検出するために周囲環境の方向を向く。
【００１５】
以下の説明において、Ｓは、対象音源１０によって発せられ装置６全体によって検出された音響信号を示し、ＳXは、対象音源１０によって発せられ起源方向Ｘに沿って検出された信号を示し、ＳYは、対象音源１０によって発せられ起源方向Ｙに沿って検出された信号を示す。
【００１６】
計測組立体７は、音源１０の方向（即ち、起源方向Ｘに沿った方向）を向いており、信号ＳXを検出する。信号ＳXの大きさ（rate）を、図５ａに示す。スペクトログラムに示すように、信号ＳXは、音源１０によって発せられた高周波信号ＳS及び周囲環境によって発せられた中〜低周波の信号ＳA（いわゆる環境騒音）の両方を含む。
【００１７】
一方、計測組立体８は、周囲環境の方向（すなわち、起源方向Ｙに沿った方向）を向いており、信号ＳYを検出する。信号ＳYの大きさを、図５ｂに示す。スペクトログラムに示すように、信号ＳYは、周囲環境が発した中〜低周波数の信号ＳA（即ち環境騒音のみ）を含み、音源１０が発した信号ＳSの影響を受けない。計測組立体８によって検出された信号は、計測組立体７によって検出された信号から環境騒音を差し引くために使用される。
【００１８】
捕捉された信号ＳX、ＳYは、調整回路（conditioning circuit）１１及びアンチエリアシングフィルタ（anti-aliasing filter）１２へ伝送される。具体的には、調整回路１１は、捕捉された信号ＳX、ＳYにおける連続周波数ｆを除去し、少なくとも１つの増幅ステージを実施するように構成される。一方、アンチエリアシングフィルタ１２は、サンプリング周波数ｆcの半分より高い周波数ｆをフィルタリングするように構成される。
【００１９】
図２及び３は、２つの計測組立体７、８、調整回路１１及びアンチエリアシングフィルタ１２を収容するように構成された箱形支持体１３を備える、捕捉及び調整のための装置６を示す。好ましい実施形態において、支持体１３は、実質的に平行六面体の形状を有する。
【００２０】
図２に示す第１の実施形態によれば、支持体１３は、前壁１４の領域に計測組立体７を有し、前壁１４に対して直交して配置された側壁１５の領域に計測組立体８を有する。言い換えると、計測組立体７は、起源方向Ｘに対して直交して配置される前壁１４の領域に形成され、計測組立体８は、起源方向Ｙに対して直交して配置される側壁１５の領域に形成される。この場合、起源方向Ｘは、起源方向Ｙに対して直交する。
【００２１】
この実施形態において、計測組立体７は、それぞれ、少なくとも２つのマイクロフォン９*、特に、２つの行および２つの列に配置されかつ相互に均等に離間した４つのマイクロフォン９*を備える。同様に、計測組立体８は、それぞれ、少なくとも１つのマイクロフォン９**、特に２つの行および２つの列に配置されかつ相互に均等に離間した４つのマイクロフォン**を備える。
【００２２】
図３に示す第２の実施形態によれば、支持体１３は、前壁１４の領域に計測組立体７及び計測組立体８の両方を有する。
【００２３】
この実施形態において、計測組立体７は、３つのマイクロフォン９*を備え、これに対して、計測組立体８は、単一のマイクロフォン９**で形成される。この４つのマイクロフォン９は、２つの行および２つの列に配置され、かつ相互に均等に離間している。計測組立体８は、マイクロフォン９を遮蔽する（screening）ことによって得られる。このようにして、マイクロフォン９*と同じ向きに配置されるにもかかわらず、マイクロフォン９**は、起源方向Ｘの信号ＳX（この起源方向Ｘに沿って遮蔽されている）を検出できず、起源方向Ｙに沿った信号ＳYのみを捕捉できる。
【００２４】
言い換えると、この実施形態において、計測組立体７、８は、起源方向Ｘに対して直交して配置されている、支持体１３の同じ前壁１４の領域に配置されるが、マイクロフォンの９のうち少なくとも１つは、計測組立体８を形成するように遮蔽される。
【００２５】
計測組立体７が２つの整列したマイクロフォン９*を備え、計測組立体８が単一のマイクロフォン９**で形成される、別の変形形態が可能であることが明白である。
【００２６】
例えば、別の変形形態によれば、支持体１３は、前壁１４の領域に計測組立体７を有し、前壁１４に対して平行の後壁の領域に計測組立体８を有する。言い換えると、計測組立体７は、起源方向Ｘに対して直交して配置される前壁１４の領域に形成されるのに対して、計測組立体８は、後壁の領域に形成される。この場合、起源方向Ｘは、起源方向Ｙに対して平行であるがこれと反対向きである。
【００２７】
同じ行に整列されているマイクロフォン９は、相互に対してあらかじめ設定された距離Ｄ1で配置されるのに対して、同じ列に沿って重複するマイクロフォン９は、相互に対してあらかじめ設定された距離Ｄ2で配置される。距離Ｄ1及びＤ2は、以下の説明において説明するように計算される。
【００２８】
マイクロフォン９は、起源方向Ｘが起源方向Ｙと異なる任意のレイアウトで配置できることが明白である。
【００２９】
捕捉及び調整のための装置６は、音響信号Ｓの指向性の原理を利用する。この原理は、単一の音源１０によって発せられた音響信号Ｓの、異なるマイクロフォン９による受信の遅れに基づく。
【００３０】
特に、図４に示すように、音源１０が発した音響信号Ｓは、マイクロフォン９*及びマイクロフォン９**の両方によって検出され、信号は、サンプリングされ、処理されて、Ｌ個のサンプルの有限数列、即ち離散時間信号、を生じる。このＬ個のサンプルの有限数列、即ち離散時間信号は、次に、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）として知られるアルゴリズムによって処理される。これらの離散フーリエ変換ＤＦＴは、マイクロフォン９*及びマイクロフォン９**の両方によって検出された複数の音響信号のスペクトルの、サンプルバージョンを与える。即ち、これらの離散フーリエ変換ＤＦＴは、これらの音響信号の値を、マイクロフォン９*及びマイクロフォン９**の両方によって特定の等しい間隔の周波数で検出された音響信号のスペクトルによって推定された、係数（即ち、振幅）及び位相（即ち、位置）に換算して返す。更に言い換えれば、離散フーリエ変換ＤＦＴは、マイクロフォン９*及びマイクロフォン９**の両方によって検出された複数の音響信号のスペクトルの、周波数サンプリングである。
【００３１】
２つのベクトルは、その各々が、Ｌ個の要素（ｂｉｎとも呼ばれる）を含み、それぞれマイクロフォン９*及びマイクロフォン９**の両方によって検出された複数の音響信号のスペクトルの、周波数サンプリングに関する情報を含む。言い換えると、ｂｉｎは、離散フーリエ変換ＤＦＴの離散化ステップを表す。複数のｂｉｎの数Ｌは、応答の速度及び精度の両方の要件を満たすように適切に選択され、離散フーリエ変換ＤＦＴの離散化ステップを表す。Ｌ個のｂｉｎの各々の情報内容は、比率ｆs／Ｌに等しい。ここで、Ｌは、ビンの数を表し、ｆsはサンプリング周波数を表す。周知のナイキスト−シャノンのサンプリング定理によって、一方では、サンプリング周波数ｆsは、観察される現象の周波数の少なくとも２倍でなければならず、同時に、他方では、電子制御ユニットＥＣＵにとって過剰な計算の負担を増すことを回避する必要がある。
【００３２】
各マイクロフォン９*、９**について同期して計算された離散フーリエ変換ＤＦＴは、マイクロフォン９*、９**の異なる位置を考慮に入れるために適切なアルゴリズムによって処理され、７及び８によって示される計測組立体の各々について一種の仮想センサを生成する。
【００３３】
各マイクロフォン９*、９**について同期して計算された離散フーリエ変換ＤＦＴの処理は、マイクロフォン９*、９**の一方における騒音がマイクロフォン９*、９**の他方のから得られるデータによって補正されるように、異なるマイクロフォン９*、９**によって検出された信号を加算することから成ることができ、又は、その代わりに、遅れ（即ち、マイクロフォン９*、９**の間の相対的距離と、対象音源１０の位置と、の関数として）を計算することによって、異なるマイクロフォン９*、９**によって検出された位相信号を修正することができる。
【００３４】
但し、音源１０によって発せられた音圧波は、２つのマイクロフォン９*及び９**によって同時には受け取ることができず、マイクロフォン９**は、音圧波が進行しなければならない更なる距離Δｕのために、マイクロフォン９*に対して特定の遅れで、音響信号Ｓを検出する。フーリエ変換の領域（domain）におけるこの時間の遅れは、ｅ-i2πfτに等しい位相シフト（phase shift）を生じる。ここで、ｆは入射波の周波数であり、数量τは（ｄ／ｃ）ｓｉｎ（θ）に等しく、ｃは音速であり、ｄは２つの整列したマイクロフォン９*、９**の間の距離（即ち距離Ｄ1）であり、θは複数のマイクロフォン９によって形成される平面と音源１０の準線との間の入射角である。入射角θを変化させることによって、音響信号Ｓの検出方向が変化する。
【００３５】
入射波の周波数ｆが、閾値ｆTVを上回る場合、２πより大きい位相シフトが得られ、これによって、エイリアシングとして知られる音響信号Ｓの歪み現象が生じる。
【００３６】
エイリアシング現象を生じることなく指向性アルゴリズムを適用するためには、下記の不等式が成立しなければならない。
ｄ＜λ／２＝ｃ／(２ｆ)              〔２〕
【００３７】
ここで、ｆは入射波の周波数であり、ｃは音速であり、λは波長である。上記の不等式は、以前に紹介した距離Ｄ1及び距離Ｄ2の両方について成立しなければならない。従って、距離Ｄ1及び距離Ｄ2は、捕捉された音響信号Ｓの波長の関数である。
【００３８】
第３の実施形態（図示せず）によれば、本発明の装置は、少なくとも１つのマイクロフォン９**を取り付けた、更なる計測組立体を備える。特に、計測組立体１６は、空間指向性を得るために、方向Ｘ及び方向Ｙとは異なる第３の方向に沿う音響信号Ｓを捕捉するように構成される。
【００３９】
以上の説明においては、ターボチャージャー１の翼車４の回転によって発せられた音響信号Ｓの処理を明示的に参照したが、捕捉及び調整のための装置６は、エンジン室に配置されたどのような構成要素によって発せられた音響信号Ｓでも、音響信号Ｓの処理に対して使用することができる。
【００４０】
また、計測又は監視対象の現象に応じて、関連する現象に典型的な様々な周波数で構成要素を隔離できるようにする特殊なフィルタリングチェーン（filtering chains）を配置することができる。
【００４１】
上述の音響信号Ｓの捕捉及び調整のための装置６は、いくつかの利点を有する。特に、装置６は、コンパクトであり、エンジン室内部での位置決めの柔軟性が高く、および車両に搭載される電子処理ユニットＥＣＵと両立する。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
2017125846.tif 000008
【図５ｃ】
2017125846.tif 000009
【外国語明細書】
2017125846000001.pdf