(57)【要約】【課題】騒音を低減させるために振動や音といった波動を発生させる波動印加手段に不具合又は異常が起きた場合であっても、最適な騒音低減効果を得る。【解決手段】車両構造体の振動を当該車両構造体に配置された複数の加速度センサによって検出し、車両構造体に波動を印加するピエゾアクチュエータごとに、当該ピエゾアクチュエータが発生させる波動を制御する制御指令値を制御指令値生成フィルタ６１によって演算して、当該制御指令値によって前記波動印加手段を動作させている。ピエゾアクチュエータを動作させている時に、何れかのピエゾアクチュエータの不具合状態を駆動不具合検出部６３によって検出した場合には、フィルタ係数再設定部６４によって、当該不具合があるピエゾアクチュエータ及び他のピエゾアクチュエータごとに、制御指令値生成フィルタ６１が制御指令値を演算する処理を再設定する。【選択図】図８
2009040105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の所定の制御空間における騒音を低減する騒音低減装置であって、
車両構造体に配置され、当該車両構造体の振動を検出する複数の振動検出手段と、
前記車両内部に発生する騒音を低減するように前記車両構造体に波動を印加する複数の波動印加手段と、
前記振動検出手段によって検出された振動に応じて、前記波動印加手段ごとに、当該波動印加手段が発生させる波動を制御する制御指令値を演算し、当該制御指令値によって前記波動印加手段を動作させる制御指令値演算手段と、
前記各波動印加手段の不具合状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段によって少なくとも一つの波動印加手段に不具合があることを検出した場合に、当該不具合がある波動印加手段及び他の波動印加手段ごとに、前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定する再設定手段と
を備えることを特徴とする騒音低減装置。
【請求項２】
前記状態検出手段は、前記不具合として、各波動印加手段に出力する制御指令値が飽和している状態を検出し、
前記再設定手段は、前記状態検出手段によって制御指令値が飽和している状態の波動印加手段が検出された場合に、当該波動印加手段に供給する制御指令値の飽和を回避するように前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項３】
前記再設定手段は、前記状態検出手段によって制御指令値が飽和している状態が検出された波動印加手段に出力する制御指令値を飽和レベルよりも低く補正し、前記状態検出手段によって制御指令値が飽和している状態が検出されていない波動印加手段によって騒音を低減するように前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項２に記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記再設定手段は、前記状態検出手段によって制御指令値が飽和している状態が検出された波動印加手段に出力する制御指令値を前記飽和レベルに近い値に補正するように、前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項３に記載の騒音低減装置。
【請求項５】
前記再設定手段は、前記制御空間における騒音の周波数帯域のうち騒音レベルの高い周波数帯域を推定する騒音推定手段を備え、当該騒音レベルの高い周波数帯域での騒音低減効果が高くなるように制御演算値を演算するように、前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項６】
車両に搭載された座席ごとに、乗員の有無を検知する乗員検知手段を備え、
前記再設定手段は、前記乗員検知手段により乗員が着座していることが検知された座席における乗員頭部を囲む空間を前記制御空間とし、当該制御空間のみの騒音を低減するように、前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項２に記載の騒音低減装置。
【請求項７】
前記状態検出手段は、前記不具合として、各波動印加手段の異常を検出し、
前記再設定手段は、前記状態検出手段によって異常な波動印加手段が検出された場合に、当該波動印加手段以外の波動印加手段によって騒音を低減させるように前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項８】
前記再設定手段は、前記状態検出手段によって異常が検出されていない波動印加手段によって騒音を低減するように前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項７に記載の騒音低減装置。
【請求項９】
前記再設定手段は、前記制御空間における騒音の周波数帯域のうち騒音レベルの高い周波数帯域を推定する騒音推定手段を備え、当該騒音レベルの高い周波数帯域での騒音低減効果が高くなるように制御演算値を演算するように、前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の騒音低減装置。
【請求項１０】
車両に搭載された座席ごとに、乗員の有無を検知する乗員検知手段を備え、
前記再設定手段は、前記乗員検知手段により乗員が着座していることが検知された座席における乗員頭部を囲む空間を前記制御空間とし、当該制御空間のみの騒音を低減するように、前記制御指令値演算手段により制御指令値を演算する処理を再設定することを特徴とする請求項８に記載の騒音低減装置。
【請求項１１】
車室内の所定の制御空間における騒音を低減する騒音低減方法であって、
車両構造体の振動を、当該車両構造体に配置された複数の振動検出手段によって検出するステップと、
前記振動検出手段によって検出された振動に応じて、前記車両内部に発生する騒音を低減するように前記車両構造体に波動を印加する波動印加手段ごとに、当該波動印加手段が発生させる波動を制御する制御指令値を演算するステップと、
当該制御指令値によって前記波動印加手段を動作させるステップとを有し、
前記波動印加手段を動作させている時に、何れかの波動印加手段の不具合状態を検出した場合に、当該不具合がある波動印加手段及び他の波動印加手段ごとに、前記制御指令値を演算する処理を再設定し、当該制御指令値によって前記波動印加手段を動作させること
を特徴とする騒音低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動又は音響といった波動を発生させることによって車室内における騒音を低減する騒音低減装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば車室内等において車両の走行に伴い発生する騒音を計測し、その騒音を打ち消すような音波を発生することによって、騒音を低減する騒音制御装置等が提案されている。
【０００３】
例えば下記の特許文献１に記載されているように、車両の車体の振動を検出するための振動検出手段を複数設け、検出した車体の振動に基づいて車両に設置したスピーカーや加振器等のアクチュエータを駆動させることによって、車室内の騒音を低減する騒音制御装置が提案されている。
【特許文献１】特開平８−２９２７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１ではアクチュエータへの制御信号が飽和した場合には飽和した信号をそのままアクチュエータが出力してしまう。このため、アクチュエータによる騒音低減効果を得ることができない問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、騒音を低減させるために振動や音といった波動を発生させる波動印加手段に不具合又は異常が起きた場合であっても、最適な騒音低減効果を得ることができる騒音低減装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車室内の所定の制御空間における騒音を低減する騒音低減装置及び方法である。この騒音低減装置及び方法は、車両構造体の振動を、当該車両構造体に配置された複数の振動検出手段によって検出し、振動検出手段によって検出された振動に応じて、前記車両内部に発生する騒音を低減するように車両構造体に波動を印加する波動印加手段ごとに、当該波動印加手段が発生させる波動を制御する制御指令値を演算して、当該制御指令値によって前記波動印加手段を動作させている。このように、波動印加手段を動作させている時に、何れかの波動印加手段の不具合状態を検出した場合には、当該不具合がある波動印加手段及び他の波動印加手段ごとに、制御指令値を演算する処理を再設定し、当該制御指令値によって波動印加手段を動作させることによって、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る騒音低減装置及び方法によれば、騒音を低減させるために振動や音といった波動を発生させる波動印加手段に不具合又は異常が起きた場合であっても、不具合がある波動印加手段及び他の波動印加手段ごとに制御指令値を演算する処理を再設定するので、最適な騒音低減効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
［第１実施形態］
本発明は、例えば図１に示すように、車両構造体によって囲まれた車室内において、座席における乗員頭部を囲む制御空間Ｐにおける騒音を低減する騒音低減装置に適用される。この騒音低減装置は、騒音を低減させる動作を行うピエゾアクチュエータ２０に不具合や故障が発生して複数のピエゾアクチュエータ２０全体による騒音低減能力が低下してしまう時であっても、当該騒音低減効果の低減を最小限に留めるように各ピエゾアクチュエータ２０の動作を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
先ず、本発明を適用した騒音低減装置において制御空間Ｐにおける騒音を低減する一般的な技術について説明し、その後に、本発明を適用した騒音低減装置の特徴的な構成について説明する。
【００１１】
この騒音低減装置が低減させる騒音は、車外から車室内に侵入する車室内騒音である。この車室内騒音の原因は、代表的なものとして、エンジンの振動に起因するエンジン騒音、走行時に路面の凹凸の影響がタイヤ２からフロアパネル１に進入することに起因するロードノイズ騒音、走行時に空気の気流によって発生する風切音などがある。
【００１２】
本発明に係る騒音低減装置は、主にロードノイズの低減を目的とする。図１に路面の凹凸の影響による車体の振動およびロードノイズ騒音の主な伝播経路を示す。タイヤ２から車体に進入したロードノイズの主成分となる振動は、図２に示すように、まず車軸１０１及びサスペンション１０２の取り付け点からメンバ１０３と呼ばれる剛性の高い梁状の部材に進入する。その後、メンバ１０３によって囲まれたフロアパネル１と呼ばれる比較的剛性の低い板状の部材に振動が伝播し、このフロアパネル１が振動する。さらに、フロアパネル１の膜振動により車室内の空気振動が引き起こされ、車室内に共振現象を起こすために、車室内の所定空間（制御空間）Ｐにおいてロードノイズ騒音が聞こえてしまう。フロアパネル１の他にルーフパネルや窓ガラスが振動することにより騒音が発生するが、サスペンション１０２の取り付け部から主に進入するロードノイズの大部分は、フロアパネル１の振動が原因となっていることがわかっている。
【００１３】
そのために、騒音低減装置は、フロアパネル１に加速度センサ１０を配置して制御空間Ｐおける騒音の推定を行い、フロアパネル１に設けられたピエゾアクチュエータ２０に対する制御指令信号を生成し、当該ピエゾアクチュエータ２０の振動による制御音を車室内に入力させる。そのため、制御対象としてフロアパネル１が起因となるロードノイズを中心に扱う。
【００１４】
加速度センサ１０の数は、一般に振動源の数より多いことが必要とされる。具体的な加速度センサ１０の数および設置位置は、下記の式１に示すような各加速度センサ１０と制御空間Ｐにおける騒音の音圧との間のコヒーレンスＣｘｙ（ω）とが十分に高くなるように決定される。なお、このコヒーレンスＣｘｙ（ω）は０．９以上であることが望ましい。
【数１】
2009040105.tif 000003
【００１５】
ここで、式１におけるＰｘｙ（ω）は加速度と音圧の間のクロスパワースペクトラム、Ｐｘｘ（ω）とＰｙｙ（ω）はそれぞれ加速度と音圧のオートパワースペクトラムを表している。また、ＰＨはＰのエルミート転置行列を表す。また、ピエゾアクチュエータ２０は、制御空間Ｐでの騒音を低減するために十分な数が車体のフロアパネル１の適切な位置に貼り付けられている。このようなことから、この実施形態において、加速度センサ１０は、加速度センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの４個とし、ピエゾアクチュエータ２０は、ピエゾアクチュエータ２０ａ，２０ｂの２個としている。
【００１６】
なお、フロアパネル１を発生源となる騒音には制御対象としてすべて含まれるため、エンジン３の騒音の一部や車体底部を流れる空気が発生する風切音についても同様に扱うことができる。また、本発明の効果の範囲はフロアパネル１の振動による騒音低減の範疇にはとどまらず、例えばダッシュパネルやフロントガラス、さらにルーフパネルといった同じメカニズムで発生する車室内騒音発生源に対しても、当該部位に加速度センサ１０及びピエゾアクチュエータ２０を設ければ、同様に、当該部位の振動によって発生する騒音を低減させることができる。
【００１７】
なお、騒音低減装置は、図３に示すように、制御空間Ｐとして、運転席の制御空間Ｐ１，助手席の制御空間Ｐ２，右後部席の制御空間Ｐ３，左後部席の制御空間Ｐ４それぞれについて発生する騒音を低減させるが、後述するようにピエゾアクチュエータ２０の動作を制御することによって、それぞれの制御空間Ｐにて騒音を最小にできる。
【００１８】
この第１実施形態に係る騒音低減装置は、車体の振動を検出する振動検出手段である複数の加速度センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ（以下、総称する場合には単に「加速度センサ１０」と呼ぶ。）と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響などの波動を発生する波動印加手段である複数のピエゾアクチュエータ（Piezo-electric actuator）２０とを備える。加速度センサ１０をフロアパネル１に設けたのは、フロアパネル１に起因するロードノイズが車室内騒音となることを低減させるためであり、車室内騒音との間のコヒーレンス（定義は後述）が高いからである。
【００１９】
なお、フロアパネル１を発生源とする騒音が制御対象としてすべて含まれるため、エンジン３の騒音の一部や車体底部を流れる空気が発生する風切音についても、ロードノイズの低減と共に低減することができる。
【００２０】
また、この騒音低減装置は、図３に示すように、加速度センサ１０及びピエゾアクチュエータ２０と接続された制御装置３０を備える。制御装置３０は、加速度センサ１０によって検出された振動に応じて車室内の騒音を推定し、ピエゾアクチュエータ２０で発生させる制御音を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段である。
【００２１】
なお、この実施の形態では、波動印加手段として、ピエゾアクチュエータ２０のように振動を発生させるものを説明するが、スピーカのように直接的に音響を発生させることによって騒音を低減させるようにしても良い。また、騒音低減装置は、振動検出手段としてマイクロフォンを使用せず、加速度センサ１０の信号から制御空間Ｐの騒音を推定する。
【００２２】
制御装置３０は、加速度センサ１０のそれぞれと接続された検出信号増幅用の増幅部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ及びピエゾアクチュエータ２０のそれぞれと接続された出力信号増幅用の増幅部３１ｅ，３１ｆ（以下、総称する場合には単に「増幅部３１」と呼ぶ。）と、車室内騒音を低減する制御指令値を算出して出力する制御指令値算出部３２とを備える。なお、検出信号増幅用の増幅部３１ａ〜３１ｄは、加速度センサ１０がいわゆるチャージタイプである場合には、電荷と電圧との間の変換機能も備えることになる。
【００２３】
制御装置３０は、制御空間Ｐにおける騒音を低減するに際して、加速度センサ１０からの検出信号を増幅部３１によって増幅して制御指令値算出部３２によって入力する。そして、制御装置３０は、増幅された検出信号を用いて制御指令値算出部３２によって、騒音の推定を行い、当該騒音を低減させるような制御指令値を生成して、増幅部３１を介してピエゾアクチュエータ２０に供給して、フロアパネル１を振動させる。
【００２４】
制御指令値算出部３２は、その内部構成を図４に示すように、加速度センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び検出信号増幅用の増幅部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのそれぞれと接続されたＡ／Ｄ変換部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ及び制御指令値をフィードバック制御するためのＡ／Ｄ変換部４１ｅ，４１ｆを備える（以下、総称する場合には単に「Ａ／Ｄ変換部４１」と呼ぶ。）。また、制御指令値算出部３２は、Ａ／Ｄ変換部４１から出力された信号を用いて車室内騒音を推定する騒音推定部４２と、当該騒音推定部４２によって推定された車室内騒音に基づいて制御指令値を演算する演算部４３と、当該演算部４３によって演算された制御指令値をアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換部４４とを備える。なお、制御装置３０における騒音推定部４２，演算部４３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータによるハードウエアで構成されているが、図４においては便宜的に機能ブロック毎に分けて、説明を行っている。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部４１ａ〜４１ｄは、加速度センサ１０によって検出された検出信号を増幅部３１ａ〜３１ｄで増幅した信号（加速度信号α１，α２，α３，α４と呼ぶ。）を入力し、当該加速度信号α１，α２，α３，α４をディジタル信号として騒音推定部４２に出力する。また、Ａ／Ｄ変換部４１ｅ，４１ｆは、Ｄ／Ａ変換部４４から増幅部３１ｅ，３１ｆに出力される制御指令値ｕ１，ｕ２をディジタル信号に変換して騒音推定部４２に出力する。
【００２６】
騒音推定部４２は、Ａ／Ｄ変換部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄから出力された加速度信号α１，α２，α３，α４と、Ｄ／Ａ変換部４４から出力された制御指令値ｕ１，ｕ２とを用いて、制御空間Ｐにおける騒音を低減するための制御指令値を算出する。制御指令値算出部３２は、騒音を推定して制御指令値を算出する処理サイクルごとに、騒音推定部４２によって加速度信号α１，α２，α３，α４及び制御指令値ｕ１，ｕ２を読み込んで、Ｄ／Ａ変換部４４から制御指令値を出力する。したがって、処理サイクル（ｎ）で入力する制御指令値ｕ１，ｕ２は、当該処理サイクル（ｎ）よりも１ステップ前の処理サイクル（ｎ−１）にて算出された制御指令値である。この騒音推定部４２にて算出される騒音（音圧）は、推定値（ＳＰＬ＿ｅｓｔ）である。
【００２７】
騒音推定部４２は、図５に示すブロック線図のように、加速度センサ４の位置での振動に基づく制御空間Ｐでの騒音レベルの伝達関数の演算を行う伝達関数（Ｇα）演算部５１と、制御指令信号から加速度センサ１０の位置での振動の伝達関数の演算を行う伝達関数（ＧＰα）演算部５３と、制御指令信号から制御空間Ｐでの騒音レベルまでの伝達関数（ＧＰ）演算部５２とを備える。また、騒音推定部４２は、加速度信号α１，α２，α３，α４と伝達関数（ＧＰα）演算部５３の出力との差分演算をする演算器５４と、伝達関数（Ｇα）演算部５１の出力と伝達関数（ＧＰα）演算部５３の出力との加算をする演算器５５とを備える。
【００２８】
伝達関数（Ｇα）演算部５１は、実際に車両が走行している時の加速度センサ１０の加速度信号と制御空間Ｐでの騒音レベルとを計測して、加速度センサ１０からの加速度信号に基づいて計測した騒音レベルを出力するように設計される。伝達関数（ＧＰ）演算部５２は、ピエゾアクチュエータ２０にホワイトノイズ又はインパルス信号を入力して制御空間Ｐで実際に得られた音圧を計測して、所定の制御指令値をピエゾアクチュエータ２０に与えた時に、計測した騒音レベルを出力できるように設計される。
【００２９】
このような実際の計測値に対する騒音低減装置の同定は、例えば制御系設計ツールＭＡＴＬＡＢのツールボックスである「Structural Dynamical Toolbox」や、文献「足立「制御のためのシステム同定」、東京電機大学出版局、１９９６」に記載の部分空間同定法を用いることによって行うことができる。
【００３０】
演算部４３は、騒音推定部４２によって推定された騒音推定値ＳＰＬ＿ｅｓｔに基づいて、各ピエゾアクチュエータ２０についての制御指令値を演算する。この演算部４３は、任意のフィードバック制御を行う構成によって設計してもよいが、例えばＨ∞制御として設計する場合は以下の手順に従って構成される。
【００３１】
ピエゾアクチュエータ２０に電圧を印加したことに対する制御空間Ｐでの騒音発生までの伝達関数をＧｐ（ｓ）とする。ここで、ｓはラプラス変換の変数である。
【００３２】
この伝達関数Ｇｐ（ｓ）に対して、文献「D. McFarlane and K. Glover. "A Loop Shaping Design Procedure Using H∞ Synthesis"、IEEE Transactions on Automatic Control. vol.37、no.6、June 1992、pp.759-769」に記載の設計手法を用いて演算部４３を構成することで、騒音を低減する制御指令値を演算することができる。
【００３３】
この手法では、下記の式２の評価式を満足するような演算部４３となるコントローラＣ∞（ｓ）を設計する。
【数２】
2009040105.tif 000004
【００３４】
ここで、上記式２におけるＧｓ（ｓ）は、重み関数Ｗｃ１（ｓ）と重み関数Ｗｃ２（ｓ）により重み付けされた下記式３で表される伝達関数を示す。
【数３】
2009040105.tif 000005
【００３５】
また、Ｍｓ（ｓ）は、下記の式４に示す伝達関数Ｇｓ（ｓ）の正規化規約分解によって求められる。
【数４】
2009040105.tif 000006
【００３６】
最終的に、上記式２の評価式を満足するコントローラＣ∞（ｓ）を用いて、演算部４３としてのコントローラＣ（ｓ）は、下記の式５として算出される。
【数５】
2009040105.tif 000007
【００３７】
なお、式２における定数εは、演算部４３としてのコントローラの安定余裕を決定するパラメータであり、通常０．２〜０．３に設定することが望ましい。演算部４３をＣＰＵによって実現する場合には、例えば、上記式５で算出されたコントローラＣ（ｓ）に、双一次変換を施すことでＣ（ｓ）を離散化し、ＩＩＲフィルタとして実現すればよい。
【００３８】
なお、この実施形態においては、Ａ／Ｄ変換部４１ｅ，４１ｆを介して制御指令信号ｕ１，ｕ２を騒音推定部４２に入力しているが、演算部４３の出力信号を直接的に騒音推定部４２にフィードバックしてもよい。その場合、制御指令信号ｕ１，ｕ２を１処理ステップ分だけ遅らせて入力するバッファのような機能部が必要となる。
【００３９】
つぎに、上述したように構成された騒音低減装置における制御装置３０の動作について、図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。
【００４０】
先ず、ステップＳ１において、制御装置３０は、加速度センサ１０の検出信号をＡ／Ｄ変換部４１ａ〜４１ｄによって入力し、当該Ａ／Ｄ変換部４１ａ〜４１ｄによってディジタル信号に変換された加速度信号α１，α２，α３，α４を騒音推定部４２によって入力する。
【００４１】
次のステップＳ２において、制御装置３０は、騒音推定部４２によって、Ｄ／Ａ変換部４４から出力された１処理サイクル前の制御指令値ｕ１，ｕ２を入力する。
【００４２】
次のステップＳ３において、制御装置３０は、騒音推定部４２により、ステップＳ１にて入力した加速度信号α１，α２，α３，α４及びステップＳ２にて入力した制御指令値ｕ１，ｕ２に基づいて、推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを算出し、当該推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを演算部４３に出力する。
【００４３】
次のステップＳ４において、制御装置３０は、演算部４３により、ステップＳ３にて算出された推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを用いて、制御空間Ｐにおける騒音を低減するための制御指令値ｕ１，ｕ２を算出する。制御指令値ｕ１はピエゾアクチュエータ２０ａが動作する駆動量を示し、制御指令値ｕ２はピエゾアクチュエータ２０ｂが動作する駆動量を示す。
【００４４】
次のステップＳ５において、制御装置３０は、ステップＳ４にて演算部４３によって演算された制御指令値ｕ１，ｕ２を、Ｄ／Ａ変換部４４によってアナログ信号に変換して、増幅部３１ｅ，３１ｆに出力する。そして、制御指令値ｕ１は、増幅部３１ｅによって増幅された後に、ピエゾアクチュエータ２０ａに出力され、制御指令値ｕ２は、増幅部３１ｆによって増幅された後に、ピエゾアクチュエータ２０ｂに出力される。これによって、騒音低減装置は、ピエゾアクチュエータ２０を駆動し、当該ピエゾアクチュエータ２０から制御空間Ｐに伝達される波動によって、制御空間Ｐにおける騒音を低減することができる。
【００４５】
このような制御装置３０の動作において、ステップＳ３にて騒音推定部４２が推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを算出する時には、図７に示すように、先ずステップＳ１１において、騒音推定部４２により、制御指令値ｕｉ（ｉ＝１〜２）を表す制御指令信号と加速度信号αｊ（ｊ＝１〜４）とを入力する。
【００４６】
次のステップＳ１２において、騒音推定部４２の伝達関数（ＧＰα）演算部５３は、ステップＳ１１にて入力した制御指令値ｕｉを用いて伝達関数ＧＰαを乗算処理する。
【００４７】
次のステップＳ１３において、騒音推定部４２の演算器５４によって、加速度信号αｊからステップＳ１２にて演算した伝達関数（ＧＰα）演算部５３の出力信号を減算する。これは、フロアパネル１の振動を表す加速度が、ピエゾアクチュエータ２０が振動することによって打ち消されていることを考慮して、推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを算出するための処理である。
【００４８】
次のステップＳ１４において、騒音推定部４２の伝達関数（Ｇα）演算部５１によって、ステップＳ１３にて演算器５４から出力された出力信号を用いて、伝達関数Ｇαを演算して、演算器５５に向けて出力する。
【００４９】
次のステップＳ１５において、騒音推定部４２の伝達関数（ＧＰ）演算部５２によって、ステップＳ１１にて入力した制御指令値ｕｉを用いて、伝達関数ＧＰを乗算して、演算器５５に向けて出力する。
【００５０】
次のステップＳ１６において、騒音推定部４２の演算器５５は、ステップＳ１４にて伝達関数（Ｇα）演算部５１から出力された出力信号と、ステップＳ１５にて伝達関数（ＧＰ）演算部５２から出力された出力信号とを加算して、得られた信号を推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔとして出力する。
【００５１】
このように、騒音推定部４２は、現状のロードノイズを表す加速度信号から推定される騒音を１処理サイクル前の制御指令値ｕｉに基づいて低減した残りの騒音と、１処理サイクル前の制御指令値ｕｉに基づいてピエゾアクチュエータ２０が制御空間Ｐに与える騒音との和を推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔとする。
【００５２】
上述したように構成された騒音低減装置において、ピエゾアクチュエータ２０への制御指令値が飽和又は異常値となった場合には、ピエゾアクチュエータ２０によって発生する波動を制御できずに、車室内における制御空間Ｐの騒音を低減する効果を得ることができない。また、制御指令値が飽和又は異常値となった場合には、ピエゾアクチュエータ２０から不適切な波動が発生されてしまい制御空間Ｐにおける騒音が増えてしまう可能性がある。例えば、制御系における閉ループ系が発散してしまい、騒音を低減させることができない可能性が生じる。ここで、ピエゾアクチュエータ２０の異常とは、断線等に起因する電気的な故障に加えて、ピエゾ素子の剥がれやフロアパネル１の変形も含めて、ピエゾ素子が所望の動作をできなくなった状態を指す。
【００５３】
そこで、第１実施形態に係る騒音低減装置は、ピエゾアクチュエータ２０への制御指令値が飽和した場合には、当該制御指令値を再設定することによって、制御指令値の飽和を回避する処理を行う。これにより、制御指令値が飽和した場合であっても、制御空間Ｐにおける騒音低減効果の低減を最小限にする。また、ピエゾアクチュエータ２０への制御指令値が飽和する以外のピエゾアクチュエータ２０の異常に対し、騒音低減装置は、制御指令値を再設定することによって、騒音低減効果の低下を最小限とする。
【００５４】
このように制御指令値を再設定する騒音低減装置の演算部４３は、図８に示すように、制御指令値生成フィルタ６１と一定ゲイン演算部６２と駆動不具合検出部６３とフィルタ係数再設定部６４とを備える。この構成が、本発明を適用した騒音低減装置の特徴的な構成となる。
【００５５】
制御指令値生成フィルタ６１は、騒音推定部４２によって演算された推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを入力し、当該推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを用いて制御空間Ｐでの騒音が小さくなるようピエゾアクチュエータ２０への制御指令値を計算する。具体的には、制御指令値生成フィルタ６１は入力された制御指令値と所定のフィルタ係数又はフィルタ係数再設定部６４によって再設定されたフィルタ係数とを用いた演算を行う。この制御指令値生成フィルタ６１は、実際に制御空間Ｐに推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔに相当する騒音が発生しているときのピエゾアクチュエータ２０の動作を実験して設計され、例えば、上述の式２乃至式５にて示した方法によって設計される。
【００５６】
一定ゲイン演算部６２は、ピエゾアクチュエータ２０に不具合や異常が発生していない通常時には、ゲインの値として「１」を保持している。したがって、通常時においては、一定ゲイン演算部６２は、制御指令値生成フィルタ６１から出力された制御指令値をそのままの値で出力する。
【００５７】
一方、一定ゲイン演算部６２は、駆動不具合検出部６３からの制御信号に従って、制御指令値が飽和した時におけるゲインの値を変更する。具体的には、一定ゲイン演算部６２は、駆動不具合検出部６３からの制御信号に従って、フィルタ係数再設定部６４によってフィルタ係数の再計算が終了するまでの間に、ゲインを「１」よりも下げる。これにより、ゲインを下げている期間においては、制御指令値生成フィルタ６１で演算された制御指令値を低くして出力して、制御指令値の飽和を回避している。また、一定ゲイン演算部６２は、ピエゾアクチュエータ２０の異常を検出した場合には、ゲインを「０」に変更する。これにより、騒音低減装置は、ピエゾアクチュエータ２０の異常による閉ループの発散や騒音の増大を防ぐ。
【００５８】
駆動不具合検出部６３では、制御指令値生成フィルタ６１から出力されている制御指令信号と予め規定されているピエゾアクチュエータ２０への最大信号レベルとを比較する。この比較結果により、駆動不具合検出部６３は、演算部４３から出力されている制御指令値が飽和しているか否かを検出する。制御指令値が飽和していると判定した場合、伝達関数（ＧＰα）演算部５３は、一定ゲイン演算部６２におけるゲインを低下させる制御信号を出力すると共に、フィルタ係数再設定部６４によって新たなフィルタ係数を設定する制御信号を出力する。
【００５９】
なお、駆動不具合検出部６３は、制御指令値生成フィルタ６１の出力を監視する処理に代えて、車両の車速がある一定以上になった場合にはロードノイズ成分が必然的に大きくなるため、車速情報から制御指令値の飽和を推定してもよい。他の手法としては、駆動不具合検出部６３は、車両の加速度情報から未来において車速がある一定以上の値になることを予測した場合には、制御指令値が飽和することを予測してもよい。
【００６０】
更に、駆動不具合検出部６３は、ピエゾアクチュエータ２０への制御指令値の飽和のみならず、ピエゾアクチュエータ２０の異常検出も行う。ピエゾアクチュエータ２０の異常を検出した場合、駆動不具合検出部６３は、一定ゲイン演算部６２におけるゲインを「０」にする制御信号を出力すると共に、フィルタ係数再設定部６４によって新たなフィルタ係数を設定する制御信号を出力する。例えば、駆動不具合検出部６３は、ピエゾアクチュエータ２０への信号供給の有無、ピエゾアクチュエータ２０の動作又は非動作等の故障を検出する機能を有している。
【００６１】
フィルタ係数再設定部６４は、駆動不具合検出部６３からの制御信号に従って、制御指令値生成フィルタ６１に再設定するフィルタ係数を求める。フィルタ係数再設定部６４は、上述の式５における重み関数Ｗｃ１又はＷｃ２を変更し、式５を用いてピエゾアクチュエータ２０の飽和を回避するフィルタ係数を再設定する。また、ピエゾアクチュエータ２０が異常な状態になった場合には、フィルタ係数再設定部６４は、正常なピエゾアクチュエータ２０へ供給する制御指令値を再計算する。
【００６２】
このような演算部４３を備える制御装置３０は、図９に示すように、先ずステップＳ２１において、騒音推定部４２から推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔを制御指令値生成フィルタ６１によって入力する。
【００６３】
次のステップＳ２２において、制御指令値生成フィルタ６１は、ステップＳ２１にて入力した推定騒音値ＳＰＬ＿ｅｓｔが、予め設定されたフィルタ係数を用いてフィルタリングされて、制御指令値を演算して、一定ゲイン演算部６２に出力する。
【００６４】
次のステップＳ２３において、駆動不具合検出部６３は、ステップＳ２２にて出力された制御指令値を読み取り、当該制御指令値が所定の飽和レベルを超えているか否かを判定することにより、当該制御指令値が飽和しているか否かを判定する。制御指令値が飽和していることを検出した場合にはステップＳ２５に処理を進める。このとき、駆動不具合検出部６３は、一定ゲイン演算部６２のゲインの値を「１」よりも小さい値に設定する。一方、制御指令値が飽和していることを検出しない場合には、ステップＳ２４に処理を進める。
【００６５】
ステップＳ２４において、駆動不具合検出部６３は、ピエゾアクチュエータ２０の故障を検出したか否かを判定する。具体的には、ピエゾアクチュエータ２０に供給されている制御指令値が所定の閾値よりも常に低いレベルである場合には、当該ピエゾアクチュエータ２０の異常とみなす。また、ピエゾアクチュエータ２０への出力されている信号と制御指令値生成フィルタ６１によって演算されている制御指令信号とを比較して、その差がある一定値以内に収まっていないときにはピエゾアクチュエータ２０の貼付状態などの異常であると判断する。ピエゾアクチュエータ２０の故障を検出していない場合には、一定ゲイン演算部６２におけるゲインの変更及びフィルタ係数の再設定を行わずに、処理を終了する。
【００６６】
ピエゾアクチュエータ２０の故障を検出した場合、駆動不具合検出部６３は、一定ゲイン演算部６２のゲインの値を「０」に設定する。そして、ステップＳ２６において、ピエゾアクチュエータ２０が異常な時のフィルタ係数再設定ルーチンを実行して、フィルタ係数再設定部６４により、正常なピエゾアクチュエータ２０のみで騒音を低減するためのフィルタ係数を導出する。なお、この処理については、後述の図１１を参照して詳細に説明する。
【００６７】
ステップＳ２５においては、フィルタ係数再設定部６４によって、制御指令値の飽和を回避するようなフィルタ係数を制御指令値生成フィルタ６１に再設定する処理を行う。この再設定されたフィルタ係数は、制御指令値生成フィルタ６１に送られて、制御指令値の飽和を回避する。なお、この処理は、後述の図１０を参照して詳細に説明する。
【００６８】
ステップＳ２７において、演算部４３は、ステップＳ２５又はステップＳ２６にて再設定されたフィルタ係数を、制御指令値生成フィルタ６１のフィルタ係数として更新する。このとき、制御指令値生成フィルタ６１は、フィルタ係数再設定部６４によって再設定されたピエゾアクチュエータ２０ごとのフィルタ係数をＩＩＲフィルタ形式に変換する。
【００６９】
次のステップＳ２８において、駆動不具合検出部６３は、ステップＳ２７によって制御指令値生成フィルタ６１のフィルタ係数の再設定が完了したことに応じて、一定ゲイン演算部６２のゲインの値を「１」に戻す。
【００７０】
このように制御指令値の飽和又はピエゾアクチュエータ２０の故障に対してフィルタ係数の再設定を行う演算部４３は、ステップＳ２５のフィルタ係数再設定ルーチンにおいて、図１０に示すような処理を行う。
【００７１】
先ず、駆動不具合検出部６３は、ステップＳ３１において、制御指令値生成フィルタ６１から出力されている制御指令値が飽和していることを検出すると、ステップＳ３２において、フィルタ係数再設定部６４によってフィルタ係数を再設定する。このとき、フィルタ係数再設定部６４は、上述の式２から式５にて表される計算式によりフィルタ係数を再計算する。フィルタ係数再設定部６４は、重み関数Ｗｃ１又はＷｃ２のレベルを調整することによって、飽和した制御指令値が供給されているピエゾアクチュエータ２０への制御指令値を小さく補正する。一方、フィルタ係数再設定部６４は、制御指令値の飽和が検出されていないピエゾアクチュエータ２０については、制御空間Ｐにおける騒音を低減する最適な制御指令値となるように変更する。
【００７２】
具体的には、正常なピエゾアクチュエータ２０については、重み関数Ｗｃ１又はＷｃ２のレベルを制御指令値が飽和しない程度まで大きく変更する。これにより、正常なピエゾアクチュエータ２０については制御指令値の飽和が回避され、且つ、ピエゾアクチュエータ２０への制御指令値が当該制御指令値の飽和レベルと同じ又は飽和レベルに近い値とすることによって騒音低減効果を向上させることができる。
【００７３】
そして、フィルタ係数再設定部６４は、ステップＳ３３においてフィルタ係数の再計算が終了したか否かを判定する。フィルタ係数の再計算が終了していない時には、ステップＳ３４において、駆動不具合検出部６３によって、一定ゲイン演算部６２におけるゲインを１以下の所定値に保持して、フィルタ係数の再計算を継続させる。一方、フィルタ係数の再計算が終了したと判定した場合には、フィルタ係数再設定部６４から制御指令値生成フィルタ６１に新たなフィルタ係数を出力して、処理を終了する。
【００７４】
つぎに、図８におけるステップＳ２６のフィルタ係数再設定ルーチンにおいて、図１１に示すような処理を行う。
【００７５】
先ず、ステップＳ４１において、フィルタ係数再設定部６４は、ステップＳ２４において故障と判定されたピエゾアクチュエータ２０以外の正常なピエゾアクチュエータ２０のみを駆動させて騒音低減効果を得るためにフィルタ係数の再計算を行う。このとき、フィルタ係数再設定部６４は、図１０に示したステップＳ３２と同様に、上述の式２から式５にて表される計算式によりフィルタ係数を再計算する。
【００７６】
そして、フィルタ係数再設定部６４は、ステップＳ４２においてフィルタ係数の再計算が終了したか否かを判定する。フィルタ係数の再計算が終了していない時には、ステップＳ４３において、駆動不具合検出部６３によって、一定ゲイン演算部６２におけるゲインを「０」に保持して、フィルタ係数の再計算を継続させる。一方、フィルタ係数の再計算が終了したと判定した場合には、フィルタ係数再設定部６４から制御指令値生成フィルタ６１に新たなフィルタ係数を出力して、処理を終了する。
【００７７】
なお、フィルタ係数再設定部６４によって、制御指令値生成フィルタ６１のフィルタ係数を計算している最中には、制御指令値生成フィルタ６１から制御指令値を出力することを回避することが望ましい。これによって、フィルタ係数の再計算に飽和した制御指令値をピエゾアクチュエータ２０に出力することを回避できる。更に、ピエゾアクチュエータ２０の異常時に、フィルタ係数再設定部６４によるフィルタ係数の再計算に時間がかかる場合には、制御指令値をピエゾアクチュエータ２０に供給することを停止することによって、騒音低減効果が著しく低下することを回避できる。
【００７８】
このように、第１実施形態に係る騒音低減装置は、複数のピエゾアクチュエータ２０のうち制御指令値の飽和しているピエゾアクチュエータ２０を検出した場合、又は、複数のピエゾアクチュエータ２０のうち故障しているピエゾアクチュエータ２０を検出した場合には、各ピエゾアクチュエータ２０についてフィルタ係数再設定ルーチンを行い、これによって、各ピエゾアクチュエータ２０の動作を変更させる。
【００７９】
例えば図１２に示すように、制御指令値の飽和を考慮せずにピエゾアクチュエータ２０を駆動した場合には特性ａのように制御空間Ｐにおける騒音の音圧が高くなってしまう。これに対し、制御指令値の飽和が無くピエゾアクチュエータ２０を制御できる場合には、特性ｃのように騒音の音圧を低く抑制できるが、ピエゾアクチュエータ２０の制御指令値が飽和した場合には特性ｂのように騒音の音圧が高くなる傾向がある。これは、制御系が発散する可能性があることを意味する。
【００８０】
第１実施形態に係る騒音低減装置のように、制御指令値が飽和しないようにフィルタ係数再設定ルーチンを行うと、図１３の特性ｂのように、制御指令値に制限を設けない時の騒音の音圧と同程度に小さくすることができる。また、図１４の特性ｂに示すように、フィルタ係数再設定ルーチンを行っているものの、実際には各ピエゾアクチュエータ２０の制御指令値を飽和レベルよりも大きく低下させた場合には、図１３の特性ｂと比較して騒音の音圧が大きくなってしまう。
【００８１】
このように、第１実施形態に係る騒音低減装置によれば、各ピエゾアクチュエータ２０の制御指令値を飽和させず、且つピエゾアクチュエータ２０の制御指令値を飽和レベル近くとするフィルタ係数再設定ルーチンを行うことによって、制御空間Ｐにおける騒音の音圧を確実に抑制できる。
【００８２】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置によれば、少なくとも一つのピエゾアクチュエータ２０に不具合がある場合に、当該不具合があるピエゾアクチュエータ２０及び他のピエゾアクチュエータ２０ごとに制御指令値を演算する処理を再設定するので、騒音低減効果の減少を最小限に抑えることができる。
【００８３】
特に、騒音低減装置によれば、ピエゾアクチュエータ２０の不具合として、各ピエゾアクチュエータ２０に出力する制御指令値が飽和している又は飽和しそうな時に制御指令値を演算する処理を再設定するので、当該制御指令値の飽和を回避して、制御指令値の飽和検出後でも制御指令値によってピエゾアクチュエータ２０の動作を制御することができ、騒音低減効果の減少を最小限に抑えることができる。
【００８４】
また、この騒音低減装置によれば、制御指令値が飽和している状態が検出されたピエゾアクチュエータ２０に出力する制御指令値を飽和レベルよりも低く補正し、制御指令値が飽和している状態が検出されていないピエゾアクチュエータ２０によって騒音を低減するように制御指令値を演算する処理を再設定するので、制御指令値が飽和したピエゾアクチュエータ２０のみならず、その他のピエゾアクチュエータ２０への制御指令値を制御することによって騒音低減効果を最良に近づけることができる。
【００８５】
更に、この騒音低減装置によれば、制御指令値が飽和している状態が検出されたピエゾアクチュエータ２０に出力する制御指令値を飽和レベルに近い値に補正するので、飽和レベルを大きく下回る値に制御指令値を抑えた場合に比べて、騒音低減効果の低下を最小限に抑制することができる。
【００８６】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００８７】
上述した第１実施形態における騒音低減装置は、あるピエゾアクチュエータ２０に供給している制御指令値が飽和した時やあるピエゾアクチュエータ２０が故障した場合には、制御空間Ｐにおける騒音低減効果が低下してしまう。
【００８８】
これに対し、第２実施形態に係る騒音低減装置は、制御空間Ｐにおける騒音低減効果が低減しても、少なくとも、制御空間Ｐにて推定される騒音の周波数帯域のうち、騒音レベルの高い周波数帯域の騒音を低減することを特徴とするものである。この騒音低減装置は、例えば図１５に示すように、上述の騒音推定部４２及び演算部４３の機能を一体化した演算部７１によって実現される。すなわち、演算部７１は、制御空間における騒音の周波数帯域のうち騒音レベルの高い周波数帯域を推定し、当該騒音レベルの高い周波数帯域での騒音低減効果が高くなるように制御演算値を演算するように、制御指令値生成フィルタ６１により制御指令値を演算する処理をフィルタ係数再設定部６４によって再設定する。
【００８９】
なお、第２実施形態に係る騒音低減装置は、一構成例として図１５を示している。すなわち、上述の第１実施形態に係る騒音低減装置は、騒音推定部４２と演算部４３とを分離した形で構成し、それぞれについてブロック内部のアルゴリズムを設計したが、図１５に示す騒音低減装置は、騒音推定部４２と演算部４３とを演算部７１に含めて、騒音推定処理と制御指令信号の演算処理とを、一連のアルゴリズムによって同時に行うことも可能としたものである。
【００９０】
演算部７１は、図１６に示すように、図８に示した演算部４３に加えて、制御指令値を表す制御指令信号を入力する伝達関数（ＧＰα）演算部８１と、当該伝達関数（ＧＰα）演算部８１の出力信号と加速度信号との演算処理をする演算器８２とを備える。伝達関数（ＧＰα）演算部８１は、制御指令値をピエゾアクチュエータ２０に供給した時にフロアパネル１で発生する加速度を演算する伝達関数の演算を行う。演算器８２は、加速度センサ１０で得られたフロアパネル１の加速度から、制御指令値が加速度センサ１０の位置に作用させる振動成分を減算する。この演算器８２の出力信号は、制御指令値生成フィルタ６１に入力される。
【００９１】
演算部７１によってフィルタ係数を演算する機能部は、図１７に示すように、加速度信号α１，α２，α３，α４を入力する伝達関数（Ｇα）演算部９１及び制御指令値生成フィルタ６１に相当するフィルタブロック（Ｃ）９２と、伝達関数（ＧＰ）演算部９３と、重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａと、重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂと、重み関数（Ｗｃ５）演算部９５とを備える。
【００９２】
伝達関数（Ｇα）演算部９１は、フロアパネル１に与えられている加速度から制御空間Ｐに影響する騒音レベルまでの伝達関数の演算を行って、演算器９６に供給される。
【００９３】
フィルタブロック（Ｃ）９２によって演算された制御指令値ｕ１，ｕ２は、伝達関数（ＧＰ）演算部９３及び重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａ、重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂに供給される。
【００９４】
伝達関数（ＧＰ）演算部９３は、上述の伝達関数（ＧＰ）演算部５２に相当する処理を行い、制御指令信号にピエゾアクチュエータ２０を与えてから制御空間Ｐでの騒音レベルまでの演算を行い、所定の重み関数Ｗｃ５についての演算を行って、出力信号を演算器９６に出力する。
【００９５】
そして、演算器９６は、伝達関数（Ｇα）演算部９１からの出力信号と重み関数（Ｗｃ５）演算部９５からの出力信号との和を推定騒音ＳＰＬとして出力することができる。
【００９６】
図１１に示した構成では、１つの推定騒音ＳＰＬのみを低減する構成であるが、低減する推定騒音ＳＰＬの数を増加させるためには伝達関数（Ｇα）演算部９１及び伝達関数（ＧＰ）演算部９３の出力として対応する制御空間Ｐへの信号を選べばよい。
【００９７】
ここで、重み関数（Ｗｃ５）演算部９５は、設計パラメータを重み係数として演算する。重み関数（Ｗｃ５）演算部９５は、加速度信号αから推定騒音ＳＰＬまでの伝達関数と加速度信号αから制御指令値ｕまでの伝達関数のノルムを最小化するようなコントローラとなる。この重み関数（Ｗｃ５）演算部９５の設計方法は任意のものでも良い。例えば、“細江、荒木、「制御系設計―Ｈ∞制御とその応用」、朝倉書店、１９９４”に記載のＨ∞制御法やＨ２制御法を用いることによって、重み関数（Ｗｃ５）演算部９５を設計することができる。
【００９８】
ピエゾアクチュエータ２０に供給している制御指令値が飽和した場合、図９に示したアルゴリズムにしたがってフィルタ係数の再設定を行う。この第２実施形態に係る騒音低減装置においては、図９におけるステップＳ２５の制御指令値が飽和した時のフィルタ係数再設定ルーチンにおいて、重み関数Ｗｃ３，Ｗｃ４の値を調整することで制御指令値の飽和の回避を回避することができる。また、図９のステップＳ２６の異常時のフィルタ係数再設定ルーチンの場合には、ピエゾアクチュエータ２０の異常が診断された場合に、異常な状態になったピエゾアクチュエータ２０に対応する値を重み関数（Ｗｃ５）演算部９５によって０にする。これにより、当該異常なピエゾアクチュエータ２０を用いずに、制御空間Ｐの騒音を低減する制御指令値を演算するフィルタブロック（Ｃ）９２を実現できる。
【００９９】
重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａは、制御指令値ｕ１を用いて所定の重み関数（Ｗｃ３）についての演算を行い、ピエゾアクチュエータ２０ａへの制御指令値ｕ１を演算する。この重み関数は、上述の一定ゲイン演算部６２によって与えるゲインに相当する。重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂは、制御指令値ｕ２を用いて所定の重み関数（Ｗｃ４）についての演算を行い、ピエゾアクチュエータ２０ｂへの制御指令値ｕ２を演算する。この重み関数は、上述の一定ゲイン演算部６２によって与えるゲインを求める関数に相当する。
【０１００】
すなわち、重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａ及び重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂは、設計パラメータの演算を行い、当該設計パラメータの値を増加させることによって、対応するピエゾアクチュエータ２０によって発生する振動強度を減少させる。このような設計パラメータは、制御空間Ｐにおいて低減させる騒音を周波数帯域別に選択することができるものである。この場合、制御空間Ｐにおいて発生しているある周波数帯域の騒音のみのレベルを下げることができる。
【０１０１】
したがって、この騒音低減装置は、例えば各制御空間Ｐにて発生している騒音をマイクロフォンなどで取得し、当該騒音に含まれる周波数帯域のうちで高いレベルの周波数帯域を推定し、重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａ及び重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂを制御して、当該高いレベルの周波数帯域の騒音を低減できる。
【０１０２】
以上説明したように、第２実施形態に係る騒音低減装置によれば、制御空間Ｐにおいて騒音レベルの高い周波数帯域を推定し、当該周波数帯域における騒音を低減することができる。これにより、制御指令値の飽和やピエゾアクチュエータ２０の故障が発生した時に、低減すべき騒音のうち騒音レベルが高い周波数帯域を重点的に低減させることによって、騒音に含まれる全周波数帯域で一様に騒音を低減させた場合に比べて、騒音低減効果の低下を抑制することができる。
【０１０３】
すなわち、制御指令値の飽和を検知した場合に、当該飽和した制御指令値が供給されていたピエゾアクチュエータ２０への制御指令値を演算する処理を、高い騒音レベルの周波数帯域に限って騒音を低減させるような演算部７１を実現できる。これによって、高い騒音レベルの周波数帯域に対する騒音低減効果を高めることができる。また、ピエゾアクチュエータ２０の異常を検知した場合でも、騒音レベルが高い周波数帯域に限って騒音を低減させることができる。
【０１０４】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【０１０５】
第３実施形態に係る騒音低減装置は、車両に搭載された座席ごとに、乗員の有無を検知する乗員検知手段を備え、フィルタ係数再設定部６４により、乗員検知手段により乗員が着座していることが検知された座席における乗員頭部を囲む空間を制御空間とし、当該制御空間のみの騒音を低減するように、フィルタ係数再設定部６４によって、制御指令値生成フィルタ６１が制御指令値を演算する処理を再設定する。
【０１０６】
上述した第１実施形態及び第２実施形態における騒音低減装置は、あるピエゾアクチュエータ２０に供給している制御指令値が飽和した時やあるピエゾアクチュエータ２０が故障した場合には、制御空間Ｐにおける騒音低減効果が低下してしまう。これは、複数のピエゾアクチュエータ２０に供給できる全体の電力を低減させるためである。
【０１０７】
そこで、第３実施形態に係る騒音低減装置は、乗員のいない制御空間Ｐでの騒音低減効果を下げて、乗員の居る制御空間Ｐのみで騒音低減効果を維持又は高めることによって、制御指令値の飽和やピエゾアクチュエータ２０の故障が発生した時であっても、乗員のいる制御空間Ｐでの騒音低減効果を最小限に抑制しようとするものである。
【０１０８】
乗員検知手段は、図１８に示すように、例えば乗員シートの座面に設置されている感圧センサ、赤外線カメラ、座席の下に設置した加速度センサ等で構成される乗員検出センサ６４Ａである。この乗員検出センサ６４Ａは、フィルタ係数再設定部６４と接続されて、フィルタ係数再設定部６４によって座席ごとの乗員の有無を検知させる。例えば、図１に示した後部座席には乗員が着座していなく運転席及び助手席の双方に乗員が着座している場合において、制御指令値の飽和又はピエゾアクチュエータ２０の故障が発生した場合には、制御空間Ｐ３，４の騒音低減効果を無視して、制御空間Ｐ１，２にて高い騒音低減効果が得られるように、各ピエゾアクチュエータ２０に対応した制御指令値生成フィルタ６１の動作を制御する。
【０１０９】
このような騒音低減装置の演算部７１は、図１９に示すように、図１７に示した構成に加えて、演算器９６と接続された伝達関数（Ｗｃ６）演算部９７を備える。伝達関数（Ｗｃ６）演算部９７は、それぞれの制御空間Ｐ１〜Ｐ４に対応したゲインが設定可能となっている。乗員検出センサ６４Ａの出力に基づいて後部座席に対応した制御空間Ｐ３，４に乗員が居ないと判定した場合には、当該制御空間Ｐ３，４に対応したゲインを「０」に設定する。逆に、運転席及び助手席に乗員がいる場合には、制御空間Ｐ１，２に対応したゲインを「１」に設定する。伝達関数（Ｗｃ６）演算部９７におけるゲインを「０」にした場合、推定騒音ＳＰＬは「０」となり、騒音を低減する対象にはならず、制御空間Ｐ３，４に対しては騒音低減を行わない。これによって、乗員がいる制御空間Ｐ１，２の騒音のみを低減し、運転席及び助手席に対応した制御空間Ｐ１，２での騒音低減効果を大きくできる。
【０１１０】
乗員がいる制御空間Ｐ１，２での騒音低減効果を大きくするためには、制御空間Ｐ１，２に対応した伝達関数（Ｗｃ６）演算部９７のゲインを「１」に設定すると共に、制御空間Ｐ１，２に対応したピエゾアクチュエータ２０に供給する制御指令値のゲインを高くするように重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａ、重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂを制御する。逆に、制御空間Ｐ３，４に対応したピエゾアクチュエータ２０に供給する制御指令値のゲインを低くするように重み関数（Ｗｃ３）演算部９４ａ、重み関数（Ｗｃ４）演算部９４ｂを制御する。
【０１１１】
また、伝達関数（Ｗｃ６）演算部９７は、重み関数Ｗｃ６を、制御空間Ｐ１〜Ｐ４に亘って低減できる騒音の周波数帯域よりも、制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を低減する周波数帯域を広くする関数とすることができる。さらに、制御空間Ｐを少なくした分に対応した、ピエゾアクチュエータ２０から波動を出力することができる余裕代の電力を用いて、乗員が居る制御空間Ｐの騒音低減を実現できる。
【０１１２】
このように、第３実施形態に係る騒音低減装置は、制御指令値の飽和又はピエゾアクチュエータ２０の故障を検知した場合に、乗員の有無を検知して、乗員が居る制御空間Ｐのみの騒音を低減するようにピエゾアクチュエータ２０の動作を切り換えることができる。したがって、複数のピエゾアクチュエータ２０全体による騒音低減能力が低下しても、少なくとも乗員がいる制御空間Ｐにおける騒音低減効果の低減を回避して、高い騒音低減効果を維持できる。
【０１１３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１１４】
すなわち、上述した説明では、ロードノイズに起因した騒音を低減させる例について説明したが、低減させる騒音の周波数帯域を設定することによって、他の騒音も低減することができる。例えば、エンジン３の動作に起因する騒音に対して騒音低減効果を図る場合には、加速度センサ１０をフロアパネル１のみならずダッシュパネルに貼ることにより、エンジン３に起因した制御空間Ｐにおける騒音の推定を行って、ピエゾアクチュエータ２０を駆動することになる。また、風切り音に関しては、フロントピラーとルーフに加速度センサ１０を貼り付けることで騒音推定を行い、ピエゾアクチュエータ２０を駆動することになる。
【０１１５】
また、上述した騒音を低減させる技術は、フロアパネル１の振動により発生する騒音を低減させる場合に限らず、例えばダッシュパネルやフロントグラス、ルーフパネルといった同じメカニズムで発生する車室内の騒音発生源に対しても、当該部位に加速度センサ１０及びピエゾアクチュエータ２０を設けて、加速度センサ１０によって検出した振動をピエゾアクチュエータ２０によって低減するように制御することによって、同様の騒音低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の概略を説明する図である。
【図２】フロアパネルの構成を示す概略図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の概略を説明するブロック図である。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置における制御指令値算出部の内部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置によってピエゾアクチュエータを制御する処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において推定騒音値を算出する処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置における演算部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、制御指令値が飽和又はピエゾアクチュエータが故障した時に制御指令値の演算処理を再設定する処理手順を含むフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、制御指令値が飽和したときにピエゾアクチュエータの制御指令値の演算を再設定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、ピエゾアクチュエータが故障したときに制御指令値の演算を再設定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、騒音を低減しない場合、ピエゾアクチュエータの出力に制限がない場合、ピエゾアクチュエータの出力が飽和した場合における騒音レベルの変化を示す図である。
【図１３】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、騒音を低減しない場合、ピエゾアクチュエータの出力に制限がない場合、ピエゾアクチュエータの出力が飽和した時又はピエゾアクチュエータが故障した時に制御指令値の演算を再構成する場合における騒音レベルの変化を示す図である。
【図１４】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、騒音を低減しない場合、ピエゾアクチュエータの出力に制限がない場合、ピエゾアクチュエータの出力が飽和した時又はピエゾアクチュエータが故障した時に制御指令値の演算を再構成したものの制御指令値を大きく低下させた場合における騒音レベルの変化を示す図である。
【図１５】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置における制御指令値算出部の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置における演算部の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置においてフィルタ係数を再計算する構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置における演算部の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置においてフィルタ係数を再計算する構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  フロアパネル
２  タイヤ
３  エンジン
４  加速度センサ
１０  加速度センサ
２０  ピエゾアクチュエータ
３０  制御装置
３１  増幅部
３２  制御指令値算出部
４１  Ａ／Ｄ変換部４１
４２  騒音推定部
４３  演算部４３
４４  Ｄ／Ａ変換部４４
５１  伝達関数（Ｇα）演算部
５２  伝達関数（ＧＰ）演算部
５３  伝達関数（ＧＰα）演算部
５４，５５  演算器
６１  制御指令値生成フィルタ
６２  一定ゲイン演算部
６３  駆動不具合検出部
６４  フィルタ係数再設定部
６４Ａ  乗員検出センサ
７１  演算部
８１  伝達関数（ＧＰα）演算部
８２  演算器
９１  伝達関数（Ｇα）演算部
９２  フィルタブロック（Ｃ）
９３  伝達関数（ＧＰ）演算部９３
９４ａ  重み関数（Ｗｃ３）演算部
９４ｂ  重み関数（Ｗｃ４）演算部
９５  重み関数（Ｗｃ５）演算部
９６  演算器
９７  伝達関数（Ｗｃ６）演算部
１０１  車軸
１０２  サスペンション
１０３  メンバ
【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】
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【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】
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【図１９】
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