(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生源からの周期性の入力パルス信号に基づいて信号生成部において該入力パルス信号の周波数と同一周波数である制御周波数の入力信号を形成し、該入力信号に対して適応フィルタの振幅係数及び位相係数の関数であるフィルタ係数により振幅及び位相補償を行い、振幅及び位相補償された
出力信号が制御対象系の伝達経路を通過した後、該伝達経路通過後の出力と前記振動発生源からの外力を加算し、該加算の結果である誤差信号と前記制御対象系の予め規定された推定伝達関数により前記入力信号を振幅及び位相処理した処理信号とに基づいてデジタルフィルタにより前記振幅係数及び位相係数の逐次更新を行い、前記伝達経路通過後の出力によって前記外力を抑制するようにした適応制御法を用いたアクチュエータ搭載エンジンマウントの能動的振動制御方法において、
前記適応制御法による演算が、固定小数点演算によって行われるものであり、かつ前記制御対象系における制御状態に応じて、前記誤差信号を増幅手段によって増幅するようにし、
前記増幅手段が、前記制御対象系における制御状態の違いに応じた複数の異なる増幅度の増幅器と、誤差信号入力線のいずれかの増幅器への接続を切り替える切替手段とを備えており、前記制御対象系における制御状態の違いに応じて前記切替手段により対応する増幅器に接続が切り替えられる
ことを特徴とする適応制御法を用いたアクチュエータ搭載エンジンマウントの能動的振動制御方法。
【請求項２】
前記制御状態として、フェールチェックの場合はノーマルゲインであり、実際の振動制御時は増幅ゲインとしたことを特徴とする前記請求項１に記載の適応制御法を用いたアクチュエータ搭載エンジンマウントの能動的振動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の振動を能動的に除去するための適応制御法を用いた能動的振動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、適応制御法を用いた能動的振動制御方法としては、例えば図５に示すような適応最小平均自乗フィルタ（以下、Filtered-X LMSと記す）を用いた適応制御が知られている。すなわち、例えば制御対象である自動車のエンジン等の振動発生源３５から、クランク軸回転パルスやイグニッションパルス信号をセンサにより取り出して、波形整形されて制御対象信号と同一周波数のパルス信号ｓにされる。また、振動発生源３５からの振動が、伝達系３６（Ｇ′）を通して車室内に外力ｄとして伝播される。パルス信号ｓは、参照信号生成部１により制御対象信号と同一周波数の正弦波に変換して参照信号ｘにされる。そして、参照信号ｘは、振幅補償係数及び位相補償係数の関数である適応フィルタＷ２のフィルタ係数により振幅補償及び位相補償され、出力信号ｙが形成される。
【０００３】
出力信号ｙは、制御対象系の伝達経路（伝達関数Ｇ）３に入力され、制御対象系の伝達経路３を経て処理信号ｚが出力される。＾を冠して標記される推定伝達関数Ｇ＾４は、制御対象系の伝達経路（伝達関数Ｇ）３を予めインパルス応答測定か、周波数掃引加振試験等によって得られた推定の伝達関数であり、制御対象系の伝達経路（伝達関数Ｇ）３の推定値が制御プログラム内で、制御対象の各周波数に対応して記憶されて、適応フィルタの更新時に引用される。
【０００４】
処理信号ｚは、エンジンの振動等である伝達系３６（Ｇ′）を経た外力ｄが加算され、観測値としてセンサにより検出される。振動制御においてはセンサの検出値の目標は０であり、目標との差が誤差信号ｅになる。この誤差信号ｅと推定伝達関数４の推定値ｇを用い、ＦＩＲフィルタ（有限インパルスレスポンスディジタルフィルタ）５により適応フィルタＷのフィルタ係数が逐次更新される。このように、Filtered-X LMSによる適応制御系においては、最適に更新された適応フィルタＷを用いて振幅及び位相補償された処理信号ｚにより外力が除去されるようになっている。
【０００５】
一方、このFiltered-X LMSによる適応制御法におけるフィルタ係数の演算量を低減する他の適応制御法として、図６に示すような、遅延調和シンセサイザ最小平均自乗フィルタ（以下、DXHS LMSと記す）を用いた適応制御法が知られている。この適応制御法では、例えば信号源である自動車のエンジン等の振動発生源３５から、クランク軸回転パルス等をセンサにより取り出して、周波数判定部４１にて制御対象周波数ωであることが判定されると共に、制御対象周波数ωの制御対象信号が選択され、正弦波の入力信号ｘとして適応フィルタＷ４２に出力される。入力信号ｘは、適応フィルタＷ４２のフィルタ係数により振幅補償及び位相補償され、かつ正弦波の出力信号ｙに合成されて出力される。出力信号ｙは、制御対象系の伝達経路（伝達関数Ｇ）４３を通過後、処理信号ｚが出力される。処理信号ｚにはエンジンの振動等である伝達系３６（Ｇ′）を経た外力ｄが加算され、観測値としてセンサにより検出される。振動制御においてはセンサの検出値の目標は０であり、目標との差が誤差信号ｅになる。この誤差信号ｅと推定伝達関数４４の推定値ｇを用い、デジタルフィルタ４５（DXHS LMS）により適応フィルタＷ４２のフィルタ係数が逐次更新される。
【０００６】
以上に示したように、上記DXHS LMSを用いた適応制御のアルゴリズムにおいては、係数更新のための畳み込み演算を必要とせず、参照信号の生成においても畳み込み演算は不要であり、そのため、周期性の振動あるいは騒音において、その基本波とその高次成分を制御対象とした場合に、入力に外部からの高調波信号を必要としない。また内部で仮想入力の算出を行うことなしに基本周期のみから演算処理が可能であり、フィルタ係数更新及び参照信号生成のための畳み込み演算も不要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両等の振動制御のために使用される上記各適応制御法を用いた能動的振動制御方法においては、制御コストを抑える為に低コストのマイクロコンピュータが使用される。この場合、特に制御演算部分において、演算負荷が大きい浮動小数点演算を採用することは困難である為、演算負荷の小さい固定小数点演算が採用されている。しかるに、固定小数点演算では、取扱うことができる数値の範囲が小さく、そのために浮動小数点演算に比べて演算精度が劣ることになる。さらに、制御対象である車両等では、周波数によって十分な信号感度が得られない場合があり、そのような場合には、さらに演算精度が悪化する。このように、固定小数点演算では精度の良いフィルタ係数演算結果が得られないため、出力信号において発散が生じるおそれがあった。これに対して、誤差信号を検出するセンサ側で、信号レベルの変化に対応することが可能である。しかし、この場合は、制御対象が変わる毎に専用のセンサが必要となり、これに対応することは非常に煩雑であると共にコストも要することになる。
【０００８】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、制御対象における制御状態の違いによる誤差信号のレベルが低くなる場合に、固定小数点演算を用いても、出力信号の発散を起こさない適正な演算を安価に行うことができる適応制御法を用いたアクチュエータ搭載エンジンマウントの能動的振動制御方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、振動発生源からの周期性の入力パルス信号に基づいて信号生成部において入力パルス信号の周波数と同一周波数である制御周波数の入力信号を形成し、入力信号に対して適応フィルタの振幅係数及び位相係数の関数であるフィルタ係数により振幅及び位相補償を行い、振幅及び位相補償された出力信号が制御対象系の伝達経路を通過した後、伝達経路通過後の出力と振動発生源からの外力を加算し、加算の結果である誤差信号と制御対象系の予め規定された推定伝達関数により入力信号を振幅及び位相処理した処理信号とに基づいてデジタルフィルタにより振幅係数及び位相係数の逐次更新を行い、伝達経路通過後の出力によって外力を抑制するようにした適応制御法を用いたアクチュエータ搭載エンジンマウントの能動的振動制御方法において、適応制御法による演算が、固定小数点演算によって行われるものであり、かつ制御対象系における制御状態に応じて、誤差信号を増幅手段によって増幅するようにし、増幅手段が、制御対象系における制御状態の違いに応じた複数の異なる増幅度の増幅器と、誤差信号入力線のいずれかの増幅器への接続を切り替える切替手段とを備えており、制御対象系における制御状態の違いに応じて切替手段により対応する増幅器に接続が切り替えられることにある。
【００１０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、振動発生源からの周期性の入力パルス信号に基づいて信号生成部において入力パルス信号の周波数と同一周波数である制御周波数の入力信号が形成され、入力信号に対して適応フィルタの振幅係数及び位相係数の関数であるフィルタ係数により振幅及び位相補償が行われる。振幅及び位相補償された出力信号が制御対象系の伝達経路を通過した後、該伝達経路通過後の出力と前記振動発生源からの外力を加算することにより誤差信号が得られる。この誤差信号と制御対象系の予め規定された推定伝達関数により入力信号を振幅及び位相処理した処理信号とに基づいてデジタルフィルタにおいて固定小数点演算により振幅係数及び位相係数の逐次更新が行なわれる。
【００１１】
ここで、例えば制御対象系のフェールチェックを行うような場合、誤差信号が通常の振幅レベルにあるので、誤差信号はそのままデジタルフィルタに入力される。一方、例えば伝達関数の測定時や通常の制御時のように、誤差信号のレベルが低い場合には、誤差信号のレベルに応じて信号レベルを高めるために増幅が行われる。そのため、デジタルフィルタに入力される誤差信号のレベルが常に適正な値にされる。その結果、演算精度が必ずしも十分ではない固定小数点演算を採用することによっても、浮動小数点演算を行なった場合と同様に、出力信号の発散の起こらない適正な演算を行うことができる。
【００１２】
また、上記請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記請求項１に記載の適応制御法を用いたアクチュエータ搭載エンジンマウントの能動的振動制御方法において、制御状態として、フェールチェックの場合はノーマルゲインであり、実際の振動制御時は増幅ゲインとしたことにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、同実施形態である車両に適用されたDXHS LMSによる適応制御法を用いた能動的振動除去システムを模式図により概略的に示し、図２はエンジンマウントを断面図により概略的に示し、図３は振動除去システムの能動制御構成をブロック図により示したものである。振動除去システムは、車体１０に搭載されたアクチュエータ搭載エンジンマウント２０と、振動発生源であるエンジン１１の回転数を検知する回転数センサ１２と、シート１３の下に設けられたピックアップ加速度センサ１４と、電気制御装置３０とを備えている。
【００１４】
エンジンマウント２０は、例えば図２に示すように、筒状のケース２１内に、防振ゴム２２と、防振ゴム２２の下方にエンジンの動的変位を制御する電磁式アクチュエータ２３を備えている。防振ゴム２２は、ケース２１の内壁に固定されると共に、固定金具２４に取り付けられている。固定金具２４には、防振ゴム２２のストッパ部２２ａが、ケース２１の一端に向けて設けられている。固定金具２４の軸心位置には、固定軸２５が軸方向に向けて取り付けられており、その先端がケース２１の一端側に設けた貫通穴２１ａから突出している。ケース２１の他端には、固定軸２６が設けられている。エンジンンマウント２０は、固定軸２６によって車体１０に固定され、固定軸２５にエンジン１１を取り付けることにより、エンジン１１を支持している。
【００１５】
エンジン１１のクランク軸には回転数センサ１２が取り付けられており、またシート１３の下部にはピックアップ加速度センサ１４が取り付けられている。回転数センサ１２は、クランク軸回転パルス信号を出力し、これに基づいて制御部３１は、出力信号の基本周波数を決定する。また、ピックアップ加速度センサ１４は誤差信号を出力し、システムの位相特性も予め測定して出力する。
【００１６】
振動除去システムの電気制御装置３０は、マイクロコンピュータよりなる制御部３１を備えており、その一部に増幅部３２と、DXHS LMSによる適応制御部４０を設けている。制御部３１の入力側には、上記回転数センサ１２及びピックアップ加速度センサ１４が接続されている。ピックアップ加速度センサ１４は、増幅部３２を介して適応制御部４０に接続されている。増幅部３２は、２つの増幅器３３ａ，３３ｂ及び単なる信号線３３ｃと、切替スイッチ３３ｄとを備えている。切替スイッチ３３ｄは、制御部３１の指令に応じてピックアップ加速度センサ１４の入力線と、各増幅器３３ａ，３３ｂ及び単なる信号線３３ｃのいずれか１つとの接続を切り替える。増幅器３３ａは、増幅度Ａ（Ａ＞１）であり、増幅器３３ｂは増幅度Ｂ（Ｂ＞Ａ）である。制御部３１の出力側は、パルス幅変調ドライバ（ＰＷＭドライバ）３４を介してエンジンマウント２０のアクチュエータ２３に接続されている。
【００１７】
適応制御部４０は、図３（ａ）に示すように、基本的には図６に示したDXHS LMSを用いた適応制御系で構成され、これに加えてさらに誤差信号をデジタルフィルタ４５に入力する信号線に上記増幅部３２の増幅器３３ａ，３３ｂ及び信号線３３ｃと、切替スイッチ３３ｄが配設されている。なお、図３（ｂ）に示すように、増幅部３２は、各増幅器３３ａ，３３ｂの前にそれぞれＡＣカップリング用コンデンサ３３ｆ，３３ｅを配設してもよい。その結果、温度等の環境要因及び各増幅器自体によるドリフトを対策することができる。
【００１８】
つぎに、実施形態の動作について説明する。
例えば制御状態として、誤差信号としてゼロ点を固定し５Ｖで貼り付けたフェールチェックを行う場合はノーマルゲイン（増幅度１）であり、実際の振動制御時は増幅ゲイン（増幅度Ａ＞１）とし、制御系の伝達関数を測定するときは増幅ゲイン（増幅度Ｂ＞Ａ）を採用することが、予め規定されているとする。
【００１９】
制御が伝達関数測定の場合、制御部３１は、回転数センサ１２からの入力パルス信号ｓに基づいて周波数判定部４１において制御周波数を算出すると共に、制御周波数の正弦波信号である入力信号ｘを出力する。つぎに、制御部３１は、入力された誤差信号ｅを処理する。ここでは、増幅ゲインＢが採用されるので、制御部３１は、切替スイッチ３３ｄによって誤差信号入力線の接続を増幅器３３ｂに切り替える。増幅器３３ｂによって増幅された誤差信号ｅと、制御対象系の予め規定された推定伝達関数４４により入力信号ｘを処理して得られた処理信号ｇとを用いて、デジタルフィルタ４５により振幅係数ａ及び位相係数φの更新処理が行われ、更新された振幅係数ａ及び位相係数φが出力される。さらに、制御部３１は、適応フィルタＷ４２においては、更新されたフィルタ係数によって、入力信号ｘの振幅補償及び位相補償を行い、出力信号ｙを出力する。
【００２０】
また、実際の振動制御時は、制御部３１は、入力された誤差信号ｅを処理するにあたって、切替スイッチ３３ｄによって入力線の接続を増幅器３３ａに切り替える。これにより、誤差信号が増幅度Ａに増幅され、デジタルフィルタ４５に入力される。このようにレベルの高められた誤差信号により、デジタルフィルタ４５において、振幅係数ａ及び位相係数φの更新処理が発散の生じないように適正に行われる。さらに、フェールチェックのときは、増幅ゲインが１なので、制御部３１は、入力された誤差信号ｅを処理するにあたって、切替スイッチ３３ｄにより入力線の接続を信号線３３ｃに切り替えて、通常の適応制御を行う。
【００２１】
以上に説明したように、本実施形態においては、例えば制御系のフェールチェックを行う場合のように、誤差信号が通常の振幅レベルにあるときは、誤差信号はそのままデジタルフィルタに入力される。又、例えば伝達関数の測定時や通常の制御時のように、誤差信号の振動レベルが低い場合には、誤差信号のレベルに応じて信号レベルを高めるために増幅が行われる。このように、本実施形態においては、制御対象系における制御状態に応じて、デジタルフィルタ４５に入力される誤差信号ｅの信号レベルが低い場合には、レベルに応じて適正に増幅されるため、デジタルフィルタ４５に入力される誤差信号ｅのレベルが常に適正な値にされる。
【００２２】
その結果、制御部３１は、演算精度が必ずしも十分ではない固定小数点演算を採用しているが、これによっても浮動小数点演算と同様に、出力信号の発散の起こらない適正な演算を安価に行うことができる。さらに、制御部３１によって、誤差信号のレベルを変更できるため、本発明を適用する相手車両等が変った場合でも、異なる仕様のセンサを用意する必要がない。
【００２３】
なお、上記実施形態においては、制御形態として、フェールチェックの場合はノーマルゲイン（増幅度１）であり、実際の振動制御時は増幅ゲイン（増幅度Ａ）とし、制御系の伝達関数を測定するときは増幅ゲイン（増幅度Ｂ＞Ａ）としたがこれに限るものではなく、制御対象系における制御状態に応じて適宜変更される。例えば、フェールチェックの場合及び実際の振動制御の場合はノーマルゲインとし、制御系の伝達関数を測定するときのみ増幅ゲインとすることがある。また、実際の振動制御の場合のみを増幅ゲインとし、制御系の伝達関数を測定するとき及びフェールチェックのときに、ノーマルゲインとすることがある。さらに、フェールチェック、実際の振動制御及び制御系の伝達関数測定のいずれにおいても、増幅ゲインとすることがある。その他の組合せの場合も可能である。
【００２４】
つぎに、上記実施形態の具体的実施例について説明する。
図４に示すように、振動制御において、演算が固定小数点演算であり、増幅部を従来のようにノーマルゲインとしたときの振動レベル（図中の点線で示す）は、浮動小数点演算としたときの振動レベル（図中の細い実線で示す）より大幅に劣っていることが明らかである。これに対し、振動制御において、信号レベルに応じて増幅部３３が増幅器３３ａに切り替えられたときの振動レベル（図中の太い実線で示す）は、演算を浮動小数点としたときの振動レベルとほぼ同等になり、ノーマルゲインの時に比べて格段に振動レベルが改善された。
【００２５】
なお、上記各実施形態においては、DXHS LMSによる適応制御を用いた振動除去システムについて説明しているが、本発明をFiltered-X LMS等による他の適応制御系に対しても同様に適用することができる。また、上記実施形態では、自動車のエンジン振動に伴う制御対象系の振動を除去するため用いられているが、本発明に係る振動除去システムをその他の振動発生系における周期性振動や騒音の除去にも用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、デジタルフィルタに入力される誤差信号のレベルが常に適正な値に維持されるため、誤差信号の演算処理において、演算精度が必ずしも十分ではない固定小数点演算を採用することによっても、演算精度のよい高価な浮動小数点演算の場合と同様に、出力信号の振幅あるいは位相に発散の起こらない適正な演算を安価に行うことができる。さらに、誤差信号を制御によって変更できるため、本発明を適用する相手車両等が変った場合でも、異なる仕様のセンサを用意する必要がない。また、制御対象系における制御状態の違いに応じて切替手段により対応する増幅器に切り替えられるため、常に増幅手段によって誤差信号を適正なレベルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるDXHS LMSによる適応制御法を用いた能動的振動除去システムを概略的に示す模式図である。
【図２】同振動除去システムを適用した車両に使用されるエンジンマウントの一例を示す一部断面図である。
【図３】同振動除去システムの適応制御系（DXHS LMS）を示すブロック図である。
【図４】具体的実施例である、固定小数点演算における誤差信号がノーマルゲインのとき及び増幅ゲインのときの振動レベルとエンジン回転数（周波数）との関係、及び比較例である浮動小数点演算における振動レベルとエンジン回転数（周波数）との関係を示すグラフである。
【図５】従来例である適応制御系（Filtered-X LMS）を示すブロック図である。
【図６】従来例である適応制御系（DXHS LMS）を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…車体、１１…エンジン、１２…回転数センサ、１４…ピックアップ加速度センサ、２０…エンジンマウント、２３…アクチュエータ、３０…電気制御装置、３１…制御部、３２…増幅部、３３ａ，３３ｂ…増幅器、３３ｃ…信号線、３３ｄ…切替スイッチ、３３ｅ，３３ｆ…ＡＣカップリング用コンデンサ、３５…振動発生源、３６…伝達系、４０…適応制御部、４２…適応フィルタＷ、４３…制御対象系伝達経路（伝達関数Ｇ）、４４…推定伝達関数Ｇ＾、４５…デジタルフィルタ（DXHS LMS）。
【図１】
0003780212.tif 000002
【図２】
0003780212.tif 000003
【図３】
0003780212.tif 000004
【図４】
0003780212.tif 000005
【図５】
0003780212.tif 000006
【図６】
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