JP2005225348A - 車室内騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、不要な騒音のみを確実に低減することのできる車室内騒音低減装置を提供する。
【解決手段】 各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの少なくとも３軸方向に加わる入力Ｆijを、入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲによって、それぞれ検出する。検出した各入力Ｆijと伝達関数格納部２１に格納された各伝達関数Ｈijとに基づき、車内音予測部２２で、各入力Ｆijを起振力とする各車内音Ｐijを予測する。予測した各車内音Ｐijと伝達関数格納部２１に格納された音響伝達関数Ｇとに基づき、相殺音生成部２３で、各車内音Ｐijに対する相殺音をスピーカ４から発生させるための相殺音出力信号を生成し、この相殺音出力信号を、各入力Ｆijをリファレンスとした所定タイミングで、スピーカ４に出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の走行に起因して車室内に発生するロードノイズ等の振動騒音を低減する車室内騒音低減装置に関する。

従来より、車室内におけるロードノイズ等の振動騒音を低減するため、この振動騒音と逆位相の音波（相殺音）をスピーカ等の音源から発生させ、これらを互いに干渉させる車室内騒音低減装置については様々な提案がなされている。

例えば、特許文献１には、騒音源からの騒音を検出する騒音センサと、この騒音センサで検出した騒音（参照信号）に基づいて相殺信号を生成する適応制御回路と、適応制御回路で生成された相殺信号に基づいて車室内に相殺音を出力するスピーカと、スピーカから出力された相殺音によって除去されない振動騒音（誤差信号）を検出するマイクロフォンとを備えた車室内騒音低減装置が開示されており、適応制御回路は、マイクロフォンで検出した誤差信号に基づいてフィルタ係数を更新することで、相殺信号の特性を変更するようになっている。
特開平６−１６１４７３号公報

ところで、この種の車室内騒音低減装置においては、乗員にとって不快に感じるロードノイズ等の周期的な騒音を低減する一方で、自車の走行環境等を知る上で必要な他の騒音を乗員にそのまま伝達することが好ましい。

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術のように、騒音センサで検出した騒音に基づいて相殺信号を生成する場合、ロードノイズ等以外の騒音も同時に低減される虞がある。特に、マイクロフォンで検出した誤差信号に基づいて相殺信号の特性を変更した場合、ロードノイズ等以外の騒音の低減が顕著となる虞がある。また、上述のようにマイクロフォンで検出した誤差信号に基づいて相殺信号の特性を変更するためには複雑な回路構成を必要とし、装置の大型化や製造コストの高騰等を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、不要な騒音のみを確実に低減することのできる車室内騒音低減装置を提供することを目的とする。

本発明は、振動源として車体に作用する少なくとも３軸方向の力の入力を検出する入力検出手段と、車内に設定した受音部に音響を出力する音源と、上記振動源の各軸方向にそれぞれ単位荷重を入力した際に上記受音部に伝達される各伝達音の伝達関数を格納するとともに、上記音源から上記受音部に伝達される音響の伝達関数を格納する伝達関数格納手段と、上記入力検出手段によって上記振動源で検出した各入力と上記各伝達音の伝達関数とに基づいて上記各振動源から上記受音部に伝達される車内音を予測する車内音予測手段と、上記車内音予測手段で予測した車内音と上記音響の伝達関数とに基づいて上記音源から発生させる相殺音の出力信号を生成する相殺音生成手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の車室内騒音低減装置によれば、簡単な構成で、不要な騒音のみを確実に低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図１は車室内騒音低減装置の概略構成を示す機能ブロック図、図２は図１の各構成部品の配置図、図３は車内音予測ルーチンを示すフローチャート、図４は相殺音出力制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１，２において、符号１は、車室内騒音（車内音）の一例として、路面から各車輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲを通じて車体に伝達される力の入力を振動源とするロードノイズを低減するための車室内騒音低減装置を示す。この車室内騒音低減装置１は、コントロールユニット２を中心として要部が構成され、このコントロールユニット２には、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲに路面から伝達される入力を検出する入力検出手段としての入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲと、車室内に設定した受音部１０に対して音波を出力する音源としてのスピーカ４とが接続されている。なお、受音部１０は、例えば、図２に示すように、車室内において、前席寄りの車幅方向略中央上部に設定されている。

ここで、各入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲは、例えば、それぞれ所定方向に配向する複数の歪みゲージを備えた入力センサで構成され、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲのアクスルハウジング（図示せず）内に埋設されている。そして、各入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲは、各方向に配向された歪みゲージによって、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲのホイルセンタに作用する少なくとも３軸方向の力の入力Ｆijを個別に検出する。すなわち、各入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲは、前後方向の力の入力Ｆrfx，Ｆlfx，Ｆrrx，Ｆlrxを検出する前後入力センサ３ＲＦｘ，３ＬＦｘ，３ＲＲｘ，３ＬＲｘ、車幅方向の力の入力Ｆrfy，Ｆlfy，Ｆrry，Ｆlryを検出する横入力センサ３ＲＦｙ，３ＬＦｙ，３ＲＲｙ，３ＬＲｙ、及び、上下方向の力の入力Ｆrfz，Ｆlfz，Ｆrrz，Ｆlrzを検出する上下入力センサ３ＲＦｚ，３ＬＦｚ，３ＲＲｚ，３ＬＲｚとしてそれぞれ機能する。

図１に示すように、コントロールユニット２は、伝達関数格納手段としての伝達関数格納部２１と、車内音予測手段としての車内音予測部２２と、相殺音生成手段としての相殺音生成部２３とを有して構成されている。

伝達関数格納部２１には、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの各軸方向にそれぞれ基準となる所定入力（例えば、１Ｎの基準入力）を入力した際に受音部１０に伝達される各伝達音（車内音）の伝達関数Ｈijが格納されている。すなわち、伝達関数格納部２１には、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの前後方向にそれぞれ単位入力が作用した際に受音部１０に伝達される伝達音の伝達関数Ｈrfx，Ｈlfx，Ｈrrx，Ｈlrx、横方向にそれぞれ単位入力が作用した際に受音部１０に伝達される伝達音の伝達関数Ｈrfy，Ｈlfy，Ｈrry，Ｈlry、及び、上下方向にそれぞれ単位入力が作用した際に受音部１０に伝達される伝達音の伝達関数Ｈrfz，Ｈlfz，Ｈrrz，Ｈlrzが格納されている。さらに、伝達関数格納部２１には、スピーカ４から受音部１０に伝達される放射音の音響伝達関数Ｇが格納されている。ここで、伝達関数格納部２１に格納される各伝達関数Ｈij及び音響伝達関数Ｇは、例えば、実車のベンチ試験等により受音部１０で計測された計測音に基づいて算出され、データベース化されたものである。

車内音予測部２２には、各入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲで検出した各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの各軸方向の入力Ｆijと、伝達関数格納部２１に格納された各伝達関数Ｈijとが入力される。そして、車内音予測部２２は、それぞれ対応する入力Ｆijと伝達関数Ｈijとに基づき、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの各軸方向に路面から力が入力された際に受音部１０に伝達される車内音（音圧）Ｐijを個別に予測する。

具体的には、車内音予測部２２は、各車内音Ｐijを、
Ｐij＝Ｈij×Ｆij … （１）
によって算出する。すなわち、例えば、右前輪１１ＲＦの前後方向に路面から作用した入力Ｆrfxに起因する受音部１０での車内音Ｐrfxは、（１）式を用いて、
Ｐrfx＝Ｈrfx×Ｆrfx
と算出される。

相殺音生成部２３には、各入力検出センサ３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲで検出した各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの各軸方向の入力Ｆijと、伝達関数格納部２１に格納された音響伝達関数Ｇと、車内音予測部２２で算出した各車内音Ｐijが入力される。そして、相殺音生成部２３は、各車内音Ｐijと同等の音響をスピーカ４から受音部１０に伝達するのに必要なスピーカ４の膜の各体積速度Ｑijを音響伝達関数Ｇを用いて算出する。ここで、相殺音生成部２３は、各体積速度Ｑijを、
Ｑij＝Ｐij／Ｇ … （２）
によって算出する。すなわち、例えば、車内音Ｐrfxと同等の放射音をスピーカ４から受音部１０に伝達するのに必要なスピーカ４の膜の体積速度Ｑrfxは、（２）式を用いて、
Ｑrfx＝Ｐrfx／Ｇ
と算出される。さらに、相殺音生成部２３は、算出した各体積速度Ｑijに基づいて、各車内音Ｐijと同振幅・逆位相の放射音をスピーカ４から受音部１０に出力するための相殺音出力信号をそれぞれ生成し、これらの出力信号を、各入力Ｆijをリファレンスとして決定した所定タイミングでスピーカ４に出力する。

次に、車内音予測部２２で実行される各車内音Ｐijの予測について、図３に示す車内音予測ルーチンのフローチャートに従って説明する。ここで、各車内音Ｐijの予測は、入力Ｆij毎に個別に実行されるものである。ルーチンがスタートすると、車内音予測部２２は、先ず、ステップＳ１０１において、所定の入力検出センサ３で計測された所定軸方向の入力Ｆij信号を入力する。

続くステップＳ１０２において、車内音予測部２２は、入力Ｆijが所定周期で周期変動しているか否かを調べる。すなわち、車内音予測部２２は、ステップＳ１０２において、入力Ｆijが、例えば、ロードノイズの起振力となり得る５００Ｈｚ以下の周期で定常的に周期変動しているか否かを判定する。そして、ステップＳ１０２において、入力Ｆijが所定周期で周期変動していないと判定すると、車内音予測部２２は、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０２において、入力Ｆijが所定周期で周期変動していると判定すると、車内音予測部２２はステップＳ１０３に進み、上述の（１）式を用いて車内音Ｐijを算出（予測）した後、ルーチンを抜ける。

次に、相殺音生成部２３で実行される各車内音Ｐijに対する相殺音の出力制御について、図４に示す相殺音出力制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。ここで、スピーカ４を通じた相殺音の出力制御は、車内音Ｐij毎に個別に実行されるものである。ルーチンがスタートすると、相殺音生成部２３は、先ず、ステップＳ２０１において、車内音予測部２２で予測した車内音Ｐijが、乗員に煩わしさを感じさせ得る所定レベル以上の車内音であるか否かを調べる。そして、ステップＳ２０１において、車内音Ｐijが所定レベル以下の車内音であると判定すると、相殺音生成部２３は、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２０１において、車内音Ｐijが所定レベル以上の車内音であると判定すると、相殺音生成部２３は、ステップＳ２０２に進み、上述の（２）式を用いて、必要とする体積速度Ｑijを算出し、この体積速度Ｑijに基づいて車内音Ｐijと同振幅・逆位相の放射音をスピーカ４から受音部１０に出力するための相殺音出力信号を生成する。

続くステップＳ２０３において、相殺音生成部２３は、周期変動する入力Ｆijをリファレンスとして相殺音出力信号の出力タイミングを決定した後ステップＳ２０４に進み、スピーカ４に対し、決定した出力タイミングで相殺音出力信号を出力した後、ルーチンを抜ける。

このような形態によれば、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲの少なくとも３軸方向に加わる各入力Ｆijに基づいて、受音部１０に伝達される車内音Ｐijを直接的に予測し、その相殺音を生成する構成とすることにより、有用な他の騒音を低減することなく、乗員にとって煩わしいロードノイズを効果的に低減することができる。

その際、入力Ｆijが所定に周期変動している場合に限定して受音部１０での車内音Ｐijを予測することにより、たとえ、各輪１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲに加わる入力Ｆijに起因する騒音であっても、有用な騒音は乗員に認識させることができる。すなわち、周期的なロードノイズ以外の騒音を低減制御の対象外とすることにより、例えば、自車が段差や障害物を乗り越えたときに発生する騒音を車外情報として乗員に的確に認識させることができる。

なお、上述の形態においては、車内騒音としてロードノイズを低減する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、エンジンの駆動に起因して車室内に周期的に伝達される車内音の低減に適用してもよいことは勿論である。

また、上述の形態においては、単一のスピーカによって車内音に対する相殺音を出力する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のスピーカを協働させて車内音に対する相殺音を出力してもよいことは勿論である。

車室内騒音低減装置の概略構成を示す機能ブロック図 図１の各構成部品の配置図 車内音予測ルーチンを示すフローチャート 相殺音出力制御ルーチンを示すフローチャート

符号の説明

１ … 車室内騒音低減装置
３ＲＦ，３ＬＦ，３ＲＲ，３ＬＲ … 入力検出センサ（入力検出手段）
４ … スピーカ（音源）
１０ … 受音部
１１ＲＦ，１１ＬＦ，１１ＲＲ，１１ＬＲ … 車輪（起振源）
２１ … 伝達関数格納部（伝達関数格納手段）
２２ … 車内音予測部（車内音予測手段）
２３ … 相殺音生成部（相殺音生成手段）
Ｆij … 入力
Ｈij … 伝達関数
Ｐij … 車内音
Ｇ … 音響伝達関数（音響の伝達関数）
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (3)

1. 振動源として車体に作用する少なくとも３軸方向の力の入力を検出する入力検出手段と、
   車内に設定した受音部に音響を出力する音源と、
   上記振動源の各軸方向にそれぞれ単位荷重を入力した際に上記受音部に伝達される各伝達音の伝達関数を格納するとともに、上記音源から上記受音部に伝達される音響の伝達関数を格納する伝達関数格納手段と、
   上記入力検出手段によって上記振動源で検出した各入力と上記各伝達音の伝達関数とに基づいて上記各振動源から上記受音部に伝達される車内音を予測する車内音予測手段と、
   上記車内音予測手段で予測した車内音と上記音響の伝達関数とに基づいて上記音源から発生させる相殺音の出力信号を生成する相殺音生成手段とを備えたことを特徴とする車室内騒音低減装置。
2. 上記車内音予測手段は、上記入力検出手段で検出した入力が所定に周期変動しているとき、上記受音部での車内音を予測することを特徴とする請求項１記載の車室内騒音低減装置。
3. 上記相殺音生成手段は、上記車内音予測手段で予測した車内音が所定レベル以上であるとき、上記相殺音の出力信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車室内騒音低減装置。

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