JP2006215993A - 能動振動制御装置及び能動振動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域にわたって高い振動抑制効果が得られる能動振動制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】パネル４の振動を検出する振動検出手段１と、制御信号を入力することでパネル４に制御振動を与える振動発生手段２と、振動検出手段１が検出した振動を示す検出信号を処理して、振動を抑制するように振動発生手段２を駆動する制御信号を生成する制御指令生成手段とを備える能動振動制御装置であって、振動発生手段２は、パネル４に貼付された、制御信号の入力に対して歪みを発生する平面状に成型された素子からなり、振動検出手段１は、振動発生手段２にステップ状の制御信号を入力した場合に、パネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなパネル４上の領域Ｒに配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は能動振動制御装置及び能動振動制御方法に関し、特に、制御対象の振動を制御振動により能動的に除去する振動及び騒音の制御技術に関する。

走行中の自動車は、エンジンやサスペンションなどの振動が車体パネルに伝播し、車体パネルが振動することで車室内に騒音が発生する。車室内騒音は乗員の快適性に大きな影響を与えるため、従来から車室内騒音を低減するための様々な技術が開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。

車室内騒音の低減技術としては、吸音材や防音材を車体に付加することで車室内への騒音の進入を低減するパッシブな方法によるものと、車体に別の騒音／振動源を設置し、目的とする騒音をキャンセルするように制御することで騒音を低減するアクティブな方法によるものがある。アクティブ方式の代表的な例として、騒音源の振動を検出するセンサと、車室内に設置したマイクロフォンとで検出した信号をフィルタリング処理して、２次音源として設置されたスピーカから音を発することで、マイクロフォンを設置した点における騒音をキャンセルするアクティブノイズキャンセラー（Active Noise Canceller, ＡＮＣ）が広く知られている。

しかし、ＡＮＣは騒音源における振動を検出する必要があるため、ロードノイズのように騒音源を一つに限定できない騒音の場合には多数のセンサが必要になるという問題点がある。また、消音効果が得られるのはマイクロフォンの近傍に限定されるため、広い範囲にわたって消音効果を得るためには多数のマイクロフォンを設置しなければならない、という問題点もある。

上記問題点に鑑みて、特許文献１では、車体パネルのある一点における振動を検出し、その点から放射される音（振動）をキャンセルするようにアクチュエータを振動させることで車室内騒音を低減する方法が開示されている。特許文献１に開示された発明では、マイクロフォンを必要とせず、振動源を限定する必要もないので、ＡＮＣのように制御系の構成を複雑化することなく、簡便な形で制御系を構成できる点にメリットがある。
特開平７−１９９９５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明では、振動を振動で相殺するというフィードフォワードの制御方式を想定した構成となっている。そのため、車体パネルのような複雑な構造部材に対して制御則を設計しようとする場合を考えると、特定の周波数に限定すれば最適な制御則を設計することが可能である。しかし、広帯域にわたって最適な消音効果が得られる制御則は、周波数特性が複雑な挙動を示すために、因果律を満たすように構成可能であるとは限らず、現実には効果の得られる周波数帯域が狭くなるという問題点があった。

上記問題点を解決するために、本発明の特徴の１つは、パネルの振動を検出する振動検出手段と、制御信号を入力することでパネルに制御振動を与える振動発生手段と、振動検出手段が検出した振動を示す検出信号を処理して、振動を抑制するように振動発生手段を駆動する制御信号を生成する制御指令生成手段とを備える能動振動制御装置であって、振動発生手段は、パネルに貼付された、制御信号の入力に対して歪みを発生する平面状に成型された素子からなり、振動検出手段は、振動発生手段にステップ状の制御信号を入力した場合に、パネルの初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなパネル上の領域に配置されていることである。

本発明によれば、振動発生手段にステップ状の制御信号を印加したときの初期変位と定常変位の方向が一致するパネル上の領域に振動検出手段を配置しているため、振動発生手段への入力から振動検出手段からの出力までの入出力特性が逆応答を示すことがなくなるので、高いゲインをかけたフィードバック制御を適用しても制御系が不安定化することがなくなり、広帯域にわたって高い振動抑制効果が得られる能動振動制御装置及び能動振動制御方法を提供することができる。

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。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係わる能動振動制御装置は、例えば車両５上に搭載され、車両５のフロアパネル４の振動を検出して、当該振動によって放射される車室内６の騒音を低減するために、当該振動をキャンセルすることを目的とする。

この目的を達成するために、能動振動制御装置は、少なくとも、フロアパネル４の振動を検出する振動検出手段（例えば、加速度センサ）１と、制御信号を入力することでフロアパネル４に制御振動を与える振動発生手段２と、加速度センサ１が検出した振動を示す検出信号を処理して、当該振動を抑制するように振動発生手段２を駆動する制御信号を生成する制御指令生成手段（図１においてはコントローラ３）とを構成要素として備える。

加速度センサ１は、貼付したフロアパネル４の場所に発生している加速度に比例した電圧を出力するセンサである。

振動発生手段２は、フロアパネル４に貼付され、コントローラ３からの制御信号の入力に対して歪みを発生する平面状に成型された素子からなる。このような素子の一例として、所定の電圧を印加されることにより自らが歪み、フロアパネル４にその歪みを伝達するピエゾアクチュエータ２がある。ピエゾアクチュエータ２が連続的にフロアパネル４に歪みを伝達することにより制御振動が形成される。なお、ピエゾアクチュエータ２は、結晶に電界を加えると電界に比例した歪みが生じるピエゾ効果（圧電効果）を利用したピエゾ電気アクチュエータ（piezo-electric actuator）の意である。

予め、車室内６に伝わる騒音への寄与率が高いフロアパネル４の位置を何らかの方法で特定し、その位置の片面にピエゾアクチュエータ２、別の面に加速度センサ１が貼付される。これにより、能動振動制御装置の振動制御効率或いは振動制御能力を最大限引き出すことが出来る。フロアパネル４とピエゾアクチュエータ２とは接着剤等で十分に密着するように貼付される。加速度センサ１とピエゾアクチュエータ２はコントローラ３を介して接続されている。加速度センサ１が検出した検出信号をコントローラ３によって処理し、コントローラ３から出力される電圧（制御信号）によってピエゾアクチュエータ２を駆動する。コントローラ３は、フロアパネル４の振動がピエゾアクチュエータ２が生成する制御振動と干渉してキャンセルされるように、ピエゾアクチュエータ２を駆動する。フロアパネル４の振動がキャンセルされることにより、当該振動によって放射される車室内６の騒音が低減される。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ、加速度センサ１及びピエゾアクチュエータ２が配置されたフロアパネル４の部分を拡大した断面図及び真下から見た投影図である。加速度センサ１は、ピエゾアクチュエータ２が貼付されたフロアパネル４の裏側に配置されている。具体的には、平板状のピエゾアクチュエータ２のほぼ中央（幾何学的重心点）付近の点の裏側に、加速度センサ１が貼付されている。加速度センサ１とピエゾアクチュエータ２にはそれぞれハーネス７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが取り付けられ、それぞれコントローラ３に接続されている。

図３（ａ）はピエゾアクチュエータ２の性質を説明した図である。ピエゾアクチュエータ２は、セラミクスなどの圧電材料２１を金属板２２上に成型して作られる素子である。図３（ｂ）に示すように、圧電材料２１は電圧をかけると歪みが生じる材料であり、圧電材料２１が歪むことで金属板２２に曲げ変位が発生する。このようなピエゾアクチュエータ２をフロアパネル４上に貼付して電圧をかけると、ピエゾアクチュエータ２の変形によってフロアパネル４を振動させる加振力が発生する。コントローラ３はピエゾアクチュエータ２が発生する加振力を制御することで加速度センサ１の貼付部位のフロア振動を抑制する。

図４は、図２と同様に加速度センサ１及びピエゾアクチュエータ２が配置されたフロアパネル４の部分を拡大した断面図であって、加速度センサ１の貼付方法を説明するための図である。

フロアパネル４に貼付したピエゾアクチュエータ２にステップ状の入力電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ２の変形に伴いフロアパネル４も変形する。このときフロアパネル４の各部は、ステップ状の入力電圧を印加した直後の初期変位の状態から、過渡的な振動を伴いながら一定の変位量に収束していき定常変位の状態に到達する。

図４は、ピエゾアクチュエータ２にステップ状の制御信号（電圧）を入力した場合の初期変位の状態及び定常変位の状態、そして、ピエゾアクチュエータ２に電圧を印加していない状態を示す。初期変位におけるピエゾアクチュエータ２ａ及びフロアパネル４ａを点線で示し、定常変位におけるピエゾアクチュエータ２ｂ及びフロアパネル４ｂを実線で示し、ピエゾアクチュエータ２に電圧を印加していない状態におけるフロアパネル４ｃを一点鎖線で示す。

加速度センサ１を貼付する際には、ステップ入力を加えた直後における初期変位の方向と定常変位の状態における変位方向とが一致しているフロアパネル４上の領域Ｒに加速度センサ１を貼付するようにする。換言すれば、加速度センサ１は、ピエゾアクチュエータ２にステップ状の制御信号を入力した場合に、フロアパネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなフロアパネル４上の領域Ｒに配置されている。そのように加速度センサ１の貼付位置を限定する理由については後述する。

なお、ピエゾアクチュエータ２に印加されるステップ状の入力電圧は、ピエゾアクチュエータ２の両端間に直列に接続された定電圧源８及びオン／オフスイッチ９により実現される。

図１のような制御系を構成した場合、制御対象システムＰの構成は図５（ａ）に示すようなものとなる。コントローラ３を設計するという観点では、フロアパネル４に貼付されたピエゾアクチュエータ２から加速度センサ１までを含むブロックが制御対象システムとして位置付けられる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、ピエゾアクチュエータ２への入力電圧を操作量ｕ（制御信号）、加速度センサ１で測定された加速度を制御量ｙ（検出信号）とする制御対象システムＰに対して、ｙからｕを算出するコントローラＫを設計する、という制御問題に帰着することができる。

次に、加速度センサ１の貼付位置の違いが制御系の設計にどのような影響を与えるのかを、図６（ａ）乃至図６（ｆ）を参照して説明する。図６（ａ）及び図６（ｄ）は加速度センサ１とピエゾアクチュエータ２の位置関係を示し、図６（ｂ）及び図６（ｅ）はステップ状の操作量ｕ及びこれに同期した制御量ｙを示し、図６（ｃ）及び図６（ｆ）は制御対象システムの零点位置を示すグラフである。図６（ａ）〜（ｃ）がケース＃１を示し、図６（ｄ）〜（ｆ）がケース＃２を示す。

ケース＃１では、図６（ａ）に示すように加速度センサ１がピエゾアクチュエータ２にステップ状の制御信号を入力した場合に、フロアパネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなフロアパネル４上の領域に配置されている。このような制御系においてピエゾアクチュエータ２にステップ状の操作量ｕを入力すると、図６（ｂ）に示すような加速度センサ１の検出信号（制御量ｙ）の振動波形が得られる。この場合、ステップ信号の立ち上がりの部分で、入力信号（操作量ｕ）と同方向に検出信号（制御量ｙ）が動いていることがわかる。このようにステップ入力に対して順方向に応答が現れる系は、システムＰを連続時間形式の伝達関数で表現した場合に図６（ｃ）に示すように総ての零点が複素平面上の左半平面に位置する最小位相系となっている。

ケース＃２では、図６（ｄ）に示すようにピエゾアクチュエータ２と隣接する位置に加速度センサ１を貼付している。加速度センサ１が貼付された位置は、図４に示したように、加速度センサ１がピエゾアクチュエータ２にステップ状の制御信号を入力した場合に、フロアパネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなフロアパネル４上の領域から外れている。このような制御系においてピエゾアクチュエータ２にステップ状の操作量ｕを入力すると、図６（ｅ）に示すような加速度センサ１の検出信号（制御量ｙ）の振動波形が得られる。ケース＃１との違いは、ステップ信号の立ち上がりの部分で力信号（操作量ｕ）と逆方向に検出信号（制御量ｙ）が動く逆応答を示している点である。このような逆応答を示すシステムＰを連続時間形式の伝達関数で表現した場合、図６（ｆ）に示すように、複素平面上の右半平面に零点が現れる非最小位相系となる。複素平面上の右半平面に現れる零点を「不安定零点」と呼ぶ。

次に、零点とフィードバック制御系との関係を図7に基づいて説明する。

図７（ａ）は開ループ系の制御対象システムＰの構成を示し、図７（ｂ）はシステムＰの伝達関数の極の位置及びシステムＰの零点を示す。例えば、図７（ａ）に示すようなシステムＰの開ループ伝達関数が、図７（ｂ）に示すような極と一部に不安定零点を含む零点を持っていたとする。

このようなシステムＰに対して固定ゲインＫのフィードバックをかける閉ループ系を構成する場合を考える。図７（ｃ）は閉ループ系の制御対象システムＰの構成を示し、図７（ｄ）はシステムＰの伝達関数の極がシステムＰの零点へ移動する様子を示す。この閉ループでは、フィードバックゲインＫの値に応じて閉ループ系の極の位置が変化する。一般にフィードバックゲインＫの値を大きくしていくと、閉ループ系の極のいくつかは開ループ系の零点に漸近していく。閉ループ系の極は制御系の安定性と直結しており、閉ループ系の極が一つでも右半平面に移動した場合には制御系全体が不安定化してしまう。

図６のケース＃１のような最小位相系においては、総ての零点が左半平面にあるので、フィードバックゲインＫを大きくしても閉ループの極が開ループの零点に漸近することで閉ループ系が不安定化することはない。しかし、図６のケース＃２のような非最小位相系においては、右半平面に零点があるため、フィードバックゲインＫを大きくしていくと閉ループ極の少なくとも一つは右半平面へと移動していくので、大きなゲインをかけたフィードバック制御に対して原理的に不安定化する性質を持っていることがわかる。これは、制御系設計においては大きな制約となる条件であり、もし可能であるなら制御対象となるシステムＰは最小位相系となるように構成した方がフィードバック制御系の設計には有利である。

「ピエゾアクチュエータ２にステップ状の制御信号を入力した場合に、フロアパネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなフロアパネル４上の領域」という条件と満たす点に加速度センサ１を貼付すれば、制御対象となるシステムＰが最小位相系となるように構成することができる。これによって振動抑制のためのフィードバック制御系設計が格段に容易になるという効果がある。

制御対象が最小位相系となるように構成できた場合には、振動を効果的に抑制するためのコントローラ３として、例えば図８に示すような単純な電子回路を用いることができる。コントローラ３は、加速度センサ１から得られる検出信号に比例した電圧信号を、オペアンプＯＰを用いた反転増幅器によって位相を反転しつつＲ₂／Ｒ₁倍に増幅して出力するだけの単純なアナログ回路である。コントローラ３は、加速度センサ１から得られる検出信号が入力される入力端子と、入力端子に抵抗Ｒ₁を介して接続された反転入力端子及び抵抗Ｒ_Lを介して接地された非反転入力端子を備えるオペアンプＯＰと、オペアンプＯＰの出力端子及び抵抗Ｒ₂を介して反転入力端子に接続された出力端子とを備える。出力端子にはピエゾアクチュエータ２が接続される。入力端子の電圧Ｖ_inと出力端子の電圧Ｖ_outとの間には、（１）式の関係が存在する。

Ｖ_out＝−(Ｒ₂／Ｒ₁)Ｖ_in （１）

このような単純なコントローラであっても、制御ゲインに相当する増幅器のゲインを十分に大きくすることができれば、フロアパネル４に発生する振動を局所的に低減することができる。

図９を参照して、上述した能動振動制御を実施した時の制御効果を説明する。図９（ａ）のグラフは加速度センサ１を貼付した点におけるフロアパネル４の振動レベルを表す。点線が制御なしの場合、実線が制御ありの場合をそれぞれ示す。背景技術で示したようなフィードフォワード型の制御では特定の周波数及びその近傍でしか制御効果が得られないが、フィードバック制御ではピエゾアクチュエータ２の有効帯域内の幅広い周波数帯域にわたって振動レベルを低減することが出来る。

一方、図９（ｂ）のグラフは車室内騒音を表す。点線が制御なしの場合、実線が制御ありの場合をそれぞれ示す。局所的な振動を抑制しているだけなのですべての周波数帯域で騒音低減効果が得られているわけではないが、フィードフォワード制御と異なり、いくつかの周波数帯域で同時に騒音抑制効果が得られていることがわかる。加速度センサ１とピエゾアクチュエータ２をフロアパネル４の他の位置にも設置していくことで、さらに騒音低減効果のある周波数帯域を広げていくことも可能である。

次に、図１０を参照して、図１の能動振動制御装置を用いた能動振動制御方法の手順を説明する。

（イ）先ず、ステップＳ１において加速度センサ１がフロアパネル４の振動を検出する。

（ロ）ステップＳ２に進み、コントローラ３が、加速度センサ１から転送された、フロアパネル４の振動を示す検出信号を図８の回路を用いて処理して、フロアパネル４に貼付されたピエゾアクチュエータ２を駆動する制御信号を生成する。制御信号はピエゾアクチュエータ２へ転送される。

（ハ）ステップＳ３に進み、ピエゾアクチュエータ２に制御信号が入力されることでフロアパネル４に制御振動を与えて、加速度センサ１が検出した振動を抑制する。以上の手順により、図１の能動振動制御装置はフロアパネル４に伝わる振動をキャンセルする。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。

ピエゾアクチュエータ２にステップ状の制御信号を印加したときの初期変位と定常変位の方向が一致するフロアパネル４上の領域に加速度センサ１を配置しているため、ピエゾアクチュエータ２への入力から加速度センサ１からの出力までの入出力特性が逆応答を示すことがなくなるので、高いゲインをかけたフィードバック制御を適用しても制御系が不安定化することがなくなり、広帯域にわたって高い振動抑制効果を得ることができる＜請求項１及び６の効果＞。

加速度センサ１をピエゾアクチュエータ２が貼付されたフロアパネル４の裏側に配置することにより、加速度センサ１を、ピエゾアクチュエータ２に直接接触させることなく、直接フロアパネル４に貼付することができるので、ピエゾアクチュエータ２を介してフロアパネル４の振動を検出するよりも精度良く振動を測定することができる＜請求項２の効果＞。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、ピエゾアクチュエータが複数個存在し、ピエゾアクチュエータと加速度センサがフロアパネルの同一面内に配置されている場合について説明する。なお、第２の実施の形態におけるシステム全体の構成は、加速度センサ１の配置面の違いを除いて図１に示した構成とおなじであり、図示及び説明を省略する。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、第２の実施の形態において、加速度センサ１及びピエゾアクチュエータ５１、５２は、フロアパネル４の同じ片側の面に配置されている。また、２つのピエゾアクチュエータ５１、５２が互いに平行に並べられ、その間に加速度センサ１が配置されている。２枚のピエゾアクチュエータ５１、５２はコントローラ３からの同一の制御信号で駆動される。これにより、約２倍の加振力をフロアパネル４に与えることができるようになるので、より大きな外乱に対しても十分な振動抑制効果を得ることができる。

フロアパネル４の剛性が面上でほぼ一定でピエゾアクチュエータ５１、５２の歪み（変位）特性が左右対称であると考えられる場合、２枚のピエゾアクチュエータ５１、５２の幾何学的重心点付近が、「ピエゾアクチュエータ５１、５２にステップ状の制御信号を入力した場合に、フロアパネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなフロアパネル４上の領域」という条件と満たす領域となる。

さらに、ピエゾアクチュエータ５１、５２の間に適当な間隔をあけて貼付することにより、加速度センサ１をピエゾアクチュエータ５１、５２で占有されていない面上に配置することができる。これにより、ピエゾアクチュエータ５１、５２を貼付した面と同じ側のフロアパネル４に直接加速度センサ１を貼付することができる。同じ面上に加速度センサ１とピエゾアクチュエータ５１、５２を貼付できる場合、加速度センサ１とピエゾアクチュエータ５１、５２を一体化したモジュールを製作することも可能になり、製造上有利である。

第２の実施の形態におけるコントローラとして、図８のようにアナログ回路による反転増幅器を用いることもできるが、図１２に示すようなディジタルコントローラを導入することも可能である。これにより、高度な制御系を設計することができる。

（ａ）まず加速度センサ１で検出された検出信号を入力レベル調整アンプ４１によって増幅する。これは、後段のマイクロプロセッサ４４における制御演算の際に入力信号のＳ／Ｎ比を向上させるために必要である。その後、検出信号はアンチエリアスフィルタとして作用するローパスフィルタ４２を介して、Ａ／Ｄ変換器４３に伝達される。

（ｂ）そして、マイクロプロセッサ４４では、一定のサンプリング周期ごとにＡ／Ｄ変換器４３からの検出信号を読み取り、読み込んだ検出信号に対して何らかの信号処理演算を施すことでピエゾアクチュエータ５１、５２への制御指令値（制御信号）を計算して出力する。例えば、IＩＩＲ型のフィルタを補償器として設計した場合には、（２）式のような演算式に従って制御振動（操作量ｕ）が算出される。ただし、ｕ[k]、y[k]はそれぞれｋ番目の制御周期における制御信号（操作量ｕ）及び検出信号（制御量ｙ）を示し、ａ_i、ｂ_iはフィルタ係数を示し、Ｎ、Ｍはフィルタ次数を決めるパラメータである。

（ｃ）このようにして算出された制御信号ｕ[k]はＤ／Ａ変換器４５から出力される。制御信号のディジタル化に伴う高周波歪みを後段のローパスフィルタ４６で除去し、さらにピエゾアクチュエータ５１、５２を駆動するのに十分な電圧を得るためのアクチュエータ駆動用アンプ４７を通して、制御信号ｕ[k]がピエゾアクチュエータ５１、５２に伝達されて制御ループが構成される。

以上のようなディジタルコントローラを用いた場合、アナログ回路による単純なフィードバックと違い、制御系のゲイン特性や位相特性を細かく調整することが可能になり、より幅広い制御仕様に対応したコントローラを実装することができる。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、ピエゾアクチュエータ５１、５２は平行に並べられた複数の素子からなり、各素子は同一の制御信号で駆動される。これにより、単独の素子では十分な振動抑制効果が得られない場合であっても、所望の振動抑制効果を得ることができる＜請求項３の効果＞。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態よりもさらに大きな制御加振力が必要な場合に、ピエゾアクチュエータの枚数を増やして制御系を構成する実施例について説明する。なお、第３の実施の形態におけるシステム全体の構成は、加速度センサ１の配置面の違いを除いて図１に示した構成とおなじであり、図示及び説明を省略する。

図１３に示すように、第３の実施の形態において、加速度センサ１及びピエゾアクチュエータ６１、６２、６３は、フロアパネル４の同じ片側の面に配置されている。また、３枚のピエゾアクチュエータ６１〜６３が多角状に配置され、３枚のピエゾアクチュエータ６１〜６３の幾何学的重心点付近に加速度センサ１が配置されている。なお、３枚のピエゾアクチュエータ６１〜６３による多角形の内部は、「ピエゾアクチュエータ６１〜６３にステップ状の制御信号を入力した場合に、フロアパネル４の初期変位の方向と定常変位の方向が一致するようなフロアパネル４上の領域」という条件と満たす領域となる。したがって、３枚のピエゾアクチュエータ６１〜６３による多角形内部は上記の条件を満たしながらピエゾアクチュエータに占有されることのない領域として確保することができるので、第２の実施の形態と同様に貼付面と同じ側に加速度センサ１を貼付することができる。

３枚のピエゾアクチュエータ６１〜６３はコントローラ３からの同一の制御信号で駆動される。これにより、約３倍の加振力をフロアパネル４に与えることができるようになるので、より大きな外乱に対しても十分な振動抑制効果を得ることができる。

以上説明したように、第３の実施の形態によれば、ピエゾアクチュエータ６１〜６３は多角状に配置された複数の素子からなり、各素子は同一の制御信号で駆動される。これにより、多角形の内部に、ピエゾアクチュエータ６１〜６３にステップ状の入力信号を印加したときの初期変位と定常変位の方向が一致するフロアパネル４上の領域を確保することができる。そのため、同一面上に加速度センサ１とピエゾアクチュエータ６１〜６３を配置することで、反対面上に別の部品を設置することができる＜請求項４の効果＞。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態では、ピエゾアクチュエータをその内部に穴が開いているような形状にあらかじめ成型して、その内部に加速度センサを配置する場合について説明する。なお、第４の実施の形態におけるシステム全体の構成は、加速度センサ１の配置面の違いを除いて図１に示した構成とおなじであり、図示及び説明を省略する。

図１４に示すように、第４の実施の形態において、ピエゾアクチュエータ７１は、予め平面内に穴７１ａが開いているように成型され、そのままフロアパネル４に貼り付けられている。そして、加速度センサ１は、その穴７１ａの内部に配置されている。

ピエゾアクチュエータ７１をその内部に穴が開いているような形状にあらかじめ成型しておくことで、第２及び第３の実施の形態のように複数のピエゾアクチュエータを配置することなく、単一の素子としてピエゾアクチュエータ７１を貼付しつつ、ピエゾアクチュエータ７１貼付面と同一面に加速度センサ１を貼付することができる。よって、部品点数が少なくなるために、組み立て工程上は、このようなピエゾアクチュエータ７１を使用する方が有利である。

以上説明したように、第４の実施の形態によれば、ピエゾアクチュエータ７１が平面内に穴が開いているように成型されていることにより、多数のピエゾアクチュエータを配置することなく単一のピエゾアクチュエータ７１を貼付することができる。また、穴内部に振動検出手段を配置することにより、同一面上に加速度センサ１とピエゾアクチュエータ７１を簡便な方法で配置することができるため、反対面上に別の部品を設置することができる＜請求項５の効果＞。

（その他の実施の形態）
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。

例えば、フロアパネル４に発生する振動を検出する手段としては上記のような加速度センサ１以外に、歪みゲージを用いても構わない。

また、第１乃至第４の実施の形態では、能動振動制御装置は、車両５に搭載され、車両５のフロアパネル４の振動をキャンセルする場合について説明したが、これに限ることなく、その他にも、振動又は音の制御が必要となる物或いは空間に対して、本発明の能動振動制御装置を適用することが可能である。

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。

本発明の第１の実施の形態に係わる能動振動制御装置の構成及び配置を示す断面図である。 図１の加速度センサ及びピエゾアクチュエータが配置されたフロアパネルの部分を拡大した図であって、図２（ａ）は断面図であり、図２（ａ）は下面図である。 図３（ａ）はピエゾアクチュエータの構成を示す断面図であり、図３（ｂ）はピエゾアクチュエータに電圧を印加した場合のピエゾアクチュエータの変形状態を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における加速度センサの貼付位置を説明するための図である。 図５（ａ）は第１の実施の形態における制御系の構成を示すブロック線図であり、図５（ｂ）は制御系とコントローラとの関係を示すブロック図である。 加速度センサの貼付位置の違いによる制御系の性質の違いを説明する図である。 図７（ａ）乃至図７（ｄ）はコントローラの制御ゲインを上げた場合のフィードバック制御系の極の位置の変化を説明する図である。 図１のコントローラの具体的な回路構成の一例を示す回路図である。 第１の実施の形態における能動振動制御の有無による振動、騒音レベルの変化の例を示すグラフであり、図９（ａ）は振動の変化を示し、図９（ａ）は音圧の変化を示す。 図１の能動振動制御装置を用いた能動振動制御方法の手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における加速度センサ及びピエゾアクチュエータが配置されたフロアパネルの部分を拡大した図であって、図１１（ａ）は断面図であり、図１１（ａ）は下面図である。 第２の実施の形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態における加速度センサ及びピエゾアクチュエータが配置されたフロアパネルの部分を拡大した図であって、図１３（ａ）は断面図であり、図１３（ａ）は下面図である。 第３の実施の形態における加速度センサ及びピエゾアクチュエータが配置されたフロアパネルの部分を拡大した図であって、図１４（ａ）は断面図であり、図１４（ａ）は下面図である。

符号の説明

１…加速度センサ（振動検出手段）
２、２ａ、２ｂ、５１、６１〜６３、７１…ピエゾアクチュエータ（振動発生手段）
３…コントローラ
４、４ａ〜４ｃ…フロアパネル
５…車両
６…車室内
７ａ〜７ｄ…ハーネス
８…定電圧源
９…オン／オフスイッチ
２１…圧電材料
２２…金属板
４１…入力レベル調整アンプ
４２、４６…ローパスフィルタ
４３…Ａ／Ｄ変換器
４４…マイクロプロセッサ
４５…Ｄ／Ａ変換器
４７…アクチュエータ駆動用アンプ
７１ａ…穴
Ｋ…フィードバックゲイン
ＯＰ…オペアンプ
Ｐ…制御対象システム
Ｒ…領域

Claims (6)

1. パネルの振動を検出する振動検出手段と、
   制御信号を入力することで前記パネルに制御振動を与える振動発生手段と、
   前記振動検出手段が検出した前記振動を示す検出信号を処理して、前記振動を抑制するように前記振動発生手段を駆動する前記制御信号を生成する制御指令生成手段とを備え、
   前記振動発生手段は、前記パネルに貼付された、前記制御信号の入力に対して歪みを発生する平面状に成型された素子からなり、
   前記振動検出手段は、前記振動発生手段にステップ状の前記制御信号を入力した場合に、前記パネルの初期変位の方向と定常変位の方向が一致するような前記パネル上の領域に配置されていることを特徴とする能動振動制御装置。
2. 前記振動検出手段は、前記振動発生手段が貼付された前記パネルの裏側に配置されることを特徴とする請求項１記載の能動振動制御装置。
3. 前記振動発生手段は平行に並べられた複数の前記素子からなり、各素子は同一の前記制御信号で駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の能動振動制御装置。
4. 前記振動発生手段は多角状に配置された複数の前記素子からなり、各素子は同一の前記制御信号で駆動されることを特徴とする請求項１記載の能動振動制御装置。
5. 前記素子は、平面内に穴が開いているように成型されていることを特徴とする請求項１記載の能動振動制御装置。
6. 振動検出手段がパネルの振動を検出するステップと、
   制御指令生成手段が、前記振動を示す検出信号を処理して、前記パネルに貼付された振動発生手段を駆動する制御信号を生成するステップと、
   前記振動発生手段が、前記制御信号が入力されることで前記パネルに制御振動を与えて、前記振動を抑制するステップとを備え、
   前記振動検出手段は、前記振動発生手段にステップ状の前記制御信号を入力した場合に、前記パネルの初期変位の方向と定常変位の方向が一致するような前記パネル上の領域に配置されていることを特徴とする能動振動制御方法。

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