JP2007296887A - 騒音低減装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員の有無に応じて、当該乗員が居る空間における騒音を効果的に低減できる騒音低減装置及び方法を提供する。
【解決手段】騒音低減装置は、車体の振動を検出する加速度センサ４と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生するピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと、加速度センサ４によって検出された振動に応じて、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄで発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算するコントローラ１１と、車室内における乗員の有無を検出する座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄとを備え、乗員が存在する制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおいて静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節し、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄによって発生させる振動又は音響を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車室内における騒音を振動又は音響を発生させることによって低減する騒音低減装置及び方法に関する。

従来より、車室内騒音を低減することを目的としてフィードバック制御を行う技術として、下記の特許文献１などが知られている。この特許文献１には、マイクを使って実際の騒音を検出して、当該騒音のうち１００Ｈｚ以下の低周波帯域のロードノイズを低減する動作をしている。この技術は、低周波帯域のロードノイズが、車室内音場の音響モードを原因として発生していると仮定をした上で、当該音響モードの腹にマイクロフォンを設置してフィードバック制御によって当該音響モードを打ち消す方式である。

また、下記の特許文献２に記載されているように、マイクロフォンを車室内に設置し、マイクロフォンから得た騒音信号を、フィードバックコントローラを用いて打ち消す技術も知られている。

更に、下記の特許文献３に記載されているように、車室内騒音を低減することを目的としてフィードフォワード制御を行う技術が知られており、当該特許文献３には、座席ヘッドレスト部に備えたマイクを使ってエラー信号を検出し、ドアヒンジ部の加速度センサから参照信号を検出することで、適応フィルタにより、車室内騒音の低減を図っている。
特開２０００−３２２０６６号公報 特開２０００−３２２０６号公報（図１０等） 特開平８−２９２７７１号公報

しかしながら、上記した技術では、音響モードを検出し、その音響モードに対して制御をしているため、全空間において制御効果が得られることが望ましいが、音響モードが正確に特定できる低周波帯域の騒音に対してしか低減できず、実際には、上記従来例では４０Ｈｚおよび８０Ｈｚのいわゆるドラミングノイズをのみ制御対象として扱っているという問題がある。

また、マイクロフォンから得た騒音信号をフィードバックする上述の特許文献１，２の技術や、特許文献３の技術では、マイクロフォンの設置位置に応じて騒音を低減させる効果を実現しようとしており、乗員の乗車していない空間においても騒音を低減させていたので、特に乗員位置において騒音を効果的に低減させることができていなかった。

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、乗員の有無に応じて、当該乗員が居る空間における騒音を効果的に低減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。

本発明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と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生する騒音低減手段と、振動検出手段によって検出された振動に応じて、騒音低減手段で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段と、車室内における乗員の有無を検出する乗員検出手段とを備え、上述の課題を解決するために、乗員検出手段によって検出された乗員が存在する空間において静音化制御効果が得られるように制御指令値演算手段によって制御指令値を調節し、騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御する。

本発明に係る騒音低減方法は、上述の課題を解決するために、車室内における騒音を振動又は音を発生させて低減させるに際して、車体の振動を検出すると共に、車室内における乗員の有無を検出するステップと、検出された乗員が存在する空間において静音化制御効果が得られるように、振動又は音響を発生させる騒音低減手段に供給する制御指令値を調整するステップと、調整された制御指令値を騒音低減手段に供給するステップとを有する。

本発明によれば、乗員が存在する空間において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節し、騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御するので、乗員の有無に応じて、当該乗員が居る空間における騒音を効果的に低減できる。

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。

［第１実施形態］
本発明は、例えば図１及び図２に示すように、車室内の制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤで乗員の有無を検知し、当該乗員の有無に応じて騒音を低減する騒音低減装置に適用される。

第１実施形態に係る騒音低減装置は、例えば図２に示すように、定員４名であって運転席６Ｂ、助手席６Ａ、後部座席６Ｃ，６Ｄ（以下、総称する場合には「座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ」と呼ぶ。）が設けられ、当該座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに乗員が乗車したときの制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音を低減するものについて説明するが、乗員検出センサを全席に配置し、それぞれの空間を定義することで、定員の異なる車両に対しても同様に静音化制御効果を実現できる。

この騒音低減装置は、車体の振動を検出する振動検出手段である加速度センサ４と、車室内の騒音を低減させる振動を発生する騒音低減手段であるピエゾアクチュエータ（Piezo-electric actuator）５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ（以下、総称する場合には単に「ピエゾアクチュエータ５」とも呼ぶ。）と、加速度センサ４によって検出された振動に応じて、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄで発生させる振動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コントローラユニット８と、車室内における各席における乗員の有無を検出する乗員検出手段であって車両の各座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに設けられた乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄとを備える。このような騒音低減装置は、乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄによって検出された乗員の有無に応じて、乗員が居る空間において静音化制御効果が得られるようにコントローラユニット８によって制御指令値を調節し、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄによって発生させる振動を制御することを特徴とする。なお、この実施の形態では、騒音低減手段として、振動を発生させるものを説明するが、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。

通常、車室外部から侵入する車室内騒音の原因は、代表的なものとして、エンジン３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。

本発明で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、まず車軸およびサスペンション取り付け点からメンバ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、乗員が着座している状態における頭部付近の制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ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。

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４を配置して、乗員頭部位置での制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音の推定を行い、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ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５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの振動による制御音を車室内に入力する。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。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４及びピエゾアクチュエータ５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。

図２に示すように、コントローラユニット８は、フロアパネル１の振動を加速度信号として加速度センサ４から入力すると共に、乗員の座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄにおける有無を表す乗員検出信号を乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄから入力し、後述する演算処理を行うことによって制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音を低減させる制御指令値を求めて、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを駆動させてフロアパネル１に振動を与える。

乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは、例えば座席底面に配置された加速度センサや圧力センサからなり、検出値を乗員検出信号としてコントローラユニット８に供給する。この乗員検出信号は、コントローラユニット８におけるアンプ１２，１４で信号増幅された後に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御指令値を演算する演算回路であるコントローラ１１に供給される。また、加速度センサ４で検出された加速度信号は、コントローラユニット８におけるアンプ１３で信号増幅された後に、コントローラ１１に供給される。

コントローラ１１は、加速度センサ４からの加速度信号と、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄへの制御指令信号、乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄからの乗員検出信号を用いて、座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ上の制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの騒音が小さくなるように制御指令信号を計算する。コントローラ１１は、乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄからの乗員検出信号から、座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄにおける乗員の有無を検出して、当該乗員頭部位置の制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音を加速度センサ４で検出された加速度信号から推定し、当該乗員が居る制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音を低減するような制御指令値を演算する。この制御指令値は、アンプ１５を介して乗員が居る座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに供給される。

このコントローラ１１は、図３に示すように、騒音推定装置２１、入力スイッチ２２、演算器２３Ａ，・・・，２３Ｈ（以下、総称する場合には単に「演算器２３」と呼ぶ。）、出力スイッチ２４、切り替えトリガ生成器２５から構成される。このコントローラ１１は、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤと演算器２３Ａ，・・・，２３Ｈで制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、乗員が居る座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのパターンによって入力スイッチ２２及び出力スイッチ２４のスイッチング状態を切り替え、当該パターンに適合した演算器２３を選択する。各演算器２３は、制御指令信号を演算する演算パラメータが異なり、乗員が居る制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおいて静音化制御効果が高くなるような演算パラメータによって制御指令信号を演算する。

この乗員が居る座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのパターンとは、車室内の乗員人数及び配置であり、例えば運転席６Ｂのみに乗員が居る状態や、運転席６Ｂと助手席６Ａと後部座席６Ｃに乗員が居る状態などが挙げられる。切り替えトリガ生成器２５は、例えば定員４名の車両の場合、運転席６Ｂ以外の各座席６Ａ，６Ｃ，６Ｄに対応した変数ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３を用意しておき、乗員が居ると判断された座席の変数を１とし、乗員が居ないと判断された座席の変数を０とすることにより、乗員配置を決定する。なお、運転席６Ｂは常に乗車しているので変数を設定する必要はない。そして、変数ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３を入力スイッチ２２及び出力スイッチ２４に供給することにより、制御指令信号を演算する演算器２３を切り替える。

演算器２３は、騒音推定装置２１で推定された騒音を低減させるような制御指令信号を演算する。この演算器２３は、乗員数、乗員配置に応じて異なる演算パラメータが設定されている。

例えば、定員４名における切り替えパターンは、２^３＝８通りとなり、当該８通りに対応するように演算器２３は８個となり、当該各パターンに対応して各演算器２３の演算パラメータが設計されている。例えば、演算器２３Ａは、運転席６Ｂにおける制御空間ＰＢのみにおいて静音化制御効果が得られる制御指令信号を演算するものとして設計されており、演算器２３Ｂは、座席６Ａ，６Ｂの制御空間ＰＡ，ＰＢにおいて静音化制御効果が得られる制御指令信号を演算するものとして設計されている。

騒音推定装置２１は、加速度信号と制御指令値とを用いて、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音（音圧）を推定する。この制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤは、乗員が座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに着座状態における乗員頭部位置付近であり、騒音推定装置２１は、乗員頭部位置における騒音を推定する。騒音推定装置２１は、図４に示すように、制御指令信号から加速度センサ４の位置での振動の伝達関数の演算を行う制御指令→振動演算部３１、加算器３２、加速度センサ４の位置での振動から制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの騒音の伝達関数の演算を行う振動→音圧演算部３３、制御指令信号から制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの騒音の伝達関数の演算を行う制御指令→音圧演算部３４、加算器３５を備える。

この騒音推定装置２１は、入力信号として、加速度信号と制御指令信号とを入力する。必要な数の加速度センサ４を適切な位置に配置し、車室内の騒音と加速度信号の間のコヒーレンスが１に近ければ加速度信号から騒音を推定することができると判断できる。具体的には、コヒーレンスＣ_ｘｙ ^２は、下記の式１に示すように、

のような関数で記述される。ここで、ｘは加速度センサ４の出力ベクトル、ｙは制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの音圧、Ｓ_ｘｙはｘとｙとの間のクロススペクトル密度、Ｓ_ｘｘはｘのクロススペクトル密度、Ｓ_ｙｙはパワースペクトル密度を表す。この式１より、コヒーレンスＣ_ｘｙ ^２が所定の基準値（例えば０．９）以上になるように加速度センサ４を配置している。以上により、騒音推定装置２１は、加速度信号と制御指令信号から制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの推定された騒音を得ることができる。

例えば、制御指令→音圧演算部３４で用いる制御指令信号から制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの音圧までの伝達関数は、まず、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄをフロアパネル１に設置すると共にマイクロフォン（図示せず）を制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤに設置し、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに、サンプルとしての振動を発生させる所定のＭ系列信号を入力し、当該Ｍ系列信号とマイクロフォンの検出信号とを計測する。そして、得られたＭ系列信号及びマイクロフォンの検出信号に対し、例えば制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで、例えば下記の式２，式３の離散時間状態空間モデルである

の形式でモデル化がなされる。ここで、式２のｘ（ｔ）はモデルの状態変数、ｕ（ｔ）はピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５ＤへのＭ系列信号、式３のｙ（ｔ）は制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの音圧を表し、マトリクスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれモデルのパラメータマトリクス、ｎはサンプル時刻を表す。

あるいは、制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作するＳＤＴＯＯＬＳ社製「Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃａｌ Ｔｏｏｌｂｏｘ」を用いてモード解析によるシステム同定を行っても良い。この場合は、入出力信号をフーリエ変換することで得られる周波数領域でのノンパラメトリックな伝達関数を予め計算しておき、上記のＭＡＴＬＡＢＴｏｏｌｂｏｘを用いることで制御指令→音圧演算部３４で用いる伝達関数を得ることができる。実際に上記の方法で得た伝達関数の周波数特性は、図５のようになる。

振動→音圧演算部３３で用いる伝達関数は、まず、予めフロアパネル１上に加速度センサ４を設置すると共に制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにマイクロフォンを設置し、ロードノイズが発生しやすい路面を一定速で走行させ、得られた加速度信号とマイクロフォン信号に対し、上記の制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで、離散時間状態空間モデルとして得られる。

次に、図６に示すブロック線図を用いて演算器２３における演算パラメータの設計方法として、正規化規約分解法を用いる処理を説明する。ここで、設計対象となる演算器４１には信号Ｂが入力され、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄへの制御指令信号を出力する。制御指令信号は伝達関数モデル４２に入力される。伝達関数モデル４２は、上述の手順でモデル化した「ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの制御指令信号から制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの騒音までの伝達特性」を示すモデルである。伝達関数モデル４２から出力される信号と信号Ａ（外乱）とが重ねあわされて信号Ｂ（車室内騒音）となる。この信号Ａから信号Ｂまでの伝達特性は「感度関数」と呼ばれる関数であり、当該信号Ａから信号Ｂまでの伝達特性が所望の周波数帯域において小さくなるように演算器４１を設計することによって、適切な演算パラメータを設定できる。このような設計方法としては、例えば、ＰＩＤ制御、Ｈ２制御、Ｈ∞制御などが挙げられる。また、
細江、荒木、「制御系設計、Ｈ∞制御とその応用」、朝倉書店、１９９４
須田、「ＰＩＤ制御」、朝倉書店、１９９２
に記載されている設計方法を用いることで、下記の式４の形式のＩ次動的コントローラＫｉ，ｉ＝１，・・・，Ｉを設計することが出来る。

この式４において、ｕ（ｎ）は時刻ｎでの制御指令値、ｙ（ｉ）は推定した騒音を表す信号Ａを表す。

また、上述の正規化規約分解法において、演算器２３の演算パラメータである重み関数を指定することで、静音化制御効果の得られる騒音の周波数帯域と、静音化制御効果の程度を示す騒音低減幅とを変更することができる。例えば、図７に示すように、ある周波数帯域に大きなゲインを持ち、他の周波数ではゲインが小さいという特徴をもった重み関数の周波数特性とすることができる。この重み関数を用いて演算器２３を設計することにより、大きなゲインをかけた周波数帯域の騒音に対して静音化制御効果を高めることができ、低ゲインである周波数帯域の騒音に対して静音化制御効果を小さくする演算器２３を設計できる。

また、図８に示すような重み関数のように、高ゲインである周波数帯域を広く取り、その代わりゲインを図７の場合に比べて小さくしても良い。このような重み関数となるように演算器２３を設計することにより、図７の場合と比較して広い周波数帯域の騒音を低減させる制御指令信号を演算する演算器２３を設計できる。

このように重み関数の設計により、演算器２３の演算パラメータを設定して騒音低減装置の制御効果を変えることができるので、例えば後部座席６Ｃ，６Ｄの制御空間ＰＣ，ＰＤに乗員が居ない場合に、助手席６Ａ及び運転席６Ｂの制御空間ＰＡ，ＰＢにおける重み関数を図７のように高ゲインにすることで、制御空間ＰＡ，ＰＢでの騒音低減効果を大きくできる。また、図８のように周波数帯域幅を広くする重み関数とすれば、制御空間ＰＡ，ＰＢにおいて広周波数帯域に亘る騒音を低減が実現できる。さらに、制御空間ＰＡ，ＰＢを少なくした分、後部座席６Ｃ，６Ｄのピエゾアクチュエータ５Ｃ，５Ｄを用いて、助手席６Ａ及び運転席６Ｂにおける騒音低減ができるので、より広周波帯域の騒音を低減し、より騒音を低減できる高ゲインの演算器２３を選ぶことが可能になる。

上記の重み関数の調整法を用いて、乗員の有無による演算器２３の調整は、以下のように行えう。まず、各座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを、それぞれの座席６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの所定箇所に取り付ける。そして、乗員が居ない座席がある場合、その座席に対応したピエゾアクチュエータを他の座席の静音化に用いる。このとき、演算器２３内の重み関数を上記の方法で適切に調整することで、乗員が居ない席での静音化制御効果を下げて、乗員が居る席での静音化制御効果を向上させることができる。

つぎに、上述した騒音低減装置の動作手順について図９のフローチャートを参照して説明する。

騒音低減装置のコントローラ１１は、図９に示すように、先ずステップＳ１乃至ステップＳ３において、加速度信号の入力（ステップＳ１）、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄへの制御指令信号の入力（ステップＳ２）、乗員検出センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄからの乗員検出信号の入力（ステップＳ３）を行う。

次にコントローラ１１は、ステップ４において、騒音推定装置２１によって車室内における騒音を推定する。このとき、騒音推定装置２１は、ステップ１で入力した加速度信号とステップ２で入力した制御指令信号とに基づいて、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤでの騒音を推定する。このとき、騒音推定装置２１は、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤそれぞれについての騒音を推定する。

次にコントローラ１１は、ステップＳ５において、切り替えトリガ生成器２５により、ステップＳ３で取得した乗員検出信号から、現在において乗員が居る座席を判定して、静音化制御効果を狙う制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを判定して、制御すべき制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを選択する。そして切り替えトリガ生成器２５は、入力スイッチ２２及び出力スイッチ２４を切り替え制御することによって制御指令信号を演算する演算器２３を設定する。例えば、乗員検出信号に対して所定のしきい値を設定しておき、当該しきい値よりも乗員検出信号が高い場合に乗員が居ることを判断し、乗員検出信号がしきい値よりも低い場合には乗員が居ないことを判断する。

次にコントローラ１１は、ステップＳ６において、演算器２３によって騒音を低減させるようなピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの制御指令値を演算し、ステップＳ７において、当該制御指令値をピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに出力して、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄでフロアパネル１を振動させる。

これによって、騒音低減装置は、乗員数及び配置からなるパターンに応じて、各ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄによって騒音を低減させる制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを変更可能であると共に、ピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにおいて低減させる騒音の周波数帯域及び騒音低減幅を制御して、乗員が居る制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおいて最適な静音化制御効果を得ることができる。

このような騒音低減装置の効果について、図１０乃至図１３を参照して説明する。

図１０に、運転席６Ｂの制御空間ＰＢにおける右耳元位置の１点に対して、１個のピエゾアクチュエータを用いて騒音低減制御を行った場合の当該耳元位置における周波数−音圧特性を示す。なお、この周波数−音圧特性の測定は、簡単のために耳元位置における純音を検出している。この周波数−音圧特性によれば、１個のピエゾアクチュエータを駆動させていない図中点線で示す特性に対して、１個のピエゾアクチュエータを駆動させた場合には、図中実線で示すように、広い周波数帯域で静音化制御効果が得られている。

これに対し、図１１に、運転席６Ｂの制御空間ＰＢにおける右耳元位置の１点に対して、２個のピエゾアクチュエータを用いて騒音低減制御を行った場合の当該耳元位置における周波数−音圧特性を示す。なお、２個のピエゾアクチュエータとは、例えば、運転席６Ｂ用のピエゾアクチュエータ５Ｂと助手席６Ａ用のピエゾアクチュエータ５Ａである。この周波数−音圧特性によれば、２個のピエゾアクチュエータを駆動させると、１個のピエゾアクチュエータのみを駆動させた図１０の実線で示す特性と比較して、静音化制御効果が向上していることが分かる。これは、ピエゾアクチュエータを２個駆動させることによって、重み関数のゲインを上げることが可能になり、騒音低減幅が拡大したことを示している。したがって、重み関数を変更することにより、乗員が居ない空間での静音化制御効果を下げて、かわりに乗員が居る空間での静音化制御効果を高めることができる。

また、図１２に、運転席６Ｂの制御空間ＰＢにおける右耳元位置の１点に対して、１個のピエゾアクチュエータを用いて騒音低減制御を行う場合において、低減する騒音の周波数帯域を広くする重み関数が設定された演算器２３を用いた時の当該耳元位置における周波数−音圧特性を示す。図１２において、周波数帯Ａ、周波数帯Ｂとで異なる周波数帯域を区分して示している。図１２によれば、１個のピエゾアクチュエータを駆動させていない図中点線で示す特性に対して、１個のピエゾアクチュエータを駆動させた場合には、一方の周波数帯Ａでは高い静音化制御効果が得られているものの、他方の周波数帯Ｂでは高い静音化制御効果を得られていないことが分かる。

これに対し、図１３に、運転席６Ｂの制御空間ＰＢにおける右耳元位置の１点に対して、２個のピエゾアクチュエータを用い、低減する騒音の周波数帯域を広くする重み関数が設定された演算器２３を用いた時の当該耳元位置における周波数−音圧特性を示す。この周波数−音圧特性によれば、２個のピエゾアクチュエータを駆動させると、周波数帯Ｂにおいても、高い静音化制御効果が得られていることが分かる。これによって、車両の乗員が定員未満である場合に、単一の制御空間に対してより多くのピエゾアクチュエータを駆動させることによって、低減させることができる騒音の周波数帯域を拡大させることができる。

また、この騒音低減装置は、演算器２３の重み関数を設定して騒音低減幅及び周波数帯域を制御する場合について説明したが、乗員が居ない座席がある場合に、乗員が居る制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを拡大させても良い。例えば図１４に示すように、運転席６Ｂには乗員が居るが、後部座席６Ｄには乗員が居ない場合、ピエゾアクチュエータ５Ａのみならず、ピエゾアクチュエータ５Ｄも駆動させる。これによって、制御空間ＰＢを拡大させた制御空間ＰＢと制御空間ＰＢ’とからなる空間に対して静音化制御効果が得られるようにする。この場合、コントローラ１１は、騒音推定装置２１によって空間ＰＢとＰＢ’とを含む空間の騒音を推定し、演算器２３によって空間ＰＢとＰＢ’との双方で静音化制御効果が得られるように設計するようにする。

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、乗員の有無を検出して、乗員が居る空間に対して静音化制御効果が得られるようにピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを駆動させるので、より高周波のロードノイズに対して静音化制御効果を得ることができる。また、乗員の有無によって静音化制御効果を得る制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを切り替えるために、定員未満の乗車時には乗員が居る制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤで更に高い静音化制御効果が得られるような制御を実現できる。

また、この騒音低減装置によれば、騒音推定装置２１によって乗員頭部位置における騒音を推定し、演算器２３によって乗員の居る座席における乗員頭部位置の制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤに対して静音化制御効果が得られるようにピエゾアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを駆動させるので、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを限定して、乗員頭部位置で高い静音化制御効果を得ることができる。

更に、この騒音低減装置によれば、乗員が居ない座席がある場合に、当該座席に対応したピエゾアクチュエータを、他の乗員の居る座席の制御空間で静音化制御効果が得られるように駆動するので、乗員が居る制御空間における騒音低減幅をより増大させることができる。

更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員が居ない座席がある場合に、当該座席に対応したピエゾアクチュエータを駆動させて、乗員が居る座席における制御空間を拡大させることができるので、当該制御空間における静音化制御効果をより拡大させることができる。

更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員が居ない座席がある場合に、当該座席に対応したピエゾアクチュエータを駆動させて、乗員が居る座席において低減させる騒音の周波数帯域を拡大させることができるので、低周波数帯域のロードノイズからより高周波数帯域までの騒音を確実に低減させることができる。

［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。

この第２実施形態に係る騒音低減装置は、フィードフォワード型の制御によって、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける騒音を低減するものである。第２実施形態に係る騒音低減装置は、図１５に示すように、制御空間ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤにおける実際の騒音を測定するためのセンサとしてマイクロフォン５１を備える。このマイクロフォン５１で検出した制御空間Ｐにおける騒音は、コントローラユニット８で検知される。

コントローラユニット８は、マイクロフォン５１からの音響信号をアンプ６１で受信すると共に、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号をアンプ６２から送信し、加速度センサ４で検知した路面の凹凸に応じた加速度信号をアンプ６３で受信する。このコントローラユニット８は、アンプ６１を介してマイクロフォン５１からの音響信号を適応則演算部６４で受信して、当該音響信号に応じて適応フィルタ６５におけるフィルタ係数を変更させる。

このコントローラユニット８は、図１６に示すように、適応則演算部６４及び適応フィルタ６５が単一の演算回路で構成され、伝達関数演算部７１，伝達関数演算部７２と接続されている。伝達関数演算部７１は、加速度センサ４からの加速度信号から制御空間Ｐで発生している騒音までの伝達関数の演算を行い、伝達関数演算部７２は、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号から制御空間Ｐで発生している騒音までの伝達関数の演算を行う。このような構成において、騒音低減装置は、加速度センサ４で得られた加速度信号をｘ（ｎ）、路面から車体に入力される外乱によって制御空間Ｐで発生する騒音をｙ（ｎ）、マイクロフォン５１で得られた音響信号、すなわち低減されていなくマイクロフォン５１で検知された音響信号を誤差信号ｅ（ｎ）とする。ここで、ｎはサンプル時刻を表す。また、適応フィルタ６５の伝達モデルＷ（ｚ）、伝達関数演算部７１伝達モデルＧ（ｚ）、伝達関数演算部７２の伝達モデルＣ（ｚ）をそれぞれ、下記の式５，式６，式７に示すようにする。

ここで、式５，式６，式７におけるｚ^−ｉはＺ変換のオペレータを表す。なお、式５のフィルタ係数ｗ_ｉがサンプル時刻ｎに依存しているのは、適応フィルタ６５が可変係数フィルタであることによる。このとき、制御空間Ｐにおける騒音信号ｙ（ｎ）とピエゾアクチュエータ５への制御指令信号ｕ（ｎ）は、下記の式８，式９に示すように計算される。

この式８，式９に基づいて計算されたｕ（ｎ）が制御指令信号としてピエゾアクチュエータ５に入力される。

一方、適応則演算部６４は、適応フィルタ６５のフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）の更新を行う。この適応則演算部６４は、先ず、下記の式１０のように評価関数Ｊを定義する。

ここで、一般的に知られたＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムでは、この評価関数Ｊがフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）に対して最小になるように適応フィルタ６５を更新していく。の更新則は、下記の式１１で与えられる。

この式１１におけるＫ_ｅ，Ｋ_ｙは設計パラメータであり、式１１におけるｒ（ｎ−１）は、下記の式１２のように定義される。

このような演算を適応則演算部６４で行うことにより、適応フィルタ６５におけるフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を更新できる。

このような騒音低減装置の処理は、図１７に示すように、先ずステップＳ１１において、所定のサンプル時刻ｎとなったことに応じて、加速度センサ４からの加速度信号ｘ（ｎ）及びマイクロフォン５１からの音響（誤差）信号ｅ（ｎ）を取得する。加速度信号ｘ（ｎ）は、アンプ６３を介して適応フィルタ６５に入力され、音響信号ｅ（ｎ）は、アンプ６１を介して適応則演算部６４に入力される。

次のステップＳ１２において、適応則演算部６４により、加速度センサ４からの加速度信号ｘ（ｎ）にフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を乗算し、ステップＳ１３において、マイクロフォン５１からの音響信号ｅ（ｎ）を用いて適応則演算部６４でフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）の演算を行う。このとき、適応則演算部６４は、上述の式１１及び式１２の演算を行うことで更新したフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を得る。

次のステップＳ１４において、ステップＳ１３で演算したフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を適応則演算部６４から適応フィルタ６５に送り、適応フィルタ６５におけるフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を更新し、当該フィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を用いて上記式９の演算を行うことにより、制御指令信号ｕ（ｎ）を演算する。これによって、制御指令信号ｕ（ｎ）は、アンプ６２を介してピエゾアクチュエータ５に供給される。

このような第２実施形態に係る騒音低減装置のように、フィードフォワード型の演算によって制御指令信号ｕ（ｎ）を生成してピエゾアクチュエータ５を制御する場合であっても、上述した場合と同様に乗員頭部位置における騒音を効果的に低減できる。

［第３実施形態］
つぎに、本発明を適用した第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。

第３実施形態に係る騒音低減装置は、フィードフォワード型の演算を行って制御指令信号を生成する騒音低減装置であって、図１８に示すように、マイクロフォン５１に代えて２個の加速度センサ４Ａ，４Ｂをフロアパネル１に設け、上述の図１５に示したコントローラユニット８に騒音推定装置８６を追加している。

騒音推定装置８６は、アンプ８２を介して加速度センサ４Ｂと接続されていると共に、アンプ８１，８３を介して乗員検出センサ７Ａ，７Ｂと接続され、適応フィルタ６５で演算した制御指令信号を入力する。騒音推定装置８６は、加速度センサ４Ｂからの加速度信号と乗員検出センサ７Ａ，７Ｂからの乗員検出信号と制御指令信号とを用いて、制御空間Ｐにおける騒音を推定する。この騒音推定装置８６は、例えば図１６に示した構成と同様となっており、推定した騒音を適応則演算部６４に送る。

適応フィルタ６５は、上述した適応則演算部６４によってフィルタ係数が変更される。適応フィルタ６５は、加速度センサ４Ａからの加速度信号をアンプ８５を介して入力する。適応フィルタ６５は、加速度センサ４Ａからの加速度信号をフロアパネル１における外乱を表す信号として入力し、当該外乱信号に基づいて制御空間Ｐにおける騒音を低減する制御指令信号を演算する。

このような騒音低減装置は、図１９に示すように、先ずステップＳ２１においてコントローラユニット８によって加速度センサ４Ａ，４Ｂからの加速度信号を入力し、ステップＳ２２において、適応則演算部６４により、加速度センサ４Ｂからの加速度信号ｘ（ｎ）にフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を乗算し、ステップＳ２３において、騒音推定装置８６によって、加速度センサ４Ａからの加速度信号と適応フィルタ６５から出力された制御指令信号を用いて騒音を推定する。

次のステップＳ２４において、適応則演算部６４は、ステップＳ２３において推定された騒音ｅ（ｎ）を用いて、下記の式１３に示す評価関数を最小にするように、式１１及び式１２に示す演算を行って新たなフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）の演算を行う。

ここで、式１３におけるｓ_ｉは、乗員検出信号に応じて各座席における乗員の有無を示す変数であり、乗員が居る場合には「１」となり、居ない場合には「０」となる。このような評価関数を用いることで、乗員の居る座席における制御空間Ｐでより大幅な静音化制御効果を得る。

そして、次のステップＳ２５において、ステップＳ２４で得たフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）によって適応フィルタ６５のフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を更新する。

次のステップＳ２６において、適応フィルタ６５は、更新されたフィルタ係数ｗ_ｉ（ｎ）を用いて上記式９の演算を行うことにより制御指令信号ｕ（ｎ）を演算し、アンプ８４を介してピエゾアクチュエータ５に供給する。

このようにフィードフォワード型の演算によって制御指令信号ｕ（ｎ）を生成してピエゾアクチュエータ５を制御する場合であっても、上述した場合と同様に乗員頭部位置における騒音を効果的に低減できる。

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。

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制御空間における騒音を低減する原理を説明するための斜視図である。 本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。 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コントローラの構成を示すブロック図である。 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装置の構成を示すブロック図である。 制御指令→音圧演算部で用いる伝達関数の周波数特性である。 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演算器の設計方法を説明するブロック図である。 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演算器の演算パラメータを変更することによって得られる周波数と位相及び低減させることできる騒音の音圧との関係を示す図である。 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演算器の演算パラメータを変更することによって得られる周波数と位相及び低減させることできる騒音の音圧との関係を示す他の図である。 本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。 本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の効果に対する比較例であって、１個のピエゾアクチュエータを駆動した時の周波数−音圧特性を示す図である。 本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の効果を示す図であり、２個のピエゾアクチュエータを駆動した時の周波数−音圧特性を示す図である。 本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の効果に対する比較例であって、１個のピエゾアクチュエータを駆動した時の異なる周波数帯における周波数−音圧特性を示す図である。 本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の効果を示す図であり、２個のピエゾアクチュエータを駆動した時の異なる周波数帯における周波数−音圧特性を示す図である。 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、制御空間を拡大させる動作を説明する側面図である。 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コントローラの構成を示すブロック図である。 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コントローラユニットの構成を示すブロック図である。 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処理手順を示すフローチャートである。 本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。 本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ フロアパネル
２ タイヤ
３ エンジン
４ 加速度センサ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ ピエゾアクチュエータ
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 座席
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 乗員検出センサ
８ コントローラユニット
１１ コントローラ
２１ 騒音推定装置
２２ 入力スイッチ
２３ 演算器
２４ 出力スイッチ
２５ トリガ生成器
３１ 制御指令→振動演算部
３２，３５ 加算器
３３ 振動→音圧演算部
３４ 制御指令→音圧演算部
４１ 演算器
４２ 伝達関数モデル
５１ マイクロフォン
６４ 適応則演算部
６５ 適応フィルタ
７１，７２ 伝達関数演算部
８６ 騒音推定装置

Claims (10)

1. 車体の振動を検出する振動検出手段と、
   車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生する騒音低減手段と、
   前記振動検出手段によって検出された振動に応じて、前記騒音低減手段で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段と、
   前記車室内における乗員の有無を検出する乗員検出手段とを備え、
   前記乗員検出手段によって検出された乗員が存在する空間において静音化制御効果が得られるように前記制御指令値演算手段によって制御指令値を調節し、前記騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御することを特徴とする騒音低減装置。
2. 前記乗員検出手段は乗員頭部位置を検出する乗員頭部検出手段であり、
   前記制御指令値演算手段は、前記乗員頭部検出手段によって検出された乗員頭部位置が存在する空間において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節すること
   を特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
3. 前記制御指令値演算手段は、前記乗員検出手段によって検出された乗員の存在する空間における騒音低減量を増大させるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の騒音低減装置。
4. 前記制御指令値演算手段は、前記乗員検出手段によって検出された乗員の存在する空間において静音化制御効果が得られる領域を拡大させるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の騒音低減装置。
5. 前記制御指令値演算手段は、前記乗員検出手段によって検出された乗員の存在する空間において低減させる騒音の周波数帯域を拡大させるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の騒音低減装置。
6. 車室内における騒音を振動又は音を発生させて低減させるに際して、
   車体の振動を検出すると共に、前記車室内における乗員の有無を検出するステップと、
   前記検出された乗員が存在する空間において静音化制御効果が得られるように、振動又は音響を発生させる騒音低減手段に供給する制御指令値を調整するステップと、
   前記調整された制御指令値を前記騒音低減手段に供給するステップと
   を有することを特徴とする騒音低減方法。
7. 前記乗員位置情報を取得するステップでは、乗員頭部位置を検出し、
   前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員頭部位置が存在する空間において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節すること
   を特徴とする請求項６に記載の騒音低減方法。
8. 前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員の存在する空間における騒音低減量を増大させるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の騒音低減方法。
9. 前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員の存在する空間において静音化制御効果が得られる領域を拡大させるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の騒音低減方法。
10. 前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員の存在する空間において低減させる騒音の周波数帯域を拡大させるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の騒音低減方法。

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