JP2009257326A - 内燃機関の排気チャネルにおける能動ノイズキャンセルのための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】能動ノイズキャンセル装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、車両の排気チャネルにおけるノイズを相殺するために用いられる装置および方法である。ノイズ信号が音センサを用いて排気チャネルから受け取られ、ノイズ信号と同じ振幅であるが逆位相である周波数信号が生成され、生成された周波数信号は、音変換器を用いて排気チャネル内でノイズ信号と音響的に混合され、これによって排気チャネルにおけるノイズを低減させる。この装置はまた、排気チャネルの近くにある障害物によって引き起こされる音の反射を考慮に入れる。能動ノイズキャンセル装置の外部にある距離計測デバイスが、障害物と排気チャネルの間の距離についての情報を与える。距離に基づいて、周波数信号は、障害物によって引き起こされた音波反射の効果を低減させるように適切に変更される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気チャネルにおける能動ノイズキャンセルの技術に関する。

欧州特許第０８４０２８５号には、排気チャネルから音信号を受け取るための手段と、アンチノイズ信号を生成するための手段とを有し、アンチノイズ信号が排気チャネルからの音とを音響的に結合することにより両信号を相殺し、ノイズの低減をもたらす能動ノイズキャンセルのための装置が開示されている。

欧州特許第０８４０２８５号

本発明は、排気チャネル開口部の近くに配置された障害物によって引き起こされる音波反射をも考慮して、内燃機関の排気チャネル内でノイズを低減させる装置および方法を提供する。これは、時に、車両を駐車する際に、排気チャネルが壁の近くまたは別の車両の近くにある可能性があるとき、運転者に快適性をもたらす。

他の改良および／または利点は従属特許請求項の特徴によって実現される。

排気チャネルにおけるノイズの主周波数成分は機関回転速度に基づいて推定される。これは、単純な、しかし効率的な計算を必要とするだけである。

予め記憶されたデータレコードがノイズ補償の動的部分を計算するために用いられるので、制御論理は単純でより効率的になる。

アンチノイズ信号と、障害物と排気チャネルの間の距離との関係は、予め記憶されたデータレコードとして利用可能であり、実行時に計算を簡略化する。

また、予め記憶されたデータレコードは内燃機関の適用フェーズの間にオフラインで作り出され、大規模かつ正確なデータを記憶することができる。

第１の実施形態による本発明を示す図である。 第１の実施形態による本発明を示す図である。

図１は、内燃機関１００および排気チャネルに接続された能動ノイズキャンセル装置１０を示す。内燃機関１００は排気チャネル１０２、１０６および１１０に連結される。排気チャネルは、中央消音器１０４と、後部消音器１０８とを含む。内燃機関は結線１１２を通じて信号発生器２００に接続される。信号発生器２００の出力はデジタルフィルタ２０２に接続される。デジタルフィルタ２０２は計算手段２１２からも入力を受け取る。

排気チャネル１１０の近くにある障害物３００が音３０２を周囲で反射させる。反射音を３０４として示す。

障害物と排気チャネルの間の距離３０６は音波反射３０４に影響を及ぼす。図示されない、能動ノイズ制御装置の外部にあるデバイスが、障害物３００と排気チャネル１１０の間の距離３０６を計測する。この距離３０６は距離値３０８として計算手段２１２に伝達される。

計算手段２１２は、フィルタ２０２を制御するために、予め記憶されたデータレコード２１０を参照する。デジタルフィルタ２０２の出力は増幅器２０８に与えられる。増幅器出力は排気チャネルと密接する音変換器１１４に与えられる。排気チャネルは、チャネル内に配置された音センサ１１６を有し、音センサ１１６の出力は計算手段２１２に接続される。

内燃機関１００は、シリンダ内で燃料と空気を混合し、これが点火され、車両を動かす運動エネルギーをもたらす。内燃機関からの残留物は排気チャネル１０２、１０６および１１０を通過する。この排気は排気チャネルの中でノイズを引き起こす。消音器１０４、１０８は、ある程度、排気によって発生したノイズの低減に役立つが、さらなるノイズ低減が能動ノイズキャンセル装置によって行われる。

通常、能動ノイズキャンセル装置は、ノイズ信号と同一の周波数を有し、かつ低減される必要があるノイズ信号と振幅が等しく位相が逆であるアンチノイズ信号を作り出すことによって作動する。ノイズ信号とアンチノイズ信号が音響的に組み合わされると、２つの信号は互いに効果的に相殺して、排気チャネルの周囲に発せられる最終音を著しく低減する。

また、ノイズ信号を低減させるために生成された音信号は、周囲に特定の音を作り出すように利用してもよい。

本発明は、排気チャネル１１０の近くにある障害物によって引き起こされた音の反射をも考慮して内燃機関の排気チャネルにおけるノイズを低減させる装置を提案する。

図１では、信号発生器２００は、結線１１２を通じて内燃機関１００から機関回転速度、機関負荷などのような初期パラメータを受け取る。排気チャネルにおけるノイズの主周波数成分は機関回転速度に直接的に依存する。排気チャネルにおけるノイズは、排気が排気チャネルの中に急速に入り込むと、発生する。排気チャネルの中に急速に入り込む排気の周波数は、クランクシャフトの回転速度、シリンダの数および内燃機関のシリンダで用いられるストロークの数に依存する。

排気チャネルにおけるノイズの主成分は、上述のように機関パラメータの関数である基本周波数をもつ。しかし、ノイズ信号は、基本周波数の高調波においても顕著なエネルギーを有する。

ノイズ信号の振幅は内燃機関の負荷に依存する。初期パラメータに基づいて、計算手段２１２は、排気チャネル内で発生したノイズの基本周波数を計算する。信号発生器２００は、推定された基本周波数およびこの高調波を生成し、これらをデジタルフィルタ２０２に与える。デジタルフィルタ２０２は、単一のブロックとして図示されているが、１組の周波数を生成するための複数のフィルタにより構成してもよい。デジタルフィルタ２０２のパラメータは、排気チャネル内でノイズを低減させるように適切な振幅および位相を有するアンチノイズ信号を生成するために計算手段２１２によって制御される。デジタルフィルタ２０２からの出力は増幅器２０８に与えられる。増幅器２０８の出力は拡声器のような音変換器１１４を駆動するために用いられ、この音変換器１１４は排気チャネルに配置される。拡声器筐体および排気チャネルの出口は、排気ノイズとアンチノイズ信号の間の音響結合が総排気ノイズレベルの著しい低減をもたらすように配置される。

ノイズ低減の静的部分は、機関回転速度パラメータおよび機関負荷パラメータを用いて基本周波数を推定することによって行われる。ノイズ低減の静的部分に必要とされるどのような補正も、予め記憶されたデータレコード内で利用可能である。これらデータレコードは内燃機関の試験の適用フェーズの間に記憶され、この機関試験の間に内燃機関は様々な条件下で試験され、必要なパラメータはデータレコードに記憶される。基本周波数およびこの高調波は、適切な振幅および位相を有して、フィルタ、増幅器および音変換器を介して生成され、最後に、アンチノイズ信号は、ノイズを低減させるために排気チャネル内でノイズと混合される。

ノイズ低減の動的部分は音センサからのフィードバックループを用いて行われる。

排気チャネル１１０に残るどのような残留ノイズも、音センサ１１６によって受け取られる。音センサはマイクロホンまたは任意の類似のトランスデューサであってもよい。音センサ１１６は、計算手段２１２に送り戻される排気ノイズフィードバック信号を生成する。排気ノイズフィードバック信号は排気ノイズとアンチノイズ信号の間の残差を表す。

計算手段２１２および信号発生器２００は、予め記憶されたデータレコードとともにフィードバック信号を使用し、排気チャネルにおいて混合された結果の音が、所与の条件に対してまたは音設計のために、最小レベルであるようにデジタルフィルタ２０２のパラメータを微調整する。

上述された能動ノイズキャンセルは自動車で用いられる典型的な概念である。本発明は、排気チャネル１１０の近くにある障害物３００によって引き起こされる音波反射３０４を取り扱うためにこの思想をさらに拡張する。障害物３００は、通常車両の駐車に遭遇する壁または別の車両であってよい。排気チャネル１１０の近くにある障害物３００は、音センサ１１６において最終消音器１０８および音波反射３０４が重畳された音信号を生じさせる。これは共振およびさらにいくつかの選択された周波数の増幅をもたらす。

音波反射３０４による能動ノイズキャンセル装置の音響的挙動の影響は、望まれない装置の挙動、たとえば外乱音信号の生成を伴う不安定な挙動に至ることがある。

この問題を克服するためには、排気チャネル内でノイズを相殺するために生成されたアンチノイズ信号に補正を適用する必要がある。このときの補正値は、障害物３００と排気チャネル１１０の間の距離３０６に依存する。距離３０６は、図に示されていない能動ノイズキャンセル装置の外部にある距離計測デバイスによって計測される。

車両の後部にある距離計測デバイスは公知技術である。これら距離計測デバイスは送信機および受信機を用いる。送信機は信号を送信し、受信機は障害物によって反射された信号を受信する。信号の送信と受信の間の時間差が処理され、送信機と障害物の間の距離が計算される。車両にある距離計測デバイスは、実時間で距離計測を行い、車両の後部の近くにある障害物について音響型または視覚型の表示器を介してユーザに知らせる。この情報は特に車両の駐車中に役に立つ。

様々な距離計測デバイスが、超音波センサ、レーダセンサ、またはレーザなどの計測のための様々な技術を用いることができる。

本発明は、能動ノイズキャンセル装置１０が距離計測デバイスから１つまたは複数の距離値３０８を受け取ることを提案する。

計算手段は距離値３０８を受け取る。距離値３０８に応じて、アンチノイズ信号は、非活動状態にされ、または適切な補正が、排気チャネルにおけるノイズに影響を及ぼすために用いられるアンチノイズ信号に適用される。内燃機関の適用フェーズの間に様々な距離値３０８に対応する補正値が決定され、予め記憶されたデータレコード２１０の一部として記憶される。

予め記憶されたデータを決定するために、より新しい内燃機関のタイプの試験のための内燃機関が用いられる。試験で使用する内燃機関は、製造公差を含め、車両での実際の内燃機関の特性に類似した特性を有する。

能動ノイズキャンセル装置１０は、内燃機関との接続用の入力結線１１２と、音センサからの入力結線２１４と、距離計測デバイスとの接続用の入力結線３０８と、音変換器および給電のために他の必要な配線用の出力結線２０９とを有するケーシングに収容される。

デジタルフィルタが、実施例として分離した要素として図１に示されている。しかし、デジタルフィルタはまた、信号発生器の中に組み込まれてよい。

図２は本発明の別の実施形態を示す。ここで１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２および１１４は、図１に示されたものと同じ要素であり、同じ機能を有する。能動ノイズキャンセルに用いられる電子装置は既存の機関制御ユニット４００の中に一体化されている。

電子制御ユニット４００は車両の内燃機関の完全な制御および監視を行う。能動ノイズキャンセルの機能は、信号発生器と、フィルタと、増幅器と、計算手段と、データレコードとを単一ユニットとして一体化することによって機関制御ユニット４００の一部にされる。

１０ 能動ノイズキャンセル装置
１００ 内燃機関
１０２ 排気チャネル
１０４ 中央消音器
１０６ 排気チャネル
１０８ 後部（最終）消音器
１１０ 排気チャネル
１１２ 入力結線
１１４ 音変換器
１１６ 音センサ
２００ 信号発生器
２０２ デジタルフィルタ
２０８ 増幅器
２０９ 出力結線
２１０ データレコード
２１２ 計算手段
２１４ 入力結線
３００ 障害物
３０２ 音
３０４ 音波反射
３０６ 距離
３０８ 距離値、入力結線
４００ 制御ユニット

Claims (9)

1. 内燃機関の排気チャネルにおける能動ノイズキャンセルのための装置において、
   排気チャネルから音信号を受け取る手段と、
   前記排気チャネル内で生成された前記音信号に影響を及ぼすために、周波数信号を生成する手段と、
   前記周波数信号の振幅および位相に影響を及ぼすために、前記音信号を受け取り、制御信号を生成する計算手段とを備える装置であって、
   前記排気チャネルの障害物からの距離についての情報をさらに受け取り、前記周波数信号を補正するために前記情報を用いることを特徴とする装置。
2. 前記排気チャネルの任意の障害物からの前記距離についての前記情報は、前記能動ノイズキャンセル装置の外部にあるデバイスによって与えられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記周波数信号を生成するための前記手段は、前記内燃機関の速度信号を受け取り、前記速度信号に応じて第１の周波数信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記周波数信号を生成する前記手段は、前記第１の周波数の高調波である周波数をさらに生成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記計算手段は、機関回転速度と、機関負荷と、前記周波数信号の位相および振幅との依存性を与える予め記憶されたデータレコードを用いることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記計算手段は、前記周波数信号と前記排気チャネルの前記障害物からの距離との間の依存性を与える予め記憶されたデータレコードを用いることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記計算手段は、音センサからフィードバック信号を受け取り、前記信号発生器およびフィルタのための前記制御信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記予め記憶されたデータレコードは、前記内燃機関が様々な条件下で試験される適用フェーズの間に導き出され、記憶されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 能動ノイズキャンセルを作動させる方法であって、
   音センサを介して内燃機関の排気チャネルからの音信号を受け取るステップと、
   受け取られた前記音信号に基づいて、周波数信号の振幅および位相に影響を及ぼすために、信号発生器およびデジタルフィルタの制御信号を生成するステップと、
   前記排気チャネルと任意の障害物との距離についての情報を受け取るステップと、
   前記周波数信号と、前記排気チャネルと前記障害物との前記距離との間の依存性の予め記憶されたデータレコードを用いて前記周波数信号を適切に補正するステップと、
   前記排気チャネル内で生成された前記音信号に影響を及ぼすために、音変換器を用いて前記周波数信号を前記排気チャネル内で生成された前記音信号と音響的に結合するステップと
   を含む方法。

Images