JP2010184585A - 騒音低減装置及び騒音低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを駆動する制御指令信号に飽和が起きた場合であっても、最適な騒音低減効果を得ることができる騒音低減装置及び方法を提供する。
【解決手段】制御指令値生成フィルタ４２は、取得した加速度信号αd を用いて、アクチュエータ５ａ、５ｂに対するそれぞれの制御指令信号ｕを演算する。飽和検出部３４は、アクチュエータ毎に、その制御指令信号ｕの飽和を検出又は予測する。フィルタ係数再計算部４１は、飽和検出部３４が少なくとも一つの制御指令信号の飽和を検出または予測した場合に、制御指令値生成フィルタ４２のフィルタ係数を再計算して更新する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車体等の構造物の振動や騒音を打ち消す波動を加えて騒音や振動を低減する騒音低減装置び方法に関する。

従来から、例えば車室内等において車両の走行に伴い発生する騒音を計測し、その騒音を打ち消すような音波を発生することによって、騒音を低減する能動騒音制御装置が知られている。

例えば特許文献１に記載されているように、車体の振動を検出するための加速度センサと、複数のエラー検出用マイクとを設け、検出した車体の振動に基づいて車両に設置したスピーカーや加振器等のアクチュエータを駆動させることによって、車室内の騒音を低減する騒音制御装置が提案されている。

特開平８−２９２７７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の騒音制御装置では、アクチュエータの制御信号が飽和した場合には、飽和した信号をそのままアクチュエータへ出力するようになっていたので、アクチュエータによる騒音低減効果を得ることができないという問題点があった。

本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、騒音を低減させるために振動や音の波動を発生させるアクチュエータを駆動する制御指令信号に飽和が起きた場合であっても、最適な騒音低減効果を得ることが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。

上記課題を解決するために本発明は、構造物が発生する騒音を低減するように前記構造物に波動を印加する複数の波動印加手段を有し、検出した構造物の振動に応じて、前記波動印加手段毎に、前記波動印加手段が発生させる波動を制御する制御指令信号を演算し、該制御指令信号によって前記波動印加手段を動作させる騒音低減装置において、少なくとも一つの波動印加手段の飽和状態を検出又は予測した場合、飽和周波数を特定し、該飽和周波数に基づいて、前記波動印加手段に供給する前記制御指令信号のゲインを補正する。

本発明によれば、波動印加手段に飽和が起きた場合又は飽和が予測される場合には、飽和周波数に基づいて、前記波動印加手段に供給する前記制御指令信号のゲインを補正することにより、騒音レベルの高い周波数帯域における騒音低減制御効果を維持しながら飽和を回避し、最適な騒音低減制御を行うことができるという効果がある。

車体の振動伝播経路を説明する図である。 本発明に係る騒音低減装置の実施例１の全体構成を示すシステム構成図である。 実施例１の制御指令値算出部の詳細を示すブロック線図である。 実施例１の制御指令値算出部で行う計算のアルゴリズムを示したフローチャートである。 実施例１の算出部で行う計算のブロック線図である。 実施例１の算出部で行う計算のアルゴリズムを示したフローチャートである。 実施例１の算出部におけるフィルタ係数再計算ルーチンのフローチャートである。 実施例１の制御指令値生成フィルタを構成する際に用いるブロック線図である。 実施例１の制御指令値生成フィルタを構成する際に用いる重み関数の例である。 従来例におけるアクチュエータ飽和時の制御効果の周波数特性を示した図である。 実施例１におけるアクチュエータ飽和時の制御効果の周波数特性を示した図である。 実施例２における算出部のブロック線図を示した図である。 実施例２における算出部で行う計算のフローチャートである。 実施例２におけるフィルタ係数再設計ルーチンのフローチャートである。

次に、図面を参照して、本発明に係る騒音低減装置の実施形態を詳細に説明する。車外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から進入することに起因する騒音（以下、ロードノイズと呼ぶ）、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。以下の各実施例では、主にロードノイズの低減を扱う。

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１２０およびサスペンション１３０の取り付け部（図示省略）からメンバ１４０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１４０によって囲まれたフロアパネル３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３が振動する。さらに、フロアパネル３の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、車室内の所定の空間である制御空間６においてロードノイズが聞こえる。

本実施例では、煩雑さを避けるために運転席右耳元の空間のみを騒音低減の制御空間６として扱う。複数の座席や複数の耳元空間を制御空間とする場合には設定を変更すればよい。フロアパネル３の他にルーフパネルや窓ガラス（いずれも図示省略）が振動することによっても騒音が発生するが、主にサスペンション１３０の取り付け部から進入するロードノイズの大部分は、フロアパネル３の振動に起因することがわかっている。このため、フロアパネル３の振動に起因するロードノイズを打ち消すように騒音制御を行えば、ロードノイズを低減することができる。

本実施例では、フロアパネル３もしくはメンバ１４０に加速度センサ４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を配置して、その加速度センサ４の出力信号に基づいて、制御指令信号を生成し、この制御指令信号によりフロアパネル３に設けた波動印加部であるアクチュエータ５（５ａ、５ｂ）により発生した制御音を車室内に入力するという手法をとる。

ここで、本発明では制御空間の音圧を検出するセンサとしてマイクロフォンを使用せず、加速度センサ４の信号から制御空間６の騒音を推定するという方法を用いている。フロアパネル３もしくはメンバ１４０に設置した加速度センサ４を用いるため、制御対象としてフロアパネル３に起因するロードノイズを扱う。ここで、加速度センサ４の設置場所としてフロアパネル３もしくはメンバ１４０を選択したのは、フロアパネル３もしくはメンバ１４０の加速度と車室内騒音との間のコヒーレンス（定義は後述）が高いからである。

なお、フロアパネル３やメンバ１４０を発生源とする騒音が制御対象としてすべて含まれるため、エンジン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３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グラス、さらにルーフパネル（いずれも図示省略）といった同じメカニズムで発生する車室内の騒音発生源に対しても、本発明を当該部位に対して用いるようにすれば、同様の効果を得ることが可能である。

図２は、本実施例の騒音低減装置の全体構成を示すシステム構成図である。本実施例の騒音低減装置は、フロアパネル３もしくはメンバ１４０の振動を検出するセンサである加速度センサ４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、フロアパネル３もしくはメンバ１４０に機械的波動を与える波動印加部であるアクチュエータ５と、加速度センサ４で得られた信号に基づいて車室内騒音を低減する制御指令信号を算出し、アクチュエータ５の制御を行う制御装置本体３０とを備える。

ここで、本実施形態におけるアクチュエータ５は、いわゆるピエゾアクチュエータ(Piezo-electric actuator) であるものとする。なお、アクチュエータ５を設置する位置は、フロアパネル３やメンバ１４０に限らず、ダッシュパネルやフロントグラス、ドアパネル、さらにルーフパネルといった部位に設置することも可能である。さらに、アクチュエータ５として、ピエゾアクチュエータに限らず、磁歪型アクチュエータや車室内に設置したスピーカをアクチュエータとして用いることも可能である。

制御装置本体３０の入力信号は加速度センサ４の出力であり、出力信号はアクチュエータ５への制御指令信号である。

アクチュエータ５は、制御空間６での騒音を低減するために十分な数が車体のフロアパネル３の適切な位置に貼り付けられている。

加速度センサ４の数は一般に振動源の数より多いことが必要とされる。具体的な加速度センサ４の数および設置位置は、各加速度センサ４と制御空間６における騒音の音圧との間のコヒーレンスＣｘｙ（ω）が十分高くなるように（例えば０．９以上）決定される。

コヒーレンスＣｘｙ（ω）は、式（１）で算出される。

本実施形態では、加速度センサ４は、加速度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの４個とし、アクチュエータ５は、アクチュエータ５ａ、５ｂの２個とした。なお、センサ・アクチュエータの数は適宜設定できる。

ここで、Ｐｘｙ（ω）は、加速度と音圧の間のクロスパワースペクトラム、Ｐｘｘ（ω）とＰｙｙ（ω）はそれぞれ加速度と音圧のオートパワースペクトラムを表している。また、Ｐ^H はＰのエルミート転置行列を表す。

制御装置本体３０は、信号増幅用の増幅部３１（３１ａ〜３１ｆ）と、車室内騒音を低減する制御指令信号を算出して出力する制御指令値算出部３２とを備える。

増幅部３１a〜３１ｄは、加速度センサ４ａ〜４ｄの出力を増幅し、加速度センサ４がいわゆるチャージタイプである場合には、電荷と電圧との間の変換の機能も担う。増幅部３１ｅ、３１ｆは、制御指令値算出部３２が出力する制御指令信号をアクチュエータ５ａ，５ｂに必要な駆動電圧及び駆動電力まで増幅する増幅部である。

図３は、制御指令値算出部３２の内部の構造を示すブロック図である。制御指令値算出部３２は、Ａ／Ｄ変換部３３と、減算器３５と、振動伝播特性モデル７０と、算出部３８と、Ｄ／Ａ変換部３９とを備える。

Ａ／Ｄ変換部３３は、加速度センサ４が検出し増幅部３１ａ〜３１ｄで増幅された加速度信号α１〜α４をディジタル信号に変換する。
Ｄ／Ａ変換部３９は、算出部３８が算出した制御指令信号をアナログ信号に変換し、増幅部３１ｅおよび３１ｆに出力する。

振動伝播特性モデル７０は、アクチュエータ５から加速度センサ４まで振動が回り込む伝達関数のモデルを示す。通常はオンラインで処理するためにＩＩＲ（Infinite Impulse Response,無限インパルス応答）フィルタの形式でメモリ内に保持される。加速度センサ４、アクチュエータ５が複数ある場合には、その数に応じたフィルタを保持しておく。

振動伝播特性モデル７０では、制御指令信号に、アクチュエータ５から制御空間６の音圧レベル（ＳＰＬ）までのモデルを乗算することにより、アクチュエータ５が発生する振動が加速度センサ４の位置に生成する加速度を計算する。

減算器３５は、加速度センサ４で得られた加速度信号α１〜α４からアクチュエータ５が加速度センサ４位置に生成する加速度を減算する。この結果得られる信号は、加速度センサ４で得られた信号のうち車両の外部から侵入した加速度成分αd である。

算出部３８は減算器３５の出力信号αd を基に制御空間６での騒音を低減するようにアクチュエータ５への制御指令信号ｕを算出する。

図中において信号線を単独の直線として記しているが、加速度センサ４・アクチュエータ５が複数存在する場合には、各線は複数の線から構成される。また、振動伝播特性モデル７０や算出部３８は多入出力のシステムとして構成される。

本実施形態では、この制御指令値算出部３２を、ＣＰＵとプログラムＲＯＭと作業用ＲＡＭと入出力インタフェースとを備えたいわゆるマイクロプロセッサ上に実装する。

図４は、制御指令値算出部３２における処理内容を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、Ａ／Ｄ変換部３３によりＡ／Ｄ変換された加速度信号α１〜α４を減算部３５に入力する。この後に、フローはステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２では、１ステップ前の算出部３８の出力信号である制御指令信号ｕに振動伝播特性モデル７０を表すフィルタを乗算する。計算された信号は減算部３５に渡される。この後に、フローはステップＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３では、減算部３５において、ステップＳ１０１で得た信号からステップＳ１０２で得た信号を減算する。この後に、フローはステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、算出部３８において、ステップＳ１０３で得た信号αd を基に制御空間６での騒音が小さくなるような制御指令信号うを計算するサブルーチンを実行する。この後で、フローはステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５ではＤ／Ａ変換部３９においてステップＳ１０４で得た信号がＤ／Ａ変換され、制御指令値算出部３２から出力されて、フローは終了する。

図５は、算出部３８内部の構成を示すブロック線図である。算出部３８は、図外のアクチュエータ毎にそれぞれのアクチュエータを駆動する制御指令信号ｕの飽和を検出又は予測する飽和検出部３４と、飽和検出部３４が少なくとも一つの制御指令信号の飽和を検出または予測した場合に制御指令値生成フィルタ４２のフィルタ係数を再計算するフィルタ係数再計算部４１と、加速度信号αd から制御指令信号ｕを生成する制御指令値生成フィルタ４２とを備える。

制御指令値生成フィルタ４２は、取得した加速度信号αd を用いて、アクチュエータ５ａ、５ｂに対するそれぞれの制御指令信号ｕを演算する。この制御指令値生成フィルタ４２は、例えばＩＩＲフィルタの形式でメモリに保存されている。

飽和検出部３４は、制御指令値生成フィルタ４２の出力である制御指令信号ｕを常に監視し、その値が、予めメモリに保持されているアクチュエータの飽和レベルを超えた場合に飽和検出信号および、飽和したアクチュエータへの制御指令信号を出力する。

また、飽和検出部３４では、制御指令値生成フィルタ４２の出力である制御指令信号ｕを常に監視し、その値が予めメモリに保持されているアクチュエータの飽和レベルにより小さい所定レベルを超えて、かつ制御指令値生成フィルタ４２の出力の変化率（傾き）が所定変化率に超えた場合、飽和することを予測しても良い。

フィルタ係数再計算部４１では、飽和検出部３４が飽和検出信号を出力した場合に、新たな制御指令値生成フィルタ４２を生成するためのフィルタ係数を再計算する。飽和を検出しない場合には動作させない。

図６は、図５の算出部３８が行う処理内容を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１では外乱による加速度信号αd が入力される。この後でフローはステップＳ２０２へ移行する。

ステップＳ２０２ではメモリから制御指令値生成フィルタ４２を読み出し、この制御指令値生成フィルタ４２でステップＳ２０１で取得した加速度信号αd をフィルタリングする。これにより、制御指令信号ｕが計算される。この後で、フローはステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で得られた制御指令信号ｕと、予めメモリに記憶されているアクチュエータ５の最大電圧とが比較される。アクチュエータ５ａと５ｂで、最大電圧が異なってもよい。この場合は、それぞれのアクチュエータ５ａ，５ｂの最大電圧を記憶しておく。

アクチュエータ毎に、制御指令信号と最大電圧とを比較した結果、少なくとも一つのアクチュエータに対する制御指令信号のほうが最大電圧よりも大きい場合には、アクチュエータ５の飽和を検出したとして、フローはステップＳ２０４へ移行し、制御指令信号が最大電圧以下である場合には、飽和を検出しないとしてフローはステップＳ２０５へ移行する。

ステップＳ２０４では、飽和したアクチュエータへの制御指令信号を用いて、制御指令値生成フィルタ４２の新たなフィルタ係数を再計算してフィルタ係数を更新するサブルーチンを実行する。この後でフローはＳ２０５へ移行する。ステップＳ２０５では、制御指令信号を出力して、演算を終了する。

図７は、図６のステップＳ２０４のフィルタ係数再計算サブルーチンの処理内容の詳細を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１では、取得した制御指令信号のパワースペクトルを計算し、その値が最大となる周波数を特定する（以下では飽和周波数と記す）。この後で、フローはＳ３０２へ移行する。

ステップＳ３０２では、飽和周波数を制御帯域とする制御指令値生成フィルタ４２のゲインを予め保持してある値と現在の制御指令信号の値を比較して、予め保持してある値以下になるように制御指令値生成フィルタ４２に一定ゲインをかける。飽和をしていないアクチュエータへの制御指令信号を計算する制御指令値生成フィルタ４２については更新演算は行わない。この後でフローはステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３０３では、新たに計算された制御指令値生成フィルタ４２に加速度信号αd が入力され、フィルタリングがなされ、新たな制御指令信号ｕが計算される。この後でフローはステップＳ３０４へ移行する。

ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で得られた制御指令信号ｕと予め保持してある閾値とを比較し、制御指令信号のほうが閾値より大きければフローはステップＳ３０２へ移行し、制御指令信号が閾値以下であればフローはステップＳ３０５へ移行する。ステップＳ３０５では、制御指令値生成フィルタ４２のフィルタパラメータ（フィルタ係数）を更新して演算を終了する。

図８は、算出部３８で用いる制御指令値生成フィルタ４２を設計するために使用するブロック線図を示す。ブロック５１（図８ではＣと記載）は設計する制御指令値生成フィルタ４２の連続時間伝達関数を示す。ブロック５０（図８ではＧα と記載）は、加速度センサ４の検出位置における走行振動の加速度から制御空間６の音圧（ＳＰＬ）までの伝達関数を表す。また、ブロック６０（図８ではＧp と記載）はアクチュエータ５への制御指令信号から制御空間６の音圧（ＳＰＬ）までの伝達関数を表す。

図８において、加速度センサ４ａ〜４ｄの検出信号である加速度検出信号α１〜α４がブロック５０，ブロック５１に入力されている。またアクチュエータ５ａ、５ｂにそれぞれ対応してブロック５１から制御指令信号ｕ１、ｕ２が出力される。また一つの制御空間６に対応して、制御空間音圧ＳＰＬが１本出力されている。制御空間が複数ある場合には、その数に応じた複数本の信号線が制御空間音圧ＳＰＬとして出力される。さらにその場合には、ブロック５０，ブロック４０ａは多出力のブロックであり、それぞれの出力が加算される。

ブロック４０ａ（図８ではＷc1と記載）、ブロック４０ｂ（図８ではＷc2と記載）、および４０ｃ（図８ではＷc3と記載）は、設計パラメータ（重み関数）である。本実施例では、ブロック４０ａはアクチュエータごとに異なる周波数でゲインが高くなる特性を持たせる。その結果、それぞれのアクチュエータごとに制御を行う周波数が異なるコントローラが設計される。ブロック４０ｂ、および４０ｃは制御指令信号の最大電圧を制限するために用いる。本実施例では数値を用いる。この値を増加させると対応するアクチュエータのゲインが減少する。この値もまた周波数特性を持っても良い。この場合はある周波数帯域においてのみゲインを下げることができる。

各ブロックの伝達関数は、微分方程式やラプラス変換で表現された数学モデルを使用する。このモデリングは次のように行えばよい。

伝達関数６０（図８ではＧp と記載）は、実際の車両におけるアクチュエータ５から制御空間音圧までの伝達特性を測定する実験に基づいて得られる。この実験は、制御空間６にマイクロホンを設置し、アクチュエータ５にホワイトノイズもしくはインパルス信号を入力し、そのとき得られた制御空間の音圧信号を計測する。そしてアクチュエータの入力信号と計測した音圧信号とを用いて、システム同定を行うことにより伝達関数６０が得られる。

システム同定の方法は、例えば、制御系設計ツールＭＡＴＬＡＢのツールボックスである「Structural Dynamical Toolbox」や「System Identification Toolbox 」、文献「足立、『制御のためのシステム同定』、東京電機大学出版局、１９９６年」に記載の部分空間同定法を用いればよい。

また、伝達関数５０については、伝達関数６０を求める際の実験と同様に、制御空間６にマイクロホンを設置し、走行時の加速度信号と制御空間音圧信号とを計測し、上記のシステム同定方法を用いることで得ることができる。

このとき、加速度信号αから制御空間音圧ＳＰＬまでの伝達関数Ｇαと、加速度信号αから制御指令信号ｕまでの伝達関数Ｃとのノルムを同時に最小化するようなフィルタを設計する。設計方法は様々な方法が考えられるが、例えば「細江、荒木、『制御系設計―Ｈ∞制御とその応用』、朝倉書店、１９９４年」に記載のＨ∞制御法やＨ２制御法を用いれば設計することができる。

本実施例では、設計パラメータ（重み関数）４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの３つを用いて設計をするが、上記参考文献記載の他の重み関数を用いて設計しても良い。

伝達関数５０、６０、および重み関数４０を連続時間システムとしてモデリングした場合には、得られたフィルタを、タスティン変換等を用いて離散化して、デジタルフィルタとする。または、伝達関数５０、６０、および重み関数４０を離散時間システムとしてモデリングし、離散時間システムに対する設計法を用いてディジタルフィルタを設計しても良い。

図９に重み関数４０ａの周波数特性を示す。曲線４３はアクチュエータ５ａに、曲線４４はアクチュエータ５ｂにそれぞれ対応する重み関数４０ａの周波数特性を示す。本実施例の場合は、アクチュエータ５ａによって第１の制御帯域である帯域１を制御し、アクチュエータ５ｂによって第２の制御帯域である帯域２を制御するようにフィルタを設計する。逆に、アクチュエータ５ａに対するフィルタは帯域２においてゲインが低くほとんど制御しないように設計される。

以上に記載した本実施例の効果を図１０及び図１１に示す。図１０は従来の手法を用いた比較例において、アクチュエータの飽和が起きた場合の騒音レベルの変化を示している。図中の帯域１と帯域２は、それぞれ別のアクチュエータで騒音制御を行う周波数帯域を示す。破線７１は制御を行わない場合のロードノイズ騒音レベルを示している。帯域１に小さなピークを持ち、帯域２に大きなピークを持つ特性を成している。

一点鎖線７３はアクチュエータに飽和が無いとした場合の制御を行ったときの騒音レベルを示している。設計方針通り、帯域１および帯域２において騒音レベルが低減されている。

太実線７２は一点鎖線７３の場合と同じ制御指令入力信号を入力したが帯域１を制御するアクチュエータに飽和が起きた場合の騒音レベルを示す。この図のように、飽和が起きることで、帯域２より上の周波数で急激な騒音の悪化が現れることがある。

細実線７４は、比較例において飽和を回避すべく両方のアクチュエータ５ａ，５ｂに対するフィルタに１以下の一律ゲインを乗じた場合の騒音レベルを示す。この場合太実線７２のように帯域２の上の周波数での騒音レベルの悪化は回避されるが、制御指令信号が小さく設定される分だけ制御効果が減少し、ほとんど騒音低減がなされていない状況になっている。

図１１は、本実施例に沿って構成した制御指令値算出部を使用した場合の騒音レベルを示す。破線７１および細実線７４は図１０と同じ騒音を示している。太実線７５は本実施例で示した制御指令値算出部を使用した場合の騒音レベルである。

実施例では、飽和が起きているアクチュエータが制御する周波数帯域である帯域１での制御効果の減少は避けるべくも無い。しかし、飽和が起きていないアクチュエータが制御する周波数帯域である帯域２においてゲインを低下させない本実施例の手法を用いることにより騒音制御効果の減少を少なく抑えることができている。

以上説明したように、本実施例によれば、騒音を低減するように波動を印加する複数のアクチュエータの少なくとも一つの飽和が検出または予測された場合、飽和周波数に基づいて飽和が検出又は予測されたアクチュエータの制御指令信号のゲインを減少させるので、飽和時の騒音低減効果の低下を抑制することができるという効果がある。

また本実施例によれば、各アクチュエータが制御する波動の周波数帯域を異ならせて、飽和周波数が含まれる制御帯域に対応するアクチュエータに供給する制御指令信号のゲインを減少させるので、飽和時の騒音低減効果の低下を更に抑制することができるという効果がある。

次に、本発明に係る騒音低減装置の実施例２を説明する。実施例２は、算出部３８の内部構成以外は、実施例１と同様であるので、重複する説明を省略する。

図１２は、本実施例２における算出部３８の内部構成を示すブロック線図である。図５に示した実施例１の算出部３８に対して、本実施例では、騒音推定部３６が追加されている。

制御指令値生成フィルタ４２は、取得した加速度信号αd を用いて制御指令信号ｕを演算する。飽和検出部３４では、制御指令値生成フィルタ４２の出力を常に監視し、その値が、予めメモリに保持されているアクチュエータの飽和レベルを超えた場合に飽和検出信号および、飽和したアクチュエータへの指令信号を出力する。

騒音推定部３６は、加速度信号αd と制御指令信号ｕとを用いて制御空間６に形成される騒音レベルの推定値を計算する。

フィルタ係数再計算部４１では、飽和検出部３４が飽和検出信号を出力した場合に、飽和検出信号と共に推定騒音信号を使用することにより、新たな制御指令値生成フィルタ４２を生成する。飽和を検出しない場合には動作させない。

ここで、制御指令値生成フィルタ４２は以下のように構成しておく。図９の曲線４３に示した重み関数を用いて帯域１を制御するフィルタ、Ｋ1a，Ｋ1bをまず設計する。ここで、添字の英字ａ，ｂは、それぞれアクチュエータ５ａ、５ｂに対応するフィルタであることを表し、添字の数字１，２は、それぞれ帯域１、帯域２を制御するためのフィルタであることを表す。

次に、図９の曲線４４に示した重み関数を用いて帯域２を制御するフィルタＫ2a，Ｋ2bを設計する。そして実装する際には、アクチュエータ５ａ、５ｂに対応するフィルタＫa 、Ｋb はそれぞれ、式（２）、式（３）として実現しておく。

Ｋa ＝Ｋ1a＋Ｋ2a …（２）
Ｋb ＝Ｋ1b＋Ｋ2b …（３）
図１３は、図１２の算出部で行う処理内容を示すフローチャートである。

ステップＳ４０１では外乱による加速度信号αd が入力される。この後でフローはステップＳ４０２へ移行する。

ステップＳ４０２ではメモリから制御指令値生成フィルタ４２を読み出し、ステップＳ４０１で取得した加速度信号αd をフィルタリングする。これにより、制御指令信号ｕが計算される。この後で、フローはステップＳ４０３へ移行する。

ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で得られた制御指令信号ｕと、予めメモリに記憶されているアクチュエータの最大電圧とが比較される。制御指令信号ｕが最大電圧を超えている場合には、アクチュエータを飽和させる制御指令信号ｕが検出されたとして、フローはステップＳ４０４へ移行し、制御指令信号ｕが最大電圧以下の場合には、フローはステップＳ４０６へ移行する。

ステップＳ４０４では、加速度信号αd と制御指令信号ｕとを使用して、騒音推定部３６が制御空間における騒音を推定する。まず、加速度信号αd と制御指令信号ｕを取得し、予めメモリに保持してある加速度信号と騒音との間の伝達関数Ｇα と、アクチュエータからＳＰＬまでの伝達関数Ｇp と、を用いて、式（４）により、騒音を推定する。

ＳＰＬ＝Ｇα ×αd ＋Ｇp ×ｕ …（４）
その後で、フローはステップＳ４０５へ移行する。

ステップＳ４０５では、推定騒音と飽和したアクチュエータへの制御指令信号とを用いて、新たなフィルタ係数を再計算するサブルーチンを実行する。この後でフローはＳ４０６へ移行する。

ステップＳ４０６では、制御指令信号を出力し、演算を終了する。

図１４は、図１３のＳ４０５のフィルタ係数再計算サブルーチンが行う処理内容を説明するフローチャートである。

ステップＳ５０１では、取得した制御指令信号のパワースペクトルを計算し、その値が最大となる周波数を特定する（以下では飽和周波数と記す）。この後で、フローはＳ５０２へ移行する。

ステップＳ５０２では、取得した推定騒音のパワースペクトルを計算する。この後で、フローはステップＳ５０３へ移行する。

ステップＳ５０３では、飽和周波数における推定騒音が全ての制御周波数帯域内で最も大きいかどうかを判別する。最も大きい場合にはフローはステップＳ５０４へ移行し、そのほかの周波数帯域のほうが騒音レベルが大きい場合にはフローはステップＳ５０５へ移行する。
ステップＳ５０４では、飽和周波数以外を制御帯域とするフィルタのゲインを下げる。例えばアクチュエータ５ａの帯域１で飽和が起きた場合で且つ帯域１での騒音レベルが大きい場合には、Ｋ2aに所定のゲインを乗算することにより、アクチュエータ５ａへの制御指令値の電圧が下がる。この後で、フローはステップＳ５０６へ移行する。

ステップＳ５０５では、ステップＳ５０４とは逆に飽和周波数帯域を制御帯域とするフィルタのゲインを下げる。この後でフローはステップＳ５０６へ移行する。
ステップＳ５０６では、ステップＳ５０４もしくはステップＳ５０５で得た新たなフィルタに加速度信号を乗算することにより、制御指令信号が計算される。この後でフローはステップＳ５０７へ移行する。

ステップＳ５０７では、ステップＳ５０６で得られた制御指令信号と、アクチュエータの最大電圧に基づいて予め保持してある閾値とを比較し、制御指令信号が閾値より小さい場合にはフローはステップＳ５０８へ移行し、制御指令信号が閾値以上である場合には、フローはステップＳ５０３へ移行する。
ステップＳ５０９では、フィルタパラメータを新たに得られたものに更新し、演算を終了する。

本実施例の手法を用いることにより、元々騒音が大きい周波数でアクチュエータに対する制御指令信号の飽和が起きた場合には、その周波数での制御に集中して、その他の周波数での制御を減らすことにより、十分な制御効果を維持しつつ飽和を回避することができる。

また、ステップＳ３０４やステップＳ５０７での制御指令信号と予め保持してある所定の閾値の比較ステップは以下のように行っても良い。

まず、制御指令信号としてあるサンプル時刻での値のみを用いず、あるサンプル時刻より所定の時刻前からの連続した時間内の制御指令値列を取得しておく。この制御指令値列の平均値μと標準偏差σをそれぞれ計算し、例えば、μ＋３σと所定の閾値とを比較する。この演算により、偶然入力したインパルス状の多大な振動がアクチュエータを飽和させた場合や偶然入力されたインパルス状の大きなノイズに対しては本発明のフィルタ切り替え法を適用しないことになる。その結果、インパルス状の多大な振動に対してフィルタゲインを下げてしまい、通常の制御効果まで小さくなってしまうことを防ぐことができるという効果がある。

さらに、制御指令値の最大として所定の値を一つの値として保持しておくのではなく、複数個の所定の値を保持しておき、段階的にその値を引き下げることもできる。この場合は、制御効果の減少を最小限に抑えることができるという効果がある。

以上説明した本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、推定した制御空間の騒音に基づいて制御指令信号のゲインを減少させるので、飽和周波数における騒音が大きい場合には、騒音が小さい周波数での制御指令信号を小さくすることにより、騒音が大きい周波数での騒音低減効果を維持しつつ、アクチュエータの飽和を避けることができるという効果がある。

尚、本明細書記載の実施例では自動車の車室内の騒音低減を目的としているが、本発明は自動車に限らず、任意の構造物による閉空間内の騒音低減制御に用いることができる。

また、本明細書記載の実施例の目的とは逆にアクチュエータの飽和ではなく、制御指令信号の最大値を制限する所定の値が小さすぎ、制御指令信号が小さすぎる場合には、本実施例とは逆に制御指令信号が所定の値よりも大きくなるようにフィルタを再計算するというケースに使用することも可能であり、当業者であれば容易に想像がつく実施の形態である。

２ タイヤ
３ フロアパネル
４ 加速度センサ
５ アクチュエータ
６ 制御空間（所定の空間）
３０ 制御装置本体
３１ 増幅部
３２ 制御指令値算出部
３３ Ａ／Ｄ変換部
３４ 飽和検出部
３５ 減算器
３６ 騒音推定部
３８ 算出部
３９ Ｄ／Ａ変換部
４０ 重み関数
４１ フィルタ係数再計算部
４２ フィルタ
４３ アクチュエータ５ａの重み関数
４４ アクチュエータ５ｂの重み関数
５０ 伝達関数Ｇα
５１ コントローラ
６０ 伝達関数Ｇｐ
７０ 振動伝播特性モデル

Claims (7)

1. 構造物の振動を検出する振動検出手段と、
   前記構造物が発生する騒音を低減するように前記構造物に波動を印加する複数の波動印加手段と、
   前記振動検出手段の検出信号に応じて、前記波動印加手段毎に、前記波動印加手段が発生させる波動を制御する制御指令信号を演算し、該制御指令信号によって前記波動印加手段を動作させる制御指令値算出手段と、を有する騒音低減装置であって、
   前記波動印加手段の飽和状態を検出又は予測する飽和検出手段を有し、
   該飽和検出手段が少なくとも一つの波動印加手段の飽和状態を検出又は予測した場合に、制御指令値算出手段は、飽和周波数を特定し、該飽和周波数に基づいて、飽和状態が検出又は予測された前記波動印加手段に供給する前記制御指令信号のゲインを補正することを特徴とする騒音低減装置。
2. 前記制御指令値算出手段は、前記制御指令信号のゲインが減少するように補正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. 構造物内の制御空間の騒音を推定する騒音推定手段を更に有し、
   該騒音推定手段が推定した騒音に基づいて、前記制御指令値算出手段は、前記制御指令信号のゲインが減少するように補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の騒音低減装置。
4. 前記波動印加手段として、第１の制御帯域の波動を印加する第１の波動印加手段と、第１の制御帯域とは異なる第２の制御帯域の波動を印加する第２の波動印加手段を備え、
   前記飽和検出手段が少なくとも一つの波動印加手段の飽和状態を検出又は予測した場合、制御指令値算出手段は、前記飽和周波数が含まれる制御帯域に対応する波動印加手段に供給する制御指令信号のゲインを減少させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の騒音低減装置。
5. 前記制御指令信号のゲインの減少は、段階的に下げることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の騒音低減装置。
6. 前記飽和検出手段による飽和状態の検出は、過去一定時間内の制御指令信号の複数のサンプリング値に基づいて行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の騒音低減装置。
7. 構造物の振動を検出し、検出した振動に応じて、前記構造物が発生する騒音を低減するように複数の波動印加手段から前記構造物に波動を印加する騒音低減方法において、
   前記波動印加手段のそれぞれに印加する少なくとも一つの制御指令信号が飽和している状態を検出又は予測した場合に、飽和周波数を特定し、該飽和周波数に基づいて、前記波動印加手段に供給する前記制御指令信号のゲインを補正することを特徴とする騒音低減方法。

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