JP3544677B2 - 車室内こもり音低減装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの振動騒音を主要因として発生する車室内のこもり音を相殺音と干渉させて低減させる車室内こもり音低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの振動騒音を主要因として発生する車室内騒音に対し、この騒音と同一振幅で逆位相となる音（相殺音）を付加音源から発生させ、車室内騒音を低減させる種々の技術が提案されている。
【０００３】
このような技術として、例えば、特開平３−５２５５号公報において、エンジン回転の２次成分に同期して逆位相となる基本正弦波の数値データを予め記憶させておき、クランク角センサより求められるエンジン回転数と、圧力センサより求められるエンジン負荷とで上記基本正弦波の位相と振幅を修正することによって、エンジン振動等を直接検出する振動センサー等を必要とせず、相殺音を作ることのできる車室内騒音低減装置が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のＬＳＩ技術により、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズム（最適フィルター係数を求める計算式を簡略化するため、フィルターの修正式が再帰式であることを利用し、平均自乗誤差を瞬間自乗誤差で近似して求める理論）、あるいは、このＬＭＳアルゴリズムを多チャンネルに拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｒｒｏｒ Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｘ−ＬＭＳ）アルゴリズムを利用した車室内騒音低減装置が実用化され始めている。このＬＭＳアルゴリズムを利用した車室内騒音低減装置では、エンジン振動を主要因として発生する車室内騒音を消音する場合、エンジン振動と相関の高い信号を騒音振動源信号（プライマリソース）として振動センサ等により検出し、このプライマリソースから最適フィルターによって騒音に対する相殺音信号（キャンセル信号）を合成し、スピーカーから相殺音を発生する。そして、受聴点における騒音低減状態を誤差信号としてエラーマイクによって検出し、この誤差信号とプライマリソースとからＬＭＳアルゴリズムにより、上記最適フィルターのフィルター係数を更新し受聴点における騒音低減を最適な値とするようになっている。このＬＭＳアルゴリズムを利用した騒音低減装置によれば、従来技術で示した車室内騒音低減装置に比べて、より安定して、細かい騒音低減を図ることができる。
【０００５】
しかしながら、最適フィルターを使用しているため、多数のフィルター係数行列を持つ必要があり、このフィルター係数を更新するのに時間がかかるため、例えば、急激な加速時等の過渡状態において効果的に騒音低減を行なうことは難しい。また、上述のような追従性の問題を解決するため、フィルター係数の修正感度を高くすると、ＬＭＳアルゴリズムによるフィルター係数更新のシステムが発散し易くなるため、フィルター係数の修正感度だけを変更して追従性の問題を解決することは難しい。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、定常走行はもちろんのこと、過渡運転時であっても、追従性と安定性に優れた騒音低減を行なうことのできる車室内こもり音低減装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による車室内こもり音低減装置は、エンジンの回転情報の信号を検出し、このエンジン回転情報の信号をエンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスで、周波数領域ではエンジン回転の０．５×整数倍の高次成分の周波数スペクトルからなる騒音振動源信号に成形・加工する信号変換手段と、上記騒音振動源信号を適応フィルターによりキャンセル信号として合成するキャンセル信号合成手段と、上記キャンセル信号を騒音に対する相殺音として音源から発生する相殺音発生手段と、受聴点における騒音低減状態を誤差信号として検出する誤差信号検出手段と、上記誤差信号と上記騒音振動源信号とに基づき上記適応フィルターのフィルター係数を更新するキャンセル信号更新手段と、エンジンの負荷情報の信号を検出し、該エンジンの負荷情報と上記エンジンの回転情報とから、予め設定しておいたマップを参照して上記適応フィルターのフィルター係数を選択し、上記適応フィルターに設定するとともに、上記キャンセル信号更新手段で上記適応フィルターの上記選択設定されたフィルター係数の更新を行った後、再び、この更新されたフィルター係数を上記マップに格納するフィルター係数記憶設定手段とを備えたものである。
【０００８】
【作 用】
上記構成において、まず、エンジンの回転情報の信号を検出し、信号変換手段でこのエンジン回転情報の信号をエンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスで、周波数領域ではエンジン回転の０．５×整数倍の高次成分の周波数スペクトルからなる騒音振動源信号に成形・加工する。
また、エンジンの負荷情報の信号を検出し、フィルター係数記憶設定手段により、エンジンの負荷情報とエンジンの回転情報とから、予め設定しておいたマップを参照して上記適応フィルターのフィルター係数を選択し、上記適応フィルターに設定する。
次に、上記キャンセル信号合成手段で上記騒音振動源信号を上記適応フィルターによりキャンセル信号として合成し、相殺音発生手段でこのキャンセル信号を騒音に対する相殺音として音源から発生する。
次いで、受聴点における騒音低減状態が、誤差信号検出手段で誤差信号として検出され、上記キャンセル信号更新手段でこの誤差信号と上記騒音振動源信号とに基づき上記選択設定された上記適応フィルターのフィルター係数が更新される。
そして、上記キャンセル信号更新手段で更新された上記適応フィルターのフィルター係数は、上記フィルター係数記憶設定手段で、再び、上記マップに格納される。
このように、フィルター係数記憶設定手段により、エンジンの運転状態に応じて適応フィルターのフィルター係数を予め設定することにより、キャンセル信号更新手段での演算等の処理を少なくできるので、追従性と安定性に優れた騒音低減を行うことができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
｛第一実施例｝図面は本発明の第一実施例を示し、図１は車室内こもり音低減装置のシステム概略図、図２はプライマリソースと振動騒音との相関説明図で、（ａ）は成形・加工されたプライマリソース、（ｂ）はエンジン関連の振動騒音、（ｃ）は周波数領域からみたプライマリソース、（ｄ）は周波数領域からみたエンジン関連の振動騒音、図３はフィルター係数マップの説明図である。
【００１０】
図中、符号１は４サイクルエンジンを示し、インテークマニホルド２の上流には、吸気管３を介してエアクリーナ４が配設されており、このエアクリーナ４の直下流には、エンジン負荷情報を検出する吸入空気量センサ５が介装されている。また、このエンジン１のクランクシャフト１ａには、クランク角検出用ロータ６が軸着されており、このクランク角検出用ロータ６の外周に、被検出体である突起を検出する電磁ピックアップ等からなるエンジン回転情報を検出するクランク角センサ７が対設されている。
【００１１】
また、図中、符号８は相殺音発生装置を示し、この相殺音発生装置８の信号変換手段としての信号変換回路９と、フィルター係数記憶設定手段としてのメモリマップ設定回路１０とに、前記吸入空気量センサ５およびクランク角センサ７からの信号が入力されるようになっている。
【００１２】
上記信号変換回路９では、入力された前記クランク角センサ７からの信号を、エンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスで、周波数領域ではエンジン回転の０．５×ｎ（整数）次成分の周波数スペクトルからなる信号に成形・加工し、騒音振動源信号（プライマリソース）として、キャンセル信号合成手段としての適応フィルター１１と、スピーカ／マイク間伝達特性推定回路（ＣＭＮ０ 回路）１２とに出力する。
【００１３】
これは、４サイクルエンジン関連の振動騒音（図２（ｂ））はエンジン１が２回転（７２０度ＣＡ）で吸入・圧縮・爆発・排気の４行程を完了するために、エンジン２回転を１周期とする振動騒音となっており、周波数領域ではエンジン回転の０．５次成分（エンジンが２回転で１サイクルとなる正弦波成分）を基本波とし、その高次成分が主体となった周波数スペクトル（図２（ｄ））となっている（０．５×ｎ（整数）次成分の周波数スペクトルにより構成されている）ためである。
【００１４】
上記信号変換回路９からのプライマリソースが入力される適応フィルター１１は、後述するメモリマップ設定回路１０によってフィルター係数Ｗ（ｎ） が設定され、また、後述するＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）演算回路１３により、上記設定されたフィルター係数Ｗ（ｎ） が更新されるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ）フィルターで、所定のタップ数を有する。この適応フィルター１１に入力されたプライマリソースは、上記フィルター係数Ｗ（ｎ） と畳み込み積和されキャンセル信号として、Ｄ／Ａ変換器１４に出力され、増幅器１５を介して付加音源であるスピーカ１６から相殺音として発生されるようになっている。
【００１５】
上記スピーカ１６は図示しない車室内に配設されており、また、この車室内の受聴点（例えばドライバーの耳に近接する位置）に音圧センサである誤差信号検出手段としてのエラーマイク１７が配設されている。このエラーマイク１７により、振動騒音と相殺音との干渉の結果が検出され、ＬＭＳ演算回路１３に誤差信号として入力される。
【００１６】
また、前記スピーカ／マイク間伝達特性推定回路（ＣＭＮ０ 回路）１２では、予めスピーカ／マイク間伝達特性ＣＭＮが求められて設定されており、前記信号変換回路９からのプライマリソースに、上記スピーカ／マイク間伝達特性ＣＭＮを乗じることにより補正して上記ＬＭＳ演算回路１３に信号を入力する。
【００１７】
このＬＭＳ演算回路１３では、上記エラーマイク１７からの誤差信号と、上記ＣＭＮ０ 回路１２からの信号とから瞬間自乗誤差を求め、上記エラーマイク１７からの誤差信号が最小となるように、前記適応フィルター１１のフィルター係数Ｗ（ｎ） を更新するようになっている。
【００１８】
一方、前記メモリマップ設定回路１０は、前記吸入空気量センサ５からの信号をエンジン負荷信号ＬＥ とし、前記クランク角センサ７からの信号をエンジン回転数ＮＥ として変換するとともに、図３に示すように、このエンジン回転数ＮＥ とエンジン負荷信号ＬＥ とにより、前記適応フィルター１１のフィルター係数Ｗ（ｎ） が検索可能なフィルター係数マップＭＦ が格納されている。そして、負荷変動、回転変動が生じた際には、新たにフィルター係数Ｗ（ｎ） を上記フィルター係数マップＭＦ から選択して上記適応フィルター１１に設定するとともに、前記ＬＭＳ演算回路１３で更新されたフィルター係数Ｗ（ｎ） は、新たなマップＭＦ 上の設定値として記憶修正されるようになっている。
【００１９】
また、図１の符号Ｃはエンジン１の振動騒音に対する車体の伝達特性、ＣＭＮはスピーカ１６、マイク１７間の伝達特性である。
【００２０】
次に、上記構成による実施例の作用について説明する。
まず、エンジンの振動騒音は、エンジン１から図示しないマウント等を伝達して車内音となり、また、吸気や排気の音等も車室内に伝播する。これらのエンジン関連振動騒音は、図２に示すように、周波数領域では、いずれも０．５×ｎ
（整数）次成分の周波数スペクトルにより構成されており、車体伝達特性Ｃが乗ぜられて受聴点に達する。
【００２１】
一方、エンジン１の吸入空気量センサ５およびクランク角センサ７からの信号は、相殺音発生装置８の信号変換回路９とメモリマップ設定回路１０とに入力される。
【００２２】
そして、上記メモリマップ設定回路１０に入力された上記吸入空気量センサ５およびクランク角センサ７からの信号は、それぞれエンジン負荷信号ＬＥ 、エンジン回転数ＮＥ として変換され、これらの信号（ＬＥ 、ＮＥ）によりフィルター係数マップＭＦ からフィルター係数Ｗ（ｎ） を選択して適応フィルター１１に設定する。
【００２３】
また、上記信号変換回路９に入力された上記吸入空気量センサ５およびクランク角センサ７からの信号は、上記クランク角センサ７からの信号をエンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスで、周波数領域ではエンジン回転の０．５×ｎ（整数）次成分の周波数スペクトルからなる信号に成形・加工し、騒音振動源信号（プライマリソース）として、適応フィルター１１と、スピーカ／マイク間伝達特性推定回路（ＣＭＮ０ 回路）１２とに出力する。
【００２４】
次いで、上記適応フィルター１１に入力された上記信号変換回路９からのプライマリソースは、上記メモリマップ設定回路１０により設定された上記フィルター係数Ｗ（ｎ） との畳み込み積和により、振動騒音を相殺する相殺音の信号であるキャンセル信号として、Ｄ／Ａ変換器１４、増幅器１５を経て図示しない車室内のスピーカ１６に出力され、このスピーカ１６から受聴点（例えばドライバーの耳に近接する位置）における振動騒音に対する相殺音として出力される。このとき、上記スピーカ１６から出力された相殺音には、スピーカ／マイク間伝達特性ＣＭＮが乗ぜられて上記受聴点に達する。
【００２５】
このため、上記受聴点では、上記エンジン関連振動騒音と上記相殺音とが干渉して振動騒音が低減させられると同時に、上記受聴点の近傍に配設されているエラーマイク１７により、振動騒音と相殺音との干渉の結果が検出され、ＬＭＳ演算回路１３に誤差信号として送られる。
【００２６】
また、スピーカ／マイク間伝達特性推定回路（ＣＭＮ０ 回路）１２に出力されたプライマリソースは、予め求められたスピーカ／マイク間伝達特性ＣＭＮが乗ぜられて、上記ＬＭＳ演算回路１３に送られる。そして、このＬＭＳ演算回路１３において、上記エラーマイク１７からの誤差信号と、上記補正されたプライマリソースとから瞬間自乗誤差を求め、上記エラーマイク１７からの誤差信号が最小となるように、上記適応フィルター１１のフィルター係数Ｗ（ｎ） を更新するアルゴリズムが行なわれる。そして、このアルゴリズムにより最適な値に更新されたフィルター係数Ｗ（ｎ） は、前記メモリマップ設定回路１０のフィルター係数マップＭＦ の新たな設定値として記憶修正される。
【００２７】
このように、本実施例では、メモリマップ設定回路で、エンジン負荷情報とエンジン回転情報とから、適応フィルターのフィルター係数値を適した値に予め設定し、この値に基づきＬＭＳアルゴリズムが行なわれるようになっているので、例えば、急激な加速時等の過渡状態においても、フィルター係数更新のための演算を大幅に減らすことが可能となり、運転状態に追従し安定した騒音の低減を図ることができる。
【００２８】
また、振動センサー等の新たなセンサーを用いることなく、エンジン関連の振動騒音と極めて相関の高いプライマリソースを得ることができるので、車室内こもり音低減装置を装着していない車にも容易に搭載することが可能となる。
【００２９】
尚、本実施例では１チャンネル（エラーマイク１個、スピーカ１個）のＬＭＳアルゴリズムを利用した騒音低減装置の例について説明したが、ＬＭＳアルゴリズムを多チャンネルに拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｒｒｏｒ Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｘ−ＬＭＳ）アルゴリズムを利用した車室内こもり音低減装置（例えば、エラーマイク４個、スピーカ４個等の装置）についても適応可能で、アルゴリズムの演算を大幅に減らすことができるので、より過渡運転時の追従性の良い車室内こもり音低減装置を実現することができる。
【００３０】
また、本実施例において、エンジンの負荷情報は吸入空気量センサから得るようにしているが、吸入空気量以外のエンジン負荷検出手段、例えば、スロットル開度、エンジン吸入管負圧等から得るようにしても良い。
【００３１】
さらに、本実施例において、エンジンの回転情報はクランク角センサから得るようにしているがクランク角以外のエンジン回転検出手段、例えばカム角センサからの信号、燃料噴射パルス、点火パルス信号等から得るようにしても良い。
【００３２】
また、エンジン関連振動騒音の大きいディーゼルエンジン車についも、エンジンの負荷情報を、マニホールド圧力あるいは燃料噴射弁の燃料配管圧力変動等を検出するようにして適応することができる。
【００３３】
｛第二実施例｝図面は本発明の第二実施例を示し、図４は車室内こもり音低減装置のシステム概略図、図５は燃料噴射パルスの負荷情報と回転情報の説明図である。尚、本第二実施例は、エンジンから検出する信号を燃料噴射パルスとし、この燃料噴射パルスから、エンジン負荷情報とエンジン回転情報とを得るようにしたことが前記第一実施例とは異なる。
【００３４】
図４において符号２１はエンジン１のインジェクタ２２に対する燃料噴射パルスを各種パラメータに基づいて設定するエンジン制御装置（ＥＣＵ）である。上記インジェクタ２２は各気筒に配設されており、シーケンシャル制御により最適な燃料量が気筒ごとに供給される。
【００３５】
上記ＥＣＵ２１に相殺音発生装置２３が接続されており、この相殺音発生装置２３の信号変換手段としての信号変換回路２４とフィルター係数記憶設定手段としてのメモリマップ設定回路２５とに、上記ＥＣＵ２１で演算した各インジェクタ２２の一つ（例えば上記エンジン１が４気筒で、燃料噴射順序が＃１→＃３→＃２→＃４の場合の＃１気筒）に対する制御信号である燃料噴射パルスＴｉ が入力されるようになっている。
【００３６】
上記燃料噴射パルスＴiは、図５に示すように、燃料噴射パルス幅（ｔ1−ｔ2間、ｔ3−ｔ4間、ｔ5−ｔ6間）がエンジン負荷情報として与えられ、燃料噴射パルス間隔（ｔ1−ｔ3間、ｔ3−ｔ5間、ｔ5−ｔ7間）がエンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスのエンジン回転情報として与えられる。
【００３７】
このことから、上記信号変換回路２４において、入力された上記燃料噴射パルスＴiのエンジン回転情報をエンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスで、周波数領域ではエンジン回転の０．５×ｎ（整数）次成分の周波数スペクトルからなる信号に成形・加工し、騒音振動源信号（プライマリソース）として、キャンセル信号合成手段としての適応フィルター１１と、スピーカ／マイク間伝達特性推定回路（CMN0回路）１２とに出力する。
【００３８】
一方、前記メモリマップ設定回路２５では、上記燃料噴射パルスＴｉ の燃料噴射パルス幅をエンジン負荷信号ＬＥ とし、燃料噴射パルス間隔をエンジン回転数ＮＥ として変換するとともに、このエンジン回転数ＮＥ とエンジン負荷信号ＬＥ とにより、適応フィルター１１のフィルター係数Ｗ（ｎ） が検索可能なフィルター係数マップＭＦ が格納されている。そして、負荷変動、回転変動が生じた際には、新たにフィルター係数Ｗ（ｎ） を上記フィルター係数マップＭＦ から選択して上記適応フィルター１１に設定するとともに、ＬＭＳ演算回路１３で更新されたフィルター係数Ｗ（ｎ） が、新たなマップＭＦ 上の設定値として記憶修正されるようになっている。
【００３９】
尚、他の構成、作用は前記第一実施例と同様である。
【００４０】
このように、この第二実施例では、燃料噴射パルスから、エンジン負荷情報とエンジン回転情報とを得るようにしているため、エンジン負荷検出用のセンサが不要で安価にシステムを構成することが可能となり、アフターマーケットにも容易に対応できる。
【００４１】
また、この第二実施例も、前記第一実施例と同様、ＭＥＦＸ−ＬＭＳアルゴリズムを利用した車室内こもり音低減装置にも適応可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて適応フィルターのフィルター係数を予め設定することにより、アルゴリズム演算の処理を少なくできるので、定常走行はもちろんのこと過渡運転時であっても、追従性と安定性に優れた騒音低減を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例による車室内こもり音低減装置のシステム概略図
【図２】本発明の第一実施例によるプライマリソースと振動騒音との相関説明図
【図３】本発明の第一実施例によるフィルター係数マップの説明図
【図４】本発明の第二実施例による車室内こもり音低減装置のシステム概略図
【図５】本発明の第二実施例による燃料噴射パルスの負荷情報と回転情報の説明図
【符号の説明】
１ エンジン
５ 吸入空気量センサ
７ クランク角センサ
９ 信号変換回路（信号変換手段）
１０ メモリマップ設定回路（フィルター係数記憶設定手段）
１１ 適応フィルター（キャンセル信号合成手段）
１２ スピーカ／マイク間伝達特性推定回路
１３ ＬＭＳ演算回路（キャンセル信号更新手段）
１６ スピーカ（相殺音発生手段）
１７ エラーマイク（誤差信号検出手段）
ＬＥ エンジン負荷信号
ＭＦ フィルター係数マップ
ＮＥ エンジン回転数
Ｔｉ 燃料噴射パルス
Ｗ（ｎ） フィルター係数

Claims (1)

1. エンジンの回転情報の信号を検出し、このエンジン回転情報の信号をエンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルスで、周波数領域ではエンジン回転の０．５×整数倍の高次成分の周波数スペクトルからなる騒音振動源信号に成形・加工する信号変換手段と、
   上記騒音振動源信号を適応フィルターによりキャンセル信号として合成するキャンセル信号合成手段と、
   上記キャンセル信号を騒音に対する相殺音として音源から発生する相殺音発生手段と、
   受聴点における騒音低減状態を誤差信号として検出する誤差信号検出手段と、
   上記誤差信号と上記騒音振動源信号とに基づき上記適応フィルターのフィルター係数を更新するキャンセル信号更新手段と、
   エンジンの負荷情報の信号を検出し、該エンジンの負荷情報と上記エンジンの回転情報とから、予め設定しておいたマップを参照して上記適応フィルターのフィルター係数を選択し、上記適応フィルターに設定するとともに、上記キャンセル信号更新手段で上記適応フィルターの上記選択設定されたフィルター係数の更新を行った後、再び、この更新されたフィルター係数を上記マップに格納するフィルター係数記憶設定手段とを備えたことを特徴とする車室内こもり音低減装置。

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