JP3843083B2 - 能動型振動騒音制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の振動騒音により発生する車室内振動騒音を能動的に相殺制御する能動型振動騒音制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の能動型振動騒音制御装置として消音制御のオン・オフ時の不快音の発生を防止するために、車室内振動騒音を相殺するための相殺音を逐次増加、逐次減少させる、いわゆるフェードイン、フェードアウト動作をさせる能動型振動騒音制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
不快音の発生とは、より具体的には、図３（Ａ）に示すスピーカ出力波形のように、消音制御のオン状態（消音制御作動中）からオフ状態（消音制御停止）とすると、時刻ｔｆで急に相殺音がなくなることより、図３（Ａ）において模式的に符号ａで示す不快音（「ボツ」という音）が発生することである。
【０００４】
かかる従来技術の能動型振動騒音制御装置では、内燃機関の出力軸回転数が振動騒音を制御する制御回転数領域内に入ったときは、適応フィルタのフィルタ係数更新毎にきわめて小さい値（例えば０．０００２）を累算して比率係数（最大値＝１）を求め、この求めた比率係数を適応フィルタから出力される相殺信号に乗算して、乗算結果の信号を相殺音発生手段であるスピーカに供給して相殺音を逐次増加させる制御を行っている。
【０００５】
逆に、内燃機関の出力軸回転数が振動騒音を制御する制御回転数領域内から制御回転数領域外に移動したときは、フィルタ係数の更新毎にきわめて小さい値（例えば０．０００２）を逐次減算して比率係数（最小値＝０）を求め、この求めた比率係数を適応フィルタから出力される相殺信号に乗算して、乗算結果の信号を相殺音発生手段であるスピーカに供給して発生相殺音を逐次減少させる制御を行っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２５７４８１号公報（第３頁、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来の能動型振動騒音制御装置では、例えば、フェードアウトの場合、フィルタ係数更新毎に順次小さくなる比率係数値を演算により求め、求めた比率係数値と、ＬＭＳアルゴリズム演算処理で更新された適応フィルタから出力される相殺信号とを乗算し、乗算結果を相殺音発生手段であるスピーカに供給して、相殺音を逐次発生させるようにしているために、通常のＬＭＳアルゴリズム演算に加え、比率係数更新演算、２次音出力演算を行うための演算量が多く、演算負荷が大きいという問題点がある。
【０００８】
さらに、能動型振動騒音制御装置はマイクロコンピュータで構成されるのが通常であり、固定小数点を用いて演算が８ビットで行われるような安価なマイクロコンピュータを用いた場合、円滑なフェードイン、フェードアウトを実現するための、上記した比率係数を求めるためにきわめて小さな値（例えば０．０００２）を用いることができず、高価なマイクロコンピュータを必要とするという問題点がある。
【０００９】
さらに、従来の能動型振動騒音制御装置ではフェードインとフェードアウトとがそれぞれ別々に行われているために、消音制御作動領域外から消音制御作動領域内へと内燃機関の出力軸回転数が消音制御作動領域端を挟んで変動するような場合、従来の能動型振動騒音制御装置では、消音制御作動領域外から消音制御作動領域内へ入る度に、フィルタ係数は初期値（＝０）から逐次更新されるため、振動騒音制御のための応答が遅くなるという問題点がある。
【００１０】
上記問題点は、従来技術にも記載されるように、一般にＬＭＳアルゴリズム演算は、マイクロフォンからの誤差信号と、クランク角信号等の基準信号または基準信号を信号伝達特性で補正した参照信号とに基づいて、誤差信号が最小となるようにフィルタ係数を逐次更新するものであるため、基準信号が変更された場合、すなわち、クランク軸の回転速度が変更された場合には、フィルタ係数は初期値から逐次更新されることになる（特許文献１の段落［００１８］参照）。
【００１１】
よって、従来技術のように消音制御作動領域外でもＬＭＳアルゴリズム演算が行われる場合には、消音制御作動領域外と消音制御作動領域内とでは基準信号が異なるため、消音制御作動領域内に復帰する度にフィルタ係数は初期値から逐次更新されることになるのである。
【００１２】
本発明は、相殺信号を遮断したときに生ずる不快音を防止することができ、演算負荷を低減して安価なマイクロコンピュータにより構成できると共に、応答が早い能動型振動騒音制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる能動型振動騒音制御装置は、内燃機関から発生する振動騒音の周波数に基づく周波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記内燃機関からの振動騒音に基づき発生する車室内振動騒音を相殺するために、前記基準信号に基づいて相殺信号を発生する適応フィルタと、
適応フィルタから出力される相殺信号に基づき相殺音を発生する相殺音発生手段と、
車室内振動騒音と相殺音との差を検出して該差に基づく信号を誤差信号として出力する誤差検出手段と、
前記相殺音発生手段から前記誤差検出手段に至る信号伝達特性に対応する補正値に基づいて前記基準信号を補正して参照信号を生成する参照信号生成手段と、
前記参照信号と前記誤差信号とに基づいて前記誤差信号が最小となるように、更新前の前記適応フィルタのフィルタ係数を適応演算を用いて逐次更新する第１のフィルタ係数演算手段と、
更新前の前記適応フィルタのフィルタ係数に１未満の所定値を乗算して逐次更新する第２のフィルタ係数演算手段と、
前記第１のフィルタ係数演算手段と前記第２のフィルタ係数演算手段とを択一的に切り替える切替手段と
を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる能動型振動騒音制御装置によれば、能動型振動騒音制御装置の消音制御停止（オフ）領域に入ると、相殺音が急になくなるのではなく、第２のフィルタ係数更新手段により相殺音が徐々に下げられる（フェードアウトする）ことにより、消音制御のオン、オフ時に発生する不快音（「ボツ」音）の発生を防止することができる。
【００１５】
また、消音制御作動領域内では第１のフィルタ係数更新手段により適応演算、ＬＭＳアルゴリズム演算処理が実行され、消音制御停止領域では乗算処理が実行されるのみであるため、演算量が少なく、演算負荷が低減できるので、安価なマイクロコンピュータで構成できて、装置のコストダウンが可能となる。
【００１６】
加えて、消音制御作動中から消音制御停止としたときには、第２のフィルタ係数更新手段により更新前のフィルタ係数、すなわち、切り替え直前における消音制御作動中のフィルタ係数が引用され、そのフィルタ係数に所定値を乗算した乗算結果がフィルタ係数として適応フィルタに設定される。そして、その後の消音制御停止期間中（消音制御停止領域）では、更新時毎に、前記演算結果、元をたどれば、切り替え直前における消音制御作動中のフィルタ係数に、所定値が逐次乗算されて、フィルタ係数が更新されることになる。故に、消音制御作動領域の誤差信号と基準信号とに基づいて逐次更新されたフィルタ係数が、消音制御停止領域においても引き継がれているので、消音制御作動領域に復帰したときには、第２のフィルタ係数更新手段によって逐次更新された値をＬＭＳアルゴリズム演算処理の初期値として用いることが可能であり、よって、フィルタ係数の初期値を“０”から始めなければならないものより振動騒音抑制の応答性が向上する。
【００１７】
さらに、消音制御作動領域と消音制御停止領域とを繰り返すときにおいても、上記理由から、一方から他方へフィルタ係数が引き継がれることにより、相殺音の顕著なレベル変化が発生しないため、不快音が発生しない。
【００１８】
本発明にかかる能動型振動騒音制御装置において、切替手段は基準信号の周波数に応じて切替指示を送出するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明にかかる能動型振動騒音制御装置において、切替手段は内燃機関の出力軸回転数に応じて切替指示を送出するようにしてもよい。
【００２０】
このように、切り替え作動させるための信号として、基準信号の周波数、または内燃機関の出力軸回転数としたので、元から備えられる入力で切り替え可能となり、他に入力を追加するよりもコストダウンとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる能動型振動騒音制御装置を実施の一形態によって説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の一形態にかかる能動型振動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２３】
本発明の実施の一形態にかかる能動型振動騒音制御装置１５は、基準信号生成回路１、適応フィルタ２、車室内に設けた相殺音発生手段であるスピーカ３、参照信号生成回路４、フィルタ係数演算回路５、誤差検出手段であるマイクロフォン１０およびフィルタ係数演算回路５から出力される第１のフィルタ係数と第２のフィルタ係数を択一的に選択して、適応フィルタ２のフィルタ係数とする切替手段である切替回路１１とを備えている。
【００２４】
ここで、振動騒音源である内燃機関から発生する振動騒音、例えば４サイクル４気筒の内燃機関の出力軸回転に基づく車室内振動騒音を打ち消す場合を例示すれば、内燃機関の出力軸の１／２回転毎に起こるガス燃焼によるトルク変動により内燃機関を基点とした加振振動が発生しこれが原因で車室内振動騒音が発生する。したがって、４サイクル４気筒の内燃機関であれば、内燃機関の出力軸回転数の２倍の周波数を有する回転２次成分と称される振動騒音が多く発生する。
【００２５】
そこで、内燃機関の出力軸回転がセンサによって検出され、該センサからの出力信号が基準信号生成回路１に供給されて、基準信号生成回路１において、振動騒音源である内燃機関の出力軸回転に同期した出力軸回転数Ｎｅに同期し、かつ出力軸回転数Ｎｅの調波周波数の基準信号が生成される。
【００２６】
生成された基準信号は適応フィルタ２に供給されて、適応フィルタ２において基準信号に基づいて車室内振動騒音を相殺するための相殺信号が生成される。適応フィルタ２において生成された相殺信号は車室内に設けられたスピーカ３に供給されて、相殺信号に基づく相殺音が再生されて車室内振動騒音が相殺させられる。
【００２７】
参照信号生成回路４では基準信号が供給され、基準信号に対するスピーカ３とマイクロフォン１０との間における車室内の信号伝達特性に応じた補正が基準信号に対して行われて、参照信号生成回路４において参照信号が生成される。
【００２８】
一方、フィルタ係数演算回路５は、第１のフィルタ係数演算手段である第１のフィルタ係数演算回路６と第２のフィルタ係数演算手段である第２のフィルタ係数演算回路７と切替回路１１とを備えている。
【００２９】
第１のフィルタ係数演算回路６に、参照信号とマイクロフォン１０において検出された誤差信号とが供給され、第１のフィルタ係数演算回路６では参照信号と誤差信号とに基づいてＬＭＳアルゴリズム演算により誤差信号が最小となるように適応フィルタ２の第１のフィルタ係数が演算され、演算された第１のフィルタ係数が切替回路１１を介して択一的に出力されて適応フィルタ２のフィルタ係数とされる。
【００３０】
第２のフィルタ係数演算回路７は、予め１未満の所定値λ、例えば所定値λ（λ＝１２７／１２８）が補正係数として設定される設定回路８と、切替回路１１から出力される消音制御作動領域内から消音制御作動領域外への切替指示信号に基づいて切替指示信号発生直前における第１のフィルタ係数と補正係数とを順次乗算する乗算回路９とを備え、切替指示発生後、乗算回路９からの乗算出力が第２のフィルタ係数として、切替回路１１を介して択一的に出力されて適応フィルタ２のフィルタ係数とされる。
【００３１】
切替回路１１は、基準信号が入力されて基準信号の周波数が消音制御作動領域内のときは第１のフィルタ係数を選択して適応フィルタ２のフィルタ係数とし、基準信号の周波数が消音制御作動領域内から消音制御作動領域外に出たときは第１のフィルタ係数に代わって第２のフィルタ係数を選択して適応フィルタ２のフィルタ係数とし、基準信号の周波数が消音制御作動領域外から消音制御作動領域内に入ったときは選択されるフィルタ係数を第２のフィルタ係数から第１のフィルタ係数に切り替える。
【００３２】
上記のように構成された能動型振動騒音制御装置１５の作用について図２のフローチャートにしたがって説明する。
【００３３】
能動型振動騒音制御装置１５が動作を開始すると、基準信号の周波数が検出され（ステップＳ１）、基準信号の検出された周波数が消音制御作動領域内の周波数であるか否かがチェックされる（ステップＳ２）。ステップＳ２において消音制御作動領域内であると判別されたときは、切替回路１１において第１のフィルタ係数が選択される（ステップＳ３）。ここで、第１のフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）はＷ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）−μｅｃｘである。μはステップサイズを、ｅは誤差信号を、ｃは参照信号を求めるための補正値を、ｘは基準信号を、ｎはサンプリング数を示している。
【００３４】
ステップＳ３において選択された第１のフィルタ係数は適応フィルタ２のフィルタ係数として設定され、適応フィルタ２から出力される相殺信号はスピーカ３に供給され、スピーカ３が相殺信号により駆動されて（ステップＳ４）、スピーカ３において発生する再生音によって車室内振動騒音が相殺され、続いてステップＳ１から繰り返して実行される。
【００３５】
ステップＳ２において消音制御作動領域外であると判別されたときは、切替回路１１において第２のフィルタ係数が選択される（ステップＳ５）。第２のフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）はＷ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λ：λ＜１である。
【００３６】
ステップＳ５に続いて、ステップＳ５において選択された第２のフィルタ係数が適応フィルタ２のフィルタ係数として設定され、適応フィルタ２から出力される相殺信号はスピーカ３に供給され、スピーカ３が相殺信号により駆動されて、スピーカ３において発生する再生音によって車室内振動騒音が相殺され（ステップＳ４）、続いてステップＳ１から繰り返して実行される。
【００３７】
ステップＳ２、ステップＳ５、ステップＳ４と繰り返して実行されるときはフェードアウトの場合であり、適応フィルタ２に設定されるフィルタ係数は第２のフィルタ係数となり、スピーカ３で発生される再生音は順次低下する。
【００３８】
この状態を模式的に示せば、図３（Ｂ）に示す如くであって、ステップＳ１からステップＳ４が繰り返して実行されているときに、最初に時刻ｔｆにおいてステップＳ５が実行され、以降ステップＳ２、ステップＳ５、ステップＳ４と繰り返して実行されるとすると、ステップＳ１からステップＳ４が繰り返して実行されているときは時刻ｔｆ以前に示す状態であって、スピーカ３の再生音はフェードアウトされず、車室内振動騒音はスピーカ３の再生音によって相殺される。
【００３９】
ステップＳ１からステップＳ４が繰り返して実行されている状態から最初にステップ５の実行に入ったとき、すなわち、時刻ｔｆから切り替わる直前の消音制御作動領域の第１のフィルタ係数が更新前の第２のフィルタ係数（Ｗ（ｎ））、すなわち、第２のフィルタ係数の初期値となり、次いで、第２のフィルタ係数（Ｗ（ｎ＋１））が１未満の所定値λ倍されて更新される。続いてステップＳ５からステップＳ４が繰り返して実行されると第２のフィルタ係数が１未満の所定値λ倍ずつ逐次減少されて、図３（Ｂ）において時刻ｔｆ以降に示すようにフェードアウトが実行されて、スピーカ３における再生音は順次低下していく。
【００４０】
図３（Ａ）は時刻ｔｆにおいてフェードアウトを行わず、第２のフィルタ係数を０とした場合を示し、時刻ｔｆにおいて符号ａで示すように不快音「ボツ音」が発生するが、能動型振動騒音制御装置１５ではフェードアウトするために、このような不快音は発生しない。
【００４１】
このように、能動型振動騒音制御装置１５では、ステップＳ２におけるチェックにおいて基準信号の周波数が消音制御作動領域内から消音制御作動領域外に出たと判別されたとき、切替回路１１が実質的に切り替えられることになって、この切り替えにより第１のフィルタ係数に代わって第２のフィルタ係数が選択されて、適応フィルタ２のフィルタ係数とされ、相殺音はフェードアウトされるために、相殺信号を遮断したときに生ずる不快音が生じない。
【００４２】
また、能動型振動騒音制御装置１５では、基準信号の周波数が消音制御作動領域内から消音制御作動領域外に出たとき、ステップＳ２におけるフィルタ係数の切り替えにより、切り替え前の第１のフィルタ係数に１未満の所定値λを乗算した第２のフィルタ係数に切り替えるようにしたため、適応フィルタ２で得られる相殺信号に、フィルタ係数の更新毎に順次小さくなる比率係数値を乗算して相殺音を発生させるわけではなく、比率係数更新演算、２次音出力演算などが不要となって、演算負荷が少なくて済み、円滑にフェードアウトが行われる。
【００４３】
また、能動型振動騒音制御装置１５では、フェードアウトに入ったとき、直前の第１のフィルタ係数に１未満の所定値λ（＝１２７／１２８）を乗算した第２のフィルタ係数に切り替えるようにしたため、固定小数点を用いて演算が８ビットで行われるような安価なマイクロコンピュータを用いることができる。
【００４４】
またさらに、能動型振動騒音制御装置１５では、基準信号の周波数が消音制御作動領域外と消音制御作動領域内と繰り返すときにおいても、一方から他方へフィルタ係数が引き継がれることにより、相殺音の顕著なレベル変化が発生しないため、不快音が発生しない。
【００４５】
本発明の実施の形態では、能動型振動騒音制御装置１５は、消音制御作動領域内、消音制御作動領域外への移動を基準信号の周波数によって判別する場合を例示したが、図１において破線で示したように基準信号の周波数に代わって、内燃機関の出力軸回転数に基づいて判別するようにしてもよい。基準信号の周波数は内燃機関の出力軸回転数に同期し、かつ該出力軸回転数の調波周波数となるためである。
【００４６】
車速信号、車両ドアの開閉信号、または気筒休止信号によって消音制御作動領域内、消音制御作動領域外への移動を判別するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる能動型振動騒音制御装置によれば、相殺信号を遮断したときに生ずる不快音を防止することができ、十分な相殺信号を得ることができ、かつ安価なマイクロコンピュータにより構成できると共に、消音制御作動領域に戻ったときの応答が早いという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる能動型振動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかる能動型振動騒音制御装置の作用の説明に供するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の一形態にかかる能動型振動騒音制御装置の作用の説明に供する図であって、図３（Ａ）は仮にフェードアウトを行わない場合を示し、図３（Ｂ）はフェードアウトを行った場合を示す図である。
【符号の説明】
１…基準信号生成回路 ２…適応フィルタ
３…スピーカ ４…参照信号生成回路
５…フィルタ係数演算回路 ６…第１のフィルタ係数演算回路
７…第２のフィルタ係数演算回路 ８…設定回路
９…乗算回路 １０…マイクロフォン
１１…切替回路 １５…能動型振動騒音制御装置

Claims (3)

1. 内燃機関から発生する振動騒音の周波数に基づく周波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
   前記内燃機関からの振動騒音に基づき発生する車室内振動騒音を相殺するために、前記基準信号に基づいて相殺信号を発生する適応フィルタと、
   適応フィルタから出力される相殺信号に基づき相殺音を発生する相殺音発生手段と、
   車室内振動騒音と相殺音との差を検出して該差に基づく信号を誤差信号として出力する誤差検出手段と、
   前記相殺音発生手段から前記誤差検出手段に至る信号伝達特性に対応する補正値に基づいて前記基準信号を補正して参照信号を生成する参照信号生成手段と、
   前記参照信号と前記誤差信号とに基づいて前記誤差信号が最小となるように、更新前の前記適応フィルタのフィルタ係数を適応演算を用いて逐次更新する第１のフィルタ係数演算手段と、
   更新前の前記適応フィルタのフィルタ係数に１未満の所定値を乗算して逐次更新する第２のフィルタ係数演算手段と、
   前記第１のフィルタ係数演算手段と前記第２のフィルタ係数演算手段とを択一的に切り替える切替手段と
   を有することを特徴とする能動型振動騒音制御装置。
2. 請求項１記載の能動型振動騒音制御装置において、切替手段は基準信号の周波数に応じて切替指示を送出することを特徴とする能動型振動騒音制御装置。
3. 請求項１記載の能動型振動騒音制御装置において、切替手段は内燃機関の出力軸回転数に応じて切替指示を送出することを特徴とする能動型振動騒音制御装置。

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