JP4735319B2

JP4735319B2 - 能動振動騒音制御装置

Info

Publication number: JP4735319B2
Application number: JP2006040881A
Authority: JP
Inventors: ミシエルメンスレ; 吉郎高松; 一男中村; 一人佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007219262A

Description

本発明は、外部から筐体内に侵入する振動又は騒音に制御振動を重ね合わせることで当該振動又は騒音を低減する能動振動騒音制御装置に関する。

車室内騒音を低減することを目的としたフィードバック制御を行う騒音制御装置が特許文献１に開示されている。ここでは、マイクを使って１００Hz以下の周波数帯域のロードノイズを低減することを目的としている。低周波ロードノイズは車室内音場の音響モードが原因となっていると仮定をした上で、この音響モードの腹にマイクロフォンを設置しフィードバック制御を行う方式である。
特開２０００−３２２０６６号公報

しかしながら、上記の騒音制御装置では、マイクロフォンを用いて車室内騒音を測定するため、制御する必要のない車室内音楽や乗員の声などもロードノイズと共に参照信号として用いてしまい、フィードバック制御により低減してしまうという問題点があった。

また、マイクロフォンを車室内に多数配置するため、マイクロフォン自体のコストやハーネスのコストや重量が増加するという問題点があった。

さらに、ハーネスを車室内にはりめぐらせて実現していたため、ハーネス長が長くなりシステムの信頼性が悪化してしまうという問題点があった。

本発明の特徴は、振動が外部から内部へ騒音として伝達する筐体と、この筐体の振動を検出するセンサと、筐体に制御振動を生成するアクチュエータと、筐体内騒音を低減するように、アクチュエータへの制御指令信号を生成する信号演算手段と、センサの出力信号及び制御指令信号を用いて筐体内騒音を推定する騒音推定手段とを備える能動振動騒音制御装置であることである。

本発明に係わる能動振動騒音制御装置によれば、センサの出力信号及び制御指令信号を用いて筐体内騒音を推定することにより、制御対象とならない車室内音楽や乗員の声などを低減させること無く、制御対象となる筐体の振動による騒音だけを低減させることができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置の全体構成を説明する。第１の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置（ＡＶＣ：Active Vibration Controller）は、振動が外部から内部へ騒音として伝達する筐体（車体５）と、外部から伝わる筐体の振動を検出するセンサ（加速度センサ７）と、筐体に制御振動を生成するアクチュエータ８と、筐体の内部に伝達する騒音（筐体内騒音）を低減するように、アクチュエータ８への制御指令信号を生成する信号演算手段（コントローラ３１）と、加速度センサ７の出力信号及びアクチュエータ８への制御指令信号を用いて筐体内騒音を推定する騒音推定手段（騒音推定部３２）とを備える。

筐体は、外部から加わる力によって振動が生じ、この振動が内部へ騒音として伝達し得るものであればよい。例えば、飛行機、電車、自動車、エレベータなど人間の移動手段がこれに含まれる。特に、自動車は、凹凸が激しい路面にタイヤを接して走行するため、タイヤから伝わる振動の制御が重要な技術課題である。そこで実施の形態では、本発明に係わる能動振動騒音制御装置を自動車に適用した場合を例に取り説明する。つまり、ここでは筐体の一例として車体を挙げて説明する。

加速度センサ７は、自己に加わる加速度を測定する機能を備えるセンサであり、加速度センサ７を車体上に固定して加速度を測定することにより、測定される加速度の変化から車体の振動を検出することができる。加速度センサ７以外にも、外部から伝わる筐体の振動を検出するセンサとして、センサが固定された位置（座標）の変化から直接振動を検出するセンサであっても構わないし、また、タイヤから伝わる振動を検出するのであれば、タイヤ又はそれが接続された車軸の振動を検出するセンサであっても構わない。図１の例では、加速度センサ７は、車体５のうちボンネットやルーフパネルに比べてタイヤ４に近いフロアパネル６の下面に固定されている。

アクチュエータ８は、車体５の中のフロアパネル６下に固定され、電気的な信号（制御指令信号）に受けて自らが歪むことでフロアパネル６に歪みを生成する。これにより、車体５に制御振動を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。アクチュエータ８として、結晶に電界を加えると電界に比例した歪みが生じるピエゾ効果（圧電効果）を利用したピエゾ電気アクチュエータ（piezo-electric actuator）を使用することができる。アクチュエータ８の両面に電界を印加することによりアクチュエータ８は歪む。

コントローラ３１及び騒音推定部３２は、コントローラユニット３０に含まれている。コントローラユニット３０は、加速度センサ７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値を演算する。コントローラユニット３０は、加速度センサ７で得られた信号を増幅する信号増幅用アンプ３３ａと、加速度センサ７の出力信号とアクチュエータ８への制御指令信号に基づいて車室内騒音を推定する騒音推定部３２と、騒音推定部３２で推定された推定騒音に基づいて車室内騒音を低減するアクチュエータ８への制御指令値を演算するコントローラ３１とを備える。

車室内騒音の原因は代表的なものとして、エンジン１０の振動に起因する騒音、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ロードノイズと呼ばれる騒音、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。また、タイヤから侵入するロードノイズは、タイヤ及びフロアパネルの振動を介して、これが車室内に伝達する。つまり、フロアパネル６の振動が車体５の内部（車室内）に騒音として伝達する。本実施形態において、騒音推定部３２はフロアパネル６の振動に起因する車室内騒音を主に推定することを目的とするため、フロアパネル６下に加速度センサ７を配置して車室内騒音を推定する。したがって、上記例の車室内騒音のうち、フロアパネル振動に起因するロードノイズを中心に制御を行う。

図２に示すように、路面の凹凸の影響により車両の４つのタイヤ４が振動し、タイヤ４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、まず車軸及びびサスペンションが取り付けられている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６と呼ばれる比較的剛性の低い板状の部材に伝達し、フロアパネル６が振動する。さらに、フロアパネル６の膜振動により車室内９の空気振動が引き起こされ、車室内９に共振現象を起こす。このために、車室内９でロードノイズとしての騒音が聞こえる。フロアパネル６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６の振動が原因となっていることが分かっている。このようなタイヤ４と車室内９を結ぶロードノイズの侵入経路上に加速度センサ７が配置されている。

一般的なタイヤ４からのロードノイズの進入経路に加え、フロアパネル６に貼付されたアクチュエータ８による制御振動の伝達経路が存在する。アクチュエータ８が発生した制御振動はロードノイズと同様にフロアパネル６を振動させ、そのフロアパネル６の膜振動により車室内９の空気振動が起こり、車室内９への制御騒音となる。一方、アクチュエータ８から発生する振動は加速度センサ７にも伝播する。したがって、加速度センサ７で計測されるフロアパネル６の振動は、タイヤ４から車体に進入する振動のうち加速度センサ７の取付け位置を通る成分と、ピエゾアクチュエータ８が発生する制御振動のうち同位置を通る成分とが重ね合わされた振動となる。

図２中の範囲９は車室内空間の一例として、乗員耳位置を含む球体状の領域を指す。この空間での騒音は、タイヤ４から車体に入力された騒音と、アクチュエータ８が発生する制御振動とが重ね合わされた車室内騒音になる。コントローラ３１は車室内領域９での騒音が低減されるような制御指令信号をアクチュエータ８に供給して制御振動を発生させる。路面の凹凸に起因するフロアパネル６の振動とアクチュエータ８が生成する制御振動の両者が互いに打ち消しあうように重ね合わさって車室内領域９での騒音は低減される。

図１のコントローラ３１は、騒音推定部３２で推定された音圧（車室内騒音）を入力として、車室内空間９での騒音を低減するような制御指令信号を演算する機能を備える固定係数のＦＩＲもしくはＩＩＲフィルタである。例えば、コントローラ３１は以下の手順に従って設計をすればよい。

まず、「アクチュエータ８への制御指令信号から車室内空間９での騒音までの伝達特性」のモデル化を行う。モデル化の手順は以下のとおりである。まず、アクチュエータ８とマイクロフォンをそれぞれフロアパネル６と車室内空間９に設置する。アクチュエータ８へあらかじめ生成しておいたＭ系列信号を入力し、入力信号とマイクロフォン信号を計測する。得られた入出力信号に対し、例えばＬｅｎｎａｒｔＬｊｕｎｇ，“ＳｙｓｔｅｍＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｏｒｙｆｏｒｔｈｅｕｓｅｒ”，ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌＰＴＲ，１９９９に記載のシステム同定手法を用いることにより、例えば状態空間モデル
x(n+1) = Ax(n) + Bu(n)
y(n) = Cx(n) + Du(n)
の形式でモデル化がなされる。ここで、x(t)はモデルの状態変数、u(t)はピエゾアクチュエータへの入力信号、y(t)は車室内空間９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である。また、nはサンプル時刻を表す。

次に、図３に示すブロック線図を用いて制御系設計の方法を説明する。ここで、コントローラ３４は信号Ｂが入力され、アクチュエータ８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３５に入力される。伝達関数モデル３５は、上の手順でモデル化した「アクチュエータ８の制御指令信号から車室内空間９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３５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。図３の信号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コントローラ３４を設計すればよい。設計法としては、例えば、ＰＩＤ制御、Ｈ２制御、Ｈ∞制御などを用いることができる。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法を用いることで、数１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。

図４に示すように、騒音推定部３２は、加速度センサ７で得られたフロアパネルの振動（出力信号）と、アクチュエータ８への制御指令信号とが入力される。騒音推定部３２は、加速度センサ７が取り付けられた位置における振動から車室内空間９の騒音までの伝達特性を表す第１の伝達モデル１４と、アクチュエータ８への制御指令信号から車室内空間９の騒音までの伝達特性を表す第２の伝達モデル１５と、アクチュエータ８への制御指令信号から加速度センサ７の振動までの伝達特性を表す第３の伝達モデル１６とをデータとして記憶している。第１乃至第３の伝達モデル１４、１５、１６はそれぞれ図１の伝達経路１、２、３の数学モデルとなっている。なお、第１乃至第３の伝達モデル１４、１５、１６は上記のモデル化手順に従うことで得ることが出来る。

具体的に説明すると、第１の伝達モデル１４は、加速度センサ７が取り付けられた位置におけるフロアパネル振動が車室内空間９まで伝達するときの伝達特性を表す。第２の伝達モデル１５は、アクチュエータ８への入力信号が、アクチュエータ８へ入力されてアクチュエータが生成する制御振動が車室内空間９まで伝達するときの伝達特性を表す。第３の伝達モデル１６は、アクチュエータ８への入力信号が、アクチュエータ８へ入力されてアクチュエータが生成する制御振動が加速度センサ７が設置された位置まで伝達するときの伝達特性を表す。

次に、騒音推定部３２によって車室内騒音を推定するアルゴリズムの例を説明する。

先ず、第１のアルゴリズムにおいて、騒音推定部３２は、加速度センサ７の出力信号を「そのまま」第１の伝達モデル１４へ入力し、制御指令信号を第２の伝達モデル１５へ入力する。そして、両モデル１４、１５から得られる出力値の和を、車室内騒音（推定音圧：ＳＰＬ）として出力する。

第２のアルゴリズムにおいて、騒音推定部３２は、加速度センサ７の出力信号のうちアクチュエータ８が発生する振動の成分を減算し、これを第１の伝達モデル１４へ入力する。そして、第１の伝達モデル１４から得られる出力と、制御指令信号を第２の伝達モデル１５へ入力して得られる出力との和を車室内騒音として出力する。このように、加速度センサ７の出力信号のうちアクチュエータ８が発生する振動の成分を減算することにより、加速度センサ７の出力値のうちアクチュエータ８による制御振動を除去して路面の凹凸によるロードノイズだけを抽出することができ、ロードノイズ（外乱）の測定精度が向上する。

第２のアルゴリズムを具体的に説明すると、図４に示すように、騒音推定部３２は、加速度センサ７の出力信号から第３の伝達モデル１６の出力を減算した信号を第１の伝達モデル１４へ入力して得られる出力と、制御指令信号を第２の伝達モデル１５へ入力して得られる出力との和を車室内騒音として出力する。

図５のフローチャートを参照して、図４に示す騒音推定部３２による騒音推定手順（第２のアルゴリズム）の詳細を説明する。

（イ）まず、ステップＳ１０１で加速度センサ７の出力信号を騒音推定部３２へ入力する。これを信号Ｃとする。

（ロ）ステップＳ１０２に進み、アクチュエータ８への制御指令信号を騒音推定部３２へ入力する。これを信号Ｄとする。

（ハ）ステップＳ１０３に進み、信号Ｄに第３の伝達モデル１６を乗算する。これを信号Ｅとする。

（ニ）ステップＳ１０４に進み、信号Ｃから信号Ｅを減算する。これを信号Ｆとする。ステップＳ１０５に進み、信号Ｆに第１の伝達モデル１４を乗算する。これを信号Ｇとする。

（ホ）ステップＳ１０６に進み、信号Ｄに第２の伝達モデル１５を乗算する。これを信号Ｈとする。

（へ）ステップＳ１０７に進み、信号Ｇと信号Ｈを加算する。これを信号Ｊとする。最後に、ステップＳ１０８にて信号Ｊを車室内空間位置９での推定音圧として出力する。

次に、上記した騒音推定部３２を用いて車室内騒音を推定することによる効果を説明する。図６は実際に測定した運転席右耳元位置での音圧と、騒音推定装置を用いて推定した同位置での音圧を比較した図である。なお、運転席右耳元位置は車室内位置９の一例である。ここで、実線４２は実際に車室内位置９でマイクロフォンにより測定した騒音（実測音圧）であり、点線４３は騒音推定部３２による推定音圧である。図６に示すように、推定音圧は実測音圧とほぼ同等の値を示している。よって、マイクロフォンを用いることなく、騒音推定部３２によって車室内騒音を精度良く推定できることがわかる。

図７は、図４の第３の伝達モデル１６の有無による実測音圧と推定音圧とのコヒーレンスの変化を示す。実線４６は、図４において第３の伝達モデル１６がある場合（第２のアルゴリズム）、つまり、加速度センサ７の出力信号のうちアクチュエータ８が発生する振動の成分を減算した信号を第１の伝達モデル１４へ入力する場合を示す。点線４７は、第３の伝達モデル１６がない場合（第１のアルゴリズム）、つまり、加速度センサ７の出力信号をそのまま第１の伝達モデルへ１４入力する場合を示す。図７は、騒音推定部３２により推定される推定音圧とマイクロフォンにより測定した実測音圧との間のコヒーレンス（Coherence）関数を計算した結果を示している。ここで、コヒーレンス関数とは、２つの信号間の相関を表し、推定精度を表す尺度であり、信号x(t)とy(t)の間のコヒーレンス関数は数２により定義される。

ここで、Ｃ_xyは信号x(t)と信号y(t)との間のコヒーレンス、Ｓ_xyは信号x(t)と信号y(t)との間のクロススペクトル密度、Ｓ_x、Ｓ_yはそれぞれ信号x(t)、信号y(t)のスペクトル密度を表す。実測音圧と推定音圧とが完全に一致するときコヒーレンス関数の値は１となり、２つの信号が無相関であるときコヒーレンス関数は０を値としてとる。

図７を見ると分かるように、第３の伝達モデル１６を入れた場合は第３の伝達モデル１６を入れない場合に比べ、コヒーレンス関数が高くなっている。よって、第３の伝達モデル１６を入れることによって、より精度の高い音圧推定が実現されることが分かる。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

騒音推定部３２を設けることにより、車室内９にマイクロフォンを設置しないので、乗員の声や音楽を低減することなく、車外から進入する振動に起因した車室内騒音のみを低減する制御を行うことが出来る。また、マイクを用いて制御する場合に比べ、センサとアクチュエータ間距離が短く無駄時間が少ないため、制御効果が向上する。

また、第１及び第２の伝達モデル１４、１５を備えることにより、当該第１及び第２の伝達モデル１４、１５を用いて推定を行うことができ、過渡応答を回避して推定精度が良くなる。この結果、騒音低減制御の効果が高まる。

具体的には、第１及び第２の伝達モデル１４、１５へ入力して得られる出力値との和を車内騒音とすることにより、過渡応答を回避して推定精度が良くなる。

第１及び第２の伝達モデル１４、１５に加えて、第３の伝達モデル１６を更に備えることにより、アクチュエータ８の制御指令信号が大きくなった場合にも加速度センサ７の出力信号のうち車外から進入する振動成分（外乱）を正確に計測することが出来るので、車室内音圧の推定精度が高まる。また、加速度センサ７とアクチュエータ８の配置自由度が増す。以上の結果、騒音低減制御の効果が高まる。

アクチュエータ８から振動までの第３の伝達モデル１６のみを用いるため、より簡便でより精度の良い振動推定部３２を形成することが出来る。この結果、騒音低減制御の効果が高まる。

筐体として車体を例に取り、加速度センサとアクチュエータを車体のフロアパネル上に配置することにより、車室内騒音を除去することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、本発明をフィードフォワード型能動振動制御装置に適用した場合の例を説明する。

先ず、図８〜図１０を参照して、一般的に知られている適応フィルタを用いたフィードフォワード型能動振動制御装置について説明し、その後、図１１及び図１２を参照して本実施形態に係わるフィードフォワード型能動振動制御装置について説明する。

図８に示すように、従来から知られている適応フィルタを用いたフィードフォワード型能動振動制御装置は、車体に入力される路面の凹凸の影響を測定する加速度センサ３９と、車室内空間９の騒音を検出するマイクロフォン４０と、フロアパネル上に配置されたアクチュエータ８と、車室内所定空間９での騒音を低減するためにアクチュエータ８への制御指令信号を計算して、アクチュエータ８の動作を制御するコントローラユニット３６とを備える。

コントローラユニット３６は、マイクロフォン５４からの信号を増幅するアンプ３３ａと、マイクロフォン５４からの信号に基づいて適応フィルタ３８を制御する適応則演算部３７と、加速度センサ３９の出力信号を増幅するアンプ３３ｃと、適応フィルタ３８の出力を増幅するアンプ３３ｂとを備える。

図９は図８のシステム全体のブロック線図である。コントローラユニット３６は、通常のコンピュータシステムもしくは電子回路で実現されている。第１の振動伝播経路４１は加速度センサ３９の出力信号から車室内空間９での騒音までの伝達関数を表し、第２の振動伝播経路４２はアクチュエータ８への制御指令信号から車室内空間９での騒音までの伝達関数を表す。

以下、図９に従って図８のシステムにおけるアクチュエータ８への制御指令信号の演算法を説明する。加速度センサ３９で得られた信号をｘ(n)、路面から車体に入力される外乱が車室内空間９に作る騒音をｙ(n)、ピエゾアクチュエータ８への制御指令信号をｕ(n)、マイクロフォン５４で得られた誤差信号をｅ(n)とおく。ここで、nはサンプル時刻を表す。また、適応フィルタ３８、第１の振動伝播経路４１及び第２の振動伝播経路４２のモデルをそれぞれ数３、数４、数５とする。

ここで、ｚ^-iはＺ変換のオペレータを表す。なお、ｗ_iがサンプル時刻nに依存しているのは、可変係数フィルタを使用しているからである。適応フィルタ３８の出力がアクチュエータ８への入力信号として計算される。このとき、信号ｙ(n)とｕ(n)はそれぞれ数６及び数７として計算される。

以上の式に基づいて計算されたｕ(n)がアクチュエータ８へ入力される。

一方、適応則演算部３７ではフィルタ係数ｗ_i(n)の更新が以下の演算によって行われる。まず、評価関数Jを数８と定義する。

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ｗ_i(n)に対して最小になるように適用フィルタを更新していく。ｗ_i(n)の更新則は数９で与えられる。ここで、ＫeとＫyは設計パラメータである。

また、ｒ(n-i)は数１０で定義する。

以上の更新演算が適応則演算部３７で行われる。

次に、図１０のフローチャートを参照して、適応フィルタ３８で行われる演算手順を説明する。

（い）先ずステップＳ２０１において、加速度センサ３９及びマイクロフォン４０の出力信号をサンプル時間n毎に取得する。ステップＳ２０２に進み、加速度センサ３９の出力信号ｘ(n)に対して、数７の計算式にて演算することにより、アクチュエータへの指令信号ｕ(n)を求める。

（ろ）ステップＳ２０３に進み、マイクロフォンの出力信号ｅ(n)と、加速度センサ３９の出力信号ｘ(n)を用いて、数９及び数１０に従って、更新されたフィルタ係数ｗ_i(n)を計算する。ステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０３で計算されたフィルタ係数ｗ_i(n)を更新する。

（は）ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０２で計算されたアクチュエータへの制御指令信号ｕ(n)を出力する。ステップＳ２０１〜Ｓ２０５をサンプル時間n毎に行うことでフィードフォワード制御が行われ、車室内空間９での騒音を低減することができる。

次に、本実施形態に係わるフィードフォワード型能動振動騒音制御装置について説明する。

図１１に示すように、第２の実施の形態に係わるフィードフォワード型能動振動制御装置では、図８に比べて、車室内空間９に配置されるマイクロフォンの替わりに第２の加速度センサ７がフロアパネルの所定の箇所に貼り付けられている。また、アンプ３３ａと適応則演算部３７との間に騒音推定部３２が配置され、適応フィルタ３８からの出力信号が騒音推定部３２に入力される。つまり、騒音推定部３２には、第２の加速度センサ７から得られた信号にアンプ３３ａを介して得られる信号と、アクチュエータ８への制御指令信号とが入力される。ここで、騒音推定部３２は図３に示した例と同様の装置を用いればよい。騒音推定部３２の出力信号は車室内空間９での推定音圧である。よって、適応則演算部３７は、図８のマイクロフォンによる実測音圧の代りに、騒音推定部３２による推定音圧を入力とする。適応フィルタ３８では、加速度センサ３９から得られた外乱信号に基づいて車室内空間９での騒音を低減する制御指令信号が演算される。

図１２を参照して、図１１のコントローラユニット３６の演算手順を説明する。

（Ａ）先ずステップＳ３０１において、車外からタイヤを介して車体へ伝達する振動を計測するために用いる第１の加速度センサ３９の出力信号と、車室内騒音を推定するために用いる第２の加速度センサ７の出力信号とをそれぞれ取得する。

（Ｂ）ステップＳ３０２に進み、第１の加速度センサ３９の出力信号ｘ(n)に対して、数７の演算を行うことで、アクチュエータ８への制御指令信号ｕ(n)を求める。ステップＳ３０３に進み、第２の加速度センサ７の出力信号とアクチュエータ８への制御指令信号ｕ(n)を用いて、図５に示すアルゴリズムによる騒音推定演算を行うことで、車室内空間９での推定音圧（推定騒音）を計算する。

（Ｃ）ステップＳ３０４に進み、ステップＳ３０３で計算された推定騒音と、第１の加速度センサ３９の出力信号ｘ(n)を用いて、数９及び数１０の演算式に従って、更新されたフィルタ係数ｗ_i(n)を計算する。ステップＳ３０５に進み、ステップＳ３０４で計算されたフィルタ係数ｗ_i(n)を更新する。

（Ｄ）ステップＳ３０６に進み、ステップＳ２０２で計算されたアクチュエータ８への制御指令信号ｕ(n)を出力する。ステップＳ３０１〜Ｓ３０６をサンプル時間n毎に行うことでフィードフォワード制御が行われ、車室内空間９での騒音が低減される。

このように、騒音推定部３２により車室内空間９における騒音を推定することにより、図８に示した従来型と比較してマイクロフォンを装備する必要が無く、フィードフォワード型能動振動制御装置を実現することができる。従って、第１の実施の形態と同様に、車室内空間９にマイクロフォンを設置しないので、乗員の声や音楽を低減することなく、車外から進入する振動に起因した車室内騒音のみを低減する制御を行うことが出来る。また、マイクを用いて制御する場合に比べ、加速度センサ−アクチュエータ間距離が短く無駄時間が少ないため、制御効果が向上する。

なお、説明を簡便にするため、加速度センサの数を第１の実施の形態では１つ、第２の実施の形態では２つとし、アクチュエータの数を１つとしたシステムを例に取り説明したが、センサやアクチュエータを複数備えたシステムに対しても同様の議論が可能であり、本発明を適用することができる。すなわち、加速度センサ及びアクチュエータの数は本発明の特許請求の範囲を狭めるものではない。

実際に、ｒ個の加速度センサおよびｓ個のアクチュエータを用いてｔ個の車室内空間における騒音低減制御を行う場合、図１及び図１１中の騒音推定部３２は図１３に示す構成に変更すればよい。図１３において、信号線横のｒ、ｓ、ｔの記号はその信号線のチャンネル数を表している。第１の伝達モデル１４は加速度センサの出力信号から車室内空間９の騒音までのｔ行ｒ列の伝達関数マトリクスであり、第２の伝達モデル１５はアクチュエータへの制御指令信号から車室内空間９の騒音までのｔ行ｓ列の伝達関数マトリクスであり、第３の伝達モデル１６はアクチュエータへの制御指令信号から加速度センサの取付け位置の振動までのｒ行ｓ列の伝達関数マトリクスである。このように、加速度センサおよびアクチュエータが複数になることで、出力信号や制御指令信号が伝達する信号線を複数チャンネルにして、騒音推定部３２内にあらかじめ保持しておく第１乃至第３の伝達モデル１４〜１６をマトリクス形式にする。このことにより、複数センサ及びアクチュエータの場合にも、第１乃至第２の実施の形態を容易に拡張できる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置を説明する前に、先ず、図１４（ａ）、図１４（ｂ）及び図１５を参照して、当該能動振動騒音制御装置が搭載される車両の構造について説明する。

図１４（ａ）及び１４（ｂ）に示すように、アクチュエータが固定されている車体５のフロアパネル６は、３つの主要な部分に分けることができる。具体的には、フロアパネル６は、乗員が座るシートの下に位置する平板状のキャビンフロア１７と、燃料タンクが固定されるタンクパネル１８と、スペアタイヤ及びトランクの下が位置するスペアタイヤパネル１９とを備える。キャビンフロア１７は、エンジンルームとタンクパネル１８の間に位置している。スペアタイヤパネル１９は、タンクパネル１８と車体５の後端の間に位置している。

図１５に示すように、図１４（ｂ）のフロアパネル６の上には、車両の進行方向に向かって縦方向に伸びる縦メンバ２０ａ〜２０ｄと、横方向に伸びる横メンバ２１ａ〜２１ｄとが配置されている。フロアパネル６は車体を軽量化するべく薄い平板状に形成されているため、フロアパネル６だけでは十分な剛性が得られない。フロアパネル６よりも剛性が高い棒状の縦メンバ２０ａ〜２０ｄ及び横メンバ２１ａ〜２１ｄをフロアパネル６上に固定して、フロアパネル６の剛性を高めている。縦メンバ２０ａ〜２０ｄ及び横メンバ２１ａ〜２１ｄの厚みはフロアパネル６よりも厚く形成されている。縦メンバ２０ａ〜２０ｄ及び横メンバ２１ａ〜２１ｄは、フロアパネル６の一方の面（表面又は裏面）側のみに固定されていても、両方の面（表裏面）に固定されていても構わない
以下、本発明の第３の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置について説明する。一般的に、路面からタイヤを介して車体に伝播する振動及び騒音は、波としての性質を有するため、フロアパネルの振動が車室内空間の騒音まで伝達するのに、ある一定の遅延時間を要する。つまり、振動及び騒音は、フロアパネルから乗員の耳まで瞬間的に伝達するものではなく、一定の遅延時間をかけて伝達する。この遅延時間によって騒音推定部３２の騒音推定性能は大きく左右される。騒音推定部３２は、第１の伝達モデルを用いて、加速度センサの取り付け位置における振動から車室内空間の騒音を推定し、第２の伝達モデルを用いて、アクチュエータへの制御指令信号から車室内空間の騒音を推定している。よって、フロアパネルから車室内空間までの遅延時間はこの騒音推定部３２に含まれることが望ましい。第３の実施の形態では、フロアパネルから車室内空間まで波として伝達する振動及び騒音の遅延時間を考慮した車室内騒音を推定する装置及び方法について説明する。

図１６に示すように、車室内空間にマイクロフォン４０を配置して車室内騒音を実測してフロアパネル上のアクチュエータへの制御指令信号をコントロールするフィードバック型の能動振動騒音制御装置（ＮＲＣ：Noise Reduction Control）が一般的に知られている。この装置は、車室内における１又は２以上の測定ポイントにおける騒音（音圧レベルＳＰＬ：Sound Pressure Level [dB]）が低減されるように、アクチュエータ８を用いて車体のフロアパネルに制御振動を生成することを目的としている。１又は２以上のアクチュエータ８をフロアパネルの所定の位置に設置して制御振動をフロアパネル上に生成する。そして、１又は２以上のマイクロフォン４０を車室内の所定の位置に設置して車室内騒音を測定する。マイクロフォン４０により測定された音圧レベルＳＰＬは、フィードバック型のコントローラ４３に入力される。コントローラ４３として、例えば、一般的なＨ∞制御を用いることができる。外乱によるフロアパネルの振動及びアクチュエータ８による制御振動は、それぞれ所定の遅延時間をかけて車室内騒音として伝達され、マイクロフォン４０により音圧レベルとして測定される。よって、図１６に示す制御システムには、物理的に存在する総ての遅延時間を含んだ構成を形成していることになる。ここで、総ての遅延時間には、外乱（ここでは、路面の凹凸によりタイヤを介して車体に侵入する振動及び騒音を示す）から車室内空間までの第１の遅延時間と、アクチュエータから車室内空間までの第２の遅延時間とを含まれる。

これに対して、図１７は、室内騒音をマイクロフォンで直接測定することなく、車体の振動から車室内騒音までの伝達モデルを用いて車室内騒音を推定する能動振動騒音制御装置を示す。図１７の装置では、騒音推定部３２を仮想的なマイクロフォンとして備える。騒音推定部３２が備える伝達関数と実際の伝達システム間に狂いが無ければ、図１６と図１７のシステムは正確に一致し、マイクロフォン４０を騒音推定部３２で置き換えることが可能である。

コントローラ３１として、例えば、一般的なＨ∞制御を用いることができる。アクチュエータの制御指令信号Ｖと車室内音圧ＳＰＬ間の開ループにおける伝達モデルは、一般的な伝達関数の形式で求めることができる。また、複数の制御指令信号Ｖ及び複数の車室内音圧ＳＰＬを含むシステムにおいても容易に図１６及び図１７の装置を適用可能であることは前述したとおりである。開ループからなるシステムは、数１１で表される。ここで、ｓはラプラス変換における変数である。

コントローラ３１は、ループ整形による設計法（the loop shaping design procedure）を用いて計算することができる。この計算手法は、Ｄ．ＭｃＦａｒｌａｎｅａｎｄＫ．Ｇｏｌｖｅｒ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ．ｖｏｌ．３７，ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ１９９２，ｐｐ．７５９−７６９，“ＡＬｏｏｐＳｈａｐｉｎｇＤｅｓｉｇｎＰｒｏｃｅｄｕｒｅＵｓｉｎｇＨ∞ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ” に開示されている。ここでは、数１２に示す計算式によりＣ_∞を求めている。

ここで、Ｇsは、Ｗ₁とＷ_２で重み付けされたシステムの伝達関数であって、整形関数（the shaping function）と呼ぶ。

このような条件式を満たす図１６に示すコントローラＣは、数１４で表される。

ここで、Ｗ₁とＷ_２は、通常、制御対象とする振動及び騒音の周波数帯を選択することができるフィルターの伝達関数である。[Ｍs]とＮsは数１５に示すように、標準化されたＧsのコプライム因子である。なお、パラメータεは、安定許容範囲と呼ばれ、通常０．２〜０．３が適当である。

次に、図１７の騒音推定部３２について説明する。騒音推定部Ｅは、車室内騒音ＳＰＬの伝達におけるマイクロフォン４０に置き換えられる。騒音推定部Ｅは、実際には、車室以内騒音[ＳＰＬ]の推定を行うため、騒音推定部Ｅが使用する伝達モデルはできる限り正確であることが望まれる。以後、推定された車室以内騒音（音圧）を[ＳＰＬ]と表記し、マイクロフォンで実際に測定された車室内騒音をＳＰＬと表記する。

図１８に示すように、第３の実施の形態に係わるコントローラユニット３０は、騒音推定部３２とコントローラ３１とを備える。プラント５は、外乱ｄ及びアクチュエータの制御振動から車室内騒音ＳＰＬiまで振動及び騒音が伝達する筐体の一例としての車体を示す。騒音推定部３２は、外乱ｄとして加速度センサから７の出力信号とコントローラ３１からプラント５内のアクチュエータ８へ送信される制御指令信号とを受信して車室内騒音[ＳＰＬ]iを推定する。コントローラ３１は、車室内騒音[ＳＰＬ]iに基づいて、プラントから出力される車室内騒音ＳＰＬiが軽減されるようにアクチュエータ８への制御指令信号を制御する。

図１９に示すように、図１８の騒音推定部３２は、図１７の加速度センサ７が取り付けられた位置から車室内騒音ＳＰＬを推定するポイントまでの伝達特性を表す第１の伝達モデルＧdと、アクチュエータ８への制御指令信号から車室内騒音ＳＰＬまでの伝達特性を示す第２の伝達モデルＧaとをデータとして備える。騒音推定部Ｅは、加速度センサ７の出力信号を第１の伝達モデルＧdへ入力して得られる出力値と、制御指令信号を第２の伝達モデルＧaへ入力して得られる出力値との和を車室内騒音[ＳＰＬ]iとして出力する。

ここで、第２の伝達モデルＧaは、アクチュエータ８が配置されたフロアパネル位置から車室内騒音を推定するポイントまでの伝達特性を示すものであっても構わない。

第１の伝達モデルＧd及び第２の伝達モデルＧaは、振動が伝達するプラント５を特定することにより求められ、実際のプラント５の物理的な総ての特徴を含有していることが望ましい。よって、第１及び第２の伝達モデルには、それぞれフロアパネルから車室内騒音まで騒音及び振動が波として伝達するために必要な時間（遅延時間）が含まれていることが望ましい。

騒音推定部３２ａは、図１９に示すように、アクチュエータへの制御指令信号Ｖと、外乱を示す信号αが入力される。制御指令信号Ｖは、結果的には、アクチュエータ８が設置されている位置におけるフロアパネル６の振動に相当する。また、外乱を示す信号αは、加速度センサ７により測定されたフロアパネルの振動に相当する。

騒音推定部３２ａが十分な精度によって車室内騒音[ＳＰＬ]を推定する場合、図１７に示す能動振動制御装置は、図１６に示すマイクロフォンで車室内騒音ＳＰＬを実測するタイプの能動振動制御装置に正確に一致する。図１７のシステムの利点は、車室内に配置するマイクロフォンが不要となる点であり、ロードノイズと共に、ラジオの音、乗員の声、風の音なども制御振動によりかき消されてしまう危険性が無くなる。

しかしながら、騒音推定部３２ａは実際のプラント５が有する遅延時間を含んでいるため、コントローラの高い制御効率は期待できない。そこで、第３の実施の形態では、より良い制御効率、つまり騒音除去効率を実現するため、新たな騒音推定部Ｅの構造を提案する。即ち、遅延時間を補償してプラント５に実際に生じる遅延時間よりも短い遅延時間によって車室内騒音ＳＰＬを推定することにより、より良い制御効率を実現する。

時間遅延を含まないプラントは、遅延時間を含むプラントにくらべてより単純な構造を有しており、制御効率が高く、得られる制御ゲインも大きい。これに対して、遅延時間を含むプラントの場合、騒音制御が難しく、制御ゲインを高くすることができないため、制御効率は通常低くなってしまう。そこで、プラントの異なる遅延時間を計算及び評価し、これを騒音推定部Ｅから取り除く。こうして得られた新たな騒音推定部[Ｅ]は、単に車室内騒音ＳＰＬを推定するのではなく、推定される車室内騒音ＳＰＬを予測することができる。

図２０は、遅延時間を考慮した騒音推定部３２ｂの構成を示す。外乱に関する情報αは、先ず第１の伝達モデル１４ｂに入力され、その後、遅延時間モデル４４に入力される。一方、アクチュエータへの制御指令信号Vは第２の伝達モデル１５ｂに入力され、その後、遅延時間モデル４５へ入力される。

遅延時間補償τを用いて遅延時間Ｔa及びＴdを短縮（補償）する方法を説明する。騒音推定部[Ｅ]は、数１６に示すようなＧa(s)及びＧd(s)とを備える。

数１６において、第１の伝達モデル[G]a(s)及び第２の伝達モデル[G]d(s)は、それぞれＧa(s)及びＧd(s)の遅延時間の項を除去したものに相当する。図２１では、１つのアクチュエータ８と１つの外乱（加速度センサ７）と１つの車室内騒音ＳＰＬとを含むシステムを示している。

騒音推定部[Ｅ]は数１６に示したＧa(s)及びＧd(s)を使用するため、何らハードウェアの変更なしに、遅延時間補償τを用いて容易に遅延時間Ｔa及びＴdを短縮することができる。この特徴が、マイクロフォンの代りに騒音推定部が出力する信号を用いる利点である。遅延時間Ｔdが遅延時間Ｔa以上である場合、遅延時間補償τは遅延時間Ｔaに等しくなる。この場合、アクチュエータは、時間遅延が存在しないかのような振る舞いをする。ここで[Ｅ]は、遅延時間を補償した騒音推定部を示す。

騒音推定部[Ｅ]を用いてコントローラユニットＣを演算する。コントローラユニットＣの演算は、前述したとおりであるが、数１１の代りに、数１７を用いる。

図２２は、遅延時間を補償した騒音推定部３２ｃの構成を示す。外乱に関する信号は先ず第１の伝達モデル１４ｂに入力され、その後、τにより遅延時間補償された遅延時間モデル４４ｂに入力される。一方、アクチュエータへの制御指令信号Vは第２の伝達モデル１５ｂに入力され、その後、τにより遅延時間補償された遅延時間モデル４５ｂへ入力される。遅延時間モデル４４ｂ、４５ｂの出力信号を重ね合わせることにより車室内騒音[ＳＰＬ]を推定することができる。

図２３は、１つのアクチュエータ８と１つの外乱（加速度センサ７）と１つの車室内騒音ＳＰＬからなるシステムを示し、伝達経路上には、遅延時間補償された遅延時間モデルだけを示している。

遅延時間補償された遅延時間Ｔa及びＴdの計算又は推定には３つの方法がある。

第１に、遅延時間は、伝達する距離の計算により推定することができる。時間遅延は本質的には空気中の音速に依存している。例えば、アクチュエータ８が車室内騒音ＳＰＬを測定する箇所から距離ｄa離れた場所に配置されている場合、空気中の音速Ｖsを用いて数１８により表すことができる。

第２に、遅延時間は信号処理の速度から推定することができる。入力信号と出力信号を測定することにより、システムの特定が可能となる。したがって、入力信号と出力信号の時間差を計算することができる。

第３に、システムを特定して伝達モデルＧ(s)を取得した後、伝達モデルＧの不安定なゼロとともに遅延時間を推定できる。

遅延時間Tを含む一般的な伝達関数Ｇ(s)は、数１９により得られる。

伝達関数Ｇ(s)は遅延時間Ｔを含むため、理想的な伝達関数Ｎ(s)／Ｄ(s)は、Ｎ(s)の中に不安定なゼロを含み、結果的に安定したゼロも含む。Ｎ(s)は数２０に示すように分解される。

[Ｎ]は安定零点を有するＮ(s)の一部を示し、Ｎ'は不安定零点を含むＮ(s)の他の一部を示す。よって、数１９は、数２１になる。

数２１は数２２に変形することができる。

[Ｎ](s)は安定化された[Ｎ](-s)であり、例えば、[Ｎ](-s)の根は、[Ｎ](s)の根に相対する。

[Ｇ]は、分子が安定な伝達関数Ｇ(s)であり、全域通過伝達関数[Ｎ](-s)/[Ｎ](s)は、遅延時間項の近似で用いられる周知のパデ近似（Pade approximation）を表す。遅延時間項を数２４に示す。

Ｇ'(s)とＧ(s)の極は同じである。不安定なゼロが伝達関数の中に無いため、Ｇ'(s)は「最小位相(minimum phase)」であり、非最小位相(non-minimum phase)伝達関数と呼ばれるＧ(s)とは異なる。

次に、遅延時間補償された騒音推定部Ｅを有するコントローラの制御効率を解析する。最初に、実際にマイクロフォンを用いて制御効率を解析する。このとき、騒音推定部Ｅは使用しない。次に、遅延時間補償が成されていない騒音推定部Ｅを使用したコントローラの制御効率を解析する。最後に、遅延時間補償が成された騒音推定部Ｅを使用したコントローラの制御効率を解析する。なお、１つのアクチュエータと、１つの外乱（加速度センサ）と、１つの車室内騒音ＳＰＬからなるシステムについて上記の分析を実施する。

先ず、マイクロフォンを用いたシステムについて制御効率を解析する。図２４は、車室内騒音ＳＰＬを実際に測定するマイクロフォンを備える能動振動制御装置の構成を示す。車室内騒音ＳＰＬは数２５により得られる。

コントローラＣがアクチュエータを駆動するために出力する制御指令信号Ｖは、数２６により得られる。

数２５と数２６の計算式を組み合わせると、ＳＰＬは数２７になる。

更に変形すると、数２８となる。

上記のＳＰＬ(s)は伝達関数Ｈ(s)の中には表れない。しかし、分母及び分子は、それぞれ遅延時間Ｔa及びＴdを含む。この典型的な形式は制御が難しいことで知られており、具体的には、コントローラＣのゲインを大きくすることができず、発散する危険性が高い。

次に、遅延時間補償のない仮想的マイクロフォンを備えるシステムについて制御効率を解析する。

図２５は、仮想的なマイクロフォン（騒音推定部）であって遅延時間補償のないものを備える能動振動制御装置を示す。騒音推定部３２ａ内の各伝達モデル１４、１５は、例えばプラント５の特定により推定される。数２７に示す車室内騒音ＳＰＬは同じである。しかし、コントローラＣが出力するアクチュエータ８を駆動するための制御指令信号Ｖは数２９となる。

ここでＳＰＬは数３０で表される。

よって、制御指令信号Ｖは数３１となる。

そして、数１５のＳＰＬ(s)は数３２になる。

伝達関数Ｈの中には時間遅延は表れていないが、分母と分子にそれぞれ遅延時間が表れている。また、上記したような実際のマイクロフォンを使用したシステムにおける問題点がここでも存在するため、コントローラＣの制御効率は低く留まってしまう。よって、次に示すように、遅延時間補償された騒音推定部Ｅが望まれる。

最後に、遅延時間補償のある仮想的マイクロフォンを備えるシステムについて制御効率を解析する。

図２６は、仮想的なマイクロフォン（騒音推定部３２ｃ）であって遅延時間補償があるものを備える能動振動制御装置を示す。ここでの制御指令信号Ｖは、数３３により表される。

推定される車室内騒音[ＳＰＬ]は、数３４により表される。

数２５のＳＰＬ(s)は、数３５となる。

[Ｈ](s)の分母は、Ｈ(s)及びＨ(s)より小さい遅延時間を有する。遅延時間補償τと遅延時間Ｔaが等しい場合、時間遅延は完全に削除され、ＳＰＬ(s)は数３６となる。

＜第３の実施の形態の変形例＞
第３の実施の形態では、１つのアクチュエータ８と、１つの外乱と、１つの車室内騒音ＳＰＬとを備えるシステムにおける騒音推定部Ｅについて説明したが、図２２及び図２３に示した能動振動制御装置は、２以上のアクチュエータ、外乱、車室内騒音ＳＰＬを備えるシステムに対して適用可能である。つまり、２以上のアクチュエータ及び加速度センサをフロアパネル上に配置し、車室内の複数箇所における騒音について騒音推定を実施するシステムについても容易に拡張することができる。

具体的には、Ｎa個のアクチュエータとＮd個の外乱（加速度センサ）を用いた場合の、遅延時間補償されたｊ番目の車室内騒音[ＳＰＬ]jは、数３７により与えられる。

ここで、Ｖiはｉ番目のアクチュエータへの制御指令信号を示し、[Ｇ]a,ijはｉ番目のアクチュエータからｊ番目の車室内騒音ＳＰＬまでの遅延時間を含まない伝達関数を示し、ｅ^{-s(Ta,ij-τij)}はｉ番目のアクチュエータからｊ番目の車室内騒音ＳＰＬまでの遅延時間であって、遅延時間補償τijにより補償されたものを示す。[Ｇ]d,kjはｋ番目の外乱からｊ番目の車室内騒音ＳＰＬまでの遅延時間を含まない伝達関数を示し、ｅ^{-s(Td,kj-τij)}はｋ番目の外乱からｊ番目の車室内騒音ＳＰＬまでの遅延時間であって、遅延時間補償τijにより補償されたものを示す。Ｄk(s)は、ｋ番目の外乱信号、つまり加速度センサから出力される信号を示す。なお、Ｎd個の外乱を含むシステムにおける車室内騒音ＳＰＬijを求める騒音推定部Ｅの構成を図２９に示す。

＜遅延時間補償の効率の実験例＞
遅延時間補償された騒音推定部Ｅとこれを含むコントローラユニットＣについて説明する。

車両の運転者の右耳の位置を騒音制御対象とする。１つのピエゾアクチュエータ８をフロアパネル６のタンクパネル１９上に載置し、外乱を制御対象位置にリンクした箇所を振動するシェーカーにより形成する。外乱信号はガウシアン分布を形成している。コントローラＣは、１１０Ｈｚを中心周波数とする周波数帯の騒音を除去することを目的としている。実験結果を図２７及び図２８に示す。なお、図２７及び図２８に示す実験結果は、同じシステム（プラント５）について得られたものであるが、騒音推定部Ｅ及びコントローラＣは互いに異なる。

先ず、図２７の実験において、騒音推定部Ｅは総ての時間遅延であって遅延時間補償されていないものを有する。騒音除去効率は最大で１５ｄＢに到達し、騒音除去が有効に機能している周波数帯は、およそ１０７〜１２０Ｈｚである。

次に、図２８に示す実験において、騒音推定部[Ｅ]は、遅延時間Ｔaが遅延時間補償τに等しい場合の遅延時間を有する。騒音除去の最大値は１８ｄＢであり、騒音除去が有効に機能している周波数帯は、およそ８０〜１３０Ｈｚである。

このような実験例により、遅延時間補償の利点が示された。つまり、遅延時間補償を加えることにより、騒音除去が有効に機能する周波数帯を広げることができ、且つ、騒音除去効率を高めることができる。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

騒音推定部３２は、センサが取り付けられた位置における振動から車室内騒音までの第１の遅延時間Ｔｄと、制御指令信号から車室内騒音までの第２の遅延時間Ｔａとを考慮して、第１の遅延時間後及び第２の遅延時間後の車室内騒音を推定する。これにより、より現実に近い車室内騒音の推定を行うことが出来る。

第２の遅延時間Ｔａは、制御指令信号から車室内騒音までの遅延時間のうち最も短い最短遅延時間である。これにより、遅延時間を補償して車体に実際に生じる遅延時間よりも短い遅延時間によって車室内騒音ＳＰＬを推定することにより、より良い制御効率を実現することができる。

第１の遅延時間Ｔｄは、第２の遅延時間Ｔａを補正することにより求められる。遅延時間の計算負担が軽減され、容易なアルゴリズムにより遅延時間を計算することができる。

アクチュエータが複数存在する場合、第２の遅延時間Ｔａは各アクチュエータについて個別に設定される。これにより、複数の振動伝達経路のそれぞれについての遅延時間を設定することができる。

（第４の実施の形態）
上記第１乃至第３の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置によれば、ロードノイズをその他の音（ラジオ、乗員の声、風、雨など）から分離することができるようになるが、騒音推定部Ｅにより推定された騒音[ＳＰＬ]と実際の騒音ＳＰＬとの間での不一致が問題となる場合がある。

そこで、第４の実施の形態では、実際にマイクロフォンを用いて騒音ＳＰＬを測定して騒音推定部Ｅに含まれる伝達モデルを更新する技術について説明する。ここで問題となるのは、どのタイミングで伝達モデルの更新を行うかである。

騒音推定部Ｅが備える伝達モデルが完全に実際の伝達モデルに一致している場合、推定された騒音[ＳＰＬ]は、実際の騒音ＳＰＬと正確に一致する。しかし、以下に示す２つの理由から、両者は必ずしも一致しない。

先ず、騒音推定部が有する２つのタイプのエラーがある。路面の振動には直接アクセスすることができず、フロアパネルの振動を用いて近似されている。更に、フロアパネルの振動測定点の数は限られているため、測定されるデータに路面の振動についての総ての情報が含まれていない。以上が１点目のエラーである。そして、２点目のエラーは、騒音推定部Ｅで使用している伝達モデルは、実際のシステムの対応物に過ぎず、伝達モードの数、伝達モデルの正確性には限界がある点である。

そして、実際の騒音ＳＰＬは、路面の振動となんら関係のないその他の音（ラジオ、乗員の声、風、雨など）と混合されているため、推定される騒音と実際の騒音との間の関連性は低い。

そこで、騒音推定部Ｅ内の伝達モデルを更新する必要が生じる。ここでは、コヒーレンスを用いた更新を説明する。この更新は２つの段階に分類できる。第１の段階は、コヒーレンス関数を用いた伝達モデルの更新を行うことを決定する段階である。第２の段階は、騒音推定部Ｅの出力と実際のマイクロフォンの出力とを用いて、実際に伝達モデルの更新を行う段階である。

更新を決定する第１の段階に関して、従来では、更新時を外的な出来事に基づいて定めていた。例えば、特開２０００−１２０７６８号公報では、ドアが閉まる前を更新時としていた。そして、予め定めた外的な事項が生じたときに限り、伝達モデルの更新を実施する。

これに対して本実施の形態では、システムが自動的に更新を行う時及び更新を行わない時を自動的に決定する。具体的には、騒音推定部が複数のポイントで推定した車室内騒音[ＳＰＬ]と実際にマイクロフォンを用いて測定した車室内騒音ＳＰＬとを比較して更新時を決定する。

制御対象となる周波数帯における推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬとの間のコヒーレンス関数Ｃs(f)を計算する。コヒーレンス関数が大きい場合、例えば０．９以上、理想的には１．０近くである場合、推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬとが線形的に関連して、ロードノイズに混合されるその他の音（風、乗員の声等）がないことを意味している。よって、この場合、騒音推定部の伝達モデルの更新を有効に実施することができる。

騒音推定部の伝達モデルＧと実際のシステムとの不一致は、コヒーレンス関数Ｃs(f)に影響を与えず、実測音圧ＳＰＬに含まれ得るロードノイズ以外の音だけがコヒーレンス関数Ｃs(f)に影響を与える。例えば、コヒーレンス関数Ｃs(f)が１．０よりも低くなり、ほとんど０に近くなってしまう。推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬが正確に一致していないことは、コヒーレンス関数Ｃs(f)は影響を受けない。

推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬ間のコヒーレンス関数Ｃs(f)を計算する利点の１つは、フロアパネル上の総てのポイントにおける振動αiと実測音圧ＳＰＬ間のコヒーレンス関数を測定する場合に比べて、計算に対する負担及び記憶容量に対する負担が極端に軽減されることである。

図３０は、ｎ個の第１の伝達モデル１４−１〜１４−ｎと、ｍ個の第２の伝達モデル１５−１〜１５−ｍとを備える騒音推定部３２を示す。ｎ個の加速度センサがα1〜αnの振動を測定し、ｍ個のアクチュエータ（への制御指令信号Ｖ1〜Ｖm）が能動騒音制御に使用される。

推定音圧[ＳＰＬ]が使用されるとき１つのコヒーレンス関数Ｃs(f)を使用できる。

ここで、ｘは入力信号（推定音圧[ＳＰＬ]）を示し、ｙは出力信号（実測音圧ＳＰＬ）を示す。Ｐxx(f)は信号ｘ(t)の自己スペクトル、Ｐyy(f)は信号ｙ(t)の自己スペクトル、Ｐxy(f)は周波数ｆにおける信号ｘ(t)と信号ｙ(t)の交差スペクトルを示す。これら総てのスペクトルは例えばＷｅｌｃｈ法により計算できる。信号は、例えば所定のサンプリング周波数にて１秒間測定される。

複数の入力信号が使用されるとき、数３９に示すように、複数のコヒーレンス関数Ｃmが必要である。計算に対する負荷及び必要とされる記憶容量は、１つのコヒーレンス関数の場合に比べて非常に大きくなる。

ここで、Ｓxy(f)とＳxx(f)は、数４０に示すとおりである。

ｋは入力信号の数を示し、制御が行われずｎ個の加速度センサが使用されているだけである時はｎであり、制御が行われｎ個の加速度センサとｍ個のアクチュエータが使用されている時はｎ+ｍである。複数のコヒーレンス関数Ｃmを計算しなくても、１つのコヒーレンス関数Ｃsについて計算すれば十分であることは明らかである。よって、実際にマイクロフォンで測定された実測音圧ＳＰＬと仮想的マイクロフォン（騒音推定部）により推定された推定音圧[ＳＰＬ]とから１つのコヒーレンス関数Ｃs(f)を計算する。

一旦、更新の決定が成されると、更新そのものは極めてありふれた方法で行われる。しかしながら、制御が行われている時であっても更新は行うことができる。なぜなら、推定音圧[ＳＰＬ]の一部はアクチュエータによる制御振動に相当し（これをＳＰＬaとする）、図３０に示すようにこれは仮想的なマイクロフォンの中に含まれている。推定音圧[ＳＰＬ]は数４１で表される。

制御を行わない時、アクチュエータへの制御指令信号Ｖ1〜Ｖmはすべてゼロである。よって、ＳＰＬaの項は無くなる。制御が行われていない時であっても更新は行うことができる。

更新モデルＫ(s)について説明する。更新モデルＫ(s)は、推定騒音[ＳＰＬ]のうちフロアパネルの振動に相当するＳＰＬαに対して適用される。これは以下の２つの理由からである。

第１に、制御が行われていない場合、信号ＳＰＬａはゼロにほぼ等しい。よって、信号ＳＰＬａに相当する部分の更新は適切ではない。

第２に、推定騒音[ＳＰＬ]のうち信頼できない結果を表しているのはＳＰＬαである。この部分はフロアパネルの幾つかのポイントにおける振動αiを使用し、車室内でロードノイズとなる路面の振動をあらわしている。更に、第１の伝達モデルＧαiは、システムの特定による実験データから求められる。よって、第１の伝達モデルＧαiと実際のシステムとの間には避けることができない違いが存在する。

この２つの理由から、更新モデルＫ(s)は信号ＳＰＬαの部分に適用される。よって、推定音圧[ＳＰＬ]は数４２になる。

図３１は、更新モデル６４を取り入れたモデル更新部６１の構成を示すブロック図である。

次に、更新モデルＫを計算する演算部６３について説明する。判定部６２が更新を決定した時、数４３に示すように、実測音圧ＳＰＬを用いて更新モデルＫを計算する。

これを変形すると、数４４となる。

更新モデルＫは、実測音圧ＳＰＬと騒音推定部の路面振動に関する部分ＳＰＬαとの間の伝達関数としてみることができる。更新モデルＫ(s)は、単入力−単出力の周知の特定化技術により計算可能である。

図３１に示すように、第３の実施の形態では、モデル更新部６１が、第１の伝達モデルＧαの後段に付加されている。モデル更新部６１は、判定部６２と、演算部６３とを備える。判定部６２は、推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬ間のコヒーレンス関数を計算して更新モデルＫの更新を行うか否かを判断する。演算部６３は、判定部６２が更新を決定した場合、更新モデルＫを演算及び更新する。

更新のアルゴリズムは以下のとおりである。（１）先ず、サンプリング時間n毎にマイクロフォンを用いて実測音圧ＳＰＬを測定する。（２）Ｔ秒毎に実測音圧ＳＰＬと推定音圧[ＳＰＬ]間のコヒーレンス関数Ｃを計算する。（３）所定の閾値Ｃtに対してコヒーレンス関数Ｃを比較して更新の是非を決定する。ＣがＣtよりも大きければ、更新を決定して次の段階に進み、ＣがＣt以下であれば更新は行わない。（４）制御が行われている場合、実測音圧ＳＰＬ、ＳＰＬα及びＳＰＬaとを用いて更新モデルＫ(s)を更新する。なお、更新モデルＫ(s)はゲイン１へ初期化される。

上記アルゴリズムの具体例を示す。ここでは、制御は行われていない。つまり、ＳＰＬaはゼロである。加速度センサの数は１であり、ＳＰＬの測定ポイントは１つである。よって、システムは、単入力−単出力(Single-Input Single-Output)モデルで表される。

１組のデータを用いて、第１の伝達モデルＧαが計算され、騒音推定部に装備される。第１の伝達モデルＧαへ加速度センサからの出力信号αが入力されて推定音圧[ＳＰＬ]を出力する。

他の１組のデータを用いて、図３２に示すように、推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬを比較する。推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬが非常に近くてもゲインは正確に一致しない。よって、騒音推定つまり制御効率を改善するために更新を実施する。

前述したように、制御対象の周波数帯においてコヒーレンス関数Ｃが所定の閾値Ｃtよりも大きい場合、更新モデルＫの更新を行う。なお、理論的な閾値Ｃtは１にほぼ等しい。

図３３は、コヒーレンス関数Ｃの計算結果の一例を示す。ここで制御対象の周波数帯は、８０〜２３０Ｈｚである。この制御対象周波数帯においてコヒーレンス関数Ｃは１に非常に近いため、更新モデルＫの更新を行うことができることが分かる。なお、０〜８０Ｈｚと２５０〜１０００Ｈｚでのコヒーレンス関数はとても低い。よって、Ｋの計算は数４４により行うことができる。

以上説明したように、本発明の第４の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

筐体内騒音を測定するマイクロフォンを配置して、マイクロフォンにより測定された車室内騒音と騒音推定部３２により推定された車室内騒音とを用いて第１の伝達モデルを更新する。これにより、騒音推定部Ｅにより推定された騒音[ＳＰＬ]と実際の騒音ＳＰＬとが一致しないという課題を解決することができる。

マイクロフォンにより測定された車室内騒音と騒音推定部３２により推定された車室内騒音との間のコヒーレンス関数Ｃの値が所定値以上であるときに限り、第１の伝達モデルを更新する。更新の必要がある場合に限り更新を行うため、効率的に更新を行うことができる。

予め定めた周波数帯において、マイクロフォンにより測定された車室内騒音ＳＰＬと騒音推定部３２により推定された車室内騒音[ＳＰＬ]との間のコヒーレンス関数Ｃの値が所定値以上であるときに限り、第１の伝達モデルを更新する。対象となるコヒーレンス関数Ｃの周波数帯を限定することにより、より効率的な更新を行うことができる。

上記のように、本発明は、４つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置の全体構成を示すブロック図である。路面の凹凸の影響によるタイヤ及び車体の振動および車室内での騒音の主な伝播経路を示す斜視図である。制御系設計のためのブロック線図である。図１の騒音推定部３２の構成を示すブロック線図である。図４の騒音推定部３２による騒音推定手順を示すフローチャートである。実際に測定した車室内騒音と騒音推定部３２により推定した車室内騒音を比較するグラフである。図４の騒音推定部３２における第３の伝達モデル１６の有無による実測音圧と推定音圧とのコヒーレンスの変化を示すグラフである。一般的な適応フィルタを用いたフィードフォワード型能動振動制御装置の全体構成を示すブロック図である。図８のシステム全体の信号伝達系を示すブロック図である。図８の適応フィルタ３８で行われる演算手順を示すフローチャートである。第２の実施の形態に係わるフィードフォワード型能動振動制御装置の全体構成を示すブロック図である。図１１のコントローラユニット３６の演算手順を示すフローチャートである。複数個の加速度センサ及びアクチュエータを使用した場合の騒音推定部３２の構成を示すブロック図である。図１４（ａ）は第３の実施の形態に係わる能動振動騒音制御装置が搭載される車両を示す断面図であり、図１４（ｂ）は車両のフロアパネル部分を示す平面図である。図１４（ｂ）のフロアパネル上に配置されたメンバを示す平面図である。車室内にマイクロフォンを配置して車室内騒音を実測するタイプの能動振動騒音制御装置を示すブロック図である。フロアパネルの振動から車室内騒音を推測するタイプの能動振動騒音制御装置を示すブロック図である。第３の実施の形態に係わる、騒音推定部３２を用いたコントローラユニット３０の構成を示すブロック図である。図１８の騒音推定部３２の内部構成を示すブロック図である。時間遅延を考慮した騒音推定部３２ｂの内部構成を示すブロック図である。１つのアクチュエータ８と１つの外乱（加速度センサ７）と１つの車室内騒音ＳＰＬからなるシステムを示すブロック図である。時間遅延を補償した騒音推定部３２ｃの内部構成を示すブロック図である。１つのアクチュエータ８と１つの外乱（加速度センサ７）と１つの車室内騒音ＳＰＬからなるシステムを示すブロック図である。実際のマイクロフォンを備える能動振動制御装置を示すブロック図である。仮想的なマイクロフォン（騒音推定部）であって遅延時間補償のないものを備える能動振動制御装置を示すブロック図である。仮想的なマイクロフォン（騒音推定部）であって遅延時間補償があるものを備える能動振動制御装置を示すブロック図である。遅延時間補償されていない場合の周波数ごとの音圧レベルを示すグラフであり、実線が能動制御を行っている場合、点線が能動制御を行っていない場合を示す。遅延時間補償されている場合の周波数ごとの音圧レベルを示すグラフであり、実線が能動制御を行っている場合、点線が能動制御を行っていない場合を示す。Ｎd個の外乱を含むシステムにおける車室内騒音ＳＰＬijを求める騒音推定部Ｅの構成を示す。ｎ個の第１の伝達モデル１４−１〜１４−ｎと、ｍ個の第２の伝達モデル１５−１〜１５−ｍとを備える騒音推定部３２を示すブロック図である。更新モデル６４を取り入れたモデル更新部６１の構成を示すブロック図である。推定音圧[ＳＰＬ]と実測音圧ＳＰＬを比較するグラフである。コヒーレンス関数Ｃの計算結果の一例を示すグラフである。

符号の説明

４…タイヤ
５…車体（筐体）
６…フロアパネル
７、３９…加速度センサ（センサ）
８…アクチュエータ
９…車室内空間
１０…エンジン
１４、１４ｂ…第１の伝達モデル
１５、１５ｂ…第２の伝達モデル
１６…第３の伝達モデル
１７…キャビンフロア
１８…タンクパネル
１９…スペアタイヤパネル
２０ａ〜２０ｄ…縦メンバ
２１ａ〜２１ｄ…横メンバ
３０、３６…コントローラユニット
３１、３４、４３…コントローラ（信号演算手段）
３２、３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…騒音推定部（騒音推定手段）
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…アンプ
３５…伝達関数モデル
３７…適応則演算部
３８…適応フィルタ
４０、５４…マイクロフォン
４１…第１の振動伝播経路
４２…第２の振動伝播経路
４４、４４ｂ…第１の遅延時間モデル
４５、４５ｂ…第２の遅延時間モデル
６１…モデル更新部
６２…判定部
６３…演算部
６４…更新モデル

Claims

振動が外部から内部へ騒音として伝達する筐体と、
前記筐体の振動を検出するセンサと、
前記筐体に制御振動を生成するアクチュエータと、
筐体内騒音を低減するように、前記アクチュエータへの制御指令信号を生成する信号演算手段と、
前記センサの出力信号及び前記制御指令信号を用いて前記筐体内騒音を推定する騒音推定手段と
を備えることを特徴とする能動振動騒音制御装置。
前記騒音推定手段は、前記センサが取り付けられた位置における振動から前記筐体内騒音までの伝達特性を表す第１の伝達モデルと、前記制御指令信号から前記筐体内騒音までの伝達特性を示す第２の伝達モデルとを記憶することを特徴とする請求項１記載の能動振動騒音制御装置。
前記騒音推定手段は、前記センサの出力信号を前記第１の伝達モデルへ入力して得られる出力値と、前記制御指令信号を前記第２の伝達モデルへ入力して得られる出力値との和を前記筐体内騒音として出力することを特徴とする請求項２記載の能動振動騒音制御装置。
前記騒音推定手段は、前記センサの出力信号のうち前記アクチュエータが発生する振動の成分を減算した信号を前記第１の伝達モデルへ入力して得られる出力と、前記制御指令信号を前記第２の伝達モデルへ入力して得られる出力との和を前記筐体内騒音として出力することを特徴とする請求項２記載の能動振動騒音制御装置。
前記騒音推定手段は、前記制御指令信号から前記センサが取り付けられた位置における振動までの伝達特性を示す第３の伝達モデルを更に備え、
前記センサの出力信号から前記第３の伝達モデルの出力を減算した信号を前記第１の伝達モデルへ入力して得られる出力と、前記制御指令信号を前記第２の伝達モデルへ入力して得られる出力との和を前記筐体内騒音として出力することを特徴とする請求項２記載の能動振動騒音制御装置。
前記筐体は車体であり、前記センサと前記アクチュエータは前記車体のフロアパネル上に配置することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の能動振動騒音制御装置。
前記騒音推定手段は、前記センサが取り付けられた位置における振動から前記筐体内騒音までの第１の遅延時間と、前記制御指令信号から前記筐体内騒音までの第２の遅延時間とを考慮して、前記第１の遅延時間後及び前記第２の遅延時間後の筐体内騒音を推定することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の能動振動騒音制御装置。
前記第２の遅延時間は、前記制御指令信号から前記筐体内騒音までの遅延時間のうち最も短い最短遅延時間であることを特徴とする請求項７記載の能動振動騒音制御装置。
前記第１の遅延時間は、前記第２の遅延時間を補正することにより求められることを特徴とする請求項７又は８記載の能動振動騒音制御装置。
前記アクチュエータが複数存在する場合、前記第２の遅延時間は各アクチュエータについて個別に設定されることを特徴とする請求項７乃至９いずれか１項に記載の能動振動騒音制御装置。
前記筐体内騒音を測定するマイクロフォンと、
前記マイクロフォンにより測定された前記筐体内騒音と前記騒音推定手段により推定された前記筐体内騒音とを用いて前記第１の伝達モデルを更新するモデル更新部と
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項に記載の能動振動騒音制御装置。
前記モデル更新部は、前記マイクロフォンにより測定された前記筐体内騒音と前記騒音推定手段により推定された前記筐体内騒音との間のコヒーレンス関数の値が所定値以上であるときに限り、前記第１の伝達モデルを更新することを特徴とする請求項１１記載の能動振動騒音制御装置。
前記モデル更新部は、予め定めた周波数帯において、前記マイクロフォンにより測定された前記筐体内騒音と前記騒音推定手段により推定された前記筐体内騒音との間のコヒーレンス関数の値が所定値以上であるときに限り、前記第１の伝達モデルを更新することを特徴とする請求項１１記載の能動振動騒音制御装置。