JP4996915B2 - 能動型振動騒音制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車室内騒音を逆位相の相殺音により打ち消す能動型振動騒音制御装置に関する。

従来より、車室内騒音を検出するマイクロフォンを車室内に配置し、該マイクロフォンからの出力信号の位相に対し逆位相の信号を生成して、前記車室内に配置されたスピーカから前記逆位相の信号に基づく相殺音を出力することにより、前記マイクロフォンの位置における車室内騒音を低減することが知られている（特許文献１参照）。この特許文献１には、前記車室内の各シートにシートスイッチをそれぞれ設け、これらのシートスイッチの出力により乗員が該各シートに着座しているか否かを判定し、前記乗員の着座に対応してスピーカとマイクロフォンとの間の信号伝達特性を選択し、車室内騒音を低減させることが記載されている。

また、特許文献２には、車室内の前方左右に配置された主スピーカから出力される音響の一部が窓ガラスで反射して乗員の前記窓ガラス側の耳に入る場合に、ヘッドレストの前記窓ガラス寄りに配置された補助スピーカから、反射音のみで構成される音場のシート前後位置に依存した信号伝達特性（伝達関数）の逆関数に基づく打消音を出力することにより、前記反射音を低減させることが記載されている。

特開平４−２３４０９８号公報 特開平５−１２２７９９号公報

ところで、従来より、車室内の乗員の耳位置近傍における車室内騒音を効果的に低減させるためのマイクロフォン及びスピーカの位置関係としては、マイクロフォンをルーフライニング又はスピーカ近傍に配置することや、シートのヘッドレスト付近にマイクロフォン及びスピーカを共に配置することや、前記ルーフライニング及び前記ヘッドレストにスピーカ及びマイクロフォンをそれぞれ配置すること等が種々提案されている。

そして、マイクロフォンからの出力信号の位相に対し逆位相の信号を生成する制御手段では、スピーカからマイクロフォンまでの信号伝達特性に応じた内部モデル特性を用いて前記出力信号から前記逆位相の信号を生成する。なお、前記内部モデル特性とは、前記スピーカから前記マイクロフォンまでの信号伝達特性を模擬した信号伝達特性であり、前記制御手段内に予め設定されている。

しかしながら、車室内でヘッドレスト又はその付近にスピーカやマイクロフォンが配置されている場合には、シートの位置によって前記信号伝達特性が変化し、この結果、マイクロフォンの位置における車室内騒音を効果的に低減することができなくなる。ところが、特許文献１に開示されている技術は、車室内での乗員の着座に応じて信号伝達特性を選択する技術であり、一方で、特許文献２に開示されている技術は、主スピーカからの音響に起因した反射音を打消音で打ち消す技術であるので、特許文献１及び２に開示されている技術を、上記の信号伝達特性の変化に伴う車室内騒音の消音制御の改善に適用することはできない。

この発明は、このような問題を考慮してなされたものであり、シートの位置又は角度が変化しても車室内騒音を良好に打ち消すことが可能な能動型振動騒音制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る能動型振動騒音制御装置は、基本的には、制御信号を車室内騒音の相殺音として出力する音出力手段と、前記相殺音と前記車室内騒音との混合音を検出する音検出手段と、前記音出力手段から前記音検出手段までの信号伝達特性に応じた内部モデル特性と前記混合音とに基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成手段とを備える。

そして、この能動型振動騒音制御装置では、少なくとも前記音出力手段及び前記音検出手段のいずれかは車室内のシートに配置され、前記シートの位置又は角度の検出信号を前記制御信号生成手段に出力する検出手段を有し、前記制御信号生成手段は、前記検出信号に応じた内部モデル特性に切り替えて前記制御信号を生成することを特徴としている。

この特徴事項によれば、前記検出信号に基づいて前記音出力手段から前記音検出手段までの前記内部モデル特性を切り替えるので、前記シートの位置又は角度が乗員によって変更されても、この変更に起因した信号伝達特性の変化に応じて前記内部モデル特性を切り替えることができる。この結果、前記シートの位置又は角度が変化しても車室内騒音を良好に打ち消すことが可能となるので、該車室内騒音に対する最適な制御状態を実現することができる。

なお、前記シートの位置とは、該シートにおける車両の前後方向の位置や上下方向の位置をいう。また、前記シートの角度とは、前記シートにおける前記乗員の着座部に対するシートバックの角度をいう。また、前記内部モデル特性とは、前記音出力手段から前記音検出手段までの信号伝達特性を模擬した信号伝達特性であり、前記制御信号生成手段内に予め設定されている。

ここで、前記制御信号生成手段は、前記検出信号が予め設定された閾値をまたいで変化したときに、前記内部モデル特性を、変化後の前記シートの位置又は角度に応じた内部モデル特性に切り替えることが好ましい。

この場合でも、前記車室内騒音を効率よく低減することが可能となる。なお、前記閾値とは、前記信号伝達特性が変化するときの前記シートの位置又は角度に対応する閾値をいう。

また、前記制御信号生成手段を適応フィルタ型又はフィードバック制御型の制御信号生成手段で構成しても、前記シートの位置又は角度の変化に関わりなく、前記車室内騒音を低減することが可能である。

この発明によれば、検出信号に基づいて音出力手段から音検出手段までの内部モデル特性を切り替えるので、シートの位置又は角度が乗員によって変更されても、この変更に起因した信号伝達特性の変化に応じて前記内部モデル特性を切り替えることができる。この結果、前記シートの位置又は角度が変化しても車室内騒音を良好に打ち消すことが可能となるので、該車室内騒音に対する最適な制御状態を実現することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

この発明の第１実施形態に係る能動型振動騒音制御装置（以下、ＡＮＣともいう。）１０Ａを車両１２の車室１４内における騒音（車室内騒音）の低減に適用した場合について、図１〜図２Ｂを参照しながら説明する。なお、図１では、車室１４内の説明の理解のために、前席（シート）１６側のドアと後部座席１８側のドアとを省略している。

このＡＮＣ１０Ａは、フィードフォワード制御により車室内騒音を低減するものであり、車両１２に組み込まれ、図１に示すように、車室１４内の前席１６側のヘッドレスト２０（図示しない乗員の耳位置近傍）にはマイクロフォン（音検出手段）２２及びスピーカ（音出力手段）２４が配置されている。

前席１６の着座部２６下方には、前記乗員の操作により前席１６が車両１２の前後方向（図１の左右方向）に移動したときに、その位置（シートの位置）ｐを位置検出信号Ｓｐとして出力する位置センサ２８が配置されている。この位置センサ２８は、例えば、図示しない直線スライド式の可変抵抗器から構成され、前席１６の位置ｐに応じた抵抗値を位置検出信号Ｓｐとして出力する。

また、着座部２６とシートバック３０との間には、着座部２６に対するシートバック３０の角度（シートの角度）θを角度検出信号Ｓθとして出力する角度センサ３１が配置されている。この角度センサ３１は、例えば、図示しない回転スライド式の可変抵抗器から構成され、乗員の操作によりシートバック３０が角度センサ３１の位置を中心として回動したときに、角度θに応じた抵抗値を角度検出信号Ｓθとして出力する。

ＡＮＣ１０Ａは、マイクロコンピュータを含み構成されるＡＮＣコントローラ（制御信号生成手段）３２をさらに有し、このＡＮＣコントローラ３２は、基本的には、周波数検出回路３４と、基準信号生成手段３６と、適応フィルタ３８と、フィルタ係数更新手段４０と、補正手段４２とから構成される適応フィルタ型の制御信号生成手段である。

周波数検出回路３４は、エンジン４４を制御する燃料噴射ＥＣＵ４６から出力されるエンジン回転信号の周波数ｆｅを検出する周波数カウンタである。なお、前記エンジン回転信号とは、エンジン４４の出力軸の回転毎に図示しないホール素子等から出力される信号であり、該エンジン４４から発生する騒音（例えば、エンジン音やエンジン４４の出力軸の回転によって発生した加振力等に起因した周期性のある騒音）やエンジン４４の振動等の振動騒音に対して相関性のある信号である。

基準信号生成手段３６は、周波数検出回路３４からの周波数ｆｅを基本次数の周波数として所定調波の基準信号ｘを生成する。

適応フィルタ３８は、基準信号ｘにフィルタ係数Ｗｆｒを乗じて制御信号Ｓｃを生成する。制御信号Ｓｃは、エンジン４４から発生する振動騒音に起因した車室１４内の騒音（車室内騒音）を相殺するための制御信号であり、ＤＡコンバータ（以下、ＤＡＣともいう。）４８によりデジタル信号からアナログ信号に変換されてスピーカ２４に出力される。

スピーカ２４は、制御信号Ｓｃを前記車室内騒音に対する相殺音として車室１４内に出力し、マイクロフォン２２は、スピーカ２４からの前記相殺音と前記車室内騒音との混合音を検出し、前記相殺音と前記車室内騒音との差を誤差信号ｅとしてＡＮＣコントローラ３２に出力する。

補正手段４２は、スピーカ２４からマイクロフォン２２までの伝達特性（信号伝達特性）Ｃｆｒを模擬した伝達特性（内部モデル特性）Ｃ＾ｆｒを補正値として基準信号ｘを補正することにより参照信号ｒを生成しフィルタ係数更新手段４０に出力する。なお、伝達特性Ｃ＾ｆｒは、伝達特性Ｃｆｒを含むＤＡＣ４８の入力側からＡＤコンバータ（以下、ＡＤＣともいう。）５０の出力側までの伝達特性である。

フィルタ係数更新手段４０は、最小二乗法（ＬＭＳ）アルゴリズム演算器から構成され、参照信号ｒと、ＡＤＣ５０にてアナログ信号からデジタル信号に変換された誤差信号ｅとに基づいて、フィルタ係数Ｗｆｒの適応演算処理（誤差信号ｅが最小となるようなフィルタ係数Ｗｆｒを最小二乗法に基づき算出する演算処理）を行い、この演算結果よりフィルタ係数Ｗｆｒを逐次更新する。

さらに、ＡＮＣコントローラ３２は、位置検出信号Ｓｐ及び／又は角度検出信号Ｓθに応じて補正手段４２の伝達特性Ｃ＾ｆｒを所定の伝達特性に切り替え可能なセレクタ５２を有する。

セレクタ５２は、前席１６の前後方向における所定範囲及び／又はシートバック３０の所定角度範囲での伝達特性Ｃ＾ｆｒである第１伝達特性Ｃ＾ｆｒ１と第２伝達特性Ｃ＾ｆｒ２とを格納する図示しないメモリを備え、位置検出信号Ｓｐ及び／又は角度検出信号Ｓθに基づいて、前席１６の前記前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが所定の閾値を上回ると、補正手段４２に設定されている伝達特性Ｃ＾ｆｒをＣ＾ｆｒ１からＣ＾ｆｒ２に切り替える。

なお、前記閾値とは、信号伝達特性Ｃｆｒが変化するときの前席１６の位置ｐやシートバック３０の角度θに応じた閾値をいい、セレクタ５２の前記メモリ内には、前記閾値を下回る範囲内でのＣ＾ｆｒとしてＣ＾ｆｒ１が格納され、さらに、前記閾値を上回る範囲内でのＣ＾ｆｒとしてＣ＾ｆｒ２が格納されている。

これは、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、例えば、角度θを９０°、１００°及び１１０°にそれぞれ変化させた場合に、スピーカ２４（図１参照）からマイクロフォン２２までの伝達特性Ｃｆｒのゲインの周波数特性や位相の周波数特性が角度θによって変化するので、前席１６の前記前後方向の位置ｐやシートバック３０の角度θの変化に応じて、ＡＮＣコントローラ３２の内部モデル特性であるＣ＾ｆｒを変化させる必要があるためである。

従って、前席１６の前記前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが前記閾値を下回る状態では、補正手段４２の伝達特性Ｃ＾ｆｒは第１伝達特性Ｃ＾ｆｒ１に設定され、この結果、ＡＮＣコントローラ３２の内部モデル特性がＣ＾ｆｒ１の状態で、マイクロフォン２２の位置における車室内騒音の低減が行われる。一方、前席１６の前記前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが前記閾値を上回る状態では、補正手段４２の伝達特性Ｃ＾ｆｒは第２伝達特性Ｃ＾ｆｒ２に設定され、この結果、ＡＮＣコントローラ３２の内部モデル特性がＣ＾ｆｒ２の状態で、マイクロフォン２２の位置における車室内騒音の低減が行われる。

このように、第１実施形態に係るＡＮＣ１０Ａでは、位置検出信号Ｓｐ及び／又は角度検出信号Ｓθに基づいてスピーカ２４からマイクロフォン２２までの内部モデル特性である伝達特性Ｃ＾ｆｒをＣ＾ｆｒ１又はＣ＾ｆｒ２に切り替えるので、前席１６の前記前後方向の位置ｐやシートバック３０の角度θが乗員によって変更されても、この変更に起因した伝達特性Ｃｆｒの変化に応じて伝達特性Ｃ＾ｆｒを切り替えることができる。この結果、前席１６の前後方向の位置ｐやシートバック３０の角度θが変化しても、車室内騒音を良好に打ち消すことが可能となるので、該車室内騒音に対する最適な制御状態を実現することができる。

なお、ＡＮＣ１０Ａでは、伝達特性Ｃ＾ｆｒの切替により車室内騒音の消音制御を切り替えた際に、ＡＮＣコントローラ３２内で、フィルタ係数Ｗｆｒの値を逐次減少又は増加するように更新して、スピーカ２４から出力される相殺音を滑らかに減衰又は増幅させるフェードアウト又はフェードイン動作を行えば、消音制御の切替により発生する不快な振動騒音の発生を防止することができる。

次に、第２実施形態に係るＡＮＣ１０Ｂについて、図３を参照しながら説明する。なお、ＡＮＣ１０Ｂにおいて、第１実施形態に係るＡＮＣ１０Ａ（図１〜図２Ｂ参照）と同一の構成要素については、同じ参照符号を付けて説明する。

このＡＮＣ１０Ｂは、フィードバック制御により車室内騒音を低減するものであり、従って、ＡＮＣコントローラ３２がフィードバック制御型の制御信号生成手段である点で、フィードフォワード制御により車室内騒音を低減する第１実施形態に係るＡＮＣ１０Ａ（図１参照）とは異なる。

ここで、ＡＮＣコントローラ３２は、セレクタ５２と、補正手段６０と、減算部６２と、制御信号生成部６４とを有する。

補正手段６０は、制御信号ＳｃにＣ＾ｆｒを乗じてエコーキャンセル信号Ｓｅを生成して減算部６２に出力する。マイクロフォン２２は、スピーカ２４からの相殺音と車室内騒音との混合音を検出し、出力信号ＳｍとしてＡＮＣコントローラ３２に出力する。減算部６２は、出力信号Ｓｍからエコーキャンセル信号Ｓｅを減じて騒音信号ｎ（相殺音により低減される前の車室内騒音に対応する信号）を生成し制御信号生成部６４に出力する。

なお、補正手段６０に設定されている伝達特性Ｃ＾ｆｒは、伝達特性Ｃｆｒを含む制御信号生成部６４の出力側から減算部６２の入力側までの伝達特性であるので、エコーキャンセル信号Ｓｅは、スピーカ２４からマイクロフォン２２に到達する相殺音を模擬した信号となる。

制御信号生成部６４は、騒音信号ｎの振幅及び位相を調整して、マイクロフォン２２の位置における車室内騒音と同一振幅で且つ逆位相の相殺音に相当する制御信号Ｓｃを生成し、スピーカ２４及び補正手段６０に出力する。

セレクタ５２は、位置検出信号Ｓｐ及び／又は角度検出信号Ｓθに基づいて、前席１６の前記前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが所定の閾値を上回ると、補正手段６０に設定されている伝達特性Ｃ＾ｆｒをＣ＾ｆｒ１からＣ＾ｆｒ２に切り替える。

従って、前席１６の前記前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが前記閾値を下回る状態では、補正手段６０の伝達特性Ｃ＾ｆｒは第１伝達特性Ｃ＾ｆｒ１に設定され、この結果、ＡＮＣコントローラ３２の内部モデル特性がＣ＾ｆｒ１の状態でマイクロフォン２２の位置における車室内騒音の低減が行われる。一方、前席１６の前記前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが前記閾値を上回る状態では、補正手段６０の伝達特性Ｃ＾ｆｒが第２伝達特性Ｃ＾ｆｒ２に設定され、この結果、ＡＮＣコントローラ３２の内部モデル特性がＣ＾ｆｒ２の状態でマイクロフォン２２の位置における車室内騒音の低減が行われる。

このように、第２実施形態に係るＡＮＣ１０Ｂでも、第１実施形態に係るＡＮＣ１０Ａ（図１参照）と同様な効果が得られる。

なお、図３では、ＡＮＣコントローラ３２において、アナログ信号処理により制御信号Ｓｃを生成してスピーカ２４に出力することが図示されているが、第１実施形態（図１参照）と同様に、ＡＮＣコントローラ３２の入出力側にＡＤＣやＤＡＣを配置してデジタル信号処理により制御信号Ｓｃを生成し、前記ＤＡＣによりアナログ信号に変換してスピーカ２４に出力することも可能である。

また、上記した第１及び第２の実施形態では、前席１６の前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θに基づいて、ＡＮＣコントローラ３２の内部モデル特性をＣ＾ｆｒ１又はＣ＾ｆｒ２に切り替える場合について説明したが、前席１６の上下方向の変化に基づいて伝達特性Ｃ＾ｆｒの切り替えを行うことも可能である。

また、第１及び第２の実施形態では、前席１６側での車室内騒音の低減について説明したが、後部座席１８側の車室内騒音の低減にも適用可能であることは勿論である。

さらに、第１及び第２の実施形態では、ヘッドレスト２０にマイクロフォン２２及びスピーカ２４を配置した場合について説明したが、（１）ルーフライニングにマイクロフォン２２を配置し、ヘッドレスト２０又はシートバック３０上方にスピーカ２４を配置した場合、（２）ルーフライニングにスピーカ２４を配置し、ヘッドレスト２０又はシートバック３０上方にマイクロフォン２２を配置した場合、（３）ヘッドレスト２０にマイクロフォン２２を配置し、ヘッドレスト２０又はシートバック３０上方にスピーカ２４を配置した場合、（４）シートバック３０上方にマイクロフォン２２を配置し、ヘッドレスト２０又はシートバック３０上方にスピーカ２４を配置した場合にも、第１実施形態及び第２実施形態を適用してマイクロフォン２２の位置における車室内騒音の低減を図ることも可能である。

さらにまた、第１及び第２実施形態では、位置センサ２８からの位置検出信号Ｓｐ及び／又は角度センサ３１からの角度検出信号Ｓθに基づいて伝達特性Ｃ＾ｆｒの切替制御を行っているが、前席１６の位置ｐ及び角度θに関わる数種類のパターンを予め記憶し、乗員の操作によって前記パターンに応じた所望の位置ｐ及び角度θに前席１６を自動的に設定可能な座席位置角度設定手段が車両１２の前席１６側のドアに取り付けられている場合には、セレクタ５２のメモリ内に前記各パターンに応じた複数の伝達特性を予め格納させておき、前記座席位置角度設定手段の動作に連動して補正手段４２、６０内の伝達特性Ｃ＾ｆｒを切り替えるようにすることも可能である。

さらにまた、セレクタ５２において、前席１６の前後方向の位置ｐ及び／又はシートバック３０の角度θが閾値を上回った場合と下回った場合とでヒステリシスを持たせるようにすれば、位置ｐ及び角度θが前記閾値近傍で変動する場合においても、伝達特性Ｃ＾ｆｒの切替制御を効率よく行うことができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。

第１実施形態に係るＡＮＣの構成を示すブロック図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、シートバックの角度による伝達特性の変化を示す特性図である。 第２実施形態に係るＡＮＣの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ…ＡＮＣ １２…車両
１４…車室 １６…前席
２０…ヘッドレスト ２２…マイクロフォン
２４…スピーカ ２８…位置センサ
３０…シートバック ３１…角度センサ
３２…ＡＮＣコントローラ ３４…周波数検出回路
３６…基準信号生成手段 ３８…適応フィルタ
４０…フィルタ係数更新手段 ４２、６０…補正手段
５２…セレクタ ６２…減算部
６４…制御信号生成部

Claims (2)

1. 振動騒音源から発生する振動騒音の周波数に基づく周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成手段と、
   前記振動騒音に起因した車室内騒音を相殺するために、前記基準信号及びフィルタ係数に基づいて制御信号を出力する適応フィルタと、
   前記制御信号を前記車室内騒音の相殺音として出力する音出力手段と、
   前記相殺音と前記車室内騒音との混合音を誤差信号として検出する音検出手段と、
   前記音出力手段から前記音検出手段までの信号伝達特性に応じた内部モデル特性に基づいて、前記基準信号を補正し参照信号として出力する補正手段と、
   前記誤差信号と前記参照信号とに基づいて、前記誤差信号が最小となるように前記フィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新手段と、
   を備える能動型振動騒音制御装置において、
   少なくとも前記音出力手段及び前記音検出手段のいずれかは、車室内のシートに配置され、
   前記シートの位置又は角度を検出する検出手段と、
   前記シートの位置又は角度に応じた複数の内部モデル特性を格納し、前記検出手段によって検出された前記シートの位置又は角度に基づいて、前記補正手段の前記内部モデル特性を切り替える選択手段と、
   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、
   前記選択手段は、前記検出手段から出力される検出信号が予め設定された閾値をまたいで変化したときに、前記内部モデル特性を、変化後の前記シートの位置又は角度に応じた内部モデル特性に切り替える
   ことを特徴とする能動型振動騒音制御装置。

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