JP5326056B2 - 能動型消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロードノイズを能動的に低減する能動型消音装置に関するものである。

ロードノイズは、路面振動が伝搬されてフロアパネルや板状内装品（例えば、フロントガラス、リヤガラス、ドアパネル等）が振動することによって発生することが知られている。このロードノイズを能動的に低減する装置として、特開平７−２８１６７６号公報および特開平７−２１０１７９号公報に記載されたものがある。特開平７−２８１６７６号公報に記載の装置は、フロアパネルに加振器を設け、サスペンション装置の振動を参照信号とし、フロアパネルの振動をエラー信号として、エラー信号が小さくなるように加振器を制御している。これにより、フロアパネルの振動を抑制することで、ロードノイズを低減できるとされている。

特開平７−２１０１７９号公報に記載の装置は、サスペンションおよび車体に取り付けた加速度センサにより参照信号としての加速度を検出し、マイクロフォンにより誤差信号としての車室内音圧を検出し、車室内に取り付けたスピーカにより制御音（二次音）を出力することで、ロードノイズを消音する。

ところで、フロアパネルは薄板状に形成されているため、フロアパネルの共振１次周波数は、車両を構成する他の部材の共振１次周波数より低い。そのため、路面入力振動に起因したフロアパネルの振動の周波数帯に、フロアパネルの共振１次周波数が含まれる状態となることがある。そうすると、フロアパネルの共振１次周波数付近の振動が大きくなる上に、その高次周波数の振動も発生する。

そのため、従来のように、フロアパネル自身に加振器およびエラー信号検出センサを設けた構成により、フロアパネルの振動を低減させるためには、フロアパネルの共振１次周波数の帯域のみならず、その高次周波数帯域についても、加振器の制御を行う必要がある。そのため、非常に広範囲の周波数帯について振動抑制機能を発揮する必要がある。また、ロードノイズは、フロアパネル以外のフロントガラス、リヤガラス、ドアパネル等の板状内装品が振動して発生する場合もある。この場合でも、非常に広範囲の周波数帯について振動抑制機能を発揮する必要がある。

ここで、制御対象周波数が高周波数帯（例えば、数ｋＨｚ以上）を含めると、加振器の高性能化、各種センサの高性能化、および、加振器への制御信号を生成する電子回路の高性能化が必要となる。具体的には、各種センサのサンプリング時間の短縮化、および、電子回路の演算処理の高速化をすることが必要となる。また、当該サンプリング時間に対応できるような加振器の応答性を有する必要がある。従って、装置全体の高コスト化を招来する。仮に、高周波数帯を制御することができたとしても、低周波数帯に比べると、制御の応答性が低くならざるを得ない。そのため、高周波数帯においては、やはり消音性能が低下してしまう。

さらに、フロアパネルや板状内装品の共振１次周波数付近の振動は大きくなるため、加振器は当該振動を抑制することができる振幅の振動を発生する必要がある。そのため、加振器の大型化を招来する。

さらに、フロアパネルの振動は、複雑な挙動であるため、フロアパネルの特定部位のみの振動を低減できたとしても、フロアパネルの他の部位が振動することによって、ロードノイズが発生する。この点からも、フロアパネルに加振器を設置したとしても、加振器を設置していないフロアパネルの他の部位の振動によるロードノイズを十分に低減できない。多数の加振器をフロアパネルに設置することも考えられるが、これでは非常に高コストになる。

また、特開平７−２１０１７９号公報のように、車室内に取り付けられたスピーカによって制御音（二次音）を出力することでロードノイズを消音する場合には、周波数によってクワイエットゾーン（キャンセルエリア）が異なる。クワイエットゾーンは、周波数の波長の１／２の範囲であるため、低周波数領域では広域となり、高周波数領域では狭域となる。そのため、スピーカの設置位置によって、車室内のノイズキャンセル効果が異なることになってしまう。つまり、スピーカの位置依存性が高い。また、スピーカで音を制御するために、制御周波数が例えば、３０Ｈｚ〜２０ｋＨｚなどと非常に広範囲であるため、高速演算を行うことができる制御回路が必要となるため、高コストとなる。さらに、車室内にスピーカを設置しなければならず、設置が容易とは言えない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フロアパネル自身や板状内装品自身に加振器を設置するのではなく、他の手法によって低コスト化および小型化を図りつつ、確実にロードノイズを低減することができる能動型消音装置を提供することを目的とする。

そこで、本手段に係る能動型消音装置は、車輪からフロアパネルなどの板状部材までの振動伝達経路の途中の部材に加振器を設置することで、当該部材の振動を抑制することにより、フロアパネルなどの板状部材の振動を低減することで、ロードノイズを低減することとした。

具体的には、本手段に係る能動型消音装置は、車両の室内の騒音を能動的に低減する能動型消音装置である。ここで、前記車両は、路面から車輪に入力される振動が車両構成部品のうち板状部材に伝達されて、当該板状部材が振動することによって車室内にロードノイズを発生する。

そして、前記能動型消音装置は、前記車輪から前記板状部材までの振動伝達経路において前記車輪を支持するナックルに設けられ、当該ナックルの振動を参照信号として検出する参照信号検出器と、前記振動伝達経路において前記板状部材に連結されてサスペンション装置を支持するタイヤハウス、または、前記板状部材に連結されて前記サスペンション装置を構成するサスペンションメンバに設けられ、前記板状部材側の部材に加振力を付与する加振器と、前記タイヤハウスの振動または前記サスペンションメンバの振動を誤差信号として検出する、もしくは、車室内の音を誤差信号として検出する誤差信号検出器と、前記参照信号および前記誤差信号に基づいて前記誤差信号が小さくなるように前記加振器を制御するコントローラとを備える。

本手段によれば、加振器を、フロアパネル自身や板状内装品自身ではなく、タイヤハウスまたはサスペンションメンバに設けている。つまり、タイヤハウスまたはサスペンションメンバを加振することで、当該部材の振動を低減することができ、もしくは、当該部材の振動を所望の振動状態にすることができる。

ここで、加振器が設置されるタイヤハウスまたはサスペンションメンバは、フロアパネルなどの板状部材に比べると非常に高剛性である。そのため、当該設置部材の共振周波数は、フロアパネルなどの板状部材の共振周波数に比べると、非常に高い周波数となる。そのため、タイヤハウスまたはサスペンションメンバにおいて、路面入力振動に起因した振動の周波数帯は、当該部材の共振周波数よりも十分に低い周波数帯となる。従って、当該部材は、その共振によって路面入力振動を増幅することはない。さらに、当該部材の高次周波数帯の振幅についてはほとんど影響がない。

つまり、フロアパネルなどの板状部材自身ではなく、タイヤハウスまたはサスペンションメンバに加振器を設けることで、比較的に低周波数帯を制御対象周波数としたとしても、タイヤハウスまたはサスペンションメンバの振動を十分に抑制することができる、もしくは、当該部材の振動を十分に所望の振動状態にすることができる。ここで、制御対象周波数が低周波数帯であるため、制御の演算処理および加振器の応答性の観点から、より高精度に、加振器の設置部材の振動を抑制することができ、もしくは、当該設置部材の振動を所望の振動状態にすることができる。

そして、上述したように、制御周波数帯は、比較的に低周波数帯であるため、加振器、各種センサおよび電子回路について、それほど高性能でなくても十分に対応できる。つまり、各種センサのサンプリング時間を短時間にすることなく処理ができ、電子回路の演算処理の速度も高速でなくてもよく、加振器は共振しないため、低い振幅で十分に振動抑制できる。従って、低コスト化を図ることができ、かつ、加振器の小型化を図ることができる。

さらに、従来のようにフロアパネルなどの板状部材に加振器を設ける場合には、フロアパネルの複雑な挙動に対応する必要があったが、本手段によれば、加振器を板状部材に設けるのではなく、タイヤハウスまたはサスペンションメンバに設けている。従って、極めて多数の加振器を設けなくても、確実に、板状部材の振動を低減することができる、もしくは、板状部材の振動を所望の振動状態にすることができる。

さらに、車輪からフロアパネルなどの板状部材までの振動伝達経路の途中の部材には、サスペンション装置が含まれている。サスペンション装置は、粘弾性部材を有する。そして、参照信号検出器は、ナックルに設けられ、加振器は、タイヤハウスまたはサスペンションメンバに設けられる。つまり、参照信号検出器が設けられる部材と、加振器が設けられる部材との間には、粘弾性部材が介在する。従って、参照信号が設けられる部材の振動に対して、加振器が設けられる部材の振動は時間遅れを伴う。そのため、参照信号に基づいて加振器を確実に制御することができ、確実に加振器を設けた部材の振動を所望の状態に制御できる。

また、本手段によれば、加振器をタイヤハウスまたはサスペンションメンバに設置して、当該部品を加振することによって、ロードノイズを低減している。そのため、スピーカにより制御音（二次音）を発生させることによりロードノイズを低減させる場合の問題を有しない。つまり、制御音（二次音）による消音ではないため、スピーカの設置位置による依存性のような問題は発生しない。また、加振器により振動を発生させるため、加振器の制御周波数の範囲は、スピーカの制御周波数の範囲に比べて非常に狭い。従って、制御回路の演算速度を低減できるため、低コストにできる。さらに、加振器は、振動伝達経路の部材に設置するため、車室内の設置に比べて、設置の自由度は高くなる。

ここで、誤差信号検出器が前記タイヤハウスの振動または前記サスペンションメンバの振動を誤差信号として検出する場合には、タイヤハウスもしくはサスペンションメンバの振動を低減することができ、振動伝達経路において当該部材の下流側に位置する板状部材に伝達される振動が低減される。その結果、フロアパネルなどの板状部材の振動に起因したロードノイズを低減することができる。

また、誤差信号検出器が車室内の音を誤差信号として検出する場合には、車室内の音が低減するように、加振器を振動させて、タイヤハウスもしくはサスペンションメンバの振動状態を制御する。その結果、車輪から入力される振動に起因する車室内の音、すなわちロードノイズを確実に低減できる。

また、前記車両は、前記車輪を回転可能に支持する前記ナックルと、前記ナックルに連結されるサスペンションアームと、前記サスペンションアームに連結されるショックアブソーバと、前記ショックアブソーバに取り付けられるアッパーサポートと、前記アッパーサポートに取り付けられ、前記板状部材に連結される前記タイヤハウスと、を含み、前記参照信号検出器は、前記ナックルに設けられ、前記加振器および前記誤差信号検出器は、前記タイヤハウスに設けられるようにしてもよい。

この場合、振動伝達経路は、車輪→ナックル→サスペンションアーム→ショックアブソーバ→アッパーサポート→タイヤハウス→板状部材の順になる。この振動伝達経路のうち上流側のナックルに参照信号検出器を設け、下流側のタイヤハウスに加振器および誤差信号検出器を設けている。従って、確実に当該振動伝達経路におけるタイヤハウスの振動を低減でき、タイヤハウスから板状部材に伝達される振動を確実に低減できる。

特に、前記加振器および前記誤差信号検出器は、前記タイヤハウスのうち前記板状部材より前記アッパーサポートに近い位置に設けられるとよい。当該部位は、タイヤハウスの中でも、特に共振周波数が高い部位に相当する。従って、上述した効果を確実に奏することができる。

また、前記車両は、前記車輪を回転可能に支持する前記ナックルと、前記ナックルに連結されるサスペンションアームと、前記サスペンションアームに連結されて、メンバマウントを介して前記板状部材としてのフロアパネルに連結される前記サスペンションメンバと、を含み、前記参照信号検出器は、前記ナックルに設けられ、前記加振器および前記誤差信号検出器は、前記サスペンションメンバに設けられるようにしてもよい。

この場合、振動伝達経路は、車輪→ナックル→サスペンションアーム→サスペンションメンバ→メンバマウント→フロアパネルの順になる。この振動伝達経路のうち上流側のナックルに参照信号検出器を設け、下流側のサスペンションメンバに加振器および誤差信号検出器を設けている。従って、確実に当該振動伝達経路におけるサスペンションメンバの振動を低減でき、サスペンションメンバからフロアパネルに伝達される振動を確実に低減できる。

ここで、上述したように、ロードノイズの発生源である板状部材は、フロアパネルの他、フロントガラス、リヤガラス、ドアパネルなどがある。このように、車両には、複数のロードノイズの発生源が存在する。さらに、フロアパネルに着目した場合にも、複雑な挙動をすることから、フロアパネル自身が、複数のロードノイズの発生源を有すると見ることもできる。

このように、車輪からロードノイズの発生源である板状部材までの振動伝達経路は、複数存在する。複数の振動伝達経路が存在する場合に、例えば、フロアパネルの特定部位の一箇所のみに加振器を設置したとしても、車室内のロードノイズを十分に低減できない。仮に、ロードノイズ発生源である板状部材の全てに加振器およびコントローラを設置すると、非常に高コストとなる。

そこで、前記車輪から前記板状部材までの前記振動伝達経路は、複数である場合には、前記加振器は、前記複数の振動伝達経路のうち少なくとも一つの前記振動伝達経路に設けられ、前記誤差信号検出器は、車室内の音を前記誤差信号として検出するマイクロフォンとしてもよい。

これにより、複数の振動伝達経路が存在するにも関わらず、ロードノイズの発生源である板状部材全てに加振器を設置することなく、ロードノイズを低減できる。この理由について説明する。上述したように、車室内に設置されたマイクロフォンにより検出される音を誤差信号としている。そして、誤差信号が小さくなるように、加振器が加振力を発生している。

そして、路面から入力される振動が複数の振動伝達経路を介して板状部材に伝達されると共に、加振器により設置部材が加振されることによって板状部材を振動させる。このように、板状部材では、路面から伝達される複数の振動と加振器による振動とが合成される。そして、コントローラは、車室内の音である誤差信号を小さくするように加振器を制御している。換言すると、コントローラは、合成された板状部材の振動を低減するように、加振器を制御する。

つまり、加振器は、加振器が設置されている部材自体の振動を小さくするのではなく、車室内のロードノイズが小さくなるように当該部材に振動を加えていることになる。加振器は、加振器が設置されている部材自体の振動を小さくするとは限らず、場合によっては当該部材自体の振動を大きくすることもある。従って、複数の振動伝達経路が存在する場合であっても、車室内におけるロードノイズを確実に低減することができる。

また、前記参照信号検出器は、複数の前記振動伝達経路の共通部品に設けられるようにしてもよい。これにより、複数の振動伝達経路に影響を及ぼす参照信号を確実に検出できる。従って、参照信号に起因する誤差信号の成分を確実に低減できる。

第一実施形態：能動型消音装置について、車両における構造を示す図である。 図１において、車輪からフロアパネルまでの振動伝達経路における構造を示す図であって、車両の後方から見た図である。 第一実施形態：車輪から車室内までのロードノイズの伝達経路を示す。 第一実施形態：コントローラにより加振器を制御するための制御ブロック図である。 第一実施形態：加振器を制御した場合における加速度センサの振幅の時間経過挙動を示す図である。 第一実施形態：加振器を制御した場合における車室内に設置したマイクの振幅の時間経過挙動を示す図である。 第一実施形態：加振器を制御しない場合における加速度センサの振幅の時間経過挙動を示す図である。 第一実施形態：加振器を制御しない場合における車室内に設置したマイクの振幅の時間経過挙動を示す図である。 第一実施形態：周波数に対する加速度センサの振幅を示す図である。 第一実施形態：周波数に対するマイクの振幅を示す図である。 第二実施形態：車輪からフロアパネルまでの振動伝達経路における構造を示す図である。 第二実施形態：車輪から車室内までのロードノイズの伝達経路を示す図である。 第三実施形態：能動型消音装置について、車両における構造を示す図である。 第三実施形態：車輪から車室内までのロードノイズの伝達経路を示す図である。 第三実施形態：コントローラにより加振器を制御するための制御ブロック図である。

＜第一実施形態＞
（能動型消音装置の概要）
能動型消音装置は、自動車などの車両に適用され、ロードノイズを低減するための装置である。能動型消音装置は、車室内において、スピーカから制御音を発生することにより、ロードノイズを低減するものではない。ロードノイズは、図１に示すように、自動車の走行によって生じる路面振動が車輪１０からサスペンション装置８０を介してフロアパネル２１に伝搬される結果、フロアパネル２１が振動することによって車室内７０に発生する。

そこで、本実施形態においては、フロアパネル２１が振動することを低減することができれば、フロアパネル２１の振動に起因するロードノイズは低減できる。ただし、本実施形態の能動型消音装置は、フロアパネル２１の振動を直接低減させるのではなく、車輪１０からフロアパネル２１に振動が伝達される経路の途中のうち、特に剛性の高い部位の振動を低減することにより、結果としてフロアパネル２１の振動を低減する。ここで、ロードノイズは、フロアパネル２１の振動の他に、板状内装品、例えば、フロントガラス、リヤガラス、ドアパネル等の板状内装品２３の振動によって発生する。本実施形態においては、フロアパネル２１による場合について、以下に詳細に説明する。

そして、能動型消音装置は、ナックル４１に取り付けられた加速度センサからなる参照信号検出器６２により参照信号としての車両上下振動を検出し、タイヤハウス２２に取り付けられた加速度センサからなる誤差信号検出器６３により誤差信号としての車両上下振動を検出し、誤差信号を小さくするようにタイヤハウス２２に取り付けられた加振器６１を適応制御する。能動型消音装置の詳細構成について以下に説明する。

（能動型消音装置の詳細構成）
（車輪からフロアパネルまでの連結機構）
車輪１０からフロアパネル２１までの連結機構について図１および図２を参照して説明する。図１および図２に示すように、車輪１０とフロアパネル２１との間には、サスペンション装置８０によって連結されている。具体的には、車輪１０のタイヤ１１を保持しているホイール１２には、アクスル３０が連結されている。このアクスル３０には、図示しないディファレンシャルを介して、駆動源からの回転駆動力が伝達されることで、車輪１０を回転させる。

そして、このアクスル３０をナックル４１が回転可能に支持する。つまり、ナックル４１は、ホイール１２が回転径方向に移動した場合に、ホイール１２の径方向移動に伴って移動する。つまり、ナックル４１は、タイヤ１１を介してホイール１２に伝達された振動によって振動する。

ナックル４１には、粘弾性体からなるブッシュ４２，４３を介して、サスペンションアームとしてのロアアーム４４およびアッパーアーム４５に連結されている。ロアアーム４４およびアッパーアーム４５は、粘弾性体からなるブッシュ４６，４７を介してサスペンションメンバ４８に連結されている。サスペンションメンバ４８とフロアパネル２１の下面との間には、粘弾性体からなるメンバマウント４９が取り付けられている。

また、ロアアーム４４には、ショックアブソーバ５１の下端が固定されている。ショックアブソーバ５１の上端には、粘弾性体からなるアッパーサポート５２が取り付けられている。アッパーサポート５２は、車両ボディのタイヤハウス２２（タイヤ１１を収容する部材）に連結されている。タイヤハウス２２は、フロアパネル２１に連結されている。

上記のような構造により、車両ボディ（フロアパネル２１およびタイヤハウス２２を含む）を確実に支持しつつ、走行によって路面から入力される振動が車輪１０から車両ボディに伝達されにくくしている。ここで、サスペンション装置８０は、ナックル４１、ロアアーム４４、アッパーアーム４５、サスペンションメンバ４８、メンバマウント４９、ショックアブソーバ５１、アッパーサポート５２、各ブッシュ４２，４３，４６，４７を含む装置である。そして、フロアパネル２１は、薄板状に形成されており、サスペンション装置８０を構成する各部材は、フロアパネル２１に比べると高剛性である。

また、タイヤハウス２２のうち、特にアッパーサポート５２が取り付けられる部位の近傍は、フロアパネル２１に比べて高剛性に形成されている。つまり、サスペンション装置８０全体としての共振周波数およびサスペンション装置８０を構成する各部材の共振周波数、ならびに、タイヤハウス２２のうちアッパーサポート５２の取付部位近傍の共振周波数は、フロアパネル２１の共振周波数に比べて高い周波数である。

さらに、加振器６１が、タイヤハウス２２に設けられている。加振器６１は、タイヤハウス２２のうちフロアパネル２１よりアッパーサポート５２に近い位置、具体的にはアッパーサポート５２の取付部位の近傍（剛性の高い部位）に設けられている。加振器６１は、例えば、ソレノイドやボイルコイルなどの電磁アクチュエータを備えており、電流が供給されることで能動的に加振力を発生する。つまり、加振器６１により発生される加振力は、加振器６１が設置されているタイヤハウス２２を振動する。この加振力は、主として車両上下方向の力としている。そして、加振器６１を駆動するための制御信号は、後述するコントローラ１００によって生成される。なお、加振器６１に用いられる電磁アクチュエータの構造は公知であるため、詳細の説明は省略する。

さらに、参照信号検出器６２としての加速度センサが、ナックル４１に設けられている。この参照信号検出器６２は、ナックル４１の車両上下方向の振動を検出する。また、タイヤハウス２２には、誤差信号検出器６３としての加速度センサが設けられている。特に、誤差信号検出器６３は、タイヤハウス２２のうちサスペンション装置８０を支持する部位、具体的には、タイヤハウス２２のうち加振器６１が取り付けられている部位に設けられている。この誤差信号検出器６３は、タイヤハウス２２における加振器６１の取付部位の車両上下方向の振動を検出する。つまり、この誤差信号検出器６３は、車輪１０から伝達された振動と加振器６１によって発生された加振力とを合成した振動を検出する。

（振動伝達経路および振動抑制対象の関係）
次に、本実施形態において、路面から入力される振動が、車室内７０のロードノイズとして伝達される経路（振動伝達経路）について、図３を参照して説明する。ここで、車室内７０へのロードノイズ発生源は、フロアパネル２１（または内装板状部材２３）である。つまり、フロアパネル２１（または内装板状部材２３）が面振動することで、車室内７０にロードノイズが発生する。

そして、図３に示すように、車輪１０からフロアパネル２１までの振動伝達経路は、車輪１０→ナックル４１→ブッシュ４２→ロアアーム４４→ショックアブソーバ５１→アッパーサポート５２→タイヤハウス２２→フロアパネル２１の順となる。

そして、参照信号検出器６２は、ナックル４１に設けている。つまり、参照信号検出器６２は、車輪１０からフロアパネル２１までの振動伝達経路において、車輪１０側に設けている。従って、参照信号検出器６２は、路面から入力される振動を早期に検出できる。

また、誤差信号検出器６３は、タイヤハウス２２のうち加振器６１が取り付けられている部位に設けられている。つまり、誤差信号検出器６３は、車輪１０からフロアパネル２１までの振動伝達経路において、フロアパネル２１側に設けている。ここで、上述したように、ナックル４１とタイヤハウス２２との間には粘弾性部材を介在している。従って、誤差信号検出器６３は、ナックル４１の振動に対して時間遅れを伴って振動する部材の振動を検出する。

（制御ブロック図）
次に、加振器６１の制御ブロック図について、図４を参照して説明する。加振器６１の制御を行うコントローラ１００は、適応制御を適用し、参照信号検出器６２により検出される参照信号と誤差信号検出器６３により検出される誤差信号とを用いて、誤差信号を小さく（キャンセル）するように制御する。

本実施形態においては、適用制御アルゴリズムの例として、Filtered-X LMSアルゴリズムを適用する。ただし、この他に、LMSアルゴリズム、RLSアルゴリズム、FDAアルゴリズム、直接法LMSアルゴリズム、直接法RLSアルゴリズム、直接法FDAアルゴリズムを適用することもできる。

図４に示すように、コントローラ１００は、制御信号生成部１１０と、伝達関数推定部１２０と、フィルタ更新部１３０とを備える。制御信号生成部１１０は、参照信号検出器６２により検出された参照信号と、後述するフィルタ更新部１３０により更新される適応フィルタＣ_kを用いて、制御信号ｕ_kを生成する。この制御信号ｕ_kは、式（１）にて表される。なお、以下において、添え字ｋは、サンプリング数（時間ステップ）を表す。そして、制御信号ｕ_kは、加振器６１に出力され、加振器６１の制御信号として機能する。つまり、加振器６１は、制御信号ｕ_kに応じた加振力（以下、「制御振動」とも称する）を発生する。

加振器６１が発生した制御振動は、伝達関数Ｇ２を介して誤差信号検出器６３に伝達される。つまり、伝達関数Ｇ２は、加振器６１から誤差信号検出器６３までの伝達関数である。このときの伝達制御振動はｙ_kである。ここで、制御信号生成部１１０から誤差信号検出器６３までの伝達関数は、Ｇとする。上記の関係は、式（２）にて表される。

ここで、車輪１０に入力された振動ｘ_kは、第一経路の伝達関数Ｗを介して誤差信号検出器６３の位置に伝達される。このときの伝達振動は、ｄ_kである。第一経路の伝達関数Ｗとは、車輪１０からサスペンション装置８０を介して誤差信号検出器６３に伝達される経路の伝達関数である。この関係は、式（３）にて表される。

そして、誤差信号検出器６３により検出される誤差信号は、式（４）に示すように、ｅ_kとなる。つまり、誤差信号ｅ_kは、車輪１０に入力された振動ｘ_kが伝達関数Ｗを介して伝達された振動ｄ_kに、加振器６１により出力されて伝達された伝達制御振動ｙ_kを合成した信号となる。制御信号生成部１１０は、この誤差信号ｅ_kを小さく（キャンセル）するように制御信号生成部１１０における適応フィルタＣを更新する。

伝達関数推定部１２０は、伝達関数Ｇを予め同定しておき、同定した伝達関数推定値Ｇｈを記憶している。例えば、伝達関数推定値Ｇｈは、例えば、参照信号検出器６２により検出される参照信号ｒ_kの周波数、振幅、位相などに応じた値として記憶する。ここで、図４および以下の数式において、記号の上に付している「＾」は、ハットと称し、推定値を意味する。ただし、記載の都合上、文章中においては、「＾」を「ｈ」として記載する。

フィルタ更新部１３０は、誤差信号検出器６３により検出された誤差信号ｅ_k、および、伝達関数推定部１２０により得られた伝達関数推定値Ｇｈに基づいて、適応フィルタＣ_kを更新する。

この更新処理について詳細に説明する。まず、フィルタ更新部１３０において、評価関数Ｊ_kを式（５）のように設定する。この評価関数Ｊ_kが極小となるような適応フィルタＣ_kを求める。

そこで、勾配ベクトル▽_kを式（６）の第一行のように設定する。勾配ベクトル▽_kは、評価関数Ｊ_kを適応フィルタＣ_kで偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽_kは、式（６）の第二行の右辺に示すように表される。さらに、式（４）より、勾配ベクトル▽_kは、式（６）の第三行の右辺に示すように表される。

そして、更新後の適応フィルタＣ_k+1は、式（７）の第一行に示すように、算出した勾配ベクトル▽_kにステップサイズパラメータμを乗じた項を、前回更新された適応フィルタＣ_kから減算することにより導き出す。ただし、式（６）における伝達関数Ｇは、伝達関数推定部１２０により得られた伝達関数推定値Ｇｈに置換する。さらに、式（６）を代入すると、適応フィルタＣの更新式は、式（７）の第二行に示すように表される。

（実験）
上述した能動型消音装置について実験を行った。当該実験は、ホイール１２に車両上下方向のランダム振動を加えたときに、誤差信号検出器６３により誤差信号を検出すると共に、車室内に配置したマイクにより車室内のノイズを検出した。比較のため、コントローラ１００を制御しない場合、すなわち加振器６１を駆動しない場合についても同様の実験を行った。

（実験結果）
コントローラ１００を制御した場合の実験結果として、誤差信号検出器６３の誤差信号の振幅の時間経過挙動は、図５に示すようになった。また、車室内のマイクによる検出値の振幅の時間経過挙動は、図６に示すようになった。また、コントローラ１００を制御しない場合の実験結果として、誤差信号検出器６３の誤差信号の振幅の時間経過挙動は、図７に示すようになった。また、車室内のマイクによる検出値の振幅の時間経過挙動は、図８に示すようになった。なお、図５〜図８においては、誤差信号またはマイクの検出値のピーク値のみを連続線で示している。

図５と図７を比較すると、コントローラ１００を制御することによって、誤差信号自体の振幅が小さくなっていることが分かる。また、図６と図８を比較すると、コントローラ１００を制御することによって、車室内のマイクの検出値の振幅が小さくなっていることが分かる。

そして、図５〜図８の結果に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うことにより、周波数に対する振幅について、図９および図１０に示す。図９および図１０において、太実線はコントローラ１００を制御した場合であり、破線はコントローラ１００を制御しない場合である。

図９および図１０からも分かるように、特に、数百Ｈｚ付近のピーク値が小さくなっていることが分かる。この周波数帯は、フロアパネル２１の共振１次周波数付近であり、フロアパネル２１の共振による振動を抑制できていることが分かる。

以上説明したように、加振器６１および誤差信号検出器６３を、フロアパネル２１ではなく、振動伝達経路においてフロアパネル２１よりも車輪１０側に位置する部材、具体的にはタイヤハウス２２に設けている。つまり、タイヤハウス２２を加振することで、タイヤハウス２２の振動を低減している。そして、タイヤハウス２２の振動を低減することができれば、振動伝達経路の下流側に位置するフロアパネル２１には、伝達される振動が低減される。

ここで、フロアパネル２１と車輪１０との間には、サスペンション装置８０が含まれる。サスペンション装置８０は、フロアパネル２１に比べると非常に高剛性である。そのため、サスペンション装置８０の共振周波数は、フロアパネル２１の共振周波数に比べると、非常に高い周波数となる。さらに、サスペンション装置８０が支持されるタイヤハウス２２の部位についても、フロアパネル２１に比べると高剛性である。従って、タイヤハウス２２の当該部位の共振周波数も、フロアパネル２１の共振周波数より高い周波数となる。

そのため、サスペンション装置８０やタイヤハウス２２の当該部位において、路面入力振動に起因した振動の周波数帯は、当該サスペンション装置８０などの部材の共振周波数よりも十分に低い周波数帯となる。従って、当該サスペンション装置８０などの部材は、その共振によって路面入力振動を増幅することはない。さらに、当該サスペンション装置８０などの部材の高次周波数帯の振幅についてはほとんど影響がない。

つまり、フロアパネル２１ではなく、サスペンション装置８０またはその支持部位に加振器６１および誤差信号検出器６３を設けることで、比較的に低周波数帯を制御対象周波数としたとしても、サスペンション装置８０などの振動を十分に抑制することができる。そうすると、振動伝達経路の下流側に位置するフロアパネル２１の振動を低減することができる。その結果、フロアパネル２１の振動に起因したロードノイズを低減することができる。さらに、制御対象周波数が低周波数帯であるため、制御の演算処理および加振器６１の応答性の観点から、より高精度に振動抑制できる。このことからも、ロードノイズをより高精度に低減できる。

そして、上述したように、制御周波数帯は、比較的に低周波数帯であるため、加振器６１、参照信号検出器６２、誤差信号検出器６３およびコントローラ１００の電子回路について、それほど高性能でなくても十分に対応できる。つまり、参照信号検出器６２および誤差信号検出器６３のサンプリング時間を短時間にすることなく処理ができ、コントローラ１００の電子回路の演算処理の速度も高速でなくてもよく、加振器６１は共振しないため、低い振幅で十分に振動抑制できる。従って、低コスト化を図ることができ、かつ、加振器６１の小型化を図ることができる。

さらに、車輪１０とフロアパネル２１との間を連結するサスペンション装置８０には、粘弾性部材が含まれている。つまり、参照信号検出器６２が設けられる部材（ナックル４１）と、加振器６１および誤差信号検出器６３が設けられる部材（タイヤハウス２２）との間には、粘弾性部材が介在する。従って、参照信号が設けられる部材（ナックル４１）の振動に対して、加振器６１が設けられる部材（タイヤハウス２２）の振動は時間遅れを伴う。そのため、参照信号に基づいて加振器６１を制御することで、確実に加振器６１を設けた部材の振動を低減できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態について図１１を参照して説明する。ここで、第一実施形態と同一構成については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。第二実施形態は、第一実施形態に対して、加振器１６１および加速度センサである誤差信号検出器１６３の配置が異なる。

図１１に示すように、加振器１６１は、サスペンションメンバ４８に取り付けられている。つまり、加振器１６１は、サスペンションメンバ４８に対して加振力を付与して、サスペンションメンバ４８の振動を低減する。また、誤差信号検出器１６３としての誤差加速度センサは、加振器１６１が設けられているサスペンションメンバ４８の部位に設けられている。

この場合において、振動伝達経路と共に、参照信号検出器６２、加振器１６１および誤差信号検出器１６３の配置について、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、車輪１０からフロアパネル２１までの振動伝達経路は、車輪１０→ナックル４１→ブッシュ４２→ロアアーム４４→ブッシュ４６→サスペンションメンバ４８→メンバマウント４９→フロアパネル２１の順となる。

そして、参照信号検出器６２は、第一実施形態と同様に、ナックル４１に設けている。また、誤差信号検出器１６３は、サスペンションメンバ４８のうち加振器１６１が取り付けられている部位に設けられている。つまり、誤差信号検出器１６３は、車輪１０からフロアパネル２１までの振動伝達経路において、フロアパネル２１側に設けている。ここで、上述したように、ナックル４１とサスペンションメンバ４８との間には粘弾性部材を介在している。従って、誤差信号検出器１６３は、ナックル４１の振動に対して時間遅れを伴って振動する部材の振動を検出する。本実施形態によれば、サスペンションメンバ４８を介してフロアパネル２１に伝達される振動を低減することができる。従って、フロアパネル２１の当該振動を確実に低減できる。また、第一実施形態に記載した効果を奏することができる。

また、本実施形態において、第一実施形態にて説明した加振器６１および誤差信号検出器６３をさらに備えるようにすることで、両者の効果を併せ持つこととなる。このようにすることで、車輪１０からフロアパネル２１への２つの振動伝達経路のそれぞれにおいて、経路の途中で振動を低減することができる。従って、より確実にフロアパネル２１の振動を低減することができる。その結果、車室内のロードノイズをより低減することができる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態について、図１３〜図１５を参照して説明する。ここで、第一実施形態と同一構成については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。第三実施形態は、第一実施形態に対して、誤差信号検出器２６３が車室内７０に設置されたマイクロフォンであることが異なる。さらに、車輪１０からロードノイズの発生源であるフロアパネル２１および内装板状部材２３までの振動伝達経路が、複数存在するものとしている。以下に、詳細に説明する。

図１３に示すように、参照信号検出器６２としての加速度センサは、ナックル４１に設けられている。また、車室内７０の天井には、誤差信号検出器２６３としてのマイクロフォンが設けられている。この誤差信号検出器６３は、誤差信号としての車室内７０の音を検出する。つまり、本実施形態の能動型消音装置は、ナックル４１に取り付けられた参照信号検出器６２により参照信号としての車両上下振動を検出し、車室内７０の例えば天井に設置された誤差信号検出器２６３により誤差信号としての車室内７０の音を検出し、車室内７０の音を小さくするようにタイヤハウス２２に取り付けられた加振器６１を適応制御する。

（振動伝達経路）
ここで、本実施形態において、路面から入力される振動が、車室内７０のロードノイズとして伝達される経路について、図１４を参照して説明する。ここで、車室内７０へのロードノイズ発生源は、フロアパネル２１またはドアパネル２３などの車両構成部品のうち板状部材である。つまり、フロアパネル２１またはドアパネル２３などが面振動することで、車室内７０にロードノイズが発生する。

そして、図１４に示すように、車輪１０からロードノイズの発生源であるフロアパネル２１またはドアパネル２３までの振動伝達経路は、複数存在する。特に、ここでは、車輪１０からフロアパネル２１への振動伝達経路が複数存在し、かつ、車輪１０からドアパネル２３への振動伝達経路が複数存在する。なお、実際には、フロアパネル２１自身も、複数の振動発生箇所を備えており、フロアパネル２１内での振動伝達経路も複数存在している。以下には、多数存在する振動伝達経路のうち一部について説明する。

第一の振動伝達経路は、車輪１０→ナックル４１→ブッシュ４２→ロアアーム４４→ショックアブソーバ５１→アッパーサポート５２→タイヤハウス２２→フロアパネル２１の経路である。第二の振動伝達経路は、車輪１０→ナックル４１→ブッシュ４２，４３→ロアアーム４４，アッパーアーム４５→ブッシュ４６，４７→サスペンションメンバ４８→メンバマウント４９→フロアパネル２１の経路である。

また、第三の振動伝達経路は、車輪１０→ナックル４１→ブッシュ４２→ロアアーム４４→ショックアブソーバ５１→アッパーサポート５２→タイヤハウス２２→ドアパネル２３の経路である。第四の振動伝達経路は、車輪１０→ナックル４１→ブッシュ４２，４３→ロアアーム４４，アッパーアーム４５→ブッシュ４６，４７→サスペンションメンバ４８→メンバマウント４９→ドアパネル２３の経路である。

そして、参照信号検出器６２が設けられるナックル４１は、第一〜第四の振動伝達経路の共通部品である。従って、参照信号検出器６２により検出される振動は、第一〜第四の振動伝達経路における振動の全てに関連性を有する振動となる。さらに、参照信号検出器６２が設けられるナックル４１は、振動伝達経路のうち最上流の部材である。つまり、参照信号検出器６２により検出される振動は、車輪１０の振動に最も近い振動であり、車輪１０が振動してから参照信号検出器６２により検出されるまでの時間が非常に短くなる。従って、参照信号検出器６２は、路面から入力される振動を早期に検出できる。

また、加振器６１が設けられるタイヤハウス２２は、第一および第二の振動伝達経路を構成する部材であり、参照信号検出器６２が設けられるナックル４１より振動伝達経路の下流側に位置する。そして、誤差信号検出器２６３が設けられる車室内７０は、振動伝達経路中ではなく、振動伝達経路の終端のフロアパネル２１またはドアパネル２３の振動によって発生する領域である。

（制御ブロック図）
次に、本実施形態に於いて、加振器６１を制御する制御ブロック図について、図１５を参照して説明する。加振器６１の制御を行うコントローラ２００は、適応制御を適用し、参照信号検出器６２により検出される参照信号と誤差信号検出器２６３により検出される誤差信号とを用いて、誤差信号を小さく（キャンセル）するように制御する。そして、図１４を用いて説明した第一〜第四の振動伝達経路の伝達関数は、Ｗ１〜Ｗ４として表す。そして、これらの総和をＷとして表す。

本実施形態の制御は、第一実施形態と実質的に同様である。ただし、以下の点が相違する。伝達関数Ｇ２は、タイヤハウス２２から車室内７０の誤差信号検出器２６３までの伝達関数である。そして、ｙ_kは、誤差信号検出器２６３における伝達制御音である。つまり、Ｇは、制御信号生成部１１０から誤差信号検出器２６３までの伝達関数である。
また、上述したように、車輪１０に入力された振動ｘ_kは、第一〜第四の振動伝達経路の伝達関数Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれを介して誤差信号検出器２６３の位置に伝達される。つまり、車輪１０から誤差信号検出器２６３までの伝達関数は、Ｗ１〜Ｗ４の総和Ｗとして把握できる。従って、伝達関数の総和Ｗを介して伝達されたロードノイズ（伝達騒音）が、ｄ_kとなる。

以上説明したように、複数の振動伝達経路が存在する場合であっても、加振器６１により振動伝達経路に位置する部材を振動させることによって、車室内７０のロードノイズを低減できる。このように、スピーカによってロードノイズを低減していないため、従来のようにスピーカにより制御音（二次音）を発生させることによりロードノイズを低減させる場合の問題を有しない。

つまり、制御音（二次音）による消音ではないため、スピーカの設置位置による依存性のような問題は発生しない。本実施形態においては、タイヤハウス２２に加振器６１を設置したが、この他に、車両ボディを構成する他の部材に加振器６１を設置してもよい。例えば、サスペンションメンバ４８に加振器６１を設置してもよい。このように、タイヤハウス２２以外の場所に加振器６１を設置したとしても、同様に車室内７０のロードノイズを低減できる。

また、加振器６１により振動を発生させるため、加振器６１の制御周波数の範囲は、スピーカの制御周波数の範囲に比べて非常に狭い。従って、コントローラ２００の制御回路の演算速度を低減できるため、低コストにできる。さらに、加振器６１は、振動伝達経路の車両構成部品としてのタイヤハウス２２などに設置するため、車室内７０の設置に比べて、設置の自由度は高くなる。

また、本実施形態によれば、複数の振動伝達経路Ｗ１〜Ｗ４が存在するにも関わらず、タイヤハウス２２の一箇所に加振器６１を設置しているが、ロードノイズを低減できる。つまり、ロードノイズの発生源であるフロアパネル２１の多数の部位および内装板状部材２３の多数の部位に加振器６１を設置する必要がない。この理由は、車室内７０に設置された誤差信号検出器２６３により検出される音を誤差信号ｅ_kとし、この誤差信号ｅ_kが小さくなるように加振器６１が加振力を発生しているためである。

つまり、路面から入力される振動ｘ_kが複数の振動伝達経路Ｗ１〜Ｗ４を介してフロアパネル２１や内装板状部材２３に伝達されると共に、加振器６１によりタイヤハウス２２が加振されることによってフロアパネル２１や内装板状部材２３を振動させる。このように、フロアパネル２１および内装板状部材２３では、路面から伝達される複数種の振動と加振器６１による振動とが合成される。そして、コントローラ２００は、車室内７０の音である誤差信号ｅ_kを小さくするように加振器６１を制御している。つまり、コントローラ２００は、合成されたフロアパネル２１および内装板状部材２３の振動を低減するように、加振器６１を制御する。

つまり、加振器６１は、加振器６１が設置されているタイヤハウス２２自体の振動を小さくするのではなく、車室内７０のロードノイズが小さくなるようにタイヤハウス２２に振動を加えていることになる。加振器６１は、加振器６１が設置されているタイヤハウス２２自体の振動を小さくするとは限らず、場合によってはタイヤハウス２２自体の振動を大きくすることもある。従って、本実施形態によれば、複数の振動伝達経路Ｗ１〜Ｗ４が存在する場合であっても、車室内７０のロードノイズを確実に低減することができる。

また、参照信号検出器６２は、複数の振動伝達経路Ｗ１〜Ｗ４の共通部品であるナックル４１に設けられるようにしている。これにより、複数の振動伝達経路Ｗ１〜Ｗ４に影響を及ぼす参照信号ｒ_kを確実に検出できる。従って、参照信号ｒ_kに起因する誤差信号ｅ_kの成分を確実に低減できる。
なお、本実施形態において、加振器６１は一箇所に設置したが、複数箇所に設置することもできる。ただし、複数の加振器６１を設置する場合には、それぞれの加振器６１の影響度を考慮して、それぞれの加振器６１の制御を行うことが必要となる。

１０：車輪、 ２１：フロアパネル（板状部材）、 ２２：タイヤハウス、 ２３：内装板状部材、 ４１：ナックル、 ４４：ロアアーム（サスペンションアーム）、 ４５：アッパーアーム（サスペンションアーム）、 ４８：サスペンションメンバ、 ４９：メンバマウント、 ５１：ショックアブソーバ、 ５２：アッパーサポート、 ６１，１６１：加振器、 ６２：参照信号検出器、 ６３，１６３，２６３：誤差信号検出器、 ７０：車室内、 ８０：サスペンション装置、 １００，２００：コントローラ

Claims (7)

1. 車両の室内の騒音を能動的に低減する能動型消音装置であって、
   前記車両は、路面から車輪に入力される振動が車両構成部品のうち板状部材に伝達されて、当該板状部材が振動することによって車室内にロードノイズを発生し、
   前記能動型消音装置は、
   前記車輪から前記板状部材までの振動伝達経路において前記車輪を支持するナックルに設けられ、当該ナックルの振動を参照信号として検出する参照信号検出器と、
   前記振動伝達経路において前記板状部材に連結されてサスペンション装置を支持するタイヤハウス、または、前記板状部材に連結されて前記サスペンション装置を構成するサスペンションメンバに設けられ、前記板状部材側の部材に加振力を付与する加振器と、
   前記タイヤハウスの振動または前記サスペンションメンバの振動を誤差信号として検出する、もしくは、車室内の音を誤差信号として検出する誤差信号検出器と、
   前記参照信号および前記誤差信号に基づいて前記誤差信号が小さくなるように前記加振器を制御するコントローラと、
   を備える能動型消音装置。
2. 前記車両は、
   前記車輪を回転可能に支持する前記ナックルと、
   前記ナックルに連結されるサスペンションアームと、
   前記サスペンションアームに連結されるショックアブソーバと、
   前記ショックアブソーバに取り付けられるアッパーサポートと、
   前記アッパーサポートに取り付けられ、前記板状部材に連結される前記タイヤハウスと、
   を含み、
   前記参照信号検出器は、前記ナックルに設けられ、
   前記加振器および前記誤差信号検出器は、前記タイヤハウスに設けられる、請求項１の能動型消音装置。
3. 前記加振器および前記誤差信号検出器は、前記タイヤハウスのうち前記板状部材より前記アッパーサポートに近い位置に設けられる、請求項２の能動型消音装置。
4. 前記車両は、
   前記車輪を回転可能に支持する前記ナックルと、
   前記ナックルに連結されるサスペンションアームと、
   前記サスペンションアームに連結されて、メンバマウントを介して前記板状部材としてのフロアパネルに連結される前記サスペンションメンバと、
   を含み、
   前記参照信号検出器は、前記ナックルに設けられ、
   前記加振器および前記誤差信号検出器は、前記サスペンションメンバに設けられる、請求項１の能動型消音装置。
5. 前記車輪から前記板状部材までの前記振動伝達経路は、複数であり、
   前記加振器は、前記複数の振動伝達経路のうち少なくとも一つの前記振動伝達経路に設けられ、
   前記誤差信号検出器は、車室内の音を前記誤差信号として検出するマイクロフォンである、請求項１の能動型消音装置。
6. 前記複数の振動伝達経路は、少なくとも、前記車輪から前記タイヤハウスまでの経路、および、前記車輪から前記サスペンションメンバまでの経路を含み、
   前記加振器は、一つの前記振動伝達経路を構成する前記タイヤハウス、または、他の一つの前記振動伝達経路を構成する前記サスペンションメンバに設けられる、請求項５の能動型消音装置。
7. 前記参照信号検出器は、複数の前記振動伝達経路の共通部品に設けられる、請求項６の能動型消音装置。

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