JP5752928B2 - 能動型振動騒音抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、適応制御を用いて、能動的に振動や騒音を抑制することができる能動型振動騒音抑制装置に関するものである。

従来、適応制御を用いて能動的に振動や騒音を抑制する装置として、特許文献１〜４に記載されたものがある。

特開２００１−０５１７０３号公報 特開平５−６１４８３号公報 特開２００４−３５４６５７号公報 特開２０００−９９０３７号公報

例えば、特許文献１においては、適応フィルタの更新に際して、適応信号出力から観測点までの伝達関数の推定値を用いている。この伝達関数は、振幅と位相により表している。ここで、推定伝達関数の位相と実際の伝達関数の位相とにずれが生じた場合には、振動や騒音が収束せずに発散するおそれがある。そのため、振動や騒音が発散しないようにするためには、実際の伝達関数の位相と推定伝達関数の位相とのずれが許容範囲内にある場合に、適応制御を実行することにせざるを得ない。そこで、ずれの許容範囲を拡大することにより、適応制御をより実行できるようにすることが望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、実際の伝達関数の位相と推定伝達関数の位相とのずれの許容範囲を拡大することができる能動型振動騒音抑制装置を提供することを目的とする。

本発明の能動型振動騒音抑制装置は、正弦波制御信号に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点における振動または騒音を能動的に抑制する能動型振動騒音抑制装置であって、振動または騒音の発生源の周波数、適応フィルタとしての振幅フィルタ係数および位相フィルタ係数により構成される前記正弦波制御信号を生成する正弦波制御信号生成部と、前記正弦波制御信号に応じた制御振動または制御音を出力する制御振動制御音発生装置と、前記評価点において前記発生源による振動または騒音と前記制御振動または制御音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、前記制御振動制御音発生装置から前記評価点までの伝達関数の推定値を予め記憶する推定伝達関数記憶部と、前回更新された前記振幅フィルタ係数に対して、前記伝達関数の推定値および前記残留信号に基づき算出される振幅更新式の第一加減算項を加減算すると共に、前記正弦波制御信号に基づき算出される振幅更新式の第二加減算項を加減算することにより、前記正弦波制御信号の前記振幅フィルタ係数を更新する振幅フィルタ係数更新部と、前回更新された前記位相フィルタ係数に対して、前記伝達関数の推定値および前記残留信号に基づき算出される位相更新式の加減算項を加減算することにより、前記正弦波制御信号の前記位相フィルタ係数を更新する位相フィルタ係数更新部とを備える。前記位相更新式の加減算項には、前記正弦波制御信号に基づき算出される項は含まれない。

本発明により、制御が発散せずに収束することが可能な、実際の伝達関数の位相と推定伝達関数の位相とのずれの許容範囲を拡大することができる。具体的には、従来においては、実際の伝達関数の位相と推定伝達関数の位相とのずれが９０°程度を超えた場合に、制御が発散してしまい、却って振動または騒音を大きくしてしまう状況になっていた。これに対して、本発明によれば、ずれが９０°を超えたとしても、制御を収束させることができるようになる。

そして、位相更新式に、正弦波制御信号に基づき算出される項を含まないとしても、実際の伝達関数の位相と推定伝達関数の位相とが９０°以上ずれた場合にも、発散を十分に抑制することができる。そして、位相更新式に、正弦波制御信号に基づき算出される項を含まないことにより、演算時間を短縮することができる。従って、より高速処理ができるとともに、位相のずれが大きいとしても振動または騒音を確実に抑制することができる。

また、本発明において、前記振幅更新式の第二加減算項は、前記正弦波制御信号にステップサイズパラメータを乗じた項であり、前記ステップサイズパラメータは、予め設定した一定値としてもよい。

このように、ステップサイズパラメータを一定値としたときにでも、振動または騒音の抑制効果を発揮できる。さらに、ステップサイズパラメータを一定値とすることで、ステップサイズパラメータの演算が不要となり、演算負荷を低減できる。

また、本発明において、前記振幅更新式の第二加減算項は、前記正弦波制御信号にステップサイズパラメータを乗じた項であり、且つ、前回更新された前記振幅フィルタ係数に対して減算し、前記能動型振動騒音抑制装置は、前記振幅フィルタ係数の更新値に基づいて算出される発散判定値が所定閾値を超えた場合に制御が発散状態であると判定し、制御が発散状態であると判定された場合に、前記ステップサイズパラメータを大きくなるように可変に設定する発散処理部を備えるようにしてもよい。
また、本発明において、前記振幅更新式の第二加減算項は、前記正弦波制御信号にステップサイズパラメータを乗じた項であり、且つ、前回更新された前記振幅フィルタ係数に対して減算し、前記能動型振動騒音抑制装置は、前記位相フィルタ係数の更新値に基づいて算出される発散判定値が所定閾値を超えた場合に制御が発散状態であると判定し、制御が発散状態であると判定された場合に、前記ステップサイズパラメータを大きくなるように可変に設定する発散処理部を備えるようにしてもよい。

ここで、振幅フィルタ係数の更新値または位相フィルタ係数の更新値に基づいて算出される発散判定値は、制御が発散している状態や制御が収束している状態などに応じたものとなる。従って、発散判定値に基づいてステップサイズパラメータを可変にすることで、制御が発散することを抑制することができる。ここで、発散判定値として、（１）振幅フィルタ係数の更新値の絶対値のみ、（２）位相フィルタ係数の更新値の絶対値のみ、（３）振幅フィルタ係数の更新値の絶対値と正弦波制御信号の積、（４）位相フィルタ係数の更新値の絶対値と正弦波制御信号の積、（５）（６）振幅フィルタ係数の更新値の絶対値と位相フィルタ係数の更新値の絶対値との和または積、（７）（８）振幅フィルタ係数の更新値の絶対値と残留信号の絶対値の和または積、（９）（１０）位相フィルタ係数の更新値の絶対値と残留信号の絶対値の和または積などを用いることができる。

そして、発散判定値が所定閾値より大きくなるということは、振動または騒音が収束しておらず、発散していると判断できる。そこで、発散処理部は、発散判定値が所定閾値を超えた場合に制御が発散状態であると判定して、発散状態である場合には、ステップサイズパラメータを大きな値に変更している。ここで、ステップサイズパラメータを大きくすることにより、制御振動制御音発生装置により出力される制御振動または制御音の大きさを抑制することができる。つまり、発散状態となった場合には、制御振動または制御音を抑制して、発散状態の悪化を抑制することができる。

また、本発明において、前記発散判定値は、今回の前記振幅フィルタ係数の更新値の絶対値、前記位相フィルタ係数の更新値の絶対値および前記残留信号の絶対値の少なくとも何れかと、過去の前記振幅フィルタ係数の更新値の絶対値、前記位相フィルタ係数の更新値の絶対値および前記残留信号の絶対値の少なくとも何れかとに基づいて算出された調整発散判定値を適用するようにしてもよい。

今回値（最新の振幅フィルタ係数の更新値の絶対値、最新の位相フィルタ係数の更新値の絶対値および最新の残留信号の絶対値）のみであれば、意図しない外乱などにより変動量が急激に大きくなることがある。そのため、発散状態を適切にかつ安定して判断できないおそれがある。そこで、今回値のみならず過去値（過去の振幅フィルタ係数の更新値の絶対値、過去の位相フィルタ係数の更新値の絶対値および過去の残留信号の絶対値）を考慮した調整発散判定値を適用することで、調整発散判定値の急激な変動を抑制することができるため、安定してかつ適切に発散状態を判断できる。調整発散判定値は、例えば、今回値および過去値を移動平均や、過去の所定期間の積分値などによって算出される値である。

第一実施形態：能動型振動騒音抑制装置の機能ブロック図である。 位相ずれに対する収束、発散の可否を示す図である。 第二実施形態：能動型振動騒音抑制装置の機能ブロック図である。 経過時間に対する瞬間的な振幅フィルタ係数の更新値の絶対値の挙動を示す図である。 経過時間に対する調整発散判定値の挙動を示す図である。 位相ずれ９０°の場合における経過時間に対する残留信号の挙動を示す図である。 位相ずれ９０°の場合における経過時間に対する正弦波制御信号の挙動を示す図である。 位相ずれ９０°の場合における経過時間に対する調整発散判定値と振幅第二加減算項ステップサイズパラメータの挙動を示す図である。 位相ずれ１２０°の場合における経過時間に対する残留信号の挙動を示す図である。 位相ずれ１２０°の場合における経過時間に対する正弦波制御信号の挙動を示す図である。 位相ずれ１２０°の場合における経過時間に対する調整発散判定値と振幅第二加減算項ステップサイズパラメータの挙動を示す図である。

＜第一実施形態＞
（能動型振動騒音抑制装置の概要）
能動型振動騒音抑制装置の概要について説明する。能動型振動騒音抑制装置は、種々の発生源が振動または騒音（以下、「抑制対象振動等」と称する）を発生する場合に、所望の位置において当該振動または騒音を能動的に抑制するために、制御振動または制御音（以下、「制御振動等」と称する）を発生させる装置である。つまり、抑制対象振動等に対して制御振動等を合成させることで、所定位置（評価点）において、制御振動等が抑制対象振動等を打ち消すように作用する。その結果、評価点において、抑制対象振動等が抑制されることになる。

ここで、自動車を例にあげて説明する。自動車において、エンジン（内燃機関）が振動騒音発生源となり、エンジンによって発生した振動や騒音が車室内に伝達されないようにすることが望まれる。そこで、エンジンによって発生した振動や騒音（抑制対象振動等）を能動的に抑制するために、制御振動制御音発生装置によって制御振動等を発生させることとしている。なお、以下において、能動型振動騒音抑制装置は、自動車に適用し、エンジンによって発生される振動または騒音を抑制する装置を例に挙げて説明するが、これに限られるものではない。抑制すべき振動や騒音を発生するものであれば、全てに適用できる。

（能動型振動騒音抑制装置の詳細説明）
次に、第一実施形態の能動型振動騒音抑制装置１００の詳細について、図１を参照して説明する。図１に示すように、能動型振動騒音抑制装置１００は、エンジン１０によって発生される抑制対象振動等が伝達系Ｃを介して評価点２０に伝達する場合に、評価点２０における振動または騒音を低減するための装置である。

能動型振動騒音抑制装置１００は、角周波数算出部１１０と、正弦波制御信号生成部１２０と、発生装置１３０と、残留信号検出部１４０と、推定伝達関数記憶部１５０と、フィルタ係数更新部１６０とを備えている。

角周波数算出部１１０は、エンジン１０の回転数を検出する回転検出器（図示せず）から周期性のパルス信号を入力する。そして、角周波数算出部１１０は、入力されたパルス信号に基づき、該パルス信号の角周波数ωを算出する。このパルス信号の角周波数ωは、エンジン１０によって発生される抑制対象振動等の主成分の角周波数ωに相当する。

正弦波制御信号生成部１２０は、角周波数算出部１１０にて算出された角周波数ωに基づいて、式（１）に従って得られる正弦波制御信号ｙ_ｎを適応制御によって生成する。ここで、添字のｎは、サンプリング数（時間ステップ）を表す添字である。つまり、式（１）より明らかなように、正弦波制御信号ｙ_ｎは、角周波数ωと、適応フィルタＷ_ｎとしての振幅フィルタ係数ａ_ｎおよび位相フィルタ係数φ_ｎとを構成成分に含む、時刻ｔ_ｎにおける信号である。そして、振幅フィルタ係数ａ_ｎおよび位相フィルタ係数φ_ｎは、後述するフィルタ係数更新部１６０により適応的に更新される。

発生装置１３０は、実際に振動や音を発生する装置である。この発生装置１３０は、正弦波制御信号生成部１２０によって生成された正弦波制御信号ｙ_ｎに基づいて駆動する。例えば、制御振動を発生させる発生装置１３０としては、例えば、駆動系につながるフレームやサブフレーム（図示せず）などに配置される振動発生装置である。また、制御音を発生させる発生装置１３０としては、例えば、スピーカー等である。発生装置１３０が例えば磁力を用いて制御振動や制御音を発生させる装置の場合には、コイル（図示せず）に供給する電流、電圧または電力を、各時刻ｔ_ｎにおける正弦波制御信号ｙ_ｎに応じるように制御することで、発生装置１３０が正弦波制御信号ｙ_ｎに応じた制御振動または制御音を発生する。

そうすると、評価点２０においては、発生装置１３０によって発生された制御振動等が伝達系Ｂを介して伝達された振動騒音Ｚ_ｎと、エンジン１０によって発生された抑制対象振動等が伝達系Ｃを介して伝達された振動騒音ｆ_ｎとが合成される。そこで、残留信号検出部１４０は、評価点２０に配置されており、評価点２０における残留振動または残留騒音（本発明における「残留信号」に相当する）ｅ_ｎを検出する。この残留振動ｅ_ｎは、式（２）で表される。例えば、残留振動ｅ_ｎを検出する残留信号検出部１４０としては、加速度センサなどを適用できる。また、残留音ｅ_ｎを検出する残留信号検出部１４０としては、吸音マイクなどを適用できる。残留信号検出部１４０によって検出される残留信号ｅ_ｎがゼロになることが理想状態である。なお、伝達関数Ｇは、発生装置１３０から評価点２０までの伝達系の伝達関数である。つまり、伝達関数Ｇは、発生装置１３０そのものの伝達関数と、発生装置１３０と評価点２０との間の伝達系Ｂの伝達関数とを含む。

推定伝達関数記憶部１５０は、伝達関数を取得する際にはエンジン１０の信号を使用せずに角周波数算出部１１０にて算出された角周波数ωに基づいて、伝達関数Ｇの推定値「Ｇハット」を予め記憶している。ここで、図１および数式において、Ｇの上部に「＾（ハット）」を付した記号は、推定値を意味する。ただし、記載の都合上、以下の説明において、伝達関数Ｇの推定値「Ｇハット」は、推定伝達関数「Ｇｈ」と記載する。ここで、上述したように、伝達関数Ｇは、発生装置１３０から評価点２０までの伝達系の伝達関数である。そして、伝達関数Ｇは、角周波数ωに応じた振幅成分Ａと位相成分Φとにより表される。

そこで、式（３）に示すように、推定伝達関数Ｇｈとしては、角周波数ωに応じた推定振幅Ａハット（以下、「Ａｈ」と記載する）と推定位相Φハット（以下、「Φｈ」と記載する）とにより表される。なお、式（３）においては、推定伝達関数Ｇｈ、推定振幅Ａｈおよび推定位相Φｈは、角周波数ωに応じたものとなるため、ωの関数であることを明記するために、それぞれＧｈ（ω）、Ａｈ（ω）およびΦｈ（ω）と記載している。

例えば、推定伝達関数記憶部１５０には、角周波数ωに応じた推定振幅Ａｈおよび推定位相Φｈのマップが記憶されている。この推定振幅Ａｈおよび推定位相Φｈは、例えば、自動車の製造初期段階、車検時、その他任意の時に、伝達関数の同定処理を行うことで算出される。ここで、推定振幅Ａｈおよび推定位相Φｈは、実際の伝達関数Ｇの振幅Ａおよび位相Φと一致することが理想ではあるが、外乱や経年変化などの種々の要因によって、両者にずれが生じることがある。

ところで、ある瞬間において、評価点２０における抑制対象振動等を抑制するためには、評価点２０において抑制対象振動等ｆ_ｎと制御振動等Ｚ_ｎとが逆位相であって同振幅である必要がある。しかし、例えば、実際の伝達関数Ｇの位相成分Φと推定位相Φｈとが、１８０°ずれているとすると、評価点２０において、抑制対象振動等ｆ_ｎと制御振動等Ｚ_ｎとが同位相になるため、抑制対象振動等ｆ_ｎが抑制されることなく増大することになる。そのため、推定位相Φｈは、非常に重要である。しかし、外乱や経年変化によって実際の伝達関数Ｇの位相成分Φが変化することがある。そのため、抑制対象振動等ｆ_ｎを抑制するためには、位相のずれの許容範囲を拡大することは有効である。これを実現するために、後述するようにフィルタ係数を設定している。

フィルタ係数更新部１６０は、上述した正弦波制御信号ｙ_ｎを構成するための適応フィルタＷ_ｎを適応的に更新する。適応フィルタＷ_ｎは、式（４）に示すように、振幅フィルタ係数ａ_ｎと位相フィルタ係数φ_ｎとにより構成される。

このフィルタ係数更新部１６０は、推定伝達関数記憶部１５０に記憶されている推定伝達関数Ｇｈと、残留信号検出部１４０により検出される残留信号ｅ_ｎと、正弦波制御信号生成部１２０により前回生成された正弦波制御信号ｙ_ｎとに基づいて適応フィルタＷ_ｎを更新する。

適応フィルタＷ_ｎのうち振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新は、式（５）に従って行う（振幅フィルタ係数更新部）。つまり、式（５）に示すように、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式は、前回更新された振幅フィルタ係数ａ_ｎに対して、推定伝達関数Ａｈ，Φｈおよび残留信号ｅ_ｎに基づき算出される振幅更新式の第一加減算項［｛μ_ａｅ_ｎｓｉｎ（ωｔ_ｎ＋φ_ｎ＋Φｈ）｝／Ａｈ］を加減算すると共に、正弦波制御信号ｙ_ｎに基づき算出される振幅更新式の第二加減算項［｛μ_ｙｙ_ｎｓｉｎ（ωｔ_ｎ＋φ_ｎ）｝］を加減算することにより、正弦波制御信号ｙ_ｎの振幅フィルタ係数の更新値ａ_ｎ＋１を算出する。ここで、加減算項とは、振幅フィルタ係数ａ_ｎに対する加減算項を意味しており、振幅フィルタ係数ａ_ｎより後の加減算項を順に第一加減算項、第二加減算項と定義している。つまり、振幅フィルタ係数ａ_ｎは、本明細書における加減算項の中から除外している。

ここで、式（５）において、振幅更新式の第一加減算項および第二加減算項は、前回更新された振幅フィルタ係数ａ_ｎから減算した式として表している。また、振幅更新式の第一加減算項は、振幅第一加減算項ステップサイズパラメータμ_ａを乗算した項としている。この振幅第一加減算項ステップサイズパラメータμ_ａは、予め決定された固定値としている。また、振幅更新式の第二加減算項は、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを乗算した項としている。この振幅更新式の第二加減算項は、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙも、本実施形態においては予め決定された固定値としている。

また、適応フィルタＷ_ｎのうち位相フィルタ係数φ_ｎの更新は、式（６）に従って行う（位相フィルタ係数更新部）。つまり、式（６）に示すように、位相フィルタ係数φ_ｎの更新式は、前回更新された位相フィルタ係数φ_ｎに対して、推定伝達関数Ａｈ，Φｈおよび残留信号ｅ_ｎに基づき算出される位相更新式の加減算項［μ_φｅ_ｎｃｏｓ（ωｔ_ｎ＋φ_ｎ＋Φｈ）］を加減算することにより、正弦波制御信号ｙ_ｎの位相フィルタ係数の更新値φ_ｎ＋１を算出する。この位相フィルタ係数φ_ｎの更新式には、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式とは異なり、正弦波制御信号ｙ_ｎに関する加減算項を含まない。

ここで、式（６）において、位相更新式の加減算項は、前回更新された位相フィルタ係数φ_ｎから減算した式として表している。また、位相更新式の加減算項は、位相ステップサイズパラメータμ_φを乗算した項としている。この位相ステップサイズパラメータμ_φは、予め決定された固定値としている。

（解析結果）
ここで、上述したように、外乱や経年変化などによって、実際の伝達関数Ｇの位相Φと推定伝達関数Ｇｈの推定位相Φｈとにずれ（以下、単に「位相ずれ」と称する）が生じている場合には、評価点２０において抑制対象振動等ｆ_ｎを抑制せずに、発散することがある。そこで、実際の伝達関数Ｇの位相Φと推定伝達関数Ｇｈの推定位相Φｈとのずれを変化させた場合に、抑制対象振動等ｆ_ｎを収束させることができるか、それとも発散するかについて解析を行った。

このとき、振幅更新式の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを適宜変化させた。振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを大、小の二種類について解析を行った。また、比較のため、式（５）の振幅第二加減算項を含まない振幅更新式の場合についても解析を行った。解析結果を示す図２において、縦軸は、制御効果比率（％）を示しており、式（５）の振幅第二加減算項を含まない振幅更新式で位相ずれ０°の時の制御効果を１００％とし、制御効果が無い場合を０％として図示する。

まず、比較例としての振幅第二加減算項を含まない振幅更新式の場合を（ａ）にて示す。この場合、位相ずれが０°以上９０°未満の範囲であれば、抑制対象振動等を収束させることができるが、位相ずれが９０°を超えると、抑制対象振動等が発散している。次に、式（５）に示す振幅第二加減算項を含む振幅更新式を適用し、かつ、小さな振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを適用した場合には、図２の（ｂ１）に示す。この場合、位相ずれが０°以上９５°付近までの範囲において、抑制対象振動等を収束させることができるが、位相ずれが９５°を超えると発散している。さらに、振幅第二加減算項を含まない場合と比較すると、位相ずれが大きくなるにつれて制御効果比率が小さくなっていることが分かる。

次に、式（５）に示す振幅第二加減算項を含む振幅更新式を適用し、かつ、大きな振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを適用した場合には、図２の（ｃ１）に示す。この場合、位相ずれが０°以上１１５°付近までの範囲において、抑制対象振動等を収束させることができるが、位相ずれが１１５°を超えると発散している。さらに、（ｂ１）と比較すると、位相ずれが大きくなるにつれて制御効果比率が小さくなっていることが分かる。

このように、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式に振幅第二加減算項を含ませることにより、位相ずれが９０°を超えたとしても、制御を収束させることができるようになる。特に、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを大きくするほど、位相ずれの許容範囲（制御が収束する範囲）を拡大することができる。ただし、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを大きくするほど、制御効果比率が小さくなる。すなわち、発生装置１３０によって出力される制御振動または制御音が小さくなってしまう。そこで、位相ずれの許容範囲と出力される制御振動または制御音の低減との関係を考慮して、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを適宜設定すればよい。

また、位相フィルタ係数φ_ｎの更新式には、正弦波制御信号ｙ_ｎに関する加減算項を含まないため、正弦波制御信号ｙ_ｎを含む場合と比較すると、演算時間を短縮できる。これにより、より高速処理ができるようになる。

（適応フィルタの更新式の導き方）
上述した式（５）（６）に、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式および位相フィルタ係数φ_ｎの更新式を示した。これらの更新式の導き方について、以下に説明する。

まず、評価関数Ｊを式（７）のように定義する。つまり、評価関数Ｊは、残留信号検出部１４０により検出される残留信号ｅの二乗と、正弦波制御信号生成部１２０により生成される正弦波制御信号ｙの二乗との和とする。この評価関数Ｊが最小となるような正弦波制御信号ｙを求める。

勾配ベクトル▽_ｎを式（８）に従って算出する。勾配ベクトル▽_ｎは、評価関数Ｊ_ｎを適応フィルタＷ_ｎで偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽_ｎは、右辺のように表される。

このようにして算出した勾配ベクトル▽ｎ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Ｗ_ｎから減算することにより、適応フィルタＷ_ｎ＋１を導き出す。このようにして、式を展開すると、式（９）のように表される。

ここで、適応フィルタＷｎは、式（４）にて示したように、振幅フィルタ係数ａ_ｎと位相フィルタ係数φ_ｎとにより構成される。つまり、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式は式（１０）のように表され、位相フィルタ係数φ_ｎの更新式は式（１１）のように表される。ここで、式（１０）のＡｈ^−１は、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新に対して正規化処理を加えたものである。

そして、式（１０）（１１）を考慮して、最終的に、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式は式（１２）に示すものとし、位相フィルタ係数φ_ｎの更新式は式（１３）に示すものとした。ここで、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式である式（１２）は、上述した式（１０）と同一である。しかし、位相フィルタ係数φ_ｎの更新式である式（１３）は、式（１１）と異なる。式（１３）は、式（１１）における正弦波制御信号ｙ_ｎに関する項を削除した式としている。

ところで、式（１０）（１１）にて表される更新式を用いて適応制御を行った場合に、図２に示した結果とほぼ同様の効果を得ることができた。つまり、式（１２）（１３）にて表される更新式を用いて適応制御を行う場合には、式（１０）（１１）にて表される更新式を用いて適応制御を行う場合に比べて、正弦波制御信号ｙ_ｎに関する減算項が存在しない分、演算負荷が少なくなる。従って、演算処理の高速化を図ることができる。つまり、式（１２）（１３）にて表される更新式を用いて適応制御を行うことで、位相ずれの許容範囲を拡大しつつ、演算処理の高速化を図ることができる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の能動型振動騒音抑制装置２００について、図３〜図１１を参照して説明する。ここで、本実施形態の能動型振動騒音抑制装置２００において、第一実施形態の能動型振動騒音抑制装置１００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。本実施形態の能動型振動騒音抑制装置２００は、図３に示すように、角周波数算出部１１０と、正弦波制御信号生成部１２０と、発生装置１３０と、残留信号検出部１４０と、推定伝達関数記憶部１５０と、フィルタ係数更新部２６０と、発散処理部２７０とを備えている。

フィルタ係数更新部２６０は、式（５）に従って振幅フィルタ係数ａ_ｎを更新し、式（６）に従って位相フィルタ係数φ_ｎを更新する。ただし、第一実施形態においては、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを固定値としたが、本実施形態においては、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙを可変させる。

この振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙは、発散処理部２７０により設定される。発散処理部２７０は、今回更新しようとする振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１を算出する。振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１は、式（１４）に示すように、振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１の更新式における振幅第一加減算項［｛μ_ａｅ_ｎｓｉｎ（ωｔ_ｎ＋φ_ｎ＋Φｈ）｝／Ａｈ］および振幅第二加減算項［｛μ_ｙｙ_ｎｓｉｎ（ωｔ_ｎ＋φ_ｎ）｝］の和の絶対値である。

そして、発散処理部２７０は、振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１を用いて、制御が発散状態であるか否かを判定する。振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１が大きな値の状態を継続する場合には、制御が発散状態であると判定する。反対に、振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１が小さな値の状態を継続する場合には、制御が収束した状態またはほぼ収束した状態であると判定する。また、振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１が、中間値の場合には、制御が収束に向かっている状態であると判定する。

ただし、図４に示すように、瞬間的な振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１は、非常にばらつきが大きい。そのため、発散状態か否かの判定が容易ではない。そこで、振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１の移動平均値を用いる。具体的には、今回更新される振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１と、過去に更新された振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ等を用いて、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１を算出する。調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１は、式（１５）により算出される。そして、今回更新値に対する重み係数を過去更新値に対する重み係数より小さく設定することで、図５に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１を今回更新値の影響を受けつつ滑らかに変化させることができる。

そして、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が大きな値になると、制御が発散状態であると判定する。このとき、式（１６）に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が発散判定用閾値Ｔｈ１より大きい場合には、式（１７）に示すように、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１を前回のμ_ｙに対して調整量αの分だけ大きくする。つまり、振幅第二加減算項を大きくする。そうすると、振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１は、小さくなるように変化していく。ただし、式（１８）に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が上限値μ_{ｙ−ｍａｘ}を超えた場合には、当該上限値μ_{ｙ−ｍａｘ}となる。つまり、発散状態が継続されると、振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１は、最小値を継続する。つまり、この場合、正弦波制御信号ｙ_ｎは最小値となり、振動または騒音の抑制効果を発揮しない。

一方、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が小さな値になると、制御が収束状態またはほぼ収束状態であると判定する。このとき、式（１９）に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が収束判定用閾値Ｔｈ２以下の場合には、式（２０）に示すように、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１を前回のμ_ｙに対して調整量αの分だけ小さくする。つまり、振幅第二加減算項を小さくする。そうすると、振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１は、大きくなるように変化していく。ただし、式（２１）に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が下限値μ_{ｙ−ｍｉｎ}を超えた場合には、当該下限値μ_{ｙ−ｍｉｎ}となる。つまり、収束状態が継続されると、振幅フィルタ係数ａ_ｎ＋１は、最大値を継続する。つまり、この場合、正弦波制御信号ｙ_ｎは最大値となり、振動または騒音の抑制効果を最大限発揮する。

また、式（２２）に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が発散判定用閾値Ｔｈ１以下で収束判定用閾値Ｔｈ２より大きい場合には、式（２３）に示すように、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１を前回のμ_ｙと同値とする。つまり、制御が収束に向かうようになり、振動または騒音の抑制効果を発揮する。

（解析結果）
次に、位相ずれを９０°とした場合と、位相ずれを１２０°とした場合について、解析を行った。位相ずれが９０°の場合について、図６〜図８を参照して説明する。図６に示すように、初期において、残留信号検出部１４０により検出される残留信号ｅ_ｎが大きくなっている。このとき、図７に示すように、正弦波制御信号ｙｎが大きくなる。その結果、図６に示すように、残留信号ｅ_ｎが低減されていく。ここで、図８に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１は０からスタートし、収束判定用閾値Ｔｈ２以下の場合には、式（２０）に従って、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１を前回のμ_ｙに対して調整量αの分だけ小さくする。

そして、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が収束判定用閾値Ｔｈ２を超えると、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１は前回のμ_ｙと同値とする。ただし、この瞬間において、図８に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１は、徐々に大きくなっている。しかし、図６に示すように、残留信号ｅ_ｎは徐々に低減しているため、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１は、発散判定用閾値Ｔｈ１以上になることなく、徐々に低減していく。このようにして、最終的には、残留信号ｅ_ｎは収束する。

一方、位相ずれが１２０°の場合について、図９〜図１１を参照して説明する。図９に示すように、初期において、残留信号検出部１４０により検出される残留信号ｅ_ｎが大きくなっている。このとき、図１０に示すように、正弦波制御信号ｙｎが大きくなる。その結果、図９に示すように、残留信号ｅ_ｎが低減されていく。ここで、図１１に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１は０からスタートし、収束判定用閾値Ｔｈ２以下の場合には、式（２０）に従って、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１を前回のμ_ｙに対して調整量αの分だけ小さくする。そうすると、ここでは、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１が下限値μ_{ｙ−ｍｉｎ}に到達するため、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１は下限値μ_{ｙ−ｍｉｎ}となる。

このように振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１が下限値μ_{ｙ−ｍｉｎ}の間も、図９に示すように、残留信号ｅ_ｎは収束に向かっていない。そのため、図１１に示すように、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が発散判定用閾値Ｔｈ１以上となる。そうすると、式（１７）に従って、今回の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙ＋１を前回のμ_ｙに対して調整量αの分だけ大きくする。図１１に示すように、徐々に、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙは大きくなっていく。

この間も、調整発散判定値Δａｗｍ_ｎ＋１が発散判定用閾値Ｔｈ１以上の状態を継続する。そのため、図１１に示すように、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙは上限値μ_{ｙ−ｍａｘ}に到達し、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙは上限値μ_{ｙ−ｍａｘ}となる。つまり、位相ずれが１２０°の場合には、制御が発散状態となり、正弦波制御信号ｙ_ｎを最小値とし、実質的に振動騒音抑制制御を行わない状態となる。このようにすることで、制御が発散状態になった場合に、残留信号ｅ_ｎは振動発生源による抑制対象振動よりも大きな振動等になることを防止できる。

なお、本解析において、位相ずれが１２０°の場合に制御が発散したが、これは、発散判定用閾値Ｔｈ１および収束判定用閾値Ｔｈ２の設定に応じて、適宜異なる状態となる。第一実施形態にて図２を参照して説明したように、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新式の振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙの大きさによって、位相ずれの許容範囲が異なる。つまり、第二実施形態においても、振幅第二加減算項ステップサイズパラメータμ_ｙの範囲を変更することで、位相ずれの許容範囲が変化する。

＜その他＞
第二実施形態の発散処理部２７０において、振幅フィルタ係数の更新値の絶対値Δａｗ１_ｎ＋１により発散判定を行ったが、この他に、位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値により発散判定を行うこともでき、さらには、残留信号ｅ_ｎの絶対値により発散判定を行うこともできる。

特に、［振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値×位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値］、［振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値×残留信号ｅ_ｎの絶対値］、［位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値×残留信号ｅ_ｎの絶対値］、［振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値＋位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値］、［振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値＋残留信号ｅ_ｎの絶対値］、［位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値＋残留信号ｅ_ｎの絶対値］の何れかを適用できる。

振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値としては、上述したように移動平均値を適用するとよい。また、位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値としては、上述した振幅フィルタ係数ａ_ｎを用いて説明した方法と同様の方法により算出した移動平均値を適用するとよい。また、残留信号ｅ_ｎについても、同様に移動平均値を適用するとよい。

また、振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値、位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値、残留信号ｅ_ｎの絶対値について、移動平均値の他に、横軸を更新回数とし、縦軸を各１回値として、現在から過去に遡った所定期間における積分値を用いることもできる。例えば、発散判定用の振幅フィルタ係数ａ_ｎの更新値の絶対値として、横軸を更新回数とし、縦軸を振幅フィルタ係数ａ_ｎの１回更新値の絶対値として、所定期間の積分値を算出し、算出された値を適用する。また、発散判定用の位相フィルタ係数φ_ｎの更新値の絶対値として、横軸を更新回数とし、縦軸を位相フィルタ係数φ_ｎの１回更新値の絶対値として、所定期間の積分値を算出し、算出された値を適用する。また、発散判定用の残留信号ｅ_ｎの絶対値として、横軸を検出回数（更新回数に相当）とし、縦軸を残留信号ｅ_ｎの１回検出値の絶対値として、所定期間の積分値を算出し、算出された値を適用する。

１０：エンジン、 ２０：評価点
１００，２００：能動型振動騒音抑制装置、 １１０：角周波数算出部
１２０：正弦波制御信号生成部、 １３０：発生装置、 １４０：残留信号検出部
１５０：推定伝達関数記憶部、 １６０，２６０：フィルタ係数更新部
２７０：発散処理部

Claims (5)

1. 正弦波制御信号に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点における振動または騒音を能動的に抑制する能動型振動騒音抑制装置であって、
   振動または騒音の発生源の周波数、適応フィルタとしての振幅フィルタ係数および位相フィルタ係数により構成される前記正弦波制御信号を生成する正弦波制御信号生成部と、
   前記正弦波制御信号に応じた制御振動または制御音を出力する制御振動制御音発生装置と、
   前記評価点において前記発生源による振動または騒音と前記制御振動または制御音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、
   前記制御振動制御音発生装置から前記評価点までの伝達関数の推定値を予め記憶する推定伝達関数記憶部と、
   前回更新された前記振幅フィルタ係数に対して、前記伝達関数の推定値および前記残留信号に基づき算出される振幅更新式の第一加減算項を加減算すると共に、前記正弦波制御信号に基づき算出される振幅更新式の第二加減算項を加減算することにより、前記正弦波制御信号の前記振幅フィルタ係数を更新する振幅フィルタ係数更新部と、
   前回更新された前記位相フィルタ係数に対して、前記伝達関数の推定値および前記残留信号に基づき算出される位相更新式の加減算項を加減算することにより、前記正弦波制御信号の前記位相フィルタ係数を更新する位相フィルタ係数更新部と、
   を備え、
   前記位相更新式の加減算項には、前記正弦波制御信号に基づき算出される項は含まれない能動型振動騒音抑制装置。
2. 請求項１において、
   前記振幅更新式の第二加減算項は、前記正弦波制御信号にステップサイズパラメータを乗じた項であり、
   前記ステップサイズパラメータは、予め設定した一定値である能動型振動騒音抑制装置。
3. 請求項１または２において、
   前記振幅更新式の第二加減算項は、前記正弦波制御信号にステップサイズパラメータを乗じた項であり、且つ、前回更新された前記振幅フィルタ係数に対して減算し、
   前記能動型振動騒音抑制装置は、前記振幅フィルタ係数の更新値に基づいて算出される発散判定値が所定閾値を超えた場合に制御が発散状態であると判定し、制御が発散状態であると判定された場合に、前記ステップサイズパラメータを大きくなるように可変に設定する発散処理部を備える能動型振動騒音抑制装置。
4. 請求項１または２において、
   前記振幅更新式の第二加減算項は、前記正弦波制御信号にステップサイズパラメータを乗じた項であり、且つ、前回更新された前記振幅フィルタ係数に対して減算し、
   前記能動型振動騒音抑制装置は、前記位相フィルタ係数の更新値に基づいて算出される発散判定値が所定閾値を超えた場合に制御が発散状態であると判定し、制御が発散状態であると判定された場合に、前記ステップサイズパラメータを大きくなるように可変に設定する発散処理部を備える能動型振動騒音抑制装置。
5. 請求項３または４において、
   前記発散判定値は、今回の前記振幅フィルタ係数の更新値の絶対値、前記位相フィルタ係数の更新値の絶対値および前記残留信号の絶対値の少なくとも何れかと、過去の前記振幅フィルタ係数の更新値の絶対値、前記位相フィルタ係数の更新値の絶対値および前記残留信号の絶対値の少なくとも何れかとに基づいて算出された調整発散判定値を適用する能動型振動騒音抑制装置。

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