JP6586983B2 - 車両音響制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車室内音を制御する車両音響制御装置に関する。

自動車等の車両においては、走行臨場感を高めるために、運転操作に応じた音（エンジン音）を、車室内に設けた音響装置（スピーカ）から発生させることがある。このような車室内音を適切に制御する技術として、例えば特許文献１（特表２０１４−５０７６７９）には、エンジン負荷に応じてエンジン音の高調波成分のゲインを設定する発明が開示されている。また、特許文献２（特開２０１６−１４５８８５）には、エンジン音の次数成分のゲインを調整して、車両の加減速に伴うG変化（旋回走行状態）を運転者に伝えるようにした発明が開示されている。また、特許文献３（特開２００８−２３０３４１）には、走行モードとエンジン回転数に応じて、アンチノイズコントロール装置とエンジン効果音発生装置の間で動作切り替えを行うようにした発明が開示されている。

特表２０１４−５０７６７９ 特開２０１６−１４５８８５ 特開２００８−２３０３４１

車両の音響装置は、エンジン音の他にオーディオ機器からの音（音楽等）も発生させることがあり、運転者は、エンジン音と同時にオーディオ音も知覚している。ところが、車両の加速時等、運転者が運転操作に集中したいときには、オーディオ音がエンジン音の知覚を阻害してしまうことがある。このため、運転者がエンジン音から運転状態を適切に把握し難くなってしまうことがあった。また、エンジン音は、運転者の加速意思を適切に反映するのが望ましいが、運転者の加速意思に応じて車室内音（エンジン音）を調整する装置は存在していなかった。

本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、車両の車室内に発生される音響を、運転者の加速意思に応じて運転状態の把握に最適な状態に制御し得る車両音響制御装置を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項１に記載のように、車両のエンジン回転数を検知するエンジン回転数検出手段と、前記車両の車室内に前記車両のエンジン音を含む車室内音を発生させる車室内音発生手段と、人間の音の高さに対する聴覚特性にしたがって強調すべきエンジン音の周波数成分を決定するために、車両のエンジン回転数が高くなるほど周波数の増加量が大きくなるように設定されたエンジン回転数と周波数の特性関係に基づいて、車両のエンジン回転数に対して強調すべきエンジン音の周波数成分である強調周波数成分を決定する強調周波数成分決定手段と、前記車両の運転者のアクセルペダルの操作に基づいて、前記車両の運転者の加速意思を判定する加速意思判定手段と、前記加速意思判定手段による判定結果に基づいて、前記エンジン音の強調周波数成分及びその周辺周波数成分の音圧分布を決定する音圧分布決定手段と、前記音圧分布決定手段により決定された音圧分布にしたがった車室内音が発生されるように、前記車室内音発生手段を制御する車室内音制御手段とを備えた。

上記解決手法によれば、車室内音として発生されるエンジン音は、運転者の加速意思のレベルにしたがって、周波数成分が適切な音圧分布に調整されるので、運転者は、エンジン音から運転状況（エンジン回転数）を的確に把握することができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載の通りである。すなわち、前記音圧分布決定手段は、前記加速意思判定手段により判定された加速意思が高いほど、前記強調周波数成分と周辺周波数成分の音圧差を大きくする（請求項２対応）。この場合、周辺周波数成分よりも音圧が大きくされた強調周波数成分が認識されやすくなるので、エンジン音に加速意思が的確に反映され、エンジン音に基づく運転者による運転状況の把握が向上する。

前記音圧分布決定手段は、前記加速意思判定手段により判定された加速意思が高いほど、前記強調周波数成分における音圧分布の勾配を大きくする（請求項３対応）。この場合、強調周波数が周辺周波数に対して相対的に目立つようになるので、エンジン音に加速意思が的確に反映され、エンジン音に基づく運転者による運転状況の把握が向上する。

前記音圧分布決定手段は、前記強調周波数成分の周囲の所定領域でのみ音圧が発生するように音圧分布を決定する（請求項４対応）。この場合、音圧分布が所定領域内に限定されるので、余分な音を出さずに、エンジン回転数の認識に重要な周波数音のみを目立たせることができる。

本発明によれば、車両音響制御装置において、車室内音として発生されるエンジン音は、運転者の加速意思を的確に反映し且つ運転者にとって認識し易い音圧分布に調整されるので、エンジン音とオーディオ音が車室内音として同時に発生されている場合でも、運転者は、車室内音（エンジン音）によって運転状況を的確に把握することができる。

本発明の制御系の一例を示すブロック構成図。 音の高さに対する人間の知覚特性を示すグラフ。 エンジン回転数と周波数知覚量の関係を示すグラフ。 エンジン回転数と周波数（物理量）の関係を示すグラフ。 エンジン回転数、エンジン音周波数、エンジン音の音圧の関係を示す図。 本発明の第1の制御例を示す図。 本発明の第２の制御例を示す図。 本発明の第３の制御例を示す図。 本発明の車両音響制御の一例の制御手順を示すフローチャート。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１には、本発明の車両音響制御装置の制御系の一例をブロック構成図で示している。図示されるように、制御系は、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）Ｕを備えている。コントローラＵには、車両のアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）を検出するアクセル開度検出手段１と、車両のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段２と、車両の乗員（運転者）の耳元における車室内音についての情報（周波数、音圧、位相）を検出する車室内音検出手段３からの検出信号が入力される。車室内音検出手段３は、例えば、車両の乗員（運転者）の耳元に隣接して配設されたマイクロフォンから構成される。

また、制御系は、車室内音を発生させる車室内音発生手段４を備えている。車室内音発生手段４は、車両のエンジン音やオーディオ機器からのオーディオ音（音楽等）を発生可能な機器であり、例えば車室内に配置されたスピーカから構成されている。

コントローラＵは、加速意思判定手段５、強調レベル決定手段６、強調周波数成分決定手段７、音圧分布決定手段８、車室内音制御手段９を備えている。加速意思判定手段５は、アクセル開度検出手段１により検出されたアクセル開度に基づいて、車両の運転者の加速意思のレベル（車両をどの程度、加速又は減速しようとしているかのレベル）を判定する具体的に、アクセル開度が大きい程、加速意思が大きいとの判定がなされる。以下に詳しく説明するように、車室内音発生手段４により発生される車室内音（エンジン音及びオーディオ音）は、加速意思判定手段５により判定された加速意思に基づいて、運転に最適な状態（運転者が適切にエンジン音を知覚し得る状態）に調整されるようになっている。

図２は、音の高さに対する人間の知覚特性を示すグラフであり、音の周波数（Ｈｚ）と人間の感じる主観的音の高さ（ｍｅｌ）の関係を示している。なお、本グラフは、横軸（周波数）を対数目盛とした片対数グラフとなっている。グラフから分かるように、音の周波数が高くなると、人間の音の高さに対する感度は低下し、人間が音の高さの変化を感じ取るためには、低周波の場合よりも周波数を大きく変化させることが必要となる。本発明は、このような関係に基づいて、車両の乗員（運転者）がエンジン回転数の高まりをエンジン音の変化から適切に知覚できるように、車室内音を制御することになる。

図３は、エンジン回転数と周波数知覚量の関係を示すグラフである。本グラフにおいては、エンジン回転数と車両ドライバの知覚する周波数（周波数の知覚量）の実際の関係が、破線で示されている。一方、車両のドライバが主観評価によってエンジン状態を適切に把握するためには、図３の実線に示されるように、エンジン回転数と周波数知覚量の関係はリニアになっていることが望ましい。しかし、上記のようにドライバの知覚特性（図２参照）は、周波数が高くなる程、音の高さの変化に鈍感であるため、破線で示されるエンジン回転数と周波数知覚量の実際の関係と、実線で示されるリニアな関係（理想状態）の間にはギャップが生じてしまう。そこで、本発明では、ドライバによって知覚されるエンジン音を調整することにより、エンジン回転数に対するドライバの周波数知覚量の関係を理想状態に近づけるようにしている。

図４は、エンジン回転数とエンジン音周波数（物理量）の関係を示すグラフであり、横軸はエンジン回転数（ｒｐｍ）を、縦軸は周波数（Ｈｚ）を示している。図示されるように、エンジン音は、複数の次数成分（本例では、２次成分、４次成分、６次成分、８次成分等）で構成されており、各次数成分の周波数は、エンジン回転数に比例して高くなっていく。

このように、エンジン回転数が上昇するほどエンジン音は高くなっていくが、図２とともに上述したように、エンジン音が高くなっていくと、車両乗員（運転者）にとっては、同じエンジン回転数の上昇量に対するエンジン音の変化が知覚しにくくなる。これに対して、本発明者は、エンジン回転数と周波数（物理量）の対応として、図４における最適ラインＰのように、エンジン回転数が高くなるほど、周波数の増加量が大きくなる物理特性を設定することにより、図３に実線で示したような周波数知覚特性とできることという知見を得た。そこで、本発明では、最適ラインＰ上にあるエンジン音の周波数を強調する（音圧のピークとする）ことにより、エンジン回転数が高まるにしたがって、エンジン音のうちの高周波成分が強調されるようにする。これにより、運転者がエンジン音の変化を知覚し易いようにしている。

強調周波数成分決定手段７は、このような特性マップにしたがって、強調されるべき周波数成分（音圧ピークとなる強調周波数成分）を決定することになる。なお、強調周波数の音圧ピーク値のレベルは、加速意思の大きさに基づいて、強調レベル決定手段６により決定される。

強調周波数の最適ラインＰは、エンジン音の次数成分を組み合わせて、近似的に構成することもできる。この場合、複数の領域（本例では、低回転数領域、中回転数領域、高回転数領域、極高回転数領域の４つの領域）に分割されたエンジン回転数の各範囲に対して、最適ラインＰと対応するように（低回転数の領域から高回転の領域に向かうにしたがって高次の次数成分が対応するように）エンジン音の次数成分（２次成分、４次成分、６次成分、８次成分）を対応させ、そのエンジン次数成分を音圧ピークとすることになる。

図５には、本発明におけるエンジン回転数及びエンジン音周波数と、車室内音発生手段４から発生されるエンジン音の音圧の関係を、簡略化された３次元のグラフで示している。本図においては、最適ライン（音圧ピーク）Ｐの周辺における音圧分布の２つの断面Ｄ１、Ｄ２のみが示されている。図示されるように、車室内音発生手段４から発生されるエンジン音の音圧分布は、最適ラインＰを頂点とする山形となるが、本発明では、この音圧分布を、運転者の加速意思に応じて変更することにより、エンジン音の強調が、加速意思に応じて適切になされるようになっている。

なお、エンジン音における強調周波数の強調は、以下の（１）〜（３）の方法で実行され得る。なお、（１）〜（３）の車室内音の制御方法は、上記特許文献１乃至３にも記載されているように、ＡＮＣにおける周知技術である。
（１）強調周波数成分の音圧を強める。この場合、車室内音検出手段２により検出された検出された位相と同位相の強調周波数成分の音を発生させることにより、強調周波数の音が強められる。
（２）強調周波数以外のエンジン音の音圧を弱める。この場合、車室内音検出手段２により検出された検出された位相と逆位相の強調周波数以外のエンジン音を発生させることにより、強調周波数以外の音が減衰され、結果として強調周波数が強調される。
（３）強調周波数のオーディオ音を減衰させる。

図６から図８には、運転者の加速意思に基づく音圧分布決定手段８による音圧分布の制御例を示している。

図６は、第１の制御例を示すもので、所定のエンジン回転数における音圧分布（横軸が周波数、縦軸が音圧）を示している。本制御例においては、車両運転者の加速意思が高いほど、音圧ピーク周波数（強調周波数）とそれ以外の周波数（強調周波数の前後の周辺周波数）との音圧差を大きく設定する。すなわち、図示されるように、加速意思レベルが大きなときの音圧分布Ａ１のピークにおける音圧レベルＬ１は、加速意思レベルが小さなときの音圧分布Ａ２のピークにおける音圧レベルＬ２よりも大きく設定される。このように、加速意思が高いほど、音圧ピーク（エンジン音の認識のために強調すべき周波数）の音圧が大きくなるので、運転者は、エンジン音から運転状況（エンジン回転数）を的確に把握することができる。

この場合、音圧分布Ａ１、Ａ２のピークの前後の音圧分布は対称となっているが、その拡がり（裾野の広さ）は、加速意思が高い場合の音圧分布Ａ１の拡がり幅Ｗ１よりも、加速意思の低い場合の音圧分布Ａ２の拡がり幅Ｗ２の方が大きくされ、音圧分布Ａ１及びＡ２で囲まれる面積が、一定となるように調整される。これにより、エンジン音の音圧の総量（エンジン音全体の大きさ）を一定となるので、エンジン回転数の認識のために重量な周波数の音を目立たせながら、エンジン音が全体として不自然に大きくなることを防止できる。

図７には、第２の制御例を示す。本制御例においては、加速意思が大きくなるほど、音圧ピーク（強調周波数）の周辺における音圧分布の傾き（勾配）が大きくされる。すなわち、図示されるように、加速意思の大きな場合の音圧分布Ｂ１における傾きは、加速意思の小さな場合の音圧分布Ｂ２における傾きよりも大きくなっている。これにより、結果として、強調周波数の周辺周波数に対する強調の度合いが大きくなるので、運転者によるエンジン音の知覚（運転状況の把握）の程度が向上する。

なお、本例においては、傾きが大きく先細りとなった音圧分布Ｂ１の裾野の拡がりは、傾きが小さな音圧分布Ｂ２の裾野の拡がりよりも大きくなっている。これにより、音圧分布Ｂ１、Ｂ２で囲まれる面積（音圧の総量）が一定に調整されるので、エンジン音全体の大きさは一定とされ、運転者に違和感が生じてしまうことがないようになっている。

図８には、第３の制御例を示す。本制御例においては、上記第１制御例（音圧ピークレベルによる制御）と第２制御例（音圧分布の傾きの制御）を組み合わせた制御を行うとともに、音圧分布の裾野の拡がりを一定とすることにより、余分な音を出さずに、エンジン回転数の認識に重要な周波数音のみを目立たせるようにしている。なお、本制御例においては、加速意思が最も大きい場合には、音圧ピークが標準で、傾きが大きな音圧分布Ｃ１が、加速意思が次に大きな場合には、音圧ピークが大きく、傾きが標準の音圧分布Ｃ２が、加速意思が最も小さな場合には、音圧ピークと傾きが共に標準の音圧分布Ｃ３が用いられる。

次に、図９のフローチャートにしたがって、本発明の車両音響制御の制御手順を説明する。車両音響制御においては、まずステップＳ１において、アクセル開度を検出し、ステップＳ２において、アクセル開度に基づいて、車両運転者の加速意思のレベルを判定する。ステップＳ３においては、加速意思に基づいて、発生されるエンジン音の強調レベル（ゲイン）すなわち音圧ピークのレベルを決定する。

ステップＳ４においては、エンジン回転数を検出し、続くステップＳ５において、特性マップに基づいて強調するエンジン周波数（強調周波数成分）を決定する。さらに、ステップＳ６においては、運転者の加速意思レベルに基づいて、強調周波数成分周辺の音圧分布を決定する。

ステップＳ７においては、車両運転者の耳位置における車室内音を検出する。続くステップＳ８においては、ステップＳ７で検出された車室内音（特に位相）に基づいて、ステップＳ３及びＳ６で決定された音圧レベル及び音圧分布のエンジン音を発生させて、１サイクルの制御を終了する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、音圧分布の制御方法について、図６から図８に基づいて第１から第３の制御例を開示したが、これらの制御は一例であって、本発明の音圧分布制御は、これらの例に限定されるものではない。

本発明は、車両における車室内音を、運転に最適な状態に制御するために利用できる。

Ｕ コントローラ
１ アクセル開度検出手段
２ エンジン回転数検出手段
３ 車室内音検出手段
４ 車室内音発生手段
５ 加速意思判定手段
６ 強調レベル決定手段
７ 強調周波数成分決定手段
８ 音圧分布決定手段
９ 車室内音制御手段

Claims (4)

1. 車両のエンジン回転数を検知するエンジン回転数検出手段と、
   前記車両の車室内に前記車両のエンジン音を含む車室内音を発生させる車室内音発生手段と、
   人間の音の高さに対する聴覚特性にしたがって強調すべきエンジン音の周波数成分を決定するために、車両のエンジン回転数が高くなるほど周波数の増加量が大きくなるように設定されたエンジン回転数と周波数の特性関係に基づいて、車両のエンジン回転数に対して強調すべきエンジン音の周波数成分である強調周波数成分を決定する強調周波数成分決定手段と、
   前記車両の運転者のアクセルペダルの操作に基づいて、前記車両の運転者の加速意思を判定する加速意思判定手段と、
   前記加速意思判定手段による判定結果に基づいて、前記エンジン音の強調周波数成分及びその周辺周波数成分の音圧分布を決定する音圧分布決定手段と、
   前記音圧分布決定手段により決定された音圧分布にしたがった車室内音が発生されるように、前記車室内音発生手段を制御する車室内音制御手段と
   を備えた車両音響制御装置。
2. 請求項1に記載の車両音響制御装置において、
   前記音圧分布決定手段は、前記加速意思判定手段により判定された加速意思が高いほど、前記強調周波数成分と周辺周波数成分の音圧差を大きくする車両音響制御装置。
3. 請求項1又は請求項２に記載の車両音響制御装置において、
   前記音圧分布決定手段は、前記加速意思判定手段により判定された加速意思が高いほど、前記強調周波数成分における音圧分布の勾配を大きくする車両音響制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両音響制御装置において、
   前記音圧分布決定手段は、前記強調周波数成分の周囲の所定領域でのみ音圧が発生するように音圧分布を決定する車両音響制御装置。

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