JP6871694B2 - 無線騒音及び振動検知 - Google Patents

Description

本開示は、交通騒音制御システムのための無線騒音及び振動センサ配列、交通騒音制御システム、並びに無線騒音及び振動検知方法に関する。

地上ベースの車両は、道路及び他の表面上を走行するときに、交通騒音として知られる低周波騒音を発生する。最新の車両でさえも、キャビンの乗員は、構造を通じて、例えば、タイヤ−サスペンション−ボディ−キャビンの経路、及び空気伝播経路、例えば、タイヤ−ボディ−キャビンの経路を通じてキャビンに伝達される交通騒音にさらされ得る。キャビンの乗員が経験する交通騒音を低減することが望ましい。能動的な騒音、振動及びハーシュネス（ＮＶＨ）制御技術は、能動交通騒音制御（ＲＮＣ）システムとしても知られ、これを使用して、能動的な振動技術などのように、車両の構造を変更することなくこれらの騒音成分を低減することができる。しかしながら、交通騒音相殺のための能動的な音声技術は、交通騒音に関連する騒音及び振動信号を観測するために、車両構造の至るところに非常に特異的な騒音及び振動（Ｎ＆Ｖ）センサ配列が必要になり得る。

例示的な騒音及び振動センサ配列は、能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成されており、環境エネルギー源から電気エネルギーを取得するように構成されたエネルギーハーベスタと、エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給され、加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成するように構成された加速度センサと、エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給され、検知信号を処理して、処理した検知信号を提供するように構成されており、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号プロセッサと、を含む。配列は、さらに、エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給され、処理した検知信号を無線で送信するように構成されており、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号トランスミッタと、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを評価し、ハーベスタからの電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかを制御して省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ通常モードで動作させるように構成されたエネルギーコントローラと、を備える。

例示的な能動交通騒音制御システムは、騒音及び振動センサ配列と、能動交通騒音制御モジュールと、少なくとも一つのラウドスピーカと、を含む。

例示的な騒音及び振動測定方法は、能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成されており、環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することと、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを加速度センサに供給することと、加速度センサを用いて、加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成することと、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号プロセッサに供給することと、検知信号を処理して処理した検知信号を提供することと、を含む。方法は、さらに、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号トランスミッタに供給することと、信号トランスミッタによって検知信号を無線で送信することと、環境エネルギー源から取得した電気エネルギーを評価することと、及びハーベスタからの電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタの少なくとも一つを制御して省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ通常モードで動作させることと、を含む。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成された騒音及び振動センサ配列であって、上記配列が、
環境エネルギー源から電気エネルギーを取得するように構成されたエネルギーハーベスタと、
上記エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給され、加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成するように構成された上記加速度センサと、
上記エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給され、上記検知信号を処理して、処理した検知信号を提供するように構成された信号プロセッサであって、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び上記第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する上記信号プロセッサと、
上記エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給され、上記処理した検知信号を無線で送信するように構成された信号トランスミッタであって、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び上記第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する上記信号トランスミッタと、
上記エネルギーハーベスタからの上記電気エネルギーを評価し、上記ハーベスタからの上記電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、上記信号プロセッサ及び上記信号トランスミッタの少なくともいずれかを制御して上記省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ上記通常モードで動作させるように構成されたエネルギーコントローラと、を備える、上記騒音及び振動センサ配列。
（項目２）
上記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかは、上記通常モードでは第一のデータ転送速度及び上記省エネルギーモードでは第二のデータ転送速度でデジタル信号を処理及び／または伝送するように構成されており、上記第一のデータ転送速度が上記第二のデータ転送速度よりも高い、上記項目に記載の配列。
（項目３）
上記デジタル信号が、上記通常モードでは第一のサンプリングレート及び上記省エネルギーモードでは第二のサンプリングレートを有し、上記第一のサンプリングレートが上記第二のサンプリングレートよりも大きい、上記項目のいずれか一項に記載の配列。
（項目４）
上記デジタル信号が、上記通常モードでは第一のデジタルワードサイズ及び上記省エネルギーモードでは第二のデジタルワードサイズを有し、上記第一のデジタルワードサイズが上記第二のデジタルワードサイズよりも大きい、上記項目のいずれか一項に記載の配列。
（項目５）
上記エネルギーハーベスタが上記加速度センサ、上記信号プロセッサ及び上記信号トランスミッタに供給されるよりも多くの電気エネルギーを取得したときには、電気エネルギーを保存し、かつ上記エネルギーハーベスタが上記加速度センサ、信号プロセッサ及び信号トランスミッタに供給されるよりも少ない電気エネルギーを取得したときには、追加の電気エネルギーを提供するように構成されたテンポラリエネルギーストレージを上記エネルギーハーベスタが備える、上記項目のいずれか一項に記載の配列。
（項目６）
上記エネルギーハーベスタが、機械的エネルギーを、上記加速度センサ、信号プロセッサ及び信号トランスミッタに供給される電気エネルギーに変換するように構成されたエネルギーハーベスタ変換器を備える、上記項目のいずれか一項に記載の配列。
（項目７）
上記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかが、さらに、上記それぞれの省エネルギー動作モードにおける上記エネルギー消費よりも低いエネルギー消費である高度省エネルギー動作モードを含み、
上記コントローラが、さらに、上記ハーベスタからの上記電気エネルギーがさらなる所定のエネルギーレベル未満であるときに、上記信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタを制御して上記高度省エネルギーモードで動作させる、上記項目のいずれか一項に記載の配列。
（項目８）
上記項目のいずれか一項に従う騒音及び振動センサ配列と、能動交通騒音制御モジュールと、少なくとも一つのラウドスピーカと、を備えた能動交通騒音制御システム。
（項目９）
能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成された騒音及び振動検知方法であって、
環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することと、
エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを加速度センサに供給することと、
上記加速度センサを用いて、上記加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成することと、
上記エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び上記第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号プロセッサに供給することと、
上記検知信号を処理して処理した検知信号を提供することと、
上記エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び上記第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号トランスミッタに供給することと、
上記信号トランスミッタによって上記検知信号を無線で送信することと、
上記環境エネルギー源から取得した上記電気エネルギーを評価することと、
上記ハーベスタからの上記電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、上記信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタの少なくともいずれかを制御して上記省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ上記通常モードで動作させることと、を含む、上記方法。
（項目１０）
上記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかが、上記通常モードでは第一のデータ転送速度及び上記省エネルギーモードでは第二のデータ転送速度でデジタル信号を処理及び／または伝送し、上記第一のデータ転送速度が上記第二のデータ転送速度よりも高い、上記項目に記載の方法。
（項目１１）
上記デジタル信号が、上記通常モードでは第一のサンプリングレート及び上記省エネルギーモードでは第二のサンプリングレートを有し、上記第一のサンプリングレートが上記第二のサンプリングレートよりも大きい、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）
上記デジタル信号が、上記通常モードでは第一のデジタルワードサイズ及び上記省エネルギーモードでは第二のデジタルワードサイズを有し、上記第一のデジタルワードサイズが上記第二のデジタルワードサイズよりも大きい、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）
上記加速度センサ、上記信号プロセッサ及び上記信号トランスミッタに供給されるよりも多くの電気エネルギーを取得したときには、電気エネルギーを保存し、かつ上記加速度センサ、上記信号プロセッサ及び上記信号トランスミッタに供給されるよりも少ない電気エネルギーを取得したときには、追加の電気エネルギーを提供することと、をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することが、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
上記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかが、さらに、上記それぞれの省エネルギー動作モードにおける上記エネルギー消費よりも低いエネルギー消費である高度省エネルギー動作モードを含み、
上記方法が、さらに、上記ハーベスタからの上記電気エネルギーがさらなる所定のエネルギーレベル未満であるときに、上記信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタを制御して上記高度省エネルギーモードで動作させることを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（摘要）
例示的な騒音及び振動測定システム及び方法は、能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成されており、環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することと、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを加速度センサに供給することと、加速度センサを用いて、加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成することと、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号プロセッサに供給することと、検知信号を処理して処理した検知信号を提供することと、を含む。システム及び方法は、さらに、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号トランスミッタに供給することと、信号トランスミッタによって検知信号を無線で送信することと、環境エネルギー源から取得した電気エネルギーを評価することと、ハーベスタからの電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかを制御して省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ通常モードで動作させることと、を含む。

本開示は、同様の要素が同様の参照番号を用いて参照される以下の添付図面とともに、非限定的な実施形態の以下の記述を読むことによってよりよく理解することができる。

例示の単純なシングルチャンネル能動交通騒音制御システムを示す概略図である。 例示の単純なマルチチャンネル能動交通騒音制御システムを示す概略図である。 図１及び図２に示すシステムに適用できる騒音及び振動センサ配列を示す概略図である。 モード依存のサンプルレート減少を示す概略図である。 モード依存のワードサイズ縮小を図示する概略図である。 例示的な騒音及び振動検知方法を例証するフローチャートである。

騒音及び振動センサは、交通騒音を低減または相殺する騒音防止を生成するための基準として基準入力を、能動ＲＮＣシステム、例えば、マルチチャンネルフィードフォワード能動交通騒音制御システムに提供する。騒音及び振動センサは、加速度計などの加速度センサ、フォースゲージ、ロードセルなどを含むことができる。例えば、加速度計は、厳密な加速度を測定するデバイスである。厳密な加速度は、調整加速度と同じではなく、速度変化度である。単軸及び多軸モデルの加速度計を、厳密な加速度の大きさ及び方向を検出するために利用でき、これを使用して、向き、調整加速度、運動、振動及び衝撃を検知することができる。

０Ｈｚ〜１ｋＨｚの最高の可能性がある交通騒音低減（相殺）性能を提供するために、空気伝播及び構造伝達の騒音源が、騒音及び振動センサによって監視される。例えば、サスペンション及び他の車軸コンポーネントの構造的挙動を監視するために、グローバルＲＮＣにおいて、入力騒音及び振動センサとして使用される加速度センサを車両の全域に配置することができる。０Ｈｚからおおよそ５００Ｈｚに及ぶ周波数レンジ超では、空気伝播交通騒音を測定する音響センサを、基準制御入力として使用することができる。さらに、バイノーラルの低減または相殺が起こった場合に一つ以上の誤差信号を提供するために、二つのマイクロホンを、乗客の耳にごく接近させてヘッドレストに設置することができる。フィードフォワードフィルタが、両耳における最大限の騒音低減または騒音相殺を達成するように調整または適応される。

単純なシングルチャンネルフィードフォワード能動ＲＮＣシステムは、図１に示すように構成することができる。路面上を移動する車輪１０１から発生する振動は、自動車１０４のサスペンションデバイス１０３に機械的に連結されたサスペンション加速度センサ１０２によって検出される。このセンサは、検出された振動を表し、故に、キャビン内部で聞こえる交通騒音に相関する騒音及び振動信号ｘ（ｎ）を出力する。同時に、車両１０４のキャビンに生じる騒音を表す誤差信号ｅ（ｎ）が、座席（例えば、運転手の座席）のヘッドレスト１０６においてキャビン内部に配置されたマイクロホン１０５によって検出される。車輪１０１から発生した交通騒音は、伝達特性Ｐ（ｚ）に従いマイクロホン１０５に機械的に伝達される。

制御可能なフィルタ１０８の伝達特性Ｗ（ｚ）は、誤差信号ｅ（ｎ）、及びフィルタ１１０によって伝達特性Ｆ’（ｚ）でフィルタされた交通騒音信号ｘ（ｎ）に基づいて、既知の最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズム、Ｗ（ｚ）＝−Ｐ（ｚ）／Ｆ（ｚ）に従い動作し得る、適応フィルタコントローラ１０９によって制御される。Ｆ’（ｚ）＝Ｆ（ｚ）及びＦ（ｚ）は、ラウドスピーカとマイクロホン１０５との間の伝達関数を表す。故に、特定された伝達特性Ｗ（ｚ）並びに騒音及び振動信号ｘ（ｎ）に基づいて、制御可能なフィルタ１０８及びフィルタコントローラ１０９によって形成された適応フィルタによって、キャビン内部で聞こえる交通騒音と逆の位相波形を有する信号ｙ（ｎ）が生成される。次に、信号ｙ（ｎ）から、キャビン内部で聞こえる交通騒音と逆の位相波形が、キャビンに配置され得るラウドスピーカ１１１によって生成され、それによって、キャビン内部の交通騒音を低減する。前述の例示のシステムは、単純化するために、簡単なシングルチャンネルフィードフォワードのｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ ＬＭＳ制御構造１０７を用いるが、他の制御構造、例えば、多数の追加のチャンネル、多数の追加の騒音センサ１１２、多数の追加のマイクロホン１１３、及び多数の追加のラウドスピーカ１１４を有するマルチチャンネル構造も同様に適応することができる。

図２は、複数の騒音源及び振動源からの騒音を抑制する能力がある、マルチチャンネルタイプの能動交通騒音制御システムである能動交通騒音制御システム２００を示す。能動交通騒音制御システム２００は、ｎ個の多数の騒音及び振動センサ２０１と、ｌ個の多数のラウドスピーカ２０２と、ｍ個の多数のマイクロホン２０３と、騒音源及び振動源からの騒音（一次騒音）と相殺騒音（二次騒音）との間の誤差を最小限にするように動作する適応制御回路２０４と、を備える。適応制御回路２０４は、対応する騒音源及び振動源からの騒音を相殺するための相殺信号を生み出す、ラウドスピーカ２０２ごとに提供された多くの制御回路を含むことができる。

従来の能動ＲＮＣシステムでは、乗用車環境におけるセンサに関連する主要なコスト要因は、センサ配線である。エネルギーハーベスト技術を使用する自立した無線センサは、そのようなコストは回避できるが、信頼性に関して言えば取り扱いが困難である。実施例としての加速度センサ（加速度計）で考えると、そのようなセンサは、乗用車の移動中かつ十分な運動エネルギーを入手可能な場合にのみ動作すればよく、電源内蔵式センサとして実現することができる。一見、優れた解決策に思われるが、滑らかなアスファルト上を走行しているときなどに、センサ配列のセンサ部、選択的な信号処理部及び／またはデータ伝送部が動作している場合に、センサの信頼性のある動作を維持するのに十分なエネルギーをエネルギーハーベストが生成できない状況が起こることもある。そのような状況が起こった場合に、利用可能なエネルギーが十分にないと、センサによるデータの伝達の停止を回避する必要があり、そうしないと、装置全体の機能不全が起こり得る。

ここで図３を参照すると、例示的な自立した無線騒音及び振動センサ配列は、共にホスト構造３０４に機械的に連結されたエネルギーハーベスタ変換器３０２及び加速度センサ３０３に電気的に連結された回路配列３０１を含むことができる。センサ配列における電気回路配列３０１は、エネルギーハーベスタ回路３０５、テンポラリエネルギーストレージ３０６、検知信号調整器３０７、アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０８、コントローラ３０９、及び無線周波数トランスミッタ３１０を含むことができる。センサ調整器３０７及びプロセッサ３０９は、（例えば、示すようなアナログ・デジタル・コンバータ３０８と併用される）完全にアナログ、完全にデジタルまたはアナログとデジタルとを組み合わせたものであってもよいベーシック信号プロセッサを形成する。いくつかの態様では、回路配列３０１は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計などの加速度センサ３０３、データストレージ３１１、及びアンテナ３１２も含むことができる。

エネルギーハーベスタ回路３０５において、変換器３０２に作用している運動エネルギーから、電気機械エネルギーハーベスタ変換器３０２によって引き出された電気エネルギーは、ダイオードブリッジ、フィルタコンデンサ、過電圧保護、及びＤＣ−ＤＣステップアップまたはダウンコンバータ、電圧レギュレータ、並びに出力スイッチを含むことができる電気回路を使用して調整される。エネルギー調整によって、エネルギーハーベスタ変換器からの周期的なバイポーラ電圧波形の整流を提供することによって、ユニポーラ波形をハーベストすることができる。ユニポーラは、多くの場合に周期的に整流されるが、その波形が電圧フィルタとして機能する一つ以上の入力コンデンサに送り込まれることによって、ＤＣ−ＤＣ変換などのさらなる入力電圧調整のためにより安定したＤＣ電圧を利用することができる。入力電圧調整器は、ＤＣ−ＤＣ電圧ステップアップまたはステップダウンも含むことができる。これにより、フィルタコンデンサにおける電圧を、エネルギーハーベスタ変換器に電気インピーダンス整合をもたらす最適電圧であって、そしてまたテンポラリエネルギーストレージに固有であり得るターゲットエネルギーストレージ電圧レベルよりも高いまたは低い最適電圧に維持することができる。入力電圧調整器は、エネルギーハーベスタ変換器が特定の外部環境下で供給できる高電圧によってダイオード整流器及び入力フィルタコンデンサが損傷しないことを保証する入力電圧保護も含むことができる。

テンポラリエネルギーストレージ３０６は、エネルギーハーベスタ回路３０５に動作可能に接続されており、そのエネルギーストレージ上限に達したとき及び入力エネルギーがテンポラリエネルギーストレージ３０６の出力エネルギーを超えたときに、テンポラリエネルギーストレージ３０６を保護するための抵抗散逸要素を有する、ツェナーダイオードまたは電圧比較器などの電圧保護特徴も含むことができる。テンポラリエネルギーストレージ３０６は、短い期間にハーベスタによって供給されたよりも遥かに高い電力を電気負荷が引き出すことができるエネルギー貯蔵器を提供する。これは、電気負荷が、通常、その特異的な用途によって決定され、多くの場合、エネルギーハーベスタ変換器３０２から直接に利用可能なものよりも遥かに高いので、必要とされる。しかしながら、これらの負荷は、典型的には、ハーベスタ負荷エネルギー収支のバランスをとるデューティサイクル動作を可能にさせる短期間だけ要求される。負荷は、エネルギー貯蔵器に直接に接続してもよいし、追加の出力電圧レギュレータを貯蔵器と負荷との間に使用してもよい。これは、多くの場合に、固定された入力電圧を負荷が必要としている間に保存されたエネルギー量によってエネルギー貯蔵器の電圧が変動するので、多くの用途において必須である。レギュレータに加えて、ヒステリシス電源スイッチも、テンポラリエネルギーストレージ３０６または電圧レギュレータから、信号調整器３０７、プロセッサ３０９及び無線周波数トランスミッタ３１０を含み得る電気負荷への伝導性を提供することができる。

検知信号調整器３０７は、線形レギュレータ、オペアンプ及びアナログフィルタ回路を含む電圧レギュレータを含むことができる。アナログフィルタは、一つ以上の極を持つ周波数バンドパスフィルタとして機能することができる。フィルタは、アナログ・デジタル・コンバータのサンプリングレートに対応する周波数におけるハイファイ信号を通すように設計される。検知信号調整器３０７は、エネルギーハーベスタ回路３０５によって電力供給され、アナログ・デジタル・コンバータ３０８と通信する。あるいは、一つの集積回路にアナログ・デジタル変換及び信号調整を含むデジタルＭＥＭＳ加速度センサを使用することができる。この場合は、デジタル加速度計を、通信バスを通じてコントローラに直接に配線することができる。

さらに、アナログ・デジタル・コンバータ３０８は、プロセッサ３０９の一部であってもよいし、回路配列３０１の別個のサブシステムであってもよい。プロセッサ３０９は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、または任意の他の論理回路を含むことができる、またはそれに含まれてもよい。加速度計におけるサンプリングレートが高く、サンプリング期間が長いときには、プロセッサ３０９と通信する選択的な補助的データストレージ３１１を用いることができる。データストレージ３１１は、フラッシュメモリタイプ（不揮発性コンピュータストレージ）のものであってもよい。プロセッサ３０９、無線周波数トランスミッタ３１０及びアンテナ３１２におけるファームウェアコードの一部は、センサ配列の無線通信部を備える。無線通信によって、プロセッサからのデータが遠隔無線データアグリゲータに供給される。双方向通信が提供されると、無線通信は、センサ配列の遠隔制御及び監視を維持する手段としても機能することができる。無線周波数トランスミッタ３１０は、無線周波数信号を最適に放出及び受信するのに使用されるアンテナに接続される。アンテナは、回路配列３０１のサブシステムまたは別個の要素として設計することができる。アンテナは、パッチ、チップまたはＰＣＢアンテナであってもよい。アンテナは、センサの外装付近、及びセンサ配列の大きな金属体から離れた最大距離に位置付けることができる。

センサの無線動作のためのいくつかの重要要件には、高いデータスループット速度、迅速応答、ロバストデータ伝送、高レベルのデータ完全性、マルチノードネットワーク、及び低電力使用がある。より高い周波数バンドは、短距離（１０〜１００ｍ）において高いセンササンプリングレート及び優れた伝送性能をサポートする中程度から高程度のデータスループットを示す。これらのバンドの周波数は、また、所与の性能レベルにおいてアンテナサイズが周波数と概ね逆の縮尺で設計されるので、小さいデバイスに有利に働く。ネットワーク間トラフィック及び外部無線干渉の存在下での通信ロバスト性を最大限にするための手法は、迅速かつ繰り返しの再伝送を純粋に通すロバスト性を高めるために、短いターンオン時間、高データレート及び超低電力の肯定応答を利用することができる。

センサのサイズ及び重量を最小限にするために、加速度測定を含むシステム全体のエネルギー収支が、すべてのレベルにおいて最小限にされる。ＭＥＭＳ加速度計は、超低電力動作を示すように実施することができる。しかしながら、現在市販の加速度センサは、帯域幅及びノイズフロアが制限され、ＲＮＣシステムに関してハイファイ測定を要求する用途における使用を排除している。圧電型加速度計は、広帯域幅及び高分解能測定を実行する能力がある。しかしながら、従来の圧電型加速度計を使用する加速度測定は、かなりの電力を消費することがあり、それ故に、センサの特定の実施が重要である。統合された電荷増幅器は、通常、加速度計とデータ収集システムとの間の長い配線接続の使用を可能にし、外部ＥＭＩからある程度保護されるので、圧電型加速度計とともに使用される。無線加速度計では、圧電要素からマイクロプロセッサアナログ・デジタル・コンバータまでの配線の長さを短くすることができ、それ故に、統合された電荷増幅器を除去するまたは低電力動作において再設計することができる。配線の長さを短くするために、圧電型加速度計と回路とは、互いに隣接して位置付ける必要がある。フィルタ及び増幅器を含む単純な信号調整は、圧電型加速度計が統合された電荷増幅器を使用する代わりに、回路基板において実施することができる。

すべての測定においてセンサ配列の基本的なエネルギー消費を低減することを試みた場合でさえも、センサ配列の適切な機能を保証するための十分なエネルギーがセンサ配列に供給されないことに伴ういくつかのリスクが依然としてある。このリスクを低減するために、信号プロセッサ（例えば、図３に示すプロセッサ３０９及び最終的にはアナログ・デジタル・コンバータ３０８）、及び信号トランスミッタ（例えば、図３に示す無線周波数トランスミッタ３１０）の少なくともいずれかは、通常モードと比較して低減された省エネルギーモードにおけるデータ転送速度においてデジタル信号を処理及び／または伝送することができる。エネルギーコントローラ３１３は、エネルギーハーベスタ変換器３０２に接続されたエネルギーハーベスタ回路３０５によって供給された電気エネルギーを評価し、ハーベスタ回路３０５からの利用可能な電気エネルギーが所定のエネルギーレベル３１４未満であるときには、アナログ・デジタル・コンバータ３０８、プロセッサ３０９及び信号トランスミッタ３１０の少なくとも一つを制御して省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ通常モードで動作させることができる。利用可能なエネルギーは、例えば、ハーベスタ回路３０５による供給電圧出力の実効値、その供給電圧の電圧降下、テンポラリエネルギーストレージ３０６に保存されたエネルギーなどを試験することによって、評価することができる。

データ転送速度の低減は、サンプリングレートの低減、並びに処理及び／または伝送すべきデータのワードサイズの縮小の少なくともいずれかによって達成することができる。図４は、一方では、省エネルギーモードでは時間ｔにおいてより少ないサンプル４０１が処理及び／または伝送されるが、処理及び／または伝送すべき信号の周波数レンジも低減する結果を有するサンプリングレートの低減を図示する。それ故に、サンプリングレートは、信号品質を著しく低下せずには任意の所望のレートに低減することはできない。追加的にまたは代替的に、データの、すなわち、そのサンプルのワードサイズが、図５に示すように縮小し得る。例えば、通常モードにおける１２ビットサンプルは、省エネルギーモードでは６ビットに縮小し得る。

図４及び図５からわかるように、高度省エネルギーモードは、利用可能な電気エネルギーが、所定のエネルギーレベル３１４未満であるさらなる所定のエネルギーレベル未満であるときに、用いることができる。高度省エネルギーモードでは、サンプルレートは、例えば、通常モードにおいて使用される場合の５０％にさらに低減し、かつ／またはワードサイズは、例えば、３ビットに縮小し得る。それにもかかわらず、センサ配列の適切な動作に重要なデータフローは、中断されない。

例示的な騒音及び振動検知方法は、環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することと（６０１）、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを加速度センサに供給することと（６０２）、及び加速度センサを用いて、加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成することと（６０３）、を含むことができる。方法は、さらに、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号プロセッサに供給することと（６０４）、及び検知信号を処理して処理した検知信号を提供することと（６０５）、を含む。方法は、さらに、エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号トランスミッタに供給することと（６０６）、信号トランスミッタによって検知信号を無線で送信することと（６０７）、及び環境エネルギー源から取得した電気エネルギーを評価することと（６０８）を、含む。信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタの少なくともいずれかは、ハーベスタからの電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには省エネルギーモードで動作し、そうでなければ通常モードで動作する（６０９）。

実施形態の記述は、説明及び記述のために提示した。実施形態における適切な変更及び変化を、前述に照らして実行することができる、または方法を実践することによってそれらを得ることができる。例えば、特に断りのない限り、記述した方法の一つ以上は、適切なデバイス及び／またはデバイスの組み合わせによって実行することができる。記述した方法及び関連する行為は、本出願に記述した順序に加えて、さまざまな順序で、並行してかつ／または同時に実行することもできる。記述したシステムは、事実上例示的なものであり、追加の要素を含む及び／または要素を省略することができる。

本出願に使用するような、単数形において説明され、かつ単語「ａ」または「ａｎ」とともに記載される要素またはステップは、そのような排除を記載しない限り、複数の上述の要素またはステップを排除しないものとして理解すべきである。さらに、本開示の「一実施形態」または「一実施例」との参照は、列挙した特徴も組み込む追加の実施形態の存在を排除するように解釈されることは意図しない。用語「第一の」、「第二の」及び「第三の」などは、単にラベルとして使用され、それらの対象における数値要求または特定の位置秩序を課すことは意図しない。以下の特許請求の範囲は、特に、新規かつ明白でないものとみなされる、前の開示からの主題を指し示す。

Claims (15)

1. 能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成された騒音及び振動センサ配列であって、前記配列が、
   環境エネルギー源から電気エネルギーを取得するように構成されたエネルギーハーベスタと、
   前記エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給される加速度センサであって、前記加速度センサは、前記加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成するように構成されている、加速度センサと、
   前記エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給される信号プロセッサであって、前記信号プロセッサは、前記検知信号を処理して、処理した検知信号を提供するように構成されており、前記信号プロセッサは、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び前記第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する、信号プロセッサと、
   前記エネルギーハーベスタから電気エネルギーを供給される信号トランスミッタであって、前記信号トランスミッタは、前記処理した検知信号を無線で送信するように構成されており、前記信号トランスミッタは、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び前記第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する、信号トランスミッタと、
   前記エネルギーハーベスタからの前記電気エネルギーを評価し、前記ハーベスタからの前記電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、前記信号プロセッサ及び前記信号トランスミッタを制御して前記省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ前記通常モードで動作させるように構成されたエネルギーコントローラと
   を備え、
   前記信号プロセッサが、さらに、前記第二のエネルギー消費である前記省エネルギーモードで前記検知信号を処理するように構成されている、配列。
2. 前記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかは、前記通常モードでは第一のデータ転送速度及び前記省エネルギーモードでは第二のデータ転送速度でデジタル信号を処理及び／または伝送するように構成されており、前記第一のデータ転送速度が前記第二のデータ転送速度よりも高い、請求項１に記載の配列。
3. 前記デジタル信号が、前記通常モードでは第一のサンプリングレート及び前記省エネルギーモードでは第二のサンプリングレートを有し、前記第一のサンプリングレートが前記第二のサンプリングレートよりも大きい、請求項２に記載の配列。
4. 前記デジタル信号が、前記通常モードでは第一のデジタルワードサイズ及び前記省エネルギーモードでは第二のデジタルワードサイズを有し、前記第一のデジタルワードサイズが前記第二のデジタルワードサイズよりも大きい、請求項２または３に記載の配列。
5. 前記エネルギーハーベスタが前記加速度センサ、前記信号プロセッサ及び前記信号トランスミッタに供給されるよりも多くの電気エネルギーを取得したときには、電気エネルギーを保存し、かつ前記エネルギーハーベスタが前記加速度センサ、信号プロセッサ及び信号トランスミッタに供給されるよりも少ない電気エネルギーを取得したときには、追加の電気エネルギーを提供するように構成されたテンポラリエネルギーストレージを前記エネルギーハーベスタが備える、請求項１〜４のいずれかに記載の配列。
6. 前記エネルギーハーベスタが、機械的エネルギーを、前記加速度センサ、信号プロセッサ及び信号トランスミッタに供給される電気エネルギーに変換するように構成されたエネルギーハーベスタ変換器を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の配列。
7. 前記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかが、さらに、それぞれの前記省エネルギー動作モードにおける前記エネルギー消費よりも低いエネルギー消費である高度省エネルギー動作モードを含み、
   前記コントローラが、さらに、前記ハーベスタからの前記電気エネルギーがさらなる所定のエネルギーレベル未満であるときに、前記信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタを制御して前記高度省エネルギーモードで動作させるように構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の配列。
8. 請求項１〜７に従う騒音及び振動センサ配列と、能動交通騒音制御モジュールと、少なくとも一つのラウドスピーカとを備えた能動交通騒音制御システム。
9. 能動交通騒音制御システムとともに動作するように構成された騒音及び振動検知方法であって、前記方法が、
   環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することと、
   エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを加速度センサに供給することと、
   前記加速度センサを用いて、前記加速度センサに作用する加速度、運動及び振動の少なくとも一つを表す検知信号を生成することと、
   前記エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第一のエネルギー消費である通常動作モード及び前記第一のエネルギー消費よりも低い第二のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号プロセッサに供給することと、
   前記検知信号を処理して処理した検知信号を提供することと、
   前記エネルギーハーベスタからの電気エネルギーを、第三のエネルギー消費である通常動作モード及び前記第三のエネルギー消費よりも低い第四のエネルギー消費である省エネルギー動作モードを有する信号トランスミッタに供給することと、
   前記信号トランスミッタによって前記検知信号を無線で送信することと、
   前記環境エネルギー源から取得した前記電気エネルギーを評価することと、
   前記ハーベスタからの前記電気エネルギーが所定のエネルギーレベル未満であるときには、前記信号プロセッサ及び信号トランスミッタを制御して前記省エネルギーモードで動作させ、そうでなければ前記通常モードで動作させることと
   を含み、
   前記検知信号を処理して前記処理した検知信号を提供することは、さらに、前記第二のエネルギー消費である前記省エネルギーモードで前記検知信号を処理することを含む、方法。
10. 前記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかが、前記通常モードでは第一のデータ転送速度及び前記省エネルギーモードでは第二のデータ転送速度でデジタル信号を処理及び／または伝送し、前記第一のデータ転送速度が前記第二のデータ転送速度よりも高い、請求項９に記載の方法。
11. 前記デジタル信号が、前記通常モードでは第一のサンプリングレート及び前記省エネルギーモードでは第二のサンプリングレートを有し、前記第一のサンプリングレートが前記第二のサンプリングレートよりも大きい、請求項１０に記載の方法。
12. 前記デジタル信号が、前記通常モードでは第一のデジタルワードサイズ及び前記省エネルギーモードでは第二のデジタルワードサイズを有し、前記第一のデジタルワードサイズが前記第二のデジタルワードサイズよりも大きい、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記加速度センサ、前記信号プロセッサ及び前記信号トランスミッタに供給されるよりも多くの電気エネルギーを取得したときに、電気エネルギーを保存することと、前記加速度センサ、前記信号プロセッサ及び前記信号トランスミッタに供給されるよりも少ない電気エネルギーを取得したときに、追加の電気エネルギーを提供することとをさらに含む、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 環境エネルギー源から電気エネルギーを取得することが、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することを含む、請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記信号プロセッサ及び信号トランスミッタの少なくともいずれかが、さらに、それぞれの前記省エネルギー動作モードにおける前記エネルギー消費よりも低いエネルギー消費である高度省エネルギー動作モードを含み、
    前記方法が、さらに、前記ハーベスタからの前記電気エネルギーがさらなる所定のエネルギーレベル未満であるときに、前記信号プロセッサ及び／または信号トランスミッタを制御して前記高度省エネルギーモードで動作させることを含む、請求項９〜１４のいずれかに記載の方法。

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