JP6882867B2

JP6882867B2 - 騒音振動検知

Info

Publication number: JP6882867B2
Application number: JP2016158707A
Authority: JP
Inventors: クリストフマルクス
Original assignee: ハーマンベッカーオートモーティブシステムズゲーエムベーハー
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: CN106525220A; JP2017058369A; EP3144928B1; US20170076712A1; US10096314B2; CN106525220B; EP3144928A1

Description

本開示は、特に能動ロードノイズ制御システムで用いるための騒音振動検知システムと、能動ロードノイズ制御システム及び騒音振動検知方法とに関する。

地上ベースの車両は、道路及び他の表面上で駆動されると、ロードノイズとして知られる低周波の騒音を生成する。最新の車両であっても、車室の乗員は、構造体、例えばタイヤ／サスペンション／ボデー／車室の経路を通して、及び空気伝播経路、例えばタイヤ／ボデー／車室の経路を通して、車室に伝達されるロードノイズに曝されることがある。車室の乗員が感じるロードノイズを低減させることが望ましい。能動騒音、振動、及びハーシュネス（ＮＶＨ）制御技術は、能動ロードノイズ制御（ＲＮＣ）システムとしても周知であり、能動振動技術の場合のように、車両構造を変更することなくこれらの騒音成分を低減させるために用いられることができる。しかし、ロードノイズキャンセレーションのための能動音響技術は、ロードノイズに関連する騒音振動信号を観測するために、車両構造全体にわたって非常に特殊な騒音振動（Ｎ＆Ｖ）センサ機構を必要とする場合がある。

典型的な騒音振動検知システムは、少なくとも１つの加速度センサを含み、加速度センサ機構に作用する加速度を表す少なくとも２つの検知信号を生成するように構成された加速度センサ機構を含み、検知信号は、検知信号の最大振幅と、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有する。本騒音振動検知システムは、少なくとも２つの検知信号を合計して和信号を提供するように構成された加算器モジュールをさらに含み、和信号は、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、和信号は、和信号の最大振幅と、和信号に含まれる騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、和信号のダイナミックレンジは、検知信号のダイナミックレンジの算術平均よりも大きい。

典型的なロードノイズ制御システムは、騒音振動検知システムと、ロードノイズ制御モジュールと、少なくとも１つのラウドスピーカとを含む。

典型的な騒音振動検知方法は、加速度センサ機構によって、加速度センサ機構に作用する加速度、動き及び振動のうち少なくとも１つを表す少なくとも２つの検知信号を生成し、検知信号は、検知信号の最大振幅と、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有する。当該方法は、少なくとも２つの検知信号を合計して和信号を提供することをさらに含み、和信号は、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、和信号は、和信号の最大振幅と、和信号に含まれる騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、和信号のダイナミックレンジは、検知信号のダイナミックレンジの算術平均よりも大きい。

以下に続く、添付の図面に対する非限定的な実施形態の記載を読むことから、本開示をよりよく理解することができ、以下の図面において、同様の要素は同様の参照番号によって参照される。

例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
少なくとも１つの加速度センサを含み、加速度センサ機構に作用する加速度を表す少なくとも２つの検知信号を生成するように構成された加速度センサ機構であって、上記検知信号が、上記検知信号の最大振幅と、上記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有する、加速度センサ機構と、
上記少なくとも２つの検知信号を合計して和信号を提供するように構成された加算器モジュールであって、上記和信号が、上記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、上記和信号が、上記和信号の最大振幅と、上記和信号に含まれる上記騒音との間の上記比率であるダイナミックレンジを有し、上記和信号の上記ダイナミックレンジが、上記検知信号の上記ダイナミックレンジの算術平均よりも大きい、加算器モジュールと、
を含む、騒音振動検知システム。
（項目２）
上記騒音センサ機構が、少なくとも２つの単方向性加速度センサを含み、上記少なくとも２つの単方向性加速度センサの各々が、１つの検知信号を生成するように構成される、上記項目に記載の騒音振動検知システム。
（項目３）
上記騒音センサ機構が、少なくとも１つの多方向性加速度センサを含み、上記少なくとも１つの多方向性加速度センサが、少なくとも２つの検知信号を生成するように構成される、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知システム。
（項目４）
上記騒音センサ機構が、隣接する加速度センサのアレイを含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知システム。
（項目５）
上記騒音センサ機構が、同一の方向を有する加速度センサを含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知システム。
（項目６）
上記騒音センサ機構が、同一のセンサを含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知システム。
（項目７）
上記騒音センサ機構が、異なる方向を有する加速度センサを含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知システム。
（項目８）
上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知システムと、ロードノイズ制御モジュール及び少なくとも１つのラウドスピーカとを含む、ロードノイズ制御システム。
（項目９）
加速度センサ機構によって、上記加速度センサ機構に作用する加速度、動き及び振動のうち少なくとも１つを表す少なくとも２つの検知信号を生成することであって、上記検知信号が、上記検知信号の最大振幅と、上記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有することと、
上記少なくとも２つの検知信号を合計して和信号を提供することであって、上記和信号が、上記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、上記和信号が、上記和信号の最大振幅と、上記和信号に含まれる上記騒音との間の上記比率であるダイナミックレンジを有し、上記和信号の上記ダイナミックレンジが、上記検知信号の上記ダイナミックレンジの算術平均よりも大きいことと、
を含む、騒音振動検知方法。
（項目１０）
上記少なくとも２つの検知信号が、少なくとも２つの単方向性加速度センサによって生成された検知信号を含み、上記少なくとも２つの単方向性加速度センサの各々が、１つの検知信号を生成するように構成される、上記項目に記載の騒音振動検知方法。
（項目１１）
上記少なくとも２つの検知信号が、少なくとも１つの多方向性加速度センサによって生成される検知信号を含み、上記少なくとも１つの多方向性加速度センサが、少なくとも２つの検知信号を生成するように構成される、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知方法。
（項目１２）
上記少なくとも２つの検知信号が、隣接する加速度センサのアレイによって生成される、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知方法。
（項目１３）
上記少なくとも２つの検知信号が、同一の方向を有する加速度センサによって生成された検知信号を含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知方法。
（項目１４）
上記少なくとも２つの検知信号が、同一のセンサによって生成された検知信号を含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知方法。
（項目１５）
上記騒音センサ機構が、異なる方向を有する加速度センサを含む、上記項目のいずれか一項に記載の騒音振動検知方法。

（摘要）
騒音振動検知は、加速度センサ機構によって、加速度センサ機構に作用する加速度、動き及び振動のうち少なくとも１つを表す少なくとも２つの検知信号を生成することを含み、検知信号は、検知信号の最大振幅と、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有する。当該方法は、少なくとも２つの検知信号を合計して和信号を提供することをさらに含み、和信号は、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、和信号は、和信号の最大振幅と、和信号に含まれる騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、和信号のダイナミックレンジは、検知信号のダイナミックレンジの算術平均よりも大きい。

典型的な簡略化された単一チャネル能動ロードノイズ制御システムを図示する概略図である。典型的な簡略されたマルチチャネル能動ロードノイズ制御システムを図示する概略図である。複数の単軸センサを有する典型的なセンサ機構を図示する概略図である。多軸センサを有する典型的なセンサ機構を図示する概略図である。特定のパターンで配置された複数のセンサを有する典型的なセンサ機構を図示する概略図である。各々が高調波成分及び騒音成分を有する、２つの典型的な検知信号を図示する図である。典型的な加算回路を図示するブロック図である。典型的な騒音振動検知方法を図示するフローチャートである。

騒音振動センサは、能動ＲＮＣシステム、例えばマルチチャネルフィードフォワード能動ロードノイズ制御システムに、ロードノイズを低減するかまたは除去する防騒音を生成するためのベースとなる基準入力を提供する。騒音振動センサは、加速度センサ、例えば加速度計、力計、ロードセル等を含んでもよい。例えば、加速度計は、適正な加速度を測定する装置である。適正な加速度は、座標加速度と同じではなく、速度の変化率である。適正な加速度の大きさ及び方向を検出するために、単軸及び多軸モデルの加速度計が利用可能であり、方位、座標加速度、動き、振動、及び衝撃を検知するために用いられることができる。

空気伝播及び固体伝播騒音源は、０Ｈｚ〜１ｋＨｚの間の、可能な限り高いロードノイズ低減（キャンセレーション）性能を提供するために、騒音振動センサによって監視される。例えば、入力騒音振動センサとして用いられる加速度センサを、車両の両端に配設して、グローバルＲＮＣのためのサスペンション及び他の軸成分構造的挙動を監視してもよい。０Ｈｚからおよそ５００Ｈｚにおよぶ周波数域を上回る場合、空気で伝播するロードノイズを測定する音響センサを、基準制御入力部として用いてもよい。さらに、２つのマイクロホンを、乗客の耳にきわめて近接させてヘッドレストに設置して、両耳における低減またはキャンセレーションの場合のエラー信号を提供してもよい。フィードフォワードフィルタは、両耳における最大の騒音低減または騒音キャンセレーションを達成するように調整または適応される。

簡略化された単一チャネルフィードフォワード能動ＲＮＣシステムは、図１に示されるように構成され得る。路面上を動くホイール１０１から生じる振動は、自動車車両１０４のサスペンション装置１０３に機械結合され、また検出された振動を表しかつ室内で可聴であるロードノイズと相関する騒音振動信号ｘ（ｎ）を出力するサスペンション加速度センサ１０２によって検出される。同時に、車両１０４の車室内に存在する騒音を表すエラー信号ｅ（ｎ）が、車室内で座席（例えば、運転者席）のヘッドレスト１０６に配置されたマイクロホン１０５によって検出される。ホイール１０１から生じるロードノイズは、伝達特性Ｐ（ｚ）に従って、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、エラー信号ｅ（ｎ）と、フィルタ１１０によって伝達特性Ｆ’（ｚ）でフィルタリングされたロードノイズ信号ｘ（ｎ）とに基づいて、周知の最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムに従って動作し得る適応フィルタ制御部１０９によって制御され、ここでＷ（ｚ）＝−Ｐ（ｚ）／Ｆ（ｚ）である。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。そのようにして識別された伝達特性Ｗ（ｚ）及び騒音振動信号ｘ（ｎ）に基づいて、制御可能なフィルタ１０８及びフィルタ制御部１０９によって形成される適応フィルタによって、車室内部で可聴であるロードノイズのものとは逆相の波形を有する信号ｙ（ｎ）が生成される。そして、信号ｙ（ｎ）から、車室内部で可聴であるロードノイズのものとは逆相の波形が、車室内に配置され得るラウドスピーカ１１１によって生成され、それによって車室内部のロードノイズを低減させる。上述の典型的なシステムは、簡易にするために、直送式の単一チャネルのフィードフォワードフィルタ処理ｘＬＭＳ制御構造１０７を使用しているが、他の制御構造、例えば多様な付加的チャネル、多様な付加的騒音センサ１１２、多様な付加的マイクロホン１１３、及び多様な付加的ラウドスピーカ１１４を有するマルチチャネル構造を同様に適用してもよい。

図２は、複数の騒音振動源からの騒音を抑制する能力があるマルチチャネル型能動ロードノイズ制御システムである能動ロードノイズ制御システム２００を示す。能動ロードノイズ制御システム２００は、複数ｎ個の騒音振動センサ２０１と、複数ｌ個のラウドスピーカ２０２と、複数ｍ個のマイクロホン２０３と、騒音振動源からの騒音（一次騒音）と除去騒音（二次騒音）との間のエラーを最小限にするように動作する適応制御回路２０４とを含む。適応制御回路２０４は、ラウドスピーカ２０２の各々に設けられた多数の制御回路を含んでもよく、これらは、対応する騒音振動源からの騒音を除去するための除去信号を発生させる。

従来の能動ＲＮＣシステムでは、低減させる騒音の周波数域は、低周波数域に制限されている。すなわち、従来のシステムは、その全周波数域にわたる騒音を低減させることを意図していない。さらに、これらのシステムで用いられる適応デジタルフィルタは、広い周波数域にわたる騒音を処理することが所望されていても、低周波の騒音成分のみを低減させることが可能であるような特性を有する。本明細書に開示された能動ＲＮＣシステムでは、センサを注意深く配置したことで、さらなる感度及びより広い動作周波数域を可能にする。

上述されたようなＲＮＣシステムは、加速度センサのダイナミックレンジ、すなわちセンサによる信号出力の最大振幅と、センサから生じかつセンサによって出力された信号に包含される騒音（すなわち信号対騒音比）との間の比率が十分でない場合に、制限された騒音低減能力を呈する場合があり、サスペンションセットアップ及び振動制御のために用いられる従来の加速度センサの場合と同様である。しかし、より良好なダイナミックレンジを有するセンサを設けることは、かなり費用がかかる。以下において、能動ロードノイズシステムにおいて小さなダイナミックレンジを有する加速度センサを用いることを可能にする簡易な方法が説明される。

図３を参照すると、本実施例では４つの（同一の）加速度センサ３０１〜３０４である、複数の（すなわち少なくとも２つの）加速度センサは、加速度センサ３０１〜３０４によって提供された検知信号３０６〜３０９を合計し、検知信号３０６〜３０９の合計を表す和信号３１０を出力する加算器モジュール３０５に接続されている。加速度センサ３０１〜３０４は、単方向性センサ、すなわち単一方向、例えば所与の座標システムｘ−ｙ−ｚのうち方向ｘのみにおいて（本明細書では、この方向を指すと称する）それらの最大感度を有するセンサであってもよい。これに対して、多方向性センサは、少なくとも２つの方向であるが、全てではない方向にそれらの最大感度を有する。例えば、二方向センサは、２つの異なる（垂直）方向において２つの最大感度を有する。全方向センサは、方向とは無関係にほぼ一定の感度を有する。図３に示された実施例では、加速度センサ３０１〜３０４は、すべてのセンサが単方向性であって同じ方向ｘを指しているか、または代替的には異なる方向を指していてもよいセンサ機構を形成してもよい。

図４は、３つの異なる（垂直）方向ｘ、ｙ及びｚにおいて３つの最大感度を有する三方向加速度センサ４０１を示す。加速度センサ４０１は、加算モジュール４０５によって合計される３つの検知信号４０２〜４０４を生成して、和信号４０６を提供する。三方向加速度センサ４０１に代えて、各々が３つの方向ｘ、ｙ及びｚのうち１つを指している３つの単方向性センサを用いてもよい。

さらに、図５に示されるように、特定のパターンで配置された、例えば仮想または現実の球面上に均一に分散されかつ球体から外側にむかう放射（ｒ）を指している、複数の（例えば４つの）加速度センサ５０１〜５０４によるアレイを使用してもよい。加算モジュール５０５は、加速度センサ５０１〜５０４から検知信号５０６〜５０９を受信してそれらを合計し、検知信号５０６〜５０９の合計を表す和信号５１０を提供する。

図６は、２つの典型的な検知信号６０１及び６０２を図示し、これらは（純粋な）正弦波信号等の高調波成分６０３、６０４と、騒音成分６０５、６０６とを各々有する。高調波成分６０３及び６０４は、パワーＡを有していてもよく、騒音は、パワーＮを有していてもよい。検知信号６０１及び６０２を合計した場合、高調波成分６０３及び６０４が和信号６０７の高調波成分６０８に加わり、騒音成分６０５及び６０６が組み合わせられて和信号６０７の騒音成分６０９を提供する和信号６０７が得られる。騒音成分６０９のパワーは、騒音成分６０５または騒音成分６０９とほぼ同じであるが、これは騒音等の不規則信号の加算が、騒音成分の不規則な振幅に起因して、加算された騒音のパワーを著しく増大させることがないためである。しかし、正弦波信号等の高調波信号については、２つの同一の正弦波信号の合計のパワーは、１つの信号が有するパワーの２倍であり、それによって、高調波及び不規則成分を有する混合信号が加算されると、ダイナミックレンジが増大する。一般に、ダイナミックレンジにおける増分Ｉ（または信号対騒音比）は、
Ｉ［ｄＢ］＝１０ｌｏｇ_１０Ｎ
として記述することができ、ここで、Ｎは組み合わせられたセンサの数である。

加算モジュール３０５、４０５及び５０５は、デジタル信号処理の場合には、それぞれ加算動作を行う簡易なデジタルハードウェア加算器または信号処理装置を含んでもよく、またはアナログ信号処理の場合には、アナログ加算回路、例えば図７に示された例示の回路を含んでもよい。図７に示された加算回路では、オペアンプ７０１は、反転入力部、非反転入力部、及び出力部を有する。オーム抵抗７０２は、フィードバック経路を設けるために、オペアンプ７０１の出力部と反転入力部との間に接続される。４つの加速度センサ（図示せず）からの検知信号７０３〜７０６は、オーム抵抗７０７〜７１０を介して、オペアンプ７０１の反転入力部に供給される。オペアンプ７０１の非反転入力部は、接地７１１に接続され、オペアンプ７０１の出力部は、アナログ加算モジュールの出力部７１２を形成する。出力電圧Ｕ_ｏｕｔが出力部７１２に与えられ、検知信号７０３〜７０６が同一の入力電圧、すなわち入力電圧Ｕ_ｉｎを提供すると仮定し、さらに抵抗７０７〜７１０が同じ抵抗値Ｒ_ｉｎを有し、抵抗７０２が抵抗値Ｒ_ｏｕｔを有すると仮定すると、出力電圧Ｕ_ｏｕｔは、以下の通りである。

図８を参照すると、典型的な騒音振動検知方法は、加速度センサ機構によって、加速度センサ機構に作用する加速度を表す少なくとも２つの検知信号を生成することであって、検知信号が、検知信号の最大振幅と、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有すること（８０１）と、少なくとも２つの検知信号を合計して和信号を提供することであって、和信号が、加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、和信号が、和信号の最大振幅と、和信号に含まれる騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、和信号のダイナミックレンジが、検知信号のダイナミックレンジの算術平均よりも大きいこと（８０２）と、を含み得る。

ＲＮＣの用途では、加速度センサは、所望の基準信号を搬送する騒音振動センサとして用いられる。それらの信号が相当な騒音レベルを呈し、それが、測定される騒音振動とは対照的に、センサ自体によって生成される騒音であり、結果として小さなダイナミックレンジを呈する場合、全ＲＮＣシステムが機能しなくなることになる。しかし、加速度センサ及び加速度センサ機構は、多くの場合、複数の検知信号を出力する。センサ信号が、ほぼ同じ局所に搭載され、及び／または同じ方位（ｘ軸、ｙ軸、またはｚ軸）を有する多軸センサまたはセンサ機構から生じた場合、これらの信号は、上述のように組み合わせられて、システムのダイナミックを増大させ得る。このように、複数の性能低下したセンサの適切な検知信号を組み合わせることによって、性能低下したＲＮＣシステムを向上させ得る。さらに、多数の安価な低性能の加速度センサを、単一の高価な高性能の加速度センサの代わりに用いて、全体のコストを低減させ、センサコスト及びそれらの性能における差異のバランスを取ってもよい。

例証及び説明を目的として、実施形態の説明を提示してきた。上記の説明を考慮して、実施形態に対する好適な改変及び変形を行ってもよく、または本方法を実施することからそれらを得てもよい。例えば、特に断りのない限り、説明された方法の１以上を、適切な装置及び／または装置の組み合わせによって行ってもよい。さらに、説明された方法及び関連する動作を、本出願に記載された順番に加えて各種の順番で、平行して及び／または同時に行ってもよい。説明されたシステムは、本質的に典型的なものであり、さらなる構成要素を含んでもよく、及び／または構成要素を省略してもよい。

本出願で用いられる場合、単数形で列挙され、単語「ａ」または「ａｎ」を以て進められた構成要素または工程は、複数の前述された構成要素または工程を、その除外が述べられない限りは除外しないとして理解されるべきである。さらに、本開示の「ｏｎｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ｏｎｅｅｘａｍｐｌｅ」との言及は、列挙された特徴をさらに組み込むさらなる実施形態の存在を除外するとして解釈されることを意図しない。用語「ｆｉｒｓｔ」、「ｓｅｃｏｎｄ」、及び「ｔｈｉｒｄ」等は、標示としてのみ用いられ、それらの対象に対して数量的な要件または特定の位置的順番を課すことを意図しない。

Claims

騒音振動検知システムと、少なくとも１つのラウドスピーカと、複数の騒音振動源からの騒音を除去するための除去信号を発生させるためのロードノイズ制御モジュールとを含むロードノイズ制御システムであって、前記ロードノイズ制御モジュールが、前記騒音振動検知システムと前記少なくとも１つのラウドスピーカとの間に接続されており、前記騒音振動検知システムが、
４つの加速度センサを含む加速度センサ機構であって、前記４つの加速度センサの各々が、球面上に均一に分散されかつ球体から外側にむかう方向を指しており、前記加速度センサ機構が、前記加速度センサ機構に作用する加速度を表す４つの検知信号を生成するように構成されており、前記検知信号が、前記検知信号の最大振幅と、前記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有する、加速度センサ機構と、
前記４つの検知信号を合計して和信号を提供するように構成された加算器モジュールであって、前記和信号が、前記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、前記和信号が、前記和信号の最大振幅と、前記和信号に含まれる前記騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、前記和信号の前記ダイナミックレンジが、前記検知信号の前記ダイナミックレンジの算術平均よりも大きい、加算器モジュールと
を含む、システム。
前記４つの加速度センサが、同一である、請求項１に記載のシステム。
ロードノイズ制御方法であって、
騒音振動を検知することと、
前記検知された騒音振動に基づいて複数の騒音振動源からの騒音を除去するための除去信号を発生させることと、
前記除去信号から除去騒音を生成することと
を含み、
前記騒音振動を検知することが、
加速度センサ機構によって、前記加速度センサ機構に作用する加速度、動き及び振動のうち少なくとも１つを表す４つの検知信号を生成することであって、前記検知信号が、前記検知信号の最大振幅と、前記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、前記加速度センサ機構が、４つの加速度センサを含み、前記４つの加速度センサの各々が、球面上に均一に分散されかつ球体から外側にむかう方向を指している、ことと、
前記４つの検知信号を合計して和信号を提供することであって、前記和信号が、前記加速度センサ機構によって引き起こされた騒音を含み、前記和信号が、前記和信号の最大振幅と、前記和信号に含まれる前記騒音との間の比率であるダイナミックレンジを有し、前記和信号の前記ダイナミックレンジが、前記検知信号の前記ダイナミックレンジの算術平均よりも大きい、ことと
を含む、方法。
前記４つの検知信号が、同一のセンサによって生成された検知信号を含む、請求項３に記載の方法。