JP7287152B2

JP7287152B2 - 乗物用防音装置

Info

Publication number: JP7287152B2
Application number: JP2019124991A
Authority: JP
Inventors: 雅裕永野
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2039-07-04
Also published as: JP2021011132A

Description

本発明は、乗物用防音装置に関する。

従来、乗物用防音装置として、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の乗物用防音装置（騒音制御装置）では、制御装置本体が、加速度センサにより検出された車両のフロアパネルの振動量に応じて、フロアパネルの振動に起因する制御空間騒音を低減させるための騒音低減振動とセンサ振動を制振するための制振振動とをフロアパネルに与えるようにピエゾアクチュエータを制御することが開示されている。また、制御装置本体は、ピエゾアクチュエータの駆動を制御する制御指令値を算出する、マイクロコンピュータにより構成される制御指令値算出部を備えることが開示されている。

特開２０１０－７８８５２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、マイクロコンピュータにて複雑な演算が必要となり、制御装置本体の応答速度が遅い。一方、センサで検出した音（騒音）を、例えばアナログ回路を備える制御部で反転・増幅してアクチュエーターから出力することができれば、比較的容易な演算で防音機能を発揮させることができる。また、防音効果の向上のため、制御装置本体は、センサで検出される音を精度よく反転・増幅し、アクチュエーターから出力することが求められる。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、複雑な演算が不要な乗物用防音装置を提供することを目的の一つとする。また、防音効果が向上する乗物用防音装置を提供することをさらなる目的の一つとする。

本発明は、乗物に設けられる乗物用防音装置であって、圧電素子からなる圧電素子部と、可変抵抗器を有し、少なくとも前記可変抵抗器で抵抗値を変えて前記圧電素子部を制御する制御部と、を備え、前記圧電素子部は、前記乗物に取り付けられ、音を検出する検出圧電素子部と、前記検出圧電素子部に取り付けられ、音を出力する出力圧電素子部と、を備え、前記制御部は、前記検出圧電素子部で検出された音を逆位相に反転するとともに、所定の増幅率で増幅して前記出力圧電素子部から出力するものであり、前記乗物において、アクセルの入力変化、ブレーキの入力変化、及び速度の変化のうち、少なくとも一つが生じた場合に、前記可変抵抗器で前記抵抗値を変えて前記所定の増幅率を変化させることに特徴を有する。

このような乗物用防音装置によると、例えば、アクセルの入力により、乗物が加速する場合は、タイヤと路面との間で生じる摩擦音や衝突音、エンジンやモータ等の駆動音、及び風切り音等の騒音（ロードノイズ）が上昇する。このとき、検出圧電素子部で検出された音を、逆位相に反転するとともに、抵抗値の変化によって増幅率を増加させて、出力圧電素子部から出力することができる。また、ブレーキの入力により、乗物が減速する場合は、ロードノイズが低下する。このとき、検出圧電素子部で検出された音を、逆位相に反転するとともに、抵抗値の変化によって増幅率を低下させて、出力圧電素子部から出力することができる。このようにして、複雑な演算処理を行うことなく、抵抗値を変えることでロードノイズを効果的に打ち消して防音することができる。

上記構成において、前記制御部は、前記検出圧電素子部から検出される音の増加に伴い入力される電圧が増加したときに、所定の電圧を超える場合、前記所定の増幅率を低下させ、前記所定の電圧を越えない場合、前記所定の増幅率を増加させることとすることができる。

このような乗物用防音装置によると、アクセルの入力や速度の増加が生じ、ロードノイズの上昇により検出圧電素子部から検出される音が増加したとき、所定の電圧（電源から供給可能な電圧）を超えるまで、所定の増幅率を増加させて防音効果の低下を防ぐことができる。

上記構成において、前記制御部は、前記乗物において、アクセルの入力変化又はブレーキの入力変化が生じた場合に、前記所定の増幅率を変化させ、速度の変化が生じた場合に、変化後の前記増幅率を更に変化させることとすることができる。

このような乗物用防音装置によると、アクセルの入力又はブレーキの入力が生じた後に、速度の変化が生じた場合、増幅率を再度変化させて調整することで、検出圧電素子部から検出される音を制御部で好適に反転・増幅し、出力圧電素子部から出力することができる。

上記構成において、前記制御部は、前記所定の増幅率を変化させる際に、前記可変抵抗器とは異なる可変抵抗器により抵抗値を変えることで、インピーダンス調整を行うこととすることができる。

このような乗物用防音装置によると、検出圧電素子部と出力圧電素子部との間の位相のずれを好適に調整し、制御部によって効率よく電圧を増幅することができる。

上記構成において、前記制御部は、前記可変抵抗器と、少なくとも２つのオペアンプと、を有する増幅回路部によって、前記検出圧電素子部で検出された音を増幅するとともに反転させることとすることができる。

このような乗物用防音装置によると、比較的簡易なアナログ回路で圧電素子部を制御することができる。また、検出圧電素子部で検出された音を、２つのオペアンプによって段階的に増幅することができる。例えば、１つ目のオペアンプを反転増幅回路として用い、２つ目のオペアンプを非反転増幅回路として用いて、段階的に増幅することができる。

本発明によれば、複雑な演算が不要な乗物用防音装置を提供することが可能となる。また、防音効果が向上する乗物用防音装置を提供することが可能となる。

実施形態に係る自動車を左方から視た説明図乗物用防音装置の電気的構成を示すブロック図増幅回路部を示す回路図アクセルの入力変化又はブレーキの入力変化が生じた場合に電圧増幅率を変化させる手順を示すフローチャート車速の変化が生じた場合に電圧増幅率を変化させる手順を示すフローチャート

＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１から図５によって説明する。本実施形態では、乗物としての自動車（車両）１に搭載される防音装置（乗物用防音装置）６を説明する。尚、図１において、矢印方向Ｆｒを前方、矢印方向Ｒｒを後方、矢印方向Ｔを上方、矢印方向Ｂを下方、紙面手前側の方向を左方、紙面奥側の方向を右方として各部を説明する。

自動車１は、回転して当該自動車１を走行可能にするホイール２，２と、車室内側に設けられた内装材であり、乗員が着座可能なシート３，３と、を備える。また、自動車１は、車両前方に設けられ、エンジン等を収容するエンジンルーム５と、車両のフロアを構成し、シート３，３が取り付けられた板金のフロアパネル４と、フロアパネル４等から車室内側に伝わるロードノイズ（騒音）を遮音して車室内空間を防音状態にする防音装置６と、を備える。

防音装置６は、圧電素子からなり、圧電性を有する圧電素子部４０，５０と、エンジンルーム５に収容され、圧電素子部４０，５０を制御する制御部１０と、を備える。圧電素子部４０，５０は、フロアパネル４の車室内側に取り付けられ、音を検出する検出圧電素子部４０と、検出圧電素子部４０の車室内側に取り付けられ、音を出力する出力圧電素子部５０と、からなる２層構造である。検出圧電素子部４０を構成する圧電素子の圧電特性は、出力圧電素子部５０を構成する圧電素子と同じである。

図２に示すように、制御部１０は、各検出部１３，１４，１５から検出されたアクセルの入力変化等に基づいてエンジンの駆動等を司るＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１と、ＥＣＵ１１に電気的に接続され、検出圧電素子部４０で検出された音を逆位相に反転するとともに、所定の増幅率で増幅して出力圧電素子部５０から出力する増幅回路部１２と、を備える。各検出部１３，１４，１５は、アクセルの入力変化を検出するアクセル検出部１３と、ブレーキの入力変化を検出するブレーキ検出部１４と、車速の変化を検出する車速検出部１５と、からなる。尚、検出圧電素子部４０は、制御部１０を介して出力圧電素子部５０に電気的に接続されている。

図３に示すように、増幅回路部１２は、検出圧電素子部４０に接続し、検出圧電素子部４０で検出された音から得られる電気信号を逆位相に反転するとともに増幅する反転増幅回路２０と、反転増幅回路２０と出力圧電素子部５０とに接続し、反転増幅回路２０で反転・増幅された電気信号をさらに増幅して出力圧電素子部５０へ伝達する非反転増幅回路３０と、からなる。反転増幅回路２０には、検出圧電素子部４０を介して交流電源２９が接続されている。

反転増幅回路２０は、オペアンプ２１と、複数の抵抗器２３，２４，２５とを備える。オペアンプ２１の非反転入力端子には、検出圧電素子部４０が接続されているとともに、コンデンサ２２及び抵抗器２３を介して正帰還が掛けられている。オペアンプ２１の反転入力端子には、抵抗器２４が接続されているとともに、抵抗器２５を介して負帰還が掛けられている。尚、抵抗器２３及び抵抗器２５は、ＥＣＵ１１（図２参照）の動作に基づいて抵抗値を変化可能な可変抵抗器である。

反転増幅回路２０においては、抵抗器２４の抵抗値をＲ２４、抵抗器２５の抵抗値をＲ２５、オペアンプ２１の非反転入力端子に入力される信号の電圧値をＶ０、オペアンプ２１の出力端子から出力される信号の電圧値をＶ１とした場合、Ｖ１＝Ｖ０＊（１＋Ｒ２５／Ｒ２４）の関係が成り立つ。従って、抵抗器２４と抵抗器２５の抵抗値の比（即ち、可変抵抗器２５の抵抗値）を変えることで、電圧値Ｖ０を電圧値Ｖ１に増幅する増幅率を変更することができる（反転増幅回路２０における電圧の増幅率を変化させることができる）。

また、反転増幅回路２０においては、抵抗器２３の抵抗値を変えることで、インピーダンスの調整を行い、圧電素子部４０，５０による防音効果が最も高くなる音の周波数（ピーク周波数）を設定することができる。

非反転増幅回路３０は、オペアンプ３１と、複数の抵抗器３２，３３とを備える。オペアンプ３１の非反転入力端子には、オペアンプ２１の出力端子が接続されている。オペアンプ３１の反転入力端子には、抵抗器３２が接続されているとともに、抵抗器３３を介して負帰還が掛けられている。尚、抵抗器３３は、ＥＣＵ１１（図２参照）の動作に基づいて抵抗値を変化可能な可変抵抗器である。

非反転増幅回路３０においては、抵抗器３２の抵抗値をＲ３２、抵抗器３３の抵抗値をＲ３３、オペアンプ３１の非反転入力端子に入力される信号（オペアンプ２１の出力端子から出力される信号）の電圧値をＶ１、オペアンプ３１の出力端子から出力される信号の電圧値をＶ２とした場合、Ｖ２＝Ｖ１＊（１＋Ｒ３３／Ｒ３２）の関係が成り立つ。従って、抵抗器３２と抵抗器３３の抵抗値の比（即ち、可変抵抗器３３の抵抗値）を変えることで、電圧値Ｖ１を電圧値Ｖ２に増幅する増幅率を変更することができる（非反転増幅回路３０における電圧の増幅率を変化させることができる）。

続いて、図１から図５を用いて、制御部１０が圧電素子部４０，５０を制御する手順について説明する。尚、図４の右下方に示す結合子（丸数字１）は、図５の左上方に示す結合子（丸数字１）に接続しているものとする。まず、図４に示すように、Ｓ１において、制御パラメータを基準値に設定する。具体的には、自動車１の走行テスト等において予め計測された騒音を遮音するために得られた初期値（基準値）に合わせるように、可変抵抗器２３，２５，３３の抵抗値等（制御パラメータ）を設定する（このときの増幅回路部１２で増幅する電圧の増幅率を「所定の増幅率」とよぶ）。

次に、Ｓ２において、検出圧電素子部４０によって騒音を検出する。ここで、Ｓ３において、アクセルの入力がなかった（アクセルの入力がアクセル検出部１３によって検出されず、アクセルの入力変化が生じなかった）場合は、Ｓ４に進む。Ｓ４において、ブレーキの入力がなかった（ブレーキの入力がブレーキ検出部１４によって検出されず、ブレーキの入力変化が生じなかった）場合は、図５に示すＳ５に進む。Ｓ５において、車速の変化が生じなかった（自動車１の速度の変化が車速検出部１５によって検出されなかった）場合は、可変抵抗器２３，２５，３３の抵抗値等を初期値から変化させず、インピーダンスや電圧の増幅率が維持される。

図４に示すように、Ｓ３において、アクセルの入力があった（アクセルの入力がアクセル検出部１３に検出され、アクセルの入力変化が生じた）場合は、Ｓ６に進む。Ｓ６において、ロードノイズの上昇により、検出圧電素子部４０で検出される騒音から得られる電気信号の電圧値Ｖ０（入力電圧）が増加する。ここで、Ｓ７において、制御電圧の限界に達しない（増幅回路部１２で増幅される電圧が、交流電源２９から供給可能な電圧の上限を越えない）場合は、Ｓ８に進む。Ｓ８において、可変抵抗器２３の抵抗値を変えてインピーダンスを調整し、Ｓ９において、可変抵抗器２５，３３の抵抗値を上げて、増幅回路部１２で増幅する電圧の増幅率を増加させる（所定の増幅率を増加させる）。

一方、Ｓ７において、制御電圧の限界に達する（増幅回路部１２で増幅される電圧が、交流電源２９から供給可能な電圧の上限を越える）場合、Ｓ１０に進む。Ｓ１０において、可変抵抗器２３の抵抗値を変えてインピーダンスを調整し、Ｓ１１において、可変抵抗器２５，３３の抵抗値を下げて、増幅回路部１２で増幅する電圧の増幅率を低下させる（所定の増幅率を低下させる）。

Ｓ４において、ブレーキの入力があった（ブレーキの入力がブレーキ検出部１４に検出され、ブレーキの入力変化が生じた）場合は、Ｓ１２において、ロードノイズの低下により、検出圧電素子部４０で検出される騒音から得られる電気信号の電圧値Ｖ０（入力電圧）が減少する。そして、Ｓ１３において、可変抵抗器２３の抵抗値を変えてインピーダンスを調整し、Ｓ１４において、可変抵抗器２５，３３の抵抗値を下げて、増幅回路部１２で増幅する電圧の増幅率を低下させる。

図５に示すように、Ｓ５において、車速の変化が生じた（自動車１の速度の変化が車速検出部１５によって検出された）場合、Ｓ１５に進む。Ｓ１５において車速が増加しない場合、即ち、Ｓ１６において車速が減少した場合、Ｓ１７に進み、ロードノイズの低下により入力電圧が減少する。そして、Ｓ１８において、可変抵抗器２３の抵抗値を変えてインピーダンスを調整する。Ｓ１９において、制御電圧の限界に達していないため、可変抵抗器２５，３３の抵抗値を上げて、増幅回路部１２で増幅する電圧の増幅率を増加させる。これにより、車室内の防音状態を維持する。

Ｓ１５において、車速が増加した場合、Ｓ２０に進み、ロードノイズの上昇により入力電圧が増加する。ここで、Ｓ２１において、制御電圧の限界に達しない場合は、Ｓ２２に進む。Ｓ２２において、可変抵抗器２３の抵抗値を変えてインピーダンスを調整し、Ｓ２３において、可変抵抗器２５，３３の抵抗値を上げて電圧の増幅率を増加させる。一方、Ｓ２１において、制御電圧の限界に達する場合、Ｓ２４に進む。Ｓ２４において、可変抵抗器２３の抵抗値を変えて、インピーダンスを調整し、Ｓ２５において、可変抵抗器２５，３３の抵抗値を下げて電圧の増幅率を低下させる。

続いて、本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、自動車１に設けられる防音装置６であって、圧電素子からなる圧電素子部４０，５０と、可変抵抗器２５，３３を有し、少なくとも可変抵抗器２５，３３で抵抗値を変えて圧電素子部４０，５０を制御する制御部１０と、を備え、圧電素子部４０，５０は、自動車１に取り付けられ、音を検出する検出圧電素子部４０と、検出圧電素子部４０に取り付けられ、音を出力する出力圧電素子部５０と、を備え、制御部１０は、検出圧電素子部４０で検出された音を逆位相に反転するとともに、所定の増幅率で増幅して出力圧電素子部５０から出力するものであり、自動車１において、アクセルの入力変化Ｓ３、ブレーキの入力変化Ｓ４、及び速度の変化Ｓ５のうち、少なくとも一つが生じた場合に、Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１９，Ｓ２３，Ｓ２５において、可変抵抗器２５，３３で抵抗値を変えて所定の増幅率を変化させることを示した。

このような防音装置６によると、例えば、アクセルの入力により、自動車１が加速する場合は、タイヤと路面との間で生じる摩擦音や衝突音、エンジンやモータ等の駆動音、及び風切り音等（ロードノイズ）が上昇する。このとき、検出圧電素子部４０で検出された音を、逆位相に反転するとともに、抵抗値の変化によって増幅率を増加させて、出力圧電素子部５０から出力することができる。また、ブレーキの入力により、自動車１が減速する場合は、ロードノイズが低下する。このとき、検出圧電素子部４０で検出された音を、逆位相に反転するとともに、抵抗値の変化によって増幅率を低下させて、出力圧電素子部５０から出力することができる。このようにして、複雑な演算処理を行うことなく、抵抗値を変えることでロードノイズを効果的に打ち消して防音することができる。

また、制御部１０は、Ｓ７，Ｓ２１において、検出圧電素子部４０から検出される音の増加に伴い入力される電圧が増加したときに、交流電源２９から供給可能な電圧を超える（制限電圧の限界に達する）場合、Ｓ１１，Ｓ２５において所定の増幅率を低下させ、所定の電圧を越えない（制限電圧の限界に達しない）場合、Ｓ９，Ｓ２３において所定の増幅率を増加させる。

このような防音装置６によると、アクセルの入力や速度の増加が生じ、ロードノイズの上昇により検出圧電素子部４０から検出される音が増加したとき、電源から供給可能な電圧（制限電圧）を超えるまで、所定の増幅率を増加させて防音効果の低下を防ぐことができる。

また、制御部１０は、Ｓ３，Ｓ４においてアクセルの入力変化又はブレーキの入力変化が生じた場合に、Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１４において所定の増幅率を変化させ、Ｓ５において速度の変化が生じた場合に、Ｓ１９，Ｓ２３，Ｓ２５において変化後の増幅率を更に変化させる。

このような防音装置６によると、アクセルの入力又はブレーキの入力が生じた後に、速度の変化が生じた場合、増幅率を再度変化させて調整することで、検出圧電素子部４０から検出される音を制御部１０で好適に反転・増幅し、出力圧電素子部５０から出力することができる。

また、制御部１０は、所定の増幅率を変化させる際に、Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１３，Ｓ１８，Ｓ２２，Ｓ２４において、可変抵抗器２５，３３とは異なる可変抵抗器２３により抵抗値を変えることで、インピーダンス調整を行う。

このような防音装置６によると、検出圧電素子部４０と出力圧電素子部５０との間の位相のずれを好適に調整し、増幅回路部１２によって効率よく電圧を増幅することができる。

また、制御部１０は、可変抵抗器２５，３３と、２つのオペアンプ２１，３１と、を有する増幅回路部１２によって、検出圧電素子部４０で検出された音を増幅するとともに反転させる。

このような防音装置６によると、比較的簡易なアナログ回路で圧電素子部４０，５０を制御することができる。また、検出圧電素子部４０で検出された音を、２つのオペアンプ２１，３１によって段階的に増幅することができる。本実施形態で示すように、１つ目のオペアンプ２１を反転増幅回路２０に用い、２つ目のオペアンプ３１を非反転増幅回路３０に用いて、段階的に増幅することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、圧電素子部は、フロアパネルの車室内側に設けられるものとしたが、これに限られない。例えば、圧電素子部は、フロアパネルの車室外側、インストルメントパネルの車室外側、又は、ホイールハウスのフェンダーライナー等に設けられていてもよい。

（２）上記実施形態以外にも、制御部が圧電素子部を制御する手順は適宜変更可能である。上記実施形態では、制御部は、アクセルの入力変化、ブレーキの入力変化、速度の変化の順で所定の増幅率を変化させるか否かを判断するものとしたが、これに限られない。例えば、ブレーキの入力変化、アクセルの入力変化、速度の変化の順で所定の増幅率を変化させるか否かを判断するものとしてもよい。また、アクセルの入力変化、ブレーキの入力変化、及び速度の変化を全て判断した後で、所定の増幅率を変化させるか否かを判断するものとしてもよい。

（３）上記実施形態以外にも、増幅回路部の回路配置は適宜変更可能である。増幅回路部の回路配置は、検出圧電素子部で検出された音を逆位相に反転・増幅し、出力圧電素子部から出力可能なものであればよい。

（４）上記実施形態以外にも、可変抵抗器の抵抗値を変える手順は適宜変更可能である。例えば、アクセルの入力変化又はブレーキの入力変化が生じた場合は、反転増幅回路の可変抵抗器の抵抗値のみを変えることによって電圧の増幅率を変化させ、車速の変化が生じた場合は、非反転増幅回路の可変抵抗器の抵抗値のみを変えることによって電圧の増幅率を変化させるものとしてもよい。

（５）上記実施形態で例示した乗物用防音装置は、車両用に提供されるもの限られず、種々の乗物において提供されるものであってもよい。例えば、地上の乗物としての列車や遊戯用車両、飛行用乗物としての飛行機やヘリコプターについても上記乗物用防音装置を適用することができる。

１…自動車（乗物）、６…防音装置（乗物用防音装置）、１０…制御部、１２…増幅回路部、２１，３１…オペアンプ、２３，２５，３３…可変抵抗器、４０…検出圧電素子部（圧電素子部）、５０…出力圧電素子部（圧電素子部）

Claims

乗物に設けられる乗物用防音装置であって、
圧電素子からなる圧電素子部と、
可変抵抗器を有し、少なくとも前記可変抵抗器で抵抗値を変えて前記圧電素子部を制御する制御部と、を備え、
前記圧電素子部は、
前記乗物に取り付けられ、音を検出する検出圧電素子部と、
前記検出圧電素子部に取り付けられ、音を出力する出力圧電素子部と、を備え、
前記制御部は、前記検出圧電素子部で検出された音を逆位相に反転するとともに、所定の増幅率で増幅して前記出力圧電素子部から出力するものである増幅回路部を備え、
前記増幅回路部は、
第１オペアンプと、前記第１オペアンプに接続した第１可変抵抗器及び第２可変抵抗器と、を有する反転増幅回路と、
第２オペアンプと、前記第２オペアンプに接続した第３可変抵抗器と、を有する非反転増幅回路と、を備え、
前記制御部は、前記乗物において、アクセルの入力変化、ブレーキの入力変化、及び速度の変化のうち、少なくとも一つが生じた場合に、前記反転増幅回路において前記第１可変抵抗器の抵抗値を変えてインピーダンス調整を行い、その後、前記反転増幅回路における前記第２可変抵抗器の抵抗値と前記非反転増幅回路における前記第３可変抵抗器の抵抗値とをいずれも変えて前記所定の増幅率を変化させることを特徴とする乗物用防音装置。
前記制御部は、前記検出圧電素子部から検出される音の増加に伴い入力される電圧が増加したときに、
所定の電圧を超える場合、前記所定の増幅率を低下させ、
前記所定の電圧を越えない場合、前記所定の増幅率を増加させることを特徴とする請求項１に記載の乗物用防音装置。
前記制御部は、前記乗物において、
アクセルの入力変化又はブレーキの入力変化が生じた場合に、前記所定の増幅率を変化させ、
速度の変化が生じた場合に、変化後の前記増幅率を更に変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の乗物用防音装置。