JPH0411291A - 車室内騒音の低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は車室内騒音の低減装置に関し、特に周期的な音
源を有する自動車等の車室閉空間内の低周波の騒音をア
クティブに低減する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車等の車室内の騒音は、閉空間を形成する車室が一
定の条件下で共振現象を起こすことに因るものであり、
その原因たる起振力はエンジンの回転振動成分等による
ものと考えられている。

このような騒音を低減させるための対策として当初採ら
れていた手段は、パッシブ（受動的）なものであり、例
えば振動源であるエンジン系に対して結合剛性を向上さ
せ、伝達系に対しては各マウントのチューニングを行い
、車室内の発音体に対してはパネル剛性アップを図り、
更に共振対策として、マスダンパー、ダイナミンクダン
パー等を共振部分に施していた。

このようなパンシブな手段では、コストの上昇及び重量
の増大を招くと共に、その効果は不十分なものであった
。

一方、このような車室内騒音は、４気筒エンジンの場合
、クランク軸１回転の２回爆発成分で、所謂エンジン回
転２凍成分と称しているエンジン回転次数成分が主要因
と考えられており、このような要因で引き起こされるこ
もり音をアクティブに低減しようとする従来技術として
、特開昭５９−９６９９号公報や実開昭６２−１２７０
５１号公報等が既に提寓されている。

これらの従来技術では、エンジン回転２次成分としてイ
グニッションパルスを検出し、このパルス信号を種々処
理し、車室内のドライバの受註点で観測される騒音の各
周波数成分（回転次数成分）の逆位相で且つ大きさが騒
音成分と同しになる音をスピーカから別途付加すること
により、干渉効果で受聴点での騒音レベルを相殺・低減
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来例は、車室内静音の内、エン
ジン回転２次成分に起因するこもり音のみを低減するた
めの装置であり、エンジンの爆発（回転）による回転２
次成分以外の回転次数成分（４発次数成分）に起因する
騒音成分が存在しても除去することができず、騒音低減
が最適なものとならない。

また、車両のエンジン系、マウント系、電気系等の経時
的な変化や、電気信号系の温度特性の変化、更には乗員
の変化、車室内温度等の変化、及び何らかの外乱の侵入
等に絶えず対処することができないか、又は制御の即応
性が得られないという問題点があった。

従って、本発明は、車室内におけるエンジン回転２次成
分に起因するこもり音だけでなくそれ以外の騒音成分も
併せて除去でき且つ車両条件の種々の変化に即応できる
簡易な装置を実現することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため、本発明に係る車室内騒音の
低減装置では、エンジンの振動検出手段と、該検出手段
の検出信号から車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆
伝達関数を同定する適応型コントローラと、該コントロ
ーラの出力信号を車室内に出力するスピーカと、全車室
内騒音を検出するマイクロホンと、路面からの車体振動
を検出する手段とを備え、該コントローラが該マイクロ
ホンの入力が最小になるように該スピーカを制御すると
共に該車体振動が閾値を越えたときには一定時間、該ス
ピーカへの出力を停止するように構成している。

また、本発明では、エンジンの回転数検出手段と、該検
出手段の検出信号から車体の振動系の耳元までの伝達関
数の逆伝達関数を同定する適応型コントローラと、該コ
ントローラの出力信号を車室内に出力するスピーカと、
全車室内騒音を検出するマイクロホンと、路面からの車
体振動を検出する手段とを備え、該コントローラが該マ
イクロホンの入力が最小になるように該スピーカを制御
すると共に該車体振動が閾値を越えたときには一定時間
、適応ステップサイズを零にすることによっても上記の
課題を解決することができる。

［作　　用〕 本発明に係る車室内騒音の低減装置では、第１図の等価
ブロック図に示すように、Ｇはエンジンの振動によって
励起される車室内振動系の総合した伝達関数であって、
エンジンの振動に基づいてエンジン・マウントによる伝
達関数（ＭＴＣ）、トルク・ロッドによる伝達関数、キ
ャブ・マウントによる伝達関数等から成っており、この
伝達関数Ｇによりエンジン振動が車室内空間伝達路によ
って耳元で車室内騒音Ｙ　（ｎ）に変換された形で観測
されるものである。

この場合、エンジン振動自体はエンジン回転２次成分に
よるものであるが、耳元で観測される車室内静音Ｙ　（
ｎ）は伝達関数Ｇによりエンジン回転２次成分以外の成
分をも含むものとなっている。

この伝達関数Ｇは未知の値であり、コントローラ５によ
りこの伝達関数の逆伝達関数Ｑ−１を同定するが、この
コントローラ５はエンジン振動検出手段により検出され
たエンジン振動信号Ｘ　（ｎ）とマイクロホンからの出
力信号ｅ　（ｎ）とを常に入力し、そして、これらの信
号に基づいて周知のＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　５
ｑｕａｒｅ）法等によりフィルタ係数列Ｈを適応制御し
てスピーカ出力ｙ　（ｎ）を発生し、上記の車室内騒音
Ｙ　（ｎ）を相殺する。

このようにエンジンの振動が音になるまでを演算するこ
とにより消去音を発生するが、エンジン振動検出手段に
は、エンジン自体の振動と共に路面から車体への振動も
混入し得るので、システムが想定したのとは異なるルー
トの振動が加算されることとなり、スピーカから出力し
た音と騒音は位相が合わず、消音できないばかりか、同
相成分が加算されて騒音が悪化することもある。

騒音が悪化した場合、路面からの振動による騒音も含め
た室内騒音をコントローラの適応係数列を更新するため
の入力としてしまうので、係数列が乱れ、エンジンから
の騒音を消去できなくなってしまう。

そこで、本発明では、路面からの車体振動を別途手段１
０により検出し、この検出した車体振動が閾値を越える
ような大きなものであるときには一定時間、スピーカか
らの出力音を禁止することにより、車室内騒音の悪化を
防いでいる。

更に、第１図に示すエンジン振動Ｘ　（ｎ）はエンジン
の振動自体を検出する手段の代わりにエンジン回転数を
検出して車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆伝達関
数を同定し車室内騒音を消去することもできる（但し、
直接エンジン振動を検出する場合よりも応答性は若干劣
ることになる）が、この場合には、マイクの方だけ路面
からの車体振動を音としてピックアップし、エンジン回
転数の検出手段には混入しないので、路面からの振動が
大きいときでもμ＝０とし、適応コントローラが路面か
らの騒音を含んだマイク誤差信号でステップサイズμの
更新を行わないようにするだけで充分である。

従って、本発明のように路面からの車体振動が閾値より
大きいときには、エンジン振動を直接検出するか間接的
に検出するかに応してスピーカ出力を停止するか適応ス
テップサイズの更新を停止させれば、想定した経路以外
からの振動騒音によって車室内の残留騒音が却って大き
くなってしまうことや、適応制御系が狂ってしまうのを
防くことができると共にその後の通常制御での収束速度
を早めることになる。

〔実　施　例〕

第２図は本発明に係る車室内騒音の低減装置の一実施例
を示したもので、１は車両の車室、２は自動車１のエン
ジン、３はエンジン２のエンジン振動を直接検出するエ
ンジン振動センサ（ノンクセンサでも良い）又はエンジ
ンの回転数からエンジンの振動数を検出するエンジン回
転数センサ、４は車室内の騒音レベルを検出するマイク
ロホン、５はセンサ３及び４の出力によりエンジンの振
動で励起される車体の振動系の伝達関数の逆伝達関数を
同定するコントローラ、６は騒音を減少させる音を発生
するスピーカ、７はコントローラ５からの信号を増幅し
てスピーカ６を駆動する増幅器、８は車輪（タイヤ）、
９は車輪８のためのコイルスプリング、板ハネ等のサス
ペンション、そして１０はこのサスペンション９の上部
において路面に対する車体振動を検出するための振動セ
ンサである。

第３図は第２図に示したコントローラの一実施例を示し
たもので、この実施例では適応ディジタルフィルタで構
成されており、適応アルゴリズムとしては周知の最や降
下法や、学習同定法や、ＬＭＳ法等が挙げられるが、こ
こではＬＭＳ法を用いている。また、５１はＬＭＳ部５
０によりスピーカ出力ｙ　（ｎ）を制御するための出力
制御部５１である。

また、ｎ個のＺ−１はエンジン振動Ｘ　（ｎ）を各サン
プル毎に遅延させるための遅延素子を示し、ｎ個のｈ（
０）〜ｈ　（ｎ−１）は各遅延素子Ｚ−１に対し乗算す
るためのフィルタ（タップ）係数であり、各フィルタ係
数はＬＭＳアルゴリズム、即ち、ｈ（ｉ＋１）＝ｈ（ｉ
）＋　２　ｕ　ｅ（ｎ）Ｘ（ｎ−ｉ）に従ってサンプル
毎に更新される。但し、ｉ＝０・・・ｎ、μは上述した
ステップサイズである。

この場合のステップサイズμを選択することにより、フ
ィルタ係数を各サンプルのエンジン振動Ｘ　（ｎ）に掛
は且つ加算するという畳み込み演算を行うことにより増
幅器７を介してスピーカ６への出力信号ｙ　（ｎ）が求
められる。

このスピーカ出力ｙ　（ｎ）を、実際にドライバーの耳
元で観測される音圧Ｙ　（ｎ）から差し引くことにより
、マイクロホン４からの出力ｅ　（ｎ）　＝　Ｙ　（ｎ
）　−ｙ　（ｎ）が発生され、これに基づいて再びＬＭ
Ｓアルゴリズムによりフィルタ係数を更新すれば、徐々
に車室内の振動系の伝達関数Ｇの逆伝達関数Ｇ　−１を
同定して行くことができ、マイク出力ｅ　（ｎ）を最小
値に収束させることができる。

今、第２図の実施例においてエンジンの振動を検出する
手段としてエンジン振動センサ３を用いた場合、車両が
路面の継ぎ目や段差位置を乗り越えたとき、振動センサ
１０の出力は大きな値となるが、この振動出力が閾値を
越えるほどの大きな値であるときには、上述の如くスピ
ーカ６からの出力音と車室内騒音とは位相が合わず、消
音できないばかりか同相成分が加算されて騒音が悪化す
ることもあるので、ＬＭＳ部５０は、車体振動〉閾値の
ときは出力制御部５１を制御してスピーカ出力ｙ　（ｎ
ｌを発生させないようにする。

この場合、スピーカ出力を停止させる期間は、第４図に
示す如く、車体振動〉閾値の時点ｔｌの次のゼロ・クロ
ス点ｔ２から始めて、車体振動く閾値になった時点ｔ３
の次のゼロ・クロス点ｔ４になった時点までに出力制御
部５１が制御するこ。

とが好ましい。これは、スピーカ６からその入出力に伴
う衝撃音の発生を防ぐためであるが、少なくとも時点ｔ
１から一定時間設定すれば車体振動が閾値を頻繁に上下
するときのジッタを防ぐことができ、所期の目的も達成
することができる。

一方、第２図の実施例においてエンジン振動センサの代
わりにエンジン回転数センサ３を用いた場合には、エン
ジン回転数をエンジンの振動数に変換して上述の制御を
行うが、この制御の場合にはエンジン振動の振幅を検出
する直接の手段が無いので、この振幅についてはマイク
４の入力により推定して制御を行っている（これにより
、制御自体はエンジン振動センサを用いた場合より収束
速度が遅くなる）。

そのため、路面からの車体振動はセンサ３には混入しな
いが、依然としてマイク４には車体振動による振動音が
入力されてしまい、これに起因して誤差信号がマイク出
力ｅ　（ｎｌとなり、フィルタ（タップ）係数列ｈ（０
）〜ｈ　（ｎ−１）が乱され制御が収束に向かわなくな
ってしまので、かがる係数列の更新を禁止するため、ス
テップサイズμをＯにしてフィードバックをかけないオ
ーブン制御を行う。

この場合にステップサイズμを通常の値に戻すの方法と
しては、 ■車体振動く閾値になった時点（第４図のｔ４）から直
ちに戻す、 ■車体振動く閾値になった時点（第４図のｔ４）から一
定時間後に通常の値に戻す、 ■車体振動く閾値になった時点（第４図のｔ４）からμ
を時間の関数（例えば時間の１次関数）で戻す、 等の方法がある。

尚、エンジン振動信号Ｘ　（ｎ）がいつも平均値や自乗
平均値が時間的に変化しない定常信号であるとは限らな
いが、適切なサンプリング数とタップ数であれば過渡的
な状態でも制御を収束させることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る車室内騒音の低減装置では
、エンジン振動検出手段を用いて適応コントローラがマ
イクロホンの入力が最小になるようにスピーカを制御す
る際に、路面からの車体振動が閾値を越えたときには一
定時間、消音用のスピーカ出力を停止させるように構成
したので、路面からの振動入力が大きくエンジンに取り
付けた振動検出手段で正確にエンジンに起因する振動が
計測できなくなった時、位相・音圧がずれた為に消音で
きなくなった場合、スピーカ出力音を停止させて少なく
とも騒音を増加させることを防止することができる。

また、エンジン回転数検出手段を用いて適応コントロー
ラがマイクロホンの入力が最小になるようにスピーカを
制御する際に、路面からの車体振動が閾値を越えたとき
には一定時間、適応ステップサイズを零にするように構
成したので、路面からの振動騒音が在る間は効果は落ち
るものの、オーフ゛ン制御でエンジン騒音を消去するこ
とにより、通常ステップサイズの制御に戻ったときに適
応制御係数列の乱れが少なく、従ってその後の消音効果
の復帰が早くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る車室内騒音の低減装置を原理的
に示したブロック図、 第２図は、本発明に係る車室内騒音の低減装置の一実施
例を示す概略構成図、 第３図は、本発明に用いられるコントローラの一実施例
を示した図、 第４図は、本発明によるスピーカの出力音の制御状態を
示す波形図、である。 図において、１は車室、２はエンジン、３はエンジン振
動センサ又はエンジン回転数センサ、４はマイクロホン
、５はコントローラ、６はスピーカ、１０は振動センサ
、をそれぞれ示す。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの振動検出手段と、該検出手段の検出信
   号から車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆伝達関数
   を同定する適応型コントローラと、該コントローラの出
   力信号を車室内に出力するスピーカと、全車室内騒音を
   検出するマイクロホンと、路面からの車体振動を検出す
   る手段とを備え、該コントローラが該マイクロホンの入
   力が最小になるように該スピーカを制御すると共に該車
   体振動が閾値を越えたときには一定時間、該スピーカへ
   の出力を停止することを特徴とした車室内騒音の低減装
   置。
2. （２）エンジンの回転数検出手段と、該検出手段の検出
   信号から車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆伝達関
   数を同定する適応型コントローラと、該コントローラの
   出力信号を車室内に出力するスピーカと、全車室内騒音
   を検出するマイクロホンと、路面からの車体振動を検出
   する手段とを備え、該コントローラが該マイクロホンの
   入力が最小になるように該スピーカを制御すると共に該
   車体振動が閾値を越えたときには一定時間、適応ステッ
   プサイズを零にすることを特徴とした車室内騒音の低減
   装置。