JPH04262012A - アクティブキャンセルマフラ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に装着されるア
クティブキャンセルマフラに関し、特に適応ディジタル
フィルタを備えたアクティブキャンセルマフラに係る。

【０００２】

【従来の技術】アクティブキャンセルマフラとしては、
例えば実開昭６３−１１８３２１号公報に記載されてい
るように、騒音源の内燃機関に対し騒音流出管たる排気
管の出口にスピーカ管を設け、このスピーカ管にキャン
セルスピーカを接続し、制御手段からの所定の制御信号
に応じて、内燃機関からの騒音即ち排気音の圧力波と逆
位相の粗密圧力波をキャンセルスピーカから出力させ、
両圧力波の打ち消し作用で消音を行うものが知られてい
る。同公報に記載の考案はキャンセルスピーカからの圧
力波の指向特性に着目したものであり、アクティブキャ
ンセル制御手段に関しては、入力された各種の情報をＣ
ＰＵにより予め定められた処理条件に従って演算処理を
行う旨簡単に説明されているのみである。

【０００３】ところで、近時、入力アナログ信号をディ
ジタル量に変換し、ディジタル信号処理回路にて適宜処
理した後、再度アナログ信号に変換して出力し、入力ア
ナログ信号と出力アナログ信号との間に所定の特性をも
たせるディジタルフィルタが注目されている。

【０００４】このディジタルフィルタにより、制御系に
影響を及ぼす情報を検知し、その変化に応じて自らの制
御特性を自動的に変えて、負荷の変化に拘らず最適な状
態とする適応制御を実現することができ、これが適応デ
ィジタルフィルタ（アダプティブディジタルフィルタ，
ＡＤＦ）と呼ばれ種々の制御への利用が検討されている
。就中、音響分野においてスピーカとマイクとの間の音
響経路を通って発生するエコーを消去するため、このエ
コーと略等しい擬似エコー信号を発生させて同定する音
響エコーキャンセラへの利用が注目されている。尚、適
応ディジタルフィルタの伝達関数が未知系の伝達関数に
等しくなり予測誤差が零となるように前者の伝達関数を
調整することを「未知系を同定する」という。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のアクティブキャ
ンセルマフラにおいて、内燃機関は排気音の発生源であ
り、排気マニホールド及び排気管の排気音経路は音響経
路ということができるので、上記音響エコーキャンセラ
技術を適用し得る可能性があるが、内燃機関特有の問題
との整合性に多くの課題があり直ちに適用可能というも
のではない。

【０００６】例えば、前掲の実開昭６３−１１８３２１
号公報に記載のシステムにおいて、仮にコントロールユ
ニットとして適応ディジタルフィルタを備えたものを用
いるとすると、エラー検出マイクからコントロールユニ
ットに至る入力側の伝達関数に遅延が生ずる。この遅延
が、コントロールユニットへの入力時のサンプリング周
期よりも長いときには、適応ディジタルフィルタは収束
せず、従って消音効果が得られなくなる。

【０００７】また、コントロールユニットからスピーカ
管に至り、更にスピーカ管からエラー検出マイクに至る
出力側の伝達関数に遅延が生ずると、例えば内燃機関の
加減速回転時のように、排気音の変化が速い場合、即ち
排気音の変動周期が短い場合には、適応ディジタルフィ
ルタの収束が遅く、消音効果は著しく低下するところと
なる。

【０００８】この対策として、第２の適応ディジタルフ
ィルタを付加し、その出力を上記適応ディジタルフィル
タの適応アルゴリズムに入力して伝達関数の係数を更新
するように構成することが考えられる。然し乍ら、これ
らの適応ディジタルフィルタは同一のエラー信号に基づ
いて制御されることになるので、消音効果が向上すれば
それだけエラー信号は小さくなり、第２の適応ディジタ
ルフィルタのＳ／Ｎ比が小さくなる。このため、第２の
適応ディジタルフィルタの動作が不安定となり、所期の
消音効果は得られない。

【０００９】そこで、本発明は、適応ディジタルフィル
タを利用すると共に、適応ディジタルフィルタに対する
入出力系における伝達関数の遅延に影響されることなく
、収束の速い制御により確実に消音し得るアクティブキ
ャンセルマフラを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のアクティブキャンセルマフラは、内燃機関
の排気管を含む排気音経路の出力口を囲繞するように配
設した拡張管と、該拡張管内に粗密圧力波を出力する圧
力波出力手段と、前記排気音経路の出力口近傍に配置し
出力圧力波に応じた信号を出力する第１の圧力検出手段
と、前記拡張管内の前記出力圧力波に直接影響されない
位置に配置し前記拡張管内の圧力に応じた信号を出力す
る第２の圧力検出手段と、前記内燃機関の回転に同期し
た信号を出力する回転検出手段と、第１の適応ディジタ
ルフィルタを有し、前記第１の圧力検出手段の出力信号
を入力し前記回転検出手段の出力信号に応じて前記第１
の適応ディジタルフィルタの伝達関数が前記排気音経路
の伝達関数と同定するように前記圧力波出力手段を駆動
制御する第１のフィルタ手段と、第２の適応ディジタル
フィルタを有し、前記第２の圧力検出手段の出力信号を
入力し前記第１の適応ディジタルフィルタの出力に応じ
て前記第２の適応ディジタルフィルタの伝達関数の係数
を更新する第２のフィルタ手段とを備え、前記第２の適
応ディジタルフィルタの出力及び前記第１の圧力検出手
段の出力信号に応じて前記第１の適応ディジタルフィル
タの伝達関数の係数を更新するようにしたものである。

【００１１】上記アクティブキャンセルマフラにおいて
、前記第２のフィルタ手段は、前記第１の適応ディジタ
ルフィルタの出力に応じて出力値を設定すると共に、該
出力値を前記第２の圧力検出手段の出力信号のディジタ
ル変換値から減じて演算値を設定し、該演算値を入力し
前記第１の適応ディジタルフィルタの出力に応じて前記
第２の適応ディジタルフィルタの伝達関数の係数を更新
するように構成するとよい。

【００１２】

【作用】上記アクティブキャンセルマフラにおいて、内
燃機関が起動し回転すると、各気筒内の爆発に応じて発
生する爆発音は、排気管を含む排気音経路を介して伝達
され排気音が形成される。そして、内燃機関の回転に同
期した信号が回転検出手段から出力される。また、排気
音経路から出力される出力圧力波に応じた信号が第１の
圧力検出手段によって検出され、第１のフィルタ手段に
出力される。

【００１３】第１のフィルタ手段においては、回転検出
手段の出力信号に応答し第１の圧力検出手段の出力信号
に基づき第１の適応ディジタルフィルタの伝達関数が排
気音経路の伝達関数と等しくなるように設定され、これ
に応じ圧力波出力手段に対し駆動信号が出力される。こ
の駆動信号に応じて圧力波出力手段から排気音経路の出
力口に粗密圧力波が出力され、排気音経路から出力され
る排気音の圧力波が打ち消され排気音が低減することと
なる。

【００１４】また、第２の圧力検出手段により、拡張管
内の出力圧力波に直接影響されない位置の圧力に応じた
信号が検出され、回転検出手段の出力と共に第２のフィ
ルタ手段に入力する。この第２のフィルタ手段において
は、第１の適応ディジタルフィルタの出力及び第２の圧
力検出手段の出力信号に応じて第２の適応ディジタルフ
ィルタの伝達関数の係数が更新される。そして、この第
２の適応ディジタルフィルタの出力及び第１の圧力検出
手段の出力信号に応じて第１の適応ディジタルフィルタ
の伝達関数の係数が更新される。而して、第１の適応デ
ィジタルフィルタの収束が速くなるように制御される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係るアクティブキャンセルマ
フラの望ましい実施例を図面を参照して説明する。図１
は本発明の一実施例を示すもので、内燃機関１の排気マ
ニホールド２に排気管３が接続されている。従って、排
気音源たる内燃機関１に対し排気マニホールド２及び排
気管３により排気音経路が構成されている。排気管３の
出口近傍には、拡張管４が排気管３と同軸に且つその出
口を囲繞するように装着され、この拡張管４内にアクチ
ュエータ５が収容されている。アクチュエータ５は本発
明にいう圧力波出力手段を構成するもので、電磁型ある
いは動電型のスピーカから成り、粗密圧力波が出力され
る。尚、アクチュエータ５は一個でも複数個でもよく、
電磁型スピーカ等に限らず、高出力を確保すべく電磁弁
により振動板を油圧駆動するように構成してもよい。

【００１６】排気管３の出口近傍には、排気管３及び拡
張管４からの出力圧力波に応じた信号を出力する第１の
圧力センサ６ａが設けられている。この第１の圧力セン
サ６ａは本発明にいう第１の圧力検出手段を構成するも
ので、マイクロホン等、圧力信号を電気信号に変換する
手段であれば、どのような態様であってもよい。

【００１７】また、拡張管４内の上記出力圧力波に直接
影響されない位置、例えば上記出力圧力波の圧力作動面
に対し後方側に、拡張室４内の圧力を検出する第２の圧
力センサ６ｂが設けられている。この第２の圧力センサ
６ｂは本発明にいう第２の圧力検出手段を構成するもの
で、第１の圧力センサ６ａと同様の構造としてもよい。

【００１８】更に、内燃機関１の回転に同期した回転信
号を出力する回転信号検出器７が設けられている。この
回転信号検出器７は、本発明にいう回転検出手段を構成
し、例えば内燃機関１の点火信号、クランク軸に設けら
れたクランク角センサ（図示せず）の出力信号、気筒内
圧力変動に応じた信号等、内燃機関１の回転に同期した
回転信号を検出するものである。具体的な一例を示せば
、シリンダブロックを締結するボルト（図示せず）に歪
ゲージ（図示せず）を貼着し、この歪ゲージにより気筒
内圧力変動に伴うボルトの歪みを検出し、気筒内圧力変
動に応じた信号を出力するように構成することができる
。この回転信号検出器７の出力信号は、第１の適応ディ
ジタルフィルタ１０のディジタルフィルタ１０ｆ及び第
２の適応ディジタルフィルタ２０のディジタルフィルタ
２０ｆに供給されるように構成されている。

【００１９】第１の圧力センサ６ａの出力信号は入力ア
ンプ１１ａを介して増幅され、アンチエリアシングフィ
ルタ１２ａにて折り返し雑音即ちエリアシングノイズが
阻止された後、Ａ／Ｄコンバータ１３ａによりディジタ
ル信号に変換されて第１の適応ディジタルフィルタ１０
に入力するように構成されている。そして、第１の適応
ディジタルフィルタ１０の出力ディジタル信号はＤ／Ａ
コンバータ１４によりアナログ信号に変換され、スムー
ジングフィルタ１５にて平滑化された後パワーアンプ１
６を介して増幅され、アクチュエータ５に駆動信号とし
て供給されるように構成されている。そして、第２の圧
力センサ６ｂの出力信号が入力アンプ１１ｂ、アンチエ
リアシングフィルタ１２ｂ及びＡ／Ｄコンバータ１３ｂ
を介して第２の適応ディジタルフィルタ２０に供給され
るように構成されている。

【００２０】第１の適応ディジタルフィルタ１０はディ
ジタルフィルタ１０ｆを有し、これを構成する乗算器の
係数を逐次制御するための適応アルゴリズム１０ａが構
成されており、ディジタルフィルタ１０ｆの伝達関数が
排気マニホールド２及び排気管３の排気音経路の伝達関
数に対し同定するように、各係数が適応アルゴリズム１
０ａを介して設定される。

【００２１】第２の適応ディジタルフィルタ２０は、デ
ィジタルフィルタ２０ｆを有し、これにより第１の適応
ディジタルフィルタ１０の出力に応じて自己の出力値が
設定され、この出力値が第２の圧力センサ６ｂの出力信
号のＡ／Ｄ変換値から減じられて演算値が設定され、こ
の演算値がエラー信号として入力され、適応アルゴリズ
ム２０ａにより自己の伝達関数の係数が更新されるとい
うものである。尚、上記Ａ／Ｄ変換値は、第２の圧力セ
ンサ６ｂの出力信号が入力アンプ１１ｂ及びアンチエリ
アシングフィルタ１２ｂを介してＡ／Ｄコンバータ１３
ｂに入力され、ここでＡ／Ｄ変換された値である。

【００２２】上記第１及び第２の適応ディジタルフィル
タ１０及び２０は乗算器、加算器などを用いて集積回路
化することにより実現できるが、本実施例では図２に示
すようにディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０
ｐ、メモリ１０ｍ、Ａ／Ｄコンバータ１３ａ，１３ｂ及
びＤ／Ａコンバータ１４によって実現することとしてお
り、プログラムの変更により容易にフィルタ機能を変更
し得る。尚、メモリ１０ｍはディジタルシグナルプロセ
ッサ１０ｐに内蔵することとしてもよい。

【００２３】あるいは、図３に示すようにマルチプレク
サ１７を設け、Ａ／Ｄコンバータ１３ａ，１３ｂを一つ
にまとめＡ／Ｄコンバータ１３としてもよい。即ち、図
３において、第１及び第２の圧力センサ６ａ，６ｂは、
夫々入力アンプ１１ａ，１１ｂ、及びアンチエリアシン
グフィルタ１２ａ，１２ｂを介してマルチプレクサ１７
に接続されている。このマルチプレクサ１７により、第
１及び第２の圧力センサ６ａ，６ｂの出力信号が、順次
Ａ／Ｄコンバータ１３を介してディジタルシグナルプロ
セッサ１０ｐに取り込まれる。

【００２４】次に、本実施例のアクティブキャンセルマ
フラの作動を説明する。内燃機関１が起動し回転すると
、各気筒内の爆発に応じて発生する爆発音は排気マニホ
ールド２及び排気管３の排気音経路を介して伝達され排
気音が形成される。従って、排気音は主に爆発の次数成
分の音によって構成されている。また、内燃機関１の回
転に同期した回転信号が回転信号検出器７から図２に示
すディジタルシグナルプロセッサ１０ｐに入力する。 この回転信号に応じてディジタルシグナルプロセッサ１
０ｐにて後述するように処理され、ディジタル信号が出
力される。そして、出力ディジタル信号はＤ／Ａコンバ
ータ１４を介してアナログ信号に変換され、スムージン
グフィルタ１５で平滑化された後パワーアンプ１６にて
増幅され、アクチュエータ５が駆動される。

【００２５】而して、アクチュエータ５により拡張管４
内に粗密圧力波が形成され、排気音の圧力波を囲繞する
ように出力される。即ち、両圧力波が相互に打ち消され
るように合成して出力される。この出力圧力波は第１の
圧力センサ６ａによって検出され、入力アンプ１１ａを
介して増幅され、アンチエリアシングフィルタ１２ａ及
びＡ／Ｄコンバータ１３ａを経てディジタルシグナルプ
ロセッサ１０ｐに入力する。一方、第２の圧力センサ６
ｂにより拡張管４内の圧力が検出され、入力アンプ１１
ｂにて増幅され、アンチエリアシングフィルタ１２ｂ及
びＡ／Ｄコンバータ１３ｂを経てディジタルシグナルプ
ロセッサ１０ｐに入力する。

【００２６】ディジタルシグナルプロセッサ１０ｐにお
いては、適応アルゴリズム２０ａによりディジタルフィ
ルタ２０ｆの伝達関数の係数が更新される。そして、こ
のディジタルフィルタ２０ｆの出力及び第１の圧力セン
サ６ａの出力信号に応じて、適応アルゴリズム１０ａに
よりディジタルフィルタ１０ｆの伝達関数の係数が更新
され、その伝達関数が排気マニホールド２及び排気管３
の排気音経路の伝達関数と同定するように制御される。

【００２７】この間のディジタルシグナルプロセッサ１
０ｐにおける作動を図４を参照して説明する。先ず、ス
テップ１０１においてシステムの初期化が行なわれ各係
数がクリアされる。次に、ステップ１０２にて回転信号
検出器７から回転信号Ｘが入力される。ステップ１０３
に進み、この回転信号Ｘに応じてディジタルフィルタ１
０ｆの出力値Ｙ１が設定される。そして、ステップ１０
４にて出力値Ｙ１がＤ／Ａコンバータ１４に出力される
。尚、この出力値Ｙ１はＤ／Ａコンバータ１４にてアナ
ログ信号に変換され、その出力アナログ信号に基づきア
クチュエータ５が駆動される。

【００２８】更に、ステップ１０５において第１の圧力
センサ６ａの出力信号がＡ／Ｄ変換されて第１の適応デ
ィジタルフィルタ１０にてＡ／Ｄ変換値Ｅ１が読み込ま
れる。そして、ステップ１０６にて、回転信号Ｘに応じ
てディジタルフィルタ２０ｆの出力値Ｙ２が設定される
。続いて、ステップ１０７にて、この出力値Ｙ２及び上
記変換値Ｅ１が適応アルゴリズム１０ａにかけられ、こ
れに従ってディジタルフィルタ１０ｆの伝達関数の係数
が更新され、その伝達関数が排気音経路の伝達関数と等
しくなるように設定される。

【００２９】ステップ１０８においては、第２の圧力セ
ンサ６ｂの出力信号がＡ／Ｄ変換されてＡ／Ｄ変換値Ｅ
２が第２の適応ディジタルフィルタ２０に読み込まれる
。そして、ステップ１０９に進み、ディジタルフィルタ
１０ｆの出力値Ｙ１がディジタルフィルタ２０ｆに入力
され、その出力値Ｙ３が設定される。更に、ステップ１
１０にて、この出力値Ｙ３が、第２の圧力センサ６ｂの
出力のＡ／Ｄ変換値Ｅ２から減じられ、演算値Ｅ３（＝
Ｅ２−Ｙ３）が求められる。この演算値Ｅ３は、ステッ
プ１１１にてディジタルフィルタ１０ｆの出力値Ｙ１と
共に適応アルゴリズム２０ａにかけられ、これに従って
ディジタルフィルタ２０ｆの伝達関数の係数が更新され
、ステップ１０２に戻る。

【００３０】以上のように、本実施例においては、回転
検出器７と第１の適応ディジタルフィルタ１０との間に
、第２の圧力センサ６ｂの出力信号に応答する第２の適
応ディジタルフィルタ２０が介装されているので、変動
の大きい排気音に対しても伝達関数の遅延を生ずること
なく、第１の適応ディジタルフィルタ１０の収束を速く
することができ、良好な消音効果が得られる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下に記載する効果を奏する。即ち、本発明のアクテ
ィブキャンセルマフラによれば、拡張管内の出力圧力波
に直接影響されない位置に第２の圧力検出手段が配置さ
れており、その出力信号に応じて第２の適応ディジタル
フィルタの伝達関数の係数が更新され、その出力及び第
１の圧力検出手段の出力信号に応じて更新された係数の
伝達関数を以って、内燃機関の回転に同期した回転信号
に応じて第１の適応ディジタルフィルタによる収束の速
い制御が行なわれるので、変動の大きい排気音に対して
も確実に消音することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアクティブキャンセル
マフラのブロック図である。

【図２】本発明の一実施例における第１及び第２の適応
ディジタルフィルタを実現する構成のブロック図である
。

【図３】本発明の他の実施例における第１及び第２の適
応ディジタルフィルタを実現する構成のブロック図であ
る。

【図４】本発明の一実施例におけるディジタルシグナル
プロセッサの制御作動を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１　　内燃機関 ２　　排気マニホールド（排気音経路）３　　排気管（
排気音経路） ４　　拡張管 ５　　アクチュエータ（圧力波出力手段）６ａ　　第１
の圧力センサ（第１の圧力検出手段）６ｂ　　第２の圧
力センサ（第２の圧力検出手段）７　　回転信号検出器
（回転検出手段）１０　　第１の適応ディジタルフィル
タ（第１のフィルタ手段） ２０　　第２の適応ディジタルフィルタ（第２のフィル
タ手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気管を含む排気音経路の
   出力口を囲繞するように配設した拡張管と、該拡張管内
   に粗密圧力波を出力する圧力波出力手段と、前記排気音
   経路の出力口近傍に配置し出力圧力波に応じた信号を出
   力する第１の圧力検出手段と、前記拡張管内の前記出力
   圧力波に直接影響されない位置に配置し前記拡張管内の
   圧力に応じた信号を出力する第２の圧力検出手段と、前
   記内燃機関の回転に同期した信号を出力する回転検出手
   段と、第１の適応ディジタルフィルタを有し、前記第１
   の圧力検出手段の出力信号を入力し前記回転検出手段の
   出力信号に応じて前記第１の適応ディジタルフィルタの
   伝達関数が前記排気音経路の伝達関数と同定するように
   前記圧力波出力手段を駆動制御する第１のフィルタ手段
   と、第２の適応ディジタルフィルタを有し、前記第２の
   圧力検出手段の出力信号を入力し前記第１の適応ディジ
   タルフィルタの出力に応じて前記第２の適応ディジタル
   フィルタの伝達関数の係数を更新する第２のフィルタ手
   段とを備え、前記第２の適応ディジタルフィルタの出力
   及び前記第１の圧力検出手段の出力信号に応じて前記第
   １の適応ディジタルフィルタの伝達関数の係数を更新す
   るようにしたことを特徴とするアクティブキャンセルマ
   フラ。
2. 【請求項２】　　前記第２のフィルタ手段は、前記第１
   の適応ディジタルフィルタの出力に応じて出力値を設定
   すると共に、該出力値を前記第２の圧力検出手段の出力
   信号のディジタル変換値から減じて演算値を設定し、該
   演算値を入力し前記第１の適応ディジタルフィルタの出
   力に応じて前記第２の適応ディジタルフィルタの伝達関
   数の係数を更新するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載のアクティブキャンセルマフラ。