JPH04272416A - 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】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。

【０００９】

【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圧力検出手段と、前
記拡張管内に配置し前記拡張管内の気体の状態を検出す
る状態検出手段と、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
すると共に、予め前記拡張管内の気体の状態に対応して
前記第２の適応ディジタルフィルタの伝達関数の基本係
数を記憶する記憶手段を有し、前記状態検出手段の出力
に応じて前記基本係数に基づき前記第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。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】一方、状態検出手段により拡張管内の気体
の状態が検出され、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、記憶手段によって、予め拡張管内の気体の状態に
対応して第２の適応ディジタルフィルタの伝達関数の基
本係数が記憶されており、この基本係数に基づき、状態
検出手段の出力に応じて第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、拡張管内の気体の状態に応
じて第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。

【００１３】

【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。

【００１４】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圧力セ
ンサ６が設けられている。この圧力センサ６は本発明に
いう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。

【００１５】また、拡張管４内の気体即ち排気ガスの状
態を検出する状態検出器８が設けられている。この状態
検出器８は、具体的には図２に示すように、拡張管４内
の排気ガスの圧力であって、上記出力圧力波の圧力作動
面に対し後方側の圧力を検出する背圧センサ８ａ、排気
ガスの温度を検出する温度センサ８ｂ、及び排気ガスの
湿度を検出する湿度センサ８ｃから成る。尚、これらに
加え、拡張管４内の排気ガスの状態を示す他の信号を検
出するセンサを設けることとしてもよい。

【００１６】更に、図１の内燃機関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及び第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。

【００１７】圧力センサ６の出力信号は入力アンプ１１
を介して増幅され、アンチエリアシングフィルタ１２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１
４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１６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、上記状態検出器８の出
力信号が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に入力するように構成されている
。

【００１８】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。

【００１９】第２の適応ディジタルフィルタ２０もディ
ジタルフィルタ２０ｆを有し、第１の適応ディジタルフ
ィルタ１０の伝達関数の係数を適切なタイミングで更新
し得るように、自己の伝達関数の係数を更新するための
係数更新アルゴリズム２０ａが構成されている。即ち、
後述する状態検出器８の出力信号がＡ／Ｄコンバータ１
３ｂを介して入力され、後述するマップデータに基づき
自己の伝達関数の係数が更新されるように構成されてい
る。

【００２０】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１３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。メ
モリ１０ｍには制御プログラム等に加え、拡張管４内の
背圧、温度及び湿度等、気体の状態に対応して、第２の
適応ディジタルフィルタ２０の伝達関数の基本係数がマ
ップデータとして記憶されるように構成されており、本
発明にいう記憶手段として機能する。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。

【００２１】背圧センサ８ａ、温度センサ８ｂ及び湿度
センサ８ｃは、夫々入力アンプ１１ａ乃至１１ｃ、及び
アンチエリアシングフィルタ１２ａ乃至１２ｃを介して
マルチプレクサ１７に接続されている。同様に、圧力セ
ンサ６が入力アンプ１１及びアンチエリアシングフィル
タ１２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、圧力センサ６の出力信
号と共に、状態検出器８の各センサ８ａ乃至８ｃ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。即ち、図１
に示したＡ／Ｄコンバータ１３ａ，１３ｂはＡ／Ｄコン
バータ１３として共用される。尚、これらは周知のもの
であるので説明は省略する。

【００２２】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。

【００２３】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。この出力圧力波は圧力セ
ンサ６によって検出され、入力アンプ１１を介して増幅
され、アンチエリアシングフィルタ１２を経てマルチプ
レクサ１７に入力する。一方、状態検出器８において拡
張管４内の気体の状態が検出され、各出力信号が入力ア
ンプ１１ａ乃至１１ｃにて増幅され、アンチエリアシン
グフィルタ１２ａ乃至１２ｃを経てマルチプレクサ１７
に入力する。そして、各信号が、予め定められた順にＡ
／Ｄコンバータ１３にてディジタル信号に変換された後
、圧力センサ６の出力信号はエラー信号としてディジタ
ルシグナルプロセッサ１０ｐに入力し、状態検出器８の
各出力信号は状態信号として入力する。

【００２４】ディジタルシグナルプロセッサ１０ｐにお
いては、上記状態信号に応じて、メモリ１０ｍに記憶さ
れたマップデータの基本係数に基づき、係数更新アルゴ
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の出力及び圧力センサ６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１０
ｆ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。

【００２５】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３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。

【００２６】更に、ステップ１０５において圧力センサ
６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Ｅ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Ｅ
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。

【００２７】一方、ステップ１０８において、背圧セン
サ８ａの検出値Ｐ、温度センサ８ｂの検出値Ｔ、及び湿
度センサ８ｃの検出値ＭがＡ／Ｄ変換されて第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にて、ディジタルフィルタ２０ｆの伝達関数
の係数を更新する必要があるか否かが判定され、必要で
あればステップ１１０が実行された後、必要でなければ
そのままステップ１０２に戻る。ステップ１１０におい
ては、上記検出値Ｐ，Ｔ，Ｍに応じて、メモリ１０ｍに
記憶されたマッププデータの基本係数に基づきディジタ
ルフィルタ２０ｆの伝達関数の係数が更新される。この
ようにして、圧力センサ６の出力が最小となるように上
記ステップが繰り返される。

【００２８】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
、状態検出器８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。

【００２９】

【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、内燃機関の回転に同期
した回転信号及び拡張管内の気体の状態に応じた信号に
基づき、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、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）６　　圧力セ
ンサ（圧力検出手段） ７　　回転信号検出器（回転検出手段）８　　状態検出
器（状態検出手段） 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 (1)

【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
   力する圧力検出手段と、前記拡張管内に配置し前記拡張
   管内の気体の状態を検出する状態検出手段と、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すると共に、予め前記拡張管
   内の気体の状態に対応して前記第２の適応ディジタルフ
   ィルタの伝達関数の基本係数を記憶する記憶手段を有し
   、前記状態検出手段の出力に応じて前記基本係数に基づ
   き前記第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。