JPH05281982A

JPH05281982A - 振動低減装置

Info

Publication number: JPH05281982A
Application number: JP4075000A
Authority: JP
Inventors: Tetsurou Butsuen; 哲朗佛圓; Hiroshi Uchida; 博志内田; Norihiko Nakao; 憲彦中尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】低減させたい振動に対して逆振動を発生する
ことにより振動の低減を図る振動低減装置において、リ
ファレンス信号を生成する必要がなく、また伝達関数モ
デルを必要としない簡易な構成により周期振動の低減を
図る。【構成】所定部位における低減対象振動d(k)に対する
逆振動x(k)を発生する逆振動発生手段20と、上記所定部
位における振動を検出する振動検出手段14と、上記低減
対象振動d(k)の周波数を検出する周波数検出手段と、振
動検出手段１４が検出した振動の検出信号e(k)に基づい
て逆振動発生手段20を駆動させるための制御振動y(k)を
生成する制御信号生成手段24とを設け、制御信号生成手
段24の伝達関数Ｗ(z) を下式によって定める。Ｗ(z) ＝Ｂ(z) ／Ａd(z) ここでＡd(z)は、Ａd(z)＝１−Ｚ^-Nと表わされるＺ変換
関数、Ｂ(z) は、制御信号生成手段２４を含むフィード
バックループを安定させるＺ変換関数である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低減させたい振動すな
わち低減対象振動に対して該振動を打ち消す逆振動を発
生してこれを低減対象振動に重ねることによって振動低
減を図る振動低減装置に関し、特に、周期振動の低減に
係る振動低減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車の室内におけるエン
ジン騒音、排気騒音、風騒音等の騒音（空気の振動）
や、エンジン振動、路面振動等による車体の振動など、
不快あるいは障害となる振動を低減させたいという要請
は種々の分野においてある。

【０００３】近年、低減させたい振動すなわち低減対象
振動に対して該振動を打ち消す逆振動を発生してこれを
低減対象振動に重ねることによって振動低減を図るいわ
ば積極的振動低減対策が注目されている。

【０００４】このような積極的振動低減対策に関する従
来技術としては、特表平1-501344号公報に開示された振
動低減装置が知られている。図６はこの従来技術による
振動低減装置を説明するための制御ブロック図である。
図６に示すように、上記公報記載の振動低減装置は、所
定部位における振動を検出する振動検出手段（マイクロ
ホン）２と、上記所定部位における低減対象振動d(k)
（k はサンプリング時刻を表わすパラメータ。以下同
様。）を低減させるための逆振動x(k)を発生する逆振動
発生手段（スピーカ）４と、該逆振動発生手段４を駆動
させるための制御信号y(k)を生成する制御信号生成手段
６とから構成されている。

【０００５】上記制御信号y(k)は、振動源（エンジン）
８の振動（あるいは振動源８の振動の情報が得られるも
の）を直接検出し、この検出信号fd(k) に基づいて生成
したリファレンス信号r(k)を制御手段６内の適応フィル
タＦ(z) （なお、本願明細書においては、Ｚ変換関数に
は符号に(z) を付すものとする。）に通過させることに
より生成されている。この制御信号y(k)により上記逆振
動発生手段４が駆動され、振動源８から上記所定部位に
伝達された低減対象振動d(k)に対する逆振動x(k)が発生
されて上記振動d(k)に重ねられる。

【０００６】振動源８から伝達される低減対象振動d(k)
と逆振動発生手段４から伝達される振動x(k)との合成振
動は、振動検出手段２により検出され、これがエラー信
号e(k)として制御手段６に入力される。そして、上記適
応フィルタＦ(z) の係数は、上記エラー信号が最小とな
るように時々刻々と調整され、これにより振動低減が図
られることになる。

【０００７】このように、従来の振動低減装置は、振動
源８の振動を直接検出してリファレンス信号r(k)を生成
し、このリファレンス信号r(k)に基づいて振動源８から
伝達された所定部位における振動d(k)に対する逆振動z
(k)を発生するというフィードフォワード制御的なシス
テム構成となっている。

【０００８】なお、上記適応フィルタＦ(z) の係数の調
整を行なうための適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ法
（Least Mean Square Method）、シンプレックス(Simpl
ex）法、ポエル(Powell)法などが知られており、図６に
示すのはこのうちＬＭＳ法によるものである。ＬＭＳ法
では、逆振動発生手段４と振動検出手段２との間の伝達
関数Ｈ(z) をも考慮して適応フィルタＦ(z) の係数を調
整するために、上記伝達関数Ｈ(z) をフィルタ10により
モデル化した伝達関数モデルＨ°(z) を用いており、こ
れにより逆振動発生手段４と振動検出手段２との間の空
間的距離がいわば補間されることになる。

【０００９】また、図６においては、説明の都合上適応
フィルタの数、逆振動発生手段４および振動検出手段２
等の個数をいずれも１つとしているが、実際にはこれら
が複数個設けられることが多い。さらに、図６において
は、振動源８、振動検出手段２間の伝達特性を伝達関数
Ｇd(z)として示している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
振動低減装置では、逆振動を発生させるために、振動源
の振動を直接検出して生成したリファレンス信号を用い
ている。しかし、リファレンス信号を生成するために
は、振動源の振動を直接検出するための専用のセンサ
や、検出した信号の波形整形を行なうための回路などが
必要となるので装置の構成が複雑となり、またコスト高
にもなる。

【００１１】また、従来の振動低減装置においては、Ｌ
ＭＳ法のような適応アルゴリズムを用いており、特にＬ
ＭＳ法では、逆振動発生手段、振動検出手段間の伝達関
数モデルが必要であるため、これにより構成が複雑とな
るだけではなく、逆振動発生手段、振動検出手段間の伝
達関数が変化するような場合には十分な振動低減効果が
得られないという問題があった。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑み、リファレンス
信号を生成する必要がなく、また伝達関数モデルを必要
としない、簡易な構成により十分な振動低減効果を得ら
れる振動低減装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明による振動低減装置は、周期振動を低減させる
振動低減装置であって、所定部位における低減対象振動
を低減させるための逆振動を発生する逆振動発生手段
と、前記所定部位における振動を検出する振動検出手段
と、前記低減対象振動の周波数を検出する周波数検出手
段と、前記振動検出手段が検出した検出信号に基づいて
前記逆振動発生手段を駆動させるための制御信号を生成
する制御信号生成手段とを備えてなり、前記制御信号生
成手段のＺ変換された伝達関数Ｗ(z) は、前記周波数検
出手段が検出した検出信号によって更新される下式で表
わされることを特徴とするものである。

【００１４】Ｗ(z) ＝Ｂ(z) ／Ａd(z) ここでＡd(z)は、Ａd(z)＝１−Ｚ^-Nと表わされるＺ変換
関数（ただし、Ｚ^-Nは、離散時間において、f(k)＝f(k-
Ｎ）となる周期関数f(k)に対してＺ^-N・f(k)＝f(k-Ｎ）
となるオペレータ。）であり、Ｂ(z) は、上記制御信号
生成手段を含むフィードバックループを安定させるＺ変
換関数である。

【００１５】

【作用および効果】上記本発明による振動低減装置の作
用および効果について、添付図面の図２に基づいて説明
する。図２は本発明の一実施例による振動低減装置のシ
ステムの構成を概略的に示す制御ブロック図である。

【００１６】上記本発明による振動低減装置は、所定部
位における低減対象振動d(k)を低減させるための逆振動
x(k)を逆振動発生手段20により発生する一方、この逆振
動発生手段20が発生した逆振動x(k)と上記低減対象振動
d(k)との合成振動を振動検出手段14により検出すると共
に、この検出信号e(k)に基づいて、上記逆振動発生手段
18を駆動させる制御信号y(k)を制御信号生成手段24によ
り生成することによって、上記所定部位における周期振
動を低減させるものである。

【００１７】上記制御信号生成手段26のＺ変換された伝
達関数Ｗ(z) は、

【００１８】

【数１】

【００１９】で表わされ、またこの式中のＡd(z)は、Ａd(z)＝１−Ｚ^-N …(2) で表わされるＺ変換関数であり、さらにこの式中のＺ^-N
は、f(k)＝f(k-Ｎ）となる周期関数f(k)に対してＺ^-N・f(k)＝f(k-Ｎ） …(3) となるオペレータであるので、周波数検出手段24が検出
した振動源Ｅの振動fd(k) が、fd(k) ＝fd(k- Ｍ）とな
る周期関数である場合、Ａd(z)＝１−Ｚ^-Mとすれば、Ａd(z)・fd(k) ＝（１−Ｚ^-M）・fd(k) ＝０ …(4) となる。

【００２０】一方、図２において、振動源Ｅ、振動検出
手段14間のＺ変換された伝達関数をＧd(z)、逆振動発生
手段18、振動検出手段14間のＺ変換された伝達関数をＨ
(z)とすると、上記振動検出手段14によって検出された
検出信号e(k)のＺ変換Ｅ(z)は、

【００２１】

【数２】

【００２２】と表わされる。

【００２３】(4) 式の性質により(5) 式中のＥ(z) は、Ｅ(z) →０ …(6) となるので、これにより上記所定部位における低減対象
振動d(k)を逆振動x(k)により低減させることが可能とな
る。

【００２４】なお、上記低減対象振動d(k)は、振動源Ｅ
の振動fd(k) に起因して振動源Ｅから振動検出手段14位
置まで伝達されたものであり、該低減対象振動d(k)の周
波数は、振動源Ｅの振動fd(k) の周波数と同一となる。
また、上記(4) 式中のＮ′は、周波数検出手段（図示
略）により検出された振動fd(k) の周波数に基づいて算
定され、該周波数の変化に応じて逐次更新されるもので
ある。

【００２５】上述のように本発明による振動低減装置に
よれば、従来技術のようにリファレンス信号を生成する
必要がなく、また伝達関数モデルを使用する必要もない
ので、構成が簡易となり、コストの低減が図れる。ま
た、制御システムが、伝達関数モデルを必要せず、直接
検出した振動に基づいて逆振動を生成するというフィー
ドバック制御となっているので、逆振動発生手段と振動
検出手段との間の伝達関数が変動した場合においても有
効に振動を低減することが可能となる。

【００２６】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明による振動
低減装置の実施例を説明する。

【００２７】図１は本発明の一実施例による振動低減装
置の概略を示す図である。

【００２８】図示した本実施例による振動低減装置は、
自動車の室内における振動のうち、乗員が着座した位置
において感じられるエンジンＥを振動源とする耳障りな
周期的な空気の振動、すなわち周期的なエンジン騒音を
低減させるものである。図１に示すように、この振動低
減装置は、各座席のヘッドレスト12位置に取り付けられ
た振動検出手段としての複数個のマイクロホン14と、エ
ンジン騒音周波数を検出する周波数検出手段としてのイ
グニッションパルス検出器（以下、ＩＧパルス検出器と
称する。）16と、該ＩＧパルス検出器16から送出された
イグニッションパルス信号（以下、ＩＧパルス信号と称
する。）および上記各マイクロホン14によって検出され
た騒音を変換してなる検出信号を入力されるコントロー
ラ18と、該コントローラ18により駆動され上記ヘッドレ
スト12位置における騒音を低減させる音を発生する逆振
動発生手段としての複数個のスピーカ20とを備えてい
る。

【００２９】上記各マイクロホン14は、各乗員の両耳の
位置と略一致する位置に配されており、これによりコン
トローラ18には、各乗員に実際に聞こえている音に応じ
た検出信号が入力されることになる。また、上記各スピ
ーカ20は、ＣＤ、磁気テープ、チューナ等からの音声信
号を音に変えて出力する一般のオーディオ用スピーカで
あって、このような音と上記騒音の打ち消し音とを同時
に、または一方のみを出力するようになっている。

【００３０】さらに、運転席のインストルメントパネル
近傍には、乗員が本装置のＯＮ／ＯＦＦあるいは打ち消
す騒音の種類の切換えを適宜行なうためのスイッチ22が
設けられている。また、ＩＧパルス検出器16は、エンジ
ンＥの回転に周期した信号を取り出すもので、例えばク
ランク軸の回転検出あるいはイグナイタからのイグニッ
ションタイミング検出等により得られたエンジンＥの振
動をＩＧパルス信号として出力するものである。

【００３１】本装置は、マイクロホン14が実際に検出し
た周期的なエンジン騒音に基づいて、これを打ち消すた
めの打ち消し音をスピーカ20より出力し、この打ち消し
音を周期的なエンジン騒音に重ねることによって、この
周期騒音の低減を図るものであり、このよう騒音低減制
御は、図２に示す制御システムによって実行される。

【００３２】図２は本実施例による振動低減装置の制御
システムの構成を概略的に示す制御ブロック図である。

【００３３】図２に示すようにマイクロホン14には、ス
ピーカ20から出力された打ち消し音x(k)（k はサンプル
時刻を表わすパラメータ。以下同様。）と、エンジンＥ
からマイクロホン14位置に伝達された周期的なエンジン
騒音d(k)との合成音が検出され、この合成音は、マイク
ロホン14によりエラー信号e(k)としてコントローラ18に
時々刻々と入力される。なお、本実施例では、エンジン
Ｅ、マイクロホン14間の伝達関数をＧd(z)（(z) はＺ変
換関数であることを示す。以下同様。）スピーカ20、マ
イクロホン14間の伝達関数をＨ(z) としている。

【００３４】コントローラ18は、入力されたエラー信号
e(k)に基づいてスピーカ18を駆動させるための制御信号
y(k)を生成する。この制御信号y(k)は、コントローラ18
内の制御信号生成手段としてのフィルタ24にエラー信号
e(k)を通過させることにより得られ、この制御信号y(k)
によりスピーカ20を駆動させて打ち消し音x(k)を発生さ
せることにより上記エンジン騒音d(k)を低減させること
が可能となる。以下、このことを詳述する。

【００３５】エンジン騒音d(k)の原因となるエンジン振
動fd(k) が、 fd(k) ＝ f_A・sin （ωk Ｔ） …(7) ここで、 f_A；エンジン振動の振幅 ω；エンジン振動の角周波数［rad/sec ］Ｔ；サンプリング周期 k ；サンプリング時刻となる正弦波である場合、離散化されたＺ変換関数Ａd
(z)を、Ａd(z)＝１−２cos （ωＴ）・Ｚ^-1＋Ｚ^-2 …(8) ここでＺ^-N（Ｎは整数）は、離散時間においてf(k)＝f
(k-Ｎ）となる周期関数f(k)に対して、Ｚ^-N・f(k)＝f(k-Ｎ）（k ≧Ｎ）となるオペレータ。

【００３６】と定めると、Ａd(z)・fd(k) ＝（１−２cos （ωＴ）・Ｚ^-1＋Ｚ^-2）fd(k) ＝０ …(9) となる。

【００３７】そこで、本実施例においては、上記制御信
号生成手段としてのフィルタ24のＺ変換された伝達関数
Ｗ(z) を、上記Ａd(z)を利用して、

【００３８】

【数３】

【００３９】ここでＢ(z) は、図２におけるフィルタ24
を含むフィードバックループを安定させる項である。

【００４０】とすることにより、上記エンジン騒音d(k)
の低減を図るものである。

【００４１】すなわち、図２においてエラー信号e(k)の
Ｚ変換Ｅ(z) は、各伝達関数を用いて、

【００４２】

【数４】

【００４３】と表わすことができる。

【００４４】(9) 式の性質より、(11)式は、Ｅ(z) →０ …(12) となり、これによりマイクロホン14位置でのエンジン騒
音d(k)が低減できることになる。

【００４５】なお、上記フィルタ24の伝達関数Ｗ(z)
（詳しくはＡd(z)）は、ＩＧパルス検出器16により検出
されたエンジン振動fd(k) の角周波数ωによって更新さ
れ、これによりエンジン騒音d(k)の周波数の変化に対し
ても対応することが可能となる。

【００４６】上述のように本実施例による振動低減装置
によれば、従来技術のようにリファレンス信号を生成す
る必要がなく、またＬＭＳ法のような伝達関数モデルを
必要とする適応アルゴリズムを使用していないので構成
が簡易となり、低コスト化が図れる。また、制御システ
ムが、伝達関数モデルを必要とせず、直接検出した騒音
に基づいて打ち消し音を生成するという、フィードバッ
ク制御となっているので、車室内の伝達関数Ｈ(z) が、
乗員の増減、窓の開閉により変動するような場合におい
ても有効に騒音低減が図れる。

【００４７】以上、本発明による振動低減装置の一実施
例を説明したが、本発明による振動低減装置は、かかる
態様に限定されるものではなく、種々の変更を行なうこ
とが可能である。

【００４８】例えば、上記実施例は、自動車の室内にお
ける周期的なエンジン騒音を低減させるために、スピー
カより打ち消し音を発生する構成としているが、低減さ
せたい周期騒音が、ある固体（例えばエンジンの車体へ
のマウント部）の周期振動に起因するものである場合、
この周期振動を直接低減することによって周期騒音の低
減を図ることも可能である。

【００４９】このような振動低減装置の概略を図３に示
す。図３は本発明の他の実施例による振動低減装置の概
略を示す図である。

【００５０】図３に示す本実施例による振動低減装置が
上記実施例による装置と異なるのは、エンジンＥから発
生する周期騒音を低減させるための逆振動を発生する逆
振動発生手段が、スピーカではなくエンジンＥの車体フ
レーム28へのマウント部Ｍに取り付けられたアクチュエ
ータ30である点にある。すなわち、本装置においては、
車室内に設けられた各マイクロホン14により検出された
周期騒音の検出信号がコントローラ18に入力され、コン
トローラ18は、この入力信号に基づいて上記マイクロホ
ン14位置における周期騒音の原因となるエンジンＥのマ
ウント部Ｍにおける車体フレーム28の周期振動を打ち消
すために、その逆振動をアクチュエータ30により発生さ
せ、この逆振動が上記周期振動と重ねられることによ
り、車室内における上記周期騒音の低減が図られる。な
お、コントローラ18の構成は、上記実施例のものと同様
であり、説明は省略する。

【００５１】また、本発明による振動低減装置は、車室
内の周期騒音の低減のためではなく、車体の周期振動自
体の低減のためにも適用できる。このような振動低減装
置の概略を図４に示す。図４は本発明のその他の実施例
による振動低減装置の概略を示す図、および図５はその
制御システムの構成を概略的に示す図である。

【００５２】図４に示す本実施例による振動低減装置に
おいては、振動検出手段が、マイクロホン14ではなく、
エンジンＥの車体フレーム28へのマウント部Ｍ近傍に設
けられた振動センサ32である点が前の実施例と異なる。
また、図５に示すようにコントローラ18内のフィルタ22
の伝達関数Ｗ(z) に用いられるＢ(z) （図２参照）とし
て、振動センサ32が検出した振動加速度を積分して振動
速度に変換する積分項を用いている。すなわち、図２と
図５との対比において、本実施例は、Ｂ(z) を

【００５３】

【数５】

【００５４】とした具体例と考えることができる。な
お、その他の構成については基本的に変わらないので、
その詳細な説明は省略する。

【００５５】なお、本発明による振動低減装置が、自動
車における周期振動の低減のみならず、他の種々の分野
における周期振動の低減に関しても適応可能であること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による振動低減装置の概略を
示す図

【図２】上記振動低減装置の制御システムの構成を概略
的に示す制御ブロック図

【図３】本発明の他の実施例による振動低減装置の概略
を示す図

【図４】本発明のその他の実施例による振動低減装置の
概略を示す図

【図５】本発明のその他の実施例による振動低減装置の
制御システムの構成を概略的に示す制御ブロック図

【図６】従来技術による振動低減装置を説明するための
制御ブロック図

【符号の説明】

２，14 マイクロホン（振動検出手段）４，20 スピーカ（逆振動発生手段） 16 イグニッションパルス検出器（周波数検出手段） 24 制御信号生成手段Ｅエンジン（振動源）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周期振動を低減させる振動低減装置であ
って、所定部位における低減対象振動を低減させるための逆振
動を発生する逆振動発生手段と、前記所定部位における
振動を検出する振動検出手段と、前記低減対象振動の周
波数を検出する周波数検出手段と、前記振動検出手段が
検出した検出信号に基づいて前記逆振動発生手段を駆動
させるための制御信号を生成する制御信号生成手段とを
備えてなり、前記制御信号生成手段のＺ変換された伝達関数Ｗ(z)
は、前記周波数検出手段が検出した検出信号によって更
新される下式で表わされることを特徴とする振動低減装
置。Ｗ(z) ＝Ｂ(z) ／Ａd(z) ここでＡd(z)は、Ａd(z)＝１−Ｚ^-Nと表わされるＺ変換
関数（ただし、Ｚ^-Nは、離散時間において、f(k)＝f(k-
Ｎ）となる周期関数f(k)に対してＺ^-N・f(k)＝f(k-Ｎ）
となるオペレータ。）であり、Ｂ(z) は、上記制御信号生成手段を含むフィードバック
ループを安定させるＺ変換関数である。