JPH096367A

JPH096367A - 車室内騒音低減装置

Info

Publication number: JPH096367A
Application number: JP7153359A
Authority: JP
Inventors: Manpei Tamamura; 万平玉村; Eiji Shibata; 英司柴田
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】安価で、スペースをとらず、軽量で、簡単に騒
音の騒音源信号を精度良く検出し運転条件によらず安定
した制御を行う車室内騒音低減装置を提供する。【構成】振動伝達力は、エンジンマウント１１のマウン
トラバーと中間板１３に伝達し、圧電材料で形成された
中間板１３の力に応じた電圧変化が入力信号変換回路１
４から、プライマリソースＰs として適応フィルタ１５
とＣMN0 回路１６とに入力される。適応フィルタ１５で
はプライマリソースＰs はフィルタ係数と合成され、ス
ピーカ２０から相殺音として発せられ、受聴点で、振動
騒音と相殺音とが干渉し騒音が低減させられ、マイク２
１で騒音低減状態が検出されＬＭＳ演算回路１７に入力
される。ＣMN0 回路１６ではプライマリソースＰs は補
償係数と合成されＬＭＳ演算回路１７に出力される。そ
して、ＬＭＳ演算回路１７で騒音低減状態とＣMN0 回路
１６からの信号とに基づきフィルタ係数を更新する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車室内の騒音を、騒音
源と受聴点での騒音低減状態とに基づいて形成した相殺
音と干渉させて低減させる車室内騒音低減装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンやサスペンション等
の騒音源の振動を主要因とする車室内騒音に対して、マ
ウント、その他制振材により、騒音源の振動を抑え、車
室内騒音を低減することが行われている。

【０００３】このようなエンジンやサスペンション等の
騒音源側と車体側との間に使用されるマウントや制振部
材には、図７に示すように、その振動特性（ばね特性や
共振周波数等）を調整するために中間板が多く用いられ
ている。図７（ａ）はエンジン１と車体２側との間に使
用されるマウントラバー３に中間板４を用いた例を、図
７（ｂ）はアーム５と車体側（クロスメンバ）６との間
に使用されるラバーブッシュ７に中間板８を用いた例で
ある。

【０００４】図８で上記図７（ａ）の原理・作用を説明
すると、中間板はマウントラバー３の圧縮方向（図中縦
方向の矢印）のばね定数を高め、せん断方向（図中横方
向の矢印）のばね定数への影響をほとんど与えない働き
がある。圧縮方向のばね定数は、中間板４によりゴムの
変形が抑えられるために上昇するが、ゴム形状によって
は、約２倍のばね定数にすることができる。すなわち、
図８（ａ）に示す中間板４のないマウントラバー９は、
図８（ｂ）に示すように、圧縮方向の力Ｐ1 で大きく変
形することができるが、図８（ｃ）（図７（ａ））に示
すように、中間板４をマウントラバー３に介装すること
により、図８（ｄ）に示すように、圧縮方向の力Ｐ2 で
変形することが抑制され、同じ縦方向変位の変形を得る
ためにＰ1 より大きな力Ｐ2 （Ｐ2 はＰ1 の約２倍）を
必要とする。騒音源側からの振動伝達力は、騒音源側と
車体側の振動特性によって一概にいえないが、マウント
ラバーやラバーブッシュの圧縮方向のばね定数が、せん
断方向に比べて数倍（例えば、５倍）と大きく、中間板
によりさらに倍増するので圧縮方向の要因が非常に大き
くなる。

【０００５】一方、最近では、特開平５−３５２８２号
公報あるいは特開平５−８６８３３号公報等に開示され
るように、ＬＭＳ（Ｌeast Ｍean Ｓquare ）アルゴリ
ズム、或いは、このＬＭＳアルゴリズムを多チャンネル
に拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ（Ｍultiple Ｅrror Ｆil
tered Ｘ−ＬＭＳ）アルゴリズムを利用し、エンジンや
サスペンション等の騒音源の振動を主要因とする車室内
騒音に対して、この振動騒音と同一振幅で逆位相の音
（相殺音）を音源から発生させ、車室内騒音を低減させ
る車室内騒音低減装置が提案され一部実用化され始めて
いる。

【０００６】この車室内騒音低減装置では、消音しよう
とする振動騒音と相関の高い信号を騒音源信号（プライ
マリソース）として検出し、このプライマリソースから
適応フィルタによって騒音に対する相殺音を合成してス
ピーカから発生する。そして、受聴点における騒音低減
状態を誤差信号（エラー信号）としてマイクにより検出
し、このエラー信号と上記プライマリソースとからＬＭ
Ｓアルゴリズムにより適応フィルタのフィルタ係数を更
新して受聴点における騒音低減を最適な値とするように
なっている。

【０００７】車室内の振動騒音は、エンジンやサスペン
ション等の騒音源側の振動が、主に、マウントや制振部
材あるいは空気等の伝達媒体を伝達し、車体側を振動さ
せることによって生じる。このため、前記先行例では、
騒音源側の振動を振動センサで検出し、プライマリソー
スとして得ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、騒音源
側の振動を検出しても車体側の状態（振動）により、振
動騒音は変化してしまう。すなわち、騒音源側とともに
車体側も、それぞれ別の要因で振動しており、騒音源側
と車体側の相対的な変位（振動伝達力で示される変位）
によって振動騒音は変化してしまい、騒音源側の振動を
検出しても正確なプライマリソースを得られないといっ
た問題がある。

【０００９】また、このような車室内騒音低減装置で
は、振動源の振動、或いは、振動伝達力を検出するた
め、検出の容易さから複数の加速度センサを用いたもの
が多い。しかし、この複数の加速度センサを用いた検出
システムでは、測定系の制御が複雑となる上、コスト、
スペース、重量の面で不利となるといった問題がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、安価で、スペースをとることなく、軽量で、簡単
に、車室内騒音に関わる騒音源信号を精度良く検出する
ことができ、運転条件によらず安定した制御を行うこと
ができる車室内騒音低減装置を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による車室内騒音低減装置は、車室内騒音の騒音
源の振動を騒音源信号として騒音源信号検出手段で検出
し、所定に変換して適応フィルタで合成し、相殺音発生
手段から騒音に対する相殺音として発生し、受聴点の騒
音低減状態を誤差信号として誤差信号検出手段で検出
し、上記誤差信号と車室内伝達特性で補償した上記騒音
源信号とに基づき上記適応フィルタの係数更新を行う車
室内騒音低減装置において、上記騒音源信号検出手段を
力検出部を有する力センサで形成するとともに、上記力
検出部を、上記騒音源の振動による力が伝達する部材の
振動特性を調整自在に設けたものである。

【００１２】

【作用】上記構成において、エンジン、サスペンショ
ン等の車室内騒音の騒音源の振動は、振動特性が騒音源
信号検出手段の力センサの力検出部で調整されている力
が伝達する部材を介して、車室内騒音として伝達され
る。一方、上記力検出部で検出された伝達力は、所定の
騒音源信号に変換され適応フィルタで合成されて、相殺
音発生手段から騒音に対する相殺音として発生される。
そして、受聴点での騒音低減状態は誤差信号として誤差
信号検出手段で検出され、上記誤差信号と車室内伝達特
性で補償した上記騒音源信号とに基づき上記適応フィル
タの係数更新が行なわれる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１〜図４は本発明の第一実施例を示し、図１は
車室内騒音低減装置のシステム概略図、図２は入力信号
変換回路の説明図、図３はマウントの構造の説明図、図
４は力センサの特性の説明図である。

【００１４】図１において、符号１０は騒音源としての
エンジンを示し、このエンジン１０は、エンジン振動で
発生する力が伝達する部材としての制振構造のエンジン
マウント１１を介して、車体側部材１２に載置されてい
る。

【００１５】後述するように、上記エンジンマウント１
１に設けられた中間板１３は、力センサの力検出部とな
っており、上記中間板１３からの信号が、入力信号変換
回路１４を介して、騒音源信号（プライマリソースＰs
）として適応フィルタ１５とスピーカ／マイク間伝達
特性補償回路（以下「ＣMN0 回路」と略称）１６とに入
力されるようになっている。

【００１６】上記入力信号変換回路１４は、図２に示す
ように、アンプ１４ａ、フィルタ１４ｂ、Ａ／Ｄ変換器
１４ｃ等から構成され、上記中間板１３からのアナログ
信号を増幅してデジタル信号に変換する回路に形成され
ている。

【００１７】また、上記適応フィルタ１５は、ＬＭＳ演
算回路１７により更新可能なフィルタ係数Ｗ(n) を有す
るＦＩＲ（Ｆinite Ｉmpulse Ｒesponse ）フィルタで
あり、所定のタップ数（例えば、５１２タップ）に形成
されている。

【００１８】この適応フィルタ１５に入力された上記プ
ライマリソースＰs は、上記フィルタ係数Ｗ(n) と畳み
込み積和され、キャンセル信号として、Ｄ／Ａ変換器１
８に出力され、フィルタ回路（図示せず）およびアンプ
回路（ＡＭＰ回路）１９を介して、相殺音発生手段とし
てのスピーカ２０から相殺音を発生するようになってい
る。

【００１９】上記スピーカ２０は、例えば、図示しない
車内のフロントドア等に配設されており、車内の受聴点
（例えば、運転席の乗員の耳位置に近接する位置）に
は、誤差信号検出手段としてのマイク２１が設けられて
いる。

【００２０】上記マイク２１にて検出された騒音低減状
態を示す誤差信号（相殺音とエンジン関連の振動騒音と
の干渉の結果を示す信号；エラー信号）は、アンプ回路
（ＡＭＰ回路）２２、フィルタ回路（図示せず）および
Ａ／Ｄ変換器２３を介して上記ＬＭＳ演算回路１７に入
力されるようになっている。

【００２１】また、前記ＣMN0 回路１６には、予めスピ
ーカ／マイク間伝達特性ＣMNが有限のインパルスレスポ
ンスで近似して（補償係数ＣMN0 として）設定されてお
り、入力されたプライマリソースＰs に、上記補償係数
ＣMN0 を乗じる（畳み込み積和する）ことにより補償し
て、上記ＬＭＳ演算回路１７に信号を出力する回路とな
っている。

【００２２】上記ＬＭＳ演算回路１７では、上記Ａ／Ｄ
変換器２３からの信号と、上記ＣMN0 回路１６で補償さ
れた（畳み込み積和された）プライマリソースＰs とか
ら、周知のＬＭＳアルゴリズムにより前記適応フィルタ
３のフィルタ係数Ｗ(n) の修正量を求め、フィルタ係数
Ｗ(n) を更新する。

【００２３】ここで、更新後のｉ番目のフィルタ係数を
Ｗi(n+1)，更新するｉ番目のフィルタ係数をＷi(n)，ス
テップサイズをμ，上記ＬＭＳ演算回路１７に入力され
る上記Ａ／Ｄ変換器２３からの信号をＥ(n),上記補償係
数ＣMN0 （Ｊタップ）のｊ番目の係数をＣMjN0，プライ
マリソースＰs の値をｘ(n) とすると、となる。

【００２４】一方、前記エンジンマウント１１は、図３
に示すように、マウントラバー２４の略中間に、このエ
ンジンマウント１１の振動特性（圧縮方向のばね定数
や、共振周波数）を調節するため、前記中間板１３が介
装されている。すなわち、この中間板１３により、上記
マウントラバー２４の変形が抑制され、上記エンジンマ
ウント１１の圧縮方向に対するばね定数の向上が図られ
ている。

【００２５】上記中間板１３は、周知の圧電材料（セラ
ミック圧電材料、高分子圧電材料、高分子複合材料等）
で形成されており、表面には、圧縮方向（図中縦方向）
の変位の変化により生じる電圧変化を測定する一対の電
極部２５が設けられている。この電極部２５からのリー
ド線２６は、被覆２７でそれぞれ覆われて前記入力信号
変換回路１４に接続されている。

【００２６】エンジン１０の振動と車体側部材１２の状
態（振動）で決まるマウントラバー２４に伝達される力
（振動伝達力）は、一般に、マウントラバー２４の圧縮
方向のばね定数が、せん断方向に比べて数倍（例えば、
５倍）と大きく、中間板１３によりさらに倍増するので
圧縮方向の要因が非常に大きくなる。そして、中間板１
３やマウントラバー２４の体積による共振が無視できる
低周波数域（例えば、５００Ｈｚ以下）では、マウント
ラバー２４の各部分に加わる力は同じであり、中間板１
３にもマウントラバー２４と同じ力が加わるので、上記
中間板１３により振動伝達力を検出することができるの
である。

【００２７】力センサの力検出部である上記中間板１３
は、さらに、アンプ、電源部、メモリ部、制御回路等
（いずれも図示せず）と接続されている。

【００２８】力センサの力検出部である上記中間板１３
の電歪効果の概要を説明すると、図４（ａ）に示すよう
に、圧電材料で形成されている上記中間板１３は、力Ｆ
が加えられるとΔＬの変位（形状変位）が生じる。図４
（ｃ）に示すように、上記力Ｆと形状変位ΔＬとの関係
は、上記中間板１３の弾性領域において略直線的に変化
する。一方、上記中間板１３は、圧電材料で形成されて
いるので、形状変位ΔＬが生じると、表面電極間の電圧
Ｖに、図４（ｂ）に示すような、電圧変化ΔＶが発生す
る。このため、図４（ｂ）のΔＬ−ΔＶ特性と図４
（ｃ）のＦ−ΔＬ特性とを、予めメモリしておけば、電
圧変化ΔＶから力Ｆが測定される。測定に際し、周知の
温度補正、０点補正等の各種補正が加えられることはい
うまでもない。

【００２９】尚、図１中、符号Ｃはエンジン１０の振動
騒音に対する車体伝達特性を示す。次に、上記構成によ
る実施例の作用について説明する。まず、車室内に伝達
される振動騒音は、エンジン１０の振動と車体側部材１
２の状態（振動）により形成され、エンジンマウント１
１等を介して、車室内に伝播し、受聴点に達する。すな
わち、振動騒音は、車体伝達特性Ｃが乗ぜられて受聴点
に達する。

【００３０】一方、上記振動騒音は、上記エンジンマウ
ント１１を伝達する際、このエンジンマウント１１のマ
ウントラバー２４と中間板１３に、その振動伝達力を伝
える。すなわち、上記エンジン１０の振動と上記車体側
部材１２の振動により、介装された上記エンジンマウン
ト１１の上記マウントラバー２４が変形させられ、この
ときに生じる変位変化が略振動伝達力となる。

【００３１】上記振動伝達力は、上記中間板１３も力の
大きさに応じて微小変位させ、この微小変位が電圧変化
として検出される。

【００３２】上記中間板１３の電圧変化は、入力信号変
換回路１４に入力され、アンプ１４ａ、フィルタ１４
ｂ、Ａ／Ｄ変換器１４ｃ等により、上記中間板１３から
のアナログ信号が増幅されデジタル信号に変換されて、
プライマリソースＰs として適応フィルタ１５とＣMN0
回路１６とに入力される。

【００３３】上記適応フィルタ１５に入力されたプライ
マリソースＰs は、この適応フィルタ１５のフィルタ係
数Ｗ(n) との畳み込み積和により、振動騒音を相殺する
キャンセル信号として、Ｄ／Ａ変換器１８に出力され、
図示しないフィルタ回路およびアンプ回路（ＡＭＰ回
路）１９を介して、スピーカ２０に出力され、このスピ
ーカ２０から上記受聴点における振動騒音に対する相殺
音として出力される。このとき、上記相殺音は、スピー
カ／マイク間伝達特性ＣMNを受けて上記受聴点に達す
る。

【００３４】このため、上記受聴点では、上記エンジン
関連の振動騒音と上記相殺音とが干渉して振動騒音が低
減させられると同時に、上記受聴点の近傍に配設されて
いるマイク２１により、振動騒音と相殺音との干渉の結
果が検出され、エラー信号Ｅ(n) として、アンプ回路
（ＡＭＰ回路）２２、フィルタ回路（図示せず）および
Ａ／Ｄ変換器２３を介してＬＭＳ演算回路１７に入力さ
れる。

【００３５】また、上記ＣMN0 回路１６に入力されたプ
ライマリソースＰs は、スピーカ／マイク間伝達特性Ｃ
MNを有限のインパルスレスポンスで近似した値（補償係
数ＣMN0 ）と畳み込み積和され、上記ＬＭＳ演算回路１
７に出力される。

【００３６】そして、上記ＬＭＳ演算回路１７で、Ａ／
Ｄ変換器２３からの信号と、上記ＣMN0 回路１６で補償
されたプライマリソースＰs とから、ＬＭＳアルゴリズ
ムにより前記適応フィルタ１５のフィルタ係数Ｗ(n) の
修正量を求め、フィルタ係数Ｗ(n) を更新する。

【００３７】このように本第一実施例によれば、振動騒
音の振動伝達力を直接検出して騒音源信号としたので、
運転条件が変化しても、車室内騒音に関わる騒音源信号
を精度良く検出することができ、安定した消音制御を行
うことができる。

【００３８】また、振動騒音の振動伝達力を検出する力
センサの力検出部を、騒音源の振動によるエンジンマウ
ントの振動特性を調整する部材、すなわち、中間板とし
て設けているため、センサ用のスペースを特に設ける必
要がない。

【００３９】さらに、振動騒音の振動伝達力を検出する
力センサの力検出部を、圧電材料で形成して、直接、こ
の力検出部（中間板）に作用する力を検出するようにし
ているため、従来のように、複数の加速度センサを利用
して複雑に制御する測定システムに比べ、コストも安
く、軽量かつ簡単で、精度良く振動伝達力を検出するシ
ステムが実現できる。

【００４０】尚、本第一実施例では、エンジンマウント
の、マウントラバーの略中間に中間板を介装して、エン
ジンマウントの振動特性を調節するようにしているが、
所望のエンジンマウントの振動特性を得るために、マウ
ントラバーの他の位置（中間から偏った位置等）に介装
するようにしても良い。

【００４１】次いで、図５は本発明の第二実施例による
マウントの構造の説明図である。尚、本第二実施例は、
圧電材料で形成された力センサの力検出部を金属で覆
い、強度的に強化して中間板としたものである。他の部
分は前記第一実施例と同様である。

【００４２】すなわち、中間板３０は、圧電材料で形成
された力センサの力検出部３１を、金属部分３２で覆っ
て形成されている。上記力検出部３１の表面には、圧縮
方向（図中縦方向）の変位の変化により生じる電圧変化
を測定する一対の電極部３３が設けられており、この電
極部３３からのリード線３４は、被覆３５でそれぞれ覆
われ上記中間板３０の側面から導出され、前記第一実施
例と同様に前記入力信号変換回路１４に接続されてい
る。

【００４３】上記金属部分３２は、振動伝達力が上記力
検出部３１に十分に伝達されるように、上記力検出部３
１表面に密着されている。

【００４４】本第二実施例のように中間板を形成するこ
とにより、マウントは、その役割上、圧縮方向に重量な
どのプリロードを受けた状態で使われるが、引張力を受
けるような場合においても十分な強度を有することがで
きる。

【００４５】次に、図６は本発明の第三実施例によるマ
ウントの構造の説明図である。尚、本第三実施例は、圧
電材料で形成された力センサの力検出部をマウントラバ
ーに埋設し、マウントラバーの変形を抑制しないように
したもので、他の部分は前記第一実施例と同様である。

【００４６】図６に示すように、圧電材料で形成された
力センサの力検出部３６は、マウントラバー３７内に埋
設されており、このマウントラバー３７の側面からリー
ド線３８が導出され、前記第一実施例と同様に前記入力
信号変換回路１４に接続されている。

【００４７】このように、マウントラバー３７内に力検
出部３６を埋設することにより、マウントラバー３７は
中間板がない状態と略同様に変形できるため、圧縮力に
対するばね定数を高めることを防止できる。すなわち、
本第三実施例は、マウントの振動特性を、変化させない
ように調整した実施例となっている。

【００４８】尚、前記各実施例では、エンジンマウント
の中間板についての例を説明したが、エンジン以外の振
動体に使用されるマウントや制振部材に用いられる中間
板にも適用できることはいうまでもない。（例えば、図
７（ｂ）に示すようなサスペンションラバーブッシュに
用いられる中間板）また、前記各実施例では、１チャン
ネル（マイク１個、スピーカ１個）のＬＭＳアルゴリズ
ムを利用した騒音低減装置の例について説明したが、Ｌ
ＭＳアルゴリズムを多チャンネルに拡大したＭＥＦＸ−
ＬＭＳ（Ｍultiple Ｅrror Ｆiltered Ｘ−ＬＭＳ）ア
ルゴリズムを利用した車室内騒音低減装置（例えば、マ
イク４個、スピーカ４個等の装置）についても適用可能
である。

【００４９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
車室内騒音の騒音源の振動を騒音源信号として騒音源信
号検出手段で検出し、所定に変換して適応フィルタで合
成し、相殺音発生手段から騒音に対する相殺音として発
生し、受聴点の騒音低減状態を誤差信号として誤差信号
検出手段で検出し、上記誤差信号と車室内伝達特性で補
償した上記騒音源信号とに基づき上記適応フィルタの係
数更新を行う車室内騒音低減装置において、上記騒音源
信号検出手段を力検出部を有する力センサで形成すると
ともに、上記力検出部を、上記騒音源の振動による力が
伝達する部材の振動特性を調整自在に設けたので、安価
で、スペースをとることなく、軽量で、簡単に、車室内
騒音に関わる騒音源信号を精度良く検出することがで
き、運転条件によらず安定した制御を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例による車室内騒音低減装置
のシステム概略図

【図２】本発明の第一実施例による入力信号変換回路の
説明図

【図３】本発明の第一実施例によるマウントの構造の説
明図

【図４】本発明の第一実施例による力センサの電気的特
性の概要説明図

【図５】本発明の第二実施例によるマウントの構造の説
明図

【図６】本発明の第三実施例によるマウントの構造の説
明図

【図７】従来からの中間板の使用の説明図

【図８】図７（ａ）の原理・作用の説明図

【符号の説明】

１０エンジン１１エンジンマウント（振動による力が伝達する
部材）１２車体側部材１３中間板（力検出部）１４入力信号変換回路１５適応フィルタ１６スピーカ／マイク間伝達特性補償回路１７ＬＭＳ演算回路２０スピーカ（相殺音発生手段）２１マイク（誤差信号検出手段）２４マウントラバーＣMN0 補償係数Ｅ(n) エラー信号（誤差信号）Ｐs プライマリソース（騒音源信号）Ｗ(n) フィルタ係数

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車室内騒音の騒音源の振動を騒音源信号
として騒音源信号検出手段で検出し、所定に変換して適
応フィルタで合成し、相殺音発生手段から騒音に対する
相殺音として発生し、受聴点の騒音低減状態を誤差信号
として誤差信号検出手段で検出し、上記誤差信号と車室
内伝達特性で補償した上記騒音源信号とに基づき上記適
応フィルタの係数更新を行う車室内騒音低減装置におい
て、上記騒音源信号検出手段を力検出部を有する力セン
サで形成するとともに、上記力検出部を、上記騒音源の
振動による力が伝達する部材の振動特性を調整自在に設
けたことを特徴とする車室内騒音低減装置。