JPH02306843A - 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ンプを図り、
更に共振対策として、マスダンパー、グイナミソクダン
バ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
の増大を招きながら、その効果は充分満足できるもので
はなかった。

このため、特開昭４８−８２３０４号公報や特開昭５９
−９６９９号公報等においてアクティブに騒音を低減で
きる装置が提案されている。

特に、後者の特開昭５９−９６９９号公報では、こもり
音が問題となる４気筒車両について述べられており、エ
ンジン回転の２次成分（爆発１次成分）としてイグニン
シ巧ンパルスを検出し、このパルス信号を種々処理し、
車室内のドライバーの受聴点で観測される静音の各周波
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、車室内騒音の内、エン
ジン回転の２次成分（爆発１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（爆発１次成分）以外の回転
次数成分（爆発次数成分）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にな
らないという問題点があった。

従って、本発明は、車室内におけるこもり音だけでなく
エンジンの爆発によるこもり音以外の騒音成分も併せて
除去できる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〕

上記の目的を達成するため、本発明に係る車室内騒音の
低減装置では、エンジンの爆発による回転次数成分の検
出手段と、該回転次数成分に対応して設けられ正弦波出
力を発生する複数の発振器と、該検出手段により検出さ
れたエンジン回転数にえ１応する所定の回転次数成分の
発振器の正弦波出力を該エンジン回転に同期させると共
に該所定の回転次数成分における予め記憶した位相制御
量及び音圧制御量により該正弦波出力をそれぞれ加工す
る制御手段と、該制御手段の出力を増幅してスピーカを
駆動する増幅器と、を備えている。

〔作　　　用〕

第８図は４気筒エンジンの爆発に起因する回転１〜８次
成分の音圧レベルを示したウォータ・フォール図で、こ
れらの回転次数成分が車室内騒音をもたらすが、これら
の回転次数成分は、ピストンの悟性力とシリンダー内の
爆発力に基づいて発生するものである。

従って、このような各回転次数成分をもたらすエンジン
の着火（点火）時点を求め、更にこの着火（点火）時点
から受聴点である耳元までに達する遅れ時間ｔｉ（第９
図ｆａ）参照）を予め求めておいてその着火（点火）時
点に同期した発振器からの正弦波信号の位相を制御すれ
ばエンジンの車室内騒音成分を低減することができる。

一方、第９図（ａ）に示す該回転次数成分についての上
死点（以下、ＴＤＣと言う）から受聴点である耳元まで
の時間αはエンジンマウント→キャブ→車室空間という
非線形特性の伝達ルートによるもので略一定の時間と考
えられる。

そこで、エンジン回転（ＴＤＣ）に同期した発振器から
の正弦波信号の位相を各回転次数成分毎にどの位進ませ
れば着火（点火）時点からＴＤＣまでの時間ｔ１−αに
なって騒音が低減されるかをエンジン回転数に対応して
予め測定して制御手段に位相側？３１１として記憶して
おけばよい。

また、騒音を最適に低減するには、位相の制御だけでな
く、騒音の音圧に対応した音圧制御（逆相制御）も必要
となるので、音圧についても位相と同様に各回転次数成
分毎にエンジン回転数に対応して予め測定して制御手段
に音圧制御量として記憶しておく。

そして、第８図に示す各回転次数成分について発振器を
用意し、これらの回転次数成分の内の特に音圧レベルの
高い成分を選び、この中でエンジンの回転次数成分の検
出手段によって検出されたエンジン回転数に該当する全
ての回転次数成分に対応した発振器を制御手段が付勢し
且つその正弦波出力信号をエンジン回転に同期させる。

また、制御手段に記憶された位相側２１Ｈ１５を及び音
圧制御量の内、検出された現在のエンジン回転数に該当
する上記所定の回転次数成分における位相側ＵＩｌｆＪ
及び音圧側？８Ｊｌｉが出力される。

そして、制御手段は、この位相制御量及び音圧制η口量
により対応する各回転数次数成分の発振器の正弦波出力
信号をそれぞれ加工し、これらの加工した信号を増幅器
で増幅することにより、スピーカからは所定の回転次数
成分の騒音を消去できる信号成分が出力されることとな
る。

〔実　施　例〕

第１図は本発明に係る車室内騒音の低減装置の全体的な
構成を示したもので、ｌは自動車、２は自動車！のエン
ジン、３はエンジン２のクランク角センサ、４はエンジ
ン２に設置した温度センヅ、５はセンサ３及び４の出力
により所定の演算を行う制御手段としてのコントローラ
、６．〜６ｎ（ｎ＞ｌ）は第８図に示した各回転次数（
１〜８次）成分に対応してコントローラ５内に用意され
エンジン回転に同期した正弦波信号を出力するｎ個の発
振器、そして７はコントローラ５からの発振器６．〜６
、の各出力を増幅すると共に合成してスピーカ８を駆動
するための増幅器である。尚、この実施例においては、
エンジンは４気筒のものを用い、クランク角センサ３は
第２図に示すように、例えばクランク軸９と同軸上に設
けた磁性歯車１０の基準時間内の回転歯車数から各回転
次数成分を検出すφ手段を構成している。また、エンジ
ン温度センサ４の信号線を点線で示したのは後述するよ
うに不可欠のものではないからである。

第２図は、第１図に示した車室内騒音の低減装置におい
て特にコントローラ５を機能ブロックで示した実施例で
、クランク角センサ３からのエンジン回転数パルスをカ
ウントするカウンタ部５１と、このエンジン回転数（と
必要に応じて温度センサ４からのエンジン温度と）を人
力して種々の条件判定を行う条件判定部５２と、この条
件判定部５２からの条件（エンジン回転数、温度）に応
じてエンジンの各回転次数成分についての位相制御量φ
及び音圧制御量Ｇを出力するＲＯＭ５３と、発振器６１
〜６ｏからの各正弦波出力信号の位相をＲＯＭ５３から
の各位相制御量φにより制１１１１する位相制御部５４
と、発振器６１〜６１からの各正弦波出力信号の音圧を
ＲＯＭ５３からの音圧制？１量Ｇにより制御する音圧制
御部５５と、位相・音圧制御された発振器６．〜６７の
各正弦波出力信号の所望周波数成分のみを通過させて増
幅器７に送る帯域通過フィルタ５６とで構成されている
。

尚、第２図においては、帯域フィルタ５６及び増幅器７
は位相制御部５４及び音圧制御３１部５５の８個分の出
力をそれぞれ個別に処理するものであり（図では簡略化
のために省略しである）、これらを増幅器７で合成して
スピーカ８に与えるようになっている。また、合成する
箇所はフィルタ５６でもよい。

次に第２図に示す温度センサ４によるエンジン温度を用
いない場合の実施例の動作を説明する。

まず、カウンタ部５１は、クランク角センサ３からのエ
ンジン回転数パルス（ＴＤＣに対応し、たもの）をカウ
ントして条件判定部５２に与え、このエンジン回転数を
人力した条件判定部５２はそのエンジン回転数に対応し
て予め選択した回転次数成分に対応して発振器６．〜６
ｏの内から選択した発振器からそれぞれ各正弦波出力信
号がエンジン回転のＴＤＣに同期して発生されるように
制御する。

この場合に予め選択する回転次数成分を第８図の立体グ
ラフ図（ウォーター・フォール図）で説明すると、図示
の回転１〜８次成分はエンジン回転（爆発）に因るもの
であり、この内、本実施例では図示のように回転２〜４
　（２／２．５／３／３．５）次成分のうちのＡ−Ｈが
最も車室内騒音の音圧レベルが高く突出しているものと
して着目し選択する。

このため、ｎ個の発振Ｈ６，〜６７は６．〜６゜の４個
用意すればよく、第８図のエンジン回転数の制御範囲■
では回転２次成分の部分Ａに対応する発振器６１、制御
範囲■では回転４次成分の部分Ｇに対応する発振器６４
、制御範囲■では回転２次成分の部分Ｂと回転４次成分
の部分Ｇに対応する発振器６．．６．）、そして制御範
囲■では回転２次成分の部分Ｃと回転２．５次成分の部
分りと回転３次成分の部分Ｅと回転３．５次成分の部分
Ｆと回転４次成分の部分Ｈに対応する発振器６１〜６．
が選択され且つエンジン回転に同期した正弦波出力信号
が発生されることとなる。

従って、条件判定部５２では、クランク角センサ３によ
って検出されるエンジン回転数が第８図の制御対象範囲
に属していることを確認したときには、ＲＯＭ５３の中
から全ての回転次数成分（２／２．５／３／３．５次成
分）における現在のエンジン回転数に対応する回転次数
成分の各々における位相制御量φと音圧制御ｆ＃Ｇとを
選択して読み出す。

ここで、ＲＯＭ５３について説明すると、このＲＯＭ５
３に記憶されたマンプは、第８図の各回転次数成分にお
ける突出部分が小さくなるように位相と音圧の制御ｆｆ
１（発振器からの正弦波出力を基準としての制御量）を
それぞれ実験的に求めたものであり、例えばｎ個の発振
器の内のいずれか１つだけ出力を可変とし他の発振器を
固定することにより、その可変発振器に係る回転次数成
分におけるエンジン回転数に対して求めた位相制？ｎｆ
ｆｔφ及び音圧制御量Ｇで形成されている。

このようにして形成されたＲＯＭ５３においては、条件
判定部５２からのエンジン回転数に該当する全ての回転
次数成分における位相制？１１ｆｔφ及び音圧制御ＩＧ
　（逆位相）が出力されて位相制御部５４及び音圧制御
部５５にそれぞれ与えられ、発Ｓ器６１〜６．．からの
エンジン回転（ＴＤＣ）に同期した各正弦波出力信号を
加工して位相を対応する所定個分だけ遅らせ、音圧を最
大限低減させるような原波形で帯域通過フィルタ５６を
介して増幅器７に与える。増幅器７では人力信号を最適
な音量にした上、合成してスピーカ８から出力させる。

第３図は他の実施例を示したもので、この実施例では、
第１図に点線で示した温度センサ４からのエンジン塩＋
ｆｆｉを用いてより精密な騒音の低減を行おうとするも
のである。

即ち、第９図（ａｌに示した遅れ時間Ｌｉは同図（ｂｌ
〜（ｄ）のむ】〜Ｌ３に示すようにエンジン温度が高く
なるに従って大きくなる（ディーゼルエンジンの場合の
着火時点が遅れる）。

これは、温度が下がると、噴射時点から着火に至るまで
に必要な燃料の霧化及び燃焼室温度の上昇までに時間が
掛かるためである。

そこで、車室内騒音の位相制御に際しては、温度を加味
した制御が必要となる。

また、車室内騒音を！Ａ適に低減するには、位相の制御
だけでなく、車室内騒音に対応した音圧制御（逆相制御
）も必要となるが、この音圧に関しても温度変化の影響
を受ける。

即ち、エンジン温度が低いとき（冷間時の暖機中）には
、噴射後着火までの時間が長く、また一度に燃焼が始ま
るためにディーゼルノックによりこもり音の音圧は大き
くなるが、暖機が進んで徐々にエンジンが温まって来る
とディーゼルノ・ンクが減少して騒音音圧は小さくなる
。

そして、暖機後は、エンジン温度が上昇して行くにつれ
て、燃料そのものの温度上昇及び燃料管の温度上昇によ
り燃ネ４粘度が低下し、燃料噴射量が低下する。このた
め、通常は出力低下を補填するために燃料量を増加させ
るが増加し過ぎてしまい、筒内圧が上昇して騒音音圧は
大きくなる。

このように、車室内騒音の低減には第３図に示すように
、エンジン温度（これはエンジンに設けた冷却水温セン
サ又は燃温センサ等によって検出する）を検出し、この
温度変化に伴って位相及び音圧を制御することが好まし
い。

そこで、エンジン回転数とエンジン温度とに応してどの
ようにエンジン回転に同期した正弦波信号の位相と音圧
を制御すればよいかを予め求めて制御手段に記憶してお
けばよい。

このため、第３図では別のＲＯＭ６０を用意し、位相及
び音圧を、条件判定部５２から出力されたＴＤＣ信号に
同期した発振器からの正弦波信号を加工すれば、受聴点
である耳元での車室内騒音を低減することができる。

このＲＯＭ６０に記憶されたマンプを第８図の例で作成
するには、まずエンジンの回転２次成分についての発振
器６１の正弦波出力信号（エンジン回転に同期している
）を第８図に示した制御対象範囲において所定間隔（例
えば１０１００ｒｐ毎のエンジン回転数と所定間隔（例
えば１０°Ｃ）毎のエンジン温度とについて！！音低減
の実験を行い（但し、他の発振器出力は停止させる）、
受聴点で騒音が最も低減される（一定のタイミングαに
なる）位相を順次求めることにより位相の制？ｉｌｆｆ
ｔＲＯＭマツプを作成することができる。

そして、次に２．５次成分についての発振器６よに対し
て同様の実験を行って２．５次成分の位相制御量ＲＯＭ
マツプを作成する。このようにして４個の発振器６．〜
６．全てに対して位相制御量ＲＯＭマツプを作成する。

また、音圧Ｇに関しても、同様にして第８図に示した制
御対象範囲に入るエンジン回転数とエンジン温度とにつ
いて実験を行い、受聴点で騒音が最も低減される音圧を
順次求めることにより音圧の制御ｆｉＲＯＭマンプを作
成することができる。

そして、このようにして作成されたＲＯＭマツプ６０は
、条件判定部５２に人力されたエンジン回転数に基づき
、そのエンジン回転数に該当する全ての回転次数成分に
おける現在のエンジン温度での位相制御量・音圧制１７
１１量を、対応する発振器からの出力に対して位相制御
部５４、音圧制御部５５でそれぞれ加工することにより
最適な騒音の低減を図ることができる。

但し、エンジン温度が低温→常温→高温と推移するとき
、暖機後の常温状態では水温が上昇しないのが廿通であ
るので、低温→常温は水温で制御を行い、常温→高温は
燃温で制御を行う必要がある。尚、水温→燃温の切替の
間に吸気温を用いて制御を行うことも可能である。

このような温度変化による位相・音圧制御を行うことに
より、例えば常温状態で求めたこもり音制御のみを全温
度に対して行う場合と比較すると、水温制御モードの場
合には、温度が下がるにつれてこもり音の低減効果が大
きくなり、また、燃料（吸気温）制？ｆｆｌ　’Ｅ−ド
では、常温より高くなるにつれてこもり音の低減効果が
顕著になる。

上記の実施例では、各次数成分に対してエンジン温度を
パラメータとしたエンジン回転数−位相／音圧のＲＯＭ
マツプを作成する必要があり、かなり膨大なデータにな
ってしまう。

そこで、上述のように全てＲＯＭ化するのではなく、第
２図の実施例に用いたＲＯＭ５３の各出力を、エンジン
温度に基づいた例えばアナログ補正回路を用いることに
より温度補正するようにしてもよい。

即ち、条件判定部５２がエンジン回転数をＲＯＭ５３に
与えると、このＲＯＭ５３では、そのエンジン回転数を
制御■範囲に有する各次数成分のＲＯＭマツプから位相
制御量・音圧制御量を読み出すが、そのアナログ補正回
路には条件判定部５２からエンジン温度が与えられ、こ
のエンジン温度に対応する位相及び音圧をＲＯＭ５３か
らの位相側ｉ１１　ｉｆｔ・音圧出力に加算し、それぞ
れ対応する発Ｗ２Ｓ６＋〜６７の出力を位相制御部５４
、音圧制御部５５で加工することができる。

尚、上記の実施例に加えて、それぞれｇ４．荷センサを
用いて検出した負荷を更に加味したＲＯＭを用意し、こ
れによって同様の音圧制御を行えば、更に負荷によって
変動する騒音をも相殺することが可能となる。

即チ、例えばディーゼルエンジンでは、通常負荷が増大
するとロードタイマによる進角補正が行われるのと共に
音圧も大きくなるからである。

一方、上記の実施例の場合には、発振器出力はクランク
角センサ３からのエンジン回転のＴＤＣを基準とし、エ
ンジン温度によって制御を行っているが、このエンジン
温度を測定しなくても、騒音の主要因となっているエン
ジンの点火又は着火の爆発タイミング自体を検出して位
相・音圧の制御を掛ける方がより直接的で好ましい。

そのため、第４図に示す実施例ではディーゼルエンジン
の場合に第５図に示すように単数又はバラツキを無くず
ために複数個設置される着火センサ８０を用いてそのセ
ンサ出力波形（第６図（ａ））を発生し、この着火出力
波形を受けた条件判定部５２がこの信号によりエンジン
回転数を検出すると共に整形した波形（同図■））の基
準信号を該当する各発振器に送る。（尚、条件判定部５
２が着火出力波形によりエンジン回転数を検出するので
、この場合には第２図に示すようなりランク角センサは
必要無くなる。） 基準信号を受けた発振器が正弦波出力（同図（Ｃ））を
発生し、この正弦波出力を、ＲＯＭ５３でエンジン回転
数により該当する回転次数成分の位相制１量・背圧側１
１１ｆｌｔを読み出して加工しスピーカ出力（同図（ｄ
））を発生することにより更に正確な位相・音圧の制ｉ
ｎｌを行うことができる。

ここで用いるＲＯＭ５３をマツプ形成するときには、Ｔ
ＤＣの代わりにセンサ出力波形（ａ）をエンジン基準タ
イミングパルス（ｂ）として第２図の場合（エンジン温
度は不要）と同様に正弦波出力波形（Ｃ）の位相・音圧
を加工した波形（ｄ）を発生するための制御量を実験に
より測定すればよい。

第７図には、着火センサ８０を用いた場合と、これらの
センサを用いずにエンジン回転数により固定基準点（Ｔ
ＤＣ）で行った場合の効果が示されており、斜線部分は
温度が上がると共に減音量が少なくなってしまうことを
示している。

このように着火センサを用いれば、少なくともエンジン
のマウント系の伝達特性のみを考慮した制御で済むこと
となる。

〔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
、エンジンの爆発に起因する回転次数成分に対応した複
数の発ＦＡ器を用い、エンジンの回転数によって制御す
べき回転次数成分を検出して該当する発振器からの正弦
波出力をエンジン回転に同門させると共に各回転次数成
分毎に予め記憶した位相制御量及び音圧制御量によりそ
れぞれ加工して車室内騒音を低減するように構成したの
で、エンジンのこもり音のみならず、エンジン回転に起
因するその他の車室内騒音全体に対しての低減を実現す
ることができる。

【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σ友装置の一実
施例を示す概略構成図、 第２図は、本発明の実施例においてコントローラを特に
機能的に示したブロック図、 第３図は、他の実施例においてコントローラを特に機能
的に示したプロ・ツク図、 第４図は、更に他の実施例においてコントローラを特に
機能的に示したブロック図、 第５図は、着火センサの配置を示す図、第６図は、着火
センサの出力パルスを基準タイミングとするときの波形
図、 第７図は、着火センサを用いた場合の効果を示すグラフ
図、 第８図は、本発明でのエンジン回転数における副扉対象
領域を示す立体グラフ図、 第９図は、エンジン温度が変化したときの着火タイミン
グの変化を説明するための波形図、である。 第１図において、１は自動車、２はエンジン、３はクラ
ンク角センサ、５はコントローラ、６゜〜６．ｌは発振
器、７は増幅器、８はスピーカ、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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エンジンの爆発による回転次数成分の検出手段と、該
   回転次数成分に対応して設けられ正弦波出力を発生する
   複数の発振器と、該検出手段により検出されたエンジン
   回転数に対応する所定の回転次数成分の発振器の正弦波
   出力を該エンジン回転に同期させると共に該所定の回転
   次数成分における予め記憶した位相制御量及び音圧制御
   量により該正弦波出力をそれぞれ加工する制御手段と、
   該制御手段の出力を増幅してスピーカを駆動する増幅器
   と、を備えたことを特徴とする車室内騒音の低減装置。