JPH05281983A

JPH05281983A - 振動低減装置

Info

Publication number: JPH05281983A
Application number: JP4075001A
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】【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図る振動低減装置において、振動
源の振動を直接検出する必要のない、簡易な構成により
周期振動の低減を図る。【構成】所定部位における騒音d(k)に対する打ち消し
音を発生するスピーカ18と、該スピーカ18が発生した打
ち消し音に起因する上記所定部位における打ち消し音z
(k)を予測する予測手段22と、上記所定部位における音
を検出するマイクロホン14と、該マイクロホン14が検出
した音e(k)と上記予測手段22が予測した打ち消し音 y′
(k) との差x(k)に基づいて上記スピーカ18を駆動させる
ための制御信号y(k)を生成する制御手段24とを設ける。

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させ
たい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させたい振動に重
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】このような積極的防振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５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５
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（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)
（k はサンプリング時刻を表わすパラメータ。以下同
様。）を生成する制御手段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>
（なお、本願明細書においてはベクトルを表わす場合、
符号に< > 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
達された低減させたい振動d(k)に対する逆振動z(k)が発
生されて上記振動d(k)に重ねられる。

【０００６】振動源８から伝達される振動d(k)と逆振動
発生手段４から伝達される振動z(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> 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> 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５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> をも考慮して適応フィルタ<f> の係数を調整す
るために、上記伝達関数<h> をフィルタ10によりモデル
化した伝達関数モデル<h°> 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５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５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
<g> 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、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に
基づいて、振動源から所定部位に伝達された振動を打ち
消すための逆振動を発生させるので、上記所定部位にお
ける振動低減効果が十分に得られるためには、リファレ
ンス信号と上記所定部位において低減させたい振動との
間に高い相関関係があることが必要となる。しかしなが
ら、振動源から発生した振動は、上記所定部位に伝達さ
れる途中でサチレーションを起こして該振動中に不必要
な成分が混入したり、他の振動源からの異なる振動が混
入したりして、非線型な変形を受けることが多く、した
がってリファレンス信号と低減させたい振動との間に高
い相関関係を得ることは困難となる。このような高い相
関関係のあるリファレンス信号が生成できない場合、従
来の振動低減装置で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、振動源の振動
を直接検出してリファレンス信号を生成する必要のない
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、該逆振
動発生手段が発生した逆振動に起因する前記所定部位に
おける振動を予測する予測手段と、前記所定部位におけ
る振動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段が検
出した前記所定部位における振動と前記予測手段が予測
した前記所定部位における振動との差に基づいて前記逆
振動発生手段を駆動させるための制御振動を生成する制
御手段と、を備えてなることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用および効果】上記本発明による振動低減装置は、
所定部位における振動を低減させるための逆振動を逆振
動発生手段により発生する一方、該逆振動発生手段が発
生した逆振動に起因する上記所定部位における振動を予
測手段により予測すると共に、上記所定部位における振
動を検出手段により検出して、該検出手段が検出した振
動と上記予測手段とが予測した振動との差に基づいて上
記逆振動発生手段を駆動させるための制御信号を制御手
段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。

【００１５】所定部位において低減したい振動、例えば
自動車のエンジン駆動に起因する振動等には、周期性を
有する周期振動が多い。したがって所定部位における周
期振動を低減させれば、周期的でない振動が残るとして
も、その振動低減効果は高いといえる。

【００１６】所定部位における周期振動を低減させるた
めには、該周期振動に対して該周期振動と逆位相の関係
にある振動を重ね合わせればよい。ところで、周期振動
の各周期ごとの振動には非常に強い相関関係があるの
で、周期振動のある周期の振動と逆位相の関係にある逆
振動は、上記周期とは位相のずれた周期遅れの振動に重
ね合せてもこれを打ち消すことができる。

【００１７】すなわち、所定部位において実際に振動検
出手段に検出された周期振動のある周期の振動に基づい
てこの振動を打ち消す逆振動を生成すれば、この逆振動
を上記周期振動の周期遅れの振動に重ねることにより該
周期遅れの振動を打ち消すことが可能となり、この動作
を連続して行なえば上記所定部位における周期振動を打
ち消すことができることとなる。ただし、上記振動検出
手段は、上記所定部位において低減させたい周期振動
と、逆振動発生手段からの逆振動との合成振動を検出し
ていることになるので、次の逆振動を生成するために
は、この検出した合成振動から逆振動発生手段からの逆
振動を除く必要がある。

【００１８】そこで本発明による振動低減装置では、逆
振動発生手段が発生した逆振動に起因する所定部位にお
ける振動を予測する予測手段を設け、この予測手段が予
測した振動を振動検出手段が検出した振動から除くよう
にしている。こうすることにより、本発明による振動低
減装置は、所定部位において実際に検出された振動に基
づいて、逆振動を生成するというフィードバック制御に
よるシステム構成となっている。

【００１９】このように、本発明による振動低減装置に
よれば、従来技術のように振動源の振動を直接検出して
リファレンス信号を生成する必要がないので、構成が簡
易となり、コストの低減が図れる。また、リファレンス
信号を利用しないで、実際に振動検出手段が検出した周
期振動に基づいて逆振動を生成し、これを相関性の高い
周期遅れの振動と重ねることによって振動を打ち消すの
で、効果的に周期振動の低減が図れ、これにより十分な
振動低減効果を奏する。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】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耳障りな周期的な空気の振動、すな
わち周期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、該各マイクロホン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16
と、該コントローラ16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カピーカ18とを備えている。

【００２３】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16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18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。

【００２４】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19が
設けられている。

【００２５】本装置は、マイクロホン14が実際に検出し
た周期騒音に基づいて、これを打ち消すための打ち消し
音をスピーカ18より出力し、この打ち消し音を周期騒音
の周期遅れの騒音に重ねることによって、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。

【００２６】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。

【００２７】図２に示すようにマイクロホン14には、ス
ピーカ18から出力された打ち消し音に起因するマイクロ
ホン14位置での打ち消し音z(k)（k はサンプル時刻を表
わすパラメータ。以下同様。）と、エンジン等の振動源
20からマイクロホン14位置に伝達された騒音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16に時々刻々と入力さ
れる。すなわちエラー信号e(k)は、 e(k)＝d(k)＋z(k) …(1) と表わせる。

【００２８】またスピーカ18は、コントローラ16から出
力される制御信号<y>(k)（なお、本願明細書においては
ベクトルを表わす場合、符号に< > を付すものとす
る。）により駆動される。そこで、上記打ち消し音z(k)
は、この制御信号<y>(k)と、スピーカ18、マイクロホン
14間の伝達関数<h> とのたたみ込みによって、下式のよ
うに表わせる。

【００２９】 z(k)＝<y>(k)＊<h> …(2) ここで、<y>(k)は時刻k からサンプリング周期ごとの過
去のデータを蓄積したもので、 <y>(k)＝［y(k)，y(k-1)，y(k-2)，……］である。

【００３０】一方、コントローラ16は、上記制御信号<y
>(k)に基づき上記打ち消し音z(k)を予測する予測手段と
してのフィルタ22を備えている。フィルタ22は、スピー
カ18、マイクロホン14間の伝達関数<h> をモデル化した
伝達関数モデル<h°> を有しており、上記制御信号<y>
(k)を該フィルタ22に通過させることにより、上記打ち
消し音z(k)の予測信号 y′(k) が得られることとなる。
すなわち、予測信号 y′(k) は、制御信号<y>(k)と伝達
関数モデル<h°> とのたたみ込みによって、下式のよう
に表わせる。

【００３１】

【数１】

【００３２】また、コントローラ16は、上記エラー信号
e(k)と上記予測信号 y′(k) との差に基づいて上記制御
信号<y>(k)を生成する制御手段24を備えている。すなわ
ち、制御信号<y>(k)は、エラー信号e(k)と予測信号 y′
(k) との差によって求まる基本信号x(k)（＝e(k)− y′
(k))を、制御手段24の備える適応フィルタ<f> を通過さ
せることにより得られる。そして、この適応フィルタ<f
> の係数は、上記エラー信号e(k)が最小となるように時
々刻々と調整され、これによりマイクロホン14位置での
騒音の低減が図られることになる。

【００３３】すなわち、上記伝達関数モデル<h°> は、
スピーカ18、マイクロホン14間伝達関数<h> をモデル化
したものであるため、

【００３４】

【数２】

【００３５】であり、したがって、

【００３６】

【数３】

【００３７】となる。これらの関係から上記は基本信号
x(k)は、

【００３８】

【数４】

【００３９】となる。

【００４０】ここでd(k)は周期騒音であり、その周期を
Ｔとすると、

【００４１】

【数５】

【００４２】の関係があるので、上記基本信号x(k)を適
応信号処理して打ち消し音z(k)を調整しながら、該打ち
消し音を周期騒音の周期遅れの騒音d(K- nＴ）に重ねる
ことによってエラー信号e(k)→０にすることができ、も
って周期騒音の低減を図ることができるのである。

【００４３】なお、図２においては、振動源20、マイク
ロホン14間の伝達特性を伝達関数<g> として示してい
る。

【００４４】また、本実施例においては、上記適応フィ
ルタ<f> の係数の調整を行なうための適応アルゴリズム
26としてＬＭＳ法を用いているが、これに代えてシンプ
レックス法やポエル法を用いることもできる。また、振
動源が１つではなく複数個あってもよい。

【００４５】上述のように本実施例による振動低減装置
によれば、振動源の振動を直接検出する必要がないの
で、構成が簡易となりコストの低減が図れる。また、直
接マイクロホン14が検出した周期振動に基づいて打ち消
し音を生成し、この打ち消し音を相関性の高い周期遅れ
の騒音と重ねることによって周期騒音を打ち消すので、
効果的に周期騒音の低減が図れる。

【００４６】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。

【００４７】例えば、上記実施例は、自動車の室内にお
ける周期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。

【００４８】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。

【００４９】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16に入力され、コン
トローラ16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、この逆振動が上記同期振動の周期遅れの振動と重ね
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16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。

【００５０】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である。

【００５１】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
けられた加速度センサ32である点が前の実施例と異な
り、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。

【００５２】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】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）４，18 スピーカ（逆振動発生手段）６，24 制御手段８，20 振動源 22 予測手段 y(k) 制御信号 r(k) リファレンス信号

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、該逆振動発生手段が発生した逆
振動に起因する前記所定部位における振動を予測する予
測手段と、前記所定部位における振動を検出する振動検
出手段と、該振動検出手段が検出した前記所定部位にお
ける振動と前記予測手段が予測した前記所定部位におけ
る振動との差に基づいて前記逆振動発生手段を駆動させ
るための制御振動を生成する制御手段と、を備えてなる
ことを特徴とする振動低減装置。