JPH0719155B2 - 車室内騒音の低減装置 - Google Patents

車室内騒音の低減装置

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JPH0719155B2
JPH0719155B2 JP2113937A JP11393790A JPH0719155B2 JP H0719155 B2 JPH0719155 B2 JP H0719155B2 JP 2113937 A JP2113937 A JP 2113937A JP 11393790 A JP11393790 A JP 11393790A JP H0719155 B2 JPH0719155 B2 JP H0719155B2
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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車室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、
その起振力はエンジンの爆発による回転次数成分等によ
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ップを図
り、更に共振対策として、マスダンパー、ダイナミック
ダンパー等を共振部分に施していた。
このようなパッシブな手段では、コストの上昇及び重量
の増大を招くと共に、その効果は不十分なものであっ
た。
一方、このような車室内騒音は、4気筒エンジンの場
合、クランク軸1回転の2回爆発成分で、所謂エンジン
回転2次成分と称しているエンジン回転次数成分が主要
因と考えられており、このような要因で引き起こされる
こもり音をアクティブに低減しようとする従来技術とし
て、特開昭59−9699号公報や実開昭62−127051号公報等
が既に提案されている。
これら従来技術では、エンジン回転2次成分としてイグ
ニッションパルスを検出し、このパルス信号を種々処理
し、車室内のドライバの受聴点で観測される騒音の各周
波数成分(回転次数成分)の逆位相で且つ大きさが騒音
成分と同じ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2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
が最適なものとならない。
また、車両のエンジン系、マウント系、電気系等の経時
的な変化や、電気信号系の温度特性の変化、更には乗員
の変化、車室内温度等の変化、及び何らかの外乱の侵入
等に絶えず対処することができないか、又は制御の即応
性が得られないという問題点があった。
従って、本発明は、車室内におけるエンジン回転2次成
分に起因するこもり音だけでなくそれ以外の騒音成分も
併せて除去でき且つ車両条件の種々の変化に即応できる
簡易な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〕
上記の課題を解決するため、本発明に係る車室内騒音の
低減装置では、エンジンの振動検出手段と、該検出手段
の検出信号から車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆
伝達関数を同定する適応型コントローラと、該コントロ
ーラの出力信号を車室内に出力するスピーカと、全車室
内騒音を検出するマイクロホンと、路面からの車体振動
を検出する手段とを備え、該コントローラが該マイクロ
ホンの入力が最小になるように該スピーカを制御すると
共に該車体振動が閾値を越えたときには一定時間、該ス
ピーカへの出力を停止するように構成している。
また、本発明では、エンジンの回転数検出手段と、該検
出手段の検出信号から車体の振動系の耳元までの伝達関
数の逆伝達関数を同定する適応型コントローラと、該コ
ントローラの出力信号は車室内に出力するスピーカと、
全車室内騒音を検出するマイクロホンと、路面からの車
体振動を検出する手段とを備え、該コントローラが該マ
イクロホンの入力が最小になるように該スピーカを制御
すると共に該車体振動が閾値を越えたときには一定時
間、適応ステップサイズを零にすることによっても上記
の課題を解決することができる。
〔作用〕
本発明に係る車室内騒音の低減装置では、第1図の等価
ブロック図に示すように、Gはエンジンの振動によって
励起される車室内振動系の総合した伝達関数であって、
エンジンの振動に基づいてエンジン・マウントによる伝
達関数(MTG)、トルク・ロッドによる伝達関数、キャ
ブ・マウントによる伝達関数等から成っており、この伝
達関数Gによりエンジン振動が車室内空間伝達路によっ
て耳元で車室内騒音Y(n)に変換された形で観測され
るものである。
この場合、エンジン振動自体はエンジン回転2次成分に
よるものであるが、耳元で観測される車室内騒音Y
(n)は伝達関数Gによりエンジン回転2次成分以外の
成分をも含むものとなっている。
この伝達関数Gは未知の値であり、コントローラ5によ
りこの伝達関数の逆伝達関数G-1を同定するが、このコ
ントローラ5はエンジン振動検出手段により検出された
エンジン振動信号X(N)とマイクロホンからの出力信
号e(n)とを常に入力し、そして、これらの信号に基
づいて周知のLMS(Least Mean Square)法等によりフィ
ルタ係数列Hを適応制御してスピーカ出力y(n)を発
生し、上記の車室内騒音Y(n)を相殺する。
このようにエンジンの振動が音になるまでを演算するこ
とにより消去音を発生するが、エンジン振動検出手段に
は、エンジン自体の振動と共に路面から車体への振動も
混入し得るので、システムが想定したのとは異なるルー
トの振動が加算されることとなり、スピーカから出力し
た音と騒音は位相が合わず、消音できないばかりか、同
相成分が加算されて騒音が悪化することもある。
騒音が悪化した場合、路面からの振動による騒音も含め
た室内騒音をコントローラの適応係数列を更新するため
の入力としてしまうので、係数列が乱れ、エンジンから
の騒音を消去できなくなってしまう。
そこで、本発明では、路面からの車体振動を別途手段10
により検出し、この検出した車体振動が閾値を越えるよ
うな大きなものであるときには一定時間、スピーカから
の出力音を禁止することにより、車室内騒音の悪化を防
いでいる。
更に、第1図に示すエンジン振動X(n)はエンジンの
振動自体を検出する手段の代わりにエンジン回転数を検
出して車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆伝達関数
を同定し車室内騒音を消去することもできる(但し、直
接エンジン振動を検出する場合よりも応答性は若干劣る
ことになる)が、この場合には、マイクの方だけ路面か
らの車体振動を音としてピックアップし、エンジン回転
数の検出手段には混入しないので、路面からの振動が大
きいときでもμ=0とし、適応コントローラが路面から
の騒音を含んだマイク誤差信号でステップサイズμの更
新を行わないようにするだけで充分である。
従って、本発明のように路面からの車体振動が閾値より
大きいときには、エンジン振動を直接検出するか間接的
に検出するかに応じてスピーカ出力を停止するか適応ス
テップサイズの更新を停止させれば、想定した経路以外
からの振動騒音によって車室内の残留騒音が却って大き
くなってしまうことや、適応制御系が狂ってしまうのを
防ぐことができると共にその後の通常制御での収束速度
を早めることになる。
〔実施例〕
第2図は本発明に係る車室内騒音の低減装置の一実施例
を示したもので、1は車両の車室、2は自動車1のエン
ジン、3はエンジン2のエンジン振動を直接検出するエ
ンジン振動センサ(ノックセンサでも良い)又はエンジ
ンの回転数からエンジンの振動数を検出するエンジン回
転数センサ、4は車室内の騒音レベルを検出するマイク
ロホン、5はセンサ3及び4の出力によりエンジンの振
動で励磁される車体の振動系の伝達関数の逆伝達関数を
同定するコントローラ、6は騒音を減少させる音を発生
するスピーカ、7はコントローラ5からの信号を増幅し
てスピーカ6を駆動する増幅器、8は車輪(タイヤ)、
9は車輪8のためのコイルスプリング、板バネ等のサス
ペンション、そして10はこのサスペンション9の上部に
おいて路面に対する車体振動を検出するための振動セン
サである。
第3図は第2図に示したコントローラの一実施例を示し
たもので、この実施例では適応ディジタルフィルタで構
成されており、適応アルゴルリズムとしては周知の最急
降下法や、学習同定法や、LMS法等が挙げられるが、こ
こではLMS法を用いている。また、51はLMS部50によりス
ピーカ出力y(n)を制御するための出力制御部51であ
る。
また、n個のZ-1はエンジン振動X(n)を各サンプル
毎に遅延させるための遅延素子を示し、n個のh(0)
〜h(n−1)は各遅延素子Z-1に対し乗算するための
フィルタ(タップ)係数であり、各フィルタ係数はLMS
アルゴリズム、即ち、 h(n+1)=h(n)+2μe(n)X(n) に従ってサンプル毎に更新される。但し、n=0…i,μ
は上述したステップサイズである。
この場合のステップサイズμを選択することにより、フ
ィルタ係数を各サンプルのエンジン振動X(n)に掛け
且つ加算するという畳み込み演算を行うことにより増幅
器7を介してスピーカ6への出力信号y(n)が求めら
れる。
このスピーカ出力y(n)を、実際にドライバーの耳元
で観測される音圧Y(n)から差し引くことにより、マ
イクロホン4からの出力e(n)=Y(n)−y(n)
が発生され、これをLMSアルゴリズムによりフィルタ係
数をサンプル毎に更新すれば、車室内の空間伝達系の伝
達関数Gの逆伝達関数G-1をリアルタイムで同定して行
くことができ、マイク出力e(n)を最小値に収束させ
ることができる。
今、第2図の実施例においてエンジンの振動を検出する
手段としてエンジン振動センサ3を用いた場合、車両が
路面の継ぎ目や段差位置を乗り越えたとき、振動センサ
10の出力は大きな値となるが、この振動出力が閾値を越
えるほどの大きな値であときには、上述の如くスピーカ
6からの出力音と車室内騒音とは位相が合わず、消音で
きないばかりか同相成分が加算されて騒音が悪化するこ
ともあるので、LMS部50は、車体振動>閾値のときは出
力制御部51を制御してスピーカ出力y(n)を発生させ
ないようにする。
この場合、スピーカ出力を停止させる期間は、第4図に
示す如く、車体振動>閾値の時点t1の次のゼロ・クロス
点t2から始めて、車体振動<閾値になった時点t3の次の
ゼロ・クロス点t4になった時点までに出力制御部51が制
御することが好ましい。これは、スピーカ6からその入
出力に伴う衝撃音の発生を防ぐためであるが、少なくと
も時点t1から一定時間設定すれば車体振動が閾値を頻繁
に上下するときのジッタを防ぐことができ、初期の目的
も達成することができる。
一方、第2図の実施例においてエンジン振動センサの代
わりにエンジン回転数センサ3を用いた場合には、エン
ジン回転数をエンジンの振動数に変換して上述の制御を
行うが、この制御の場合にはエンジン振動の振幅を検出
する直接の手段が無いので、この振幅についてはマイク
ロホン4の入力により推定して制御を行っている(これ
により、制御自体はエンジン振動センサを用いた場合よ
り収束速度が遅くなる)。
そのため、路面からの車体振動はセンサ3には混入しな
いが、依然としてマイク4には車体振動による振動音が
入力されてしまい、これに起因して誤差信号がマイク出
力e(n)となり、フィルタ(タップ)係数列h(0)
〜h(n−1)が乱され制御が収束に向かわなくなって
しまうので、かかる係数列の更新を禁止するため、ステ
ップサイズμを0にしてフィードバックをかけないオー
プン制御を行う。
この場合にステップサイズμを通常の値に戻すの方法と
しては、 車体振動<閾値になった時点(第4図のt4)から直
ちに戻す、 車体振動<閾値になった時点(第4図のt4)から一
定時間後に通常の値に戻す、 車体振動<閾値になった時点(第4図のt4)からμ
を時間の関数(例えば時間の1次関数)で戻す、 等の方法がある。
尚、エンジン振動信号X(n)がいつも平均値や自乗平
均値が時間的に変化しない定常信号であるとは限らない
が、適切なサンプリング数とタップ数であれば過渡的な
状態でも制御を収束させることができる。
〔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、エンジン振動検出手段を用いて適応コントローラが
マイクロホンの入力が最小になるようにスピーカを制御
する際に、路面からの車体振動が閾値を越えたときには
一定時間、消音用のスピーカ出力を停止させるように構
成したので、路面からの振動入力が大きくエンジンに取
り付けた振動検出手段で正確にエンジンに起因する振動
が計測できなくなった時、位相・音圧がずれた為に消音
できなくなった場合、スピーカ出力音を停止させて少な
くとも騒音を増加させることを防止することができる。
また、エンジン回転数検出手段を用いて適応コントロー
ラがマイクロホンの入力が最小になるようにスピーカを
制御する際に、路面からの車体振動が閾値を越えたとき
には一定時間、適応ステップサイズを零にするように構
成したので、路面からの振動騒音が在る間は効果は落ち
るものの、オープン制御でエンジン騒音を消去すること
により、通常ステップサイズの制御に戻ったときに適応
制御係数列の乱れが少なく、従ってその後の消音効果の
復帰が早くなる。
【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減装置を原理的
に示したブロック図、 第2図は、本発明に係る車室内騒音の低減装置の一実施
例を示す概略構成図、 第3図は、本発明に用いられるコントローラの一実施例
を示した図、 第4図は、本発明によるスピーカの出力音の制御状態を
示す波形図、である。 図において、1は車室、2はエンジン、3はエンジン振
動センサ又はエンジン回転数センサ、4はマイクロホ
ン、5はコントローラ、6はスピーカ、10は振動セン
サ、をそれぞれ示す。 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンの振動検出手段と、該検出手段の
    検出信号から車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆伝
    達関数を同定する適応型コントローラと、該コントロー
    ラの出力信号を車室内に出力するスピーカと、全車室内
    騒音を検出するマイクロホンと、路面からの車体振動を
    検出する手段とを備え、該コントローラが該マイクロホ
    ンの入力が最小になるように該スピーカを制御すると共
    に該車体振動が閾値を越えたときには一定時間、該スピ
    ーカへの出力を停止することを特徴とした車室内騒音の
    低減装置。
  2. 【請求項2】エンジンの回転数検出手段と、該検出手段
    の検出信号から車体の振動系の耳元までの伝達関数の逆
    伝達関数を同定する適応型コントローラと、該コントロ
    ーラの出力信号を車室内に出力するスピーカと、全車室
    内騒音を検出するマイクロホンと、路面からの車体振動
    を検出する手段とを備え、該コントローラが該マイクロ
    ホンの入力が最小になるように該スピーカを制御すると
    共に該車体振動が閾値を越えたときには一定時間、適応
    ステップサイズを零にすることを特徴とした車室内騒音
    の低減装置。
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