JPH0921365A - 自動車用アクティブ騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吸気騒音を検出するマイクロフォンに故障が発
生しても、騒音低減の効果が継続的に得られるようにす
る。 【解決手段】吸気騒音を検出するマイクロフォンが故障
したときに、エンジン回転速度Ｎｅに基づいて吸気音の
周波数を推定し（Ｓ32）、更に、エンジン回転速度Ｎｅ
とスロットル弁開度ＴＶＯに基づいて吸気音の振幅を推
定する（Ｓ33）。そして、前記推定された周波数，振幅
の音波をエアクリーナ部に設けたスピーカから発生させ
る一方（Ｓ34）、打ち消し残音を検出するマイクロフォ
ンの検出結果に基づいて、前記スピーカから発生させる
音波の位相をフィードバック制御する（Ｓ35）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車における騒
音を、別に発生させた音波による干渉によって積極的に
低減させる自動車用アクティブ騒音制御装置に関し、特
に、エンジンの吸気系騒音を低減する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の静粛性を確保する技術と
して、アクティブ騒音制御と呼ばれている技術が提案さ
れている。前記アクティブ騒音制御とは、音が空気の密
度変化が空気中を伝播する一種の波動現象であることに
鑑み、自動車における騒音（一次音）に、同振幅で逆位
相の別の音波（二次音）を干渉させることにより一次音
を打ち消すものである。

【０００３】前記アクティブ騒音制御によって、特にエ
ンジンの吸気脈動に伴って発生する吸気系騒音の低減を
図る場合には、騒音発生源である吸気系内にスピーカを
設置すると共に、吸気系騒音（脈動騒音）をマイクロフ
ォン等で検出し、検出された騒音を打ち消す音波を前記
スピーカから発生させることで、吸気騒音の積極的な低
減を図れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記アクテ
ィブ騒音制御においては、騒音（吸気音）を精度良く検
出することが、効果的に騒音を打ち消すために必要であ
り、マイクロフォン等の吸気騒音を検出する手段に故障
（劣化を含む）が発生し、その検出信号が実際の吸気騒
音に正しく対応するものでなくなると、所期の消音効果
が得られなくなったり、二次音の発生によってかえって
騒音を悪化させてしまう惧れがある。

【０００５】従って、マイクロフォン等の吸気騒音を検
出する手段に故障（劣化を含む）が発生した場合には、
その使用を停止することが好ましいが、マイクロフォン
等の故障によって騒音の打ち消し制御を停止させてしま
うと、消音効果が全く得られなくなってしまうという問
題が発生する。本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
であり、吸気騒音を検出する手段の故障によって騒音が
悪化してしまうことを回避しつつ、消音効果を継続的に
得られるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる自動車用アクティブ騒音制御装置は、図１に示
すように構成される。図１において、吸気音検出手段
は、エンジンの吸気系に介装されて吸気音に対応する検
出信号を出力する。また、音波発生手段は、エンジンの
吸気系内で音波を発生する。

【０００７】そして、吸気騒音打ち消し手段は、前記吸
気音検出手段からの検出信号に基づいて吸気音を打ち消
す音波を発生させるべく前記音波発生手段を駆動する。
また、打ち消し残音検出手段は、吸気騒音打ち消し手段
による打ち消し残音を検出し、フィードバック制御手段
は、打ち消し残音検出手段の検出結果に基づいて前記吸
気騒音打ち消し手段による前記音波発生手段の駆動制御
を修正する。

【０００８】一方、故障診断手段は、前記吸気音検出手
段の故障の有無を診断し、フェイルセーフ制御手段は、
故障診断手段により前記吸気音検出手段の故障が診断さ
れたときに、エンジンの運転条件に基づいて吸気音を推
定し、該推定結果に基づいて前記吸気騒音打ち消し手段
による前記音波発生手段の駆動制御を行わせる。かかる
構成によると、吸気騒音の検出結果に基づいて、かかる
吸気騒音を打ち消すための音波を別途吸気系内で発生さ
せ、吸気騒音の打ち消しを図る。また、かかる打ち消し
によって残った音（打ち消し残音）を検出させて、発生
させる音波を修正させることで、打ち消し効果が最大限
に得られるようにする。

【０００９】ここで、吸気音検出手段が故障すると、実
際の吸気音に対応しない誤った二次音を発生させる惧れ
があるので、吸気音検出手段の検出信号を用いて二次音
を発生させることを停止し、代わりに、エンジンの運転
条件から吸気音を推定させて、該推定結果に基づいて二
次音を発生させ、吸気騒音の打ち消しを図る。請求項２
の発明にかかる自動車用アクティブ騒音制御装置では、
前記フェイルセーフ制御手段におけるエンジンの運転条
件が、スロットル弁開度とエンジン回転速度との少なく
とも一方を含む構成とした。

【００１０】かかる構成によると、エンジン運転条件と
して、スロットル弁開度とエンジン回転速度との少なく
とも一方を用いる構成とし、これらのパラメータに基づ
いて吸気音の音圧や周波数を推定する構成とした。請求
項３の発明にかかる自動車用アクティブ騒音制御装置で
は、前記フェイルセーフ制御手段が、少なくとも前記ス
ロットル弁開度に基づいて吸気音の音圧を推定する構成
とした。

【００１１】かかる構成によると、少なくとも前記スロ
ットル弁開度に基づいて吸気音の音圧を推定し、該推定
された音圧に対応する振幅の音波を発生させる構成とし
た。請求項４の発明にかかる自動車用アクティブ騒音制
御装置では、前記フェイルセーフ制御手段が、前記エン
ジンの回転速度に基づいて吸気音の周波数を推定する構
成とした。

【００１２】かかる構成によると、前記エンジンの回転
速度に基づいて吸気音の周波数を推定し、該推定された
周波数の音波を発生させる構成とした。請求項５の発明
にかかる自動車用アクティブ騒音制御装置では、前記打
ち消し残音検出手段の故障の有無を診断する残音検出診
断手段と、前記故障診断手段で前記吸気音検出手段に故
障がないことが診断され、かつ、前記残音検出手段で前
記打ち消し残音検出手段の故障が診断されたときに、前
記フィードバック制御手段による修正制御を停止させ
て、前記吸気騒音打ち消し手段のみによって前記音波発
生手段を駆動制御させるオープン制御手段と、を設ける
構成とした。

【００１３】かかる構成によると、吸気音検出手段が正
常であるが、打ち消し残音検出手段に故障が発生した場
合には、打ち消し残音の検出結果に基づくフィードバッ
ク制御を停止させるが、吸気音検出手段からの検出信号
に基づく音波発生制御はそのまま継続させ、フィードホ
ワード制御によって吸気騒音の低減を図るようにした。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、実施形態のシステム構成を示すものであ
り、エンジン１には、エアクリーナ２，吸気ダクト３，
スロットルチャンバー４，吸気コレクタ５，吸気マニホ
ールド６を介して空気が吸入される。

【００１５】前記スロットルチャンバー４には、図示し
ないアクセルペダルと連動するスロットル弁７が設けら
れていて、エンジン１の吸入空気量を調整する。吸気マ
ニホールド６のブランチ部には、各気筒毎に電磁式燃料
噴射弁８が設けられていて、図示しない燃料ポンプから
圧送されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に制
御された燃料を吸気マニホールド６内に噴射供給する。

【００１６】前記燃料噴射弁８は、マイクロコンピュー
タを内蔵したコントロールユニット９から送られる噴射
パルス信号に応じて間欠的に開駆動され、前記コントロ
ールユニット９で演算される噴射パルス信号のパルス幅
に応じてその燃料噴射量が制御されるようになってい
る。前記スロットルチャンバー４上流側の吸気ダクト３
には、エンジン１の吸入空気量Ｑａを検出するエアフロ
ーメータ10が設けられている。ここで、該エアフローメ
ータ10は、例えば吸気ダクト内に配設される感熱抵抗の
抵抗値変化に基づいてエンジンの吸入空気流量Ｑａを質
量流量として検出するものである。

【００１７】また、クランク軸又はカム軸からエンジン
１の回転信号を取り出すクランク角センサ11が設けられ
ており、該クランク角センサ11から所定クランク角毎に
出力される検出信号に基づいてエンジンの回転速度Ｎｅ
を算出できるようになっている。更に、前記スロットル
弁７の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ12、エン
ジンの冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ13などが設
けられている。

【００１８】コントロールユニット９は、前記エアフロ
ーメータ10で検出される吸入空気量Ｑａ及び前記クラン
ク角センサ11からの検出信号に基づいて算出したエンジ
ン回転速度Ｎｅに基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを演算
すると共に、該基本噴射パルス幅Ｔｐを冷却水温度Ｔｗ
等の運転条件に応じて補正して最終的な噴射パルス幅Ｔ
ｉを設定し、該噴射パルス幅Ｔｉの噴射パルス信号を前
記燃料噴射弁８に所定噴射タイミング毎に出力する。

【００１９】ここで、前記コントロールユニット９は、
本発明にかかる自動車用アクティブ騒音制御装置の制御
ユニットとしても機能するものであり、該自動車用アク
ティブ騒音制御装置の構成要素として、エアクリーナ２
部に吸気系内に音波を発生させるスピーカ21（音波発生
手段）を設けてあると共に、スロットルチャンバー４と
エアフローメータ10との間の吸気ダクト３に吸気系内の
音（吸気系騒音）を電気信号に変換するマイクロフォン
22（吸気音検出手段）を設けてある。更に、エアクリー
ナ２の上流側に、前記スピーカ21による騒音打ち消しの
結果として放出される騒音（打ち消し残音）を検出する
ためのマイクロフォン23（打ち消し残音検出手段）を設
けてある。

【００２０】そして、自動車騒音としてエンジンの吸気
系騒音の低減を図るべく、前記マイクロフォン22からの
検出信号に基づいて吸気系騒音（主に吸気脈動騒音）を
検出し、前記吸気系騒音（一次音）に干渉して騒音を打
ち消す音波（二次音）を前記吸気系内に設けたスピーカ
21から別途発生させるべく、スピーカ21に駆動信号を出
力する（吸気騒音打ち消し手段）。

【００２１】図３のフローチャートは、前記騒音低減制
御の様子を示すものである。尚、本実施形態において、
吸気騒音打ち消し手段，フィードバック制御手段として
の機能は、前記図３のフローチャートに示すように、コ
ントロールユニット９がソフトウェア的に備えている。
図３のフローチャートにおいて、まず、ステップ１（図
中ではＳ１としてある。以下同様）では、前記マイクロ
フォン22の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込み、ステッ
プ２ではサンプリングウインドウ内であるか否かを判別
する。

【００２２】そして、サンプリングウインドウ内であれ
ば、所定周波数域のパワースペクトルＰＳ１を求めるた
めに、ステップ３で前記マイクロフォン22の出力をデー
タＭＫｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）として順次記憶
し、サンプリングウインドウを越えたときには、ステッ
プ４で前記記憶データＭＫｎを全てリセットする。一
方、前記サンプリングウインドウ内で得られたデータＭ
Ｋｎに基づいて、ステップ５で所定の周波数域の成分を
フーリエ変換等によって抽出し、抽出結果をパワースペ
クトルＰＳ１とする。ここで、前記所定の周波数域は、
吸気脈動の周波数域に対応させてあり、後述するマイク
ロフォン23の出力のパワースペクトルＰＳ２において
も、同じ周波数域を抽出させる。

【００２３】次のステップ６では、吸気音の打ち消しの
ために所定角度θの位相回転を与える位相制御を、前記
抽出された周波数成分ＰＳ１に対して施す。尚、前記所
定態度θの位相差は、吸気脈動騒音がスピーカ21に到達
する時点で、吸気脈動騒音とスピーカ21から発生させる
音波の位相とが180 °ずれた位相（逆位相）となるよう
に、設定される。

【００２４】そして、ステップ７では、前記位相制御が
施された周波数成分ＰＳ１に対応する駆動信号を前記ス
ピーカ21に出力して、吸気騒音と同振幅，同周波数で逆
位相の音波を前記スピーカ21から発生させ、吸気騒音と
前記スピーカ21から発生する音波との干渉によって、吸
気騒音が打ち消されるようにする。ステップ８〜12で
は、前記マイクロフォン22の出力の処理（ステップ１〜
５）と同様にして、打ち消し残音を検出するマイクロフ
ォン23の出力を処理することで、前記パワースペクトル
ＰＳ１と同じ周波数成分のパワースペクトルＰＳ２をマ
イクロフォン23出力について求める。

【００２５】ステップ13では、マイクロフォン23のパワ
ースペクトルＰＳ２が最小であるか否か、換言すれば、
スピーカ21が発生する音波によって音圧の低減が図られ
た結果としての打ち消し残音が最小であるか否かを判別
する ステップ13でパワースペクトルＰＳＱ２が最小でないと
判別されたときには、ステップ14へ進み、前記ステップ
６での位相制御に用いる所定角度θを所定値Δθだけ補
正設定して、スピーカ21から発生させる音波の位相をず
らす処理を行い、前記パワースペクトルＰＳ２が最小と
なる位相差が与えられるようにする。

【００２６】即ち、マイクロフォン23で拾われる音は打
ち消し残音であるから、この残音の音圧が最小となるよ
うに位相差を修正し、各種のばらつき影響があっても、
効果的に騒音打ち消しが行えるようにするものである。
従って、位相差に代えて若しくは位相差と共に、スピー
カ21から発生させる音波の振幅を調整する構成としても
良い。

【００２７】図４のフローチャートは、上記に示したア
クティブ騒音制御システムにおけるフェイルセーフ制御
を示すものである。尚、本実施形態において、故障診断
手段，フェイルセーフ制御手段，残音検出診断手段，オ
ープン制御手段としての機能は、前記図４のフローチャ
ートに示すように、コントロールユニット９がソフトウ
ェア的に備えている。

【００２８】図４のフローチャートにおいて、ステップ
21では、スピーカ21に故障が発生しているか否かを判別
する。かかる故障診断は、例えばスピーカ駆動信号の出
力ラインにおける断線等の電気的診断によって行われ
る。また、スピーカ21から発生させた所定音を、マイク
ロフォン22，23で検出して、実際に所望の音波が発生し
ているか否かで、故障診断する構成としても良い。

【００２９】同様に、ステップ22では、スピーカ駆動回
路を構成するアンプの故障を、電気的に診断する。ここ
で、スピーカ21の故障又はアンプの故障が診断された場
合には、ステップ23へ進んで、スピーカ21を駆動しての
アクティブ騒音制御を停止させる。これは、吸気騒音が
たとえ精度良く検出できたとしても、検出された吸気騒
音に見合った音波を発生させることができないためであ
る。

【００３０】一方、スピーカ21及びアンプが共に正常で
あると診断されたときには、ステップ24へ進んで、吸気
音検出手段としてのマイクロフォン22が故障しているか
否かを診断する。かかるマイクロフォン22の故障は、断
線検出等の電気的な検出の他、スピーカ21から発生させ
た音、又は、後述するようにスロットル弁開度（エンジ
ン負荷代表値）や回転速度等から予測されるエンジン吸
気音に対応する検出信号が出力されているいるか否かに
基づいて行わせることができる。

【００３１】マイクロフォン22が正常であるときには、
更に、ステップ25へ進んでマイクロフォン23の故障診断
を行わせる。ここで、マイクロフォン23も正常であれ
ば、ステップ26へ進んで、通常に、マイクロフォン22の
検出結果に基づくスピーカ21の駆動制御に、マイクロフ
ォン23の検出結果に基づくフィードバック修正を施し
て、吸気騒音の打ち消しを図る。

【００３２】一方、マイクロフォン23が故障している場
合には、フィードバック修正が行えないものの、マイク
ロフォン22で吸気騒音を検出することが可能であるか
ら、ステップ27へ進み、マイクロフォン22の検出結果の
みに基づいてフィードホワード制御を行うオープ制御状
態に移行させる。また、前記ステップ24でマイクロフォ
ン22の故障が診断されたときには、ステップ28へ進ん
で、マイクロフォン23の故障を診断させる。

【００３３】マイクロフォン22が故障であっても、マイ
クロフォン23が正常である場合には、ステップ29へ進
み、マイクロフォン22の検出信号を用いずに、スピーカ
21を駆動して吸気騒音の打ち消しを図る。即ち、吸気騒
音の主原因は吸気脈動にあり、かかる吸気脈動は、エン
ジン負荷を代表するスロットル弁開度ＴＶＯ、若しく
は、スロットル弁開度ＴＶＯとエンジン回転速度Ｎｅと
の組み合わせに基づいてその振幅が推定される一方、エ
ンジン回転速度Ｎｅに基づいてその周波数を推定し得
る。

【００３４】そこで、前記スロットル弁開度ＴＶＯ，エ
ンジン回転速度Ｎｅに基づいて吸気騒音の振幅及び周波
数を推定し、かかる推定結果に基づいてスピーカ21を駆
動する一方、マイクロフォン23の検出結果に基づく位相
修正のフィードバック制御を継続させて、エンジン運転
条件からは不明な位相を最適に設定する。かかるマイク
ロフォン22の故障時におけるフェイルセーフ制御の様子
は、図５のフローチャートに示してある。

【００３５】この図５のフローチャートにおいて、ステ
ップ31では、スロットル弁開度ＴＶＯ，エンジン回転速
度Ｎｅを読み込む。ステップ32では、前記読み込んだエ
ンジン回転速度Ｎｅに基づいて吸気騒音の周波数を推定
する。次のステップ33では、エンジン回転速度Ｎｅとス
ロットル弁開度ＴＶＯとに基づいて吸気騒音の振幅（音
圧）を推定する。

【００３６】そして、ステップ34では、前記推定された
振幅及び周波数のサイン波を生成し、これを駆動信号と
してスピーカ21に出力する。ステップ35では、前記マイ
クロフォン23の検出結果に基づいて、打ち消し残音が最
小となるように、スピーカ21から発生させる音波の位相
を修正する。かかる位相修正のフィードバック制御によ
り、エンジン運転条件からは吸気騒音の位相が不明であ
っても、吸気騒音を打ち消す音波を発生させることがで
きる。

【００３７】上記構成とすれば、たとえマイクロフォン
22が故障しても、スピーカ21から発生させる音波による
消音効果を維持することが可能である。一方、図４のフ
ローチャートのステップ28でマイクロフォン23が故障し
ていると診断されたときには、前記位相修正ができず
に、スピーカ21から発生させた音波によって騒音を悪化
させる惧れもあるので、ステップ30へ進んでスピーカ21
を駆動してのアクティブ騒音制御を停止させる。

【００３８】尚、本実施形態では、吸気音検出手段とし
てマイクロフォン22を用いる構成としたが、吸気系騒音
の主原因である吸気脈動がエアフローメータ10で検出さ
れることから、エアフローメータ10を吸気音検出手段と
して用いる構成としても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる自動車用アクティブ騒音制御装置によると、吸気
音検出手段が故障すると、エンジンの運転条件から吸気
音を推定して、該推定結果に基づいて二次音を発生させ
る構成としたので、吸気騒音の低減効果を引続き得られ
るという効果がある。

【００４０】請求項２の発明にかかる自動車用アクティ
ブ騒音制御装置によると、スロットル弁開度とエンジン
回転速度との少なくとも一方に基づいて吸気音の音圧や
周波数を推定して、吸気音を打ち消す音波を発生させ得
るという効果がある。請求項３の発明にかかる自動車用
アクティブ騒音制御装置によると、少なくともスロット
ル弁開度に基づいて吸気音の音圧を推定することで、吸
気音の音圧に対応する振幅の音波を発生させることがで
きるという効果がある。

【００４１】請求項４の発明にかかる自動車用アクティ
ブ騒音制御装置によると、エンジンの回転速度に基づい
て吸気音の周波数を推定することで、吸気音の周波数に
対応する周波数の音波を発生させることができるという
効果がある。請求項５の発明にかかる自動車用アクティ
ブ騒音制御装置によると、打ち消し残音の検出が不能に
なったときに、フィードホワード制御によって吸気騒音
を低減を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる自動車用アクティブ騒音制御装
置の基本構成ブロック図。

【図２】実施形態のシステム構成を示す図。

【図３】実施形態のアクティブ騒音制御を示すフローチ
ャート。

【図４】実施形態におけるフェイルセーフ制御の様子を
示すフローチャート。

【図５】実施形態における運転条件に基づく吸気音の推
定制御の様子を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ エンジン ２ エアクリーナ ３ 吸気ダクト ４ スロットルチャンバー ５ 吸気コレクタ ６ 吸気マニホールド ７ スロットル弁 ９ コントロールユニット 10 エアフローメータ 11 クランク角センサ 12 スロットルセンサ 21 スピーカ 22，23 マイクロフォン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸気系に介装されて吸気音に対
   応する検出信号を出力する吸気音検出手段と、 エンジンの吸気系内で音波を発生する音波発生手段と、 前記吸気音検出手段からの検出信号に基づいて吸気音を
   打ち消す音波を発生させるべく前記音波発生手段を駆動
   する吸気騒音打ち消し手段と、 該吸気騒音打ち消し手段による打ち消し残音を検出する
   打ち消し残音検出手段と、 該打ち消し残音検出手段の検出結果に基づいて前記吸気
   騒音打ち消し手段による前記音波発生手段の駆動制御を
   修正するフィードバック制御手段と、 前記吸気音検出手段の故障の有無を診断する故障診断手
   段と、 該故障診断手段により前記吸気音検出手段の故障が診断
   されたときに、エンジンの運転条件に基づいて吸気音を
   推定し、該推定結果に基づいて前記吸気騒音打ち消し手
   段による前記音波発生手段の駆動制御を行わせるフェイ
   ルセーフ制御手段と、 を含んで構成された自動車用アクティブ騒音制御装置。
2. 【請求項２】前記フェイルセーフ制御手段におけるエン
   ジンの運転条件が、スロットル弁開度とエンジン回転速
   度との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１
   記載の自動車用アクティブ騒音制御装置。
3. 【請求項３】前記フェイルセーフ制御手段が、少なくと
   も前記スロットル弁開度に基づいて吸気音の音圧を推定
   することを特徴とする請求項２記載の自動車用アクティ
   ブ騒音制御装置。
4. 【請求項４】前記フェイルセーフ制御手段が、前記エン
   ジンの回転速度に基づいて吸気音の周波数を推定するこ
   とを特徴とする請求項２記載の自動車用アクティブ騒音
   制御装置。
5. 【請求項５】前記打ち消し残音検出手段の故障の有無を
   診断する残音検出診断手段と、 前記故障診断手段で前記吸気音検出手段に故障がないこ
   とが診断され、かつ、前記残音検出手段で前記打ち消し
   残音検出手段の故障が診断されたときに、前記フィード
   バック制御手段による修正制御を停止させて、前記吸気
   騒音打ち消し手段のみによって前記音波発生手段を駆動
   制御させるオープン制御手段と、 を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つ
   に記載の自動車用アクティブ騒音制御装置。