JPH094432A - 自動車用アクティブ騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】吸気騒音に干渉する音波を発生させるためのス
ピーカの稼働率を抑制して、スピーカの耐久劣化の進行
を抑制する。 【構成】吸気騒音をマイクロフォンで検出し、該マイク
ロフォンの検出信号に基づいて吸気騒音を打ち消すため
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。ここで、スロットル弁開度ＴＶＯ（Ｓ41）が基準
開度を越える場合には（Ｓ42）、吸気騒音の音圧も所定
値を越えているものと推定し、前記スピーカの駆動を実
行させるが（Ｓ43）、スロットル弁開度ＴＶＯが基準開
度以下であるときには、吸気騒音の音圧が充分に低く消
音の必要性が低いと判断し、前記スピーカの駆動を停止
させる（Ｓ44）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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、吸気系騒音
を効果的に打ち消すには、吸気騒音に干渉する音波をス
ピーカから精度良く発生させる必要があるが、スピーカ
の経時劣化等によって駆動信号に対して実際に発生する
音波の特性が変化すると、充分な消音効果が得られなく
なり、場合によってはスピーカからの発生音によって騒
音レベルを悪化させてしまう惧れもある。

【０００５】尚、前記スピーカの劣化は、駆動時の発熱
による消磁、疲労による強度変化等を原因として発生す
る。上記のようなスピーカの耐久劣化の発生を回避する
ためには、耐久性に優れた高価なスピーカを用いる必要
があり、システムのコストアップになってしまう。一
方、コストアップを抑制すべくスピーカのグレードを落
とすと、長期間に渡って充分な消音効果を安定的に得る
ことが困難になるという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、スピーカの劣化進行を抑制できるようにして、比
較的安価なスピーカによって十分な消音効果を長期に渡
って得られるようにすることを目的とする。

【０００７】

【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
に駆動信号を出力する。

【０００８】ここで、騒音打ち消し停止手段は、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、
前記吸気音検出手段からの検出信号とエンジン運転条件
との少なくとも一方に基づいて選択的に停止させる。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、前記騒音打ち消し停止手段が、前記吸気音検出手
段からの検出信号とエンジン運転条件との少なくとも一
方に基づいて吸気音の音圧が所定以下であると判別され
るときに、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停止させる構成とした。

【０００９】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、前記吸気音の音圧を、エンジンの
スロットル弁開度，回転速度，吸入空気量の振幅のうち
の少なくとも１つに基づいて判別する構成とした。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、前記騒音打ち消し停止手段が、前記吸気音検出手段
からの検出信号とエンジン運転条件との少なくとも一方
に基づいて吸気音の周波数が所定範囲外であると判別さ
れるときに、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停止させる構成とした。

【００１０】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、前記吸気音の周波数を、エンジン
の回転速度に基づいて判別する構成とした。

【００１１】

【作用】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。ここで、前記二
次音の発生による吸気騒音の打ち消しを常時行わせるの
ではなく、吸気音の検出結果とエンジンの運転条件との
少なくとも一方に基づいて選択的に停止させることで、
音波発生手段を駆動する時間（稼働率）を極力減少さ
せ、以て、音波発生手段の耐久劣化の進行を抑制する。

【００１２】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、吸気音の音圧が所定以下であ
るときに、二次音の発生を停止させる構成とし、吸気騒
音の音圧が高く、これを減衰させる必要があるときに限
定して二次音を発生させるものとした。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によると、吸
気騒音の音圧は、エンジンの高負荷，高回転時に一般に
大きくなるものと予測されるので、エンジンのスロット
ル弁開度，回転速度，吸入空気量の振幅のうちの少なく
とも１つに基づいて音圧レベルを判別するものとした。

【００１３】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、吸気音が耳障りな周波数域の
ときに二次音の発生による吸気騒音の打ち消しを行わ
せ、それ以外では二次音の発生を停止させて音波発生手
段の稼働率の抑制を図る。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、吸気音の周波数
が、一般的にエンジン回転速度に対応することから、エ
ンジン回転速度に基づいて吸気音の周波数を判別し、以
て、特定周波数域に限って二次音を発生させる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は、
実施例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。

【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。但し、スピーカ21の駆動制
御を前記図３のフローチャートに示す制御に限定するも
のではない。尚、本実施例において、吸気騒音打ち消し
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。

【００２２】ステップ21（図中ではＳ21と記してある。
以下同様）では、マイクロフォン22からの電気信号をサ
ンプリングする所定のサンプリングウインドウ内である
か否かを判別し、サンプリングウインドウ内であれば、
ステップ22へ進み、図４に示すように、マイクロフォン
22からの電気信号をＡ／Ｄ変換した値ＭＲｎ（ｎ＝１，
２，３・・・）を順次記憶する。一方、サンプリングウ
インドウ内でない場合、即ち、サンプリングウインドウ
を越えた場合には、ステップ28へ進み、前回のサンプリ
ングウインドウ内で読み込んだ値ＭＲｎを全てクリアし
て次のサンプリングウインドウで新たにデータが記憶さ
れるようにする。

【００２３】サンプリングウインドウ内であって順次マ
イクロフォン22からの電気信号をＡ／Ｄ変換して記憶す
ると、ステップ23では、サンプリングウインドウ内で集
められたｎ個のデータを用いたフーリエ変換等によって
所定の周波数成分（例えば80〜150Hz ）を抽出する（パ
ワースペクトルＰＳ１）。次のステップ24では、吸気音
の打ち消しのために所定角度θ１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に対して施す。

【００２４】また、ステップ25では、前記ステップ23で
分析した周波数成分とは異なる周波数域の周波数成分
（例えば150 〜300Hz)を抽出し（パワースペクトルＰＳ
２）、次のステップ26では、前記ステップ25で抽出され
た周波数成分に対して所定角度θ２の位相回転を与え
る。そして、ステップ27では、前記位相制御が施された
各周波数成分を合成した後、Ｄ／Ａ変換してスピーカ21
を駆動する。

【００２５】ここで、本実施例のように、打ち消し残音
を検出するマイクロフォン23を備える場合には、該マイ
クロフォン23の検出結果に基づいて最良の消音効果が得
られるように、前記スピーカ21に出力する駆動信号を補
正するようにしても良い。例えばスピーカ21から発生す
る音波の位相と、実際の吸気騒音の位相とが正確に逆位
相でないと消音効果が低下するから、マイクロフォン23
で検出される打ち消し残音が最小になるように、スピー
カ21に出力する駆動信号の位相を修正すれば、経時変化
やばらつきの影響を排除して、効果的に吸気騒音を低減
できる。

【００２６】本実施例では、上記のように、前記スピー
カ21を駆動して吸気騒音の低減を図るが、スピーカ21が
耐久劣化すると、前記消音効果を長期間に渡って安定的
に得ることができなくなってしまう。そこで、本実施例
では、前記スピーカ21の耐久劣化を抑止すべく、スピー
カ21を駆動しての騒音低減制御を限定的に実行させ、ス
ピーカ21の稼働率を抑制するようにしてある（騒音打ち
消し停止手段）。

【００２７】即ち、図５のフローチャートに示すよう
に、まず、前記騒音低減制御を行うべき条件であるか否
かを判別するための各種パラメータを読み込み（ステッ
プ31）、次に前記読み込んだパラメータに基づいて騒音
低減制御を行うべき条件が成立しているか否かを判別す
る（ステップ32）。そして、騒音低減制御を行うべき条
件下であるときには、前記図３のフローチャートに示す
ようにして、スピーカ21に駆動信号を出力するが（ステ
ップ33）、騒音低減制御を行うべき条件が成立していな
い場合には、スピーカ21に対する駆動信号を出力を停止
する（ステップ34）。

【００２８】このようにして、スピーカ21に対する駆動
信号の出力を限定的に行わせて、スピーカ21の稼働率を
低下させれば、スピーカ21の耐久劣化の進行を抑制で
き、以て、スピーカ21を用いた騒音低減制御を長期間に
渡って効果的に行わせることができる。従って、高い耐
久性を有せず比較的安価なスピーカ21を用いても、長期
間に渡って良好な消音効果を得ることが可能となる。

【００２９】ここで、前記騒音低減制御を行うべき条件
を、吸気音の音圧が所定値を越えている場合とすること
が好ましい。吸気音の音圧が充分に低い場合には、消音
の要求が低く、二次音の発生による打ち消しの効果代も
小さいので、スピーカ21の駆動を停止させることによる
弊害が少ない。従って、吸気音の音圧が所定以下のとき
にスピーカ21の駆動を停止させて無用な駆動を回避すれ
ば、必要な吸気騒音の低減効果を確保しつつスピーカ21
の稼働率低下を図ることが可能である。

【００３０】吸気音の音圧は、マイクロフォン22の検出
信号に基づいて直接的に検出できる他、エンジンの運転
条件から推定することが可能である。吸気音の音圧は、
エンジン負荷の増大に略対応して増大するものと予測さ
れるので、図６のフローチャートに示すように、エンジ
ン負荷を代表するスロットル弁開度ＴＶＯに基づいて、
スピーカ21の駆動を行うか否かを選択的に決定する構成
とすることができる。

【００３１】図６のフローチャートにおいては、まず、
スロットル弁開度ＴＶＯを読み込み（ステップ41）、次
にこのスロットル弁開度ＴＶＯが所定の音圧に対応する
基準開度以下であるか否かを判別する（ステップ42）。
スロットル弁開度ＴＶＯが基準開度を越える場合には、
吸気音の音圧も所定値を越えるものと推定されるので、
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
制御によって吸気音の打ち消しを行わせる（ステップ4
3）。

【００３２】一方、スロットル弁開度ＴＶＯが所定開度
以下である場合には、吸気音の音圧も所定以下であるも
のと推定されるので、マイクロフォン22の検出結果に基
づくスピーカ21の駆動制御を停止し、以て、スピーカ21
が無用に駆動されることを回避する（ステップ44）。ま
た、吸気音の主たるものは、吸気脈動に伴って発生し、
吸気脈動幅が大きいときほど吸気音も大きいものと推定
されるので、図７のフローチャートに示すように、エア
フローメータ10で検出される吸入空気量Ｑａの振幅（脈
動幅）に基づいて、スピーカ21の駆動を行うか否かを選
択的に決定する構成としても良い。

【００３３】図７のフローチャートにおいては、まず、
吸入空気量Ｑａを読み込み（ステップ51）、次にこの吸
入空気量Ｑａの振幅ΔＱａを算出する（ステップ52）。
そして、前記振幅ΔＱａが所定の音圧に対応する基準値
以下であるか否かを判別する（ステップ53）。前記振幅
ΔＱａが基準値を越える場合には、吸気音の音圧も所定
値を越えるものと推定されるので、マイクロフォン22の
検出結果に基づくスピーカ21の駆動制御によって吸気音
の打ち消しを行わせる（ステップ54）。

【００３４】一方、前記振幅ΔＱａが所定値以下である
場合には、吸気音の音圧も所定以下であるものと推定さ
れるので、マイクロフォン22の検出結果に基づくスピー
カ21の駆動制御を停止し、以て、スピーカ21が無用に駆
動されることを回避する（ステップ55）。ここで、前記
騒音低減制御を行うべき条件を、吸気音の周波数が所定
範囲内であるときとすることもできる。即ち、低減すべ
き周波数域の吸気音が発生しているときには、スピーカ
21を駆動して二次音を発生させ、吸気音の打ち消しを図
るが、低減の必要性が比較的低い周波数の吸気音が発生
しているときには、スピーカ21の駆動を停止させて、ス
ピーカ21の稼働率を低下させるようにする。

【００３５】吸気音の周波数は、マイクロフォン22の検
出信号から直接的に検出しても良いが、吸気音の主たる
要因である吸気脈動の周波数が、エンジン回転速度Ｎｅ
に対応するので、エンジン回転速度Ｎｅから吸気音の周
波数を推定して、スピーカ21の駆動を選択的に停止させ
る構成とすることが可能である。図８のフローチャート
は、エンジン回転速度Ｎｅに基づいて吸気音の周波数判
別と、スロットル弁開度ＴＶＯに基づく吸気音の音圧判
別とを組み合わせた実施例を示す。

【００３６】即ち、図８のフローチャートに示す実施例
では、予め低減すべき周波数域の吸気音が所定の音圧を
越えて発生する領域を、スピーカ21駆動による吸気音打
ち消し領域として、エンジン回転速度Ｎｅとスロットル
弁開度ＴＶＯとをパラメータとして特定しておく。そし
て、各センサで検出された実際のスロットル弁開度ＴＶ
Ｏとエンジン回転速度Ｎｅとを読み込み（ステップ6
1）、現在の運転条件が前記打ち消し領域に該当するか
否かを判別する（ステップ62）。

【００３７】ここで、現在の運転条件が前記打ち消し領
域に該当する場合には、スピーカ21を駆動して吸気騒音
の打ち消しを図るが（ステップ63）、前記打ち消し領域
に該当しない場合には、スピーカ21の駆動を停止させて
スピーカ21の稼働率を低下させ（ステップ64）、以て、
スピーカ21の耐久劣化の進行を抑制する。尚、本実施例
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。

【００３８】

【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、二次
音の発生による吸気騒音の打ち消しを常時行わせるので
はなく、吸気音の検出結果とエンジンの運転条件との少
なくとも一方に基づいて選択的に停止させることで、音
波発生手段を駆動する時間（稼働率）を極力減少させ、
以て、音波発生手段の耐久劣化の進行を抑制することが
できるという効果がある。

【００３９】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、吸気騒音の音圧が高く、これ
を減衰させる必要があるときに限定して二次音を発生さ
せて、音波発生手段の稼働率を減少させることができる
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、エンジンのスロットル
弁開度，回転速度，吸入空気量の振幅のうちの少なくと
も１つに基づいて音圧レベルを間接的に判別することが
できるという効果がある。

【００４０】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、消音が要求される周波数域に
限って二次音を選択的に発生させることができ、以て、
音波発生手段の稼働率を減少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、吸気音の周波数をエンジン回
転速度に基づいて間接的に判別し、消音が必要とされる
周波数域のときに限定して二次音を発生させることがで
き、以て、音波発生手段の稼働率を減少させることがで
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】実施例のシステム構成を示す図。

【図３】実施例のアクティブ騒音制御を示すフローチャ
ート。

【図４】実施例におけるマイクロフォン出力のサンプリ
ングの様子を示す線図。

【図５】実施例におけるスピーカの選択的な駆動制御の
基本構成を示すフローチャート。

【図６】スロットル弁開度に基づくスピーカの選択的な
駆動制御の実施例を示すフローチャート。

【図７】吸入空気量の振幅に基づくスピーカの選択的な
駆動制御の実施例を示すフローチャート。

【図８】スロットル弁開度とエンジン回転速度とに基づ
くスピーカの選択的な駆動制御の実施例を示すフローチ
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前記音波発生手段の駆動
   制御を、前記吸気音検出手段からの検出信号とエンジン
   運転条件との少なくとも一方に基づいて選択的に停止さ
   せる騒音打ち消し停止手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする自動車用アクティ
   ブ騒音制御装置。
2. 【請求項２】前記騒音打ち消し停止手段が、前記吸気音
   検出手段からの検出信号とエンジン運転条件との少なく
   とも一方に基づいて吸気音の音圧が所定以下であると判
   別されるときに、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停止させることを特徴とする
   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】前記吸気音の音圧を、エンジンのスロット
   ル弁開度，回転速度，吸入空気量の振幅のうちの少なく
   とも１つに基づいて判別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】前記騒音打ち消し停止手段が、前記吸気音
   検出手段からの検出信号とエンジン運転条件との少なく
   とも一方に基づいて吸気音の周波数が所定範囲外である
   と判別されるときに、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停止させることを特徴と
   する請求項１記載の自動車用アクティブ騒音制御装置。
5. 【請求項５】前記吸気音の周波数を、エンジンの回転速
   度に基づいて判別することを特徴とする請求項４記載の
   自動車用アクティブ騒音制御装置。