JP2010202162A - Active vibration and noise control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等の構造体の内部に生じる騒音を、波動を出力することにより低減する能動振動騒音制御装置に関する。 The present invention relates to an active vibration noise control device that reduces noise generated inside a structure such as a vehicle by outputting a wave.
車室内の騒音を能動的に低減する能動型騒音制御装置に関し、シフトチェンジ時や加速時等、エンジンパルスが急激に変化した場合の振動変化によりシステムが発散することを防ぐため、シフトチェンジ信号を検知した場合や加速信号を検知した場合には、制御を停止する技術が知られている(特許文献1参照)。 For active noise control devices that actively reduce vehicle interior noise, the shift change signal is used to prevent the system from diverging due to vibration changes when engine pulses change suddenly, such as during a shift change or acceleration. A technique for stopping control when a detection or an acceleration signal is detected is known (see Patent Document 1).
しかしながら、上述した特許文献1に記載の騒音制御装置を用いた場合には、シフトチェンジや加速時には騒音制御が停止される一方、平常時には制御が行われるため、制御のオン、オフによる振動の脈動が生じてしまい、乗員は不快に感じてしまうという問題点があった。 However, when the noise control device described in Patent Document 1 described above is used, noise control is stopped at the time of shift change or acceleration, while control is performed at normal times. And the passengers feel uncomfortable.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、シフトチェンジ等の第2の振動が発生した場合においても違和感無く騒音低減制御を行うことが可能な能動振動騒音制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to perform noise reduction control without a sense of incongruity even when a second vibration such as a shift change occurs. It is an object of the present invention to provide an active vibration noise control device capable of performing
本発明は、構造物内に配置され、該構造物内に生じる振動を検出するセンサと、前記構造物内に波動を加える波動印加手段と、前記センサの信号に基づき、第1の振動源から前記構造物内に侵入する騒音を低減するように前記波動印加手段を制御する制御手段とを備える。そして、前記制御手段は、前記センサの出力信号に基づいて、前記第1の振動源とは異なる第2の振動源から前記センサ設置位置に侵入する第2振動源振動を推定し、推定した第2振動源振動を前記センサの出力信号から除去して、波動印加手段の制御指令信号を生成する。 The present invention provides a sensor that is arranged in a structure and detects vibration generated in the structure, wave applying means for applying a wave in the structure, and a first vibration source based on a signal from the sensor. Control means for controlling the wave applying means so as to reduce noise entering the structure. The control means estimates a second vibration source vibration that enters the sensor installation position from a second vibration source different from the first vibration source based on the output signal of the sensor, and estimates the second Two vibration source vibrations are removed from the output signal of the sensor to generate a control command signal for the wave applying means.
本発明では、センサの出力信号に侵入する第2振動源振動を除去することにより、第2の振動源に起因する振動が生じている状況下においても、第1の振動源に起因する騒音低減制御を継続することができる。 In the present invention, by removing the second vibration source vibration that intrudes into the output signal of the sensor, noise reduction caused by the first vibration source can be reduced even in a situation where vibration caused by the second vibration source is generated. Control can be continued.
[第1実施形態]
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。車両(構造物)の外部から侵入する車室内騒音の原因は、代表的なものとしてエンジンの振動に起因するエンジン騒音、走行時に路面の凹凸の影響がタイヤから進入することに起因する騒音(第1の振動源;以下、「ロードノイズ」と称する)、走行時に空気の気流によって発生する風切音等がある。本実施形態では、上記の各騒音の中から主として、ロードノイズの低減について説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The typical causes of vehicle interior noise entering from the outside of the vehicle (structure) are engine noise caused by engine vibration, and noise caused by road surface unevenness entering from tires (No. 1) 1 vibration source; hereinafter referred to as “road noise”), wind noise generated by the air flow during traveling, and the like. In the present embodiment, reduction of road noise will be mainly described from the above-described noises.
図1は、車両が走行している場合の、路面の凹凸の影響による車体の振動、及びロードノイズの主な伝播経路を模式的に示す説明図であり、図1(a)はフロアパネル110と4個のタイヤ200を示した説明図、図1(b)はタイヤ200の側面図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing main propagation paths of vehicle body vibration and road noise caused by road surface unevenness when the vehicle is traveling. FIG. FIG. 1B is a side view of the
図1(a)に示すように、4個のタイヤ200から車体に進入したロードノイズの主成分となる振動は、まず図1(b)に示す車軸120及びサスペンション130の取り付け部(図示省略)からメンバ140と称する剛性の高い梁状の部材に進入する。その後、メンバ140によって囲まれた比較的剛性の低い板状の部材であるフロアパネル110に振動が伝播し、このフロアパネル110が振動する。
As shown in FIG. 1 (a), vibrations that are the main components of road noise entering the vehicle body from the four
更に、フロアパネル110の振動により車室内の空気振動が引き起こされ、車室内に共振現象を起こすので、車室内の所定の空間100においてロードノイズが聞こえる。本実施形態では、煩雑さを避けるために運転席の右側耳元近傍の空間100(構造物内の制御空間)のみを騒音低減制御空間として扱う。
Furthermore, the vibration of the
複数の座席や、複数の耳元空間を制御空間とする場合には適宜設定を変更すればよい。フロアパネル110の他にルーフパネルや窓ガラス(いずれも図示省略)が振動することによっても騒音が発生するが、主にサスペンション130の取り付け部から侵入するロードノイズの大部分は、フロアパネル110の振動に起因することが判っている。このため、フロアパネル110の振動に起因するロードノイズを打ち消すように騒音制御を行えば、ロードノイズを低減することができる。
When a plurality of seats or a plurality of ear spaces are used as the control space, the setting may be changed as appropriate. Although noise is also generated by vibration of the roof panel and window glass (both not shown) in addition to the
本発明では、フロアパネル110にセンサ(後述する加速度センサ10)を配置して、このセンサの出力信号に基づいて車室内騒音の推定を行い、制御指令値生成手段により制御指令信号を生成し、この制御指令信号に基づいてフロアパネル110に設けたアクチュエータ(波動印加部)により発生した制御音を車室内に入力するという手法を採用する。
In the present invention, a sensor (
ここで、本発明ではセンサとしてマイクロフォンを使用せず、加速度センサ10の信号から制御空間100の騒音を推定するという方法を用いている。フロアパネル110、或いはメンバ140に設置した加速度センサ10を用いるため、制御対象としてフロアパネル110に起因するロードノイズを扱う。ここで、加速度センサ10の設置場所としてフロアパネル110、或いはメンバ140を選択した理由は、車室内騒音との間のコヒーレンス(定義は後述)が高いことによる。
Here, the present invention uses a method of estimating the noise of the
なお、フロアパネル110やメンバ140を発生源とする騒音が制御対象としてすべて含まれるため、エンジン騒音の一部や車体底部を流れる空気が発生する風切音についても同様に扱うことができる。
In addition, since all noises generated from the
また、本発明の効果の範囲はフロアパネル110の振動による騒音低減の範疇にはとどまらず、例えばダッシュパネルやフロントグラス、更に、ルーフパネル(いずれも図示省略)といった同一のメカニズムで発生する車室内の騒音発生源に対しても、本発明を当該部位に対して用いるようにすれば、同様の効果を得ることが可能である。
Further, the scope of the effect of the present invention is not limited to the category of noise reduction due to vibration of the
図2は、本発明の第1実施形態に係る能動振動騒音制御装置の構成を概略的に示す説明図である。図2に示すように、本実施形態に係る能動振動騒音制御装置は、フロアパネル110、及びメンバ140の振動を測定するための、4個の加速度センサ10a、10b、10c、10d(以下、個々を区別する必要が無い場合には「加速度センサ10」と称する)と、フロアパネル110、或いはメンバ140に振動を与える波動印加手段としての2個のアクチュエータ20a、20b(以下、個々を区別する必要が無い場合には「アクチュエータ20」と称する)と、加速度センサ10で検出された加速度信号に基づいて車室内騒音を低減する制御指令信号を算出し、アクチュエータ20の制御を行う制御装置本体30を備えている。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the active vibration noise control device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the active vibration noise control apparatus according to the present embodiment includes four
ここで、本実施形態では、アクチュエータ20の一例としてピエゾアクチュエータ(Piezo-electric actuator)を用いる。また、アクチュエータ20は、フロアパネル110やメンバ140に設置する形態を採用せず、ダッシュパネルやフロントグラス、ドアパネル、更にルーフパネルといった部位に設置することも可能である。更に、車室内に設置したスピーカをアクチュエータ20として用いることも可能である。
Here, in this embodiment, a piezo-electric actuator is used as an example of the
制御装置本体30の入力信号は、各加速度センサ10の出力(加速度信号α1〜α4)であり、出力信号はアクチュエータ20に出力する制御指令信号u(u1、u2)である。
An input signal of the control device
アクチュエータ20は、制御空間100での騒音を低減するために十分な数が車体のフロアパネル110の適切な位置に貼り付けられている。
A sufficient number of
加速度センサ10の数は一般に振動源の数より多いことが必要とされる。具体的な加速度センサ10の数、及び設置位置は、次の(1)式で示される各加速度センサ10と制御空間100における騒音の音圧との間のコヒーレンスCxy(ω)が十分高くなるように(例えば0.9以上)決定される。
本実施形態では、加速度センサの個数を4個(10a、10b、10c、10d)とし、アクチュエータの個数を2個(20a、20b)としている。なお、加速度センサ10、アクチュエータ20の数は、上記に限定されず、任意の数に適宜設定することができる。
In the present embodiment, the number of acceleration sensors is four (10a, 10b, 10c, 10d), and the number of actuators is two (20a, 20b). In addition, the number of the
上述した(1)式において、Pxy(ω)は、加速度と音圧の間のクロスパワースペクトラム、Pxx(ω)、Pyy(ω)は、それぞれ加速度と音圧のオートパワースペクトラムを示している。また、PHはPのエルミート転置行列を表す。 In the above equation (1), Pxy (ω) represents a cross power spectrum between acceleration and sound pressure, and Pxx (ω) and Pyy (ω) represent auto power spectra of acceleration and sound pressure, respectively. PH represents a Hermitian transpose matrix of P.
制御装置本体30は、信号増幅用の増幅部31(31a〜31f)と、車室内騒音を低減する制御指令信号を算出して出力する制御指令値算出部(制御手段)32とを備える。
The control device
増幅部31a〜31fは、加速度センサ10がいわゆるチャージタイプである場合には、電荷と電圧との間の変換を行う。
When the
また、車両にはエンジン150、及びトランスミッション160が搭載され、本発明では、加速度センサ10へ侵入する振動のうち、トランスミッション160にて発生する振動(第2の振動源)を除去する処理を行う。
In addition, the
図3は、図2に示した制御指令値算出部32の詳細な構成を示すブロック図である。図3に示すように、制御指令値算出部32は、A/D変換部33と、T/M振動計算部34と、振動伝播特性モデル70と、コントローラ38と、減算器35a、35b、及びD/A変換部39を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the control command
A/D変換部33は、加速度センサ10(10a〜10d)で検出され、増幅部31a〜31dで増幅された加速度信号α1、α2、α3、α4をディジタル信号に変換し、減算器35aに出力する。
The A /
振動伝播特性モデル70は、アクチュエータ20で発生した振動が加速度センサ10の設置位置まで回り込む場合の伝達関数のモデルを示す。通常はオンラインで処理するためにIIRフィルタの形式でメモリ内に保持される。センサ、アクチュエータが複数設けられる場合には(本実施形態では、4個の加速度センサと2個のアクチュエータ)、その数に応じたフィルタを保持しておく。振動伝播特性モデル70では、制御指令信号uにアクチュエータ20から制御空間100に生じる騒音までのモデルを乗算することにより、アクチュエータ20が加速度センサ10の設置位置に生成する振動を算出する。なお、アクチュエータ20に代えてスピーカを用いる場合には、振動伝播特性モデル70はスピーカ振動が加速度センサ10の設置位置に回り込む伝達関数を用いることになる。この場合、その伝達量が小さい場合には、振動伝播特性モデル70を省略することができる。
The vibration propagation
減算器35aは、加速度センサ10で検出される加速度信号α1〜α4から、アクチュエータ20が加速度センサ10の設置位置に生成する振動成分(振動伝播特性モデル70の出力信号)を減算する。この結果得られる信号は、加速度センサ10で検出される振動のうち、車両の外部から侵入した成分である信号αd(以下、「減算信号αd」と称する)のみとなる。
The
T/M(トランスミッション)振動計算部34は、減算器35aより出力される減算信号αdに基づいて、図2に示したトランスミッション160から加速度センサ10の設置位置に侵入する振動成分(後述するT/M振動源振動αT)を推定する。
The T / M (transmission)
減算器35bは、T/M振動計算部34で推定された振動成分を、減算信号αdから減算し、減算した信号をコントローラ38に出力する。
The
コントローラ38は、減算器35bより出力される信号に基づいて、後述する手法により制御空間100に生じる騒音を低減するように、アクチュエータ20に出力する制御指令信号uを演算する。
Based on the signal output from the subtractor 35b, the
D/A変換部39は、コントローラ38で演算された制御指令信号uをアナログ信号に変換し、アナログ信号に変換された制御指令信号uを図2に示す増幅部31e、31fに出力する。なお、本実施形態では、制御指令値算出部32(制御手段)をいわゆるCPU上に実装する。
The D /
次に、制御指令値算出部32による処理手順を、図4に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, the processing procedure by the control command
ステップS11では、A/D変換部33によりディジタル信号に変換された加速度信号α1〜α4が減算器35aに入力される。その後、フローはステップS12へ移行する。
In step S11, acceleration signals α1 to α4 converted into digital signals by the A /
ステップS12では、1サンプル前のコントローラ38の出力信号に振動伝播特性モデル70を示すフィルタが乗算される。計算された信号は減算器35aに出力される。その後、フローはステップS13に移行する。
In step S12, the output signal of the
ステップS13では、減算器35aにおいて、ステップS11の処理で取得した加速度信号α1〜α4から、ステップS12の処理で取得した信号を減算する。その結果得られた信号を減算信号αdとする。その後、フローはステップS14に移行する。
In step S13, the
ステップS14では、T/M振動計算部34にて、トランスミッション160から加速度センサ10の設置位置へ侵入する振動成分を算出する処理を実行する。この処理の詳細については、図5に示すフローチャートを用いて後述する。その後、フローはステップS15へ移行する。
In step S <b> 14, the T / M
ステップS15では、減算器35bにおいて、ステップS13の処理で求められた減算信号αdから、ステップS14の処理で取得した信号(T/M振動源振動αT、または「0」)を減算する。その後、フローはステップS16へ移行する。
In step S15, the
ステップS16では、コントローラ38において、ステップS15の処理で取得した信号に基づき、制御空間100での騒音を低減するための制御指令信号uを演算する。その後、フローはステップS17へ移行する。
In step S16, the
ステップS17では、D/A変換部39にて、ステップS16の処理で演算されたディジタルの制御指令信号uをアナログ信号に変換し、制御指令値算出部32の出力とする。その後、フローを終了する。
In step S <b> 17, the digital control command signal u calculated in the process of step S <b> 16 is converted into an analog signal by the D /
次に、図5に示すフローチャートを参照して、図4のステップS14に示したT/M振動計算部34による振動演算処理の詳細な手順について説明する。
Next, a detailed procedure of the vibration calculation process by the T / M
まず、ステップS21では、減算信号αdを用いて、変速指令信号αtmを推定する。この演算は次のように行う。まず、車両のシフトチェンジを行い、このときに生じる振動を加速度センサ10で計測する。この際の入力信号、及び出力信号に基づいて、変速指令信号αtmから加速度センサ10の設置位置までの伝達関数モデルGTを同定する。伝達関数モデルの計算は例えば、「足立、『制御のためのシステム同定』、東京電気大学出版、1996」に記載されている方法を用いればよい。或いは、周波数特性を計測し、モード解析により伝達関数モデルを求めても良い。
First, in step S21, the shift command signal αtm is estimated using the subtraction signal αd. This calculation is performed as follows. First, the vehicle is subjected to a shift change, and the vibration generated at this time is measured by the
次いで、走行時に、フロアパネル110上の加速度センサ10の出力信号との間のコヒーレンス(上述した(1)式参照)が高いタイヤ近傍の点に加速度センサを配置し、その加速度信号とフロア上の加速度センサ10の出力信号との間の伝達関数Grを求める。モデル化手法は上記の手法を用いればよい。
Next, at the time of traveling, an acceleration sensor is arranged at a point near the tire where the coherence between the output signal of the
従って、タイヤ近傍の加速度αtire、及び変速指令信号αtmから、フロアパネル110上の加速度センサ10の減算信号αdまでの信号の伝達は、次の(2)式で示される。
次に、(2)式に示した行列[Gr GT]を特異値分解して、次の(3)式を得る。
ここで、U、Vは、特異値分解の計算で現れる直交行列(もしくはユニタリ行列)を示す。Σは、特異値が大きい順に対角成分に並べられた行列である。 Here, U and V indicate orthogonal matrices (or unitary matrices) that appear in the calculation of singular value decomposition. Σ is a matrix arranged in diagonal components in descending order of singular values.
この行列Σの成分のうち、相対的に値が小さい特異値成分を0とし、以下の(4)式に示す擬似逆行列Σs+を求めることにより、タイヤ近傍の加速度αtire、及び変速指令信号αtmを推定することができる。
小さい特異値成分の選択は、ある閾値や最大特異値に対する所定の比率を設けてそれ以下の特異値を選択すればよい。(4)式の最終列の伝達関数行列を抜き出すことにより、変速指令信号αtmを推定する伝達関数が求まる。以上の手法により、シフトチェンジによる振動(変速指令信号αtm)を推定することができる。 A small singular value component may be selected by providing a predetermined ratio with respect to a certain threshold or the maximum singular value and selecting a singular value lower than that. By extracting the transfer function matrix in the last column of the equation (4), a transfer function for estimating the shift command signal αtm is obtained. By the above method, it is possible to estimate the vibration (shift command signal αtm) due to the shift change.
即ち、T/M振動計算部34は、第2の振動源(トランスミッション)からセンサ設置位置までの伝達特性を用いて変速指令信号αtmを推定し、更に、この変速指令信号αtmに伝達関数を乗じることにより、T/M振動源振動αT(第2振動源振動)を求める。そして、伝達関数を用いてT/M振動源振動αTを指定するので、加算と乗算のみにより推定することができ、演算時間が短縮することができる。また、適正なT/M振動源振動αT量を求めることができ、より正確な制御ができる。
That is, the T / M
また、T/M振動計算部34は、第2の振動源の設置位置、または、この設置位置近傍で第2振動源の振動と関連度の高い位置の振動(αtire)から第2振動源振動を推定する。従って、加速度センサ10の出力信号に加えて、第2の振動源の近傍の振動を用いて第2の振動を除去するため、第2の振動の推定精度を向上させることができる。また、振動発生源から加速度センサ10の設置位置に伝わる途中での振動情報を計測することができる。
Further, the T / M
更に、トランスミッションにて生じる振動と関連度の高い振動が所定の閾値に達した場合に、T/M振動源振動αTを除去する構成とすることもできる。従って、第2の振動源の近傍の振動を用いることで、より精度の高い第2の振動除去の開始判断を行うことができる。 Further, the T / M vibration source vibration αT may be removed when vibration having a high degree of relevance with vibration generated in the transmission reaches a predetermined threshold value. Therefore, by using the vibration in the vicinity of the second vibration source, it is possible to determine the start of the second vibration removal with higher accuracy.
ステップS22では、ステップS21の処理で推定された変速指令信号αtmが、予め設定した閾値よりも大きいか否かを判断する。変速指令信号αtmがこの閾値以上である場合には、シフトチェンジが発生したものと判断し、フローはステップS23へ移行する。 In step S22, it is determined whether or not the shift command signal αtm estimated in the process of step S21 is larger than a preset threshold value. If the shift command signal αtm is greater than or equal to this threshold value, it is determined that a shift change has occurred, and the flow moves to step S23.
他方、変速指令信号αtmが閾値未満である場合には、シフトチェンジは発生していないものと判断し、フローはステップS24へ移行する。 On the other hand, if the shift command signal αtm is less than the threshold value, it is determined that no shift change has occurred, and the flow proceeds to step S24.
ステップS23では、変速指令信号αtmに上述した(4)式で得られた伝達関数を乗算してT/M振動源振動αTを求め、これを減算器35bに出力する。 In step S23, the transmission command signal αtm is multiplied by the transfer function obtained by the above equation (4) to obtain the T / M vibration source vibration αT, which is output to the subtractor 35b.
ステップS24では、シフトチェンジは起きていないと判断し、αtm=0として演算を終了する。この処理では、αtm=0とすることにより、(4)式で演算されるT/M振動源振動αTに重畳されているノイズを出力することを防ぐことができる。 In step S24, it is determined that no shift change has occurred, αtm = 0 is set, and the calculation is terminated. In this process, by setting αtm = 0, it is possible to prevent output of noise superimposed on the T / M vibration source vibration αT calculated by the equation (4).
なお、ステップS21の処理では、前述した(2)式〜(4)式により変速指令信号αtmを推定しているが、伝達関数Grが非常に小さいときは、伝達関数モデルGTのみを用いて推定することも可能である。 In the process of step S21, the shift command signal αtm is estimated by the above-described equations (2) to (4). However, when the transfer function Gr is very small, it is estimated using only the transfer function model GT. It is also possible to do.
また、ステップS22の処理により、推定されるT/M振動源振動αT(第2振動源振動)が所定の閾値を超えたときに、減算信号αdからT/M振動源振動αTを除去するように制御する。従って、第2の振動源による振動の除去を開始するタイミングを指定することができ、第2の振動源による振動を常に除去しておく必要が無くなる。 Further, when the estimated T / M vibration source vibration αT (second vibration source vibration) exceeds a predetermined threshold by the process of step S22, the T / M vibration source vibration αT is removed from the subtraction signal αd. To control. Therefore, it is possible to specify the timing for starting the removal of the vibration by the second vibration source, and it is not necessary to always remove the vibration by the second vibration source.
図6は、コントローラ38で制御指令信号uを算出するフィルタを設計するためのブロック線図である。図6に示すブロック51(図6ではCと記載)は、設計する制御指令値生成フィルタを示し、ブロック50は、走行時に各加速度センサ10で検出される加速度信号α1〜α4から制御空間100の音圧(SPL*;Sound Pressure Level)までの伝達関数Gαを示す。
FIG. 6 is a block diagram for designing a filter for calculating the control command signal u by the
また、ブロック60は、アクチュエータ20へ出力する制御指令信号u(u1,u2)から制御空間100の音圧までの伝達関数Gpを示す。なお、図6では信号線を1本の線で記載しているが、加速度や制御空間、及びアクチュエータが複数ある場合には、その数に応じた複数本の信号線を表す。更にその場合には、各ブロックは多入力、多出力のブロックである。
A
また、アクチュエータ20として、ピエゾアクチュエータに代えてスピーカを用いる場合には、ブロック60はスピーカに出力する指令信号から制御空間100の音圧までの伝達関数を用いる。ブロック40a、40b(図6ではWc2、Wc3と記載)、及び40c(図6ではWc1と記載)は、重み関数を示す設計パラメータである。ブロック40a及び40bは制御指令信号u1、u2の最大電圧を制限するために用いる。
When a speaker is used as the
ブロック40a、40bの重み関数Wc2、Wc3の値を増加させると、対応するアクチュエータのゲインが減少する。また、これらの重み関数Wc2、Wc3に周波数特性を持たせることも可能である。この場合には、ある周波数帯域においてのみゲインを低下することができる。また、ブロック40cの重み関数Wc1には、ブロック51に示すフィルタCの概形となる周波数特性を持たせる。即ち、制御周波数帯域以外でのフィルタゲインを下げたい場合には、帯域通過フィルタを用いればよい。その結果、制御帯域外でのフィルタゲインが下がり電圧消費を低減することができる。
Increasing the values of the weight functions Wc2, Wc3 of the
各ブロックの伝達関数は微分方程式やラプラス変換で表現された数学モデルを使用する。このモデリングは次のように行えばよい。 The transfer function of each block uses a mathematical model expressed by a differential equation or Laplace transform. This modeling may be performed as follows.
ブロック60に示す伝達関数Gpは、アクチュエータ20にホワイトノイズ、或いはインパルス信号を入力し、そのとき得られた乗員位置に応じて定められた制御空間での音圧信号と入力信号を用いてシステム同定を行うことにより得ることができる。システム同定の方法は、例えば、制御系設計ツールMATLABのツールボックスである「Structural Dynamical Toolbox」や、前述した文献「足立、『制御のためのシステム同定』、東京電機大学出版局、1996」に記載の部分空間同定法を用いればよい。また、ブロック50の伝達関数Gαは、走行時の加速度信号と音圧レベルを計測し、上記の方法を用いることで取得することができる。
The transfer function Gp shown in the
このとき、加速度信号α1〜α4から音圧(SPL*)までの伝達関数と、加速度信号α1〜α4から制御指令信号u1,u2までの伝達関数のノルムを最小化するようなフィルタCを設計する。設計方法は様々な方法が考えられるが、例えば「細江、荒木、『制御系設計―H∞制御とその応用』、朝倉書店、1994」に記載のH∞制御法やH2制御法を用いれば設計することができる。 At this time, the filter C is designed to minimize the transfer function from the acceleration signals α1 to α4 to the sound pressure (SPL *) and the norm of the transfer function from the acceleration signals α1 to α4 to the control command signals u1 and u2. . Various design methods can be considered. For example, design using the H∞ control method or H2 control method described in “Hosoe, Araki,“ Control System Design—H∞ Control and its Applications ”, Asakura Shoten, 1994”. can do.
本実施形態では、ブロック40a、40bに示す重み関数(設計パラメータ)Wc2、Wc3の2つを用いて設計をするが、前記参考文献記載のほかの重み関数(設計パラメータ)を用いて設計しても良い。伝達関数Gα、Gpを連続時間システムとしてモデリングした場合には、得られたフィルタをタスティン変換等を用いて離散化する。または、伝達関数Gα、Gpを離散時間システムとしてモデリングし、離散時間システムに対する設計法を用いてディジタルコントローラを設計しても良い。
In the present embodiment, the design is performed using two weight functions (design parameters) Wc2 and Wc3 shown in the
このようにして、第1実施形態に係る能動振動騒音制御装置では、上記のシステム構成を備えることにより、トランスミッションの変速時において、騒音低減の制御を止めることなく、路面から侵入する振動に起因して制御空間100に生じる騒音を低減する制御を継続して実行することができる。
As described above, the active vibration noise control apparatus according to the first embodiment is provided with the above-described system configuration, thereby causing vibrations entering from the road surface without stopping the control of noise reduction when shifting the transmission. Thus, the control for reducing the noise generated in the
なお、本実施形態では、加速度信号α1〜α4から減算する信号としてトランスミッション信号に適用したが、それ以外にも、エンジン振動、ファン振動、エアコンコンプレッサ振動、スピーカの振動等、発生源が特定できる振動であれば同様の手法で適用することができる。 In the present embodiment, the transmission signal is applied as a signal to be subtracted from the acceleration signals α1 to α4. However, other vibrations such as engine vibration, fan vibration, air conditioner compressor vibration, and speaker vibration can be specified. If so, the same method can be applied.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る能動振動騒音制御装置は、前述した第1実施形態と対比して、図3に示した制御指令値算出部32の構成が相違するのみであるので、以下、図7に示すブロック図を参照して、第2実施形態に係る制御指令値算出部32の構成について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the active vibration noise control apparatus according to the second embodiment is different from the first embodiment described above only in the configuration of the control command
第2実施形態に係る制御指令値算出部32は、図3と対比して外部から供給される変速指令信号αtmが、T/M振動計算部34に入力される点で相違する。それ以外の構成は、図3と同様である。変速指令信号αtmは、例えば、車両内に搭載されるCANや専用線を介して取得することができる。
The control command
次に、図8に示すフローチャートを参照して第2実施形態に係る制御指令値算出部32による処理手順について説明する。
Next, a processing procedure by the control command
ステップS31では、A/D変換部33に入力された加速度信号α1〜α4が、デジタル信号に変換され、その後、減算器35aに出力される。その後、フローはステップS32へ移行する。
In step S31, the acceleration signals α1 to α4 input to the A /
ステップS32では、トランスミッション160より出力される変速指令信号αtmを、例えばCANから取得する。なお、CANではなくその他の専用線を介して取得しても良い。その後、フローはステップS33へ移行する。
In step S32, a shift command signal αtm output from the
ステップS33では、1サンプル前のコントローラ38の出力信号に、振動伝播特性モデル70を示すフィルタが乗算される。算出された信号は、減算器35aに出力される。その後、フローはステップS34に移行する。
In step S33, the filter indicating the vibration propagation
ステップS34では、減算器35aにおいて、ステップS31の処理で取得した加速度信号α1〜α4から、ステップS33の処理で取得した信号を減算する。減算結果として得られた信号を減算信号αdとする。その後、フローはステップS35に移行する。
In step S34, the
ステップS35では、T/M振動計算部34にて、ステップS32の処理で取得した変速指令信号αtm、及びステップS34の処理で取得した減算信号αdに基づき、トランスミッション160から加速度センサ10へ侵入する振動を計算する処理を実行する。この処理の詳細については、図9に示すフローチャートに基づいて後述する。その後、フローはステップS36へ移行する。
In step S35, the vibration that intrudes into the
ステップS36では、減算器35bにおいて、ステップS13の処理で求められた減算信号αdから、ステップS14の処理で取得した信号(後述するステップS42の処理で演算される振動Cx^(t)、または「0」)を減算する。その後、フローはステップS37へ移行する。
In step S36, in the
ステップS37では、コントローラ38において、ステップS36の処理で取得した信号に基づき、制御空間100での騒音を低減するための制御指令信号uを演算する。コントローラ38で用いるフィルタの設計は、前述した第1実施形態と同様の方法を用いる。その後、フローはステップS38へ移行する。
In step S37, the
ステップS38では、D/A変換部39にて、ステップS37の処理で演算されたディジタルの制御指令信号uをアナログ信号に変換し、制御指令値算出部32の出力とする。その後、フローを終了する。
In step S <b> 38, the digital control command signal u calculated in step S <b> 37 is converted into an analog signal by the D /
次に、図8のステップS35に示したT/M振動計算部34による振動演算処理の詳細な手順を、図9に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, a detailed procedure of vibration calculation processing by the T / M
ステップS41では、外部から供給された変速指令信号αtmが変速を指示しているか否かを判断する。変速を指示していると判断した場合にはステップS42へ処理を移行し、変速を指示していなと判断した場合には、ステップS43へ処理を移行する。 In step S41, it is determined whether or not a shift command signal αtm supplied from the outside indicates a shift. If it is determined that a shift is instructed, the process proceeds to step S42. If it is determined that no shift is instructed, the process proceeds to step S43.
ステップS42では、減算信号αd、及び変速指令信号αtmを用いて、トランスミッション振動源の振動が加速度センサの設置位置に生成する振動Cx^(t)を推定する。この手法は以下のように行う。まず、前述した(2)式の入力αtireにはノイズが侵入しないと仮定した上で、(2)式を状態空間表現し、次の(5)式とする。
ここで、xは状態変数、行列(A,B、C)は、上述した(2)式内の伝達関数GTを状態空間表現したものである。D行列は簡単のため表記しないが、直達項が存在しても良い。wは、トランスミッション変速信号から加速度センサ10までの間に侵入するノイズを表し、この共分散は予め測定し与えておく。その代表値として指定しておく。
Here, x is a state variable, and matrices (A, B, C) are state space representations of the transfer function GT in the above equation (2). Although the D matrix is not shown for simplicity, a direct term may exist. w represents noise that enters between the transmission shift signal and the
また、vは、タイヤから加速度に侵入する振動成分であり、その共分散はGr、αtireの共分散を予め測定しておく。つまり、前述した(5)式の第2式の第1項は、トランスミッション振動源から伝達してきた加速度を表し、第2項はタイヤから侵入した加速度を表している。そして、これらの和として加速度信号が成り立っていることを表している。 Further, v is a vibration component that enters the acceleration from the tire, and the covariance thereof is measured in advance as the covariance of Gr and αtire. That is, the first term of the second formula of the above-described formula (5) represents the acceleration transmitted from the transmission vibration source, and the second term represents the acceleration that has entered from the tire. The sum of these represents that the acceleration signal is established.
上述した(5)式で表されたシステムに対し、カルマンフィルタを構成することにより、αdとαtmから状態xの推定値x(^)を計算し、その結果変速により発生する振動が加速度センサ位置に作る振動Cx^(t)を推定する。そして、このステップS42では、推定された振動Cx^(t)を出力し、フローを終了する。 By constructing a Kalman filter for the system expressed by the above equation (5), the estimated value x (^) of the state x is calculated from αd and αtm, and as a result, the vibration generated by the shift is generated at the acceleration sensor position. The vibration Cx ^ (t) to be created is estimated. In step S42, the estimated vibration Cx ^ (t) is output, and the flow ends.
また、ステップS43では、0を出力し、演算を終了する。 In step S43, 0 is output and the calculation is terminated.
更に、T/M振動計算部34は、第1の振動源から加速度センサ10の設置位置までの伝達特性と、第2振動源から加速度センサ10の設置位置までの伝達特性を用いて、T/M振動源振動αT(第2振動源振動)を推定している。従って、第2の振動源から加速度センサ10までの伝達特性に加えて、第1の振動源から加速度センサ10までの伝達特性を用いるため、推定精度を向上することができる。
Further, the T / M
また、上記した手法を用いることにより、図9に示すステップS41の処理によって、トランスミッション振動の減算を開始するタイミングを指定することができ、平常状態での演算負荷を低減することができる。また、図9に示すステップS42の処理によって、トランスミッション振動により、加速度センサ10の設置位置に生じる振動を、より正確に推定することができる。
Further, by using the above-described method, it is possible to specify the timing at which transmission vibration subtraction is started by the processing of step S41 shown in FIG. 9, and to reduce the calculation load in the normal state. Further, by the process in step S42 shown in FIG. 9, the vibration generated at the installation position of the
また、第2実施形態では、加速度信号α以外にCAN等により取得される変速指令信号αtmを用いる構成としたが、油圧状態を監視する信号等、運転状態を表す信号や、トランスミッション筐体に取り付けた加速度センサ信号、更には、トランスミッションマウントに取りつけた加速度センサ信号等を用いても良い。 Further, in the second embodiment, the shift command signal αtm acquired by CAN or the like is used in addition to the acceleration signal α. However, a signal indicating an operation state, such as a signal for monitoring the hydraulic state, or a signal attached to the transmission housing. Further, an acceleration sensor signal or an acceleration sensor signal attached to the transmission mount may be used.
以上のシステム構成を用いることにより、トランスミッションによる変速時においても、騒音低減の制御を止めることなく、路面から侵入する振動に起因して発生するノイズを低減し続けることができる。また、第2実施形態では、加速度信号α1〜α4から減算する信号としてトランスミッション信号を用いたが、これ以外にも、エンジン振動、ファン振動、エアコンコンプレッサ振動、スピーカの振動等、発生源が特定できる振動であれば適用可能である。 By using the system configuration described above, it is possible to continue to reduce noise generated due to vibration invading from the road surface without stopping noise reduction control even at the time of shifting by the transmission. In the second embodiment, the transmission signal is used as a signal to be subtracted from the acceleration signals α1 to α4. However, other sources such as engine vibration, fan vibration, air conditioner compressor vibration, and speaker vibration can be specified. Any vibration can be applied.
その場合は、図7に示した変速指令信号αtmに代えて、上記の各振動源の信号を入力し、それらを演算開始のタイミングとして用いれば良い。 In that case, instead of the shift command signal αtm shown in FIG. 7, the signals of the respective vibration sources may be input and used as the calculation start timing.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る能動振動騒音制御装置について説明する。装置構成は、第2実施形態と同様であるので、構成説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, an active vibration noise control device according to a third embodiment of the present invention will be described. Since the apparatus configuration is the same as that of the second embodiment, description of the configuration is omitted.
第3実施形態では、加速度信号α1〜α4から減算する信号は、エンジンの振動(第2の振動源)に起因して発生する振動であるものとする。この場合は、図7に示した変速指令信号αtmを、エンジンパルス信号、或いはクランク角センサ信号に置き換える。 In the third embodiment, it is assumed that the signal to be subtracted from the acceleration signals α1 to α4 is vibration generated due to engine vibration (second vibration source). In this case, the shift command signal αtm shown in FIG. 7 is replaced with an engine pulse signal or a crank angle sensor signal.
以下、第3実施形態に係るT/M振動計算部34による振動演算処理の手順を、図10に示すフローチャートを参照して説明する。
Hereinafter, the procedure of the vibration calculation process by the T / M
まず、ステップS51では、図示しないセンサ信号に基づいて、エンジン回転数を取得する。その後、フローはステップS52へ移行する。 First, in step S51, the engine speed is acquired based on a sensor signal (not shown). Thereafter, the flow proceeds to step S52.
ステップS52では、減算信号αdを用いて、エンジン振動源振動αT(第2振動源振動)を推定する。この推定は、上述した(2)式〜(4)式において、変速指令信号αtmに代えて、エンジン振動源振動αTを用いることにより実行することができる。その後、フローはステップS53へ移行する。 In step S52, the engine vibration source vibration αT (second vibration source vibration) is estimated using the subtraction signal αd. This estimation can be executed by using the engine vibration source vibration αT in place of the shift command signal αtm in the above-described equations (2) to (4). Thereafter, the flow proceeds to step S53.
ステップS53では、ステップS51の処理で取得したエンジン回転数に基づき、エンジン振動源振動αTの周波数を推定する。このとき、エンジンの主な回転周期から求められる主成分と、その周波数の倍音成分を含めて計算する。回転数毎の主成分と倍音成分の比率は予めメモリに保持しておく。その後、フローはステップS54へ移行する。 In step S53, the frequency of the engine vibration source vibration αT is estimated based on the engine speed acquired in the process of step S51. At this time, the calculation is performed including the main component obtained from the main rotation cycle of the engine and the harmonic component of the frequency. The ratio of the main component and the harmonic component for each rotation number is stored in advance in the memory. Thereafter, the flow moves to step S54.
ステップS54では、ステップS53の処理で取得したエンジン振動周波数を持つ正弦波と、ステップS52の処理で取得したエンジン振動源振動αTとの間の相互相関関数が所定の閾値以上であるか否かを判断し、閾値以上である場合には、フローはステップS55へ移行し、閾値未満であれば、フローはステップS52へ戻る。 In step S54, it is determined whether or not the cross-correlation function between the sine wave having the engine vibration frequency acquired in step S53 and the engine vibration source vibration αT acquired in step S52 is greater than or equal to a predetermined threshold value. If it is determined that the value is equal to or greater than the threshold value, the flow proceeds to step S55, and if it is less than the threshold value, the flow returns to step S52.
ステップS55では、エンジン振動源振動αTに、該エンジン振動源振動αTから加速度センサ10の設置位置における加速度までの伝達関数を乗算する。この伝達関数の設計方法は前述した第1実施形態に記載した方法と同様である。その後、演算を終了する。
In step S55, the engine vibration source vibration αT is multiplied by a transfer function from the engine vibration source vibration αT to the acceleration at the installation position of the
ここで、ステップS52の処理では、減算信号αdに基づき、前述した(2)式〜(4)式を用いて、エンジン振動源振動αTを推定する手法について説明したが、タコパルスやクランク角等の操作量や運転状態を計測し、それらの信号に基づいて、(2)式を用いて第2の振動を推定することもできる。 Here, in the process of step S52, the method of estimating the engine vibration source vibration αT using the above-described equations (2) to (4) based on the subtraction signal αd has been described. However, the tacho pulse, the crank angle, etc. The operation amount and the operating state can be measured, and the second vibration can also be estimated using the equation (2) based on those signals.
即ち、制御指令値算出部32は、加速度センサ10の出力信号、及び第2の振動源を操作する操作量に基づいて、第2振動源振動αTを推定する。そして、加速度センサ10の出力信号に加えて、第2の振動源の操作量を用いて、第2振動源振動αTを推定するので、第2の振動の推定精度を向上させることができる。
That is, the control command
また、制御指令値算出部32は、加速度センサ10の出力信号、及び第2の振動源の運転状態に基づいて、第2振動源振動αTを推定する。そして、加速度センサ10の出力信号に加えて、第2の振動源の運転状態を用いて除去を行うため、第2の振動の推定精度を向上させることができる。また、より振動発生源に近い位置での振動源信号を計測することができる。
Further, the control command
更に、トランスミッション、エンジン、タコパルスやクランク角等の操作量、運転状態に基づいて、減算信号αdから第2振動源振動αTを除去するように制御するようにすることも可能である。従って、第2の振動源の操作量を用いることで、より精度の高い除去開始の判断を行うことができ、また、第2の振動源の運転状態を用いることで、より精度の高い除去開始の判断を行うことができる。 Furthermore, it is possible to control to remove the second vibration source vibration αT from the subtraction signal αd based on the operation amount such as the transmission, the engine, the tacho pulse and the crank angle, and the operation state. Therefore, it is possible to determine the start of removal with higher accuracy by using the operation amount of the second vibration source, and to start removal with higher accuracy by using the operation state of the second vibration source. Judgment can be made.
また、上述したステップS53では、周期運動を行っている振動源であるエンジンの主な回転周期から求められる主成分と、その周波数の倍音成分を含めて計算しており、ステップS54の処理で相関が高いと判定された場合に、減算器35bにて減算処理を行うようにすることも可能である。従って、周期運動を行っている場合にはその周波数および倍音が第二の振動であると推定することができるので、より正確に第2の振動源による振動を除去することができる。 Further, in step S53 described above, the calculation is performed including the principal component obtained from the main rotation cycle of the engine that is the vibration source performing the periodic motion and the harmonic component of the frequency, and the correlation is performed in the process of step S54. It is also possible to perform a subtraction process in the subtractor 35b when it is determined that is high. Therefore, when performing periodic motion, it can be estimated that the frequency and overtone are the second vibration, so that the vibration caused by the second vibration source can be more accurately removed.
更に、加速度センサ10とのコヒーレンスが十分に高く、エンジンマウント近傍である点に加速度センサを配置して、その加速度センサの検出信号に基づいて、エンジン振動源振動αTを推定しても良い。
Further, an acceleration sensor may be arranged at a point where the coherence with the
また、第3実施形態では、エンジン周波数を直接計測し、その値を用いることで加速度センサ10から計算したエンジン振動源振動αTが正しく推定できているか否かを評価することができる。もし、エンジン振動と異なる周波数の振動が推定された場合は、その推定値は不正確であり、加速度信号に何らかの誤差が挿入されたためと考えられるため、もう一度推定をやり直す。この手法により、エンジン振動の主となる周波数の振動、及びその倍音成分のみの除去が可能になる。
In the third embodiment, it is possible to evaluate whether or not the engine vibration source vibration αT calculated from the
また、第3実施形態では、エンジン振動以外にもファンの回転に起因して生じる振動や、エアコンコンプレッサの回転に起因して生じる振動等、車体に生じる周期振動のうちその発生信号が計測できるものであれば適用することができる。 In the third embodiment, in addition to the engine vibration, the generated signal can be measured among periodic vibrations generated in the vehicle body, such as vibrations caused by the rotation of the fan and vibrations caused by the rotation of the air conditioner compressor. If so, it can be applied.
以上で説明した各実施形態は、本発明の適用例を例示的に示したものであり、本発明の技術的範囲が上記した実施形態で説明した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、上記した各実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術等も含むものである。 Each embodiment described above is an example of application of the present invention, and the technical scope of the present invention is not intended to be limited to the contents described in the above-described embodiment. . That is, the technical scope of the present invention is not limited to the specific technical items disclosed in the above-described embodiments, but includes various modifications, changes, alternative technologies, and the like that can be easily derived from the disclosure.
また、本明細書の実施形態は、車両に対する本発明の実施形態であるが、例えばある構造物の内側の騒音低減を行う際に、外部から騒音低減を望む振動以外の振動が侵入する場合にも本発明による効果を得ることができる。 The embodiment of the present specification is an embodiment of the present invention for a vehicle. For example, when noise is reduced inside a certain structure, when vibration other than vibration for which noise reduction is desired enters from outside. Also, the effect of the present invention can be obtained.
本発明は、トランスミッションのシフトチェンジが発生した場合に、車両内に生じる騒音を低減する上で極めて有用である。 The present invention is extremely useful for reducing noise generated in a vehicle when a transmission shift change occurs.
10(10a〜10d) 加速度センサ
20(20a、20b) アクチュエータ
30 制御装置本体
31(31a〜31f) 増幅部
32 制御指令値算出部
33 A/D変換部
34 T/M振動計算部
35a 減算器
35b 減算器
38 コントローラ
39 D/A変換部
40a、40b、40c 重み関数
50 伝達関数(Gα)
51 フィルタ(C)
60 伝達関数(Gp)
70 振動伝播特性モデル
100 制御空間(所定の空間)
110 フロアパネル
120 車軸
130 サスペンション
140 メンバ
150 エンジン
160 トランスミッション
200 タイヤ
10 (10a to 10d) Acceleration sensor 20 (20a, 20b)
51 Filter (C)
60 Transfer function (Gp)
70 Vibration propagation
110 Floor panel 120
Claims (12)
前記構造物内に波動を加える波動印加手段と、
前記センサの信号に基づき、第1の振動源から前記構造物内に侵入する騒音を低減するように前記波動印加手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記センサの出力信号に基づいて、前記第1の振動源とは異なる第2の振動源から前記センサ設置位置に侵入する第2振動源振動を推定し、推定した第2振動源振動を前記センサの出力信号から除去して、波動印加手段の制御指令信号を生成することを特徴とする能動振動騒音制御装置。 A sensor disposed in the structure and detecting vibrations generated in the structure;
Wave applying means for applying a wave in the structure;
Control means for controlling the wave applying means so as to reduce noise intruding into the structure from the first vibration source based on the signal of the sensor;
The control means estimates a second vibration source vibration that enters the sensor installation position from a second vibration source different from the first vibration source based on an output signal of the sensor, and estimates the second vibration An active vibration and noise control apparatus characterized by generating a control command signal for wave applying means by removing source vibration from an output signal of the sensor.
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