JP5090272B2

JP5090272B2 - 能動型振動騒音制御装置

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Publication number: JP5090272B2
Application number: JP2008172100A
Authority: JP
Inventors: 浩介坂本; 敏郎井上; 高橋　　彰; 康統小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: JP2010012813A

Description

この発明は、打消対象の振動騒音と、該振動騒音を相殺するための相殺音とを干渉させて、評価点における振動騒音を打ち消す能動型振動騒音制御装置に関する。

車両のエンジンの作動に関連するエンジンクランク、トランスミッションのメインシャフト、カウンタシャフト、プロペラシャフト等の各種回転体の回転に起因して、前記車両の動作時に、車室内に前記回転体の回転周波数に係わる振動騒音が発生する。

特許文献１には、スピーカ（相殺音発生器）からエンジンこもり音を相殺するための相殺音を発生し、マイクロフォン（誤差信号検出器）が配置される評価点（受聴点）において、前記エンジンこもり音と前記相殺音との干渉により該エンジンこもり音を打ち消す能動型振動騒音制御装置が提案されている。この場合、前記マイクロフォンは、前記エンジンこもり音と前記相殺音との差に基づく前記評価点での残留騒音を誤差信号として検出する。前記能動型振動騒音制御装置は、前記誤差信号及び前記エンジンこもり音の周波数に応じた基準信号に基づいてフィルタ係数を逐次更新し、更新した該フィルタ係数を用いて前記エンジンこもり音を相殺するための相殺信号を生成する。前記スピーカは、前記相殺信号を前記相殺音として出力する。

ところで、エンジンこもり音は、回転体の回転に起因した周期的な振動騒音であり、実数成分及び虚数成分から構成される。また、評価点における残留騒音も、実数成分及び虚数成分から構成されることになる。しかしながら、マイクロフォンは、前記残留騒音に応じた誤差信号の実数成分しか検出することができないので、特許文献１の能動型振動騒音制御装置は、前記虚数成分を無視し、前記実数成分と参照信号とに基づいてフィルタ係数の更新演算を行う。この結果、該能動型振動騒音制御装置では、前記相殺信号を精度よく生成することができない。

そこで、特許文献２には、マイクロフォンで検出した誤差信号の実数成分より虚数成分を推定し、前記実数成分と、推定した前記虚数成分と、基準信号とを用いて適応ノッチフィルタのフィルタ係数を更新することが提案されている。

特許第２８２７３７４号公報特開２００７−２６９２４４号公報

ところで、評価点において、エンジンこもり音と相殺音とを干渉させて該エンジンこもり音を消音する際に、マイクロフォンは、エンジンこもり音と相殺音との差に基づく打消対象周波数の残留騒音に加え、該残留騒音以外の音（例えば、ロードノイズや楽音）も検出する。従って、単純に、前記マイクロフォンにて検出された誤差信号の実数成分から虚数成分を推定した場合、推定した虚数成分には、前記残留騒音に応じた虚数成分に加え、該残留騒音以外の音に応じたノイズも含まれることになるので、前記虚数成分の推定精度が低下するおそれがある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、誤差信号の実数成分から、打消対象の振動騒音の周波数における実数成分及び虚数成分を生成して、該虚数成分の推定精度を向上することにより、前記振動騒音を確実に低減することを可能とする能動型振動騒音制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る能動型振動騒音制御装置は、
打消対象の振動騒音の周波数に基づく基準信号を生成する基準信号生成器と、
前記基準信号に基づいて前記振動騒音を相殺するための相殺信号を出力する適応ノッチフィルタと、
前記適応ノッチフィルタから出力される前記相殺信号に基づいて相殺音を発生する相殺音発生器と、
前記振動騒音と前記相殺音との差に基づく誤差信号の実数成分を検出する誤差信号検出器と、
前記相殺音発生器から前記誤差信号検出器に至る信号伝達特性に対応する補正値に基づき、前記基準信号を補正して補正信号を生成する補正信号生成器と、
前記誤差信号の実数成分から、前記振動騒音の周波数における前記誤差信号の振幅及び位相を表現できる位相・振幅係数を抽出する位相・振幅係数抽出器と、
前記基準信号と前記位相・振幅係数とに基づいて、前記誤差信号の実数成分及び虚数成分を生成する誤差信号生成器と、
前記補正信号と前記誤差信号の実数成分及び虚数成分とに基づいて、前記誤差信号が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を適応演算を用いて逐次更新するフィルタ係数更新器と、
を有することを特徴としている。

この発明によれば、前記誤差信号の実数成分から前記位相・振幅係数を抽出し、抽出した前記位相・振幅係数及び前記基準信号に基づいて、前記誤差信号の実数成分及び虚数成分を生成するので、前記虚数成分の推定精度が良くなり、この結果、前記振動騒音を確実に低減することが可能となる。

この場合、前記位相・振幅係数抽出器は、前記基準信号に基づいて制御信号を出力する第２の適応ノッチフィルタと、前記誤差信号の実数成分と前記制御信号とに基づいて補正誤差信号を生成する補正誤差信号生成器と、前記基準信号と前記補正誤差信号とに基づいて前記補正誤差信号が最小となるように前記第２の適応ノッチフィルタの第２のフィルタ係数を適応演算を用いて逐次更新し、更新した前記第２のフィルタ係数を前記位相・振幅係数として抽出する第２のフィルタ係数更新器とを備えている。

これにより、前記位相・振幅係数を確実に抽出することができるので、前記虚数成分を精度よく生成することが可能となる。

この発明によれば、誤差信号の実数成分から前記位相・振幅係数を抽出し、抽出した前記位相・振幅係数及び基準信号に基づいて、前記誤差信号の実数成分及び虚数成分を生成するので、前記虚数成分の推定精度が良くなり、この結果、振動騒音を確実に低減することが可能となる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０の構成を示すブロック図である。

能動型振動騒音制御装置１０は、基本的には、車室内空間１２に配置され、エンジンこもり音（振動騒音）を相殺するための制御信号（相殺信号）Ｓｃ２を相殺音として出力（発生）するスピーカ（相殺音発生器）１４と、車室内空間１２の所定の評価点（評価位置、受聴点）におけるエンジンこもり音と相殺音との差（干渉）である残留騒音に基づく誤差信号ｅの実数成分Ｒｅを検出するマイクロフォン（誤差信号検出器）１６と、マイクロフォン１６から誤差信号ｅの実数成分Ｒｅが入力され且つ制御信号Ｓｃ２をスピーカ１４に出力するコントローラ１８とから構成される。

マイクロフォン１６は、車室内空間１２の乗員の耳位置近傍、例えば車両の前座席のヘッドレスト近傍に配置される。また、複数のスピーカ１４は、５ｃｈサウンドのサラウンド効果を高めるために、例えば、車両前席側の左右キックパネル部、インストルメントルパネル中央下部、車両後席側のＣピラー下部の左右ボディ部等に配置される。なお、０．１ｃｈ分のウーハは方向性をほとんど持たないので任意の位置に配置される。

コントローラ１８は、コンピュータを含んで構成され、ＣＰＵが各種入力に基づきＲＯＭ等のメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能実現手段として動作する。

この場合、コントローラ１８は、図示しない燃料噴射ＥＣＵ（ＦＩＥＣＵ）から供給されるエンジン回転信号（エンジンパルス）よりエンジンクランク（回転体）の回転周波数ｆｅを検出する周波数カウンタとしての周波数検出器２０と、打消対象の前記エンジンこもり音の周波数である前記回転周波数ｆｅの基準信号ｘを生成する基準信号生成器２２と、基準信号ｘ及び誤差信号ｅの実数成分Ｒｅに基づいて回転周波数ｆｅにおける誤差信号ｅの振幅及び位相を表現できるフィルタ係数Ｗ１（第２のフィルタ係数、位相・振幅係数）を抽出する第１制御器（位相・振幅係数抽出器）２４と、基準信号ｘ及びフィルタ係数Ｗ１に基づいて誤差信号ｅ２（誤差信号ｅ）を生成し、生成した誤差信号ｅ２、基準信号ｘ及び補正信号ｒに基づいて制御信号Ｓｃ２を生成する第２制御器２６と、デジタル信号の制御信号Ｓｃ２をアナログ信号に変換してスピーカ１４に供給するＤ／Ａ変換器２８と、アナログ信号の誤差信号ｅをデジタル信号に変換して第１制御器２４に供給するＡ／Ｄ変換器３０とから構成される。

図２は、基準信号生成器２２、第１制御器２４及び第２制御器２６の詳細な構成を示すブロック図である。

基準信号生成器２２は、回転周波数ｆｅに基づき基準信号ｘとしての余弦波信号Ｒｘ｛Ｒｘ＝ｃｏｓ（２πｆｅｔ）｝を生成する余弦波発生器５０と、回転周波数ｆｅに基づき基準信号ｘとしての正弦波信号Ｉｘ｛Ｉｘ＝ｓｉｎ（２πｆｅｔ）｝を生成する正弦波発生器５２とを備える。

第１制御器２４は、適応型フィルタである適応ノッチフィルタ（第２の適応ノッチフィルタ）３２（適応ノッチフィルタ５４、５６及び減算器５８）、加算器（補正誤差信号生成器）３４、１サンプル時間遅延器（Ｚ^-1）３６及びフィルタ係数更新器（第２のフィルタ係数更新器）３８（フィルタ係数更新器６０、６２）を備える。

適応ノッチフィルタ５４は、余弦波信号Ｒｘにフィルタ係数Ｒｗ１（第２のフィルタ係数）をかけて出力し、適応ノッチフィルタ５６は、正弦波信号Ｉｘにフィルタ係数Ｉｗ１（第２のフィルタ係数）をかけて出力し、減算器５８は、Ｒｗ１・Ｒｘ−Ｉｗ１・Ｉｘの減算信号を制御信号Ｓｃ１として加算器３４に出力する。

加算器３４は、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅと制御信号Ｓｃ１とを加算して補正誤差信号ｅ１を生成し、次回のサンプリング時にフィルタ係数更新器（アルゴリズム演算器）３８が補正誤差信号ｅ１を用いることができるように、１サンプル時間遅延器（Ｚ^-1）３６に該補正誤差信号ｅ１を供給する。

フィルタ係数更新器６０の乗算部１５０は、余弦波信号Ｒｘと補正誤差信号ｅ１とを乗算して出力し、更新部１５２は、Ｒｘ・ｅ１の乗算信号に基づいて、補正誤差信号ｅ１が最小値となるように適応制御アルゴリズム、例えば、最急降下法の一種であるＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）アルゴリズムに基づいて適応ノッチフィルタ５４のフィルタ係数Ｒｗ１を逐次更新する。また、フィルタ係数更新器６２の乗算部１５４は、正弦波信号Ｉｘと補正誤差信号ｅ１とを乗算して出力し、更新部１５６は、Ｉｘ・ｅ１の乗算信号に基づいて、補正誤差信号ｅ１が最小値となるように適応制御アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて適応ノッチフィルタ５６のフィルタ係数Ｉｗ１を逐次更新する。

なお、第１制御器２４は、１サンプル時間遅延器３６に入力される信号である補正誤差信号ｅ１が最小値になるように適応ノッチフィルタ５４、５６の各フィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１を決定する動作（適応演算）を行なうことから、加算器３４には、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅと比較して同振幅・同位相の制御信号Ｓｃ１が入力される。

ここで、フィルタ係数更新器３８内において、補正誤差信号ｅ１及び回転周波数ｆｅの余弦波信号Ｒｘに基づき逐次更新されるフィルタ係数Ｒｗ１は、回転周波数ｆｅにおける誤差信号ｅの実数成分Ｒｅを表現できるフィルタ係数であり、一方で、補正誤差信号ｅ１及び回転周波数ｆｅの正弦波信号Ｉｘに基づき逐次更新されるフィルタ係数Ｉｗ１は、回転周波数ｆｅにおける誤差信号ｅの虚数成分Ｉｅを表現できるフィルタ係数である。そして、第１制御器２４は、これらのフィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１を第２制御器２６の誤差信号生成器４２にコピーする。すなわち、第１制御器２４は、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅから、回転周波数ｆｅにおける誤差信号ｅの実数成分Ｒｅ及び虚数成分Ｉｅ｛誤差信号生成器４２にて生成される誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２（Ｒｅ２＝Ｒｅ）及び虚数成分Ｉｅ２（Ｉｅ２＝Ｉｅ）｝を表現できるフィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１を抽出するバンドパスフィルタとして機能する。

このように、逐次更新されるフィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１が、回転周波数ｆｅにおける誤差信号ｅ（ｅ２）の実数成分Ｒｅ（Ｒｅ２）及び虚数成分Ｉｅ（Ｉｅ２）を表現できる理由については後述する。

一方、第２制御器２６は、フィードフォワード型のｆｉｌｔｅｒｄ−ＸＬＭＳアルゴリズムを利用した回路であり、適応型フィルタである適応ノッチフィルタ４０（適応ノッチフィルタ６４、６６及び減算器６８）、補正信号生成器４４（補正フィルタ７４、７６、７８、８０、１６０、１６２、１６６、１６８、減算部７７、１７０及び加算部８１、１６４）、誤差信号生成器４２（フィルタ７０、７２、１７２、１７４、減算部７３及び加算部１７６）及びフィルタ係数更新器４６（フィルタ係数更新器８２、８４）を備える。

適応ノッチフィルタ６４は、余弦波信号Ｒｘにフィルタ係数Ｒｗ２をかけて出力し、適応ノッチフィルタ６６は、正弦波信号Ｉｘにフィルタ係数Ｉｗ２をかけて出力し、減算器６８は、Ｒｗ２・Ｒｘ−Ｉｗ２・Ｉｘの減算信号を制御信号Ｓｃ２としてＤ／Ａ変換器２８（図１参照）に出力する。

補正フィルタ７４、７８、１６２、１６６には、スピーカ１４からマイクロフォン１６までの車室内空間１２での回転周波数ｆｅの音の伝達特性（信号伝達特性）を模擬した模擬伝達関数Ｃ＾の実数成分Ｒｃが設定され、補正フィルタ７６、８０、１６０、１６８には、該模擬伝達関数Ｃ＾の虚数成分Ｉｃが設定されている。

従って、補正フィルタ７４、１６６は、余弦波信号Ｒｘに実数成分Ｒｃをそれぞれ作用させ（をそれぞれ補正し）、補正フィルタ７６、１６８は、正弦波信号Ｉｘに虚数成分Ｉｃをそれぞれ作用させ（をそれぞれ補正し）、補正フィルタ７８、１６２は、正弦波信号Ｉｘに実数成分Ｒｃをそれぞれ作用させ（をそれぞれ補正し）、補正フィルタ８０、１６０は、余弦波信号Ｒｘに虚数成分Ｉｃをそれぞれ作用させる（をそれぞれ補正する）。

減算器７７は、作用後の減算信号Ｒｃ・Ｒｘ−Ｉｃ・Ｉｘを、模擬余弦波信号である補正信号ｒｃｒとして生成する。加算器８１は、作用後の加算信号Ｒｃ・Ｉｘ＋Ｉｃ・Ｒｘを、模擬正弦波信号である補正信号ｒｓｒとして生成する。加算器１６４は、作用後の加算信号Ｒｃ・Ｉｘ＋Ｉｃ・Ｒｘを、模擬正弦波信号である補正信号ｒｓｉとして生成する。減算器１７０は、作用後の減算信号−Ｒｃ・Ｒｘ＋Ｉｃ・Ｉｘを、模擬余弦波信号である補正信号ｒｃｉとして生成する。

誤差信号生成器４２のフィルタ７０は、余弦波信号Ｒｘにフィルタ係数−Ｒｗ１をかけて出力し、フィルタ７２は、正弦波信号Ｉｘにフィルタ係数−Ｉｗ１をかけて出力し、減算部７３は、−Ｒｗ１・Ｒｘ−（−Ｉｗ１・Ｉｘ）＝−Ｒｗ１・Ｒｘ＋Ｉｗ１・Ｉｘの減算信号を誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２として生成する。一方、フィルタ１７２は、余弦波信号Ｒｘにフィルタ係数−Ｉｗ１をかけて出力し、フィルタ１７４は、正弦波信号Ｉｘにフィルタ係数−Ｒｗ１をかけて出力し、加算部１７６は、−Ｉｗ１・Ｒｘ−Ｒｗ１・Ｉｘの加算信号を誤差信号ｅ２の虚数成分Ｉｅ２として生成する。この場合、誤差信号生成器４２は、後述するように、マイクロフォン１６の位置における残留騒音に基づく誤差信号ｅの実数成分Ｒｅを実数成分Ｒｅ２（Ｒｅ２＝Ｒｅ）として生成すると共に、虚数成分Ｉｅを虚数成分Ｉｅ２（Ｉｅ２＝Ｉｅ）として生成する。すなわち、誤差信号生成器４２は、誤差信号ｅを推定した誤差信号ｅ２を生成する。

フィルタ係数更新器８２の乗算部１７８は、補正信号ｒｃｒと誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２とを乗算して出力し、乗算部１８０は、補正信号ｒｓｒと誤差信号ｅ２の虚数成分Ｉｅ２とを乗算して出力し、加算部１８２は、ｒｃｒ・Ｒｅ２の乗算信号とｒｓｒ・Ｉｅ２の乗算信号とを加算して更新部１８４に出力する。更新部１８４は、ｒｃｒ・Ｒｅ２＋ｒｓｒ・Ｉｅ２の加算信号に基づいて、実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２が最小値となるように適応制御アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて適応ノッチフィルタ６４のフィルタ係数Ｒｗ２を逐次更新する。

一方、フィルタ係数更新器８４の乗算部１８６は、補正信号ｒｓｉと誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２とを乗算して出力し、乗算部１８８は、補正信号ｒｃｉと誤差信号ｅ２の虚数成分Ｉｅ２とを乗算して出力し、加算部１９０は、ｒｓｉ・Ｒｅ２の乗算信号とｒｃｉ・Ｉｅ２の乗算信号とを加算して更新部１９２に出力する。更新部１９２は、ｒｓｉ・Ｒｅ２＋ｒｃｉ・Ｉｅ２の加算信号に基づいて、実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２が最小値となるように適応制御アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて適応ノッチフィルタ６６のフィルタ係数Ｉｗ２を逐次更新する。

以上のように構成される能動型振動騒音制御装置１０の効果について、図３〜図６Ｃを参照しながら説明する。

図３は、比較例（特許文献２）に係る能動型振動騒音制御装置１００でのエンジンこもり音の消音制御を説明するための模式的ブロック図である。

能動型振動騒音制御装置１００において、適応ノッチフィルタ１０４は、基準信号ｘにフィルタ係数Ｗ２をかけて制御信号Ｗ２・ｘを生成し、車室内空間１２のスピーカ１４からマイクロフォン１６までを示すブロック１０６は、制御信号Ｗ２・ｘに模擬伝達関数Ｃ＾を作用させて、作用後の信号Ｃ＾・Ｗ２・ｘを評価点（マイクロフォン１６の位置）を示す加算器１０８に出力する。また、図示しないエンジンから前記評価点までの未知プラントを示すブロック１０２は、基準信号ｘに前記エンジンから前記評価点までの音の伝達特性（信号伝達特性）Ｐを作用させて、作用後の信号Ｐ・ｘを加算器１０８に出力する。マイクロフォン１６を示す加算器１０８は、加算信号Ｐ・ｘ＋Ｃ＾・Ｗ２・ｘを誤差信号ｅとしてフィルタ係数更新器１１２に出力する。さらに、補正信号生成器１１０は、基準信号ｘに模擬伝達関数Ｃ＾を作用させてフィルタ係数更新器１１２に出力する。フィルタ係数更新器１１２は、補正信号Ｃ＾・ｘ及び誤差信号ｅに基づいて、誤差信号ｅが最小値となるように適応制御アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて適応ノッチフィルタ１０４のフィルタ係数Ｗ２を逐次更新する。

ここで、誤差信号ｅを下記の（１）式で表し、フィルタ係数Ｗ２、基準信号ｘ、伝達特性Ｐ及び模擬伝達関数Ｃ＾を下記の（２）式〜（５）式のように実数成分（Ｒｗ２、Ｒｘ、Ｒｐ及びＲｃ）及び虚数成分（Ｉｗ２、Ｉｘ、Ｉｐ及びＩｃ）で表わすと、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅは、下記の（６）式で表わすことができ、一方で、誤差信号ｅの虚数成分Ｉｅは、下記の（７）式で表わすことができる。なお、ｉは、虚数単位を示す。
ｅ＝Ｐ・ｘ＋Ｃ＾・Ｗ２・ｘ
＝Ｒｅ＋ｉＩｅ（１）
Ｗ２＝Ｒｗ２＋ｉＩｗ２（２）
ｘ＝Ｒｘ＋ｉＩｘ（３）
Ｐ＝Ｒｐ＋ｉＩｐ（４）
Ｃ＾＝Ｒｃ＋ｉＩｃ（５）
Ｒｅ＝（Ｒｐ＋Ｒｃ・Ｒｗ２−Ｉｃ・Ｉｗ２）Ｒｘ
−（Ｉｐ＋Ｒｃ・Ｉｗ２＋Ｉｃ・Ｒｗ２）Ｉｘ（６）
Ｉｅ＝（Ｒｐ＋Ｒｃ・Ｒｗ２−Ｉｃ・Ｉｗ２）Ｉｘ
＋（Ｉｐ＋Ｒｃ・Ｉｗ２＋Ｉｃ・Ｒｗ２）Ｒｘ（７）

また、今回(現在)のサンプリングｎにおけるフィルタ係数Ｗ２ｎを下記の（８）式で表した場合に、フィルタ係数更新器１１２においてフィルタ係数Ｗ２を更新する際の演算式は、下記の（９）式及び（１０）式で表わされる。ここで、μは、フィルタ係数Ｗ２の更新量に係るステップサイズパラメータであり、各式の右辺第１項目は、今回のサンプリングにおけるフィルタ係数Ｗ２の実数成分又は虚数成分であり、右辺第２項目がフィルタ係数Ｗ２（の実数成分及び虚数成分）の更新量である。
Ｗ２ｎ＝Ｒｗ２ｎ＋ｉＩｗ２ｎ（８）
Ｒｗ２_n+1＝Ｒｗ２ｎ−μ・Ｒｅ・（Ｒｃ・Ｒｘ−Ｉｃ・Ｉｘ）（９）
Ｉｗ２_n+1＝Ｉｗ２ｎ＋μ・Ｒｅ・（Ｉｃ・Ｒｘ＋Ｒｃ・Ｉｘ）（１０）

なお、上述した（１）〜（１０）式の導出方法等については、特許文献２に詳しく説明されているので、本明細書では、その詳細な説明を省略する。

上述した能動型振動騒音制御装置１００において、加算器１０８は、（１）式に示すように、信号Ｐ・ｘと信号Ｃ＾・Ｗ２・ｘとの加算信号を誤差信号ｅとしている。しかしながら、評価点においてエンジンこもり音と相殺音とを干渉させて該エンジンこもり音を消音させる際に、マイクロフォン１６は、前記加算信号を示す残留騒音に加え、該残留騒音以外の音（例えば、ロードノイズや楽音）も検出する。そのため、マイクロフォン１６は、前記残留騒音及び該残留騒音以外の音に応じたノイズに基づく誤差信号ｅの実数成分Ｒｅを検出する。すなわち、マイクロフォン１６は、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅしか検出することができず、虚数成分Ｉｅを検出することはできない。従って、特許文献２では、このような実数成分Ｒｅより虚数成分Ｉｅを推定し、実数成分Ｒｅ、推定した虚数成分Ｉｅ及び基準信号ｘ（補正信号Ｃ＾・ｘ）を用いて適応ノッチフィルタ１０４のフィルタ係数Ｗ２を更新している。

一方、図４は、図３に対応させて、この実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０を表わした模式的ブロック図であり、図５は、図４中、破線で囲まれた部分を未知のプラントのブロック１２０（伝達特性Ｐ´）として表わした場合の模式的ブロック図である。

ここで、上記の（１）式、図４及び図５より、誤差信号ｅは、伝達特性Ｐ´を用いて、下記の（１１）式で表わすことができる。
ｅ＝Ｐ・ｘ＋Ｃ＾・Ｗ２・ｘ
＝（Ｐ＋Ｃ＾・Ｗ２）・ｘ
＝Ｐ´・ｘ（１１）

従って、伝達特性Ｐ´は、その実数成分をＲｐ´、虚数成分をＩｐ´とすると、下記の（１２）式で表わすことができる。
Ｐ´＝Ｐ＋Ｃ＾・Ｗ２
＝Ｒｐ´＋ｉＩｐ´ （１２）

また、加算器３４で生成される補正誤差信号ｅ１は、上記の（１１）式より、下記の（１３）式で表わすことができる。
ｅ１＝ｅ＋Ｗ１・ｘ
＝Ｐ´・ｘ＋Ｗ１・ｘ（１３）

前述したように、第１制御器２４は、補正誤差信号ｅ１が最小値となるようにフィルタ係数Ｗ１の更新演算を行うので、（１３）式でｅ１＝０とおくと、Ｐ´・ｘとＷ１・ｘとの関係は、下記の（１４）式で表わされる。
Ｐ´・ｘ＝−Ｗ１・ｘ（１４）

また、マイクロフォン１６は、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅのみ検出するので、第１制御器２４の加算器３４には、実数成分Ｒｅのみ入力される（Ｉｅ＝０）。また、第１制御器２４においては、補正信号生成器４４、１１０が存在しないので、Ｃ＾＝１（Ｒｃ＝１、Ｉｃ＝０）となる。そのため、Ｗ１を下記の（１５）式で表わし、今回(現在)のサンプリングｎにおけるフィルタ係数Ｗ１ｎを下記の（１６）式で表わした場合に、フィルタ係数更新器３８においてフィルタ係数Ｗ１を更新する際の演算式は、下記の（１７）式及び（１８）式で表わされる。なお、（１７）式及び（１８）式の右辺第１項目は、今回のサンプリングｎにおけるフィルタ係数Ｗ１の実数成分又は虚数成分であり、右辺第２項目は、フィルタ係数Ｗ１（の実数成分及び虚数成分）の更新量となる。また、フィルタ係数Ｗ１の更新量に係るステップサイズパラメータについてもμとする。
Ｗ１＝Ｒｗ１＋ｉＩｗ１（１５）
Ｗ１ｎ＝Ｒｗ１ｎ＋ｉＩｗ１ｎ（１６）
Ｒｗ１_n+1＝Ｒｗ１ｎ−μ・Ｒｅ・Ｒｘ（１７）
Ｉｗ１_n+1＝Ｉｗ１ｎ＋μ・Ｒｅ・Ｉｘ（１８）

ここで、（１１）式よりｅ＝Ｐ´・ｘであり、（１４）式よりＰ´・ｘ＝−Ｗ１・ｘであるため、誤差信号ｅは、（３）式、（１１）式、（１４）式及び（１５）式より、下記の（１９）式で表わされる。
ｅ＝Ｐ´・ｘ
＝−Ｗ１・ｘ
＝−（Ｒｗ１＋ｉＩｗ１）・（Ｒｘ＋ｉＩｘ）
＝−｛（Ｒｗ１・Ｒｘ−Ｉｗ１・Ｉｘ）
＋ｉ（Ｒｗ１・Ｉｘ＋Ｉｗ１・Ｒｘ）｝（１９）

従って、（１９）式より、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅと、虚数成分Ｉｅとは、下記の（２０）式及び（２１）式でそれぞれ表わされる。
Ｒｅ＝−（Ｒｗ１・Ｒｘ−Ｉｗ１・Ｉｘ）（２０）
Ｉｅ＝−（Ｒｗ１・Ｉｘ＋Ｉｗ１・Ｒｘ）（２１）

（２０）式及び（２１）式に示すように、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅ及び虚数成分Ｉｅには、フィルタ係数Ｗ１の実数成分であるフィルタ係数Ｒｗ１と、該フィルタ係数Ｗ１の虚数成分であるフィルタ係数Ｉｗ１とがそれぞれ含まれているので、フィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１は、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅ及び虚数成分Ｉｗ１（誤差信号ｅの振幅及び位相）を表現できる係数（位相・振幅係数）であることが理解できる。

そこで、この実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０においては、図１及び図２に示すように、第１制御器２４は、補正誤差信号ｅ１及び回転周波数ｆｅの余弦波信号Ｒｘに基づいてフィルタ係数Ｒｗ１を逐次更新すると共に、補正誤差信号ｅ１及び回転周波数ｆｅの正弦波信号Ｉｘに基づいてフィルタ係数Ｉｗ１を逐次更新し、更新したフィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１を、第２制御器２６の誤差信号生成器４２にコピーする。

第２制御器２６の誤差信号生成器４２においては、フィルタ７０、７２及び減算部７３により（２０）式の演算処理を行うことで、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅを示す実数成分Ｒｅ２（Ｒｅ２＝Ｒｅ）が生成され、一方で、フィルタ１７２、１７４及び加算部１７６により（２１）式の演算処理を行うことで、誤差信号ｅの虚数成分Ｉｅを示す虚数成分Ｉｅ２（Ｉｅ２＝Ｉｅ）が生成される。すなわち、誤差信号生成器４２は、エンジンこもり音の周波数（回転周波数ｆｅ）における誤差信号ｅ２（ｅ２＝ｅ）を生成していることになる。

従って、この実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０によれば、エンジンこもり音の周波数（回転周波数ｆｅ）における誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を生成し、生成した実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を用いて適応ノッチフィルタ４０のフィルタ係数Ｒｗ２、Ｉｗ２を逐次更新するので、基準信号ｘにフィルタ係数Ｒｗ２、Ｉｗ２をかけて生成される制御信号Ｓｃ２は、エンジンこもり音の周波数に応じた信号となり、この結果、スピーカ１４から制御信号Ｓｃ２を相殺音として出力することにより、評価点（マイクロフォン１６の位置）におけるエンジンこもり音を確実に低減することが可能となる。

すなわち、第１制御器２４は、制御信号Ｓｃ１を生成する適応ノッチフィルタ３２と、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅと制御信号Ｓｃ１とを加算して補正誤差信号ｅ１を生成する加算器３４と、基準信号ｘ及び補正誤差信号ｅ１に基づいて補正誤差信号ｅ１が最小となるようにフィルタ係数Ｗ１（Ｒｗ１、Ｉｗ１）を適応演算を用いて逐次更新し、更新したフィルタ係数Ｗ１を誤差信号ｅ（ｅ２）の振幅及び位相を表現できる位相・振幅係数（フィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１）として抽出するフィルタ係数更新器３８とを備えるので、第２制御器２６では、フィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１を用いて実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を精度よく推定（生成）することにより、相殺音に応じた制御信号Ｓｃ２を精度よく生成することができる。

図６Ａは、誤差信号ｅの時間変化を示す特性図であり、図６Ｂは、誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を生成しない場合におけるフィルタ係数Ｗ２の更新量の時間変化を示す特性図であり、図６Ｃは、この実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０でのフィルタ係数Ｗ２の更新量の時間変化を示す特性図である。ここでは、時刻ｔ０で消音制御が開始されるものとする。

実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を生成せずにフィルタ係数Ｗ２の適応演算を行った場合には、図６Ｂに示すように、誤差信号ｅのレベルが大きい時刻ではフィルタ係数Ｗ２の更新量が大きく、一方で、誤差信号ｅのレベルが小さい時刻ではフィルタ係数Ｗの更新量が小さくなる。すなわち、誤差信号ｅのレベルの時間変化に同期してフィルタ係数Ｗの更新量も変化しており、誤差信号ｅがゼロレベルに収束するまで長時間を要することになる。

これに対して、この実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０では、生成した実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を用いてフィルタ係数Ｗ２の適応演算を行っている。すなわち、フィルタ係数Ｗ２の更新量に実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を含ませることにより、前記更新量は、誤差信号ｅの複素平面上における振幅（実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２の２乗和の平方根）に比例することになる。従って、能動型振動騒音制御装置１０では、誤差信号ｅの複素平面上における振幅が大きい時刻（図６Ａ参照）ではフィルタ係数Ｗ２の更新量を大きくし（図６Ｃ参照）、誤差信号ｅの複素平面上における振幅が小さい時刻ではフィルタ係数Ｗ２の更新量を小さくする。なお、図６Ａ中の破線は、誤差信号ｅの複素平面上における振幅の大きさを示している。

これにより、誤差信号ｅのレベルの変化に同期してフィルタ係数Ｗ２の更新量が変化しなくなるので、誤差信号ｅを短時間でゼロレベルにまで収束させることができる。すなわち、短時間でエンジンこもり音を低減することが可能となる。

また、特許文献２においては、サンプリング周期間で誤差信号ｅが大きく変動するおそれが少ないにも関わらず、誤差信号ｅの実数成分Ｒｅを微分することに基づいて虚数成分Ｉｅを推定している。

これに対して、この実施形態に係る能動型振動騒音制御装置１０では、前述したように、抽出したフィルタ係数Ｒｗ１、Ｉｗ１を用いて、誤差信号生成器４２が（２０）式及び（２１）式の演算処理を行うことにより、回転周波数ｆｅにおける誤差信号ｅ２の実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２を生成するので、実数成分Ｒｅ２及び虚数成分Ｉｅ２の推定精度が向上する。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、明細書及び図面の記載内容に基づき、種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、ロードノイズのように、振動騒音の周波数が予め分かっている場合には、周波数検出器２０を省略し、基準信号生成器２２において、前記周波数に応じた基準信号ｘを生成してもよい。

この発明の一実施形態に係る能動型振動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。図１の基準信号発生器、第１制御器及び第２制御器の詳細な構成を示すブロック図である。比較例に係る能動型振動騒音制御装置でのエンジンこもり音の消音制御を説明するための模式的ブロック図である。図１及び図２の能動型振動騒音制御装置の模式的ブロック図である。図４の能動型振動騒音制御装置をさらに模式化したブロック図である。図６Ａは、誤差信号の時間変化を示す特性図であり、図６Ｂは、誤差信号の実数成分及び虚数成分を生成しない場合でのフィルタ係数の更新量の時間変化を示す特性図であり、図６Ｃは、図１の能動型振動騒音制御装置でのフィルタ係数の更新量の時間変化を示す特性図である。

符号の説明

１０…能動型振動騒音制御装置１４…スピーカ
１６…マイクロフォン２２…基準信号生成器
２４…第１制御器２６…第２制御器
３２、４０、５４、５６、６４、６６…適応ノッチフィルタ
３４…加算器３６…１サンプル時間遅延器
３８、４６、６０、６２、８２、８４…フィルタ係数更新器
４２…誤差信号生成器４４…補正信号生成器
５０…余弦波発生器５２…正弦波発生器

Claims

打消対象の振動騒音の周波数に基づく基準信号を生成する基準信号生成器と、
前記基準信号に基づいて前記振動騒音を相殺するための相殺信号を出力する適応ノッチフィルタと、
前記適応ノッチフィルタから出力される前記相殺信号に基づいて相殺音を発生する相殺音発生器と、
前記振動騒音と前記相殺音との差に基づく誤差信号の実数成分を検出する誤差信号検出器と、
前記相殺音発生器から前記誤差信号検出器に至る信号伝達特性に対応する補正値に基づき、前記基準信号を補正して補正信号を生成する補正信号生成器と、
前記誤差信号の実数成分から、前記振動騒音の周波数における前記誤差信号の振幅と位相とを表現できる位相・振幅係数を抽出する位相・振幅係数抽出器と、
前記基準信号と前記位相・振幅係数とに基づいて、前記誤差信号の実数成分及び虚数成分を生成する誤差信号生成器と、
前記補正信号と前記誤差信号の実数成分及び虚数成分とに基づいて、前記誤差信号が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を適応演算を用いて逐次更新するフィルタ係数更新器と、
を有することを特徴とする能動型振動騒音制御装置。
請求項１記載の能動型振動騒音制御装置において、
前記位相・振幅係数抽出器は、
前記基準信号に基づいて制御信号を出力する第２の適応ノッチフィルタと、
前記誤差信号の実数成分と前記制御信号とに基づいて補正誤差信号を生成する補正誤差信号生成器と、
前記基準信号と前記補正誤差信号とに基づいて、前記補正誤差信号が最小となるように前記第２の適応ノッチフィルタの第２のフィルタ係数を適応演算を用いて逐次更新し、更新した前記第２のフィルタ係数を前記位相・振幅係数として抽出する第２のフィルタ係数更新器と、
を備えることを特徴とする能動型振動騒音制御装置。