JP4940792B2 - 騒音制御装置および騒音制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、騒音制御装置および騒音制御方法に関する。

一般に、例えば車室内等において車両の走行に伴い発生する騒音を計測し、その騒音を打ち消すような音波を発生して騒音を低減する騒音制御装置や騒音制御方法が提案されている。例えば、車両の車体の振動を検出するための振動検出手段を複数設け、検出した車体の振動に基づいて車両に設置したスピーカーや加振器等のアクチュエータを作動させ、車室内の騒音を低減する騒音制御装置が提案されている。

このような騒音制御装置では、振動検出手段に故障が生じると、効果的な騒音制御を実施することが難しくなる。このため、騒音の低減効果を計測する効果確認用のマイクロフォンを騒音制御を行う場所に設置し、振動検出手段の故障が発生して騒音の低減効果が十分でなくなった場合に、騒音制御の制御内容を変更して効果的な騒音制御を行う騒音制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平８-２９２７７１号公報

このような騒音制御装置では、アクチュエータに故障が生じた場合、騒音を低減するための適切な波動を発生することができなくなり、騒音制御を効果的に行うことが難しくなってしまうばかりか、故障の状況によってはアクチュエータから不適切な波動が発生されてしまい、騒音が増えてしまう可能性がある。しかしながら、アクチュエータの故障を検出する手段を備えていないため、アクチュエータが故障した場合に騒音制御を停止する等の対応を行うことが難しい、と言う問題があった。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両の車体に配置され、該車体の振動を検出する複数のセンサと、前記車体に、制御部によって制御された波動を加える波動印加部と、前記制御部が前記波動印加部に、前記波動印加部と前記車両の車室内の所定の空間との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以下になるように、前記所定の空間毎に設定される所定の周波数の信号を出力した際の、前記センサの出力信号によって前記波動印加部の故障を検出する波動印加部故障検出部と、前記複数のセンサの各出力信号に基づき前記所定の空間で聞こえる車室内騒音の推定値を算出する騒音推定部を有し、前記制御部は、前記波動印加部故障検出部により前記波動印加部の故障が検出されない場合に、前記騒音推定部が算出した前記車室内騒音の推定値に基づいて前記波動印加部に前記波動を出力して前記車室内騒音を低減させる騒音制御を行うことを特徴としている。

本発明によれば、アクチュエータの故障が検出された場合は騒音制御効果が得られないものとして、アクチュエータの故障が検出されない場合にのみ騒音制御を行う騒音制御装置および騒音制御方法を提供する。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

車外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（以下、ロードノイズと呼ぶ）、走行時に空気の気流によって発生する風切音などがある。

本実施形態では、主にロードノイズの低減を扱う。

図１に路面の凹凸の影響による車体の振動およびロードノイズの主な伝播経路を示す。

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、まず車軸１２０およびサスペンション１３０の取り付け部（図示省略）からメンバ１４０と呼ばれる剛性の高い梁状の部材に進入する。その後、メンバ１４０によって囲まれたフロアパネル１１０と呼ばれる比較的剛性の低い板状の部材に振動が伝播し、このフロアパネル１１０が振動する。さらに、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ために、車室内の所定空間１００（以下、制御空間１００と呼ぶ）においてロードノイズが聞こえる。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の取り付け部から進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わかっている。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。

本発明では、フロアパネル１１０にセンサ（後述）を配置して、そのセンサの出力信号を元に車室内騒音の推定を行い、コントローラにより制御指令値を生成し、この制御指令値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とる。

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を選択したのは、車室内騒音との間のコヒーレンス（定義は後述）が高いからである。

なお、フロアパネル１１０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。

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、さらにルーフパネル（いずれも図示省略）といった同じ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。

本実施形態による騒音制御装置の略図を図２に示す。

本実施形態による騒音制御装置は、フロアパネル１１０の振動を測定するセンサである加速度センサ１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）と、フロアパネル１１０に振動を与える波動印加部であるアクチュエータ２０（２０ａ、２０ｂ）と、加速度センサ１０で得られた信号に基づいて車室内騒音を低減する制御指令値を算出し、アクチュエータ２０の制御を行う制御装置本体３０から成る。

ここで、本実施形態におけるアクチュエータ２０は、いわゆるピエゾアクチュエータ（Piezo-electric actuator）であるものとする。

制御装置本体３０の入力信号は加速度センサ１０の出力であり、出力信号はアクチュエータ２０への制御指令値である。

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値を算出して出力する制御指令値算出部３２とを備える。

増幅部３１は、加速度センサ１０がいわゆる電荷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の機能も担う。

図３に制御指令値算出部３２内部の構造を示すブロック図を示す。

制御指令値算出部３２は、Ａ／Ｄ変換部３３（３３ａ〜３３ｆ）と、波動印加部故障検出部である駆動部故障検出部３４と、加算部３６とフィルタ５０と伝達関数６０とを備える騒音推定部３５と、算出部３８とＤ／Ａ変換部３９とテスト信号発生部４０とを備える制御部３７とで構成される。

Ａ／Ｄ変換部３３（３３ａ〜３３ｆ）は、加速度センサ１０が検出し増幅部３１（３１ａ〜３１ｄ）で増幅された加速度信号α_１、α_２、α_３、α_４と、制御部３７が出力した制御指令値ｕ_１、ｕ_２をディジタル信号に変換する。

Ｄ／Ａ変換部３９は、算出部３８が算出した制御指令値およびテスト信号発生部４０が発生したテスト信号をアナログ信号に変換する。

制御指令値算出部３２では、加速度センサ１０が出力する加速度信号と、アクチュエータ２０への入力信号（制御指令値）とを用いて、制御空間１００における騒音を低減するように制御指令値を算出する。

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。

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の数および設置位置は、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シーC_xy(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１０は、加速度センサ１０ａ（図３ではセンサ１と記載）、加速度センサ１０ｂ（図３ではセンサ２と記載）、加速度センサ１０ｃ（図３ではセンサ３と記載）、加速度センサ１０ｄ（図３ではセンサ４と記載）の４個とし、アクチュエータ２０は、アクチュエータ２０ａ（図３ではＡＣＴＲ１と記載）、アクチュエータ２０ｂ（図３ではＡＣＴＲ２と記載）の２個とした。

ここで、P_xy(ω)は加速度と音圧との間のクロスパワースペクトラム、P_xx(ω)とP_yy(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表している。また、P^HはPのエルミート転置行列を表す。

騒音推定部３５では、加速度信号α_１〜α_４と、１ステップ前の処理サイクルにおける制御指令値ｕ_１、ｕ_２を用いて、制御空間１００における騒音の推定値SPL_estを算出する。

制御部３７の算出部３８では、騒音の推定値SPL_estを用いて、制御空間１００での騒音を低減するようにアクチュエータ２０への制御指令値ｕ_１、ｕ_２を算出する。

本実施形態では、この制御指令値算出部３２をいわゆるＣＰＵ上に実装する。

制御装置本体３０における処理のフローチャートを図４に示す。

ステップＳ１０１では、Ａ／Ｄ変換部３３によりＡ／Ｄ変換された加速度信号α_１〜α_４が駆動部故障検出部３４を通して騒音推定部３５に入力される。この後に、フローはステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２では、Ａ／Ｄ変換部３３によりＡ／Ｄ変換された1ステップ前の制御指令値ｕ_１、ｕ_２が騒音推定部３５に入力される。この後に、フローはステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３では、騒音推定部３５により騒音推定処理を実行し、Ｓ１０１およびＳ１０２で得た信号から制御空間１００での騒音の推定値SPL_estを算出する。この後に、フローはステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４では、Ｓ１０３で算出された騒音の推定値SPL_estを用いて、算出部３８により制御空間１００での騒音を低減する制御指令値ｕ_１、ｕ_２を算出する。この後に、フローはステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、Ｓ１０４で得た制御指令値ｕ_１、ｕ_２をＤ／Ａ変換部３９に出力し、アクチュエータ２０への出力信号が出力される。

図３の算出部３８は、いかなるフィードバック制御を用いて設計してもよいが、例えばH∞制御として設計する場合は以下の手順に従えばよい。

システムのモデルは、アクチュエータ２０の入力電圧から騒音までの伝達関数G_p(s)とする。ここで、sはラプラス変換の変数である。

この伝達関数G_p(s)に対して、文献「D. McFarlane and K. Glover. “A Loop Shaping Design Procedure Using H∞ Synthesis”、 IEEE Transactions on Automatic Control. vol.37、 no.6、 June 1992、 pp.759-769」に記載の設計手法を用いることで、騒音を低減する制御部を設計することができる。

この手法では、評価式

を満足するようなコントローラC_∞(s)を設計する。ここで、G_s(s)は重み関数W₁(s)とW₂(s)により重み付けされた伝達関数

によって求められる。最終的に（数式２）の評価式を満足するコントローラC_∞(s)を用いて、コントローラC(s)は

として算出される。

また、定数εはコントローラの安定余裕を決定するパラメータであり、通常0.2〜0.3が推奨される。ＣＰＵに実装する場合には、例えばコントローラC(s)に双一次変換を施すことでC(s)を離散化し、ＩＩＲフィルタとして実装すればよい。

騒音推定部３５に入力されたディジタル信号としての加速度信号α_１、α_２、α_３、α_４は、それぞれフィルタ５０の５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに入力される。また、制御指令値ｕ_１、ｕ_２は、それぞれ伝達関数６０の６０ａ、６０ｂに入力される。

ここで、フィルタ５０ａ〜５０ｄは車外から制御空間１００に侵入する騒音をある信号の和として表現するために加速度信号α_１〜α_４を整形するブロックである。このフィルタ５０は、処理後の信号の和が車外から侵入する騒音の推定値になるように設計されている。

また、伝達関数６０ａと６０ｂは、それぞれアクチュエータ２０ａと２０ｂへの入力電圧から制御空間１００での音圧までの伝達関数を示す。伝達関数６０ａと６０ｂはそれぞれアクチュエータ２０にホワイトノイズもしくはインパルス信号を入力し、そのとき得られた制御空間１００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。その方法は、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、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。

アクチュエータ２０ａ、２０ｂの入力電圧に、それぞれ伝達関数６０ａ、６０ｂを乗算し、それらを足し合わせることにより、アクチュエータ２０が発生した振動（音）が制御空間１００に作る騒音の推定値が算出される。

フィルタ５０で整形された各加速度信号α_１〜α_４と伝達関数６０により演算が行われた制御指令値ｕ_１、ｕ_２を加算部３６にて加算する。この処理により、車外から侵入する振動とアクチュエータ２０が生成する振動とが作る制御空間１００での騒音の推定値SPL_estが算出される。

図５に騒音推定部３５で行う処理のフローチャートを示す。

ステップＳ２０１では、加速度センサ１０ａ〜１０ｄの加速度信号α_１〜α_４がＡ／Ｄ変換部３３ａ〜３３ｄでＡ／Ｄ変換され、騒音推定部３５に入力される。この後に、フローはステップＳ２０２へ移行する。

ステップＳ２０２では、１ステップ前の制御指令値ｕ_１、ｕ_２がＡ／Ｄ変換部３３ｅ、３３ｆでＡ／Ｄ変換され、騒音推定部３５に入力される。この後に、フローはステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０３では、Ｓ２０１で入力された加速度信号α_１に予め記憶しておいたフィルタ５０であるW₁が乗算される。同様に、加速度信号α_２にフィルタ５０であるW₂が、加速度信号α_３にフィルタ５０であるW₃が、加速度信号α_４にフィルタ５０であるW₄が乗算される。この後に、フローはステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０４では、Ｓ２０２で入力された制御指令値ｕ_１に、予め記憶しておいたアクチュエータ２０ａへの入力電圧から制御空間１００での音圧までの伝達関数を示すフィルタ６０ａであるG_p1が乗算される。同様に、制御指令値ｕ_２に、アクチュエータ２０ｂへの入力電圧から制御空間１００での音圧までの伝達関数を示すフィルタ６０ｂであるG_p2が乗算される。

ここで、フィルタ６０ａとフィルタ６０ｂは、アクチュエータ２０の入力電圧から騒音までの伝達関数を離散時間システムとして同定した上で、逆Ｚ変換をすることでＩＩＲフィルタとして予め設定しておく。この後に、フローはステップＳ２０５へ移行する。

ステップＳ２０５では、Ｓ２０３とＳ２０４で得た信号全てが加算部３６で加算され、得られた信号を騒音の推定値SPL_estとして出力する。

次に、フィルタ５０の決定方法について述べる。

図６は車体への入力振動（振動源）と加速度、車室内騒音との関係を示している。車体への入力振動fは、伝達関数H(s)を通して加速度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに伝わる。一方で、入力振動fは車室内の空気を伝播して制御空間１００での騒音となる。このときの空気伝播の伝達関数をR(s)とおく。また、加速度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで検出される加速度をそれぞれα_１、α_２、α_３、α_４とおく。さらに、制御空間１００で測定されるロードノイズをSPLとおく。このとき、入力振動fのラプラス変換をf_L(s)、信号SPLのラプラス変換をSPL_L(s)、加速度信号α₁、α₂、α₃、α₄のラプラス変換をそれぞれα_L1(s)、α_L2(s)、α_L3(s)、α_L4(s)とおくと、各信号間の関係は以下の式で表される。

ここで、Hは各要素が伝達関数である４行１列の行列である。この関係式を用いて、加速度センサ１０の加速度信号から騒音の推定値SPL_estを推定するためには、（数式７）を逆にfについて解き、（数式６）に代入すればよい。したがって、

で表される。ここで、H⁺は伝達関数行列H(s)の逆行列を表す。ここで、Hは正方行列ではなく、長方行列であるので、逆行列を計算することはできない。そこで、擬似逆行列

を用いて演算を行う。ただし、m_HをＨの行の数、n_HをHの列の数としたときに、

であることが、H⁺を計算できるための必要条件である。

RH⁺は１行４列行列であるので、その要素を、

とおくと、（数式８）は

と変形することができる。ここで現れるW₁、W₂、W₃、W₄を図３に記載のフィルタ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄとして設定する。したがって、加速度信号α_１〜α_４に対するフィルタ５０（W）は

の列ベクトルにより決定される。

図７に上記処理のフローチャートを示す。

ステップＳ３０１では、伝達関数Rと伝達関数Hが算出される。これらはあらかじめ算出しデータとして記憶しておいても良い。この後に、フローはステップＳ３０２へ移行する。

ステップＳ３０２では、伝達関数Hに基づいて、関数H⁺＝(H^T・H)^-1・H^Tが算出される。この後に、フローはステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３０３では、フィルタ５０がW=RH⁺として算出される。

以上の方法で得られたフィルタ５０の周波数応答例を図８に示す。図８の８Ａ〜８Ｄのグラフはそれぞれ加速度センサ１０ａ〜１０ｄについてのグラフ示している。図中の点線は各加速度センサ１０の加速度信号から制御空間１００での騒音までの伝達関数を示し、実線はその伝達関数に（数式１３）で計算されたフィルタ５０を乗算した関数の特性を示している。ここで、ある周波数帯域で点線と実線が近い特性の時は、その加速度センサ１０が検出したその周波数帯域の加速度信号に対しフィルタ５０が大きな重み付けを行ったことを表している。例えば図８のグラフ８Ａ〜８Ｄにおいて３００Ｈｚ付近に注目すると、グラフ８Ｃでは実線と点線が近い値を示し、他のグラフ８Ａ、８Ｂ、８Ｄでは実線と点線が離れている。この場合、３００Ｈｚ付近では加速度センサ１０ｃの加速度信号に大きな重みが付けられ、他の加速度センサ１０の加速度信号には小さな重みが付けられていることを示している。

図９に、騒音の実測値と、上記のフィルタ５０を用いて算出された騒音の推定値SPL_estを示す。点線が騒音の実測値で、実線が騒音推定部３５で算出された騒音の推定値SPL_estを示す。図９より、本実施形態を用いることにより、騒音の推定値SPL_estが精度良く算出されていることがわかる。このように、本実施形態では、車室内の騒音を精度高く推定し、車室内騒音を効果的に低減することができる。

以上に示した処理によって、車室内における騒音を精度高く推定し、車室内の騒音を低減する騒音制御を効果的に行うことができる。しかしながら、アクチュエータ２０が故障した場合には、車室内の騒音を低減するための適切な波動を発生することができなくなり、騒音制御を効果的に行うことが難しくなってしまうばかりか、故障の状態によってはアクチュエータ２０から不適切な波動が発生されてしまい、騒音が増えてしまう可能性がある。

本実施形態は、アクチュエータの故障が検出された場合は騒音制御効果が得られないものとして、アクチュエータの故障が検出されない場合にのみ騒音制御を行うものである。

本実施形態における騒音推定部３５の構造を前述した図３に示す。

本実施形態では、車両が停止している際に、テスト信号発生部４０がアクチュエータ２０にテスト信号を出力する。その際に加速度センサ１０で検出した加速度信号に基づいて、アクチュエータ２０の故障を判定し、アクチュエータ２０の故障が検出されない場合にのみ、騒音制御を行う。なお、テスト信号発生中は、騒音制御は行われない。

以下、アクチュエータ２０の故障の判定処理を、図１０のフローチャートと図１１の伝達関数の説明図を用いて説明する。

ステップＳ４０１では、故障判定を行うアクチュエータ２０のアクチュエータi（i=1、2）に対し、テスト信号S_iの周波数f_iが設定される。ここで、アクチュエータ２０ａ、２０ｂをアクチュエータ１、２とする。この後に、フローはステップＳ４０２へ移行する。

ステップＳ４０２では、テスト信号発生部４０が周波数f_iのテスト信号S_iをアクチュエータiに出力し、アクチュエータiが振幅V_iの振動を行う。すなわち、i=1の場合は、テスト信号発生部４０が周波数f₁のテスト信号S₁をアクチュエータ１に出力し、アクチュエータ１は振動V₁の振動を行う。i=2の場合は、テスト信号発生部４０が周波数f₂のテスト信号S₂をアクチュエータ２に出力し、アクチュエータ２は振動V₂の振動を行う。この後に、フローはステップＳ４０３へ移行する。

ステップＳ４０３では、加速度センサjの検出信号が、アクチュエータiの振幅V_iにアクチュエータiと加速度センサjとの間の伝達関数GA_i,jを乗算した値と等しいか否かが判定される。この条件が成立する場合は、フローはステップＳ４０４へ移行する。一方、条件が成立しない場合は、フローはステップＳ４０６へ移行する。

ステップＳ４０４では、すべての加速度センサjについて、ステップＳ４０３の判定が行われたか否かが判定される。すべての加速度センサjについて、ステップＳ４０３の判定が行われた場合は、フローはステップＳ４０５へ移行する。一方、すべての加速度センサjについて、ステップＳ４０３の判定が行われていない場合は、フローはステップＳ４０３へ戻り、次の加速度センサjについてＳ４０３の判定が行われる。

ステップＳ４０５では、アクチュエータiがテスト信号S_iに応じた振幅V_iの振動を行っていることになり、アクチュエータiは正常であると判定される。この後に、フローはステップＳ４０８へ移行する。

ステップＳ４０６では、アクチュエータiがテスト信号S_iに応じた振幅V_iの振動を行っていないことになり、アクチュエータiは故障であると判定される。この後に、フローはステップＳ４０７へ移行する。

ステップＳ４０７では、アクチュエータiの故障が検出されたため、騒音制御は実施されず、停止とする。この後に、フローはステップＳ４１０へ移行する。

ステップＳ４０８では、すべてのアクチュエータiについて、ステップＳ４０３、Ｓ４０４による故障判定が行われたか否かが判定される。すべてのアクチュエータiについて、故障判定が行われた場合は、フローはステップＳ４０９へ移行する。一方、すべてのアクチュエータiについて、故障判定が行われていない場合は、フローはステップＳ４０１へ戻り、残りのアクチュエータiの故障判定が継続される。

ステップＳ４０９では、アクチュエータiの故障が検出されなかったため、前述した騒音制御を実施する。この後に、フローはステップＳ４１０へ移行する。

ステップＳ４１０で、処理が終了する。

ここで、テスト信号発生部４０で発生したテスト信号Ｓ_ｉをアクチュエータｉに出力すると、アクチュエータｉが振動して車室内に騒音が発生する。このため、テスト信号の周波数ｆ_ｉは、乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる周波数を選ぶものとする。具体的には、図１２に示すように、アクチュエータｉと制御空間ｋとの間の伝達関数ＧＳ_ｉ,ｋ のゲインが最小となる周波数ｆを、テスト信号Ｓ_ｉの周波数ｆ_ｉとする。図１２においては、伝達関数ＧＳ_ｉ,ｋ のゲインが所定値ＧＳ０以下となる周波数ｆ_１を、テスト信号Ｓ_ｉの周波数ｆ_ｉとする。この条件を数式で表すと、

となる。

なお、f_min、f_maxはそれぞれテスト信号の周波数の下限、上限を表す。

制御空間１００が複数ある場合、アクチュエータiと制御空間kとの間の伝達関数GS_i,kは、制御空間毎に異なるため、ある制御空間１００においてテスト信号S_iによる騒音が最小となっても、他の制御空間１００ではテスト信号S_iによる騒音が最小となるとは限らない。したがって、すべての制御空間１００においてテスト信号S_iによる騒音ができるだけ小さくなるように、テスト信号S_iの周波数f_iを設定するのが本実施例である。

具体的には、各アクチュエータiの各テスト信号S_i毎に、各制御空間kにおけるテスト信号S_iによる騒音ができるだけ小さくなる周波数f_iを複数選択しておき、複数の制御空間１００におけるテスト信号S_iの共通の周波数f_iを選択する。例えば、制御空間１００が２箇所（制御空間１、２とする）、アクチュエータ２０が１個（アクチュエータ１）あるものとする。この場合、図１３に示すように、制御空間１におけるテスト信号S₁の周波数の候補をf₁、f₂とし、制御空間２におけるテスト信号S₂の周波数の候補をf₃、f₄とする。このうち、f₁とf₃が等しければ、この周波数をテスト信号S₁とS₂の周波数として設定する。

なお、周波数f_iの候補を、周波数帯域として選択しておくことで、共通の周波数f_iの設定が容易になる。

この条件を数式で表すと、
k個の制御空間１００において、周波数fのテスト信号による騒音SPL_k(f)ができるだけ小さくなるには、

が最小となれば良い。
ここで、｜V_i(f) ｜²を定数（例えば＝１）と考えれば、

すなわち、

となる。

本実施例では、前述した実施形態に対し、テスト信号S_iの選択基準が異なるもので、構成や処理フローは同一である。このため、テスト信号S_iの選択についてのみ説明を行う。

前述した実施形態では、テスト信号S_iは乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる周波数を選択したが、本実施例では、乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる周波数で、かつ加速度センサ１０が検出する加速度信号ができるだけ大きくなる周波数を、テスト信号S_iの周波数f_iとして選択するものである。

図１４に、乗員の可聴周波数帯域における、アクチュエータｉと制御空間ｋとの間の伝達関数ＧＳ_ｉ,ｋのゲイン特性と、アクチュエータｉと加速度センサｊとの間の伝達関数ＧＡ_ｉ,ｊのゲイン特性を示す。図１４上図において、テスト信号Ｓ_ｉの周波数ｆ_ｉは、アクチュエータｉと制御空間ｋとの間の伝達関数ＧＳ_ｉ,ｋ のゲインが所定値ＧＳ１以下となる周波数ｆ_５、ｆ_６が候補となる。ここで、図１４下図において、アクチュエータｉと加速度センサｊとの間の伝達関数ＧＡ_ｉ,ｊ のゲインが所定値ＧＡ１以下となる周波数ｆ_６は、加速度センサ１０が検出する加速度信号の値が小さく対象外となり、テスト信号Ｓ_ｉの周波数ｆ_ｉはｆ_５が選択される。

図１４の条件を数式で表すと、

ここで、α_i,j(f)は、加速度センサjが検出したアクチュエータiの加速度信号を表す。

複数の制御空間において、乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる条件は、

ができるだけ小さい値となればよい。

一方、加速度センサ１０が検出する加速度信号ができるだけ大きくなる条件は、

となる。ここで、α_ε(ｆ)は、ＧＡ_ｉ,ｊ(ｆ)= ＧＡ_{ｉ,ｏｐｔ}(ｆ)のときのα_ｉ,ｊ(ｆ)である。また、ＧＡ_{ｉ,ｏｐｔ}(ｆ)は、伝達関数ＧＡ_ｉ,ｊ のゲインが所定値以上となる周波数におけるＧＡ_ｉ,ｊを表す。

この式は、例えば対数を用いて下記のように変形することで、より特徴がわかりやすく表現される。

アクチュエータ２０が複数ある場合は、各アクチュエータ２０の故障判定を行う必要がある。このときの処理フローを図１５に示す。

ステップＳ５０１では、アクチュエータ２０のうち、故障判定を行うアクチュエータｉがi=1として選択される。この後に、フローはステップＳ５０２へ移行する。

ステップＳ５０２では、アクチュエータiのテスト信号S_iの周波数f_iが設定される。周波数f_iは、乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる周波数で、かつ加速度センサ１０が検出する加速度信号ができるだけ大きくなる周波数が選択される。この後に、フローはステップＳ５０３へ移行する。

ステップＳ５０３では、アクチュエータiの故障判定が行われる。故障判定の方法は、前述した実施形態と同等である。この後に、フローはステップＳ５０４へ移行する。

ステップＳ５０４では、全てのアクチュエータiの故障判定が行われたか否かが判定される。全てのアクチュエータiの故障判定が行われた場合は、フローはステップＳ５０６へ移行し、処理が終了する。一方、全てのアクチュエータiの故障判定が行われていない場合は、フローはステップＳ５０５へ移行する。

ステップＳ５０５では、ｉ=ｉ+１として、次に故障判定を行うアクチュエータiが選択される。この後に、フローはステップＳ５０２へ移行し、アクチュエータiの故障判定が継続される。

本実施例では、複数の加速度センサ１０が検出するテスト信号S_iができるだけ大きくなる一つの周波数f_iを選択して故障判定を行う。

テスト信号S_iの周波数f_iとして、複数の加速度センサ１０の各加速度センサjが検出する加速度信号ができるだけ大きくなるような周波数f_iを一つ選ぶには、各アクチュエータiと各加速度センサjとの間の伝達関数GA_i,jの交点における周波数を求めればよい。

図１６に、加速度センサ１０が２個（加速度センサ１、２とする）、アクチュエータ２
０が１個の場合の、テスト信号Ｓ１の周波数ｆ１の設定例を示す。図１６中、粗い点線で示した曲線が加速度センサ１とアクチュエータ１との間の伝達関数ＧＡ_１,１のゲイン特性を示し、細かい点線で示した曲線が加速度センサ２とアクチュエータ１との間の伝達関数ＧＡ_１,２のゲイン特性を示している。加速度センサ１および加速度センサ２双方が検出するテスト信号Ｓ１ができるだけ大きくなる周波数は、この２つの曲線の交点における周波数ｆ_ｏｐｔとなる。

本実施例の処理フローを図１７に示す。

ステップＳ６０１では、アクチュエータ２０のうち、故障判定を行うアクチュエータiがi=1として選択される。この後に、フローはステップＳ６０２へ移行する。

ステップＳ６０２では、アクチュエータｉと複数の加速度センサｊとの間のそれぞれの伝達関数ＧＡ_ｉ,ｊのゲイン特性の交点を算出する。

ステップＳ６０３では、ステップＳ６０２で算出した交点における周波数を、アクチュエータｉのテスト信号S_iの周波数f_iとして設定する。この周波数f_iが、複数の加速度センサiが検出する加速度信号ができるだけ大きくなる周波数となる。この後に、フローはステップＳ６０４へ移行する。

ステップＳ６０４では、アクチュエータiの故障判定が行われる。故障判定の方法は、前述した実施形態と同等である。この後に、フローはステップＳ６０５へ移行する。

ステップＳ６０５では、全てのアクチュエータiの故障判定が行われたか否かが判定される。全てのアクチュエータiの故障判定が行われた場合は、フローはステップＳ６０７へ移行し、処理が終了する。一方、全てのアクチュエータiの故障判定が行わていない場合は、フローはステップＳ６０６へ移行する。

ステップＳ６０６では、ｉ=ｉ+１として、次に故障判定を行うアクチュエータiが選択される。この後に、フローはステップＳ６０２へ移行し、アクチュエータiの故障判定が継続される。

なお、設定された周波数f_iが、乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる周波数帯域に含まれていれば、周波数f_iは、複数の加速度センサ１０が検出するテスト信号S_iができるだけ大きくなるとともに、乗員の可聴周波数帯域においてできるだけ騒音が小さくなる周波数となる。

以上説明した本発明の実施の形態の騒音制御装置によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

請求項１の発明は、車両の車体に配置され、該車体の振動を検出する複数のセンサと、
前記車体に、制御部によって制御された波動を加える波動印加部と、前記制御部が前記波動印加部に、前記波動印加部と前記車両の車室内の所定の空間との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以下になるように、前記所定の空間毎に設定される所定の周波数の信号を出力した際の、前記センサの出力信号によって前記波動印加部の故障を検出する波動印加部故障検出部および、前記複数のセンサの各出力信号に基づき前記車両の車室内の所定の空間で聞こえる車室内騒音の推定値を算出する騒音推定部とを有し、前記制御部は、前記波動印加部故障検出部により前記波動印加部の故障が検出されない場合に、前記騒音推定部が算出した前記車室内騒音の推定値に基づいて前記波動印加部に前記波動を出力して前記車室内騒音を低減させる騒音制御を行うことを特徴としている。

この装置によれば、アクチュエータの故障が検出された場合は騒音制御効果が得られないものとして、アクチュエータの故障が検出されない場合にのみ騒音制御を行い、騒音制
御を効果的に行うことができるとともに、波動印加部の故障検出を行う際に所定の空間に発生する騒音をできるだけ小さくすることが可能であり、波動印加部の故障検出の際に騒音により乗員の快適性を大きく損なうことがない。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の騒音制御装置において、前記信号の所定の周波数は、前記波動印加部と複数の前記所定の空間との間の前記波動の複数の伝達関数のゲインが、複数の前記所定の空間で、ともに所定値以下になるように、一の周波数が設定されることを特徴としている。

この装置によれば、波動印加部の故障検出を行う際に複数の所定の空間に発生する騒音をできるだけ小さくすることが可能であり、波動印加部の故障検出の際に騒音により乗員の快適性を大きく損なうことがない。

また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の騒音制御装置において、前記信号の所定の周波数は、前記波動印加部と前記センサとの間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以上となるように前記センサ毎に設定され、前記波動印加部故障検出部は前記センサ毎に設定された前記周波数を順次切り替えて前記波動印加部の故障を検出することを特徴としている。

この装置によれば、波動印加部の故障検出を行う際にセンサで検出する信号ができるだけ大きくなるようにすることが可能であり、波動印加部の故障検出を確実に行うことができる。

また、請求項４の発明は、請求項１または２に記載の騒音制御装置において、前記信号の所定の周波数は、前記波動印加部と複数の前記センサとの間の前記波動の複数の伝達関数のゲインの交点における周波数として、一の周波数が設定されることを特徴としている。

この装置によれば、波動印加部の故障検出を行う際にセンサで検出する信号ができるだけ大きくなるようにすることが可能であり、波動印加部の故障検出を確実に行うことができる。また、複数のセンサで検出する信号ができるだけ大きくなるような信号の周波数を一つ設定するため、波動印加部の故障検出を効率良く行うことができる。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の騒音制御装置において、前記波動印加部故障検出部による前記波動印加部の故障の検出は、前記車両停止中に行われることを特徴としている。

この装置によれば、車両停止中に波動印加部の故障検出を行うため、ロードノイズの影響を受けることなく、波動印加部の故障検出を確実に行うことができる。

さらに、請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の騒音制御装置におい
て、前記波動は、前記車体に印加する車体振動または前記車体の前記車室内に生成する音
であることを特徴としている。

この装置によれば、車体に振動または音を印加することで、簡単に車室内騒音を低減することができる。

また、以上説明した本発明の実施の形態の騒音制御方法によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

請求項７の発明は、車両の車体の振動を複数の検出箇所において検出するステップと、
前記振動に基づき前記車両の車室内の所定の空間で聴こえる車室内騒音の推定値を算出す
るステップと、前記車体に設置された波動印加箇所により前記車体に制御された波動を加
えるステップと、前記波動印加箇所に、前記波動印加箇所と前記所定の空間との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以下になるように、前記所定の空間毎に設定される所定の周波数の信号を出力した際に、前記検出箇所が検出する前記振動によって前記波動印加箇所の故障を検出するステップと、前記波動印加箇所の故障が検出されない場合に、前記車室内騒音の推定値に基づいて前記波動印加箇所に前記波動を印加し前記車室内騒音を低減させる騒音制御を行うステップとを備えることを特徴としている。

この方法によれば、波動印加箇所の故障が検出された場合は騒音制御効果が得られないものとして、波動印加箇所の故障が検出されない場合にのみ騒音制御を行い、騒音制御を
効果的に行うことができるとともに、波動印加箇所の故障検出を行う際に所定の空間に発生する騒音をできるだけ小さくすることが可能であり、波動印加箇所の故障検出の際に騒音により乗員の快適性を大きく損なうことがない。

また、請求項８の発明は、請求項７に記載の騒音制御方法において、前記信号の所定の周波数は、前記波動印加箇所と複数の前記所定の空間との間の前記波動の複数の伝達関数のゲインが、複数の前記所定の空間で、ともに所定値以下になるように、一の周波数が設定されることを特徴としている。

この方法によれば、波動印加箇所の故障検出を行う際に複数の所定の空間に発生する騒音をできるだけ小さくすることが可能であり、波動印加箇所の故障検出の際に騒音により乗員の快適性を大きく損なうことがない。

また、請求項９の発明は、請求項７または８に記載の騒音制御方法において、前記信号の所定の周波数は、前記波動印加箇所と前記検出箇所との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以上となるように前記検出箇所毎に設定され、前記検出箇所毎に設定された前記周波数を順次切り替えて前記波動印加箇所の故障を検出することを特徴としている。

この方法によれば、波動印加箇所の故障検出を行う際に検出箇所で検出する振動ができるだけ大きくなるようにすることが可能であり、波動印加箇所の故障検出を確実に行うことができる。

また、請求項１０の発明は、請求項７または８に記載の騒音制御方法において、前記信号の所定の周波数は、前記波動印加箇所と複数の前記検出箇所との間の前記波動の複数の伝達関数のゲインの交点における周波数として、一の周波数が設定されることを特徴としている。

この方法によれば、波動印加箇所の故障検出を行う際に検出箇所で検出する振動ができるだけ大きくなるようにすることが可能であり、波動印加箇所の故障検出を確実に行うことができる。また、複数の検出箇所で検出する振動ができるだけ大きくなるような信号の周波数を一つ設定するため、波動印加箇所の故障検出を効率良く行うことができる。

また、請求項１１の発明は、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の騒音制御方法において、前記波動印加箇所の故障の検出は、前記車両停止中に行われることを特徴としている。

この方法によれば、車両停止中に波動印加箇所の故障検出を行うため、ロードノイズの影響を受けることなく、波動印加箇所の故障検出を確実に行うことができる。

また、請求項１２の発明は、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の騒音制御方法において、前記波動は、前記車体に印加する車体振動または前記車体の前記車室内に生成する音であることを特徴としている。

この方法によれば、車体に振動または音を印加することで、簡単に車室内騒音を低減することができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、実施例は本発明の例示にしか過ぎず、本発明は実施例の構成にのみ限定されるものではない。したがって本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることはもちろんである。

例えば、加速度センサ１０の数は４個に限定されるものではなく、必要な数を設定することができる。

また、ピエゾアクチュエータ２０の数は２個に限定されるものではなく、加速度センサ１０の数より少ない任意の数を設定することができる。

また、算出部３８が行うフィードバック制御はＨ∞制御に限定されるものではなく、いかなるフィードバック制御を用いても良い。

また、以上の説明ではロードノイズ低減の場合への適用例を述べたが、本発明は他の騒音に対しても適用可能である。例えばエンジン騒音に対して用いる場合には、加速度センサ１０をフロアパネルおよびダッシュパネル（図示省略）に設置することで、エンジン騒音の騒音制御を行うことができる。また、風切り音に対して用いる場合には、加速度センサ１０をフロントピラー（図示省略）とルーフ（図示省略）に設置することで、風切り音の騒音制御を行うことができる。

路面の凹凸の影響による車体の振動およびロードノイズの主な伝播経路を示す図である。 本実施形態による騒音制御装置の略図である。 制御指令値算出部の内部の構造を示すブロック図である。 制御装置本体における騒音制御のフローチャートである。 騒音推定部における処理のフローチャートである。 車体への振動源信号と加速度、車室内騒音との関係を示す図である。 フィルタの算出処理のフローチャートである。 本実施形態によるフィルタの周波数応答例を示す図である。 騒音の実測値と推定値との比較図である。 アクチュエータの故障判定処理のフローチャートである。 伝達関数の説明図である。 アクチュエータと制御空間との間の伝達関数の周波数特性図である。 アクチュエータと制御空間との間の伝達関数の他の周波数特性図である。 アクチュエータと制御空間との間の伝達関数およびアクチュエータと加速度センサとの間の伝達関数の周波数特性図である。 実施例２における処理のフローチャートである。 実施例３におけるテスト信号の周波数の設定方法の説明図である。 実施例３における処理のフローチャートである。

符号の説明

１０、１０ａ〜１０ｄ 加速度センサ（センサ）
２０、２０ａ、２０ｂ アクチュエータ（波動印加部）
３０ 制御装置本体
３１、３１ａ〜３１ｆ 増幅部
３２ 制御指令値算出部
３３、３３ａ〜３３ｆ Ａ／Ｄ変換部
３４ 駆動部故障検出部（波動印加部故障検出部）
３５ 騒音推定部
３６ 加算部
３７ 制御部
３８ 算出部
３９ Ｄ／Ａ変換部
４０ テスト信号発生部
５０、５０ａ〜５０ｄ フィルタ
６０ ６０ａ、６０ｂ 伝達関数
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
２００ タイヤ

Claims (12)

1. 車両の車体に配置され、該車体の振動を検出する複数のセンサと、
   前記車体に、制御部によって制御された波動を加える波動印加部と、
   前記制御部が前記波動印加部に、前記波動印加部と前記車両の車室内の所定の空間との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以下になるように、前記所定の空間毎に設定される所定の周波数の信号を出力した際の、前記センサの出力信号によって前記波動印加部の故障を検出する波動印加部故障検出部と、
   前記複数のセンサの各出力信号に基づき前記所定の空間で聞こえる車室内騒音の推定値を算出する騒音推定部と、
   を有し、前記制御部は、前記波動印加部故障検出部により前記波動印加部の故障が検出されない場合に、前記騒音推定部が算出した前記車室内騒音の推定値に基づいて前記波動印加部に前記波動を出力して前記車室内騒音を低減させる騒音制御を行うことを特徴とする騒音制御装置。
2. 前記信号の所定の周波数は、前記波動印加部と複数の前記所定の空間との間の前記波動の複数の伝達関数のゲインが、複数の前記所定の空間で、ともに所定値以下になるように、一の周波数が設定されることを特徴とする請求項１に記載の騒音制御装置。
3. 前記信号の所定の周波数は、前記波動印加部と前記センサとの間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以上となるように前記センサ毎に設定され、前記波動印加部故障検出部は前記センサ毎に設定された前記周波数を順次切り替えて前記波動印加部の故障を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の騒音制御装置。
4. 前記信号の所定の周波数は、前記波動印加部と複数の前記センサとの間の前記波動の複数の伝達関数のゲインの交点における周波数として、一の周波数が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の騒音制御装置。
5. 前記波動印加部故障検出部による前記波動印加部の故障の検出は、前記車両停止中に行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の騒音制御装置。
6. 前記波動は、前記車体に印加する車体振動または前記車体の前記車室内に生成する音であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の騒音制御装置。
7. 車両の車体の振動を複数の検出箇所において検出するステップと、
   前記振動に基づき前記車両の車室内の所定の空間で聴こえる車室内騒音の推定値を算出するステップと、
   前記車体に設置された波動印加箇所により前記車体に制御された波動を加えるステップと、
   前記波動印加箇所に、前記波動印加箇所と前記所定の空間との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以下になるように、前記所定の空間毎に設定される所定の周波数の信号を出力した際に、前記検出箇所が検出する前記振動によって前記波動印加箇所の故障を検出するステップと、
   前記波動印加箇所の故障が検出されない場合に、前記車室内騒音の推定値に基づいて前記波動印加箇所に前記波動を印加し前記車室内騒音を低減させる騒音制御を行うステップとを備えることを特徴とする騒音制御方法。
8. 前記信号の所定の周波数は、前記波動印加箇所と複数の前記所定の空間との間の前記波動の複数の伝達関数のゲインが、複数の前記所定の空間で、ともに所定値以下になるように、一の周波数が設定されることを特徴とする請求項７に記載の騒音制御方法。
9. 前記信号の所定の周波数は、前記波動印加箇所と前記検出箇所との間の前記波動の伝達関数のゲインが所定値以上となるように前記検出箇所毎に設定され、前記検出箇所毎に設定された前記周波数を順次切り替えて前記波動印加箇所の故障を検出することを特徴とする請求項７または８に記載の騒音制御方法。
10. 前記信号の所定の周波数は、前記波動印加箇所と複数の前記検出箇所との間の前記波動の複数の伝達関数のゲインの交点における周波数として、一の周波数が設定されることを特徴とする請求項７または８に記載の騒音制御方法。
11. 前記波動印加箇所の故障の検出は、前記車両停止中に行われることを特徴とする請求項
    ７〜１０のいずれか１項に記載の騒音制御方法。
12. 前記波動は、前記車体に印加する車体振動または前記車体の前記車室内に生成する音で
    あることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の騒音制御方法。

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