能動型振動騒音抑制装置
【課題】トルク変動量のような測定ばらつきの影響を受けることのない物理量を用いて、適応制御における制御信号の絶対値の上限値を適切に変更することができる能動型振動騒音抑制装置を提供する。
【解決手段】燃料消費量取得部１２０にて、エンジン１０による発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量を取得する。上限値切替部１３０にて、燃料消費量とエンジン１０による発生振動または騒音の周波数とに基づいて、制御信号の絶対値を制限するための上限値を切り替える。制御信号生成部１４０は、上限値切替部１３０により切り替えられた上限値を上限として制限された制御信号を生成する。
【解決手段】燃料消費量取得部１２０にて、エンジン１０による発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量を取得する。上限値切替部１３０にて、燃料消費量とエンジン１０による発生振動または騒音の周波数とに基づいて、制御信号の絶対値を制限するための上限値を切り替える。制御信号生成部１４０は、上限値切替部１３０により切り替えられた上限値を上限として制限された制御信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応制御を用いて、能動的に振動や騒音を抑制することができる能動型振動騒音抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、適応制御を用いて能動的に防振する装置として、特開２００１−０５１７０３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１においては、適応フィルタの更新に際して、適応信号出力から評価点までの伝達関数の推定値を用いている。この伝達関数は、振幅と位相により表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０５１７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、推定伝達関数の位相と実際の伝達関数の位相とにずれが生じた場合には、振動や騒音が収束せずに発散するおそれがある。そして、伝達関数の振幅および位相は、外乱や経年変化によって変化するおそれがある。そのため、位相のずれが生じたとしても、振動や騒音が発散しないようにするために、制御信号の絶対値の上限値を設定して、制御信号の絶対値が当該上限値を超えないようにすることが考えられる。
【０００５】
また、振動または騒音の発生源としてのエンジンによる発生振動または発生騒音の大きさは、エンジンのトルク変動によって変化する。つまり、エンジンの爆発直後におけるトルクと爆発直前のトルクとの変動量に応じて、車両に振動または騒音が発生することが知られている。ただし、エンジンのトルク変動量は、エンジンの回転数が一定であっても、例えば、エンジンの暖気前の状態と暖気後の状態とでは異なる。
【０００６】
そこで、振動騒音抑制効果を確実に発揮させると共に制御の発散を抑制するために、エンジンのトルク変動量を用いて制御信号の絶対値の上限値を変更することが考えられる。しかし、エンジンのトルク変動量の測定は容易でないことに加えて、エンジンのトルクはエンジンの爆発前後に瞬間的に変化するため、エンジンのトルク変動量の測定ばらつきが生じやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、トルク変動量のような測定ばらつきの影響を受けることのない物理量を用いて、適応制御における制御信号の絶対値の上限値を適切に変更することができる能動型振動騒音抑制装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の能動型振動騒音抑制装置は、車両において、制御信号に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点における振動または騒音を能動的に抑制する能動型振動騒音抑制装置であって、振動または騒音の発生源であるエンジンによる発生振動または発生騒音の周波数、適応フィルタ係数により構成される前記制御信号を生成する制御信号生成部と、前記評価点において、前記制御信号に応じて出力された制御振動または制御音と前記発生源による振動または騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、前記残留信号に基づき設定された評価関数を最小とするように前記適応フィルタ係数を更新する適応フィルタ係数更新部と、前記エンジンによる発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量を取得する燃料消費量取得部と、前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量と前記エンジンによる発生振動または騒音の周波数とに基づいて、前記制御信号の絶対値を制限するための上限値を切り替える上限値切替部と、を備え、前記制御信号生成部は、前記上限値切替部により切り替えられた前記上限値を上限として制限された前記制御信号を生成する。
【０００９】
本発明によれば、エンジンによる発生振動または発生騒音の大きさに相関の高い燃料消費量を用いて、制御信号の絶対値の上限値を変更している。燃料消費量は、エンジンのトルク変動量に比べると、ばらつきが小さい。そのため、燃料消費量を用いて制御信号の絶対値の上限値を変更することで、振動騒音抑制効果を確実に発揮させると共に経年変化や外乱などに起因した制御の発散を抑制することができる。なお、制御信号の絶対値が上限値を超える場合には、制御信号そのものを直接変更して上限値を超えないようにすることもできるし、制御信号を構成する振幅フィルタ係数を変更することにより制御信号を間接的に変更して上限値を超えないようにすることもできる。
【００１０】
また、前記上限値切替部は、前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量が設定された閾値以下の場合には、前記上限値をゼロとするとよい。燃料消費量が閾値以下となる場合として、エンジンが停止しており燃料消費量がゼロである場合の他、燃料消費量を取得する信号経路に異常が発生した場合が考えられる。
【００１１】
前者のエンジンが停止している場合であれば、振動騒音抑制対象となる振動または騒音が発生していない状態である。この場合に、制御信号の絶対値の上限値をゼロにすることで、能動型振動騒音抑制装置が振動または騒音の発生源となることを防止でき、評価点に発生する振動または騒音を抑制できる。一方、燃料消費量を取得する信号経路に異常が発生した場合に、制御信号の絶対値の上限値をゼロにすることで、フェールセーフとして機能させることができる。
【００１２】
また、前記車両は、前記エンジンによる駆動力とモータによる駆動力とを備え、前記エンジンによる駆動力を停止している際に前記モータによる駆動力により走行可能な駆動力ハイブリッド車両としてもよい。
【００１３】
ここで、駆動力をエンジンのみにより出力させる車両においては、エンジンによる発生振動または発生騒音の大きさは、アクセル開度に依存する。しかし、駆動力ハイブリッド車両においては、エンジンによる発生振動または発生騒音の大きさは、アクセル開度に依存するとは言えない。駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度は、エンジンによる駆動力とモータによる駆動力とを合計した駆動力に応じたものとなるからである。例えば、アクセル開度がゼロでない場合であっても、エンジンが駆動していない状態が存在する。そのため、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度そのものを使用して、制御信号の絶対値の上限値を変更することはできない。そこで、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度ではなく、燃料消費量を用いて制御信号の絶対値の上限値を切り替えることにより、確実にエンジンにより発生する振動または騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】能動型振動騒音抑制装置の概要を示す機能ブロック図である。
【図２】能動型振動騒音抑制装置の配置図である。
【図３】エンジンの周波数とサスペンションメンバの振動の関係を示す図である。
【図４】エンジンの周波数と燃料消費量との関係を示す図である。
【図５】能動型振動騒音抑制装置の機能ブロック図である。
【図６】エンジンの周波数と信号上限値との関係を示す図である。
【図７】上限値切替部の処理を示すフローチャートである。
【図８】制御信号生成部の処理を示すフローチャートである。
【図９】変形態様における制御信号生成部の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１．能動型振動騒音抑制装置の概要）
自動車において、エンジン（内燃機関）１０が振動騒音発生源となり、エンジン１０によって発生した振動や騒音が車室内に伝達されないようにすることが望まれる。そこで、エンジン１０によって発生した振動や騒音（抑制対象振動等）を能動的に抑制するために、制御振動または制御音の発生装置によって制御振動等を発生させることとしている。
【００１６】
能動型振動騒音抑制装置１００の制御概念について図１を参照して説明する。能動型振動騒音抑制装置１００は、車両のエンジン１０が振動または騒音（以下、「抑制対象振動等」と称する）を発生する場合に、所望の位置（評価点）２０において当該振動または騒音を能動的に抑制するために、制御振動または制御音（以下、「制御振動等」と称する）を発生させる装置である。つまり、抑制対象振動等に対して制御振動等を合成させることで、評価点２０において、制御振動等が抑制対象振動等を打ち消すように作用する。その結果、評価点２０において、抑制対象振動等が抑制されることになる。
【００１７】
能動型振動騒音抑制装置１００は、適応最小平均自乗フィルタ（Filtered-X LMS）を用いた適応制御を適用してフィルタ係数（振幅フィルタ係数ａ（ｎ），位相フィルタ係数φ（ｎ））を算出し、当該フィルタ係数ａ（ｎ），φ（ｎ）を用いて生成された制御信号ｙ（ｎ）に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点２０における振動または騒音を能動的に抑制する装置である。
【００１８】
上記の構成をブロック図として表すと、図１のようになる。つまり、評価点２０において、エンジン１０が発生した振動または騒音は、第二伝達関数Ｈを介して、Ｘ＝ＡＨ・sin(ω・t+ΦＨ)の振動または騒音が伝達される。ここで、ＡＨは、第二伝達関数Ｈの振幅成分であり、ΦＨは、第二伝達関数Ｈの位相成分である。また、ωはエンジン１０により発生される振動または騒音の角周波数であり、ｔは時刻である。
【００１９】
一方、評価点２０において、能動型振動騒音抑制装置１００の制御信号生成部１４０が生成する制御信号ｙは、第一伝達関数Ｇを介して、Ｚの制御振動または制御音が伝達される。ここで、制御信号生成部１４０により生成される制御信号ｙは、ｙ＝ａ・sin(ω・t+φ)であり、振幅フィルタ係数ａおよび位相フィルタ係数φ、ならびに、エンジン１０により発生される振動または騒音の周波数ｆにより表される。また、第一伝達関数Ｇの振幅成分をＡＧ、第一伝達関数Ｇの位相成分をΦＧと表すと、評価点２０における制御振動または制御音Ｚは、Ｚ＝ＡＧ・ａ・sin(ω・t+φ+ΦＧ)となる。
【００２０】
そして、評価点２０における振動または音は、エンジン１０が発生した振動または騒音が第二伝達関数Ｈを介して伝達されたＸと、制御信号ｙに応じた制御振動または制御音が第一伝達関数Ｇを介して伝達されたＺとが合成された振動または音（Ｘ＋Ｚ）となる。
【００２１】
ここで、適応制御を用いて制御信号ｙを生成する際には、第一伝達関数Ｇの推定値を用いる。そのため、第一伝達関数Ｇの推定値Ｇｈ（Ｇハット）（以下、「第一推定伝達関数Ｇｈ」と称する）の位相ΦｈＧが実際の第一伝達関数Ｇの位相ΦＧに対して大きくずれた場合には、制御が発散してしまうおそれがある。そこで、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値を規定しておき、制御信号生成部１３０においては、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmax以下となるように制限をかけている。
【００２２】
この信号上限値ｙmaxは、エンジン１０が発生する振動または騒音の大きさに応じたものとすることが望まれる。そこで、信号上限値ｙmaxは、車両の状態に応じて切り替えを行っている。
【００２３】
ここで、本実施形態において、エンジンによる駆動力とモータによる駆動力を備えるハイブリッド車両に適用する。特に、ハイブリッド車両において、エンジン１０が発生する振動または騒音は、エンジン１０の周波数ｆおよびエンジン１０の暖気状態に応じて異なる。エンジン１０の周波数ｆは、例えば、エンジン１０の回転パルスを用いて算出することができる。また、エンジン１０の暖気状態としては、エンジン１０の暖気前の状態と暖気後の状態とに区分できる。このエンジン１０の暖気状態の判定について、本実施形態においては、設定された周期における燃料消費量ＦＣを用いて行う。つまり、信号上限値ｙmaxは、エンジン１０の周波数ｆと燃料消費量ＦＣとに基づいて切り替えを行う。
【００２４】
（２．能動型振動騒音抑制装置１００の自動車における配置）
図２を参照して、ハイブリッド車両において、能動型振動騒音抑制装置１００の配置について説明する。図２には、車両の後部のサスペンション装置について示している。図２に示すように、ディファレンシャル３１０からドライブシャフト３２０を介してリアアクスル３３０に連結されている。つまり、エンジン１０（図２には図示せず）の駆動力またはモータ（図示せず）の駆動力がディファレンシャル３１０およびドライブシャフト３２０を介してリアアクスル３３０に伝達される。
【００２５】
ディファレンシャル３１０は、サスペンションメンバ３４０にマウントを介して支持されている。また、サスペンションメンバ３４０は、マウントを介して車両ボディ（図示せず）に支持されている。また、リアアクスル３３０は、サスペンションメンバ３４０にロッド３５０を介して弾性支持されており、かつ、ショックアブソーバ３６０およびスプリング３７０を介して車両ボディに支持されている。
【００２６】
そして、能動型振動騒音抑制装置１００における制御振動または制御音を実際に発生させる発生装置を、サスペンションメンバ３４０の車両左右方向中央（図２における「Ａ」の部位）に配置する。また、評価点２０は、サスペンションメンバ３４０の図２の「Ａ」の位置とする。
【００２７】
なお、本実施形態においては、能動型振動騒音抑制装置１００の発生装置の位置および評価点２０をリアのサスペンションメンバ３４０としたがこれに限定されるものではない。評価点２０は、目的に応じて適宜変更可能となる。例えば、能動型振動騒音抑制装置１００の発生装置の位置および評価点２０をフロントのサスペンションメンバ（エンジンフレーム）、車室内などとすることもできる。また、能動型振動騒音抑制装置１００の発生装置と評価点２０とをそれぞれ別々の位置に設定することもできる。
【００２８】
（３．燃料消費量と評価点の振動騒音の大きさとの関係）
上記において、ハイブリッド車両において、エンジン１０の暖気前の状態と暖気後の状態とに応じて、評価点２０における振動または騒音の大きさが異なると説明した。また、エンジン１０の暖気状態の判定について、設定された周期における燃料消費量ＦＣを用いることとする。そこで、エンジン１０の暖気前後において、エンジン１０の燃料消費量と評価点２０の振動の大きさとの関係について図３および図４を参照して説明する。
【００２９】
図３および図４において、エンジン１０の暖気前の状態を実線にて示し、エンジン１０の暖気後の状態を破線にて示す。図３より、評価点２０における振動は、エンジン１０の周波数ｆによって異なると共に、暖気前後によって異なることが分かる。そして、暖気前の状態の方が、暖気後の状態に比べて、振動が大きくなっていることが分かる。
【００３０】
一方、図４より、評価点２０における燃料消費量ＦＣは、エンジン１０の周波数ｆによって異なると共に、暖気前後によって異なることが分かる。そして、暖気前の状態の方が、暖気後の状態に比べて、燃料消費量ＦＣが多くなっていることが分かる。つまり、図４より、エンジン１０の周波数ｆと燃料消費量ＦＣとを用いることにより、エンジン１０が暖気前の状態であるか、暖気後の状態であるかを判定することができる。そして、現在の状態が暖気前の状態であるか暖気後の状態であるかを把握することで、エンジン１０により評価点２０に伝達される振動の大きさを把握することができる。
【００３１】
（４．能動型振動騒音抑制装置の詳細構成）
能動型振動騒音抑制装置１００の詳細構成について、図５を参照して説明する。能動型振動騒音抑制装置１００は、上述したように、適応最小平均自乗フィルタ（Filtered-X LMS）を用いた適応制御を適用する。そして、図５に示すように、能動型振動騒音抑制装置１００は、エンジン１０によって発生される抑制対象振動等が第二伝達関数Ｈを介して評価点２０に伝達する場合に、評価点２０における振動または騒音を低減するための装置である。
【００３２】
能動型振動騒音抑制装置１００は、周波数算出部１１０と、燃料消費量取得部１２０と、上限値切替部１３０と、制御信号生成部１４０と、発生装置１５０と、残留信号検出部１６０と、第一推定伝達関数記憶部（以下、「Ｇｈデータ記憶部」と称する）１７０と、第一推定伝達関数選択部（以下、「Ｇｈデータ選択部」と称する）１８０と、適応フィルタ係数更新部１９０とを備えている。なお、記載の都合上、明細書の本文において、推定値「ハット（＾）」は、「ｈ」と記載する。
【００３３】
周波数算出部１１０は、エンジン１０の回転数を検出する回転検出器（図示せず）から周期性のパルス信号を入力し、当該パルス信号に基づいて、エンジン１０が発生する振動または騒音（抑制対象振動等）の主成分の周波数ｆを算出する。
【００３４】
燃料消費量取得部１２０は、エンジン１０による発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量ＦＣを取得する。例えば、エンジン１０による発生振動等の周期が０〜１００ｍｓｅｃなどとすると、燃料消費量ＦＣの取得周期は５００〜１０００ｍｓｅｃなどとする。この燃料消費量ＦＣは、エンジン制御装置から取得することができる。
【００３５】
上限値切替部１３０は、燃料消費量取得部１２０により取得した燃料消費量ＦＣとエンジン１０による発生振動または騒音の周波数ｆとに基づいて、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値を制限するための上限値ｙmaxを切り替える。この上限値切替部１３０は、図４に示すエンジン１０の周波数ｆと燃料消費量ＦＣとの関係のテーブルと、図６に示すエンジン１０の周波数ｆと信号上限値ｙmaxとの関係のテーブルとを記憶している。これらのテーブルは、予め実験などにより取得しておく。
【００３６】
この上限値切替部１３０による処理について、図４、図６および図７を参照して説明する。図７に示すように、上限値切替部１３０の処理は、燃料消費量ＦＣが予め設定された閾値Ｔｈfcより大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。この閾値Ｔｈfcは、ノイズを考慮して、実質的にゼロに近い値とする。つまり、燃料消費量ＦＣが閾値Ｔｈfc以下となる場合とは、エンジン１０が停止しており燃料消費量ＦＣがゼロの場合の他、燃料消費量ＦＣを取得する信号経路に異常が発生した場合を想定している。
【００３７】
そこで、燃料消費量ＦＣが予め設定された閾値Ｔｈfc以下の場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、信号上限値ｙmaxをゼロに設定し（ステップＳ４）、処理を終了する。エンジン１０が停止している場合であれば、そもそも振動騒音抑制対象となる振動または騒音が発生していない状態である。この場合に、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxをゼロにすることで、能動型振動騒音抑制装置１００が振動または騒音の発生源となることを防止でき、評価点２０に発生する振動または騒音を抑制できる。一方、燃料消費量ＦＣを取得する信号経路に異常が発生した場合に、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxをゼロにすることで、フェールセーフとして機能させることができる。
【００３８】
一方、ステップＳ１において、燃料消費量ＦＣが予め設定された閾値Ｔｈfcより大きい場合には（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、燃料消費量ＦＣとエンジン１０の周波数ｆとに基づいて、暖気前後のテーブルのうち適用すべきテーブル種別を判定する（ステップＳ２）。
【００３９】
テーブル種別の判定方法について、図４を参照して説明する。取得した燃料消費量ＦＣがＦＣ１であって、エンジン１０の周波数ｆがｆ１の場合には、図４において、それらの交点は点Ｂ１となる。この点Ｂ１は、図４の実線にて示すエンジン１０の暖気前の状態に対応する。測定精度によっては当該交点が図４の実線および破線からずれる場合があるが、このような場合には実線と破線のうち近い方を選択するとよい。
【００４０】
このようにしてテーブル種別を判定した後には、テーブル種別とエンジン１０の周波数ｆとに基づいて信号上限値ｙmaxを決定する（ステップＳ３）。信号上限値ｙmaxの決定方法について、図６を参照して説明する。テーブル種別として暖気前の状態が選択されたとすると、図６において実線にて示す暖気前の状態のテーブルのうちエンジン１０の周波数ｆ１における値ｙ１maxを信号上限値ｙmaxとする。このようにして、信号上限値ｙmaxを決定する。そして、上限値切替部１３０の処理を終了する。
【００４１】
図５に戻り、能動型振動騒音抑制装置１００の詳細構成についての説明を続ける。制御信号生成部１４０は、制御信号ｙ（ｎ）を生成する。ただし、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値は、上限値切替部１３０により決定された信号上限値ｙmaxを超えないように制限がかけられている。
【００４２】
この制御信号生成部１４０の処理について、図８を参照して説明する。制御信号生成部１４０は、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに基づいて、式（１）に従って得られる正弦波としての制御信号ｙ（ｎ）を適応制御によって生成する（ステップＳ１１）。ここで、添字の（ｎ）は、サンプリング数（時間ステップ）を表す添字である。つまり、式（１）より明らかなように、制御信号ｙ（ｎ）は、周波数ｆと、適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）としての振幅フィルタ係数ａ（ｎ）および位相フィルタ係数φ（ｎ）とを構成成分に含む、時刻ｔ（ｎ）における信号である。そして、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）および位相フィルタ係数φ（ｎ）は、後述する適応フィルタ係数更新部１９０により適応的に更新される。
【００４３】
【数１】
【００４４】
続いて、生成された制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が上限値切替部１３０により決定された信号上限値ｙmax以下であるかを判定する（ステップＳ１２）。制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmax以下である場合には、ステップＳ１１にて生成した制御信号ｙ（ｎ）をそのまま制御信号ｙ（ｎ）として出力する（ステップＳ１３）。一方、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmaxより大きく、制御信号ｙ（ｎ）が正の場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御信号ｙ（ｎ）を信号上限値ｙmaxに変更する（ステップＳ１５）。制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmaxより大きく、制御信号ｙ（ｎ）が負の場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御信号ｙ（ｎ）を信号上限値ｙmaxの正負反転させた値に変更する（ステップＳ１６）。
【００４５】
つまり、図７のステップＳ１において燃料消費量ＦＣが閾値Ｔｈfcより大きい場合には、周波数ｆと燃料消費量ＦＣとから決定された信号上限値ｙmaxによって、制御信号ｙ（ｎ）が制限されている。一方、図７のステップＳ１において燃料消費量ＦＣが閾値Ｔｈfc以下の場合には、制御信号ｙ（ｎ）は、常にゼロとなる。
【００４６】
再び図５に戻り、能動型振動騒音抑制装置１００の詳細構成についての説明を続ける。発生装置１５０は、実際に振動や音を発生する装置である。この発生装置１５０は、制御信号生成部１４０によって生成された制御信号ｙ（ｎ）に基づいて駆動する。例えば、制御振動を発生させる発生装置１５０としては、例えば、駆動系につながるフレームやサスペンションメンバなどのサブフレームに配置される振動発生装置である。また、制御音を発生させる発生装置１５０としては、例えば、スピーカー等である。発生装置１５０が例えば磁力を用いて制御振動や制御音を発生させる装置の場合には、コイル（図示せず）に供給する電流、電圧または電力を、各時刻ｔ（ｎ）における制御信号ｙ（ｎ）に応じるように制御することで、発生装置１５０が制御信号ｙ（ｎ）に応じた制御振動または制御音を発生する。
【００４７】
そうすると、評価点２０においては、発生装置１５０によって発生された制御振動等が伝達系Ｂを介して伝達された制御振動等Ｚ（ｎ）と、エンジン１０によって発生された抑制対象振動等が第二伝達関数Ｈを介して伝達された振動騒音Ｘ（ｎ）とが合成される。
【００４８】
そこで、残留信号検出部１６０は、評価点２０に配置されており、評価点２０における残留振動または残留騒音（本発明における「残留信号」に相当する）ｅ（ｎ）を検出する。この残留振動ｅ（ｎ）は、式（２）で表される。例えば、残留振動ｅ（ｎ）を検出する残留信号検出部１６０としては、加速度センサなどを適用できる。また、残留音ｅ（ｎ）を検出する残留信号検出部１６０としては、吸音マイクなどを適用できる。残留信号検出部１６０によって検出される残留信号ｅ（ｎ）がゼロになることが理想状態である。なお、第一伝達関数Ｇは、制御信号生成部１４０と評価点２０との間の伝達系の伝達関数である。つまり、第一伝達関数Ｇは、発生装置１５０そのものの伝達関数と、発生装置１５０と評価点２０との間の伝達系Ｂの伝達関数とを含む。
【００４９】
【数２】
【００５０】
Ｇｈデータ記憶部１７０は、公知の伝達関数同定処理により算出および更新された第一推定伝達関数Ｇｈ（第一伝達関数Ｇの推定値Ｇｈ）が記憶されている。第一伝達関数Ｇは、周波数ｆに応じた振幅成分ＡＧと位相成分ΦＧとにより表される。そこで、式（３）に示すように、第一推定伝達関数Ｇｈとしては、周波数ｆに応じた振幅成分ＡｈＧと位相成分ΦｈＧとにより表される。なお、式（３）においては、第一推定伝達関数Ｇｈ、振幅成分ＡｈＧおよび位相成分ΦｈＧは、周波数ｆに応じたものとなるため、ｆの関数であることを明記するために、それぞれＧｈ（ｆ）、ＡｈＧ（ｆ）およびΦｈＧ（ｆ）と記載している。
【００５１】
【数３】
【００５２】
Ｇｈデータ選択部１８０は、Ｇｈデータ記憶部１７０に記憶されている第一推定伝達関数Ｇｈの中から、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに応じた第一推定伝達関数Ｇｈを選択する。つまり、Ｇｈデータ選択部１８０は、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに応じた振幅成分ＡｈＧおよび位相成分ΦｈＧを選択する。
【００５３】
適応フィルタ係数更新部１９０は、上述した制御信号ｙ（ｎ）を構成するための適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）を適応的に更新する。適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）は、式（４）に示すように、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）と位相フィルタ係数φ（ｎ）とにより構成される。
【００５４】
【数４】
【００５５】
この適応フィルタ係数更新部１９０は、残留信号ｅ（ｎ）に基づき設定された評価関数Ｊを最小とするように適応フィルタ係数Ｗを更新する。以下に、適応フィルタ係数更新部１９０において、適応フィルタ係数Ｗを更新する更新式の導き方について説明する。
【００５６】
評価関数Ｊを式（５）のように定義する。つまり、評価関数Ｊは、残留信号検出部１６０により検出される残留信号ｅの二乗とする。この評価関数Ｊが最小となるような制御信号ｙ（ｎ）を求める。
【００５７】
【数５】
【００５８】
勾配ベクトル▽（ｎ）を式（６）に従って算出する。勾配ベクトル▽（ｎ）は、評価関数Ｊ（ｎ）を適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）で偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽（ｎ）は、右辺のように表される。
【００５９】
【数６】
【００６０】
このようにして算出した勾配ベクトル▽（ｎ）にステップサイズパラメータμを乗じた項を、前回更新された適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）から減算することにより、適応フィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）を導き出す。このようにして、式を展開すると、式（７）のように表される。
【００６１】
【数７】
【００６２】
ここで、適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）は、式（４）にて示したように、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）と位相フィルタ係数φ（ｎ）とにより構成される。つまり、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）の更新式は式（８）のように表され、位相フィルタ係数φ（ｎ）の更新式は式（９）のように表される。ここで、式（８）の（１／ＡｈＧ）は、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）の更新に対して正規化処理を加えたものである。
【００６３】
【数８】
【００６４】
つまり、適応フィルタ係数更新部１９０は、前回更新された振幅フィルタ係数ａ（ｎ）に対して、第一推定伝達関数Ｇｈ、残留信号ｅ（ｎ）および振幅用ステップサイズパラメータμａに基づき算出される振幅更新式の更新項を加減算することにより、振幅フィルタ係数ａ（ｎ＋１）を更新する。また、適応フィルタ係数更新部１９０は、前回更新された位相フィルタ係数φ（ｎ）に対して、第一推定伝達関数Ｇｈ、残留信号ｅ（ｎ）および位相用ステップサイズパラメータμφに基づき算出される位相更新式の更新項を加減算することにより、位相フィルタ係数φ（ｎ＋１）を更新する。
【００６５】
以上説明した能動型振動騒音抑制装置１００によれば、エンジン１０による発生振動または発生騒音の大きさに相関の高い燃料消費量ＦＣを用いて、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを変更している。燃料消費量ＦＣは、エンジン１０のトルク変動量に比べると、ばらつきが小さい。そのため、燃料消費量ＦＣを用いて制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを変更することで、振動騒音抑制効果を確実に発揮させると共に経年変化や外乱などに起因した制御の発散を抑制することができる。
【００６６】
さらに、上記実施形態においては、駆動力ハイブリッド車両に適用する場合について説明した。つまり、駆動力ハイブリッド車両は、エンジン１０による駆動力を停止している際にモータによる駆動力により走行可能である。駆動力ハイブリッド車両においては、エンジン１０による発生振動または発生騒音の大きさは、必ずしもアクセル開度に依存するとは言えない。駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度は、エンジン１０による駆動力とモータによる駆動力とを合計した駆動力に応じたものとなるからである。例えば、アクセル開度がゼロでない場合であっても、エンジン１０が駆動していない状態が存在する。そのため、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度そのものを使用して、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを変更することは適切ではない。
【００６７】
そこで、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度ではなく、燃料消費量ＦＣを用いて制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを切り替えることにより、確実にエンジン１０により発生する振動または騒音を抑制することができる。
【００６８】
（５．変形態様）
上記実施形態では、図８に示したように、制御信号生成部１４０の処理において、信号上限値ｙmaxを用いて、制御信号ｙ（ｎ）を制限した。この他に、制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）を、振幅上限値ａmaxを用いて制限することもできる。
【００６９】
この場合、上述した上限値切替部１３０は、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）の上限値ａmax（以下、「振幅上限値ａmax」と称する）を、上述した信号上限値ｙmaxと実質的同様の方法により決定しておく。
【００７０】
そして、制御信号生成部１４０の処理は、図９に示すようになる。制御信号生成部１４０は、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに基づいて、上述した式（１）に従って得られる正弦波としての制御信号ｙ（ｎ）を適応制御によって生成する（ステップＳ２１）。
【００７１】
続いて、生成された制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）が上限値切替部１３０により決定された振幅上限値ａmax以下であるかを判定する（ステップＳ２２）。制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）が振幅上限値ａmax以下である場合には、ステップＳ２１にて生成した制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）をそのまま用いた制御信号ｙ（ｎ）として出力する（ステップＳ２３）。一方、制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）が振幅上限値ａmaxより大きい場合には、制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）を振幅上限値ａmaxに変更する（ステップＳ２４）。この場合も上記実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００７２】
１０：エンジン、 ２０：評価点
１００：能動型振動騒音抑制装置、 １１０：周波数算出部
１２０：燃料消費量取得部、 １３０：上限値切替部、 １４０：制御信号生成部
１６０：残留信号検出部、 １９０：適応フィルタ係数更新部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応制御を用いて、能動的に振動や騒音を抑制することができる能動型振動騒音抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、適応制御を用いて能動的に防振する装置として、特開２００１−０５１７０３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１においては、適応フィルタの更新に際して、適応信号出力から評価点までの伝達関数の推定値を用いている。この伝達関数は、振幅と位相により表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０５１７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、推定伝達関数の位相と実際の伝達関数の位相とにずれが生じた場合には、振動や騒音が収束せずに発散するおそれがある。そして、伝達関数の振幅および位相は、外乱や経年変化によって変化するおそれがある。そのため、位相のずれが生じたとしても、振動や騒音が発散しないようにするために、制御信号の絶対値の上限値を設定して、制御信号の絶対値が当該上限値を超えないようにすることが考えられる。
【０００５】
また、振動または騒音の発生源としてのエンジンによる発生振動または発生騒音の大きさは、エンジンのトルク変動によって変化する。つまり、エンジンの爆発直後におけるトルクと爆発直前のトルクとの変動量に応じて、車両に振動または騒音が発生することが知られている。ただし、エンジンのトルク変動量は、エンジンの回転数が一定であっても、例えば、エンジンの暖気前の状態と暖気後の状態とでは異なる。
【０００６】
そこで、振動騒音抑制効果を確実に発揮させると共に制御の発散を抑制するために、エンジンのトルク変動量を用いて制御信号の絶対値の上限値を変更することが考えられる。しかし、エンジンのトルク変動量の測定は容易でないことに加えて、エンジンのトルクはエンジンの爆発前後に瞬間的に変化するため、エンジンのトルク変動量の測定ばらつきが生じやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、トルク変動量のような測定ばらつきの影響を受けることのない物理量を用いて、適応制御における制御信号の絶対値の上限値を適切に変更することができる能動型振動騒音抑制装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の能動型振動騒音抑制装置は、車両において、制御信号に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点における振動または騒音を能動的に抑制する能動型振動騒音抑制装置であって、振動または騒音の発生源であるエンジンによる発生振動または発生騒音の周波数、適応フィルタ係数により構成される前記制御信号を生成する制御信号生成部と、前記評価点において、前記制御信号に応じて出力された制御振動または制御音と前記発生源による振動または騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、前記残留信号に基づき設定された評価関数を最小とするように前記適応フィルタ係数を更新する適応フィルタ係数更新部と、前記エンジンによる発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量を取得する燃料消費量取得部と、前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量と前記エンジンによる発生振動または騒音の周波数とに基づいて、前記制御信号の絶対値を制限するための上限値を切り替える上限値切替部と、を備え、前記制御信号生成部は、前記上限値切替部により切り替えられた前記上限値を上限として制限された前記制御信号を生成する。
【０００９】
本発明によれば、エンジンによる発生振動または発生騒音の大きさに相関の高い燃料消費量を用いて、制御信号の絶対値の上限値を変更している。燃料消費量は、エンジンのトルク変動量に比べると、ばらつきが小さい。そのため、燃料消費量を用いて制御信号の絶対値の上限値を変更することで、振動騒音抑制効果を確実に発揮させると共に経年変化や外乱などに起因した制御の発散を抑制することができる。なお、制御信号の絶対値が上限値を超える場合には、制御信号そのものを直接変更して上限値を超えないようにすることもできるし、制御信号を構成する振幅フィルタ係数を変更することにより制御信号を間接的に変更して上限値を超えないようにすることもできる。
【００１０】
また、前記上限値切替部は、前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量が設定された閾値以下の場合には、前記上限値をゼロとするとよい。燃料消費量が閾値以下となる場合として、エンジンが停止しており燃料消費量がゼロである場合の他、燃料消費量を取得する信号経路に異常が発生した場合が考えられる。
【００１１】
前者のエンジンが停止している場合であれば、振動騒音抑制対象となる振動または騒音が発生していない状態である。この場合に、制御信号の絶対値の上限値をゼロにすることで、能動型振動騒音抑制装置が振動または騒音の発生源となることを防止でき、評価点に発生する振動または騒音を抑制できる。一方、燃料消費量を取得する信号経路に異常が発生した場合に、制御信号の絶対値の上限値をゼロにすることで、フェールセーフとして機能させることができる。
【００１２】
また、前記車両は、前記エンジンによる駆動力とモータによる駆動力とを備え、前記エンジンによる駆動力を停止している際に前記モータによる駆動力により走行可能な駆動力ハイブリッド車両としてもよい。
【００１３】
ここで、駆動力をエンジンのみにより出力させる車両においては、エンジンによる発生振動または発生騒音の大きさは、アクセル開度に依存する。しかし、駆動力ハイブリッド車両においては、エンジンによる発生振動または発生騒音の大きさは、アクセル開度に依存するとは言えない。駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度は、エンジンによる駆動力とモータによる駆動力とを合計した駆動力に応じたものとなるからである。例えば、アクセル開度がゼロでない場合であっても、エンジンが駆動していない状態が存在する。そのため、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度そのものを使用して、制御信号の絶対値の上限値を変更することはできない。そこで、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度ではなく、燃料消費量を用いて制御信号の絶対値の上限値を切り替えることにより、確実にエンジンにより発生する振動または騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】能動型振動騒音抑制装置の概要を示す機能ブロック図である。
【図２】能動型振動騒音抑制装置の配置図である。
【図３】エンジンの周波数とサスペンションメンバの振動の関係を示す図である。
【図４】エンジンの周波数と燃料消費量との関係を示す図である。
【図５】能動型振動騒音抑制装置の機能ブロック図である。
【図６】エンジンの周波数と信号上限値との関係を示す図である。
【図７】上限値切替部の処理を示すフローチャートである。
【図８】制御信号生成部の処理を示すフローチャートである。
【図９】変形態様における制御信号生成部の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１．能動型振動騒音抑制装置の概要）
自動車において、エンジン（内燃機関）１０が振動騒音発生源となり、エンジン１０によって発生した振動や騒音が車室内に伝達されないようにすることが望まれる。そこで、エンジン１０によって発生した振動や騒音（抑制対象振動等）を能動的に抑制するために、制御振動または制御音の発生装置によって制御振動等を発生させることとしている。
【００１６】
能動型振動騒音抑制装置１００の制御概念について図１を参照して説明する。能動型振動騒音抑制装置１００は、車両のエンジン１０が振動または騒音（以下、「抑制対象振動等」と称する）を発生する場合に、所望の位置（評価点）２０において当該振動または騒音を能動的に抑制するために、制御振動または制御音（以下、「制御振動等」と称する）を発生させる装置である。つまり、抑制対象振動等に対して制御振動等を合成させることで、評価点２０において、制御振動等が抑制対象振動等を打ち消すように作用する。その結果、評価点２０において、抑制対象振動等が抑制されることになる。
【００１７】
能動型振動騒音抑制装置１００は、適応最小平均自乗フィルタ（Filtered-X LMS）を用いた適応制御を適用してフィルタ係数（振幅フィルタ係数ａ（ｎ），位相フィルタ係数φ（ｎ））を算出し、当該フィルタ係数ａ（ｎ），φ（ｎ）を用いて生成された制御信号ｙ（ｎ）に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点２０における振動または騒音を能動的に抑制する装置である。
【００１８】
上記の構成をブロック図として表すと、図１のようになる。つまり、評価点２０において、エンジン１０が発生した振動または騒音は、第二伝達関数Ｈを介して、Ｘ＝ＡＨ・sin(ω・t+ΦＨ)の振動または騒音が伝達される。ここで、ＡＨは、第二伝達関数Ｈの振幅成分であり、ΦＨは、第二伝達関数Ｈの位相成分である。また、ωはエンジン１０により発生される振動または騒音の角周波数であり、ｔは時刻である。
【００１９】
一方、評価点２０において、能動型振動騒音抑制装置１００の制御信号生成部１４０が生成する制御信号ｙは、第一伝達関数Ｇを介して、Ｚの制御振動または制御音が伝達される。ここで、制御信号生成部１４０により生成される制御信号ｙは、ｙ＝ａ・sin(ω・t+φ)であり、振幅フィルタ係数ａおよび位相フィルタ係数φ、ならびに、エンジン１０により発生される振動または騒音の周波数ｆにより表される。また、第一伝達関数Ｇの振幅成分をＡＧ、第一伝達関数Ｇの位相成分をΦＧと表すと、評価点２０における制御振動または制御音Ｚは、Ｚ＝ＡＧ・ａ・sin(ω・t+φ+ΦＧ)となる。
【００２０】
そして、評価点２０における振動または音は、エンジン１０が発生した振動または騒音が第二伝達関数Ｈを介して伝達されたＸと、制御信号ｙに応じた制御振動または制御音が第一伝達関数Ｇを介して伝達されたＺとが合成された振動または音（Ｘ＋Ｚ）となる。
【００２１】
ここで、適応制御を用いて制御信号ｙを生成する際には、第一伝達関数Ｇの推定値を用いる。そのため、第一伝達関数Ｇの推定値Ｇｈ（Ｇハット）（以下、「第一推定伝達関数Ｇｈ」と称する）の位相ΦｈＧが実際の第一伝達関数Ｇの位相ΦＧに対して大きくずれた場合には、制御が発散してしまうおそれがある。そこで、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値を規定しておき、制御信号生成部１３０においては、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmax以下となるように制限をかけている。
【００２２】
この信号上限値ｙmaxは、エンジン１０が発生する振動または騒音の大きさに応じたものとすることが望まれる。そこで、信号上限値ｙmaxは、車両の状態に応じて切り替えを行っている。
【００２３】
ここで、本実施形態において、エンジンによる駆動力とモータによる駆動力を備えるハイブリッド車両に適用する。特に、ハイブリッド車両において、エンジン１０が発生する振動または騒音は、エンジン１０の周波数ｆおよびエンジン１０の暖気状態に応じて異なる。エンジン１０の周波数ｆは、例えば、エンジン１０の回転パルスを用いて算出することができる。また、エンジン１０の暖気状態としては、エンジン１０の暖気前の状態と暖気後の状態とに区分できる。このエンジン１０の暖気状態の判定について、本実施形態においては、設定された周期における燃料消費量ＦＣを用いて行う。つまり、信号上限値ｙmaxは、エンジン１０の周波数ｆと燃料消費量ＦＣとに基づいて切り替えを行う。
【００２４】
（２．能動型振動騒音抑制装置１００の自動車における配置）
図２を参照して、ハイブリッド車両において、能動型振動騒音抑制装置１００の配置について説明する。図２には、車両の後部のサスペンション装置について示している。図２に示すように、ディファレンシャル３１０からドライブシャフト３２０を介してリアアクスル３３０に連結されている。つまり、エンジン１０（図２には図示せず）の駆動力またはモータ（図示せず）の駆動力がディファレンシャル３１０およびドライブシャフト３２０を介してリアアクスル３３０に伝達される。
【００２５】
ディファレンシャル３１０は、サスペンションメンバ３４０にマウントを介して支持されている。また、サスペンションメンバ３４０は、マウントを介して車両ボディ（図示せず）に支持されている。また、リアアクスル３３０は、サスペンションメンバ３４０にロッド３５０を介して弾性支持されており、かつ、ショックアブソーバ３６０およびスプリング３７０を介して車両ボディに支持されている。
【００２６】
そして、能動型振動騒音抑制装置１００における制御振動または制御音を実際に発生させる発生装置を、サスペンションメンバ３４０の車両左右方向中央（図２における「Ａ」の部位）に配置する。また、評価点２０は、サスペンションメンバ３４０の図２の「Ａ」の位置とする。
【００２７】
なお、本実施形態においては、能動型振動騒音抑制装置１００の発生装置の位置および評価点２０をリアのサスペンションメンバ３４０としたがこれに限定されるものではない。評価点２０は、目的に応じて適宜変更可能となる。例えば、能動型振動騒音抑制装置１００の発生装置の位置および評価点２０をフロントのサスペンションメンバ（エンジンフレーム）、車室内などとすることもできる。また、能動型振動騒音抑制装置１００の発生装置と評価点２０とをそれぞれ別々の位置に設定することもできる。
【００２８】
（３．燃料消費量と評価点の振動騒音の大きさとの関係）
上記において、ハイブリッド車両において、エンジン１０の暖気前の状態と暖気後の状態とに応じて、評価点２０における振動または騒音の大きさが異なると説明した。また、エンジン１０の暖気状態の判定について、設定された周期における燃料消費量ＦＣを用いることとする。そこで、エンジン１０の暖気前後において、エンジン１０の燃料消費量と評価点２０の振動の大きさとの関係について図３および図４を参照して説明する。
【００２９】
図３および図４において、エンジン１０の暖気前の状態を実線にて示し、エンジン１０の暖気後の状態を破線にて示す。図３より、評価点２０における振動は、エンジン１０の周波数ｆによって異なると共に、暖気前後によって異なることが分かる。そして、暖気前の状態の方が、暖気後の状態に比べて、振動が大きくなっていることが分かる。
【００３０】
一方、図４より、評価点２０における燃料消費量ＦＣは、エンジン１０の周波数ｆによって異なると共に、暖気前後によって異なることが分かる。そして、暖気前の状態の方が、暖気後の状態に比べて、燃料消費量ＦＣが多くなっていることが分かる。つまり、図４より、エンジン１０の周波数ｆと燃料消費量ＦＣとを用いることにより、エンジン１０が暖気前の状態であるか、暖気後の状態であるかを判定することができる。そして、現在の状態が暖気前の状態であるか暖気後の状態であるかを把握することで、エンジン１０により評価点２０に伝達される振動の大きさを把握することができる。
【００３１】
（４．能動型振動騒音抑制装置の詳細構成）
能動型振動騒音抑制装置１００の詳細構成について、図５を参照して説明する。能動型振動騒音抑制装置１００は、上述したように、適応最小平均自乗フィルタ（Filtered-X LMS）を用いた適応制御を適用する。そして、図５に示すように、能動型振動騒音抑制装置１００は、エンジン１０によって発生される抑制対象振動等が第二伝達関数Ｈを介して評価点２０に伝達する場合に、評価点２０における振動または騒音を低減するための装置である。
【００３２】
能動型振動騒音抑制装置１００は、周波数算出部１１０と、燃料消費量取得部１２０と、上限値切替部１３０と、制御信号生成部１４０と、発生装置１５０と、残留信号検出部１６０と、第一推定伝達関数記憶部（以下、「Ｇｈデータ記憶部」と称する）１７０と、第一推定伝達関数選択部（以下、「Ｇｈデータ選択部」と称する）１８０と、適応フィルタ係数更新部１９０とを備えている。なお、記載の都合上、明細書の本文において、推定値「ハット（＾）」は、「ｈ」と記載する。
【００３３】
周波数算出部１１０は、エンジン１０の回転数を検出する回転検出器（図示せず）から周期性のパルス信号を入力し、当該パルス信号に基づいて、エンジン１０が発生する振動または騒音（抑制対象振動等）の主成分の周波数ｆを算出する。
【００３４】
燃料消費量取得部１２０は、エンジン１０による発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量ＦＣを取得する。例えば、エンジン１０による発生振動等の周期が０〜１００ｍｓｅｃなどとすると、燃料消費量ＦＣの取得周期は５００〜１０００ｍｓｅｃなどとする。この燃料消費量ＦＣは、エンジン制御装置から取得することができる。
【００３５】
上限値切替部１３０は、燃料消費量取得部１２０により取得した燃料消費量ＦＣとエンジン１０による発生振動または騒音の周波数ｆとに基づいて、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値を制限するための上限値ｙmaxを切り替える。この上限値切替部１３０は、図４に示すエンジン１０の周波数ｆと燃料消費量ＦＣとの関係のテーブルと、図６に示すエンジン１０の周波数ｆと信号上限値ｙmaxとの関係のテーブルとを記憶している。これらのテーブルは、予め実験などにより取得しておく。
【００３６】
この上限値切替部１３０による処理について、図４、図６および図７を参照して説明する。図７に示すように、上限値切替部１３０の処理は、燃料消費量ＦＣが予め設定された閾値Ｔｈfcより大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。この閾値Ｔｈfcは、ノイズを考慮して、実質的にゼロに近い値とする。つまり、燃料消費量ＦＣが閾値Ｔｈfc以下となる場合とは、エンジン１０が停止しており燃料消費量ＦＣがゼロの場合の他、燃料消費量ＦＣを取得する信号経路に異常が発生した場合を想定している。
【００３７】
そこで、燃料消費量ＦＣが予め設定された閾値Ｔｈfc以下の場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、信号上限値ｙmaxをゼロに設定し（ステップＳ４）、処理を終了する。エンジン１０が停止している場合であれば、そもそも振動騒音抑制対象となる振動または騒音が発生していない状態である。この場合に、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxをゼロにすることで、能動型振動騒音抑制装置１００が振動または騒音の発生源となることを防止でき、評価点２０に発生する振動または騒音を抑制できる。一方、燃料消費量ＦＣを取得する信号経路に異常が発生した場合に、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxをゼロにすることで、フェールセーフとして機能させることができる。
【００３８】
一方、ステップＳ１において、燃料消費量ＦＣが予め設定された閾値Ｔｈfcより大きい場合には（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、燃料消費量ＦＣとエンジン１０の周波数ｆとに基づいて、暖気前後のテーブルのうち適用すべきテーブル種別を判定する（ステップＳ２）。
【００３９】
テーブル種別の判定方法について、図４を参照して説明する。取得した燃料消費量ＦＣがＦＣ１であって、エンジン１０の周波数ｆがｆ１の場合には、図４において、それらの交点は点Ｂ１となる。この点Ｂ１は、図４の実線にて示すエンジン１０の暖気前の状態に対応する。測定精度によっては当該交点が図４の実線および破線からずれる場合があるが、このような場合には実線と破線のうち近い方を選択するとよい。
【００４０】
このようにしてテーブル種別を判定した後には、テーブル種別とエンジン１０の周波数ｆとに基づいて信号上限値ｙmaxを決定する（ステップＳ３）。信号上限値ｙmaxの決定方法について、図６を参照して説明する。テーブル種別として暖気前の状態が選択されたとすると、図６において実線にて示す暖気前の状態のテーブルのうちエンジン１０の周波数ｆ１における値ｙ１maxを信号上限値ｙmaxとする。このようにして、信号上限値ｙmaxを決定する。そして、上限値切替部１３０の処理を終了する。
【００４１】
図５に戻り、能動型振動騒音抑制装置１００の詳細構成についての説明を続ける。制御信号生成部１４０は、制御信号ｙ（ｎ）を生成する。ただし、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値は、上限値切替部１３０により決定された信号上限値ｙmaxを超えないように制限がかけられている。
【００４２】
この制御信号生成部１４０の処理について、図８を参照して説明する。制御信号生成部１４０は、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに基づいて、式（１）に従って得られる正弦波としての制御信号ｙ（ｎ）を適応制御によって生成する（ステップＳ１１）。ここで、添字の（ｎ）は、サンプリング数（時間ステップ）を表す添字である。つまり、式（１）より明らかなように、制御信号ｙ（ｎ）は、周波数ｆと、適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）としての振幅フィルタ係数ａ（ｎ）および位相フィルタ係数φ（ｎ）とを構成成分に含む、時刻ｔ（ｎ）における信号である。そして、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）および位相フィルタ係数φ（ｎ）は、後述する適応フィルタ係数更新部１９０により適応的に更新される。
【００４３】
【数１】
【００４４】
続いて、生成された制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が上限値切替部１３０により決定された信号上限値ｙmax以下であるかを判定する（ステップＳ１２）。制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmax以下である場合には、ステップＳ１１にて生成した制御信号ｙ（ｎ）をそのまま制御信号ｙ（ｎ）として出力する（ステップＳ１３）。一方、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmaxより大きく、制御信号ｙ（ｎ）が正の場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御信号ｙ（ｎ）を信号上限値ｙmaxに変更する（ステップＳ１５）。制御信号ｙ（ｎ）の絶対値が信号上限値ｙmaxより大きく、制御信号ｙ（ｎ）が負の場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御信号ｙ（ｎ）を信号上限値ｙmaxの正負反転させた値に変更する（ステップＳ１６）。
【００４５】
つまり、図７のステップＳ１において燃料消費量ＦＣが閾値Ｔｈfcより大きい場合には、周波数ｆと燃料消費量ＦＣとから決定された信号上限値ｙmaxによって、制御信号ｙ（ｎ）が制限されている。一方、図７のステップＳ１において燃料消費量ＦＣが閾値Ｔｈfc以下の場合には、制御信号ｙ（ｎ）は、常にゼロとなる。
【００４６】
再び図５に戻り、能動型振動騒音抑制装置１００の詳細構成についての説明を続ける。発生装置１５０は、実際に振動や音を発生する装置である。この発生装置１５０は、制御信号生成部１４０によって生成された制御信号ｙ（ｎ）に基づいて駆動する。例えば、制御振動を発生させる発生装置１５０としては、例えば、駆動系につながるフレームやサスペンションメンバなどのサブフレームに配置される振動発生装置である。また、制御音を発生させる発生装置１５０としては、例えば、スピーカー等である。発生装置１５０が例えば磁力を用いて制御振動や制御音を発生させる装置の場合には、コイル（図示せず）に供給する電流、電圧または電力を、各時刻ｔ（ｎ）における制御信号ｙ（ｎ）に応じるように制御することで、発生装置１５０が制御信号ｙ（ｎ）に応じた制御振動または制御音を発生する。
【００４７】
そうすると、評価点２０においては、発生装置１５０によって発生された制御振動等が伝達系Ｂを介して伝達された制御振動等Ｚ（ｎ）と、エンジン１０によって発生された抑制対象振動等が第二伝達関数Ｈを介して伝達された振動騒音Ｘ（ｎ）とが合成される。
【００４８】
そこで、残留信号検出部１６０は、評価点２０に配置されており、評価点２０における残留振動または残留騒音（本発明における「残留信号」に相当する）ｅ（ｎ）を検出する。この残留振動ｅ（ｎ）は、式（２）で表される。例えば、残留振動ｅ（ｎ）を検出する残留信号検出部１６０としては、加速度センサなどを適用できる。また、残留音ｅ（ｎ）を検出する残留信号検出部１６０としては、吸音マイクなどを適用できる。残留信号検出部１６０によって検出される残留信号ｅ（ｎ）がゼロになることが理想状態である。なお、第一伝達関数Ｇは、制御信号生成部１４０と評価点２０との間の伝達系の伝達関数である。つまり、第一伝達関数Ｇは、発生装置１５０そのものの伝達関数と、発生装置１５０と評価点２０との間の伝達系Ｂの伝達関数とを含む。
【００４９】
【数２】
【００５０】
Ｇｈデータ記憶部１７０は、公知の伝達関数同定処理により算出および更新された第一推定伝達関数Ｇｈ（第一伝達関数Ｇの推定値Ｇｈ）が記憶されている。第一伝達関数Ｇは、周波数ｆに応じた振幅成分ＡＧと位相成分ΦＧとにより表される。そこで、式（３）に示すように、第一推定伝達関数Ｇｈとしては、周波数ｆに応じた振幅成分ＡｈＧと位相成分ΦｈＧとにより表される。なお、式（３）においては、第一推定伝達関数Ｇｈ、振幅成分ＡｈＧおよび位相成分ΦｈＧは、周波数ｆに応じたものとなるため、ｆの関数であることを明記するために、それぞれＧｈ（ｆ）、ＡｈＧ（ｆ）およびΦｈＧ（ｆ）と記載している。
【００５１】
【数３】
【００５２】
Ｇｈデータ選択部１８０は、Ｇｈデータ記憶部１７０に記憶されている第一推定伝達関数Ｇｈの中から、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに応じた第一推定伝達関数Ｇｈを選択する。つまり、Ｇｈデータ選択部１８０は、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに応じた振幅成分ＡｈＧおよび位相成分ΦｈＧを選択する。
【００５３】
適応フィルタ係数更新部１９０は、上述した制御信号ｙ（ｎ）を構成するための適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）を適応的に更新する。適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）は、式（４）に示すように、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）と位相フィルタ係数φ（ｎ）とにより構成される。
【００５４】
【数４】
【００５５】
この適応フィルタ係数更新部１９０は、残留信号ｅ（ｎ）に基づき設定された評価関数Ｊを最小とするように適応フィルタ係数Ｗを更新する。以下に、適応フィルタ係数更新部１９０において、適応フィルタ係数Ｗを更新する更新式の導き方について説明する。
【００５６】
評価関数Ｊを式（５）のように定義する。つまり、評価関数Ｊは、残留信号検出部１６０により検出される残留信号ｅの二乗とする。この評価関数Ｊが最小となるような制御信号ｙ（ｎ）を求める。
【００５７】
【数５】
【００５８】
勾配ベクトル▽（ｎ）を式（６）に従って算出する。勾配ベクトル▽（ｎ）は、評価関数Ｊ（ｎ）を適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）で偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽（ｎ）は、右辺のように表される。
【００５９】
【数６】
【００６０】
このようにして算出した勾配ベクトル▽（ｎ）にステップサイズパラメータμを乗じた項を、前回更新された適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）から減算することにより、適応フィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）を導き出す。このようにして、式を展開すると、式（７）のように表される。
【００６１】
【数７】
【００６２】
ここで、適応フィルタ係数Ｗ（ｎ）は、式（４）にて示したように、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）と位相フィルタ係数φ（ｎ）とにより構成される。つまり、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）の更新式は式（８）のように表され、位相フィルタ係数φ（ｎ）の更新式は式（９）のように表される。ここで、式（８）の（１／ＡｈＧ）は、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）の更新に対して正規化処理を加えたものである。
【００６３】
【数８】
【００６４】
つまり、適応フィルタ係数更新部１９０は、前回更新された振幅フィルタ係数ａ（ｎ）に対して、第一推定伝達関数Ｇｈ、残留信号ｅ（ｎ）および振幅用ステップサイズパラメータμａに基づき算出される振幅更新式の更新項を加減算することにより、振幅フィルタ係数ａ（ｎ＋１）を更新する。また、適応フィルタ係数更新部１９０は、前回更新された位相フィルタ係数φ（ｎ）に対して、第一推定伝達関数Ｇｈ、残留信号ｅ（ｎ）および位相用ステップサイズパラメータμφに基づき算出される位相更新式の更新項を加減算することにより、位相フィルタ係数φ（ｎ＋１）を更新する。
【００６５】
以上説明した能動型振動騒音抑制装置１００によれば、エンジン１０による発生振動または発生騒音の大きさに相関の高い燃料消費量ＦＣを用いて、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを変更している。燃料消費量ＦＣは、エンジン１０のトルク変動量に比べると、ばらつきが小さい。そのため、燃料消費量ＦＣを用いて制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを変更することで、振動騒音抑制効果を確実に発揮させると共に経年変化や外乱などに起因した制御の発散を抑制することができる。
【００６６】
さらに、上記実施形態においては、駆動力ハイブリッド車両に適用する場合について説明した。つまり、駆動力ハイブリッド車両は、エンジン１０による駆動力を停止している際にモータによる駆動力により走行可能である。駆動力ハイブリッド車両においては、エンジン１０による発生振動または発生騒音の大きさは、必ずしもアクセル開度に依存するとは言えない。駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度は、エンジン１０による駆動力とモータによる駆動力とを合計した駆動力に応じたものとなるからである。例えば、アクセル開度がゼロでない場合であっても、エンジン１０が駆動していない状態が存在する。そのため、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度そのものを使用して、制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを変更することは適切ではない。
【００６７】
そこで、駆動力ハイブリッド車両において、アクセル開度ではなく、燃料消費量ＦＣを用いて制御信号ｙ（ｎ）の絶対値の上限値ｙmaxを切り替えることにより、確実にエンジン１０により発生する振動または騒音を抑制することができる。
【００６８】
（５．変形態様）
上記実施形態では、図８に示したように、制御信号生成部１４０の処理において、信号上限値ｙmaxを用いて、制御信号ｙ（ｎ）を制限した。この他に、制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）を、振幅上限値ａmaxを用いて制限することもできる。
【００６９】
この場合、上述した上限値切替部１３０は、振幅フィルタ係数ａ（ｎ）の上限値ａmax（以下、「振幅上限値ａmax」と称する）を、上述した信号上限値ｙmaxと実質的同様の方法により決定しておく。
【００７０】
そして、制御信号生成部１４０の処理は、図９に示すようになる。制御信号生成部１４０は、周波数算出部１１０にて算出された周波数ｆに基づいて、上述した式（１）に従って得られる正弦波としての制御信号ｙ（ｎ）を適応制御によって生成する（ステップＳ２１）。
【００７１】
続いて、生成された制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）が上限値切替部１３０により決定された振幅上限値ａmax以下であるかを判定する（ステップＳ２２）。制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）が振幅上限値ａmax以下である場合には、ステップＳ２１にて生成した制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）をそのまま用いた制御信号ｙ（ｎ）として出力する（ステップＳ２３）。一方、制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）が振幅上限値ａmaxより大きい場合には、制御信号ｙ（ｎ）の振幅フィルタ係数ａ（ｎ）を振幅上限値ａmaxに変更する（ステップＳ２４）。この場合も上記実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００７２】
１０：エンジン、 ２０：評価点
１００：能動型振動騒音抑制装置、 １１０：周波数算出部
１２０：燃料消費量取得部、 １３０：上限値切替部、 １４０：制御信号生成部
１６０：残留信号検出部、 １９０：適応フィルタ係数更新部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両において、制御信号に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点における振動または騒音を能動的に抑制する能動型振動騒音抑制装置であって、
振動または騒音の発生源であるエンジンによる発生振動または発生騒音の周波数、適応フィルタ係数により構成される前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記評価点において、前記制御信号に応じて出力された制御振動または制御音と前記発生源による振動または騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、
前記残留信号に基づき設定された評価関数を最小とするように前記適応フィルタ係数を更新する適応フィルタ係数更新部と、
前記エンジンによる発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量を取得する燃料消費量取得部と、
前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量と前記エンジンによる発生振動または騒音の周波数とに基づいて、前記制御信号の絶対値を制限するための上限値を切り替える上限値切替部と、
を備え、
前記制御信号生成部は、前記上限値切替部により切り替えられた前記上限値を上限として制限された前記制御信号を生成する能動型振動騒音抑制装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記上限値切替部は、前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量が設定された閾値以下の場合には、前記上限値をゼロとする能動型振動騒音抑制装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記車両は、前記エンジンによる駆動力とモータによる駆動力とを備え、前記エンジンによる駆動力を停止している際に前記モータによる駆動力により走行可能な駆動力ハイブリッド車両である能動型振動騒音抑制装置。
【請求項１】
車両において、制御信号に応じた制御振動または制御音を出力して、評価点における振動または騒音を能動的に抑制する能動型振動騒音抑制装置であって、
振動または騒音の発生源であるエンジンによる発生振動または発生騒音の周波数、適応フィルタ係数により構成される前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記評価点において、前記制御信号に応じて出力された制御振動または制御音と前記発生源による振動または騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、
前記残留信号に基づき設定された評価関数を最小とするように前記適応フィルタ係数を更新する適応フィルタ係数更新部と、
前記エンジンによる発生振動または発生騒音の周期よりも長い単位時間を取得周期として燃料消費量を取得する燃料消費量取得部と、
前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量と前記エンジンによる発生振動または騒音の周波数とに基づいて、前記制御信号の絶対値を制限するための上限値を切り替える上限値切替部と、
を備え、
前記制御信号生成部は、前記上限値切替部により切り替えられた前記上限値を上限として制限された前記制御信号を生成する能動型振動騒音抑制装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記上限値切替部は、前記燃料消費量取得部により取得した前記燃料消費量が設定された閾値以下の場合には、前記上限値をゼロとする能動型振動騒音抑制装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記車両は、前記エンジンによる駆動力とモータによる駆動力とを備え、前記エンジンによる駆動力を停止している際に前記モータによる駆動力により走行可能な駆動力ハイブリッド車両である能動型振動騒音抑制装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２０１２４１（Ｐ２０１２−２０１２４１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８１６５（Ｐ２０１１−６８１６５）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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