騒音低減装置及び方法
【課題】乗員の位置が変化した場合であっても、当該変更後の位置における騒音を効果的に低減できる騒音低減装置等を提供する。
【解決手段】騒音低減装置は、車体の振動を検出する加速度センサ４と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生するピエゾアクチュエータ５と、検出された振動に応じて、ピエゾアクチュエータ５で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算するコントローラ１１と、車室内における乗員位置情報を取得する赤外線カメラ６ａ，６ｂとを備え、赤外線カメラ６ａ，６ｂによって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるようにコントローラ１１によって制御指令値を調節し、ピエゾアクチュエータ５によって発生させる振動又は音響を制御する。
【解決手段】騒音低減装置は、車体の振動を検出する加速度センサ４と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生するピエゾアクチュエータ５と、検出された振動に応じて、ピエゾアクチュエータ５で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算するコントローラ１１と、車室内における乗員位置情報を取得する赤外線カメラ６ａ，６ｂとを備え、赤外線カメラ６ａ，６ｂによって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるようにコントローラ１１によって制御指令値を調節し、ピエゾアクチュエータ５によって発生させる振動又は音響を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内における騒音を振動又は音響を発生させることによって低減する騒音低減装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車室内騒音を低減することを目的としてフィードバック制御を行う技術として、下記の特許文献１などが知られている。この特許文献１には、マイクを使って実際の騒音を検出して、当該騒音のうち１００Ｈｚ以下の低周波帯域のロードノイズを低減する動作をしている。この技術は、低周波帯域のロードノイズが、車室内音場の音響モードを原因として発生していると仮定をした上で、当該音響モードの腹にマイクロフォンを設置してフィードバック制御によって当該音響モードを打ち消す方式である。
【０００３】
また、下記の特許文献２に記載されているように、マイクロフォンを車室内に設置し、マイクロフォンから得た騒音信号を、フィードバックコントローラを用いて打ち消す技術も知られている。
【０００４】
更に、下記の特許文献３に記載されているように、車室内騒音を低減することを目的としてフィードフォワード制御を行う技術が知られており、当該特許文献３には、座席ヘッドレスト部に備えたマイクを使ってエラー信号を検出し、ドアヒンジ部の加速度センサから参照信号を検出することで、適応フィルタにより、車室内騒音の低減を図っている。
【特許文献１】特開２０００−３２２０６６号公報
【特許文献２】特開２０００−３２２０６号公報（図１０等）
【特許文献３】特開平８−２９２７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した技術では、音響モードを検出し、その音響モードに対して制御をしているため、音響モードが正確に特定できる低周波帯域の騒音に対してしか低減できず、実際には、上記従来例では４０Ｈｚおよび８０Ｈｚのいわゆるドラミングノイズをのみ制御対象として扱っているという問題がある。
【０００６】
また、マイクロフォンから得た騒音信号をフィードバックする上述の特許文献１，２の技術では、マイクロフォンの設置位置に応じて騒音を低減させる効果を実現しようとしており、マイクロフォンが設けられていない空間の騒音を低減させることができないという問題がある。更に、フィードフォワード型の特許文献３に記載の技術についても、マイクロフォンを用いているため、例えばマイクロフォンが騒音検出をしている乗員の頭部位置以外の場所では騒音を低減する効果を得られないという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、乗員の位置が変化した場合であっても、当該変更後の位置における騒音を効果的に低減できる騒音低減装置及び方法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】
本発明に係る騒音低減装置は、車体の振動を検出する振動検出手段と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生する騒音低減手段と、振動検出手段によって検出された振動に応じて、騒音低減手段で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段と、車室内における乗員位置情報を取得する乗員位置取得手段とを備え、上述の課題を解決するために、乗員位置取得手段によって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値演算手段によって制御指令値を調節し、騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御する。
【０００９】
また、本発明に係る騒音低減方法は、車室内における騒音を振動又は音を発生させて低減させるに際して、上述の課題を解決するために、車体の振動を検出すると共に、車室内における乗員位置情報を取得するステップと、取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように、振動又は音響を発生させる騒音低減手段に供給する制御指令値を調整するステップと、調整された制御指令値を騒音低減手段に供給するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、乗員位置を取得して、当該乗員位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節し、騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御するので、乗員の位置が変化した場合であっても、当該変更後の位置における騒音を効果的に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明は、例えば図１乃至図３に示すように、車室内の制御空間Ｐ１，Ｐ２間で乗員の位置が変更する場合に、当該変更後の騒音を低減する騒音低減装置に適用される。
【００１３】
この第１実施形態に係る騒音低減装置は、図１乃至図３に示すように、車体の振動を検出する振動検出手段である加速度センサ４と、車室内の騒音を低減させる振動を発生する騒音低減手段であるピエゾアクチュエータ（Piezo-electric actuator）５と、加速度センサ４によって検出された振動に応じて、ピエゾアクチュエータ５で発生させる振動を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段であるコントローラユニット７と、車室内における乗員位置情報を取得する乗員位置取得手段である赤外線カメラ６ａ，６ｂとを備え、赤外線カメラ６ａ，６ｂによって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるようにコントローラユニット７によって制御指令値を調節し、ピエゾアクチュエータ５によって発生させる振動を制御することを特徴とする。なお、この実施の形態では、騒音低減手段として、振動を発生させるものを説明するが、直接的に音響を発生させることによって騒音を低減させるようにしても良い。
【００１４】
通常、車室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３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２からフロアパネル１に進入することに起因するロードノイズ騒音、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。
【００１５】
本発明では主にロードノイズの低減を目的とする。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騒音の主な伝播経路を示す。タイヤ２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、まず車軸およびサスペンション取り付け点からメンバと呼ばれる剛性の高い梁状の部材に進入する。その後、メンバによって囲まれたフロアパネル１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１が振動する。さらに、フロアパネル１の膜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、車室内所定空間（制御空間）Ｐ１，Ｐ２においてロードノイズ騒音が聞こえてしまう。フロアパネル１の他にルーフパネルや窓ガラスが振動することにより騒音が発生するが、サスペンション取り付け部から主に進入するロードノイズの大部分は、フロアパネル１の振動が原因となっていることがわかっている。
【００１６】
そのために、騒音低減装置は、フロアパネル１に加速度センサ４を配置して制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音の推定を行い、ピエゾアクチュエータ５に対する制御指令信号を生成し、当該ピエゾアクチュエータ５の振動による制御音を車室内に入力する。そのため、制御対象としてフロアパネル１が起因となるロードノイズを中心に扱う。なお、フロアパネル１を発生源となる騒音には制御対象としてすべて含まれるため、エンジン３の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１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ガラス、さらにルーフパネルといった同じメカニズムで発生する車室内騒音発生源に対しても、当該部位に加速度センサ４及びピエゾアクチュエータ５を設ければ、同様に、当該部位の振動によって発生する騒音を低減させることができる。
【００１７】
図３に示すように、コントローラユニット７は、フロアパネル１の振動をセンサ信号として加速度センサ４から入力すると共に、乗員の頭部位置を表す赤外線信号を赤外線カメラ６ａ，６ｂから入力し、後述する演算処理を行うことによって制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を低減させる制御指令値を求めて、ピエゾアクチュエータ５を駆動させてフロアパネル１に振動を与える。なお、この実施の形態においては、乗員位置、乗員の頭部位置を検出しているが、これに限らず、更に高い精度で乗員の位置特定ができるようであれば、乗員の耳位置を検出するものであっても良い。
【００１８】
赤外線カメラ６ａ，６ｂは、フロントガラス上部に設置された乗員位置センサであり、制御空間Ｐ１，Ｐ２を含む車室内を撮像して、赤外線信号をコントローラユニット７に供給する。この赤外線信号は、コントローラユニット７におけるアンプ１２で信号増幅された後に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御指令値を演算する演算回路であるコントローラ１１に供給される。また、加速度センサ４で検出された加速度信号は、コントローラユニット７におけるアンプ１３で信号増幅された後に、コントローラ１１に供給される。
【００１９】
コントローラ１１は、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号から、現在の乗員の頭部位置を取得して、当該乗員の頭部位置が存在している制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を加速度センサ４で検出された加速度信号から推定し、当該制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を低減するような制御指令値を演算する。この制御指令値は、アンプ１４を介してピエゾアクチュエータ５に供給させて、ピエゾアクチュエータ５を駆動させる。
【００２０】
このコントローラ１１は、図３に示すように、入力スイッチ２１、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ、演算器２３Ａ，２３Ｂ、出力スイッチ２４、切り替えトリガ生成器２５から構成される。このコントローラ１１は、制御空間Ｐ１，Ｐ２と騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂで制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を乗員の頭部位置によって切り替え、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂによる演算パラメータを切り替える切り替え則を有する。なお、この実施の形態においては、制御空間Ｐ１，Ｐ２という２個の空間において制御指令値を演算するパラメータを切り替える例について説明しているために、２個の騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ、演算器２３Ａ，２３Ｂを備えている場合を示しているが、これに限らず、乗員頭部位置をより精度良く取得して制御空間を細かく区分する場合には、更に多くの騒音推定装置、演算器を備えていても良いのは勿論である。
【００２１】
切り替えトリガ生成器２５には、図２に示すように、乗員頭部が移動し得る制御空間Ｐ１，Ｐ２の情報が保持されている。切り替えトリガ生成器２５は、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号である乗員頭部を撮像した画像情報から乗員頭部の位置を計算して、予め保持しておいた制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れかに現在乗員頭部が属しているかを判断する。切り替えトリガ生成器２５は、例えば赤外線カメラ６ａ，６ｂが遠赤外カメラからなる場合、当該赤外線カメラ６ａ，６ｂから赤外線信号として熱画像データを入力する。そして、切り替えトリガ生成器２５は、熱画像データのうち温度が大きく変化する境界線を検出し、当該境界線と人間の温度分布とに基づいて、乗員の有無及び乗員の頭部位置を検知する。なお、乗員の有無は、運転席を除く他の座席のみについて判断すれば良い。
【００２２】
その結果、乗員頭部が存在している制御空間Ｐ１，Ｐ２に応じた騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂを選択するために、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替える信号を出力する。
【００２３】
また、切り替えトリガ生成器２５は、センサ信号である赤外線信号から乗員位置、乗員の頭部位置を検出するのではなく、乗員の姿勢から乗員位置、乗員の頭部位置を推定しても良い。例えば、平均的な体格の乗員の場合には、ヘッドレスト位置を検出して、当該ヘッドレスト位置を基準として乗員頭部の位置を推定する。このヘッドレスト位置は、シート前後位置とシートバック角度を検出して、一義的に算出することができる。また、乗員の背の高さを推定した上で、乗員位置、乗員の頭部位置を推定しても良い。すなわち、背の低い乗員の場合には、ヘッドレスト位置よりも頭部位置が低くなり、逆に背の高い人の場合にはヘッドレストの位置よりも頭部位置が高くなる。例えば切り替えトリガ生成器２５は、シート前後位置やシートのリフト量から、シートが前方且つリフト量が大きい場合には背が低いと推定する。そして、背が低いほどヘッドレスト位置に対して低い位置に乗員の頭部位置が存在すると推定する。
【００２４】
騒音推定装置２２Ａは、加速度信号と制御指令値とを用いて、制御空間Ｐ１における騒音を推定し、騒音推定装置２２Ｂは、加速度信号と制御指令値を用いて、制御空間Ｐ２における騒音を推定する。ここで、２つの騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ制御空間Ｐ１，Ｐ２における音圧を推定する。また、演算器２３Ａ，２３Ｂは、推定された騒音を低減させる制御指令値を計算して、出力スイッチ２４を介してピエゾアクチュエータ５に供給する。
【００２５】
騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、図５に示すように、制御指令信号から加速度センサ４の位置での振動の伝達関数の演算を行う制御指令→振動演算部３１、加算器３２、加速度センサ４の位置での振動から制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音の伝達関数の演算を行う振動→音圧演算部３３、制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音の伝達関数の演算を行う制御指令→音圧演算部３４、加算器３５を備える。
【００２６】
この騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、入力信号として、加速度信号と制御指令信号とを入力する。必要な数の加速度センサ４を適切な位置に配置し、車室内の騒音と加速度信号の間のコヒーレンスが１に近ければ加速度信号から騒音を推定することができると判断できる。具体的には、コヒーレンスＣｘｙ２は、下記の式１に示すように、
【数１】
【００２７】
のような関数で記述される。ここで、ｘは加速度センサ４の出力ベクトル、ｙは制御空間Ｐ１，Ｐ２での音圧、Ｓｘｙはｘとｙとの間のクロススペクトル密度、Ｓｘｘはｘのクロススペクトル密度、Ｓｙｙはパワースペクトル密度を表す。この式１より、コヒーレンスＣｘｙ２が所定の基準値（例えば０．９）以上になるように加速度センサ４を配置している。以上により、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、加速度信号と制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での推定された騒音を得ることができる。
【００２８】
例えば、制御指令→音圧演算部３４で用いる制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での音圧までの伝達関数は、まず、ピエゾアクチュエータ５をフロアパネル１に設置すると共にマイクロフォン（図示せず）を制御空間Ｐ１，Ｐ２に設置し、ピエゾアクチュエータ５に、サンプルとしての振動を発生させる所定のＭ系列信号を入力し、当該Ｍ系列信号とマイクロフォンの検出信号とを計測する。そして、得られたＭ系列信号及びマイクロフォンの検出信号に対し、例えば制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで、例えば下記の式２，式３の離散時間状態空間モデルである
【数２】
【００２９】
の形式でモデル化がなされる。ここで、式２のｘ（ｔ）はモデルの状態変数、ｕ（ｔ）はピエゾアクチュエータ５へのＭ系列信号、式３のｙ（ｔ）は制御空間Ｐ１，Ｐ２での音圧を表し、マトリクスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれモデルのパラメータマトリクス、ｎはサンプル時刻を表す。
【００３０】
あるいは、制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作するＳＤＴＯＯＬＳ社製「Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃａｌ Ｔｏｏｌｂｏｘ」を用いてモード解析によるシステム同定を行っても良い。この場合は、入出力信号をフーリエ変換することで得られる周波数領域でのノンパラメトリックな伝達関数を予め計算しておき、上記のＭＡＴＬＡＢＴｏｏｌｂｏｘを用いることで制御指令→音圧演算部３４で用いる伝達モデルを得ることができる。実際に上記の方法で得た伝達関数の周波数特性は、図７のようになる。
【００３１】
振動→音圧演算部３３で用いる伝達関数は、まず、予めフロアパネル１上に加速度センサ４を設置すると共に制御空間Ｐ１，Ｐ２にマイクロフォンを設置し、ロードノイズが発生しやすい路面を一定速で走行させ、得られた加速度信号とマイクロフォン信号に対し、上記の制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで、離散時間状態空間モデルとして得られる。
【００３２】
次に、図６に示すブロック線図を用いて演算器２３Ａ，２３Ｂにおける演算パラメータの設計方法を説明する。ここで、設計対象となる演算器４１には信号Ｂが入力され、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号を出力する。制御指令信号は伝達関数モデル４２に入力される。伝達関数モデル４２は、上述の手順でモデル化した「ピエゾアクチュエータ５の制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音までの伝達特性」を示すモデルである。伝達関数モデル４２から出力される信号と信号Ａ（外乱）とが重ねあわされて信号Ｂ（車室内騒音）となる。この信号Ａから信号Ｂまでの伝達特性は「感度関数」と呼ばれる関数であり、当該信号Ａから信号Ｂまでの伝達特性が所望の周波数帯域において小さくなるように演算器４１を設計することによって、適切な演算パラメータを設定できる。このような設計方法としては、例えば、ＰＩＤ制御、Ｈ２制御、Ｈ∞制御などが挙げられる。また、
細江、荒木、「制御系設計、Ｈ∞制御とその応用」、朝倉書店、１９９４
須田、「ＰＩＤ制御」、朝倉書店、１９９２
に記載されている設計方法を用いることで、下記の式４の形式のＩ次動的コントローラＫｉ，ｉ＝１，・・・，Ｉを設計することが出来る。
【数３】
【００３３】
この式４において、ｕ（ｎ）は時刻ｎでの制御指令値、ｙ（ｉ）は推定した騒音を表す信号Ａを表す。
【００３４】
このようなコントローラ１１において、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、図５に示すように、制御指令信号を制御指令→振動演算部３１で入力すると、制御指令によってピエゾアクチュエータ５が振動して加速度センサ４が検知する振動を演算して、加算器３２に供給する。加算器３２には、加速度センサ４で検知された実際の振動と制御指令→振動演算部３１で演算された振動とを加算して、振動→音圧演算部３３に供給する。振動→音圧演算部３３は、車両が走行していることによる振動とピエゾアクチュエータ５が動作したことによる振動とを加算した振動から、制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音（音圧）を演算して、加算器３５に供給する。一方、制御指令信号は制御指令→音圧演算部３４に供給される。制御指令→音圧演算部３４は、ピエゾアクチュエータ５が振動したことによる制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音（音圧）を演算して、加算器３５に供給する。加算器３５は、ピエゾアクチュエータ５から制御空間Ｐ１，Ｐ２への騒音と、フロアパネル１から制御空間Ｐ１，Ｐ２への騒音とを加算して、制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音を出力する。
【００３５】
騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂで推定された騒音は、演算器２３Ａ，２３Ｂにおいて入力され、演算器２３Ａ，２３Ｂは、推定された騒音から、図６を参照して説明したような伝達関数によって当該騒音を低減させるピエゾアクチュエータ５の制御指令値を演算して、ピエゾアクチュエータ５に出力する。
【００３６】
つぎに、上述した騒音低減装置の動作手順について図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。
【００３７】
騒音低減装置のコントローラ１１は、図８に示すように、先ずステップＳ１乃至ステップＳ３において、加速度信号の入力（ステップＳ１）、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号の入力（ステップＳ２）、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号の入力（ステップＳ３）を行う。
【００３８】
次にコントローラ１１の切り替えトリガ生成器２５は、ステップＳ４において、ステップＳ３で取得した赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号から、現在における乗員頭部位置が制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れに存在するかを判定する。この判定結果に応じて、切り替えトリガ生成器２５は、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替え制御して、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ、演算器２３Ａ，２３Ｂの何れかによって制御指令信号を生成させるかを制御する。
【００３９】
次にコントローラ１１は、ステップＳ５において、ステップＳ４で切り替えトリガ生成器２５によって切り替えられた騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂで制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を推定し、ステップＳ６において、演算器２３Ａ，２３Ｂによって騒音を低減させるようなピエゾアクチュエータ５の制御指令値を演算し、ステップＳ７において、当該制御指令値をピエゾアクチュエータ５に出力して、ピエゾアクチュエータ５でフロアパネル１を振動させる。
【００４０】
ステップＳ４における制御空間Ｐ１，Ｐ２の選択処理は、図９に示すように、先ずステップＳ１１において、切り替えトリガ生成器２５により、車室内の赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号を用いて乗員の頭部位置を計算する。
【００４１】
次のステップＳ１２において、切り替えトリガ生成器２５は、ステップＳ１１で計算した乗員の頭部位置が、予め設定した制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れかに存在するか否かを判定する。双方の制御空間Ｐ１，Ｐ２に乗員の頭部位置が存在しない場合又は判定できない場合にはステップＳ１２からステップＳ１４に処理を進め、制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れかに存在する場合にはステップＳ１２からステップＳ１３に処理を進める。このとき、切り替えトリガ生成器２５は、図２に示した制御空間Ｐ１，Ｐ２の仮想的な座標軸上において乗員の頭部位置を決定する。この乗員の頭部位置の判定は、車両前後方向のみならず、車両幅方向においても行って、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ１，Ｐ２に存在するかを判定する。
【００４２】
ステップＳ１３において、切り替えトリガ生成器２５は、赤外線画像と当該赤外線画像において制御空間Ｐ１，Ｐ２を示す座標データである空間マップとを照合して、乗員の頭部位置が存在する空間番号（Ｐ１，Ｐ２）を出力する。これによって、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４は、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ１に存在することを表す空間番号「Ｐ１」を入力した場合には騒音推定装置２２Ａ及び演算器２３Ａを動作させ、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ２に存在することを表す空間番号「Ｐ２」を入力した場合には騒音推定装置２２Ｂ及び演算器２３Ｂを動作させようなスイッチ切り替え動作を行う。そして、ステップＳ１３の後、処理を図８のステップＳ５に移行する。
【００４３】
一方、ステップＳ１４において、コントローラ１１は、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号が所定範囲外の異常値を示しているか否かを判定することで赤外線カメラ６ａ，６ｂが故障しているか否かを判定し、故障している場合にはステップＳ１５に処理を進めて、予め設定されている基準位置を乗員の頭部位置が存在する空間として空間番号を入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４に出力する。この基準位置とは、例えば、図２に示す制御空間Ｐ１，Ｐ２の境界位置などが挙げられる。また、ステップＳ１４において赤外線カメラ６ａ，６ｂが故障していないと判定した後のステップＳ１６において、前回にステップＳ１３で認識された空間番号を入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４に出力する。
【００４４】
なお、この制御空間Ｐを選択する処理においては、乗員の頭部位置が変化した場合に、当該変化に応じて空間番号を変更して入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を制御していたが、これに限らず、図１０に示すように、乗員の頭部位置と制御空間Ｐ１，Ｐ２に応じた伝達関数であるパラメータとの切り替えタイミングとの間にヒステリシスな関係を持たせた切り替え則としても良い。この切り替え則は、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ１から制御空間Ｐ２に移動するときと、制御空間Ｐ２から制御空間Ｐ１に移動するときとで切り替えるタイミングをずらすことにより、両空間の間の切り替え地点に乗員の頭部位置がとどまるときに、制御空間の不安定な切り替えが断続して発生することを防ぐ。
【００４５】
このように、本発明を適用した騒音低減装置によれば、図１１に示すように、乗員の頭部位置が車両後方の制御空間Ｐ２に存在し、乗員の耳位置の制御点にて制振制御を行ったときにおいて、当該制御点周辺位置での制御効果（静音化制御効果）を得ることができる。図１１中の縦軸上端は車両のルーフ位置、縦軸下端はフロアパネル１の位置、制御空間Ｐ１の前端、横軸右端は制御空間Ｐ２の後端である。図１１によれば、制御点（乗員頭部位置）において制御効果が大きくなっており、当該制御点から離れるにつれて制御効果が減少していることがわかる。したがって、乗員頭部位置が制御効果のほとんど得られなかった空間に移動した場合、新たな乗員頭部位置での静音化制御効果を大きくするように入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替えて、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂで演算する制御指令値を変更することで、常に乗員の頭部位置における騒音を効果的に低減させることができる。
【００４６】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置によれば、乗員位置を取得して、当該位置における騒音を低減できるために、乗員姿勢が変化した場合であっても高い騒音低減効果（静音化制御効果）を得ることができ、低周波帯の騒音のみならず、より高周波のロードノイズも低減できる。
【００４７】
また、この騒音低減装置によれば、乗員頭部位置を取得して、当該乗員頭部位置における静音化制御効果が得られるようにピエゾアクチュエータ５を駆動するので、乗員の耳位置における騒音を効果的に低減できる。
【００４８】
更に、この騒音低減装置によれば、乗員頭部位置が存在しうる空間を制御空間Ｐ１，Ｐ２といったように複数の部分に分割して、制御空間Ｐ１，Ｐ２ごとに騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂを切り替えて制御指令値を演算するパラメータを切り替えるので、粗い精度で乗員頭部位置を検出しても効果的に騒音を低減できる。
【００４９】
更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員頭部位置の変更に応じた制御指令値を演算するパラメータの切り替えにヒステリシスを持たせたために、制御空間Ｐ１と制御空間Ｐ２との境界付近において断続的に制御指令値を演算するパラメータが切り替わることを防ぐことができる。
【００５０】
更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員位置が予め設定した範囲外となった場合に、当該範囲外となる直前の乗員位置を保持して、当該直前の乗員位置によって制御指令値を演算するので、赤外線カメラ６ａ，６ｂの赤外線画像によって乗員位置を求める場合、当該赤外線カメラ６ａ，６ｂで認識できない範囲に乗員位置が移動した場合であっても、乗員位置に近い空間の騒音を低減できる。
【００５１】
更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員位置が予め設定した範囲外又は異常な位置となった場合に、当該予め設定した範囲における基準位置によって制御指令値を演算するので、赤外線カメラ６ａ，６ｂが故障した場合であっても、基準位置を乗員位置に設定して安定した制御によって、効果的に騒音を低減できる。
【００５２】
［第２実施形態］
つぎに、本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置について説明する。この第２実施形態に係る騒音低減装置は、図１２に示すように、乗員位置を検出する制御空間Ｐとして、端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを設けて当該端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで囲まれる制御空間Ｐにおけるどの位置に乗員の頭部位置が存在するかを判定することによって、位置精度の高い騒音低減の制御を行うものである。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５３】
第２実施形態に係る騒音低減装置は、図１３に示すように、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号を入力して制御空間Ｐにおける乗員頭部位置ｒを計算する頭部位置計算装置５１と、加速度信号及び制御指令信号を入力して乗員頭部位置ｒにおける騒音を推定する騒音推定装置５２と、制御指令信号を生成する演算器５３とを備える。騒音推定装置５２は、頭部位置計算装置５１で演算された乗員頭部位置ｒが供給されると、当該乗員頭部位置ｒに応じて演算パラメータを変更するようなモデル形式をもっており、演算器５３も同様に、乗員頭部位置ｒに応じて制御指令値を演算するパラメータを変更する。
【００５４】
騒音推定装置５２は、図１４に示すように、制御指令→振動演算部６１と振動→音圧演算部６２と制御指令→音圧演算部６３とを備え、当該制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３のそれぞれに乗員頭部位置ｒを入力する。これによって、制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３は、頭部位置計算装置５１で演算された乗員頭部位置ｒが連続的に変更することに応じて、伝達関数におけるパラメータを連続的に変更する。また、演算器５３は、頭部位置計算装置５１で演算された乗員頭部位置ｒが連続的に変更することに応じて、制御指令信号を演算するパラメータを連続的に変更して、制御指令信号を連続的に変化させる。これによって、ピエゾアクチュエータ５から発生する振動は、乗員頭部位置ｒの変化によって連続的に調整される。
【００５５】
このような制御空間Ｐの端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ及び制御空間Ｐのルーフ方向における頂点を乗員頭部位置として制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３のパラメータを設定しておき、検出又は推定した乗員頭部位置ｒに応じて、頂点におけるパラメータを補間して、実際の乗員頭部位置ｒでのパラメータを生成する。
【００５６】
この騒音推定装置５２及び演算器５３を設計するためには、先ず、制御空間Ｐの端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ及び制御空間Ｐのルーフ方向における頂点を設定しておき、騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３、演算器５３に対してＬＰＶ（Linear Parameter Varying）システム形式でシステム同定を行う。すなわち、入力ｕ、出力ｙ、状態変数ｘに対する状態空間モデルを下記の式５及び式６のように表現する。
【数４】
【００５７】
このシステム同定は、例えば制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで行う。また、同ＣＡＤを用いて、極と零点を指定した伝達関数表現としてモデルを作ることもできる。この式５，式６における、θは乗員頭部位置ｒである変動パラメータであり、θの動く範囲は図１２の制御空間Ｐ内として定義されている。Ａ（θ）、Ｂ（θ）、Ｃ（θ）、Ｄ（θ）はそれぞれモデルを表す係数であり、乗員頭部位置ｒにより変動させる。そして、各係数Ａ（θ）、Ｂ（θ）、Ｃ（θ）、Ｄ（θ）に対して乗員頭部位置ｒが線形もしくはアファインな形で表現できていないときは、乗員頭部位置ｒが移動し得る制御空間Ｐの中心位置の周りで線形化しておく。
【００５８】
上記の方法でＬＰＶシステムとして実現されたモデルに対して、例えば公知の論文「P. Apkarian et. al. ; "Self-scheduled Control of Linear Parameter-varying Systems: a Design Example", Automatica, Vol. 31, No. 9, pp. 1251-1261, 1995」に記載されている手法を用いる。これにより、コントローラ１１は、予めオフラインで騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３及び演算器５３を設計しておけば、乗員頭部位置ｒの移動し得る制御空間Ｐの端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで線形補間として、乗員頭部位置ｒが制御空間Ｐの内部に存在した場合の騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３及び演算器５３をオンラインで設計することができる。上記論文で示された方法は、制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上の「Ｒｏｂｕｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｏｏｌｂｏｘ」を用いることで設計することができる。これによって、オンラインで行う騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３及び演算器５３の計算は和積演算に過ぎないために、車両走行時における計算量を少なくできる。
【００５９】
したがって、騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２及び制御指令→音圧演算部６３、演算器５３は、乗員頭部位置ｒをリアルタイムで頭部位置計算装置５１から取得して、上述の方法で設計したモデルおよびコントローラに代入することにより、リアルタイムで騒音推定装置５２及び演算器５３によって乗員頭部位置ｒに応じたパラメータを設定できる。
【００６０】
このような騒音低減装置のコントローラ１１は、図１５に示すように、先ず加速度信号の入力（ステップＳ２１）、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号の入力（ステップＳ２２）、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号の入力（ステップＳ２３）を行う。
【００６１】
次にコントローラ１１の頭部位置計算装置５１は、ステップＳ２４において、ステップＳ２３で取得した赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号から、現在における制御空間Ｐ内の乗員頭部位置ｒを計算して、騒音推定装置５２及び演算器５３に出力する。
【００６２】
次にコントローラ１１は、ステップＳ２５において、騒音推定装置５２により、ステップＳ２４で頭部位置計算装置５１によって計算された乗員頭部位置ｒにおける騒音を推定し、演算器５３により、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で推定された乗員頭部位置ｒにおける騒音を低減させるようなピエゾアクチュエータ５の制御指令値を演算し、ステップＳ２７において、当該制御指令値をピエゾアクチュエータ５に出力して、ピエゾアクチュエータ５でフロアパネル１を振動させる。
【００６３】
このような動作におけるステップＳ２５の騒音推定装置５２における処理は、図１６に示すように、先ずステップＳ３１において頭部位置計算装置５１から乗員頭部位置ｒを示す信号を入力し、ステップＳ３２において、制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２及び制御指令→音圧演算部６３におけるパラメータの変更を行い、ステップＳ３３において、制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２及び制御指令→音圧演算部６３でそれぞれの乗員頭部位置ｒに応じたパラメータで演算を行う。これによって、ステップＳ３４において、推定した騒音（音圧）を示す信号を演算器５３に供給する。
【００６４】
このような第２実施形態に係る騒音低減装置によれば、制御空間Ｐ内における乗員頭部位置ｒを計算して、騒音推定装置５２及び演算器５３のパラメータを連続的に変更できるので、乗員頭部位置ｒを正確に測定し、その乗員頭部位置ｒに応じた伝達モデルによる演算を行うことができ、より効果的に騒音の低減を実現できる。
【００６５】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る騒音低減装置について説明する。この第３実施形態に係る騒音低減装置は、フィードフォワード型の制御によって、乗員頭部位置における騒音を低減するものである。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００６６】
第３実施形態に係る騒音低減装置は、図１７に示すように、制御空間Ｐにおける実際の騒音を測定するためのセンサとしてマイクロフォン７１を備える。このマイクロフォン７１で検出した制御空間Ｐにおける騒音は、コントローラユニット７で検知される。
【００６７】
コントローラユニット７は、マイクロフォン７１からの音響信号をアンプ８１で受信すると共に、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号をアンプ８２から送信し、加速度センサ４で検知した路面の凹凸に応じた加速度信号をアンプ８３で受信する。このコントローラユニット７は、アンプ８１を介してマイクロフォン７１からの音響信号を適応則演算部８４で受信して、当該音響信号に応じて適応フィルタ８５におけるフィルタ係数を変更させる。
【００６８】
このコントローラユニット７は、図１８に示すように、適応則演算部８４及び適応フィルタ８５が単一の演算回路で構成され、伝達関数演算部９１，伝達関数演算部９２と接続されている。伝達関数演算部９１は、加速度センサ４からの加速度信号から制御空間Ｐで発生している騒音までの伝達関数の演算を行い、伝達関数演算部９２は、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号から制御空間Ｐで発生している騒音までの伝達関数の演算を行う。このような構成において、騒音低減装置は、加速度センサ４で得られた加速度信号をｘ（ｎ）、路面から車体に入力される外乱によって制御空間Ｐで発生する騒音をｙ（ｎ）、マイクロフォン７１で得られた音響信号、すなわち低減されていなくマイクロフォン７１で検知された音響信号を誤差信号ｅ（ｎ）とする。ここで、ｎはサンプル時刻を表す。また、適応フィルタ８５の伝達モデルＷ（ｚ）、伝達関数演算部９１伝達モデルＧ（ｚ）、伝達関数演算部９２の伝達モデルＣ（ｚ）をそれぞれ、下記の式７，式８，式９に示すようにする。
【数５】
【００６９】
ここで、式７，式８，式９におけるｚ−ｉはＺ変換のオペレータを表す。なお、式７のフィルタ係数ｗｉがサンプル時刻ｎに依存しているのは、適応フィルタ８５が可変係数フィルタであることによる。このとき、制御空間Ｐにおける騒音信号ｙ（ｎ）とピエゾアクチュエータ５への制御指令信号ｕ（ｎ）は、下記の式１０，式１１に示すように計算される。
【数６】
【００７０】
この式１０，式１１に基づいて計算されたｕ（ｎ）が制御指令信号としてピエゾアクチュエータ５に入力される。
【００７１】
一方、適応則演算部８４は、適応フィルタ８５のフィルタ係数ｗｉ（ｎ）の更新を行う。この適応則演算部８４は、先ず、下記の式１２のように評価関数Ｊを定義する。
【数７】
【００７２】
ここで、一般的に知られたＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムでは、この評価関数Ｊがフィルタ係数ｗｉ（ｎ）に対して最小になるように適応フィルタ８５を更新していく。の更新則は、下記の式１３で与えられる。
【数８】
【００７３】
この式１３におけるＫｅ，Ｋｙは設計パラメータであり、式１３におけるｒ（ｎ−１）は、下記の式１４のように定義される。
【数９】
【００７４】
このような演算を適応則演算部８４で行うことにより、適応フィルタ８５におけるフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を更新できる。
【００７５】
このような騒音低減装置の処理は、図１９に示すように、先ずステップＳ４１において、所定のサンプル時刻ｎとなったことに応じて、加速度センサ４からの加速度信号ｘ（ｎ）及びマイクロフォン７１からの音響（誤差）信号ｅ（ｎ）を取得する。加速度信号ｘ（ｎ）は、アンプ８３を介して適応フィルタ８５に入力され、音響信号ｅ（ｎ）は、アンプ８１を介して適応則演算部８４に入力される。
【００７６】
次のステップＳ４２において、適応則演算部８４により、加速度センサ４からの加速度信号ｘ（ｎ）にフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を乗算し、ステップＳ４３において、マイクロフォン７１からの音響信号ｅ（ｎ）を用いて適応則演算部８４でフィルタ係数ｗｉ（ｎ）の演算を行う。このとき、適応則演算部８４は、上述の式１３及び式１４の演算を行うことで更新したフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を得る。
【００７７】
次のステップＳ４４において、ステップＳ４３で演算したフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を適応則演算部８４から適応フィルタ８５に送り、適応フィルタ８５におけるフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を更新し、当該フィルタ係数ｗｉ（ｎ）を用いて上記式１１の演算を行うことにより、制御指令信号ｕ（ｎ）を演算する。これによって、制御指令信号ｕ（ｎ）は、アンプ８２を介してピエゾアクチュエータ５に供給される。
【００７８】
このような第３実施形態に係る騒音低減装置のように、フィードフォワード型の演算によって制御指令信号ｕ（ｎ）を生成してピエゾアクチュエータ５を制御する場合であっても、上述した場合と同様に乗員頭部位置における騒音を効果的に低減できる。
【００７９】
［第４実施形態］
つぎに、本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００８０】
第４実施形態に係る騒音低減装置は、フィードフォワード型の演算を行って制御指令信号を生成する騒音低減装置であって、図２０に示すように、マイクロフォン７１に代えて２個の加速度センサ４Ａ，４Ｂをフロアパネル１に設け、上述の図１７に示したコントローラユニット７に騒音推定装置１０５を追加している。
【００８１】
騒音推定装置１０５は、アンプ１０１を介して加速度センサ４Ｂと接続されていると共に、アンプ１０２を介して赤外線カメラ６と接続され、適応フィルタ８５で演算した制御指令信号を入力する。騒音推定装置１０５は、加速度センサ４Ｂからの加速度信号と赤外線カメラ６からの赤外線信号と制御指令信号とを用いて、制御空間Ｐにおける騒音を推定する。この騒音推定装置１０５は、例えば図１４に示した構成と同様となっており、推定した騒音を適応則演算部８４に送る。
【００８２】
適応フィルタ８５は、上述した適応則演算部８４によってフィルタ係数が変更される。適応フィルタ８５は、加速度センサ４Ａからの加速度信号をアンプ１０４を介して入力する。適応フィルタ８５は、加速度センサ４Ａからの加速度信号をフロアパネル１における外乱を表す信号として入力し、当該外乱信号に基づいて制御空間Ｐにおける騒音を低減する制御指令信号を演算する。
【００８３】
このような騒音低減装置は、図２１に示すように、先ずステップＳ５１においてコントローラユニット７によって加速度センサ４Ａ，４Ｂからの加速度信号を入力し、ステップＳ５２において、適応則演算部８４により、加速度センサ４Ｂからの加速度信号ｘ（ｎ）にフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を乗算し、ステップＳ５３において、騒音推定装置１０５によって、加速度センサ４Ａからの加速度信号と適応フィルタ８５から出力された制御指令信号を用いて騒音を推定する。
【００８４】
次のステップＳ５４において、適応則演算部８４は、ステップＳ５３において推定された騒音ｅ（ｎ）を用いてフィルタ係数ｗｉ（ｎ）の演算を行う。このとき、適応則演算部８４は、上述の式１３及び式１４の演算を行うことで更新したフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を得て、ステップＳ５５において、当該フィルタ係数ｗｉ（ｎ）によって適応フィルタ８５のフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を更新する。
【００８５】
次のステップＳ５６において、適応フィルタ８５は、更新されたフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を用いて上記式１１の演算を行うことにより制御指令信号ｕ（ｎ）を演算し、アンプ１０３を介してピエゾアクチュエータ５に供給する。
【００８６】
このようにフィードフォワード型の演算によって制御指令信号ｕ（ｎ）を生成してピエゾアクチュエータ５を制御する場合であっても、上述した場合と同様に乗員頭部位置における騒音を効果的に低減できる。
【００８７】
また、騒音推定装置１０５としては、図２２に示すように、上述の図４に示すコントローラ１１から演算器２３Ａ，２３Ｂを除いたものを使用できる。したがって、切り替えトリガ生成器２５によって入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替えて、制御空間Ｐ１，Ｐ２に応じた制御指令信号をピエゾアクチュエータ５に与えることができる。
【００８８】
更に、騒音推定装置１０５としては、図２３に示すように、上述の図１３に示すコントローラ１１から演算器５３を除いたものを使用できる。したがって、頭部位置計算装置５１によって制御空間Ｐ内の乗員頭部位置ｒを求めて、当該乗員頭部位置ｒにおける騒音を推定でき、乗員頭部位置ｒに応じた制御指令信号をピエゾアクチュエータ５に与えることができる。
【００８９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置によって制御空間における騒音を低減する原理を説明するための斜視図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、乗員頭部位置の変化に応じて制御を切り替えることを説明する側面図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において演算器の設計方法を説明するブロック図である。
【図７】制御指令→音圧演算部で用いる伝達関数の周波数特性である。
【図８】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において制御対象とする制御空間を選択する処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において乗員頭部位置に応じた制御空間の切り替え動作について説明する図である。
【図１１】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置による制御空間に応じた静音化制御効果について説明する図である。
【図１２】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置において、乗員頭部位置を検出する領域を設定して、乗員頭部位置の変化に応じて制御を切り替えることを説明する側面図である。
【図１３】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置において騒音を推定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラユニットの構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ フロアパネル
２ タイヤ
３ エンジン
４ 加速度センサ
４Ａ，４Ｂ 加速度センサ
５ ピエゾアクチュエータ
６ａ，６ｂ 赤外線カメラ
７ コントローラユニット
１１ コントローラ
２１ 入力スイッチ
２２Ａ，２２Ｂ 騒音推定装置
２３Ａ，２３Ｂ 演算器
２４ 出力スイッチ
２５ トリガ生成器
３１ 制御指令→振動演算部
３２，３５ 加算器
３３ 振動→音圧演算部
３４ 制御指令→音圧演算部
４１ 演算器
４２ 伝達関数モデル
５１ 頭部位置計算装置
５２ 騒音推定装置
５３ 演算器
６１ 制御指令→振動演算部
６２ 振動→音圧演算部
６３ 制御指令→音圧演算部
７１ マイクロフォン
８４ 適応則演算部
８５ 適応フィルタ
９１，９２ 伝達関数演算部
１０５ 騒音推定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内における騒音を振動又は音響を発生させることによって低減する騒音低減装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車室内騒音を低減することを目的としてフィードバック制御を行う技術として、下記の特許文献１などが知られている。この特許文献１には、マイクを使って実際の騒音を検出して、当該騒音のうち１００Ｈｚ以下の低周波帯域のロードノイズを低減する動作をしている。この技術は、低周波帯域のロードノイズが、車室内音場の音響モードを原因として発生していると仮定をした上で、当該音響モードの腹にマイクロフォンを設置してフィードバック制御によって当該音響モードを打ち消す方式である。
【０００３】
また、下記の特許文献２に記載されているように、マイクロフォンを車室内に設置し、マイクロフォンから得た騒音信号を、フィードバックコントローラを用いて打ち消す技術も知られている。
【０００４】
更に、下記の特許文献３に記載されているように、車室内騒音を低減することを目的としてフィードフォワード制御を行う技術が知られており、当該特許文献３には、座席ヘッドレスト部に備えたマイクを使ってエラー信号を検出し、ドアヒンジ部の加速度センサから参照信号を検出することで、適応フィルタにより、車室内騒音の低減を図っている。
【特許文献１】特開２０００−３２２０６６号公報
【特許文献２】特開２０００−３２２０６号公報（図１０等）
【特許文献３】特開平８−２９２７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した技術では、音響モードを検出し、その音響モードに対して制御をしているため、音響モードが正確に特定できる低周波帯域の騒音に対してしか低減できず、実際には、上記従来例では４０Ｈｚおよび８０Ｈｚのいわゆるドラミングノイズをのみ制御対象として扱っているという問題がある。
【０００６】
また、マイクロフォンから得た騒音信号をフィードバックする上述の特許文献１，２の技術では、マイクロフォンの設置位置に応じて騒音を低減させる効果を実現しようとしており、マイクロフォンが設けられていない空間の騒音を低減させることができないという問題がある。更に、フィードフォワード型の特許文献３に記載の技術についても、マイクロフォンを用いているため、例えばマイクロフォンが騒音検出をしている乗員の頭部位置以外の場所では騒音を低減する効果を得られないという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、乗員の位置が変化した場合であっても、当該変更後の位置における騒音を効果的に低減できる騒音低減装置及び方法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】
本発明に係る騒音低減装置は、車体の振動を検出する振動検出手段と、車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生する騒音低減手段と、振動検出手段によって検出された振動に応じて、騒音低減手段で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段と、車室内における乗員位置情報を取得する乗員位置取得手段とを備え、上述の課題を解決するために、乗員位置取得手段によって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値演算手段によって制御指令値を調節し、騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御する。
【０００９】
また、本発明に係る騒音低減方法は、車室内における騒音を振動又は音を発生させて低減させるに際して、上述の課題を解決するために、車体の振動を検出すると共に、車室内における乗員位置情報を取得するステップと、取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように、振動又は音響を発生させる騒音低減手段に供給する制御指令値を調整するステップと、調整された制御指令値を騒音低減手段に供給するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、乗員位置を取得して、当該乗員位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節し、騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御するので、乗員の位置が変化した場合であっても、当該変更後の位置における騒音を効果的に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明は、例えば図１乃至図３に示すように、車室内の制御空間Ｐ１，Ｐ２間で乗員の位置が変更する場合に、当該変更後の騒音を低減する騒音低減装置に適用される。
【００１３】
この第１実施形態に係る騒音低減装置は、図１乃至図３に示すように、車体の振動を検出する振動検出手段である加速度センサ４と、車室内の騒音を低減させる振動を発生する騒音低減手段であるピエゾアクチュエータ（Piezo-electric actuator）５と、加速度センサ４によって検出された振動に応じて、ピエゾアクチュエータ５で発生させる振動を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段であるコントローラユニット７と、車室内における乗員位置情報を取得する乗員位置取得手段である赤外線カメラ６ａ，６ｂとを備え、赤外線カメラ６ａ，６ｂによって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるようにコントローラユニット７によって制御指令値を調節し、ピエゾアクチュエータ５によって発生させる振動を制御することを特徴とする。なお、この実施の形態では、騒音低減手段として、振動を発生させるものを説明するが、直接的に音響を発生させることによって騒音を低減させるようにしても良い。
【００１４】
通常、車室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３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２からフロアパネル１に進入することに起因するロードノイズ騒音、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。
【００１５】
本発明では主にロードノイズの低減を目的とする。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騒音の主な伝播経路を示す。タイヤ２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、まず車軸およびサスペンション取り付け点からメンバと呼ばれる剛性の高い梁状の部材に進入する。その後、メンバによって囲まれたフロアパネル１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１が振動する。さらに、フロアパネル１の膜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、車室内所定空間（制御空間）Ｐ１，Ｐ２においてロードノイズ騒音が聞こえてしまう。フロアパネル１の他にルーフパネルや窓ガラスが振動することにより騒音が発生するが、サスペンション取り付け部から主に進入するロードノイズの大部分は、フロアパネル１の振動が原因となっていることがわかっている。
【００１６】
そのために、騒音低減装置は、フロアパネル１に加速度センサ４を配置して制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音の推定を行い、ピエゾアクチュエータ５に対する制御指令信号を生成し、当該ピエゾアクチュエータ５の振動による制御音を車室内に入力する。そのため、制御対象としてフロアパネル１が起因となるロードノイズを中心に扱う。なお、フロアパネル１を発生源となる騒音には制御対象としてすべて含まれるため、エンジン３の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１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ガラス、さらにルーフパネルといった同じメカニズムで発生する車室内騒音発生源に対しても、当該部位に加速度センサ４及びピエゾアクチュエータ５を設ければ、同様に、当該部位の振動によって発生する騒音を低減させることができる。
【００１７】
図３に示すように、コントローラユニット７は、フロアパネル１の振動をセンサ信号として加速度センサ４から入力すると共に、乗員の頭部位置を表す赤外線信号を赤外線カメラ６ａ，６ｂから入力し、後述する演算処理を行うことによって制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を低減させる制御指令値を求めて、ピエゾアクチュエータ５を駆動させてフロアパネル１に振動を与える。なお、この実施の形態においては、乗員位置、乗員の頭部位置を検出しているが、これに限らず、更に高い精度で乗員の位置特定ができるようであれば、乗員の耳位置を検出するものであっても良い。
【００１８】
赤外線カメラ６ａ，６ｂは、フロントガラス上部に設置された乗員位置センサであり、制御空間Ｐ１，Ｐ２を含む車室内を撮像して、赤外線信号をコントローラユニット７に供給する。この赤外線信号は、コントローラユニット７におけるアンプ１２で信号増幅された後に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御指令値を演算する演算回路であるコントローラ１１に供給される。また、加速度センサ４で検出された加速度信号は、コントローラユニット７におけるアンプ１３で信号増幅された後に、コントローラ１１に供給される。
【００１９】
コントローラ１１は、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号から、現在の乗員の頭部位置を取得して、当該乗員の頭部位置が存在している制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を加速度センサ４で検出された加速度信号から推定し、当該制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を低減するような制御指令値を演算する。この制御指令値は、アンプ１４を介してピエゾアクチュエータ５に供給させて、ピエゾアクチュエータ５を駆動させる。
【００２０】
このコントローラ１１は、図３に示すように、入力スイッチ２１、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ、演算器２３Ａ，２３Ｂ、出力スイッチ２４、切り替えトリガ生成器２５から構成される。このコントローラ１１は、制御空間Ｐ１，Ｐ２と騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂで制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を乗員の頭部位置によって切り替え、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂによる演算パラメータを切り替える切り替え則を有する。なお、この実施の形態においては、制御空間Ｐ１，Ｐ２という２個の空間において制御指令値を演算するパラメータを切り替える例について説明しているために、２個の騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ、演算器２３Ａ，２３Ｂを備えている場合を示しているが、これに限らず、乗員頭部位置をより精度良く取得して制御空間を細かく区分する場合には、更に多くの騒音推定装置、演算器を備えていても良いのは勿論である。
【００２１】
切り替えトリガ生成器２５には、図２に示すように、乗員頭部が移動し得る制御空間Ｐ１，Ｐ２の情報が保持されている。切り替えトリガ生成器２５は、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号である乗員頭部を撮像した画像情報から乗員頭部の位置を計算して、予め保持しておいた制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れかに現在乗員頭部が属しているかを判断する。切り替えトリガ生成器２５は、例えば赤外線カメラ６ａ，６ｂが遠赤外カメラからなる場合、当該赤外線カメラ６ａ，６ｂから赤外線信号として熱画像データを入力する。そして、切り替えトリガ生成器２５は、熱画像データのうち温度が大きく変化する境界線を検出し、当該境界線と人間の温度分布とに基づいて、乗員の有無及び乗員の頭部位置を検知する。なお、乗員の有無は、運転席を除く他の座席のみについて判断すれば良い。
【００２２】
その結果、乗員頭部が存在している制御空間Ｐ１，Ｐ２に応じた騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂを選択するために、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替える信号を出力する。
【００２３】
また、切り替えトリガ生成器２５は、センサ信号である赤外線信号から乗員位置、乗員の頭部位置を検出するのではなく、乗員の姿勢から乗員位置、乗員の頭部位置を推定しても良い。例えば、平均的な体格の乗員の場合には、ヘッドレスト位置を検出して、当該ヘッドレスト位置を基準として乗員頭部の位置を推定する。このヘッドレスト位置は、シート前後位置とシートバック角度を検出して、一義的に算出することができる。また、乗員の背の高さを推定した上で、乗員位置、乗員の頭部位置を推定しても良い。すなわち、背の低い乗員の場合には、ヘッドレスト位置よりも頭部位置が低くなり、逆に背の高い人の場合にはヘッドレストの位置よりも頭部位置が高くなる。例えば切り替えトリガ生成器２５は、シート前後位置やシートのリフト量から、シートが前方且つリフト量が大きい場合には背が低いと推定する。そして、背が低いほどヘッドレスト位置に対して低い位置に乗員の頭部位置が存在すると推定する。
【００２４】
騒音推定装置２２Ａは、加速度信号と制御指令値とを用いて、制御空間Ｐ１における騒音を推定し、騒音推定装置２２Ｂは、加速度信号と制御指令値を用いて、制御空間Ｐ２における騒音を推定する。ここで、２つの騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ制御空間Ｐ１，Ｐ２における音圧を推定する。また、演算器２３Ａ，２３Ｂは、推定された騒音を低減させる制御指令値を計算して、出力スイッチ２４を介してピエゾアクチュエータ５に供給する。
【００２５】
騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、図５に示すように、制御指令信号から加速度センサ４の位置での振動の伝達関数の演算を行う制御指令→振動演算部３１、加算器３２、加速度センサ４の位置での振動から制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音の伝達関数の演算を行う振動→音圧演算部３３、制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音の伝達関数の演算を行う制御指令→音圧演算部３４、加算器３５を備える。
【００２６】
この騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、入力信号として、加速度信号と制御指令信号とを入力する。必要な数の加速度センサ４を適切な位置に配置し、車室内の騒音と加速度信号の間のコヒーレンスが１に近ければ加速度信号から騒音を推定することができると判断できる。具体的には、コヒーレンスＣｘｙ２は、下記の式１に示すように、
【数１】
【００２７】
のような関数で記述される。ここで、ｘは加速度センサ４の出力ベクトル、ｙは制御空間Ｐ１，Ｐ２での音圧、Ｓｘｙはｘとｙとの間のクロススペクトル密度、Ｓｘｘはｘのクロススペクトル密度、Ｓｙｙはパワースペクトル密度を表す。この式１より、コヒーレンスＣｘｙ２が所定の基準値（例えば０．９）以上になるように加速度センサ４を配置している。以上により、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、加速度信号と制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での推定された騒音を得ることができる。
【００２８】
例えば、制御指令→音圧演算部３４で用いる制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での音圧までの伝達関数は、まず、ピエゾアクチュエータ５をフロアパネル１に設置すると共にマイクロフォン（図示せず）を制御空間Ｐ１，Ｐ２に設置し、ピエゾアクチュエータ５に、サンプルとしての振動を発生させる所定のＭ系列信号を入力し、当該Ｍ系列信号とマイクロフォンの検出信号とを計測する。そして、得られたＭ系列信号及びマイクロフォンの検出信号に対し、例えば制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで、例えば下記の式２，式３の離散時間状態空間モデルである
【数２】
【００２９】
の形式でモデル化がなされる。ここで、式２のｘ（ｔ）はモデルの状態変数、ｕ（ｔ）はピエゾアクチュエータ５へのＭ系列信号、式３のｙ（ｔ）は制御空間Ｐ１，Ｐ２での音圧を表し、マトリクスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれモデルのパラメータマトリクス、ｎはサンプル時刻を表す。
【００３０】
あるいは、制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作するＳＤＴＯＯＬＳ社製「Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃａｌ Ｔｏｏｌｂｏｘ」を用いてモード解析によるシステム同定を行っても良い。この場合は、入出力信号をフーリエ変換することで得られる周波数領域でのノンパラメトリックな伝達関数を予め計算しておき、上記のＭＡＴＬＡＢＴｏｏｌｂｏｘを用いることで制御指令→音圧演算部３４で用いる伝達モデルを得ることができる。実際に上記の方法で得た伝達関数の周波数特性は、図７のようになる。
【００３１】
振動→音圧演算部３３で用いる伝達関数は、まず、予めフロアパネル１上に加速度センサ４を設置すると共に制御空間Ｐ１，Ｐ２にマイクロフォンを設置し、ロードノイズが発生しやすい路面を一定速で走行させ、得られた加速度信号とマイクロフォン信号に対し、上記の制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで、離散時間状態空間モデルとして得られる。
【００３２】
次に、図６に示すブロック線図を用いて演算器２３Ａ，２３Ｂにおける演算パラメータの設計方法を説明する。ここで、設計対象となる演算器４１には信号Ｂが入力され、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号を出力する。制御指令信号は伝達関数モデル４２に入力される。伝達関数モデル４２は、上述の手順でモデル化した「ピエゾアクチュエータ５の制御指令信号から制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音までの伝達特性」を示すモデルである。伝達関数モデル４２から出力される信号と信号Ａ（外乱）とが重ねあわされて信号Ｂ（車室内騒音）となる。この信号Ａから信号Ｂまでの伝達特性は「感度関数」と呼ばれる関数であり、当該信号Ａから信号Ｂまでの伝達特性が所望の周波数帯域において小さくなるように演算器４１を設計することによって、適切な演算パラメータを設定できる。このような設計方法としては、例えば、ＰＩＤ制御、Ｈ２制御、Ｈ∞制御などが挙げられる。また、
細江、荒木、「制御系設計、Ｈ∞制御とその応用」、朝倉書店、１９９４
須田、「ＰＩＤ制御」、朝倉書店、１９９２
に記載されている設計方法を用いることで、下記の式４の形式のＩ次動的コントローラＫｉ，ｉ＝１，・・・，Ｉを設計することが出来る。
【数３】
【００３３】
この式４において、ｕ（ｎ）は時刻ｎでの制御指令値、ｙ（ｉ）は推定した騒音を表す信号Ａを表す。
【００３４】
このようなコントローラ１１において、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂは、図５に示すように、制御指令信号を制御指令→振動演算部３１で入力すると、制御指令によってピエゾアクチュエータ５が振動して加速度センサ４が検知する振動を演算して、加算器３２に供給する。加算器３２には、加速度センサ４で検知された実際の振動と制御指令→振動演算部３１で演算された振動とを加算して、振動→音圧演算部３３に供給する。振動→音圧演算部３３は、車両が走行していることによる振動とピエゾアクチュエータ５が動作したことによる振動とを加算した振動から、制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音（音圧）を演算して、加算器３５に供給する。一方、制御指令信号は制御指令→音圧演算部３４に供給される。制御指令→音圧演算部３４は、ピエゾアクチュエータ５が振動したことによる制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音（音圧）を演算して、加算器３５に供給する。加算器３５は、ピエゾアクチュエータ５から制御空間Ｐ１，Ｐ２への騒音と、フロアパネル１から制御空間Ｐ１，Ｐ２への騒音とを加算して、制御空間Ｐ１，Ｐ２での騒音を出力する。
【００３５】
騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂで推定された騒音は、演算器２３Ａ，２３Ｂにおいて入力され、演算器２３Ａ，２３Ｂは、推定された騒音から、図６を参照して説明したような伝達関数によって当該騒音を低減させるピエゾアクチュエータ５の制御指令値を演算して、ピエゾアクチュエータ５に出力する。
【００３６】
つぎに、上述した騒音低減装置の動作手順について図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。
【００３７】
騒音低減装置のコントローラ１１は、図８に示すように、先ずステップＳ１乃至ステップＳ３において、加速度信号の入力（ステップＳ１）、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号の入力（ステップＳ２）、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号の入力（ステップＳ３）を行う。
【００３８】
次にコントローラ１１の切り替えトリガ生成器２５は、ステップＳ４において、ステップＳ３で取得した赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号から、現在における乗員頭部位置が制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れに存在するかを判定する。この判定結果に応じて、切り替えトリガ生成器２５は、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替え制御して、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ、演算器２３Ａ，２３Ｂの何れかによって制御指令信号を生成させるかを制御する。
【００３９】
次にコントローラ１１は、ステップＳ５において、ステップＳ４で切り替えトリガ生成器２５によって切り替えられた騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂで制御空間Ｐ１，Ｐ２における騒音を推定し、ステップＳ６において、演算器２３Ａ，２３Ｂによって騒音を低減させるようなピエゾアクチュエータ５の制御指令値を演算し、ステップＳ７において、当該制御指令値をピエゾアクチュエータ５に出力して、ピエゾアクチュエータ５でフロアパネル１を振動させる。
【００４０】
ステップＳ４における制御空間Ｐ１，Ｐ２の選択処理は、図９に示すように、先ずステップＳ１１において、切り替えトリガ生成器２５により、車室内の赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号を用いて乗員の頭部位置を計算する。
【００４１】
次のステップＳ１２において、切り替えトリガ生成器２５は、ステップＳ１１で計算した乗員の頭部位置が、予め設定した制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れかに存在するか否かを判定する。双方の制御空間Ｐ１，Ｐ２に乗員の頭部位置が存在しない場合又は判定できない場合にはステップＳ１２からステップＳ１４に処理を進め、制御空間Ｐ１，Ｐ２の何れかに存在する場合にはステップＳ１２からステップＳ１３に処理を進める。このとき、切り替えトリガ生成器２５は、図２に示した制御空間Ｐ１，Ｐ２の仮想的な座標軸上において乗員の頭部位置を決定する。この乗員の頭部位置の判定は、車両前後方向のみならず、車両幅方向においても行って、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ１，Ｐ２に存在するかを判定する。
【００４２】
ステップＳ１３において、切り替えトリガ生成器２５は、赤外線画像と当該赤外線画像において制御空間Ｐ１，Ｐ２を示す座標データである空間マップとを照合して、乗員の頭部位置が存在する空間番号（Ｐ１，Ｐ２）を出力する。これによって、入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４は、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ１に存在することを表す空間番号「Ｐ１」を入力した場合には騒音推定装置２２Ａ及び演算器２３Ａを動作させ、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ２に存在することを表す空間番号「Ｐ２」を入力した場合には騒音推定装置２２Ｂ及び演算器２３Ｂを動作させようなスイッチ切り替え動作を行う。そして、ステップＳ１３の後、処理を図８のステップＳ５に移行する。
【００４３】
一方、ステップＳ１４において、コントローラ１１は、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号が所定範囲外の異常値を示しているか否かを判定することで赤外線カメラ６ａ，６ｂが故障しているか否かを判定し、故障している場合にはステップＳ１５に処理を進めて、予め設定されている基準位置を乗員の頭部位置が存在する空間として空間番号を入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４に出力する。この基準位置とは、例えば、図２に示す制御空間Ｐ１，Ｐ２の境界位置などが挙げられる。また、ステップＳ１４において赤外線カメラ６ａ，６ｂが故障していないと判定した後のステップＳ１６において、前回にステップＳ１３で認識された空間番号を入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４に出力する。
【００４４】
なお、この制御空間Ｐを選択する処理においては、乗員の頭部位置が変化した場合に、当該変化に応じて空間番号を変更して入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を制御していたが、これに限らず、図１０に示すように、乗員の頭部位置と制御空間Ｐ１，Ｐ２に応じた伝達関数であるパラメータとの切り替えタイミングとの間にヒステリシスな関係を持たせた切り替え則としても良い。この切り替え則は、乗員の頭部位置が制御空間Ｐ１から制御空間Ｐ２に移動するときと、制御空間Ｐ２から制御空間Ｐ１に移動するときとで切り替えるタイミングをずらすことにより、両空間の間の切り替え地点に乗員の頭部位置がとどまるときに、制御空間の不安定な切り替えが断続して発生することを防ぐ。
【００４５】
このように、本発明を適用した騒音低減装置によれば、図１１に示すように、乗員の頭部位置が車両後方の制御空間Ｐ２に存在し、乗員の耳位置の制御点にて制振制御を行ったときにおいて、当該制御点周辺位置での制御効果（静音化制御効果）を得ることができる。図１１中の縦軸上端は車両のルーフ位置、縦軸下端はフロアパネル１の位置、制御空間Ｐ１の前端、横軸右端は制御空間Ｐ２の後端である。図１１によれば、制御点（乗員頭部位置）において制御効果が大きくなっており、当該制御点から離れるにつれて制御効果が減少していることがわかる。したがって、乗員頭部位置が制御効果のほとんど得られなかった空間に移動した場合、新たな乗員頭部位置での静音化制御効果を大きくするように入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替えて、騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂで演算する制御指令値を変更することで、常に乗員の頭部位置における騒音を効果的に低減させることができる。
【００４６】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置によれば、乗員位置を取得して、当該位置における騒音を低減できるために、乗員姿勢が変化した場合であっても高い騒音低減効果（静音化制御効果）を得ることができ、低周波帯の騒音のみならず、より高周波のロードノイズも低減できる。
【００４７】
また、この騒音低減装置によれば、乗員頭部位置を取得して、当該乗員頭部位置における静音化制御効果が得られるようにピエゾアクチュエータ５を駆動するので、乗員の耳位置における騒音を効果的に低減できる。
【００４８】
更に、この騒音低減装置によれば、乗員頭部位置が存在しうる空間を制御空間Ｐ１，Ｐ２といったように複数の部分に分割して、制御空間Ｐ１，Ｐ２ごとに騒音推定装置２２Ａ，２２Ｂ及び演算器２３Ａ，２３Ｂを切り替えて制御指令値を演算するパラメータを切り替えるので、粗い精度で乗員頭部位置を検出しても効果的に騒音を低減できる。
【００４９】
更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員頭部位置の変更に応じた制御指令値を演算するパラメータの切り替えにヒステリシスを持たせたために、制御空間Ｐ１と制御空間Ｐ２との境界付近において断続的に制御指令値を演算するパラメータが切り替わることを防ぐことができる。
【００５０】
更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員位置が予め設定した範囲外となった場合に、当該範囲外となる直前の乗員位置を保持して、当該直前の乗員位置によって制御指令値を演算するので、赤外線カメラ６ａ，６ｂの赤外線画像によって乗員位置を求める場合、当該赤外線カメラ６ａ，６ｂで認識できない範囲に乗員位置が移動した場合であっても、乗員位置に近い空間の騒音を低減できる。
【００５１】
更にまた、この騒音低減装置によれば、乗員位置が予め設定した範囲外又は異常な位置となった場合に、当該予め設定した範囲における基準位置によって制御指令値を演算するので、赤外線カメラ６ａ，６ｂが故障した場合であっても、基準位置を乗員位置に設定して安定した制御によって、効果的に騒音を低減できる。
【００５２】
［第２実施形態］
つぎに、本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置について説明する。この第２実施形態に係る騒音低減装置は、図１２に示すように、乗員位置を検出する制御空間Ｐとして、端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを設けて当該端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで囲まれる制御空間Ｐにおけるどの位置に乗員の頭部位置が存在するかを判定することによって、位置精度の高い騒音低減の制御を行うものである。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５３】
第２実施形態に係る騒音低減装置は、図１３に示すように、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号を入力して制御空間Ｐにおける乗員頭部位置ｒを計算する頭部位置計算装置５１と、加速度信号及び制御指令信号を入力して乗員頭部位置ｒにおける騒音を推定する騒音推定装置５２と、制御指令信号を生成する演算器５３とを備える。騒音推定装置５２は、頭部位置計算装置５１で演算された乗員頭部位置ｒが供給されると、当該乗員頭部位置ｒに応じて演算パラメータを変更するようなモデル形式をもっており、演算器５３も同様に、乗員頭部位置ｒに応じて制御指令値を演算するパラメータを変更する。
【００５４】
騒音推定装置５２は、図１４に示すように、制御指令→振動演算部６１と振動→音圧演算部６２と制御指令→音圧演算部６３とを備え、当該制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３のそれぞれに乗員頭部位置ｒを入力する。これによって、制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３は、頭部位置計算装置５１で演算された乗員頭部位置ｒが連続的に変更することに応じて、伝達関数におけるパラメータを連続的に変更する。また、演算器５３は、頭部位置計算装置５１で演算された乗員頭部位置ｒが連続的に変更することに応じて、制御指令信号を演算するパラメータを連続的に変更して、制御指令信号を連続的に変化させる。これによって、ピエゾアクチュエータ５から発生する振動は、乗員頭部位置ｒの変化によって連続的に調整される。
【００５５】
このような制御空間Ｐの端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ及び制御空間Ｐのルーフ方向における頂点を乗員頭部位置として制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３のパラメータを設定しておき、検出又は推定した乗員頭部位置ｒに応じて、頂点におけるパラメータを補間して、実際の乗員頭部位置ｒでのパラメータを生成する。
【００５６】
この騒音推定装置５２及び演算器５３を設計するためには、先ず、制御空間Ｐの端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ及び制御空間Ｐのルーフ方向における頂点を設定しておき、騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３、演算器５３に対してＬＰＶ（Linear Parameter Varying）システム形式でシステム同定を行う。すなわち、入力ｕ、出力ｙ、状態変数ｘに対する状態空間モデルを下記の式５及び式６のように表現する。
【数４】
【００５７】
このシステム同定は、例えば制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上で動作する「System Identification Toolbox」を用いることで行う。また、同ＣＡＤを用いて、極と零点を指定した伝達関数表現としてモデルを作ることもできる。この式５，式６における、θは乗員頭部位置ｒである変動パラメータであり、θの動く範囲は図１２の制御空間Ｐ内として定義されている。Ａ（θ）、Ｂ（θ）、Ｃ（θ）、Ｄ（θ）はそれぞれモデルを表す係数であり、乗員頭部位置ｒにより変動させる。そして、各係数Ａ（θ）、Ｂ（θ）、Ｃ（θ）、Ｄ（θ）に対して乗員頭部位置ｒが線形もしくはアファインな形で表現できていないときは、乗員頭部位置ｒが移動し得る制御空間Ｐの中心位置の周りで線形化しておく。
【００５８】
上記の方法でＬＰＶシステムとして実現されたモデルに対して、例えば公知の論文「P. Apkarian et. al. ; "Self-scheduled Control of Linear Parameter-varying Systems: a Design Example", Automatica, Vol. 31, No. 9, pp. 1251-1261, 1995」に記載されている手法を用いる。これにより、コントローラ１１は、予めオフラインで騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３及び演算器５３を設計しておけば、乗員頭部位置ｒの移動し得る制御空間Ｐの端点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで線形補間として、乗員頭部位置ｒが制御空間Ｐの内部に存在した場合の騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３及び演算器５３をオンラインで設計することができる。上記論文で示された方法は、制御系設計ＣＡＤ「ＭＡＴＬＡＢ」上の「Ｒｏｂｕｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｏｏｌｂｏｘ」を用いることで設計することができる。これによって、オンラインで行う騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２、制御指令→音圧演算部６３及び演算器５３の計算は和積演算に過ぎないために、車両走行時における計算量を少なくできる。
【００５９】
したがって、騒音推定装置５２の制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２及び制御指令→音圧演算部６３、演算器５３は、乗員頭部位置ｒをリアルタイムで頭部位置計算装置５１から取得して、上述の方法で設計したモデルおよびコントローラに代入することにより、リアルタイムで騒音推定装置５２及び演算器５３によって乗員頭部位置ｒに応じたパラメータを設定できる。
【００６０】
このような騒音低減装置のコントローラ１１は、図１５に示すように、先ず加速度信号の入力（ステップＳ２１）、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号の入力（ステップＳ２２）、赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号の入力（ステップＳ２３）を行う。
【００６１】
次にコントローラ１１の頭部位置計算装置５１は、ステップＳ２４において、ステップＳ２３で取得した赤外線カメラ６ａ，６ｂからの赤外線信号から、現在における制御空間Ｐ内の乗員頭部位置ｒを計算して、騒音推定装置５２及び演算器５３に出力する。
【００６２】
次にコントローラ１１は、ステップＳ２５において、騒音推定装置５２により、ステップＳ２４で頭部位置計算装置５１によって計算された乗員頭部位置ｒにおける騒音を推定し、演算器５３により、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で推定された乗員頭部位置ｒにおける騒音を低減させるようなピエゾアクチュエータ５の制御指令値を演算し、ステップＳ２７において、当該制御指令値をピエゾアクチュエータ５に出力して、ピエゾアクチュエータ５でフロアパネル１を振動させる。
【００６３】
このような動作におけるステップＳ２５の騒音推定装置５２における処理は、図１６に示すように、先ずステップＳ３１において頭部位置計算装置５１から乗員頭部位置ｒを示す信号を入力し、ステップＳ３２において、制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２及び制御指令→音圧演算部６３におけるパラメータの変更を行い、ステップＳ３３において、制御指令→振動演算部６１、振動→音圧演算部６２及び制御指令→音圧演算部６３でそれぞれの乗員頭部位置ｒに応じたパラメータで演算を行う。これによって、ステップＳ３４において、推定した騒音（音圧）を示す信号を演算器５３に供給する。
【００６４】
このような第２実施形態に係る騒音低減装置によれば、制御空間Ｐ内における乗員頭部位置ｒを計算して、騒音推定装置５２及び演算器５３のパラメータを連続的に変更できるので、乗員頭部位置ｒを正確に測定し、その乗員頭部位置ｒに応じた伝達モデルによる演算を行うことができ、より効果的に騒音の低減を実現できる。
【００６５】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る騒音低減装置について説明する。この第３実施形態に係る騒音低減装置は、フィードフォワード型の制御によって、乗員頭部位置における騒音を低減するものである。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００６６】
第３実施形態に係る騒音低減装置は、図１７に示すように、制御空間Ｐにおける実際の騒音を測定するためのセンサとしてマイクロフォン７１を備える。このマイクロフォン７１で検出した制御空間Ｐにおける騒音は、コントローラユニット７で検知される。
【００６７】
コントローラユニット７は、マイクロフォン７１からの音響信号をアンプ８１で受信すると共に、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号をアンプ８２から送信し、加速度センサ４で検知した路面の凹凸に応じた加速度信号をアンプ８３で受信する。このコントローラユニット７は、アンプ８１を介してマイクロフォン７１からの音響信号を適応則演算部８４で受信して、当該音響信号に応じて適応フィルタ８５におけるフィルタ係数を変更させる。
【００６８】
このコントローラユニット７は、図１８に示すように、適応則演算部８４及び適応フィルタ８５が単一の演算回路で構成され、伝達関数演算部９１，伝達関数演算部９２と接続されている。伝達関数演算部９１は、加速度センサ４からの加速度信号から制御空間Ｐで発生している騒音までの伝達関数の演算を行い、伝達関数演算部９２は、ピエゾアクチュエータ５への制御指令信号から制御空間Ｐで発生している騒音までの伝達関数の演算を行う。このような構成において、騒音低減装置は、加速度センサ４で得られた加速度信号をｘ（ｎ）、路面から車体に入力される外乱によって制御空間Ｐで発生する騒音をｙ（ｎ）、マイクロフォン７１で得られた音響信号、すなわち低減されていなくマイクロフォン７１で検知された音響信号を誤差信号ｅ（ｎ）とする。ここで、ｎはサンプル時刻を表す。また、適応フィルタ８５の伝達モデルＷ（ｚ）、伝達関数演算部９１伝達モデルＧ（ｚ）、伝達関数演算部９２の伝達モデルＣ（ｚ）をそれぞれ、下記の式７，式８，式９に示すようにする。
【数５】
【００６９】
ここで、式７，式８，式９におけるｚ−ｉはＺ変換のオペレータを表す。なお、式７のフィルタ係数ｗｉがサンプル時刻ｎに依存しているのは、適応フィルタ８５が可変係数フィルタであることによる。このとき、制御空間Ｐにおける騒音信号ｙ（ｎ）とピエゾアクチュエータ５への制御指令信号ｕ（ｎ）は、下記の式１０，式１１に示すように計算される。
【数６】
【００７０】
この式１０，式１１に基づいて計算されたｕ（ｎ）が制御指令信号としてピエゾアクチュエータ５に入力される。
【００７１】
一方、適応則演算部８４は、適応フィルタ８５のフィルタ係数ｗｉ（ｎ）の更新を行う。この適応則演算部８４は、先ず、下記の式１２のように評価関数Ｊを定義する。
【数７】
【００７２】
ここで、一般的に知られたＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムでは、この評価関数Ｊがフィルタ係数ｗｉ（ｎ）に対して最小になるように適応フィルタ８５を更新していく。の更新則は、下記の式１３で与えられる。
【数８】
【００７３】
この式１３におけるＫｅ，Ｋｙは設計パラメータであり、式１３におけるｒ（ｎ−１）は、下記の式１４のように定義される。
【数９】
【００７４】
このような演算を適応則演算部８４で行うことにより、適応フィルタ８５におけるフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を更新できる。
【００７５】
このような騒音低減装置の処理は、図１９に示すように、先ずステップＳ４１において、所定のサンプル時刻ｎとなったことに応じて、加速度センサ４からの加速度信号ｘ（ｎ）及びマイクロフォン７１からの音響（誤差）信号ｅ（ｎ）を取得する。加速度信号ｘ（ｎ）は、アンプ８３を介して適応フィルタ８５に入力され、音響信号ｅ（ｎ）は、アンプ８１を介して適応則演算部８４に入力される。
【００７６】
次のステップＳ４２において、適応則演算部８４により、加速度センサ４からの加速度信号ｘ（ｎ）にフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を乗算し、ステップＳ４３において、マイクロフォン７１からの音響信号ｅ（ｎ）を用いて適応則演算部８４でフィルタ係数ｗｉ（ｎ）の演算を行う。このとき、適応則演算部８４は、上述の式１３及び式１４の演算を行うことで更新したフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を得る。
【００７７】
次のステップＳ４４において、ステップＳ４３で演算したフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を適応則演算部８４から適応フィルタ８５に送り、適応フィルタ８５におけるフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を更新し、当該フィルタ係数ｗｉ（ｎ）を用いて上記式１１の演算を行うことにより、制御指令信号ｕ（ｎ）を演算する。これによって、制御指令信号ｕ（ｎ）は、アンプ８２を介してピエゾアクチュエータ５に供給される。
【００７８】
このような第３実施形態に係る騒音低減装置のように、フィードフォワード型の演算によって制御指令信号ｕ（ｎ）を生成してピエゾアクチュエータ５を制御する場合であっても、上述した場合と同様に乗員頭部位置における騒音を効果的に低減できる。
【００７９】
［第４実施形態］
つぎに、本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００８０】
第４実施形態に係る騒音低減装置は、フィードフォワード型の演算を行って制御指令信号を生成する騒音低減装置であって、図２０に示すように、マイクロフォン７１に代えて２個の加速度センサ４Ａ，４Ｂをフロアパネル１に設け、上述の図１７に示したコントローラユニット７に騒音推定装置１０５を追加している。
【００８１】
騒音推定装置１０５は、アンプ１０１を介して加速度センサ４Ｂと接続されていると共に、アンプ１０２を介して赤外線カメラ６と接続され、適応フィルタ８５で演算した制御指令信号を入力する。騒音推定装置１０５は、加速度センサ４Ｂからの加速度信号と赤外線カメラ６からの赤外線信号と制御指令信号とを用いて、制御空間Ｐにおける騒音を推定する。この騒音推定装置１０５は、例えば図１４に示した構成と同様となっており、推定した騒音を適応則演算部８４に送る。
【００８２】
適応フィルタ８５は、上述した適応則演算部８４によってフィルタ係数が変更される。適応フィルタ８５は、加速度センサ４Ａからの加速度信号をアンプ１０４を介して入力する。適応フィルタ８５は、加速度センサ４Ａからの加速度信号をフロアパネル１における外乱を表す信号として入力し、当該外乱信号に基づいて制御空間Ｐにおける騒音を低減する制御指令信号を演算する。
【００８３】
このような騒音低減装置は、図２１に示すように、先ずステップＳ５１においてコントローラユニット７によって加速度センサ４Ａ，４Ｂからの加速度信号を入力し、ステップＳ５２において、適応則演算部８４により、加速度センサ４Ｂからの加速度信号ｘ（ｎ）にフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を乗算し、ステップＳ５３において、騒音推定装置１０５によって、加速度センサ４Ａからの加速度信号と適応フィルタ８５から出力された制御指令信号を用いて騒音を推定する。
【００８４】
次のステップＳ５４において、適応則演算部８４は、ステップＳ５３において推定された騒音ｅ（ｎ）を用いてフィルタ係数ｗｉ（ｎ）の演算を行う。このとき、適応則演算部８４は、上述の式１３及び式１４の演算を行うことで更新したフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を得て、ステップＳ５５において、当該フィルタ係数ｗｉ（ｎ）によって適応フィルタ８５のフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を更新する。
【００８５】
次のステップＳ５６において、適応フィルタ８５は、更新されたフィルタ係数ｗｉ（ｎ）を用いて上記式１１の演算を行うことにより制御指令信号ｕ（ｎ）を演算し、アンプ１０３を介してピエゾアクチュエータ５に供給する。
【００８６】
このようにフィードフォワード型の演算によって制御指令信号ｕ（ｎ）を生成してピエゾアクチュエータ５を制御する場合であっても、上述した場合と同様に乗員頭部位置における騒音を効果的に低減できる。
【００８７】
また、騒音推定装置１０５としては、図２２に示すように、上述の図４に示すコントローラ１１から演算器２３Ａ，２３Ｂを除いたものを使用できる。したがって、切り替えトリガ生成器２５によって入力スイッチ２１及び出力スイッチ２４を切り替えて、制御空間Ｐ１，Ｐ２に応じた制御指令信号をピエゾアクチュエータ５に与えることができる。
【００８８】
更に、騒音推定装置１０５としては、図２３に示すように、上述の図１３に示すコントローラ１１から演算器５３を除いたものを使用できる。したがって、頭部位置計算装置５１によって制御空間Ｐ内の乗員頭部位置ｒを求めて、当該乗員頭部位置ｒにおける騒音を推定でき、乗員頭部位置ｒに応じた制御指令信号をピエゾアクチュエータ５に与えることができる。
【００８９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置によって制御空間における騒音を低減する原理を説明するための斜視図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において、乗員頭部位置の変化に応じて制御を切り替えることを説明する側面図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において演算器の設計方法を説明するブロック図である。
【図７】制御指令→音圧演算部で用いる伝達関数の周波数特性である。
【図８】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において制御対象とする制御空間を選択する処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置において乗員頭部位置に応じた制御空間の切り替え動作について説明する図である。
【図１１】本発明を適用した第１実施形態に係る騒音低減装置による制御空間に応じた静音化制御効果について説明する図である。
【図１２】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置において、乗員頭部位置を検出する領域を設定して、乗員頭部位置の変化に応じて制御を切り替えることを説明する側面図である。
【図１３】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明を適用した第２実施形態に係る騒音低減装置において騒音を推定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置におけるコントローラユニットの構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明を適用した第３実施形態に係る騒音低減装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明を適用した第４実施形態に係る騒音低減装置における騒音推定装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ フロアパネル
２ タイヤ
３ エンジン
４ 加速度センサ
４Ａ，４Ｂ 加速度センサ
５ ピエゾアクチュエータ
６ａ，６ｂ 赤外線カメラ
７ コントローラユニット
１１ コントローラ
２１ 入力スイッチ
２２Ａ，２２Ｂ 騒音推定装置
２３Ａ，２３Ｂ 演算器
２４ 出力スイッチ
２５ トリガ生成器
３１ 制御指令→振動演算部
３２，３５ 加算器
３３ 振動→音圧演算部
３４ 制御指令→音圧演算部
４１ 演算器
４２ 伝達関数モデル
５１ 頭部位置計算装置
５２ 騒音推定装置
５３ 演算器
６１ 制御指令→振動演算部
６２ 振動→音圧演算部
６３ 制御指令→音圧演算部
７１ マイクロフォン
８４ 適応則演算部
８５ 適応フィルタ
９１，９２ 伝達関数演算部
１０５ 騒音推定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の振動を検出する振動検出手段と、
車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生する騒音低減手段と、
前記振動検出手段によって検出された振動に応じて、前記騒音低減手段で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段と、
前記車室内における乗員位置情報を取得する乗員位置取得手段とを備え、
前記乗員位置取得手段によって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように前記制御指令値演算手段によって制御指令値を調節し、前記騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御することを特徴とする騒音低減装置。
【請求項２】
前記乗員位置取得手段は乗員頭部位置を検出する乗員頭部検出手段であり、
前記制御指令値演算手段は、前記乗員頭部検出手段によって検出された乗員頭部位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節すること
を特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項３】
前記制御指令値演算手段は、前記車室内の空間と前記制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、前記乗員位置取得手段によって検出された乗員位置に応じて前記パラメータを切り替える切り替え則を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記切り替え則が、前記乗員位置と前記パラメータの切り替えタイミングとの間にヒステリシスな関係を持たせていることを特徴とする請求項３に記載の騒音低減装置。
【請求項５】
（第２実施形態）
前記制御指令値演算手段は、予め乗員位置が存在しうる空間の頂点において静音化制御効果が得られる設定となっており、前記乗員位置取得手段によって取得された乗員位置と当該空間の頂点との補間によって制御指令値を調節することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項６】
前記乗員位置取得手段は、取得した乗員位置が予め設定した範囲外となった場合に、当該範囲外となる直前の乗員位置情報を保持して、当該直前の乗員位置によって前記制御指令値演算手段で制御指令値を演算させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項７】
前記乗員位置取得手段は、取得した乗員位置が予め設定した範囲外又は異常な位置となった場合に、当該予め設定した範囲における基準位置によって前記制御指令値演算手段で制御指令値を演算させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項８】
前記乗員位置取得手段は、センサによって乗員位置を検出して、乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項９】
前記乗員位置取得手段は、乗員姿勢を検出して乗員位置を推定し、当該推定した乗員位置を示す乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項１０】
車室内における騒音を振動又は音を発生させて低減させるに際して、
車体の振動を検出すると共に、前記車室内における乗員位置情報を取得するステップと、
前記取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように、振動又は音響を発生させる騒音低減手段に供給する制御指令値を調整するステップと、
前記調整された制御指令値を前記騒音低減手段に供給するステップと
を有することを特徴とする騒音低減方法。
【請求項１１】
前記乗員位置情報を取得するステップでは、乗員頭部位置を検出し、
前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員頭部位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項１０に記載の騒音低減方法。
【請求項１２】
前記車室内の空間と前記制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員位置に応じて前記パラメータを切り替えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の騒音低減方法。
【請求項１３】
前記制御指令値を調整するステップでは、前記乗員位置と前記パラメータの切り替えタイミングとの間にヒステリシスな関係を持たせていることを特徴とする請求項１２に記載の騒音低減方法。
【請求項１４】
（第２実施形態）
予め乗員位置が存在しうる空間の頂点において静音化制御効果が得られる設定をしておき、前記制御指令値を調整するステップでは、前記取得された乗員位置と当該空間の頂点との補間によって制御指令値を調節することを特徴とする請求項１０乃至請求項１３の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１５】
前記乗員位置情報を取得するステップにおいて前記取得した乗員位置が予め設定した範囲外となった場合に、当該範囲外となる直前の乗員位置情報を保持して、前記制御指令値を調整するステップでは、当該直前の乗員位置によって制御指令値を演算することを特徴とする請求項１０乃至請求項１４の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１６】
前記乗員位置情報を取得するステップにおいて前記取得した乗員位置が予め設定した範囲外又は異常な位置となった場合、前記制御指令値を調整するステップでは、当該予め設定した範囲における基準位置によって制御指令値を演算することを特徴とする請求項１０乃至請求項１５の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１７】
前記乗員位置情報を取得するステップでは、前記センサによって検出された乗員位置によって乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１０乃至請求項１６の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１８】
前記乗員位置情報を取得するステップでは、前記乗員姿勢を検出して乗員位置を推定し、当該推定した乗員位置を示す乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１０乃至請求項１６の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１】
車体の振動を検出する振動検出手段と、
車室内の騒音を低減させる振動又は音響を発生する騒音低減手段と、
前記振動検出手段によって検出された振動に応じて、前記騒音低減手段で発生させる振動又は音響を制御する制御指令値を演算する制御指令値演算手段と、
前記車室内における乗員位置情報を取得する乗員位置取得手段とを備え、
前記乗員位置取得手段によって取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように前記制御指令値演算手段によって制御指令値を調節し、前記騒音低減手段によって発生させる振動又は音響を制御することを特徴とする騒音低減装置。
【請求項２】
前記乗員位置取得手段は乗員頭部位置を検出する乗員頭部検出手段であり、
前記制御指令値演算手段は、前記乗員頭部検出手段によって検出された乗員頭部位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節すること
を特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項３】
前記制御指令値演算手段は、前記車室内の空間と前記制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、前記乗員位置取得手段によって検出された乗員位置に応じて前記パラメータを切り替える切り替え則を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記切り替え則が、前記乗員位置と前記パラメータの切り替えタイミングとの間にヒステリシスな関係を持たせていることを特徴とする請求項３に記載の騒音低減装置。
【請求項５】
（第２実施形態）
前記制御指令値演算手段は、予め乗員位置が存在しうる空間の頂点において静音化制御効果が得られる設定となっており、前記乗員位置取得手段によって取得された乗員位置と当該空間の頂点との補間によって制御指令値を調節することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項６】
前記乗員位置取得手段は、取得した乗員位置が予め設定した範囲外となった場合に、当該範囲外となる直前の乗員位置情報を保持して、当該直前の乗員位置によって前記制御指令値演算手段で制御指令値を演算させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項７】
前記乗員位置取得手段は、取得した乗員位置が予め設定した範囲外又は異常な位置となった場合に、当該予め設定した範囲における基準位置によって前記制御指令値演算手段で制御指令値を演算させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項８】
前記乗員位置取得手段は、センサによって乗員位置を検出して、乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項９】
前記乗員位置取得手段は、乗員姿勢を検出して乗員位置を推定し、当該推定した乗員位置を示す乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項１０】
車室内における騒音を振動又は音を発生させて低減させるに際して、
車体の振動を検出すると共に、前記車室内における乗員位置情報を取得するステップと、
前記取得された乗員位置において静音化制御効果が得られるように、振動又は音響を発生させる騒音低減手段に供給する制御指令値を調整するステップと、
前記調整された制御指令値を前記騒音低減手段に供給するステップと
を有することを特徴とする騒音低減方法。
【請求項１１】
前記乗員位置情報を取得するステップでは、乗員頭部位置を検出し、
前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員頭部位置において静音化制御効果が得られるように制御指令値を調節することを特徴とする請求項１０に記載の騒音低減方法。
【請求項１２】
前記車室内の空間と前記制御指令値を演算するパラメータとの対応関係を設定しておき、前記制御指令値を調整するステップでは、前記検出された乗員位置に応じて前記パラメータを切り替えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の騒音低減方法。
【請求項１３】
前記制御指令値を調整するステップでは、前記乗員位置と前記パラメータの切り替えタイミングとの間にヒステリシスな関係を持たせていることを特徴とする請求項１２に記載の騒音低減方法。
【請求項１４】
（第２実施形態）
予め乗員位置が存在しうる空間の頂点において静音化制御効果が得られる設定をしておき、前記制御指令値を調整するステップでは、前記取得された乗員位置と当該空間の頂点との補間によって制御指令値を調節することを特徴とする請求項１０乃至請求項１３の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１５】
前記乗員位置情報を取得するステップにおいて前記取得した乗員位置が予め設定した範囲外となった場合に、当該範囲外となる直前の乗員位置情報を保持して、前記制御指令値を調整するステップでは、当該直前の乗員位置によって制御指令値を演算することを特徴とする請求項１０乃至請求項１４の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１６】
前記乗員位置情報を取得するステップにおいて前記取得した乗員位置が予め設定した範囲外又は異常な位置となった場合、前記制御指令値を調整するステップでは、当該予め設定した範囲における基準位置によって制御指令値を演算することを特徴とする請求項１０乃至請求項１５の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１７】
前記乗員位置情報を取得するステップでは、前記センサによって検出された乗員位置によって乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１０乃至請求項１６の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【請求項１８】
前記乗員位置情報を取得するステップでは、前記乗員姿勢を検出して乗員位置を推定し、当該推定した乗員位置を示す乗員位置情報を取得することを特徴とする請求項１０乃至請求項１６の何れか一項に記載の騒音低減方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２９６８８６（Ｐ２００７−２９６８８６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２４４１８（Ｐ２００６−１２４４１８）
【出願日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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