本公开涉及一种主动振动噪声降低系统，通过使用自适应陷波滤波器，产生与发动机旋转、车辆行驶等产生的振动噪声(如舱内噪声)相位相反的控制声音，并使控制声音与振动噪声相互干扰，以降低振动噪声。
背景技术：
已经提出了一种使用自适应陷波滤波器(单频自适应陷波滤波器(san滤波器))来自适应控制由于发动机旋转而在乘客舱内产生的不愉快的周期性噪声(发动机消音)的主动振动噪声降低系统(参见jp2000-99037a)。自适应陷波滤波器需要的计算量比较小。除了发动机消音外，车辆行驶时，螺旋桨轴之类的旋转体也可能产生舱内周期性噪声，还提出了一种使用自适应滤波器(自适应陷波滤波器)来降低这种舱内周期性噪声的主动振动噪声降低系统(见jp2008-239098a)。
这些主动振动噪声降低系统通常具有如图19中所示的配置。在该系统中，首先，基于发动机旋转速度和车辆速度之类的车辆信息估计周期性噪声的频率f，并产生余弦波信号rc和正弦波信号rs作为参考信号。然后，通过借助自适应陷波滤波器对这些参考信号进行处理而产生控制信号u，该自适应陷波滤波器具有针对余弦波信号rc的第一滤波器系数w0和针对正弦波信号rs的第二滤波器系数w1，并从控制扬声器输出基于控制信号u产生的抵消声音。在降噪的控制目标位置处安装用于检测噪声(抵消后的噪声)的麦克风(误差麦克风)，滤波器系数更新单元通过使用lms(最小均方误差)之类的自适应算法对自适应陷波滤波器的滤波器系数进行更新(自适应控制)，使得误差麦克风的声压(误差信号e)最小化。只需要对两个变量(w0，w1)进行自适应更新，因此这种技术的特点是低计算负荷及高自适应速度。
但是，由于控制扬声器和误差麦克风之间存在着包括电子电路特性在内的声学特性c，因此自适应陷波滤波器的滤波器系数的更新需要考虑到声学特性c。因此，在这些主动振动噪声降低系统中，事先测量(识别)出声学特性c为传递特性c^，该传递特性c^包括振幅特性和频率特性并且由具有作为频率函数的实部c^0和虚部c^1的传递函数表示，并基于识别出的传递特性c^通过滤波处理(滤波)对参考信号进行校正，从而将校正后的参考信号用于自适应陷波滤波器的系数更新。具体地说，参考信号由包括校正滤波器的参考信号校正单元进行校正，该校正滤波器具有根据传递特性c^(实部c^0和虚部c^1)设定的滤波器系数。这种类型的控制系统被称为滤波-x型。注意“^”(帽子符号)是指表示的量的识别值或估计值，在图示和公式(或语句)中放在代表量的符号之上，但在描述中放在符号之后。
如上所述，在滤波-x型控制系统中，构成参考信号校正单元的校正滤波器是固定的滤波器，即其滤波器系数是基于事先识别的传递特性c^而设定的。另一方面，实际的声学特性c可以根据车辆状态(例如扬声器和麦克风的老化、窗和车门的开/关状态、座椅位置、车辆乘员的数量等)而变化。如果声学特性c发生变化，则在声学特性c和事先识别的传递特性c^之间会产生差异，由于这种差异，自适应陷波滤波器的更新处理可能会出现分歧，从而可能会放大噪声和/或产生异常声音。
为了解决这样的问题，本申请的申请人提出了这样一种主动振动噪声降低系统，该系统采用了一种技术，其中引入稳定系数(下文称为稳定系数α)来抑制控制输出的振幅从而提高控制系统的稳定性(参见jp2004-354657a)。该主动振动噪声降低系统的结构基本如图20中所示，并且其操作原理如下。
e＝d y，
因此，
e′＝d (1 α)y
其中，e′代表校正后的误差信号，e代表误差信号，α代表稳定系数，u代表控制信号，c^代表事先识别的传递特性，d代表输入到误差麦克风的噪声，y代表到达控制声音(到达误差麦克风的控制声音)，并且y^代表到达控制声音估计值。
在该控制系统中，更新自适应陷波滤波器的滤波器系数w，使通过使用稳定系数α校正误差信号e而获得的表观(虚拟)校正误差信号e′最小化(变为零)，在这种情况下所需的到达控制声音y是使原始(未校正)误差信号e最小化所需的到达控制声音y的1/(1 α)。因此，通过将稳定系数α设定为大于或等于0(零)的值，可以抑制过多的控制声音输出，并提高系统的稳定性。另一方面，到达控制声音y的减少导致控制目标位置(误差麦克风的安装位置)处的噪声抵消性能降低。因此，在声学特性c与滤波器系数c^相匹配的状态下，例如当车门窗全部关闭时，优选使稳定系数α具有较小的值，以便优先考虑噪声抵消性能。
传统的稳定性改善技术中的稳定系数α是具有固定值的参数，并且事先按照假定的最坏情况(声学特性c变化最大的情况)进行设定，以便在主动降噪系统的控制过程中不会产生异常声音。但是，这样的设定可能会引起以下问题。首先，稳定系数α的设定在控制稳定性和噪声抵消性能之间有一个权衡，如果即使假定的最坏情况很少发生，但是为了确保控制稳定性而将稳定系数α设定为大值，则会不适当地影响噪声抵消性能。其次，如果发生超过假定最坏情况的声学特性c的变化，则无法保证控制稳定性，并且无法避免噪声放大和/或异常声音的产生。
技术实现要素：
鉴于这样的背景，本发明的一个目的是提供一种主动振动噪声降低系统，其即使在声学特性c发生变化时，也能够实现可靠的控制稳定性和优良的噪声抵消性能两者。
为了实现这样的目的，本发明的一个实施方式提供了一种主动振动噪声降低系统10，所述主动振动噪声降低系统包括：抵消振动声音生成器12、14，所述抵消振动声音生成器配置成生成抵消振动声音，以抵消从振动噪声源2产生的振动噪声；误差信号检测器11、15，所述误差信号检测器配置成检测所述振动噪声和所述抵消振动声音之间的抵消误差作为误差信号e；以及主动振动噪声控制器13，所述主动振动噪声控制器配置成接收所述误差信号，并供给控制信号u，用于使所述抵消振动声音生成器生成所述抵消振动声音，其中，所述主动振动噪声控制器包括：参考信号生成单元21，所述参考信号生成单元配置成生成与所述振动噪声源的振动频率同步的参考信号r(rc，rs)；参考信号校正单元25，所述参考信号校正单元配置成用模拟传递特性c^校正所述参考信号，以生成校正参考信号r'(rc'，rs')，所述模拟传递特性代表事先识别的从所述抵消振动声音生成器到所述误差信号检测器的声学特性c；自适应陷波滤波器26，所述自适应陷波滤波器配置成基于所述参考信号生成所述控制信号u；滤波器系数更新单元27，所述滤波器系数更新单元配置成通过使用自适应算法来依次更新所述自适应陷波滤波器的滤波器系数w(w0，w1)；以及稳定性改善单元50，所述稳定性改善单元配置成校正所述误差信号e，其中，所述稳定性改善单元包括：校正值生成单元51，所述校正值生成单元配置成基于所述校正参考信号，生成到达控制声音估计值y^，并将所述到达控制声音估计值乘以稳定系数α以生成误差信号校正值αy^，所述到达控制声音估计值是到达所述误差信号检测器的所述抵消振动声音的估计值；以及误差信号校正单元46，所述误差信号校正单元配置成通过使用所述误差信号校正值来校正所述误差信号以生成校正误差信号e'，其中，所述滤波器系数更新单元27基于所述校正参考信号rc'、rs'和所述校正误差信号e'依次更新所述滤波器系数w(w0，w1)，并且其中，所述稳定性改善单元50还包括稳定系数更新单元56，所述稳定系数更新单元配置成通过使用自适应算法，基于所述校正误差信号e'和所述到达控制声音估计值y^来依次更新所述稳定系数α。
根据这种配置，稳定系数更新单元能够在控制过程中自适应调整稳定系数，从而仅在必要时增大稳定系数，因此，能够实现可靠的控制稳定性和优良的噪声抵消性能两者。
在上述配置中，优选的是，所述稳定性改善单元50还包括：校正值调整单元61，所述校正值调整单元具有所述稳定系数α的不同调整程度的多种模式，所述校正值调整单元配置成通过根据基于所述稳定系数选择的所述多种模式中的一种模式的调整程度调整所述稳定系数来获得调整稳定系数α'，并通过将所述到达控制声音估计值y^乘以所述调整稳定系数来生成调整校正值α'y^；以及误差信号调整单元64，所述误差信号调整单元配置成通过使用由所述校正值调整单元生成的所述调整校正值来校正所述误差信号e而生成调整误差信号e”，其中，所述滤波器系数更新单元27基于所述校正参考信号rc'、rs'和所述调整误差信号e”，依次更新所述滤波器系数w(w0，w1)。
根据这种配置，除了对稳定系数进行自适应处理外，还可以根据模式分步设定用于更新自适应陷波滤波器的滤波器系数的调整稳定系数。
在上述配置中，优选地，所述多种模式包括：控制输出限制模式，当所述稳定系数α小于规定的最小值αmin时，选择所述控制输出限制模式，在所述控制输出限制模式中将所述最小值设定为所述调整稳定系数α'；稳定性保障模式，当所述稳定系数大于比所述最小值大的规定阈值αth时，选择所述稳定性保障模式，在所述稳定性保障模式中将大于所述阈值的规定最大值αmax设定为所述调整稳定系数；以及自适应模式，当所述稳定系数大于或等于所述最小值且小于或等于所述阈值时，选择所述自适应模式，在所述自适应模式中将所述稳定系数设定为所述调整稳定系数。
根据这种配置，根据取决于稳定系数的值选择的模式分步设定在更新自适应陷波滤波器的滤波器系数中使用的调整稳定系数，由此在保证车辆乘员的耳朵附近的噪声抵消效果的同时，可以进一步提高稳定性。
在上述配置中，优选地，所述校正值调整单元61配置成根据所述振动噪声源的所述振动频率设定所述最小值αmin。
根据该配置，可以根据振动噪声源的振动频率，减小误差信号检测器处的声压与车辆乘员的耳朵附近的实际声压之间的差异。
在上述配置中，优选地，当所述稳定系数α超过所述最大值αmax时，所述校正值调整单元61在规定的时间段t内将所述调整稳定系数α'保持在所述最大值。
根据这种配置，能够防止在短时间段内反复切换控制趋于不稳定的稳定性保障模式和控制稳定的自适应模式时可能引起的听力不适。
因此，根据本发明，能够提供一种即使在声学特性c发生变化的情况下也能够实现可靠的控制稳定性和优良噪声抵消性能两者的主动振动噪声降低系统。
附图说明
图1是示出根据本发明的主动振动噪声降低系统的第一应用实施例的配置图；
图2是示出根据本发明的主动振动噪声降低系统的第二应用实施例的配置图；
图3是示出根据本发明的主动振动噪声降低系统的第三应用实施例的配置图；
图4是根据第一实施方式的主动振动噪声降低系统的功能框图；
图5是根据lms算法的自适应处理的说明图；
图6是示出声学特性的假定变化的图表；
图7是示出主动振动噪声降低系统在声学特性发生变化时产生的稳定系数的图表；
图8是示出当声学特性有变化时主动振动噪声降低系统中的自适应陷波滤波器的振幅与传统实施例相比较的图表；
图9是示出当声学特性发生变化时主动振动噪声降低系统中观察到的声压级与无控制的情况和传统实施例比较的图表；
图10是当声学特性没有变化时，发动机旋转速度与稳定系数的相关图；
图11是当声学特性没有变化时，发动机旋转速度与自适应陷波滤波器振幅之间的相关图；
图12是当声学特性没有变化时，发动机旋转速度与声压级之间的相关图；
图13是根据第二实施方式的主动振动噪声降低系统的功能框图；
图14是图13中所示的校正值调整单元的框图；
图15是示出图13中所示的主动振动噪声降低系统的应用实施例的配置图；
图16是示出调整后的稳定系数的最小值αmin表的框图；
图17是发动机旋转速度与调整后的稳定系数的相关图；
图18是发动机旋转速度与声压级之间的相关图；
图19是传统主动振动噪声降低系统的功能框图；以及
图20是另一种传统主动振动噪声降低系统的功能框图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。
图1至图3是示出根据本发明的主动振动噪声降低系统10的第一至第三应用实施例的配置图。在这些实施例中，主动振动噪声降低系统10被应用于车辆1。
如图1中所示，车辆1具有装设在其上作为行驶驱动源的发动机2。主动振动噪声降低系统10包括：作为振动噪声检测单元的误差麦克风11，其配置成检测乘客舱3中的噪声；作为抵消振动声音发生器的扬声器12，其配置成产生与噪声的相位相反的抵消声音(抵消振动声音)作为用于抵消噪声的控制声音；以及主动振动噪声控制器13。误差麦克风11例如放置在前排座椅上方和后排座椅上方的顶棚上。扬声器12可以是装设在前车门和后车门中的车门扬声器之类的音响系统的扬声器。每个误差麦克风11均作为误差信号检测器发挥作用，其配置成检测来自作为振动噪声源的发动机2的噪声与来自扬声器12的抵消声音之间的抵消误差作为误差信号e。主动振动噪声控制器13被供给发动机旋转速度和车辆速度之类的车辆信息以及由各误差麦克风11检测到的误差信号e。主动振动噪声控制器13基于车辆信息和误差信号e产生用于驱动各扬声器12的控制信号u，以控制由扬声器12产生的抵消声音，从而降低由于发动机2的振动而传递给车辆乘员的发动机噪声(发动机消音)。在这种情况下，主动振动噪声控制器13作为主动噪声控制器发挥作用。
图2中所示的主动振动噪声降低系统10包括：用于检测乘客舱3中的噪声的误差麦克风11；作为抵消振动声音发生器的振动致动器14，其配置成产生用于抵消引起噪声的发动机2的振动的抵消振动(抵消振动声音)；以及主动振动噪声控制器13。由振动致动器14产生的抵消振动与发动机2的振动处于相反相位。误差麦克风11与图1中所示的主动振动噪声降低系统10的误差麦克风相似。振动致动器14配置成将产生的抵消振动施加至发动机2，并且例如由主动发动机支架构成。主动振动噪声控制器13被供给发动机旋转速度和车辆速度之类的车辆信息以及由误差麦克风11检测到的误差信号e。主动振动噪声控制器13基于车辆信息和误差信号e产生用于驱动振动致动器14的控制信号u，以控制由振动致动器14产生的抵消振动，从而减少发动机2的振动，并且减少由于发动机2的振动而传递给车辆乘员的发动机噪声(发动机消音)。在这种情况下，主动振动噪声控制器13作为主动振动控制器发挥作用。
图3中所示的主动振动噪声降低系统10包括：作为振动噪声检测单元的振动传感器15，其配置成检测引起乘客舱3中的噪声的发动机2的振动；振动致动器14，其配置成产生抵消振动以抵消发动机2的振动；以及主动振动噪声控制器13。振动传感器15装设在发动机2上，并作为误差信号检测器发挥作用，配置成检测作为误差信号e的误差振动，该误差振动是由发动机2的旋转产生的发动机振动和由振动致动器14施加至发动机2的抵消振动的合成。振动致动器14可以与图2中所示的主动振动噪声降低系统10的振动致动器14类似。主动振动噪声控制器13被供给发动机旋转速度和车辆速度之类的车辆信息以及由振动传感器15检测到的误差信号e。主动振动噪声控制器13基于车辆信息和误差信号e产生用于驱动振动致动器14的控制信号u，以控制由振动致动器14产生的抵消振动，从而减少发动机的振动，并且减少由于发动机2的振动而传递给车辆乘员的发动机噪声(发动机消音)。在这种情况下，同样主动振动噪声控制器13作为主动振动控制器发挥作用。
如上所述，根据本发明的主动振动噪声降低系统10可以在各种模式下使用。除了以上实施例之外，例如，可以代替发动机2装设电动马达作为驱动源，并且主动振动噪声降低系统10可以配置成降低由电动马达产生的振动噪声。在又一个实施例中，主动振动噪声降低系统10可以配置成减少在车辆1的行驶过程中，由于来自驱动系统旋转体(例如螺旋桨轴和传动轴)产生的振动噪声而传递给车辆乘员的驱动系统噪声。因此，主动振动噪声降低系统10能够降低由于旋转运动而产生周期性振动噪声的发动机2或驱动系统的振动噪声。
在下述各实施方式中，车辆1设置有作为驱动源的发动机2，主动振动噪声降低系统10设置有作为振动噪声检测单元的误差麦克风11和作为抵消振动声音发生器的扬声器12，并且主动振动噪声控制器13作为主动噪声控制器发挥作用。
<<第一实施方式>>
参考图4至图12，将描述本发明的第一实施方式。图4是根据第一实施方式的主动振动噪声降低系统10的功能框图。如图4中所示，主动振动噪声控制器13被供给发动机/驱动系统信号x。发动机/驱动系统信号x可以是与振动频率同步的发动机脉冲，例如发动机2的输出轴的旋转频率。
主动振动噪声控制器13包括参考信号生成单元21，该参考信号生成单元21配置成基于发动机/驱动系统信号x生成参考信号r(rc，rs)，在参考信号生成单元21中，频率检测电路22从发动机/驱动系统信号x中检测振动噪声源的振动频率，即，在乘客舱3中引起噪声的振动噪声的频率f。检测到的频率f被供给至余弦波生成电路23和正弦波生成电路24。余弦波生成电路23生成余弦波信号rc，该余弦波信号rc作为基于所供给的频率f的参考信号r。正弦波生成电路24生成正弦波信号rs，该正弦波信号rs作为基于所供给的频率f的参考信号r。由参考信号生成单元21生成的参考信号r(rc，rs)被供给至参考信号校正单元25和自适应陷波滤波器26。
在参考信号校正单元25中，模拟从扬声器12到误差麦克风11的声学特性c的模拟传递特性c^是预先设定的，其中声学特性是被事先识别的。模拟传递特性c^可以由具有实部c^0和虚部c^1的传递函数来表示，该传递函数在规定的频率范围内限定振幅特性和相位特性。模拟传递特性c^对于给定的单个频率可以用单个复数来表示。
余弦波信号rc输入到第一滤波器31，该第一滤波器以模拟传递特性c^的实部c^0作为其系数。正弦波信号rs输入到第二滤波器32，该第二滤波器以模拟传递特性c^的虚部c^1作为其系数。另外，正弦波信号rs输入到第三滤波器33，该第三滤波器以模拟传递特性c^的实部c^0作为其系数。余弦波信号rc还输入到第四滤波器34，该第四滤波器以模拟传递特性c^的虚部c^1的符号反转而获得的值作为其系数。
第一滤波器31的输出和第二滤波器32的输出在第一加法器36处相加，以产生校正余弦波信号rc，该校正余弦波信号被供给至滤波器系数更新单元27。第三滤波器33的输出和第四滤波器34的输出在第二加法器37处相加，以产生校正正弦波信号rs'，该校正正弦波信号被供给至滤波器系数更新单元27。
自适应陷波滤波器26是所谓的单频率自适应陷波滤波器(san滤波器)。在自适应陷波滤波器26中，余弦波信号rc被供给到具有第一滤波器系数w0的第一自适应滤波器41，而正弦波信号rs被供给到具有第二滤波器系数w1的第二自适应滤波器42。第一自适应滤波器41和第二自适应滤波器42均是控制滤波器，其中相应的滤波器系数w(w0，w1)是自适应设定的，并输出与输入信号相位相反的信号。稍后将描述滤波器系数w(w0，w1)的细节。
由自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41滤波过的余弦波信号rc和由自适应陷波滤波器26的第二自适应滤波器42滤波过的正弦波信号rs在第三加法器43处相加，以得到控制信号u。即，自适应陷波滤波器26作为配置成基于参考信号r(rc，rs)生成控制信号u的控制信号生成单元。该控制信号u在d/a转换器44处被转换成模拟信号，并被供给至扬声器12。基于所供给的控制信号u，扬声器12产生控制声音，以抵消由发动机2/驱动系统(噪声源)产生的噪声。
误差麦克风11将噪声检测为误差信号e，其中，该噪声是乘客舱3中的噪声(即主要由发动机2/驱动系统产生并具有规定频率的周期性噪声d)与到达控制声音y合成的结果而获得的抵消误差，该到达控制声音y由扬声器12产生并到达误差麦克风11。需要注意的是，由误差麦克风11检测到的噪声除了上述的抵消误差噪声外，还可以包括源自发动机2和驱动系统以外的其他部件的噪声。误差信号e在a/d转换器45处转换成数字信号，然后在第四加法器46处被校正，以得到表观(虚拟)校正误差信号e'，该校正误差信号e'被供给到滤波器系数更新单元27。第四加法器46是后面描述的稳定性改善单元50的一部分，并且稍后将描述由第四加法器46进行校正的细节。
滤波器系数更新单元27包括：第一滤波器系数更新单元47，其配置成自适应地更新自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41的第一滤波器系数w0；以及第二滤波器系数更新单元48，其配置成自适应地更新自适应陷波滤波器26的第二自适应滤波器42的第二滤波器系数w1。第一滤波器系数更新单元47基于从参考信号校正单元25供给的校正余弦波信号rc'和从第四加法器46供给的校正误差信号e'，通过利用lms算法计算第一自适应滤波器41的第一滤波器系数w0，使得校正误差信号e'最小化。第一滤波器系数更新单元47在每个采样时间进行第一自适应滤波器41的系数计算，并且用计算值更新第一自适应滤波器41的第一滤波器系数w0。第二滤波器系数更新单元48基于从参考信号校正单元25供给的校正正弦波信号rs'和从第四加法器46供给的校正误差信号e'，通过利用lms算法计算第二自适应滤波器42的第二滤波器系数w1，使校正误差信号e'最小化。第二滤波器系数更新单元48在每个采样时间进行第二自适应滤波器42的系数计算，并且用计算值更新第二自适应滤波器42的第二滤波器系数w1。
这样，在主动振动噪声控制器13中，参考信号校正单元25用模拟传递特性c^校正参考信号r(余弦波信号rc和正弦波信号rs)，以产生校正参考信号r'(校正余弦波信号rc'和校正正弦波信号rs')。滤波器系数更新单元27的第一滤波器系数更新单元47和第二滤波器系数更新单元48分别基于相应的校正参考信号r'(校正余弦波信号rc'和校正正弦波信号rs')和校正误差信号e'，通过利用自适应算法，依次更新自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41和第二自适应滤波器42的滤波器系数w(w0、w1)。
从而，通过自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41和第二自适应滤波器42对余弦波信号rc和正弦波信号rs进行的滤波被优化，并且来自发动机2/驱动系统的周期性噪声d被扬声器12基于控制信号u产生的控制声音所抵消，从而降低了舱内噪声。
主动振动噪声控制器13还设置有稳定性改善单元50，用于借助从扬声器12产生的控制声音稳定降噪性能。稳定性改善单元50被供给来自参考信号校正单元25的校正余弦波信号rc'和校正正弦波信号rs'以及来自第四加法器46的校正误差信号e'。
在稳定性改善单元50中，校正余弦波信号rc'被供给至校正值生成单元51的第一滤波器52，而校正正弦波信号rs'被供给到校正值生成单元51的第二滤波器53。稳定性改善单元50的第一滤波器52具有与自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41的第一滤波器系数w0相同的滤波器系数，该滤波器系数如上所述自适应更新。稳定性改善单元50的第二滤波器53具有与自适应陷波滤波器26的第二自适应滤波器42的第二滤波器系数w1相同的滤波器系数，该滤波器系数如上所述自适应更新。
由校正值生成单元51的第一滤波器52滤波过的校正余弦波信号rc'和由校正值生成单元51的第二滤波器53滤波过的校正正弦波信号rs'在校正值生成单元51的第五加法器54处相加，以得到到达控制声音估计值y^，该到达控制声音估计值y^被供给至校正值生成单元51的校正滤波器55。该到达控制声音估计值y^是到达误差麦克风11的抵消声音的到达控制声音y的估计值，并且与周期性噪声d的相位相反。校正滤波器55具有自适应稳定系数α，并使到达控制声音估计值y^乘以自适应稳定系数α以生成误差信号校正值αy^，该误差信号校正值是误差信号e的校正值。生成的误差信号校正值αy^被供给至第四加法器46，并被加到误差信号e以校正该误差信号；即，第四加法器46作为误差信号校正单元发挥作用，配置成通过使用误差信号校正值αy^来校正误差信号e，从而生成校正误差信号e′。以这种方式，从第四加法器46输出表观校正误差信号e′。
除了如上所述供给至滤波器系数更新单元27之外，从第四加法器46输出的校正误差信号e′还供给至稳定性改善单元50。稳定性改善单元50设置有稳定系数更新单元56，该稳定系数更新单元56配置成自适应更新校正滤波器55的稳定系数α。稳定系数更新单元56基于从第五加法器54供给的到达控制声音估计值y^和从第四加法器46供给的表观校正误差信号e′，自适应更新校正滤波器55的稳定系数α，使得校正误差信号e′最小化。在下文中，将具体地进行描述。
在采样时间由“n”代表的前提下，稳定系数更新单元56通过使用以下关于校正误差信号e′的评价函数j来进行更新。具体地，稳定系数更新单元56通过使用lms算法自适应地调整稳定系数α，使得由以下公式代表的评价函数jn最小化(变为零)。
其中j代表评价函数，n代表采样时间，e′代表校正误差信号，e代表误差信号，α代表稳定系数，y^代表到达控制声音估计值，r代表参考信号，c^代表模拟传递特性，w代表滤波器系数，并且*代表滤波操作。
可以用误差面上的一个操作点来说明，如图5中所示。稳定系数α的更新方向为评价函数j的切线梯度的负方向，并且通过乘以步长大小参数μ来调整每个采样步长中稳定系数α的更新量。具体来说，稳定系数α按照以下公式计算。
其中n 1代表下一次采样时间，并且μ代表步长大小参数。在上述公式中，-2μe′y^为稳定系数α的更新量。
进一步地，为了提高稳定性，将稳定系数α设定为大于或等于零的值，如下条件语句所示。
如果αn＜0，则αn＝0
在发生噪声放大或异常声音的情况下，噪声和控制声音不能很好地相互抵消，从而误差信号e中包含的到达控制声音y的分量大大增加。校正误差信号e'也以类似方式大大增加。因此，为了稳定抵消误差，本实施方式的主动振动噪声控制器13设置有配置成校正误差信号e的稳定性改善单元50，该稳定性改善单元50在增加方向上自适应更新稳定系数α，使得校正误差信号e'减小，因此到达控制声音y被抑制。由于抑制了到达控制声音y，减轻误差麦克风11处的声压放大。从上述说明，可以定性地理解主动振动噪声控制器13的效果。
接下来，将描述与主动振动噪声降低系统10确认的关于实施方式的操作和效果。图6是示出图1中所示的主动振动噪声降低系统10的声学特性c的假定变化的图表。如图6中所示，假定在从3000rpm到4500rpm的发动机旋转速度所对应的频带(100hz至150hz)中，声学特性c从细线所示的初始特性变为粗线所示的当前特性，并且作为控制参数的模拟传递特性c^与当前实际声学特性c之间产生差异。
当该实施方式的主动振动噪声控制器13在这样的条件下执行降噪控制时，如图7中“本发明”所示，稳定系数α被更新。需要注意的是，在图7中用细线示出的传统实施例中，稳定系数α被固定地设定为0.4。如图7中所示，在根据实施方式的主动振动噪声降低系统10中，只有当实际声学特性c与模拟传递特性c^之间的差异大时，才会将稳定系数α自适应更新至较大。
因此，作为控制滤波器的自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41和第二自适应滤波器42的振幅(其中振幅对应于控制声音的输出)变得如图8中所示。如图8中所示，在根据本实施方式的主动振动噪声降低系统10中，与其中稳定系数α被固定为0.4的恒定值的传统实施例相比，自适应陷波滤波器26的振幅被抑制。
因此，如图9中所示，在低于或等于3000rpm的发动机旋转速度范围内，本发明(根据本实施方式的主动振动噪声降低系统10)中由粗线所示的声压级比由细线所示的传统实施例中的声压级低5至10db(即，本发明的噪声抵消性能更高)。在实际声学特性c变化的发动机旋转速度3000至4500rpm范围内，噪声放大被抑制。特别是，在3600rpm附近的发动机旋转速度的范围内，与传统实施例相比，噪声放大被大大降低。此外，在实际声学特性c没有变化的高于或等于4500rpm的发动机旋转速度范围内，噪声抵消性能得到恢复。
在声学特性c没有发生变化，因此模拟传递特性c^(控制参数)与实际声学特性c之间没有差异的情况下，稳定系数α变成如图10中所示。如图10中所示，当实际声学特性c与模拟传递特性c^之间没有差异时，在根据本实施方式的主动振动噪声降低系统10中，稳定系数α始终保持较小。
此时自适应陷波滤波器26的振幅如图11中所示。从图11中可以理解到，根据本实施方式的主动振动噪声降低系统10和传统实施例之间的自适应陷波滤波器26的振幅没有大的差异。
另一方面，如图12中所示，根据本实施方式的主动振动噪声降低系统10在整个控制频带内获得了比传统实施例的声压级低约5至10db的声压级(即，高噪声抵消性能)。从上述结果可以确认根据本实施方式的主动振动噪声降低系统10的优越性。
如上所述，稳定性改善单元50除了包括校正滤波器55和第四加法器46之外，还包括稳定系数更新单元56，该稳定系数更新单元56配置成通过基于校正误差信号e'和到达控制声音估计值y^使用自适应算法来依次更新稳定系数α。因此，在控制过程中自适应地调整稳定系数α，并且仅在必要时才使稳定系数α变大，从而实现可靠的控制稳定性和优良的噪声抵消性能两者。
<<第二实施方式>>
接下来，参考图13至图18，将描述本发明的第二实施方式。需要注意的是，与第一实施方式相同或相近的元件用相同的附图标记表示，并且可能不重复冗余描述。第二实施方式的主动振动噪声降低系统10与第一实施方式在稳定性改善单元50的配置方面不同，从而产生两个误差信号e的虚拟值。在下文中，将具体地进行描述。
类似于第一实施方式，第四加法器46将从校正滤波器55供给的误差信号校正值αy^加到从a/d转换器45供给的误差信号e从而生成校正误差信号e'。在第四加法器46处产生的校正误差信号e'被供给至稳定系数更新单元56，并用于更新生成误差信号校正值αy^所必需的稳定系数α。具体地，稳定系数更新单元56以与第一实施方式相同的方式，按照以下公式更新稳定系数α。
除上述配置外，稳定性改善单元50还设置有校正值调整单元61。
图14是图13中所示的校正值调整单元61的框图。如图14中所示，校正值调整单元61包括α′决定电路62和乘法器63。α′决定电路62配置成接收在校正滤波器55处自适应调整的稳定系数α的值(更具体地说，值的副本)。α′决定电路62具有对稳定系数α进行不同程度调整的多种(例如，三种)模式，并且基于接收到的稳定系数α，选择多种模式中的一种，并根据所选择的模式决定调整稳定系数α′，从而将调整稳定系数α′用于更新自适应陷波滤波器26的滤波器系数w。在所示的实施方式中，多种模式包括稳定性保障模式、控制输出限制模式和自适应模式，根据稳定系数α选择这些模式以在三个步骤中按照以下条件语句(1)至(3)自动设定调整稳定系数α′(具体为预先设定的规定最大值αmax、预先设定的规定最小值αmin和稳定系数α之一)。
如果αn＞αth，则α′n＝αmax(1)
否则如果αn＜αmmin，则α′n＝αmin(2)
否则，则α′n＝αn(3)
其中，αth代表规定阈值。
具体地说，如语句(1)所示，当稳定系数α大于规定阈值αth(例如，0.8)时，α′决定电路62选择稳定性保障模式，并将大于阈值αth的最大值αmax(例如，5.0)设定为调整稳定系数α′。需要注意的是，阈值αth被设定为相对较大的值，作为表示控制可能变得不稳定的情况的判定基准。当稳定系数α变得大于阈值αth时，α′决定电路62判定很有可能发生噪声放大和/或异常声音，并将调整稳定系数α′切换到最大值αmax(稳定性保障模式)，以可靠地确保稳定性并抑制噪声放大。
如语句(2)中所示，当稳定系数α小于规定的最小值αmin(例如，0.55)时，α′决定电路62选择控制输出限制模式，并将最小值αmin设定为调整稳定系数α′，以使调整稳定系数α′不至于过小。最小值αmin是可以设定为调整稳定系数α′的最小值，并且设定为大于或等于0(零)的相对较小的值。设定最小值αmin的一个目的是保证最小的系统稳定性。设定最小值αmin的另一个目的是保证在车辆乘员的耳朵附近进行充分的噪声抵消。
如图15中所示，在要降低舱内噪声的情况下，误差麦克风11通常安装在车顶衬里中，并且误差麦克风11的位置处的声压倾向于高于应抵消噪声的车辆乘员耳朵附近的声压。在这种情况下，为了抵消误差麦克风11的安装位置处的噪声，可以输出大的控制声音，并且这可能会由于过大的控制声音导致放大车辆乘员耳朵附近的声压。为了避免这种情况，提供了最小值αmin，以限制控制声音的振幅，从而在车辆乘员的耳朵附近进行充分的噪声抵消。
如语句(3)中所示，在其他情况下(当稳定系数α小于或等于规定阈值αth且大于或等于规定的最小值αmin时)，α′决定电路62选择自适应模式，并将稳定系数α设定为调整稳定系数α′而不进行修改。
需要注意的是，误差麦克风11处的声压与车辆乘员耳朵附近的声压之间的大小关系取决于作为振动噪声源的发动机/驱动系统的振动频率而变更。因此，取决于振动噪声源的振动频率，优选设定调整稳定系数α′的最小值αmin。为了实现这一点，α′决定电路62使用在地址列中存储由频率检测电路22检测到的振动噪声的频率f，并且在数据列中存储最小值αmin的各个值的表。图16是示例性地示出调整稳定系数α′的最小值αmin的表的框图。使用频率检测电路22(图13)获得的振动噪声的频率f作为指针，α′决定电路62从表中读出最小值αmin的值。
另外，为了防止在短时间段内反复切换稳定模式和非稳定模式时可能引起的听觉不适，当将调整稳定系数α′设定为αmax时，α′决定电路62在规定的时间段t内将调整稳定系数α′的值保持在αmax(换言之，保持稳定性保障模式)。该保持按以下语句所示进行。
当t＝0时，cnt0＝0
如果αn＞αth，则cntn＝tfs
否则，则cntn 1＝cntn-1，cntn≥0
其中cnt代表计数器值，并且fs代表采样频率。当计数器值cnt＝0时，执行上述条件语句(2)、(3)。
如图14中所示，乘法器63将从第五加法器54供给的到达控制声音估计值y^乘以由α′决定电路62决定的调整稳定系数α′，以生成调整校正值α′y^。
如图13中所示，由校正值调整单元61生成的调整校正值α′y^供给至第六加法器64，并加至误差信号e，以校正该误差信号。即，第六加法器64作为误差信号调整单元发挥作用，配置成通过使用调整校正值α′y^校正误差信号e从而生成调整误差信号e″。调整误差信号e″是通过使用调整稳定系数α′来根据以下公式计算的，该调整稳定系数α′是分步设定的。
从而，从第六加法器64输出表观的调整误差信号e”。调整误差信号e”被供给至第一滤波器系数更新单元47和第二滤波器系数更新单元48，并用于更新自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41和第二自适应滤波器42。
具体地说，第一滤波器系数更新单元47基于从参考信号校正单元25供给的校正余弦波信号rc'和从第六加法器64供给的调整误差信号e”，通过利用lms算法计算自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41的第一滤波器系数w0，使得调整误差信号e”最小化。第二滤波器系数更新单元48基于从参考信号校正单元25供给的校正正弦波信号rs'和从第六加法器64供给的调整误差信号e”，通过利用lms算法计算自适应陷波滤波器26的第二自适应滤波器42的第二滤波器系数w1，使得调整误差信号e”最小化。
由此，由自适应陷波滤波器26的第一自适应滤波器41和第二自适应滤波器42滤波过的余弦波信号rc和正弦波信号rs被优化，并且来自发动机2/驱动系统的周期性噪声d被扬声器12基于控制信号u产生的控制声音所抵消，从而降低了舱内噪声。
接下来，将描述用本实施方式的主动振动噪声控制器13确认的操作和效果。与第一实施方式类似，假定图6中所示的声学特性c的变化发生在与从3000rpm到4500rpm的发动机旋转速度相对应的频带(100hz到150hz)中。
当该实施方式的主动振动噪声控制器13在这种条件下执行降噪控制时，如图7中“本发明”所示，稳定系数α被更新。在根据该实施方式的主动振动噪声降低系统10中，当实际声学特性c与模拟传递特性c^之间的差异大时，自适应的稳定系数α超过阈值αth，并且调整稳定系数α'自适应地设定为最大值αmax(如图17中所示)。当稳定系数α小于最小值αmin时，调整稳定系数α'自适应地设定为最小值αmin，从而使调整稳定系数α'不会变得太小。在其他情况下，将稳定系数α的值按照原样设定为调整稳定系数α'。
结果，如图18中所示，在发动机旋转速度低于或等于3000rpm时，如在由细线表示的传统实施例中，在由粗线表示的本发明中，误差麦克风11的位置处的噪声水平被抑制。在声学特性c变化的3000至4500rpm的发动机旋转速度范围内，与传统实施例和第一实施方式(图7)相比，本实施方式中的噪声放大被进一步抑制。另外，在本实施方式中，在声学特性c没有变化的高于或等于4500rpm的发动机旋转速度范围内，噪声抵消性能得到恢复。
如上所述，在本实施方式中，校正值调整单元61具有对稳定系数α进行不同程度调整的多种模式，并且通过根据基于稳定系数α选择的模式的调整程度调整稳定系数α，获得调整稳定系数α'。此外，将到达控制声音估计值y^乘以调整稳定系数α'，从而将误差信号校正值αy^调整为调整校正值α'y^。然后，第六加法器64使用调整校正值α'y^来校正要供给至第一滤波器系数更新单元47和第二滤波器系数更新单元48的误差信号e。因此，除了对稳定系数α进行自适应处理外，还可以根据模式分步设定用于更新自适应陷波滤波器26的滤波器系数w(w0，w1)的调整稳定系数α'。
具体地说，校正值调整单元61具有：在稳定系数α小于最小值αmin时选择的控制输出限制模式，其中，将最小值αmin设定为调整稳定系数α'；在稳定系数α大于阈值αth时选择的稳定性保障模式，其中，将最大值αmax设定为调整稳定系数α'；以及当稳定系数α大于或等于最小值αmin且小于或等于阈值αth时选择的自适应模式，其中，将稳定系数α按原样设定为调整稳定系数α'。因此，根据基于稳定系数α的值选择的模式分步设定在自适应陷波滤波器26的滤波器系数w(w0，w1)的更新中使用的调整稳定系数α'，由此，在保证车辆乘员耳朵附近的噪声抵消效果的同时，可以进一步提高稳定性。
另外，如参考图16所述，校正值调整单元61根据振动噪声的频率f，设定稳定系数α的最小值αmin。借此，可以根据振动噪声源的振动频率，减小误差麦克风11处的声压与车辆乘员耳朵附近的实际声压之间的差异。
已在前文中进行了描述本发明的具体实施方式，但本发明不应受到前述实施方式的限制，并且在本发明的范围内可以进行各种修改和变更。例如，在上述实施方式中，描述了主动振动噪声降低系统10具有图1中所示配置的实施例，但是主动振动噪声降低系统10可以具有图2或图3中所示的配置。除此以外，部件的具体结构、布置、数量等以及公式、程序等都可以在本发明的范围内适当改变。此外，上述各实施方式还可以根据实际情况进行组合。另外，上述实施方式中所示的结构要素不一定都是不可缺少的，可以根据情况有选择地采用。
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