轉速增減判斷裝置以及轉速增減判斷方法
2023-10-27 17:05:52
專利名稱：轉速增減判斷裝置以及轉速增減判斷方法
技術領域：
本發明涉及一種轉速增減判斷裝置，該轉速增減判斷裝置使用位於本車輛周圍的周圍車輛的發動機聲音，來判斷周圍車輛的發動機轉速的增減。
背景技術：
以往，作為判斷在本車輛周圍存在的車輛的狀況的技術存在如下所示的技術。作為第一種現有技術是如下一種技術將周圍的聲音轉換為聲壓等級信號，並對在聲壓等級信號的特定頻帶的絕對量和判斷等級進行比較，從而判斷在本車輛周圍是否存在周圍車輛、並根據聲壓等級信號的時間變化來判斷周圍車輛是否接近(例如，參照日本專利文獻1)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開2000-99853號公報。在第一種現有技術中，將周圍的聲音轉換為聲壓等級信號，並對在聲壓等級信號的特定頻帶的絕對量和判斷等級進行比較，從而判斷是否存在周圍車輛、並根據聲壓等級信號的時間變化來判斷周圍車輛是否接近。因而利用第一種現有技術存在以下問題無法進一步判斷作為接近狀況的周圍車輛的發動機轉速增減的狀況或者周圍車輛加減速的狀況。另外，對於周圍車輛的發動機轉速的增減或者周圍車輛的接近和加速等的判斷， 一般情況下需要能夠觀測發動機聲音頻率變化或聲壓變化的足夠長時間(數秒)的聲音信號。因此，在需要短時間內將周圍車輛的發動機轉速的增減狀況或者周圍車輛的加減速的狀況通知駕駛員的安全駕駛支援等的應用中難以使用現有技術。
發明內容
本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在於提供轉速增減判斷裝置，該轉速增減判斷裝置能夠實時地對在本車輛周圍存在的周圍車輛的發動機轉速的增減進行判斷。為了達到上述目的，本發明某些方面涉及的轉速增減判斷裝置具有頻率分析單元，按照每個規定的時間計算出發動機聲音中的、規定的頻率的頻率信號；以及轉速判斷單元，隨著時間的經過，對上述頻率信號的相位是加速地增加還是加速地減少進行判斷，由此判斷發動機轉速的增加或者減少。具體地說，上述轉速判斷單元在隨著時間的經過上述相位加速地增加的情況下， 判斷為發動機轉速增加；在隨著時間的經過上述相位加速地減少的情況下，判斷為發動機轉速減少。在發動機轉速增加的情況下，發動機聲音的頻率隨著時間的經過而增加，並且發動機聲音的頻率信號的相位加速地增加。另一方面，在發動機轉速減少的情況下，發動機聲音的頻率隨著時間的經過而減少，並且發動機聲音的頻率信號的相位加速地減少。相位正在加速地增加還是正在加速地減少能夠根據短時間範圍內所包含的相位來進行判斷。因此，根據該結構，能夠實時地判斷在本車周圍存在的周圍車輛的發動機轉速的增減。優選的是，上述轉速增減判斷裝置還具有相位曲線計算部，計算對上述頻率信號的相位隨時間變化進行近似的相位曲線，上述轉速判斷單元通過基於上述相位曲線的形狀對上述頻率信號的相位是加速地增加還是加速地減少進行判斷，從而判斷發動機的轉速增加或是減少。具體地說，上述轉速判斷單元在上述相位曲線向下凸的情況下判斷為上述頻率信號的相位正在加速地增加，從而判斷發動機轉速正在增加。另外，上述轉速判斷單元在上述相位曲線向上凸的情況下判斷為上述頻率信號的相位正在加速地減少，從而判斷發動機轉速正在減少。具有如下性質在相位曲線加速地增加的情況下，相位曲線具有向下凸的形狀，在相位加速度減少的情況下，相位曲線具有向上凸的形狀。通過利用該性質，能夠精確地判斷相位是正在加速地增加還是正在加速地減少，從而能夠判斷發動機轉速正在增加還是正在減少。優選的是，上述轉速判斷單元僅在隨著時間的經過的相位的變化值在規定閾值以下的情況下，判斷上述發動機轉速增加或減少。在周圍車輛換擋的情況下，相位急劇變化。因此，除了這樣的情況以外，能夠進行上述判斷。優選的是，上述轉速增減判斷裝置還具備相位校正部，為了與規定數量的上述相位之間的差變小，在與上述規定數量的上述相位不同的其他上述相位上加上士 Xm弧度，從而對上述其他相位進行校正，其中，m是自然數。由此，能夠對與其他時刻的相位偏移較大的相位進行校正，並能夠精確地判斷發動機轉速的增減。另外，上述轉速增減判斷單元還具有誤差計算單元，對上述相位曲線與上述頻率信號的相位之間的誤差進行計算；以及相位校正部，按照每個相互不同的角度範圍，通過對上述相位加上士 Xm弧度，使得上述相位收納於該角度範圍內，由此對上述相位進行校正，其中，m是自然數，上述相位曲線計算部按照每個角度範圍計算出上述相位曲線，上述誤差計算單元按照每個上述角度範圍，計算出上述誤差，上述相位校正部進一步選擇上述相位曲線與上述頻率信號相位之間的誤差最小時的角度範圍，上述轉速判斷單元也可以通過基於在所選擇的上述角度範圍的上述相位曲線的形狀，來判斷上述頻率信號的相位是加速地增加還是加速地減少，從而判斷發動機轉速增加或者減少。由此，能夠對與其他時刻的相位偏移較大的相位進行校正，並能夠精確地判斷發動機轉速的增減。優選的是，上述頻率分析單元按照每個規定的時間計算出在包含雜音和發動機聲音的混合聲音中的、上述規定頻率的頻率信號，上述相位曲線計算部，計算對上述混合聲音的頻率信號的相位隨時間變化進行近似的相位曲線，上述轉速增減判斷裝置還具有誤差計算單元，對上述相位曲線和上述混合聲音的頻率信號的相位之間的誤差進行計算；以及音響信號識別單元，基於上述誤差，對上述混合聲音是否是發動機聲音進行識別，上述轉速判斷單元對由上述音響信號識別單元識別為發動機聲音的上述混合聲音的相位判斷發動機轉速的增加或者減少。根據該結構，能夠去除雜音的影響，僅對發動機聲音判斷發動機轉速的增加或減少。因此，能夠提高判斷的精度。優選的是，上述頻率分析單元對由各自接受發動機聲音的輸入且相互分開進行配置的多個麥克風所接受的多個發動機聲音的每一個計算頻率信號，上述轉速增減判斷裝置還具有方向檢測部，其基於由上述多個麥克風所接受的多個上述發動機聲音到達的時間差來檢測上述發動機聲音的聲音源方向，僅在由上述轉速判斷單元判斷為發動機轉速正在增加的情況下，輸出上述聲音源方向的檢測結果。僅在判斷為發動機轉速正在增加的情況下能夠輸出聲音源方向的檢測結果。因此僅在周圍車輛一邊加速一邊接近這樣特別危險的情況能夠向駕駛員提示周圍車輛接近的方向。另外，本發明不但能夠實現具有上述特徵的單元的轉速增減判斷裝置，也能夠實現將包含於轉速增減判斷裝置中特徵的單元作為步驟的轉速增減判斷方法，以及將包含於轉速增減判斷方法中特徵的步驟作為使計算機執行的程序。並且，這樣的程序中，當然能夠通過CD-ROM (Compact Disc -Read Only Memory)等非易失性的記錄介質或網際網路等的通信網絡流通。根據本發明能夠實時地判讀在本車輛周圍存在的周圍車輛的發動機轉速的增減。
圖1是對本發明的相位進行說明的圖。
圖2是對本發明的相位進行說明的圖。
圖3是對發動機聲音進行說明的圖。
圖4是對發動機轉速固定時的發動機聲音的相位進行說明的圖。
圖5是對發動機轉速增加來使車輛加速時的發動機聲音的相位進行說明的圖。
圖6是對發動機轉速減少來使車輛減速時的發動機聲音的相位進行說明的圖。
圖7是示出在本發明的實施方式1中的加減速判斷裝置的整體結構的框圖。
圖8是示出在本發明的實施方式1中的加減速判斷裝置的動作順序的流程圖。
圖9是對DFT分析中的能量和相位進行說明的圖。
圖10是對相位的校正處理進行說明的圖。
圖11是對相位的校正處理進行說明的圖。
圖12是對相位曲線的計算處理進行說明的圖。
圖13是對相位的校正處理進行說明的圖。
圖14是對相位的校正處理進行說明的圖。
圖15是示出在本發明的實施方式2中的雜音去除裝置的整體結構的框圖。
圖16是示出在本發明的實施方式2中的雜音去除裝置的提取聲音判斷部的結構的框圖。
圖17是示出在本發明的實施方式2中的雜音去除裝置的動作順序的流程圖。
圖18是示出對在本發明的實施方式2中的提取聲音的頻率信號進行判斷處理的動作順序的流程圖。圖19是對頻率分析進行說明的圖。圖20是對發動機聲音和風雜音進行說明的圖。圖21是對相位距離的計算處理進行說明的圖。圖22是對發動機聲音的相位曲線進行說明的圖。圖23是對相位曲線的誤差進行說明的圖。圖M是對發動機聲音的提取處理進行說明的圖。圖25是示出在本發明實施方式3的車輛檢測裝置的整體結構的框圖。圖沈是示出在本發明實施方式3的車輛檢測裝置的提取聲音判斷部結構的框圖。圖27是示出在本發明實施方式3的雜音去除裝置的動作順序的流程圖。圖觀是示出對在本發明的實施方式3中的提取聲音的頻率信號進行判斷處理的動作順序的流程圖。
具體實施例方式本發明的特徵是關注發動機聲音等的周期聲音、即頻率隨著時間而變化的聲音的相位的時間變化來判斷車輛的加減速。另外，本發明所說的周期聲音是指相位固定或者相位變化連續的聲音。在這裡使用圖1來對本發明中使用的相位進行定義。在圖1(a)中概要地示出了輸入的發動機聲音的例子。橫軸表示時間，縱軸表示振幅。在這裡發動機的轉速相對於時刻是固定的，示出了發動機聲音的頻率沒有變化的情況下的例子。另外，在圖1(b)中示出了使用傅立葉變換來進行頻率分析時的作為基礎波形的頻率f的正弦波(在這裡將與發動機聲音頻率相同的值作為規定的頻率f)。橫軸和縱軸與圖1(a)相同。通過將該基礎波形和輸入了的混合聲音進行疊加處理，從而求出頻率信號 (相位)。在該例子中將基礎波形進行固定而不在時間軸方向上移動，來進行與輸入的發動機聲音的疊加處理，從而求出每個時刻的頻率信號(相位)。在圖1(c)示出了通過該處理求出的結果。橫軸表示時間，縱軸表示相位。在該例子中發動機的轉速相對於時刻是固定的，輸入了的發動機聲音的頻率相對於時刻固定。因此，在規定的頻率f的相位不是加速地增加或者加速地減少。在該例子中，將與轉速固定的發動機聲音的頻率相同的值作為規定的頻率f，但在將比發動機聲音頻率小的值作為規定的頻率f的情況下相位按照一次函數增加。另外，在將比發動機聲音頻率大的值作為規定的頻率f的情況下相位按照一次函數減少。在哪一種情況下，在規定的頻率f的相位都不是加速地增加或者加速地減少。另外，在音頻信號領域或快速傅立葉變換(FFT)等中通常將基礎波形在時間軸方向上移動並進行疊加。將該基礎波形在時間軸方向上移動並進行疊加的情況下，通過之後對相位進行校正從而能夠變換為在本發明中定義的相位。下面使用附圖來進行說明。圖2是對相位進行說明的圖。在圖2(a)中概要地示出輸入的發動機聲音的例子。 橫軸表示時間，縱軸表示振幅。另外，在圖2(b)中示出了使用傅立葉變換來進行頻率分析的情況下的作為基礎波形的頻率f的正弦波(在這裡將與發動機聲音頻率相同的值作為規定的頻率f)。橫軸和縱軸與圖2(a)相同。通過將該基礎波形與輸入了的混合聲音進行疊加處理從而求出頻率信號(相位)。在該例子中通過使基礎波形在時間軸方向上移動並與輸入了的發動機聲音進行疊加處理，從而求出每個時刻的頻率信號(相位)。在圖2(c)示出了通過該處理求出的結果。橫軸表示時間，縱軸表示相位。由於輸入了的發動機聲音的頻率為f，因此以Ι/f的時間的周期規則地重複在頻率f的相位的模式。因此，通過將由計算出的相位Ψ (t)得到的規則地重複的相位進行校正(Ψ' (t)= mod (￥(t)-2Jift) (f是分析頻率))，從而得到如圖2(d)所示的相位。S卩，通過進行相位校正能夠變換為圖1(c)所示的在本發明中所定義的相位。接下來，對頻率變化進行說明，該頻率針對伴隨著發動機轉速的發動機聲音的時間。圖3是在後述的DFT分析部對汽車的發動機聲音進行分析的譜圖。縱軸表示頻率， 橫軸表示時間，顏色的濃度表示頻率信號的能量的大小。深色(黑色)表示能量較大。圖3 是儘量去除了風等的雜音的數據，顏色深的部分(較黑的部分)大體表示發動機聲音。通常像這樣發動機聲音是隨著時間轉速變化的數據，根據譜圖可知頻率隨著時間的經過而變化。發動機是通過規定數量的氣缸進行活塞運動從而使驅動系統運轉。並且由車輛所發出的發動機聲音包括依存於該發動機運轉的聲音和不依存於發動機運轉的固定振動聲音或非周期聲音。特別是從車輛外部能夠檢測的主要的聲音是依存於發動機運轉的周期聲音。在本實施方式中，著眼依存於該發動機運轉的周期聲音進行加減速的判斷。如圖3中的虛線的圓501、502以及503所示，可知發動機聲音因轉速的變化頻率根據時間部分地變化。在此，關注頻率變化時，可知幾乎不存在頻率隨機的變化或者離散地跳躍這樣的情況，在以規定的時間間隔來看時，示出規定的增減。例如，可知在區間A中越向右頻率越減少。在該區間中發動機的轉速降低車輛減速。可知在區間B中越向右頻率越增加。在該區間中發動機轉速增加車輛加速。另外，可知在區間C中大體上以固定的頻率推移。在該區間發動機的轉速固定，車輛穩定行駛。在此，對發動機轉速的增減和發動機聲音的相位的關係進行分析。圖4 (a)是概要地示出在區間C中發動機轉速固定時的發動機聲音的圖。在這裡將發動機聲音的頻率設為f。圖4(b)是示出基礎波形的圖。在這裡將基礎波形的頻率設為與發動機聲音的頻率相同的值。圖4(c)是表示相位相對於基礎波形的圖。如圖4(c)所示， 作為發動機轉速固定的發動機聲音如圖1示出的正弦波所示，具有這固定的周期。因此，在規定頻率f的相位相對於時間變化沒有加速地增加或者加速地減少。另外，作為對象的聲音是固定的頻率，在基礎波形的頻率較低的情況下，相位慢慢變遲。但是，因為減少量固定，所以相位的形狀線性地減少。另一方面，設為對象的聲音是固定的頻率，基礎波形的頻率較高的情況下，相位漸漸變快。但是，因為該增加量固定所以相位的形狀線性地增加。圖5(a)是概要地示出在區間B發動機轉速增加、車輛加速時發動機聲音的圖。此時發動機聲音的頻率與時間一起增加。圖5(b)是表示基礎波形的圖。例如基礎波形的頻率設為f。圖5(c)是表示相位相對於基礎波形的圖。發動機聲音具有如正弦波的周期性，並且具有周期漸漸變快的波形，因此如圖5(c)所示，相對於基礎波形的相位隨著時間變化加速地增加。圖6(a)是概要地示出在區間A發動機轉速降低、車輛減速時的發動機聲音的圖。 此時發動機聲音的頻率與時間一起減少。圖6(b)是表示基礎波形的圖。例如基礎波形的頻率設為f。圖6(c)是表示相位相對於基礎波形的圖。發動機聲音具有如正弦波的周期性， 並且具有周期漸漸變慢的波形，因此如圖6(c)所示，相對於基礎波形的相位隨著時間變化加速地減少。從而，如圖5(c)或圖6(c)所示，通過使用相對於基礎波形的相位，求出相對於相位隨時間變化的加速的增減，從而能夠判斷發動機轉速的增減、即能夠判斷車輛的加減速。 另外，在本實施方式中通過利用在短時間內變化較大的相位的性質，與根據譜圖能量的變化而求出的加減速的以往技術相比較，能夠以短時間的數據判斷瞬時的加減速。由此，能夠在短時間內將周圍車輛的加減速的狀況通知駕駛員。例如，在這些車輛行駛的道路是優先道路，在對方的車輛行駛的道路存在暫時停止線的死角交叉點的情況下，能夠通知駕駛員對方的車輛是將要加速或者穩定行駛通過交叉點還是以將要在暫時停止線停止。下面對於本發明的實施方式參照附圖來進行說明。(實施方式1)對實施方式1涉及的加減速判斷裝置進行說明。該加減速判斷裝置與權利要求中的轉速增減判斷裝置對應。圖7是示出本發明實施方式1的雜音去除裝置的結構的框圖。在圖7中加減速判斷裝置3000具有DFT分析部3002，相位校正部3003 (j) (j = 1 Μ)、頻率信號選擇部3004 (j) (j = 1 Μ)、相位曲線計算部3005 (j) (j = 1 Μ)、以及加減速判斷部3006 (j) (j = 1 Μ)。相位校正部3003 (j) (j = 1 Μ)具有M個相位校正部，第j個相位校正部3003 (j)執行有關後述的頻帶j的處理。在本說明書中以同樣參考符號記載的處理部是相同的。DFT分析部3002與權利要求中的頻率分析單元對應。加減速判斷部3006 (j)與權利要求中的轉速判斷單元對應。DFT分析部3002對被輸入的發動機聲音3001實施傅立葉變換處理，對多個頻帶中的每一個頻帶求出包含發動機聲音3001的相位信息的頻率信號。另外，DFT分析部3002 也可已使用快速傅立葉變換、離散餘弦變換、或小波變換等其他的頻率變換方法來進行頻率變換。下面假設由DFT分析部3002求出的頻帶的個數為M，指定它們的頻帶號碼用符號 j (j = 1 Μ)表示。相位校正部3003 (j) (j = 1 Μ)對DFT分析部3002求出的頻帶j的頻率信號將時刻t的頻率信號的相位設為Ψα)(弧度)時，相位校正為(t) =mod 2 71 (ψ (t)-2JT ft) (f 是分析頻率)。頻率信號選擇部3004(j) (j = 1 Μ)在規定的時間寬度內從相位校正部3003 (j) (j = 1 Μ)進行相位校正後的頻率信號中選擇用於計算相位曲線的頻率信號。相位曲線計算部3005(j) (j = 1 Μ)使用對頻率信號選擇部3004 (j) (j = 1 Μ)選擇的頻率信號進行校正後的相位Ψ 『 (t)，將伴隨時間經過相位發生變化的相位形狀計算為二次曲線。加減速判斷部3006(j) (j = 1 Μ)根據相位曲線計算部3005 (j) (j = 1 Μ)計算的相位曲線以相位的增加量為基礎判斷發動機轉速的增減、即車輛的加減速。隨著時間的經過，發動機轉速正在增加時是車輛正在加速的時候，發動機轉速正在減少的時候是車輛正在減速的時候。在時間方向上移動規定的時間寬度並進行這些處理。另外，本發明所需的結構要件是圖7所示的DFT分析部3002和加減速判斷部 3006 (j)。DFT分析部3002如果能夠直接得出圖1 (c)所示的在本發明中所定義的相位則不需要相位校正部3003 (j)。接著對如上構成的加減速判斷裝置3000的動作進行說明。下面，對第j個頻帶進行說明。在這裡以頻帶的中心頻率和基礎波形的頻率一致的情況為例進行說明。即，對分析頻率f判斷相位Ψ' (t) ( = mod (￥(t)-2Jift))的頻率f是否增加。另外，在本實施方式中DFT分析部3002將所說的基礎波形在時間軸上移動並進行通常的頻率分析，這樣得到的相位Ψ (t)。因此進行將相位校正為前述定義的相位 Ψ 『的處理(Ψ' (t) ( = mod 2ji (ψ (t)-2Jift)))。圖8是表示加減速判斷裝置3000的動作順序的流程圖。最初，DFT分析部3002接受發動機聲音3001並對發動機聲音3001實施傅立葉變換處理，按照每個頻帶j求出頻率信號(步驟S101)。接著，相位校正部3003 (j)對DFT分析部3002求出的頻帶j的頻率信號將時刻t的頻率信號的相位設為Ψα)(弧度)時，通過將Ψα)變換為ν' (t) =mod 2 π ( ψ (t) -2 π ft) (f是分析頻率)來進行相位校正(步驟S102 (j))。在此使用附圖對在本發明中使用相位的理由以及進行相位校正的方法例子進行說明。圖3是在DFT分析部3002對汽車的發動機聲音進行分析的譜圖。縱軸表示頻率， 橫軸表示時間，顏色的濃度表示頻率信號的能量的大小。濃的顏色表示能量較大。圖3是儘量去除風等的雜音後的數據，顏色濃的部分大體表示發動機聲音。通常情況下，像這樣的發動機聲音是轉速與時間一起變化的數據，根據譜圖可知頻率與時間的經過一起變化。發動機是通過規定數量的氣缸進行活塞運動從而使驅動系統運轉。並且由車輛所發出的發動機聲音包括依存於該發動機運轉的聲音和不依存於發動機運轉的固定振動聲音或非周期聲音。特別是從車輛外部能夠檢測的主要的聲音是依存於發動機運轉的周期聲音。在本實施方式中，關注周期聲音是依存於該發動機運轉的周期聲音這一點，並基於相位的時間變化進行加減速的判斷。如圖3中的虛線的圓501、502以及503所示，可知發動機聲音因轉速的變化頻率根據時間進行變化。在此，關注頻率變化時，可知幾乎不存在頻率隨機的變化或者離散地跳躍這樣的情況，在以規定的時間間隔來看時，示出規定的增減。例如，可知在區間A中越向右頻率越減少。在該區間中發動機的轉速降低車輛減速。可知在區間B中越向右頻率越增加。在該區間中發動機轉速增加車輛加速。另外，可知在區間C中大體上以固定的頻率推移。在該區間發動機的轉速固定，車輛穩定行駛。圖9是對DFT分析的能量和相位進行說明的圖。圖9 (a)與圖3相同，是對汽車的發動機聲音進行DFT分析的譜圖。圖9(b)是示出DFT分析的概念的圖。例如，從發動機轉速增加來進行加速的區間的時刻tl開始，使用規定的時間窗寬度的規定的窗函數(海因窗)來在多個空間上表示頻率信號601。算出頻率Π、f2、f3等各頻率的振幅和相位。頻率信號601的長度表示振幅的大小(能量)，頻率信號601和實軸所成的角度表示相位。並且，一邊進行時間偏移一邊求出各時刻的頻率信號。在這裡，通常情況下，譜圖僅表示在各時刻的各頻率的能量，而對相位進行了省略。圖3和圖9(a)所示的譜圖也相同，僅表示DFT分析後的能量的大小。在將頻率信號的實部表示為X (t)、頻率信號的虛部表示為y (t)時，頻率信號的相位ψα)以及大小(能量)p(t)是公式ι以及公式2表示。[算式1]ψ (t) = mod 2π (arctan (y (t)/χ (t)))(公式 1)[算式2] p{t) = ylx(t)2+y(t)2 (公式 2)在這裡的符號t表示頻率信號的時刻。圖9(c)表示在圖9(a)中發動機的轉速增加來進行加速的區間的頻率(例如頻率 f4)的能量的時間變化。橫軸是時間軸，縱軸表示頻率信號的大小(能量)。根據圖9(c) 可知，能量的變動是隨機，無法觀測其增加或減少。如圖9(c)所示，通常情況下，譜圖省略相位信息，而僅由能量表示信號的變化。因此，為了觀測發動機聲音的聲壓的變化，需要足夠長時間(數秒)的聲音信號。進而，在存在風等的雜音的情況下，因為聲壓的變化被噪音淹沒，所以觀測困難。因此，在需要短時間內將周圍車輛的加減速的狀況通知駕駛員的安全行駛支援等的應用中進行使用，在以往情況下是困難的。在圖9(d)中示出了在圖9 (a)中發動機的轉速增加來進行加速的區間的規定的頻率間(例如轉速的頻率從f4增加到f5)的時間變化。橫軸表示時間軸。縱軸是頻率，填塗有斜線的部分902表示具有一定的能量的區間。根據圖9 (d)可知，頻率的變動是隨機，無法觀測發動機轉速的增加或減少。如圖9(c)所示，通常情況下，在譜圖中省略了相位信息，而僅由能量表示信號的變化，因此為了觀測發動機聲音的頻率變化，需要足夠長時間(數秒) 的聲音信號。進而，在存在風等的雜音的情況下，因為頻率的變化進一步被噪音淹沒，所以觀測困難。例如，即使發動機聲音從頻率f4變化為頻率f5，期間如果存在雜音也無法根據頻率信息觀測變化。因此，在需要將周圍車輛的加減速的狀況在短時間內通知駕駛員的安全行駛支援等的應用中進行使用是困難的。因此在本實施方式中關注相位，根據相位的時間變化判斷加減速。上述發動機聲音的轉速的增減和相位隨時間變化的關係用算式表示時，可以表示為以下的關係式。[算式3]Ψ (t) = 2 31 / f(t)dt (公式 3)如圖3等所示可知發動機聲音等的頻率的變化幾乎不存在頻率隨機的變化或者離散地跳躍這樣的情況，在以規定的時間間隔來看時，示出規定的增減。從而，該增減例如以下述的公式4所示一次的分段線性函數近似。[算式4]
f(t) = At+f0 (公式 4)具體的說，在規定的時間區間進行觀察的情況下，能夠認為時刻t的頻率f以從初始值fo開始在時間t內比例(比例係數A)地進行增減的線段來進行線性近似。並且，以上公式4表示頻率f的情況下，時刻t的相位Ψ能夠表示為公式5。[算式5]ψ (t) = 2 π / f (t)dt = 2 π f (At+f0) dt = π At2+2 π f0t+ Ψ0 (公式 5)在這裡右邊的第3項是初始相位，第2項O π f0t)表示在時間t內相位按比例前進角頻率2π ^。並且根據第一項(JiAt2)可知，相位能夠以二次曲線進行近似。接下來，對相位校正處理進行說明，該相位校正處理易於進行相位的時間變化的近似處理。通常情況下，由FFT或DFT得到的相位是一邊將基礎波形在時間軸上偏離一邊進行計算，因此如圖2(C)和圖2(d)所示，需要將相位Ψα)變換為相位(t) =mod 2 π ( Ψ (t)-2 JiftMf是分析頻率)，由此進行相位校正。下面進行詳細說明。最初相位校正部3003 (j)決定基準的時刻。圖10(a)是表示從圖9(a)的時刻tl 起在規定時間區間的相位的圖，將圖10(a)的黑圓標記的時刻t0決定為基準的時刻。接下來，相位校正部3003(j)決定進行相位校正的、頻率信號的多個時刻。在這個例子中，將圖10(a)的5個白圓標記的時刻(tl、t2、t3、t4、t5)決定為頻率信號的校正相位的時刻。在此將基準的時刻t0的頻率信號的相位表示為算式6。[算式6]ψ (t0) = mod 2 π (arctan (y (t0) /χ (t0))) (公式 6)將對相位進行校正的5個時刻的頻率信號的相位表示為算式7。[算式7]ψ (t》=mod 2 π (arctanGUiVxUi))) (i = 1，2，3，4，5) (公式 7)將這些修改之前的相位用在圖10(a)中的X表示。另外對應時刻的頻率信號的大小可用算式8表示。[算式8]
權利要求
1.一種轉速增減判斷裝置，具有頻率分析單元，按照每個規定的時間計算出發動機聲音中的、規定的頻率的頻率信號；以及轉速判斷單元，對上述頻率信號的相位隨著時間的經過是加速度地增加還是加速度地減少進行判斷，由此判斷發動機轉速的增加或者減少。
2.如權利要求1所述的轉速增減判斷裝置，上述轉速判斷單元在隨著時間的經過上述相位加速度地增加的情況下，判斷為發動機轉速正在增加；在隨著時間的經過上述相位加速度地減少的情況下，判斷為發動機轉速正在減少。
3.如權利要求1所述的轉速增減判斷裝置，還具有相位曲線計算部，計算對上述頻率信號的相位隨時間變化進行近似的相位曲線，上述轉速判斷單元通過基於上述相位曲線的形狀對上述頻率信號的相位是加速度地增加還是加速度地減少進行判斷，從而判斷發動機的轉速是增加還是減少。
4.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置，上述轉速判斷單元在上述相位曲線向下凸的情況下判斷為上述頻率信號的相位正在加速度地增加，從而判斷為發動機轉速正在增加。
5.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置，上述轉速判斷單元在上述相位曲線向上凸的情況下判斷為上述頻率信號的相位正在加速度地減少，從而判斷為發動機轉速正在減少。
6.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置，上述轉速判斷單元僅在隨著時間的經過的相位的變化值在規定閾值以下的情況下，判斷上述發動機轉速是增加還是減少。
7.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置， 上述相位曲線是由二次多項式表示的曲線。
8.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置，還具備相位校正部，在與規定數量的上述相位不同的其他上述相位上加上士Xm 弧度，以使與上述規定數量的上述相位之間的差變小，從而對其他上述相位進行校正，其中，m是自然數。
9.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置， 還具有誤差計算單元，對上述相位曲線與上述頻率信號的相位之間的誤差進行計算；以及相位校正部，按照每個相互不同的角度範圍，通過對上述相位加上士2 π Xm弧度，以使上述相位收納於該角度範圍內，由此對上述相位進行校正，其中，m是自然數， 上述相位曲線計算部按照每個上述角度範圍計算出上述相位曲線， 上述誤差計算單元按照每個上述角度範圍計算出上述誤差，上述相位校正部進一步選擇上述相位曲線與上述頻率信號相位之間的誤差最小時的角度範圍，上述轉速判斷單元通過基於在所選擇的上述角度範圍的上述相位曲線的形狀，來判斷上述頻率信號的相位是加速度地增加還是加速度地減少，從而判斷發動機轉速增加或者減少。
10.如權利要求3所述的轉速增減判斷裝置，上述頻率分析單元按照每個上述規定的時間計算在包含雜音和發動機聲音的混合聲音中的、上述規定的頻率的頻率信號，上述相位曲線計算部，計算對上述混合聲音的頻率信號的相位隨時間變化進行近似的相位曲線，上述轉速增減判斷裝置還具有誤差計算單元，對上述相位曲線和上述混合聲音的頻率信號的相位之間的誤差進行計算；以及音響信號識別單元，基於上述誤差，對上述混合聲音是否是發動機聲音進行識別， 上述轉速判斷單元對由上述音響信號識別單元識別為發動機聲音的上述混合聲音的相位判斷發動機轉速的增加或者減少。
11.如權利要求1所述的轉速增減判斷裝置，上述頻率分析單元對由各自接受發動機聲音的輸入且相互分開進行配置的多個麥克風所接受的多個發動機聲音的每一個計算頻率信號， 上述轉速增減判斷裝置還具有方向檢測部，基於由上述多個麥克風所接受的多個上述發動機聲音到達的時間差來檢測上述發動機聲音的聲音源方向，僅在由上述轉速判斷單元判斷為發動機轉速正在增加的情況下，輸出上述聲音源方向的檢測結果。
12.如權利要求1所述的轉速增減判斷裝置，上述轉速判斷單元進一步在發動機轉速正在增加的情況下判斷為發出上述發動機聲音的車輛正在加速，在發動機轉速正在減少的情況下判斷為發出上述發動機聲音的車輛正在減速。
13.一種轉速增減判斷方法，具有以下步驟頻率分析步驟，按照每個規定的時間計算發動機聲音中的、規定的頻率的頻率信號；以及轉速判斷步驟，通過對上述頻率信號的相位隨著時間的經過是加速度地增加還是加速度地減少進行判斷，從而判斷發動機轉速的增加或者減少。
14.一種用於計算機執行的程序，具有以下步驟頻率分析步驟，按照每個規定的時間計算發動機聲音中的、規定的頻率的頻率信號；以及轉速判斷步驟，通過對上述頻率信號的相位隨著時間的經過是加速度地增加還是加速度地減少進行判斷，從而判斷發動機轉速的增加或者減少。
全文摘要
轉速增減判斷裝置(3000)，具有DFT分析部(3002)，按照每個規定的時間計算出發動機聲音中的、規定的頻率的頻率信號；以及加減速判斷部(3006(j))，對上述頻率信號的相位隨著時間的經過是加速地增加還是加速地減少進行判斷，由此判斷發動機轉速的增加或者減少。
文檔編號F02D45/00GK102365446SQ20118000167
公開日2012年2月29日 申請日期2011年1月7日 優先權日2010年2月8日
發明者吉岡元貴, 芳澤伸一 申請人:松下電器產業株式會社