CN103648815A - 车辆用防振装置 - Google Patents

Abstract

本发明具有：第1扭力杆组件（5），其具有：第1杆（11），其一端部（12）固定在发动机（1）上，另一端部（13）固定在车体上；惯量块（15），其被所述第1杆支撑；以及致动器（17），其使所述惯量块沿所述第1杆的轴向往复移动；以及第2扭力杆组件（6），其具有第2杆（63），该第2杆（63）的一端部（61）固定在发动机（1），另一端部（62）固定在经由弹性部件安装在车体上的副车架（2）上。

Description

车辆用防振装置

技术领域

本发明涉及对从振动源即发动机向车体侧传递的振动进行抑制的车辆用防振装置。

背景技术

作为对从发动机向车体侧传递的振动进行抑制的防振装置，提出有下述防振装置，即，构成为将扭力杆的刚性共振频率设定为低于发动机的共振频率，并且，使致动器产生与扭力杆的轴向位移的速度成正比的力（专利文献1）。

专利文献1：日本特开2011-12757号公报

发明内容

然而，上述现有的防振装置是在以钟摆方式搭载的发动机的上下位置分别设置带致动器的扭力杆的结构，因此，存在导致车辆成本上升的问题。

本发明所要解决的课题是提供一种廉价的车辆用防振装置。

本发明是通过将第1扭力杆组件设为具有致动器，并且，将第2扭力杆组件的一端固定于副车架，由此解决上述课题。

发明的效果

根据本发明，第2扭力杆组件的一端固定于副车架，因此，即使没有致动器，也能够抑制在第2扭力杆组件中传递并发生的车内音，其结果，第2扭力杆组件由没有致动器的廉价的结构构成。

附图说明

图1A是表示将本发明的一个实施方式涉及的防振装置使用于车辆的发动机的例子的主视图。

图1B是图1A的俯视图。

图2是图1A及图1B的分解斜视图。

图3是表示图1B的上部扭力杆组件的剖视图。

图4A是表示图1A的下部扭力杆组件的一个例子的剖视图。

图4B是表示图1A的下部扭力杆组件的其他例子的剖视图。

图5是表示本发明的一个实施方式涉及的防振装置中的发动机、副车架、下部扭力杆组件及上部扭力杆组件的共振频率的关系的图。

图6是表示使用了图5的防振装置的车辆的相对于振动频率的车体灵敏度比的关系的曲线图。

图7是表示本发明的其他实施方式涉及的防振装置中的发动机、副车架、下部扭力杆组件及上部扭力杆组件的共振频率的关系的图。

图8A是表示用于验证扭力杆的纵摆方向及剪切方向的刚性灵敏度的解析模型的斜视图。

图8B是表示使用图8A的解析模型对刚性灵敏度进行验证而得到的结果的图。

图9是实现双重防振的效果的结构的传递力的频率特性图。

具体实施方式

首先，针对使用本发明的一个实施方式涉及的车辆用防振装置的所谓钟摆方式发动机进行说明。钟摆方式的发动机1的支撑构造是如下所述设置的支撑构造：如图1A及图1B所示，对于使发动机1的惯性主轴L朝向与车辆的宽度方向（与行驶方向正交的方向、车辆左右方向）平行地配置的所谓的横置发动机1，在图1B的俯视图中观察，用于支撑发动机1的2个支撑点P1、P2位于发动机1的惯性主轴L附近，且隔着重心G而彼此位于轴向相反侧，在图1A的侧视图中观察，均位于惯性主轴L的车辆上方。此外，2个支撑点P1、P2如图2所示，分别由左右的发动机安装部3、4构成。

作为钟摆方式发动机的支撑构造，以单摆的方式悬挂支撑发动机1，并且，利用安装在车体上的扭力杆组件5、6这样的棒状部件，抑制发动机重心G围绕将这些支撑点P1、P2连结的直线摆动，从而具有能以较少的部件数量实现与现有技术相同的减振效果的优点。即，在以钟摆方式安装的发动机1中，在发动机1运转时，发动机1会由于旋转惯性力而围绕将2个支撑点P1、P2连结的轴倾斜。为了防止该倾斜而对发动机1进行支撑，具有第1扭力杆组件5和第2扭力杆组件6，该第1扭力杆组件5将发动机1的大致上半部和车体侧部件连结，该第2扭力杆组件6将发动机1的其余下半部和车体侧部件连结。第1扭力杆组件5从车辆右上侧与发动机1连结，另一个第2扭力杆组件6从车辆下侧与发动机1连结，通过这2个扭力杆组件5、6，防止钟摆方式的发动机1倾斜。

上述发动机1例如是带2阶平衡器的直列4气缸或V型6气缸发动机。在带2阶平衡器的直列4气缸或V型6气缸发动机中，在发动机旋转的基本阶次频率下不平衡惯性力较小，因此，主要是发动机扭矩变动的反作用力对发动机1作用。因此，本发明人发现，在发动机旋转的基本阶次频率下，主要由来自承受扭矩的上述2个扭力杆组件5、6的输入而发生车内音·车内振动。而且，已知主要在车辆加速时，由基本阶次频率的高阶次频率构成的达到约1000Hz的车内音会对乘客造成影响。

如上所述，本例子的车辆用防振装置具有2个扭力杆组件5、6。第1扭力杆组件5还称为上部扭力杆，如图1B所示，其安装在发动机1的上部和车体之间。与此相对，第2扭力杆组件6还称为下部扭力杆，如图1A、图1B及图2所示，其安装在发动机1的下部和副车架2之间。在这里，固定第1扭力杆组件5的车体，是指构成乘员所乘坐的车厢、或对车厢进行支撑的刚体部件，例如以主车架（车身框架）为代表。换言之，如固定第2扭力杆组件6的这种在其与主车架之间经由弹性部件设置的副车架等，不是这里所说的车体。副车架2具体来说，是经由橡胶制的衬套、或者绝缘体等安装在车体上，例如作为具体例子可以举出悬架框架。

第1扭力杆组件5如图2及图3所示，具有：第1杆11，其一端部的衬套12固定在发动机1的上部，另一端部的衬套13固定在车体上；惯量块15，其被第1杆11支撑；以及致动器17，其使惯量块15沿第1杆11的轴向往复移动。

图3是上部扭力杆5的要部剖视图，在棒状的第1杆11的两端通过焊接固定有一对衬套12、13。固定在发动机侧的衬套12由圆筒状的外筒12a、与外筒12a同心的圆筒状的内筒12b、以及将该外筒12a和内筒12b连结的弹性体（隔音材料）12c构成。利用相对于内筒12b向在图3中与纸面垂直的方向插入的螺栓（未图示），衬套12固定在发动机1上。

另一方面，固定在车体侧的衬套13也与上述衬套12同样地，由圆筒状的外筒13a、与外筒13a同心的圆筒状的内筒13b、以及将该外筒13a和内筒13b连结的弹性体（隔音材料）13c构成。利用相对于内筒13b向在图3中与纸面垂直的方向插入的螺栓（未图示），衬套13固定在车体侧的部件上。

此外，图示的实施方式构成为，将衬套12固定在发动机1上，将衬套13固定在车体侧，但并不限定于此，也可以将衬套12固定在车体侧，将衬套13固定在发动机1上。另外，图3所示的上部扭力杆5示出插入至衬套12、13的内筒12b、13b中的2个螺栓平行地配置的例子，但图2所示上部扭力杆示出将插入至衬套12、13的内筒12b、13b中的2个螺栓18、19配置为彼此正交的例子。能够对应于车体侧的固定部及发动机的固定部的形状而适当地变更。

本例子的弹性体（隔音材料）12c、13c是兼具弹簧和阻尼的功能的部件，例如能够使用弹性橡胶。

在本例子的上部扭力杆5中，使衬套12、13的外筒及内筒的直径不同。即，使衬套13的外筒13a、内筒13b的直径与对应的衬套12的外筒12a、内筒12b的直径相比，相对较小，并且，与衬套12的弹性体12c的刚性相比，使衬套13的弹性体13c的刚性相对较大。通过将一对衬套12、13的弹性体12c、13c的刚性设为不同，使得在2个不同的频率下，产生适合于双重防振的杆轴向的发动机刚体共振和杆刚体共振。

即，如图9的实线所示，根据衬套12的弹性体12c的刚性确定的杆轴向的发动机刚体共振A，在大致接近零的频率f1［Hz］处发生，根据衬套13的弹性体13c的刚性确定的杆轴向的杆刚体共振B在接近200Hz的频率f2［Hz］处发生。如果为了容易理解而基于将发动机刚体共振和杆刚体共振极简化的弹性质量系统进行说明，则发动机刚体共振A由发动机质量和衬套12的弹性体12c的刚性（弹性常数）确定，杆刚体共振B由第1杆11（及各衬套的外筒部分）的质量和衬套13的弹性体13c的刚性（弹性常数）确定，该第1杆11（及各衬套的外筒部分）的质量为衬套12的弹性体12c和衬套13的弹性体13c之间的质量。

发动机1单体上的弯曲、扭转的1阶共振频率f3，在通常的车辆用发动机中是280Hz～350Hz左右，如本例所示，如果将发动机刚体共振A设为大致零（0Hz），将杆刚体共振B设为约200Hz，则能在高频率侧（防振范围内）有效地抑制发动机1的弯曲、扭转的共振振动向车体的传递（双重防振）。

如上所述，只要将衬套12的弹性体12c的刚性（弹性常数）、衬套12的弹性体12c和衬套13的弹性体13c之间的质量即第1杆11（以及各衬套的外筒部分）的质量、以及衬套13的弹性体13c的刚性（弹性常数）确定为，使得发动机刚体共振A及杆刚体共振B的频率小于发动机的弯曲、扭转的共振频率f3即可。如上所述，使发动机刚体共振A及杆刚体共振B在2个不同的频率下、即低频率域的频率f1和中频率域的频率f2这2处发生，从而实现防止从发动机1向车体侧传递的振动的效果，这就是双重防振的效果。

本例子的上部扭力杆5具有：惯量块15，其由具有磁性的金属等构成；致动器17；加速度传感器21；带通滤波器22；以及电压放大电路23。

惯量块15在第1杆11的周围与第1杆11同轴地设置。从第1杆11的轴向观察的惯量块15的截面是以第1杆11的中心（重心）为中心的点对称形状，并且，惯量块15的重心与第1杆11的中心一致。惯量块15如图2所示设为方筒型，惯量块15的杆轴向的两端（在图3中是上下端）分别经由弹性支撑弹簧16与第1杆11连接。弹性支撑弹簧16例如是具有较小的刚性的板簧。惯量块15的内壁15a的一部分向后述的致动器17的永磁体17c凸出设置。

本例子的上部扭力杆5在惯量块15和第1杆11之间的空间中设置有致动器17。致动器17是包含方筒状的铁芯17a、线圈17b和永磁体17c在内的直线型（直线运动型）致动器，使惯量块15沿第1杆11的轴向往复移动。

构成线圈的磁路的铁芯17a由层压钢板构成，且固定设置在第1杆11上。在组装上部扭力杆5前，铁芯17a分割为多个部件，利用粘接剂将这些多个部件粘接在棒状的第1杆11的周围，由此作为整体而形成方筒状的铁芯17a。线圈17b卷绕安装在该方筒状的铁芯17a上。永磁体17c设置在铁芯17a的外周面。

致动器17是如上所述的结构，因此，利用由线圈17b和永磁体17c产生的磁场引起的电抗扭矩将惯量块15直线驱动，即，使惯量块15沿第1杆11的轴向往复移动。

在第1杆11的大致轴心的延长线上的衬套13的前端（在图3中是上端），安装有加速度传感器21，该加速度传感器21将第1杆11的大致轴心位置处的轴向振动的加速度，作为从发动机1向第1杆11传递的振动的加速度进行检测，来自加速度传感器21的杆轴向加速度的信号经由带通滤波器22输入至电压放大电路23，通过该电压放大电路23被放大的信号施加至致动器17的线圈17b（进行电压的控制）。电压放大电路23例如可以由运算放大器构成。

惯量块15由比较柔软的板簧（弹性支撑弹簧16）支撑，使得例如惯量块15相对于第1杆11的杆轴向的共振在从10Hz至100Hz的低频率下发生。例如4气缸发动机的怠速旋转速度2阶的振动频率约为20Hz，因此，如果能够将惯量块15的共振频率设为10Hz，则无论发动机1的运转条件怎样，均都能够抑制惯量块15共振。

另一方面，在如果要将惯量块15共振频率设为10Hz这样的低频率则惯量块15变得过大，进行上述设定困难的情况下，如果设定为低于要抑制的杆刚性共振B（在实施方式中是200Hz）的约1/2的频率，则彼此的共振频率充分分离，可以充分地进行如后述的振动传递的抑制。

另外，通过使由加速度传感器21检测出的加速度信号通过带通滤波器22，从而不会进行多余的频率下的控制，由此提高控制稳定性，并且，能够抑制多余的电力消耗，且在目标频率范围内可靠地抑制传递力。杆刚体共振B的防振范围如图9所示，是大于或等于在杆刚体共振B的共振频率f2上乘以规定值（≈1.4）而求出的频率f5的频率范围，因此，作为带通滤波器22选定下述滤波器，即，该滤波器使从包含惯量块15的杆轴向的共振频率（从10Hz至100Hz的低频率）在内的共振频率，至对杆刚体共振B的防振范围的频率范围为止的信号通过，并且，使防振范围中的控制不发散的范围的上限（例如设为400Hz）为止的信号通过。

而且，为了进行使作为控制对象的第1杆11的阻尼增大的速度反馈控制，在通过带通滤波器22的频带下，使致动器17产生大小与由加速度传感器21检测出的振动的杆轴向速度大致成正比而符号相反的力。

返回图1A、图1B及图2，在发动机1的下部和副车架2之间安装的下部扭力杆（第2扭力杆组件）6具有第2杆63，该第2杆63的一端部的衬套61固定在发动机1上，另一端部的衬套62固定在副车架2上，该副车架2经由弹性部件安装在车体上。

图4A是下部扭力杆6的概略俯视图，在棒状的第2杆63的两端通过焊接固定有一对衬套61、62。在发动机侧固定的衬套61由圆筒状的外筒61a、与外筒61a同心的圆筒状的内筒61b、以及连结该外筒61a和内筒61b的弹性体（隔音材料）61c构成。利用相对于内筒61b向在图4中与纸面垂直的方向插入的螺栓（未图示），衬套61固定在发动机1上。

另一方面，固定在车体侧的衬套62也与上述衬套61同样地，由圆筒状的外筒62a、与外筒62a同心的圆筒状的内筒62b、以及连结该外筒62a和内筒62b的弹性体（隔音材料）62c构成。利用相对于内筒62b向在图4中与纸面垂直的方向插入的螺栓（未图示），衬套13固定在副车架2上。

此外，图示的实施方式构成为，将衬套61固定在发动机1上，将衬套62固定在副车架2上，但并不限定于此，也可以将衬套61固定在副车架2上，将衬套62固定在发动机1上。

另外，图4A所示的下部扭力杆6示出插入至衬套61、62的内筒61b、62b中的2个螺栓平行地配置的例子，但图4B所示，下部扭力杆6示出将插入至衬套61、62的内筒61b、62b中的2个螺栓配置为彼此正交的例子。特别地构成为，对于将直径相对较小的衬套62固定在副车架2上的方向，沿车辆的左右方向插入螺栓。

图8A是表示扭力杆的解析模型的斜视图，示出相当于下部扭力杆6的衬套62的部分。使用该图的解析模型，分别对如图8B的左图所示对杆施加纵摆方向的力F时的位移、和如右图所示对杆施加剪切方向的力F时的位移进行了测量，其结果，沿纵摆方向作用力F时相对地灵敏度更高。换言之，沿剪切方向作用力F时相对地刚性更高。因此，如图4B所示，将对纵摆方向的刚性灵敏度高的衬套62沿剪切变形的方向固定，从而能够提高下部扭力杆6的纵摆方向的刚体共振频率，其结果，能够抑制向车体的振动传递。

副车架2不是车体本身，而是相对于车体经由弹性橡胶等弹性部件安装的车体部件，可以例示对悬架装置进行支撑的悬架框架等。如果向作为已有部件的悬架框架固定下部扭力杆6，则不会增加重量而能够发挥防振效果。但是，本发明的副车架并不限定于悬架框架，也适用于经由弹性部件安装在车体上的其他部件。

如上所述，在本例子的车辆用防振装置中，在作为第1扭力杆组件的上部扭力杆5上设置有惯量块15、及驱动该惯量块15的致动器17，另一方面，在作为第2扭力杆组件的下部扭力杆6上省略惯量块15及致动器17，取而代之，将该下部扭力杆6的一端部固定在副车架2上，该副车架2经由弹性部件安装在车体上。

即，在直接安装至车体的上部扭力杆5上具有惯量块15及致动器17，因此，能够控制在上部扭力杆5中传递而产生的车内音。另一方面，下部扭力杆6固定在经由弹性部件固定的副车架2上，因此，也能够控制在下部扭力杆6中传递而产生的车内音，因此，能够对大扭矩发动机1使用钟摆方式的平台。其结果，能够实现车辆的成本降低及轻量化，燃油效率提高，加速性能也提高。

另外，在本例子的车辆用防振装置中，设定为与图3所示的上部扭力杆5的第1杆11的轴向（发动机扭矩支撑方向）的长度相比，图4A或图4B所示的下部扭力杆6的第2杆63的轴向的长度较短。下部扭力杆6与上部扭力杆5相比能够减短与省略惯量块15及致动器17的部分相应的杆长，因此，与上部扭力杆5相比，能够将刚体共振设定为较高频率。将该情况示于图5。下部扭力杆6的刚体共振频率在扭矩支撑方向及纵摆方向上均设定在高频率区域中。

副车架2是承受力的车体部件，因此，向车体安装的橡胶弹性支撑部的共振频率为比较高的频率，但将下部扭力杆6的共振频率设定得较高，从而其结果，与副车架2的车辆上下方向的刚体共振频率相比，能够提高下部扭力杆6的纵摆方向及上下方向的固有值，能够抑制由下部扭力杆6的刚体共振导致的车内音的增大。

另外，在本例子的车辆用防振装置中，下部扭力杆6的第2杆63的大径侧的衬套61形成为，与车体左右方向的最大长度相比，车体上下方向的最大长度较短。如果利用图4A说明，设定为相对于衬套61的左右方向的最大长度、即外筒61a的外径，衬套61的车体上下方向的最大长度、即垂直于纸面的方向的最大长度较短。

由此，能够减小对下部扭力杆6的纵摆方向的惯性质量灵敏度高的方向的尺寸，因此，能够将下部扭力杆6的纵摆方向的刚体共振频率设定得较高，其结果，能够抑制对车体的传递力。而且，该尺寸为车体的上下方向，因此，还能够减小对最低离地高度的影响。

另外，本例子的车辆用防振装置中，如图4B所示，如果将下部扭力杆6的第2杆63的小径侧的衬套62从沿着车辆的左右方向的轴向固定于副车架2，则以剪切变形的方式支撑对下部扭力杆6的纵摆方向的刚性灵敏度高的小径侧的衬套62，因此，能够将下部扭力杆6的纵摆方向的刚体共振频率设定得较高，其结果，能够抑制对车体的传递力。

另外，在本例子的车辆用防振装置中，下部扭力杆6的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率设定为，如图5所示，至少在一个运转条件（该图所示的运转条件是全开加速运转时）下，高于副车架2的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率。

将下部扭力杆6的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率设定为高于副车架2的刚体共振频率，因此该下部扭力杆6和副车架2不会共振，从而车内音变得安静。

另外，在本例子的车辆用防振装置中，如图5所示，下部扭力杆6的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率设定为高于发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率。维持对防振性能产生影响的扭矩支撑方向的固有值，并且，将使车内音增大的纵摆方向及上下方向的扭力杆刚体共振设定为高频率，从而抑制纵摆方向及上下方向的扭力杆刚体共振的影响，并且，实现下部扭力杆6的防振效果。

另外，在本例子的车辆用防振装置中，如图5所示，副车架2的主要的刚体共振频率设定为小于发动机1的主要的弹性共振频率，上部扭力杆5的发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率设定为小于或等于发动机1的主要的弹性共振频率，而且，下部扭力杆6的发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率设定为大于或等于副车架2的主要的刚体共振频率而小于或等于发动机1的主要的弹性共振频率。

将下部扭力杆6的刚体共振频率设定在副车架2的共振频率和发动机1的弹性共振频率之间，因此，能够缓和由下部扭力杆6的刚体共振导致的车内音增大，并且，通过下部扭力杆6的刚体共振的防振效果大幅地降低由于发动机1的弹性共振而增大的振动，其结果，能够降低车内音。作为参考，示出本例子的车辆用防振装置的上部扭力杆5和下部扭力杆6的根据频率的车体灵敏度比。

此外，在图5所示的实施方式中，将下部扭力杆6的发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率设定为小于发动机1的弹性共振频率，但也可以如图7所示，将下部扭力杆6的发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率设定为高于发动机1的弹性共振频率。

上述上部扭力杆5相当于本发明涉及的第1扭力杆组件，上述下部扭力杆6相当于本发明涉及的第2扭力杆组件。

标号的说明

1…发动机

2…副车架

3、4…发动机安装部

P1、P2…支撑点

5…上部扭力杆

6…下部扭力杆

11…第1杆

12、13…衬套

15…惯量块

17…致动器

21…加速度传感器

22…带通滤波器

23…电压放大电路

61、62…衬套

63…第2杆

Claims (8)

1.一种车辆用防振装置，其具有：

第1扭力杆组件，其具有：第1杆，其一端部固定在发动机上，另一端部固定在车体上；惯量块，其被所述第1杆支撑；以及致动器，其使所述惯量块沿所述第1杆的轴向往复移动；以及

第2扭力杆组件，其具有第2杆，该第2杆的一端部固定在发动机上，另一端部固定在副车架上，该副车架经由弹性部件安装在车体上。

2.根据权利要求1所述的车辆用防振装置，其中，

所述第2杆的轴向长度比所述第1杆的轴向长度短。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用防振装置，其中，

所述第2杆的大径侧端部形成为，与该大径侧端部的所述车体左右方向的最大长度相比，该大径侧端部的所述车体上下方向的最大长度更短。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用防振装置，其中，

所述第2杆的小径侧端部，从沿着所述车体的左右方向的轴向，固定在所述副车架或所述发动机上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆用防振装置，其中，

所述第2扭力杆组件的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率设定为，至少在一个运转条件下，高于所述副车架的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆用防振装置，其中，

所述第2扭力杆组件的纵摆方向及上下方向的刚体共振频率设定为，高于发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆用防振装置，其中，

所述副车架的主要的刚体共振频率设定为，小于所述发动机的主要的弹性共振频率，

所述第1扭力杆组件的发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率设定为，小于或等于所述发动机的主要的弹性共振频率，

所述第2扭力杆组件的发动机扭矩支撑方向的刚体共振频率设定为，大于或等于所述副车架的主要的刚体共振频率而小于或等于所述发动机的主要的弹性共振频率。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的车辆用防振装置，其中，

所述副车架是对安装在所述车体上的悬架装置进行支撑的悬架框架。

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