JP2000020139A

JP2000020139A - アクティブ制御装置

Info

Publication number: JP2000020139A
Application number: JP10182710A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Goto; 勝博後藤
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】車両の使用環境の変化や経時変化等に対する
推定伝達関数の変化に対し、その是正を乗員に不快感を
与えないように適正に行う。【解決手段】車両の使用環境の変化や、長期の使用に
よる経時変化等により変化する推定伝達関数について車
両のエンジン運転開始時の短時間内に、所定周波数の範
囲内でアクチュエータ２３を加振させ、加振による応答
を測定して推定伝達関数を算出し、この算出値により推
定伝達関数データＲＡＭの内容を更新するようにした。
加振に伴う振動は、エンジンスタート時のクランキング
騒音や振動により打ち消され、乗員に振動による不快感
を与えることはない。エンジンスタート時毎に、短時間
に測定更新を行うことができるため、推定伝達関数を常
に最適な状態に維持することができ、適正な能動制御を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車体の振動を能動
的に抑制するアクティブ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のエンジンマウントのアク
ティブ制御装置としては、制御装置３０に、例えば図５
に示すように、遅延調和シンセサイザ最小平均自乗フィ
ルタ（以下、DXHS LMSフィルタと記す）を有する適応制
御部４０を備えており、能動制御を行うようにしてい
た。すなわち、信号源である自動車のエンジン１１か
ら、クランク軸回転パルス等をセンサ１２により取り出
して、適応制御部４０において、制御対象周波数ωであ
ることを判定し制御対象周波数ωの制御対象信号を選択
して出力し、この信号をDXHS LMSフィルタのフィルタ係
数により振幅補償及び位相補償し、かつ正弦波信号に合
成して出力する。出力信号は、パワーアンプ３２により
増幅されて、加振器２３に入力され、加振器を加振させ
ることにより車体振動を抑制するようにしている。一
方、自動車Ｍのシート１５に取り付けられたピックアッ
プ加速センサ１６により、制御対象となる周波数の外力
信号が検出され、適応制御に用いられるようになってい
る。

【０００３】ここで、DXHS LMSフィルタを用いた適応制
御方法は、適応最小平均自乗フィルタ（Filtered-X LM
S）におけるフィルタ係数の演算量を低減するものであ
り、以下のようにして行われる。この適応制御では、図
６に示すように、信号源である自動車のエンジン等の振
動発生源５１から、クランク軸回転パルス等をセンサ１
２により信号ｓを取り出して、周波数判定部６１にて制
御対象周波数ωであることを判定し、制御対象周波数ω
の制御対象信号を選択し、適応フィルタＷ６２に出力す
る。入力信号ｘは、適応フィルタＷ６２のフィルタ係数
により振幅補償及び位相補償され、かつ正弦波信号に合
成されて出力される。出力信号ｙは、制御対象系６３
（伝達関数Ｇ）へ供給され、処理信号ｚが出力される。
処理信号ｚはエンジンの振動等である伝達系５２
（Ｇ′）を経た外力ｄが加算され、観測値としてセンサ
により検出される。振動制御においてはセンサの検出値
の目標は０であり、目標との差が誤差信号ｅになる。こ
の誤差信号ｅと推定伝達関数６４の推定値を用い、デジ
タルフィルタ６５（DXHS LMS）により適応フィルタＷが
以下に示すように逐次更新される。すなわち、制御の対
象となる周期性を持った信号ｄ（目標信号）を下記数１
により表す。

【０００４】

【数１】ｄ＝Ｂ・ｅｘｐ［ｊ（ω^＊ｔ＋φ^＊）］

【０００５】なお、ω^＊は制御対象信号ｄの角周波数
を、Ｂ及びφ^＊はそれぞれ制御対象信号の振幅及び位
相を表す。また、周期性信号ｘは、下記数２となり、適
応フィルタＷは下記数３、伝達関数Ｇは数４のようにな
る。

【０００６】

【数２】ｘ＝Ｘ・ｅｘｐ［ｊωｔ］

【０００７】

【数３】Ｗ＝［ａ，φ］

【０００８】

【数４】Ｇ＝［Ａ，Φ］

【０００９】なお、ωは周期性信号ｘの角周波数を、Ｘ
は振幅を表す。また、ａ及びφは振幅補償係数及び位相
補償係数を表す。さらに、Ａ及びΦは、振幅伝達関数及
び位相伝達関数を表す。そして、適応フィルタＷの出力
信号ｙ、伝達関数Ｇの出力信号ｚは、下記数５、数６の
ようになる。

【００１０】

【数５】ｙ＝Ｘａ・ｅｘｐ［ｊ（ωｔ＋φ）］

【００１１】

【数６】ｚ＝ＸａＡ・ｅｘｐ［ｊ（ωｔ＋φ＋Φ）］

【００１２】上記角周波数ω^＊は、上記外部センサによ
るクランク軸回転パルス信号やイグニッションパルス信
号といった既知の入力信号から導かれ、出力信号の角周
波数ωと等しいとする。さらに、瞬間二乗平均誤差Ｊ
は、下記数７で表される。

【００１３】

【数７】Ｊ＝ｅ^２＝（ｚ＋ｄ）^２

【００１４】適応フィルタの更新式は下記数８のように
なる。

【００１５】

【数８】

【００１６】そして、上記数１、数６及び数７を用いて
勾配ベクトル▽を求めると、下記数９のように表され
る。

【００１７】

【数９】

【００１８】ここで、振幅及び位相はそれぞれ独立して
計算されるため、フィルタ係数更新のための更新式にお
いて振幅及び位相のステップサイズパラメータはそれぞ
れμａ、μｐと表される。また、伝達関数の真値は不明
であるため、これを推定値（＾を冠して表記する）に置
き換えることにより、フィルタ係数の更新式は下記数１
０のようになる。

【００１９】

【数１０】

【００２０】以上に示したように、上記アルゴリズムに
おいては、係数更新のための畳み込み演算を必要とせ
ず、参照信号の生成においても畳み込み演算は不要であ
り、そのため、周期性の振動あるいは騒音において、そ
の基本波とその高次成分を制御対象とした場合に、入力
に外部からの高調波信号を必要としない。

【００２１】上記適応制御において、推定伝達関数６４
は、予め周波数掃引加振、インパルス応答測定試験等で
得られる。また、伝達関数Ｇは、＾を冠して表記される
制御対象系６４の伝達関数（Ｇ）の推定値が制御プログ
ラム内で周波数に関してマップ化されてメモリ（ＲＡ
Ｍ）に記憶され、適応フィルタの更新時に引用される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アクティブ
制御装置を車両に適用した場合、推定伝達関数は、車両
の出荷時に調整されるのみなので、車両の使用環境の変
化や、長期の使用による経時変化等により推定伝達関数
が変化することにより、ノイズバイブレーションハーシ
ュネスを悪化させまた振動が発散する等、能動制御の効
果が適正に発揮されないというおそれがある。これに対
し、推定伝達関数を適宜測定して更新していけばよい
が、推定伝達関数の測定を行う場合にはスイープ加振等
を行って車体に振動を加えなければならず、乗員に対し
て不快感を与えることになるため、通常運転時に測定を
行うことはできなかった。

【００２３】本発明は、上記した問題を解決しようとす
るもので、車両の使用環境の変化や経時変化等による推
定伝達関数の変化に対し、その是正を乗員に不快感を与
えないで適正に行うことができるアクティブ制御装置を
提供することを目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するために、上記請求項１に係る発明の構成上の
特徴は、車両の振動発生源からの周期性のパルス信号に
基づく入力信号を、適応フィルタの振幅補償係数及び位
相補償係数の関数であるフィルタ係数により振幅補償及
び位相補償を行い、さらに車両の制御対象系の伝達関数
により処理した後、伝達関数による処理信号と振動発生
源からの外力を加算し、加算の結果である誤差と、車両
の制御対象系の予め規定された推定伝達関数により入力
信号を振幅及び位相処理した推定伝達関数処理信号とに
基づいてデジタルフィルタにより適応フィルタのフィル
タ係数の逐次更新を行い、適応フィルタにより加振器の
加振制御を行って車体振動を能動的に抑制するアクティ
ブ制御装置において、車両のエンジン運転開始時の短時
間内に、所定周波数範囲内の複数の周波数の信号で加振
器を加振させ、加振による応答を測定して推定伝達関数
を算出し、算出した推定伝達関数により予め規定された
推定伝達関数を更新するようにしたことにある。なお、
加振方法としては、周波数掃引加振、インパルス加振、
ホワイト信号加振、ランダム信号加振等がある。

【００２５】上記のように構成した請求項１に係る発明
においては、車両のエンジン運転開始時の短時間内に、
周波数掃引加振、インパルス加振等により車体を加振す
ればよいので、加振に伴う振動が、エンジンスタート時
のクランキング騒音や振動により打ち消されるため、乗
員に加振振動による不快感を与えることはない。また、
エンジンスタート時毎に測定更新を行うことができるた
め、推定伝達関数を常に最適な状態に維持することがで
き、適正な能動制御を行うことができる。

【００２６】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、請求項１に記載のアクティブ制御装置におい
て、エンジン運転開始時において、加振する信号の周波
数を所定周波数の範囲内から選択した一部の周波数とす
ることにある。上記のように構成した請求項２の発明に
おいては、加振する周波数を所定周波数の内の一部の周
波数とすることにより、加振時間を短くできるので、加
振により発生する騒音や振動の発生期間を短縮でき、乗
員に与える不快感をより確実に防止できる。

【００２７】また、上記請求項３に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１または請求項２に記載のアクティ
ブ制御装置において、異なった複数の周波数群で同時に
加振器を加振するようにしたことにある。上記のように
構成した請求項３の発明においては、複数周波数群の振
動を同時に発生させることにより加振を効率よく行わせ
ることができ、加振時間を相対的に短くできるので、加
振により発生する騒音や振動の発生期間を短縮でき、乗
員に与える不快感を確実に防止できる。

【００２８】また、上記請求項４に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１または請求項２に記載のアクティ
ブ制御装置において、加振器を複数個設けたことにあ
る。これにより、請求項３の発明の効果に加えて、乗員
に与える不快感を確実に防止できると共に、加振信号の
処理を明確にすることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明すると、図１は、同実施形態を適用した、
４サイクルガソリンエンジン車の振動除去のためのDXHS
LMSフィルタを用いた適応制御システムを概略的に示し
たものであり、図２は、DXHS LMSフィルタを用いた適応
制御系をブロック図により示したものである。

【００３０】ガソリンエンジン車Ｍは、車体１０にアク
チュエータ搭載エンジンマウント（以下、エンジンマウ
ントと記す）２０を搭載している。エンジンマウント２
０は、図３に示すように、両端が封止された略円筒状の
ケース２１を有している。ケース２１は、軸方向の略中
間位置にて外側に同軸的に膨出した環状凸部２１ａを有
している。環状凸部２１ａの内壁側には、略円盤状の防
振ゴム２２が周方向に沿って同軸的に固定されている。
防振ゴム２２は、ケース２１の一端側（図示上端）に向
けて軸方向断面形状が山形に突出しており、山形の頂部
側には略逆円錐状の固定金具２４が同軸的に固定されて
いる。固定金具２４の平坦面（図示上端面）の周縁部に
は、防振ゴム２２が回り込んでケース２１一端側に向け
て突出した環状のストッパ部２２ａが形成されている。
固定金具２４の平坦面の軸心位置には、固定軸２５が同
軸的に取り付けられており、その先端がケース２１の一
端側に設けた貫通穴２１ａから突出している。固定軸２
５には、軸心位置にねじ孔が形成されている。そして、
ケース２１内の防振ゴム２２の反対側（図示下方）に
は、エンジンの動的変位を制御する加振器であるアクチ
ュエータ２３が設けられている。ケース２１の他端側
（図示下端）には、ねじ溝を有する固定軸２６が同軸的
に設けられている。

【００３１】エンジンンマウント２０は、固定軸２６に
よって車体１０に固定され、固定軸２５にエンジン１１
を取り付けることにより、エンジン１１を弾性的に支持
している。エンジン１１のクランク軸には、回転パルス
センサ１２が設けられており、回転パルスセンサ１２
は、クランク軸回転パルス信号を出力し、これに基づい
て後述する制御部３１は、出力信号の基本周波数を決定
する。また、自動車Ｍの前面インナーパネル１３には、
イグニッションキー操作部１４が設けられており、イグ
ニッションキーの操作によりスタータモータのオン時を
判定できるポジション信号を出力するようになってい
る。また、自動車Ｍのシート１５には、制御対象となる
回転数（周波数）を検出するピックアップ加速センサ１
６が取り付けられている。

【００３２】振動除去システムは、制御装置３０を設け
ている。制御装置３０は、マイクロコンピュータよりな
る制御部３１を備えると共に、その一部に上記した適応
制御部４０を有している。また、適応制御部４０には、
推定伝達関数の更新データを記憶したデータテーブルＲ
ＡＭ４１が格納されている。制御部４０は、図４に示す
「振動除去制御プログラム」を実行するものである。制
御部３１の入力側には、上記回転パルスセンサ１２及び
ピックアップ加速センサ１６と、イグニッションキー操
作部１４が接続されている。制御部３１の出力側には、
パワーアンプ３２を介してエンジンマウント２０のアク
チュエータ２３が接続されている。

【００３３】なお、本実施形態では、４サイクル４気筒
エンジンを搭載した自動車を対象としており、その主な
使用回転数６００〜６０００ｒｐｍ間では、問題となる
回転二次成分の振動周波数範囲は２０〜２００Hzであ
る。この周波数範囲で、１Hz間隔で１周期間の加振によ
り伝達関数を計測すると、計測に要する時間は２．３３
秒程度となる。ただし、伝達関数の計測は、各周波数に
おいて１／４周期程度であれば、制御上有効な精度のデ
ータが得られることから、実質的な測定時間は１／４の
約０．５８３秒程度でよく、この時間は、エンジンのス
タータモータの起動時間の範囲内になっている。

【００３４】次に、上記のように構成した実施形態の動
作について説明する。制御装置３０は、「振動除去制御
プログラム」の実行を、図４に示すステップ７０にて開
始し、ステップ７１にて測定周波数範囲が選択される。
ここでは２０〜２００Hzの周波数範囲が選択される。つ
ぎに、ステップ７２にてイグニッションキーが操作さ
れ、スタータモータが起動されているか否かを判定す
る。スタータモータが起動されると、伝達関数の測定が
開始される。すなわち、２０〜２００Hzの周波数範囲
で、１Hz間隔で周波数掃引制御が行われ（ステップ７
３）、アクチュエータ２３の加振が行われ、加振による
振動がピックアップ加速センサ１６によって制御装置３
０に入力され、その結果に基づいて、推定伝達関数の値
が算出される（ステップ７４）。算出された推定伝達関
数データが、データテーブルＲＡＭ４１に記憶された推
定伝達関数データと書き換えられる（ステップ７５）。
この推定伝達関数の測定時間は、上記したように０．５
８３秒という短時間であるため、スタータモータの作動
期間中に含まれる。そのため、加振に伴う振動は、エン
ジンスタート時のクランキング騒音や振動により打ち消
され、乗員に振動による不快感を与えることはない。

【００３５】つぎに、エンジンの作動が開始されたか否
かが判定され、エンジンが作動を開始すると（ステップ
７６）、更新された推定伝達関数データに基づいて、図
２に示す適応制御系に従って適応制御が行われ、エンジ
ン振動による騒音の抑制制御が適正に行われる（ステッ
プ７７）。エンジンの作動が停止すると、プログラムは
ステップ７１に戻されて、測定周波数範囲が選択された
後、つぎのスタータモータが起動されるまで待機状態と
なり、イグニッションスイッチのオンにより、上記した
動作が繰り返される。その結果、エンジンスタート時毎
に、短時間に推定伝達関数の測定更新を行うことができ
るため、推定伝達関数を常に最適な状態に維持すること
ができ、適正な能動制御を行うことができると共に、乗
員に振動による不快感を与えることもない。

【００３６】つぎに、第２の実施形態について説明す
る。第２の実施形態では、計測する回転二次成分の振動
周波数範囲２０〜２００Hzを複数の周波数範囲、例えば
２０〜５０Hz、５１〜１００Hz、１０１〜１５０Hz、１
５１〜２００Hzの４つの範囲に分けて、エンジンスター
ト時に分割された１つの周波数範囲で伝達関数を測定す
るようにし、つぎのエンジンスタート時に順次次の周波
数範囲を測定して行くようにしたものである。これによ
り、部分的に推定伝達関数が更新されるのみであるた
め、適応制御全体の精度が多少劣ることにはなるが、測
定時間が大幅に減少することになるので、測定時の異音
発生期間を大幅に短縮させることができる。そのため、
乗員に与える不快感をさらに確実に防止できる。

【００３７】つぎに、第３の実施形態について説明す
る。第３の実施形態では、計測する回転二次成分の振動
周波数範囲２０〜２００Hzを２つの周波数範囲群、例え
ば２０〜１０９Hzと１１０〜１９９Hzに分けて、両者を
合成した周波数の信号を掃引させて加振器を加振させる
ようにしたものである。これにより、測定時間がほぼ半
分に短縮されるため、測定時に発生する異音の継続期間
を短縮でき、乗員の不快感を抑えることができる。ま
た、伝達関数の更新の精度も適正に維持できる。この場
合、加振するためのアクチュエータについては、単一の
アクチュエータでもよいが、２個のアクチュエータを用
いることもでき、複数の加振信号の処理を明確にするこ
とができる。なお、第３の実施形態において、上記第２
の実施形態に示したように、周波数の測定範囲を分割す
ることもできる。

【００３８】なお、上記各実施形態においては、エンジ
ンの回転パルス信号を用いているが、その他エンジンコ
ントロールユニット等から得られるエアコンオンオフ、
シフトポジション、水温等の車両の状態検出信号を用い
ることも可能である。また、上記各実施形態において
は、適応フィルタとしてDXHS LMSフィルタを用いている
が、Filtered-X LMSフィルタ等の他の適応フィルタを用
いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるアクティブ制御装置
を適用した車両の一部を概略的に示す模式図である。

【図２】同アクティブ制御装置を概略的に示すブロック
図である。

【図３】能動制御に用いるアクチュエータ付エンジンマ
ウントを示す一部断面図である。

【図４】制御部により実行される「振動除去制御プログ
ラム」のフローチャートである。

【図５】従来例であるアクティブ制御装置を適用した車
両の一部を概略的に示す模式図である。

【図６】同アクティブ制御装置を概略的に示すブロック
図である。

【符号の説明】

１０…車体、１１…エンジン、１２…回転パルスセン
サ、１４…イグニッシュンキー操作部、１６…ピックア
ップ加速センサ、２０…アクチュエータ搭載エンジンマ
ウント、２１…ケース、２２…防振ゴム、２３…アクチ
ュエータ、３０…制御装置、３１…制御部、３２…パワ
ーアンプ、４０…適応制御部、４１…制御対象系（推定
伝達関数データＲＡＭ）、５１…振動発生源、５２…信
号伝達系、６１…周波数判定部、６２…適応フィルタ
Ｗ、６３…制御対象系（伝達関数Ｇ）、６５…デジタル
フィルタ（DXHS LMS）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ１０Ｋ 11/178 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｈ 11/16 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の振動発生源からの周期性のパルス
信号に基づく入力信号を、適応フィルタの振幅補償係数
及び位相補償係数の関数であるフィルタ係数により振幅
補償及び位相補償を行い、さらに車両の制御対象系の伝
達関数により処理した後、該伝達関数による処理信号と
前記振動発生源からの外力を加算し、加算の結果である
誤差と、前記車両の制御対象系の予め規定された推定伝
達関数により前記入力信号を振幅及び位相処理した推定
伝達関数処理信号とに基づいてデジタルフィルタにより
前記適応フィルタのフィルタ係数の逐次更新を行い、該
適応フィルタにより加振器の加振制御を行って車体振動
を能動的に抑制するアクティブ制御装置において、車両のエンジン運転開始時の短時間内に、所定周波数範
囲内の複数の周波数の信号で加振器を加振させ、該加振
による応答を測定して推定伝達関数を算出し、該算出し
た推定伝達関数により予め規定された推定伝達関数を更
新するようにしたことを特徴とするアクティブ制御装
置。
【請求項２】前記請求項１に記載のアクティブ制御装
置において、エンジン運転開始時において、加振する信
号の周波数を前記所定周波数の範囲内から選択した一部
の周波数とすることを特徴とするアクティブ制御装置。
【請求項３】前記請求項１または請求項２に記載のア
クティブ制御装置において、異なった複数の周波数群で
同時に前記加振器を加振するようにしたことを特徴とす
るアクティブ制御装置。
【請求項４】前記請求項３に記載のアクティブ制御装
置において、前記加振器を複数個設けたことを特徴とす
るアクティブ制御装置。