JP2006057752A - 能動型防振支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動体の主次数振動に基づいて、該主次数振動だけでなく高次数振動までを制振できる能動型防振支持装置を提供する。
【解決手段】 能動型防振支持装置を制御する電子制御ユニットが、エンジンのクランクシャフトの回転変動からその主次数振動（一次振動）の振動状態を推定するとともに、この主次数振動の振動状態と相関関係にある高次数振動（二次振動および三次振動）の振動状態を予め設定されたマップから検索し、それら主次数振動の振動状態と高次数振動の振動状態とに基づいて算出した目標電流で能動型防振支持装置のアクチュエータを駆動するので、エンジンのクランクシャフトの回転変動から高次数振動の振動状態を推定する必要をなくして電子制御ユニットの演算負荷を低減しながら、高次数振動の振動までを有効に制振して能動型防振支持装置の制振効果を高めることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、振動体の荷重を支承するとともに、制御手段の制御により振動体の振動状態に応じた目標電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置に関する。

従来の能動型防振支持装置は、クランクシャフトの所定回転角毎に出力されるクランクパルスの時間間隔からクランク角速度を算出し、クランク角速度を時間微分したクランク角加速度からクランクシャフトのトルクを算出し、トルクの変動量としてエンジンの振動状態を推定し、エンジンの振動状態に応じてアクチュエータのコイルへの通電を制御して防振機能を発揮させるようになっている（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００３−１１３８９２号公報

ところで、エンジンの振動には主次数振動である一次振動に、周波数が２倍の二次振動や周波数が３倍の三次振動等の高次数振動が重畳しており、主次数振動に加えて高次数振動までを能動型防振支持装置で制振しようとすると、クランクシャフトの回転変動を検出するためのクランクパルスの間隔を小さく設定する必要がある。しかしながら、クランクパルスの間隔を小さく設定すると、クランクパルスセンサの検出精度が低下するといった問題や、クランクパルスからエンジンの振動状態を推定するための演算負荷が大幅に増大するといった問題が発生してしまう。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、振動体の主次数振動に基づいて、該主次数振動だけでなく高次数振動までを制振できる能動型防振支持装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、振動体の荷重を支承するとともに、制御手段の制御により振動体の振動状態に応じた目標電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置において、前記制御手段は、振動体の作動状態から該振動体の主次数振動の振動状態を推定するとともに、予め設定されたマップから主次数振動に相関する高次数振動の振動状態を検索し、主次数振動の振動状態および高次数振動の振動状態の両方から算出した目標電流でアクチュエータを駆動することを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記振動体はエンジンであり、前記制御手段はエンジンのクランクシャフトの回転変動から主次数振動の振動状態を推定することを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

尚、実施例のエンジンは本発明の振動体に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、能動型防振支持装置の制御手段が、振動体の作動状態から該振動体の主次数振動の振動状態を推定するとともに、この主次数振動の振動状態と相関関係にある高次数振動の振動状態を予め設定されたマップから検索し、それら主次数振動の振動状態と高次数振動の振動状態とに基づいて算出した目標電流でアクチュエータを駆動するので、振動体の作動状態から高次数振動の振動状態を推定する必要をなくして制御手段の演算負荷を低減しながら、高次数振動の振動までを有効に制振して能動型防振支持装置の制振効果を高めることができる。

請求項２の構成によれば、振動体としてのエンジンのクランクシャフトの回転変動から制御手段が主次数振動の振動状態を推定するので、クランクパルス信号の間隔を狭めることなく、また制御手段の演算負荷を増加させることなく、エンジンの主次数振動および高次数振動の両方を制振することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の一実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３は作用を説明するフローチャートである。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント）は、軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持部材１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａが図示せぬエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが図示せぬ車体フレームに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、固定コア４２の外周に配置されたボビン４５と、ボビン４５に巻き付けられたコイル４６と、コイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

コイルカバー４７の上面とヨーク４４の下面との間にシール部材４９が配置され、ボビン４５の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置される。これらのシール部材４９，５０によって、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃからアクチュエータ４１の内部空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ヨーク４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４２の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。

エンジンのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａが接続された電子制御ユニットＵは、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。エンジンのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンから車体フレームに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ４１は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ４１を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてコイル４６に対する通電を制御する。

即ち、図３のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における主次数振動（一次振動）の振幅を演算するとともに、ステップＳ８で前記一次振動の位相を演算する。

ところで、エンジンの一次振動の振幅および位相と、それに付随する高次数振動（例えば、周波数が２倍の二次振動や周波数が３倍の三次振動等）の振幅および位相とは、各々のエンジンの特性に応じた相関関係があるため、電子制御ユニットＵには、エンジンの一次振動の振幅および位相に対応して、二次振動および三次振動の振幅および位相が予め複数のマップとして記憶されている。従って、エンジンの一次振動の振幅および位相が決まれば、高次数振動の振幅および位相を、クランクパルスセンサＳａで検出したクランクパルスから算出することなくマップ検索により得ることができる。

図３のフローチャートに戻り、前記ステップＳ７で演算した一次振動の振幅と、前記ステップＳ８で演算した一次振動の位相とに基づき、ステップＳ９で高次数振動（実施例では二次振動および三次振動）の振幅および位相をマップ検索する。続いてステップＳ１０で一次振動の振動波形（振幅および位相）に、前記マップ検索した高次数振動の振動波形（振幅および位相）を加算して重ね合わせ、ステップＳ１１で前記重ね合わせた振動波形から、それを打ち消すためのアクチュエータ４１の目標電流の波形を演算する。そして前記目標電流の波形でアクチュエータ４１を駆動することで、能動型防振支持装置ＭにエンジンＥの振動の伝達を抑制する制振機能を発揮させる。

これにより、エンジンの高次数振動の振幅や位相をクランクパルスから推定する必要がなくなり、クランクパルスが出力されるクランクアングルの間隔を狭めることなく、また電子制御ユニットＵにおける演算負荷を増加させることなく、エンジンの一次振動およびそれに付随する高次数振動までを効果的に制振して能動型防振支持装置Ｍの性能を高めることができる。

しかして、エンジンが車体フレームに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンから車体フレームに伝達される荷重を低減することができる。

続いてエンジンが車体フレームに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンが車体フレームに対して上向きに移動するのを許容することができる。

このように、エンジンの振動の周期に応じてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁および消磁することで、エンジンの振動が車体フレームに伝達するのを防止する能動的な制振力を発生させることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例の能動型防振支持装置Ｍは自動車のエンジンの支持に適用されているが、その用途は自動車のエンジンの支持に限定されるものではない。

また実施例ではエンジンの二次振動から三次振動までの高次数振動を制振しているが、どの次数の高次数振動までを制振するかは任意である。

また高次数振動を制振する目標電流の波形をマップ検索し、これを一次振動を制振する目標電流の波形に加算しても良く、このようにしても同じ効果を得ることができる。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２部拡大図 作用を説明するフローチャート

符号の説明

４１ アクチュエータ
Ｅ エンジン（振動体）
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）

Claims (2)

1. 振動体の荷重を支承するとともに、制御手段（Ｕ）の制御により振動体の振動状態に応じた目標電流でアクチュエータ（４１）を周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置において、
   前記制御手段（Ｕ）は、振動体の作動状態から該振動体の主次数振動の振動状態を推定するとともに、予め設定されたマップから主次数振動に相関する高次数振動の振動状態を検索し、主次数振動の振動状態および高次数振動の振動状態の両方から算出した目標電流でアクチュエータ（４１）を駆動することを特徴とする能動型防振支持装置。
2. 前記振動体はエンジン（Ｅ）であり、前記制御手段（Ｕ）はエンジン（Ｅ）のクランクシャフトの回転変動から主次数振動の振動状態を推定することを特徴とする、請求項１に記載の能動型防振支持装置。
   

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