JP2006118694A - 振動抑制装置の最適配置構成 - Google Patents

Abstract

【課題】振動抑制装置の騒音低減性能を高く保ちながらアクチュエータの数を減らしてアクチュエータのコストを削減する振動抑制装置の最適配置構成を提供する。
【解決手段】車体５の振動に係わる物理量を測定するセンサ１と、車体５のフロアパネル６上に配置されたアクチュエータ３と、センサ１が測定する物理量に応じてアクチュエータ３を制御することにより、車体５の振動による騒音を低減するコントローラ４とを備える振動抑制装置において、アクチュエータ３は自らが歪むことによりフロアパネル６に歪みを生成し、アクチュエータ３はその剛性値がフロアパネル６全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバー上に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は振動抑制装置の最適配置構成に関し、特に、車両に搭載された能動振動抑制装置（ＡＶＣ）におけるアクチュエータの最適配置構成に関する。

従来より、車体パネルの振動によって発生する車室内への放射音を抑制する振動抑制装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、車室内への放射音の原因となり得る車体パネルの振動を検出する振動検出手段と、車体パネル又はその近傍に取り付けられた車体パネルに振動を発生させる振動発生手段と、振動検出手段が検出した車体パネルの振動に基づき、前記振動を相殺する振動を振動発生手段に発生させる制御手段とを備える振動抑制装置が開示されている。
特開平０７−１９９９５４号公報

しかし、特許文献１の段落[0010]では「振動検出手段としてのセンサはルーフパネルの振動を検出しようとする箇所に数個設けられている」旨の記載があり、段落[0015]では「センサの取り付けは、天井部のみならず他の車体部へ取り付けるようにしてもよく、例えば、車体のフロア部に対しては車体フロアパネルにセンサを設けてもよい」旨の記載があるのみであり、振動検出手段及び振動発生手段の配置箇所についての詳細な記載はない。

車体にセンサを取り付ける際に、配置箇所によってはセンサの数が増加してしまい、コスト高になってしまう。

本発明の特徴は、車体の振動に係わる物理量を測定するセンサと、車体のフロアパネル上に配置されたアクチュエータと、センサが測定する物理量に応じてアクチュエータを制御することにより、車体の振動による騒音を低減するコントローラとを備える振動抑制装置において、アクチュエータは自らが歪むことによりフロアパネルに歪みを生成し、アクチュエータはその剛性値がフロアパネル全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバー上に配置されていることを要旨とする。

本発明によれば、振動抑制装置の騒音低減性能を高く保ちながらアクチュエータの数を減らしてアクチュエータのコストを削減する振動抑制装置の最適配置構成を提供することが出来る。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる振動抑制装置（ＡＶＣ：Active Vibration Control）は、車体５に伝わる振動を検出する手段としての加速度センサ１が車体の振動に係わる物理量を測定し、加速度センサ１が測定した物理量に基づいて、アクチュエータ３を歪ませて車体５のフロアパネル６に歪みを生成する。アクチュエータ３が連続的にフロアパネル６を歪ませることにより、車体５に制御振動が伝達する。車体の外部から車室内に伝わる振動や騒音に対して制御振動を干渉させることにより、振動や騒音を相殺して低減する。車室内ではマイクロホン２によって騒音レベルがモニタされる。

振動抑制装置は、加速度センサ１が測定する物理量に応じてアクチュエータ３を制御することにより、車体５の振動による騒音を低減するコントローラ４を備える。制御振動を干渉させて能動的に振動及び騒音を低減するコントローラは複数存在するが、ここでは、その一例として、アクチュエータ３に対して制御信号を送信するアダプティブフィルタ７と、車室内の騒音に対応した信号を用いてフィルタパラメータをオンラインで更新するアダプティブロー８とを備えるアダプティブフィルタコントローラを示す。

アダプティブフィルタコントローラでは、２種類のセンサ（１、２）が測定する２種類の信号が必要となる。１つは、車室内に伝わる騒音の原因となる外乱に関連する信号であり、例えば、路面１１から車輪（タイヤ１０ａ、１０ｂ）へ伝達される振動を測定する加速度センサ（Ｇ-センサ）１からの信号が含まれる。もう１つは、車内の騒音レベルに関連する信号であり、例えば、車内に取り付けられたマイクロホン２からの信号が含まれる。即ち、アダプティブフィルタ７を使用する振動抑制装置においては、車体の振動に係わる物理量を測定するセンサとして、外乱を測定するセンサ（加速度センサ１）と、外乱による振動又は騒音とアクチュエータ３による制御振動とが干渉した結果、車内に伝わる騒音を測定するセンサ（マイクロフォン２）の２種類のセンサが必要である。

外乱の影響を測定するセンサとして、１または２以上の車輪の路面に対して垂直方向の位置の変化を測定する位置センサ或いは垂直方向の加速度を測定する加速度センサを用いることができる。ここでは、１つの車輪の近くに固定された加速度センサ１を使用する。車内の騒音レベルを測定するセンサとして、車内の音圧を測定することができる１又は２以上のマイクロホン２を用いることができる。マイクロホン２の代わりに、車内の騒音又は床、ダッシュパネル、天井（ルーフパネル）又はその他の部分の振動を測定する加速度センサであっても構わない。また、アダプティブフィルタ制御を使用する振動抑制装置を含むあらゆる種類の振動制御装置において、１又は２以上のアクチュエータ３が必要とされる。

アクチュエータ３は、車体５の中のフロアパネル６下に固定され、自らが歪むことでフロアパネル６に歪みを生成することにより、車体５に制御振動を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。アクチュエータ３として、結晶に電界を加えると電界に比例した歪みが生じるピエゾ効果（圧電効果）を利用したピエゾ電気アクチュエータ（piezo-electric actuator）を使用することができる。アクチュエータ３の両面に電界を印加することによりアクチュエータ３は歪む。

図２に示すように、アダプティブフィルタ７には、外乱Ｘに関連する信号が転送される。同時に、システム９にも外乱Ｘが伝わる。なお、システム９は、図１における車体５を含む上位概念である。また、外乱Ｘに関連する信号は参照信号であり、例えば、図１の加速度センサ１から転送されてくる。アダプティブフィルタ７は、外乱Ｘに関連する参照信号ｘ(n)に対して、（１）式に従って、応答信号ｙ(n)を生成してアクチュエータ３へ供給する。ここで、Ｗ_iは、Ｉ個のパラメータを有するアダプティブフィルタ７のｉ番目のパラメータである。

参照信号ｘ(n)に対するアクチュエータ３の応答信号ｒ(n)は、（２）式に従って求められる。ここで、C_j’は、車体５のパネルとマイクロホン２との間の評価転送関数(estimated transfer function)のｊ番目のパラメータを示す。なお、この評価転送関数はJ個のパラメータを有する。

アダプティブロー８は、アダプティブフィルタ７のパラメータWを（３）式に従って求める。

ここで、パラメータα及びβは設計パラメータであり、ユーザが、例えばα＝０．１、β＝１に設定することができる。信号ｅ(n)はマイクロホン２から転送される信号である。標準的なパラメータの数Ｊは、最も少なくても（４）式に示すようになる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、図１のアクチュエータ３が固定されている車体５のフロアパネル６は、３つの主要な部分に分けることができる。具体的には、フロアパネル６は、乗員が座るシートの下に位置する平板状のキャビンパネル１５と、燃料タンクが固定されるタンクパネル１６と、スペアタイヤ及びトランクの下が位置するスペアタイヤパネル１７とを備える。キャビンパネル１５は、エンジンルームとタンクパネル１６の間に位置している。スペアタイヤパネル１７は、タンクパネル１６と車体５の後端の間に位置している。

図４に示すように、図３（ｂ）のフロアパネル６の上には、車両の進行方向に向かって縦方向に伸びる４つの縦メンバ１８ａ〜１８ｄと、横方向に伸びる４つの横メンバ１９ａ〜１９ｄとが配置されている。フロアパネル６は車体を軽量化するべく薄い平板状に形成されているため、フロアパネル６だけでは十分な剛性が得られない。フロアパネル６よりも剛性が高い棒状の縦メンバ１８ａ〜１８ｄ及び横メンバ１９ａ〜１９ｄをフロアパネル６上に固定して、フロアパネル６の剛性を高めている。縦メンバ１８ａ〜１８ｄ及び横メンバ１９ａ〜１９ｄの厚みはフロアパネル６よりも厚く形成されている。縦メンバ１８ａ〜１８ｄ及び横メンバ１９ａ〜１９ｄは、フロアパネル６の一方の面（表面又は裏面）側のみに固定されていても、両方の面（表裏面）に固定されていても構わない。

次に、アクチュエータ３の最適な配置箇所及び数について説明する。アクチュエータ３の機能は、フロアパネル６に歪みを生成してその歪みを車体５全体に伝達させることである。したがって、アクチュエータ３を効率的に機能させるためにアクチュエータ３が配置されるべき場所（配置箇所）は、歪みの伝達が良い、つまり遠い場所まで効率良くフロアパネル６の歪みが伝達する場所であることが望ましい。逆に、ある場所にアクチュエータ３を配置してフロアパネル６に歪みを生成して、歪みの伝達が悪い、つまり遠いところまで効率良くパネルの歪みが伝達しない場合、アクチュエータ３の効果は低くなる。その結果、アクチュエータ３の数を増やす、或いはアクチュエータ３に印加する電圧を高くするなどの処置が必要となり、コスト高又は消費電力の増加を招く。

アクチュエータ３の一例として使用するピエゾ電気アクチュエータは、図５に示すように、その表裏面に印加する電圧（Ｖ）に応じて、表裏面に垂直な方向に変形する。その時、ピエゾ電気アクチュエータには応力Ｆ（Ｎ）が生じる。ピエゾ電気アクチュエータはフロアパネル６に特別な接着剤を用いて強固に固定されているため、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ピエゾ電気アクチュエータが生成する応力Ｆによりフロアパネル６は変形し（歪み）、印加電圧の向き及び大きさを連続的に変化させることによりフロアパネル６に振動を生成する。アクチュエータ３によるフロアパネル６の振動は、応力Ｆが加えられた部分（アクチュエータ３の配置箇所）を中心としてフロアパネル６を広がっていく。図６（ｃ）に示すように、加速度センサ１等を用いてこの振動を測定することで、アクチュエータ３によるフロアパネル６の振動の伝達範囲を特定することができる。アクチュエータ３の最適配置箇所は、振動の伝達（放射）が最も大きい場所であり、アクチュエータ３の効果が最も大きくなる。アクチュエータ３の効果が及ぶ範囲が広くなることで、必要とされるアクチュエータ３の数を低減することができる。

アクチュエータ３の効果が及ぶ範囲を特定するために次の処理を行う。

１．キャビンパネル１５、タンクパネル１６及びスペアタイヤパネル１７に均等に分散して配置された測定点を設ける。

２．各測定点について、応力Ｆを加えてその時の加速度ａを総ての測定点で求める。

３．アクチュエータ３の効果が及ぶ範囲は、各測定点における信号減衰率αの値によって表示することができる。

アクチュエータ３の配置箇所及び数は、フロアパネル６に加えられる応力Ｆの大きさと応力Ｆを加える箇所におけるフロアパネル６を伝わる振動の加速度の大きさとの割合により標準化されるフロアパネルの信号減衰率α（signal attenuation rate）に従って決定される。信号減衰率α（ｄＢ）は、（５）式に示すように、パネルを伝達する応力Ｆの減衰率を示す関数である。

ここで、Ｇは（６）式に示すように応力Ｆの大きさｆと加速度の大きさａとの比である。

各測定点での信号減衰率αを比較できるようにするために、ゲインＧはゲインＧの最大値で割った値を用いる。これは、信号減衰率αのノーマライゼーションに相当する。換言すれば、アクチュエータ３による応力Ｆを印加する箇所の減衰率αを零と定義する。

発明者らは、フロアパネル６の様々な場所にアクチュエータ３を配置してフロアパネル６に応力Ｆを印加して、フロアパネル６の各測定点において信号減衰率αを測定した。ここでは、その中の６つの異なる場所にアクチュエータ３を配置した場合の実験結果について図７乃至図１２を参照して説明する。図７乃至図１２は、フロアパネル６での信号減衰率αの分布を示しているが、図３（ｂ）に示した実際のパネル寸法とは異なる寸法で示している。

先ず、フロアパネル６のうちでキャビンパネル１５内にアクチュエータ３を配置した場合について図７乃至図１０を参照して説明する。図７と図８を比較すると、キャビンパネル１５の右側に直接応力Ｆを加えた場合（図７）に比べて、キャビンパネル１５内の右側のメンバー１８ａ上に応力Ｆを加えた方が、信号減衰率αは小さくなる。よって、アクチュエータ３の効果が及ぶ範囲は、キャビンパネル１５の右側に直接配置されたアクチュエータ３よりも右側のメンバー１８ａ上に配置されたアクチュエータ３の方が広くなる。なお、図７ではフロアパネル６全体について信号減衰率αを求め、図８では応力Ｆを印加する場所を中心とするフロアパネル６の一部分のみについて信号減衰率αを求めているが、信号減衰率αの分布の相違は明確である。この相違については、以下の２つの理由が考えられる。

１つ目は、フロアパネル６の厚みはメンバーに比べて薄いため、フロアパネル６に直接応力Ｆが印加された場合、振動は急速に減衰してしまうからである。これに対して、ステンレスなどの材料が使用されるメンバー１８ａは、フロアパネル６に比べてその厚みが厚く、振動の減衰は遅くなる。よって、振動の信号減衰率αは小さくなる。

２つ目は、フロアパネル６に直接加えられた応力Ｆによる振動のほとんどは、メンバー１８ａにより止められ、或いは減衰される。これに対して、応力Ｆがメンバー１８ａに加えられた場合、メンバー１８ａを振動が伝わり、更にメンバー１８ａからフロアパネル６へ振動が伝わる。よって、その特性が異なってくる。

なお、図９及び図１０に示すように、キャビンパネル１５の左側に直接応力Ｆを加えた場合（図９）と、キャビンパネル１５内の左側のメンバー１８ｂ上に応力Ｆを加えた場合（図１０）とを比較しても、同様な結果が得られた。

次に、タンクパネル１６内にアクチュエータ３を配置した場合について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１と図７を比較すると、キャビンパネル１５に直接応力Ｆを加えた場合（図７）に比べて、タンクパネル１６に直接応力Ｆを加えた方が、信号減衰率αは小さくなる。これは、タンクパネル１６はキャビンパネル１５よりも均質であり、タンクパネル１６には振動を止めるメンバーが固定されていないからと考えられる。

しかし、図１２に示すように、タンクパネル１６内のメンバー１８ｃ上に応力Ｆを加えた場合、減衰率特性は大きく変化して、アクチュエータ３の影響が及ぶ範囲は著しく広くなる。このように、タンクパネル１６内にアクチュエータ３を配置する場合であっても、キャビンパネル１５と同様に、アクチュエータ３をパネル上に直接固定するよりも、メンバー１８上に固定する方が、信号減衰率αは小さくなり、よってアクチュエータ３の影響が及ぶ範囲が広くなる。

なお、発明者らは上述したキャビンパネル１５とタンクパネル１６と同様な実験をスペアタイヤパネル１７についても実施したが、同様な結果が得られている。

したがって、アクチュエータ３の影響が及ぶ範囲を最も広くするには、アクチュエータ３をパネル６上に直接固定するのではなく、剛性値がフロアパネル６全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバー１８上に固定することが望ましい。更に望ましくは、横メンバー１９上にアクチュエータ３を配置するよりも縦メンバー１８上にアクチュエータ３を配置する方が望ましい。

次に、メンバー１８上におけるアクチュエータの配置場所について説明する。メンバー１８上におけるアクチュエータ３の配置場所は、メンバー１８を伝わる振動モードに基づいて決定することができる。振動モードは、応力Ｆが印加される箇所から信号減衰率αが測定される箇所への変換関数によって計算される。例えば、縦メンバー１８に沿って伝達する振動モードの一例を図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）に示すように、振動モードには、メンバー１８の変形が最小及び最大となるノード２０及び最大振幅点（maxima）２１が交互に存在する。ピエゾ電気アクチュエータの効果を最も高くするために、アクチュエータ３は、考慮する振動モードにおける最大振幅点２１上に配置することが望ましい。

なお、複数の振動モードを制御対象としている場合、複数の振動モードに属する最大振幅点２１を含む領域に配置することが望ましい。例えば、図１３（ｂ）に示すように、モードＡ及びモードＢの２つの振動モードが制御対象となる場合、それぞれの振動モードの最大振幅点２１ａ、２１ｂを含む領域がアクチュエータ配置箇所２２となる。

ここで、メンバー１８に伝わる振動モードについて簡単に説明する。図１４（ａ）に示すように、メンバー１８は様々な形状で振動することができる。これをグラフ上に表すと、図１４（ｂ）に示すように、様々な形状（周波数）の波形となる。この波形においてｙ軸上に位置する変形量が最も小さい部分をノード２５ａ〜２５ｃと呼び、変形量が最も大きくなる部分を最大振幅点２６ａ、２６ｂと呼ぶ。図１４（ｃ）に示すように、メンバー１８及びフロアパネル６には、様々な方向（ｘ軸及びｙ軸）に伝達する振動モードが発生し得る。メンバー１８及びフロアパネル６に発生し得る様々振動モードを考慮して、上述したアクチュエータ配置箇所２２にアクチュエータ３を配置することにより、効率良く振動抑制を行うことができる。なお、図１４（ｄ）に示すように、メンバー１８部分の厚みｔ₂は、図１４（ｃ）のフロアパネル６の厚みｔ₁よりも厚い。

次に、アクチュエータ３の数について説明する。前述したように、必要となるアクチュエータ３の数は、アクチュエータ３の配置箇所に依存する。配置箇所を最適化することにより、アクチュエータ３の数を低減することができる。また、アクチュエータ３の数は、許容される信号減衰率α、即ち信号減衰率の敷居値βにも依存する。フロアパネル６全体にわたって信号減衰率αを敷居値β以下に保つ為に必要なアクチュエータ３の数が計算される。

これまでに説明した実験例についてアクチュエータの数を実際に計算するには、敷居値βを２０ｄＢにすることが適当である。図１５に示すように、１つ目のアクチュエータが車体５の進行方向に向かって左前方のメンバー１８ｂ上に配置され、２つ目のアクチュエータが右後方のメンバー１８ｃ上に配置されている。図１０に示した左前方のメンバー１８ｂ上に応力Ｆを加えた時の２０ｄＢの境界線と、図１２に示した右後方のメンバー１８ｃ上に応力Ｆを加えた時の２０ｄＢの境界線とを重ね合わせると、図１５に示すように、フロアパネル６ほぼ全体にわたって信号減衰率αを２０ｄＢ（＝敷居値β）以下にすることができる。なお、１つ目のアクチュエータ３を車体５の進行方向に向かって右前方のメンバー１８ａ上に配置し、２つ目のアクチュエータ３を左後方のメンバー１８ｄ上に配置しても同様である。

敷居値βをより小さい値に設定すると、必要とされるアクチュエータの数は増加する。アクチュエータ３の数Ｎは、（７）式に示すように、信号減衰率の敷居値β及びアクチュエータ３の配置個所(location)及び各アクチュエータ３の振動減衰特性ｇに依存する。

なお、アクチュエータ３の数が３である場合、１つ目及び２つ目のアクチュエータは車体５の進行方向に向かって右前方及び左前方のメンバー１８ａ、１８ｂ上にそれぞれ配置され、３つ目のアクチュエータは車体５の進行方向に向かって左後方又は右後方のメンバー１８ｃ、１８ｄ上に配置されている。勿論、アクチュエータの数が４つであっても構わない。

メンバー１８上でのアクチュエータ３の配置方向は、アクチュエータ３の配置箇所から直接的に決定される。アクチュエータ３は細くて長いメンバー１８上に配置するため、図１６に示すように、アクチュエータ３が長辺Ｌ及び短辺Ｗからなる長方形の形状を有する場合、長辺Ｌをメンバー１８に沿って配置することが望ましい。

メンバー１８上でのアクチュエータ３の配置方向について更に詳細に説明する。

図１７に示すように、一般的なアクチュエータ３は、平面寸法において縦横の長さが異なり、長さ（長辺）Ｌと幅（短辺）Ｗが存在する長方形であることが多い。その結果、アクチュエータ３の配置方向を考慮する必要が生じる。

アクチュエータ３の配置方向は、アクチュエータ３の配置場所によって直接的に定まる。アクチュエータ３が固定されるメンバー１８は細長い平面形状を有するため、アクチュエータ３はメンバー１８と同じ向きに配置される。つまり、図１６に示したように、アクチュエータ３の長辺Ｌはメンバー１８の長さ方向に沿って配置される。この向きは、特別な冶具を必要とせずに容易にアクチュエータ３をメンバー１８上に配置することができる。上記のメンバー１８に対するアクチュエータ３の向きをアクチュエータ３の「自然な配置方向」と呼ぶ。

しかし、所定の振動減衰率を有するアクチュエータ３により覆われた表面における最適方向は、自然な配置方向とは異なる。アクチュエータ３の最適方向は、アクチュエータ３の特性に応じて決定される。

一般的に、ピエゾアクチュエータは幅方向よりも長さ方向に長く、アクチュエータ３の変形特性は、アクチュエータ３の向きによって異なる。アクチュエータ３によって生じる応力はその変形により生じるので、アクチュエータ３の変形特性は重要である。

前述したように、アクチュエータ３の変形は、所定電圧のもとで電流をアクチュエータ３の表裏面に流すことにより生じる。電圧を上げるほどに変形量は大きくなる。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、一般的に、アクチュエータ３の最も長い寸法方向（例えば、長さ（Ｌ）方向）に沿った変形モーメントＭ_Lは、アクチュエータ３の短い寸法方向（例えば、幅（Ｗ）方向）に沿った変形モーメントＭ_Wよりも小さい。しかし、アクチュエータ３が長さ（L）と幅（Ｗ）が同じである正方形の形状を有する場合もありうる。

前述したように、所定の信号減衰率αを有するフロアパネル６の振動は、アクチュエータ３の変形に影響を受け、一般的に、アクチュエータ３の配置方向にも影響を受ける。発明者らは、ピエゾアクチュエータを車両のメンバー１８上に配置して歪ませる実験を行った。

図１９（ａ）に示すように、発明者らはフロアパネル６上の複数の測定点においてフロアパネル６を伝わる振動を測定した。フロアパネル６を伝わる振動はメンバー１８ａ上に配置されたアクチュエータ３の変形により生成されたものであり、図１９（ｂ）は、メンバー１８ａを中心としたフロアパネル６右上部分の信号減衰率の分布を示す。変形モーメントが最も大きいアクチュエータ３の長さ方向Ｌは、メンバー１８ａの長さ方向に沿っている。つまり、アクチュエータ３の最大モーメント３１はメンバー１８ａの長さ方向に平行に配置され、アクチュエータ３の最小モーメント３２はメンバー１８ａの長さ方向に垂直に配置されている。アクチュエータ３の変形は比較的に長い周波数の信号によって生成される。生成された振動は、フロアパネル６上の複数の測定点に配置された加速度センサにより測定される。アクチュエータ３の入力電圧と加速度の間の利得は、アクチュエータ３の配置に関する参照値として定義される。よって、他の測定点の信号減衰率は零よりも小さくなる。

図１９（ｂ）に示すように、信号減衰率についてフロアパネル６を「低」、「中」、「高」の３つの領域に分けたところ、アクチュエータ３の長さ方向（最大モーメント３１）をメンバー１８の長さ方向に沿わすよりも、アクチュエータ３の長さ方向（最大モーメント３１）をメンバー１８の長さ方向に垂直に配置させる方が、信号減衰率が低い領域は広くなる。つまり、信号減衰率が低くなる。

図２０（ｂ）はアクチュエータ３をメンバー１８に対して垂直に配置した場合の信号減衰率の分布を示す。アクチュエータ３をメンバー１８に対して垂直に配置することにより、平行に配置する場合（図１９（ｂ））よりも信号減衰率の「低」又は「中」の領域が広くなる。

前述したように、コスト削減の観点から、必要なアクチュエータ３の数は少ないことが望ましい。信号減衰率の分布がアクチュエータ３の向きによって変化するため、必要なアクチュエータ３の数もアクチュエータ３の向きによって変化することになる。

例えば、フロアパネル６が信号減衰率の「低」又は「中」領域で覆われるようにアクチュエータ３の数を設定する場合を考える。図１９（ｂ）のようにアクチュエータ３の最大モーメント３１をメンバー１８ａの長さ方向に平行に配置した時は、図２１に示すように、フロアパネル６の右上１／４部分について合計４つのアクチュエータ３ａ〜３ｄが必要になる。一方、図２０（ｂ）のようにアクチュエータ３の最大モーメント３１をメンバー１８ａの長さ方向に垂直に配置した時は、図２２に示すように、フロアパネル６の右上１／４部分について合計２つのアクチュエータ３ａ、３ｂで済む。このように、必要なアクチュエータ３の数は、アクチュエータ３の最大モーメント３１をメンバー１８に平行に配置する場合よりも垂直に配置するほうが、少なくて済む。

アクチュエータ３の最大モーメント３１がメンバー１８の長さ方向に垂直になるようにアクチュエータ３を配置する場合、曲げモーメントが最も大きい（最大モーメント３１）方向のアクチュエータ３の長さがメンバー１８ａの幅よりも長いことが起こり得る。図２３（ａ）に示すように、アクチュエータ３を車内に配置する場合、アクチュエータ３の四隅がフロアパネル６には接触するが、メンバー１８には接触していない状態となってしまう。また、図２３（ｂ）に示すように、アクチュエータ３を車外に配置する場合、アクチュエータ３の四隅がメンバー１８及びフロアパネル６の何れにも接触していない状態となってしまう。アクチュエータ３の変形応力はその四隅において最大値を取るため、アクチュエータ３の四隅で発生する変形モーメントを、メンバー１８へ全く伝えることが出来ない、或いは伝えられたとしても応力全体のうちの一部分に過ぎず、アクチュエータ３の効率は低下せざるを得ない。

この問題を避けるため、曲げモーメントが最も大きい（最大モーメント３１）方向のアクチュエータ３の長さがメンバー１８の幅よりも長い場合、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すようにアクチュエータ３とメンバー１８との間を接続する伝達部材３３ａ、３３ｂを更に設ける。伝達部材３３ａ、３３ｂは、メンバー１８と実質的に同じ強度を有する。また、伝達部材３３ａ、３３ｂはＬ型又は三角形の断面形状を有し、メンバー１８及びフロアパネル６又はアクチュエータ３に沿って配置される。伝達部材３３ａ、３３ｂを配置することにより、アクチュエータ３の四隅が伝達部材３３ａ、３３ｂを介してメンバー１８に強固に接続されるため、アクチュエータ３の四隅で発生する最大の変形モーメント（曲げモーメント）を逃がすことなく効率よくメンバー１８に伝えることが出来る。

メンバー１８上にアクチュエータ３を配置する場合のその配置方向について説明したが、所定の理由によってメンバー１８では無くフロアパネル６上にアクチュエータ３を配置しなければいけない場合についても同様である。

図２５に示すように、フロアパネル６上に２つの振動モードが伝達している場合、フロアパネル６の特定の部分に、振幅が最大となる箇所と最小となる箇所が存在する。振幅が最大となる箇所を「谷」３４、３５と呼び、「谷」３４、３５においてフロアパネル６の変形量は最大となる。前述したように、アクチュエータ３はフロアパネル６の「谷」３４、３５に配置されることが望ましい。更にアクチュエータ３の向きについて検討する。ここでのアクチュエータ３の向きは、アクチュエータ３の歪みによる変形モーメントが最大となる（最大モーメント）方向である。図２６に示すように、アクチュエータ３の向きは、「谷」３４、３５での変形量の勾配が最も大きくなる方向に沿って配置される。即ち、アクチュエータ３は、フロアパネル６の変形量の傾斜が最も急になる方向に平行に配置される。図２５に示す変形量の分布において、アクチュエータ３の向きは、ｘ方向に平行に配置されることになる。

ｚ軸に沿ったフロアパネル６の変形量Ｄ_Zの勾配Ｇ(D_Z)はｘ及びｙの関数である。フロアパネル６の変形量Ｄ_Zは（８）式により定義され、変形量Ｄ_Zの勾配Ｇ(D_Z)は（９）式により定義される。

以上説明したように、本発明の実施の形態は、ピエゾアクチュエータを含むあらゆる種類のアクチュエータについて適用することが出来る。フロアパネル６を含むあらゆる平板状の材料上にアクチュエータ３を配置する場合において、アクチュエータ３を配置する方向をアクチュエータの縦横比等の寸法で決める必要は無く、むしろその曲げモーメントの大きさによって特徴付けられる振動特性により定めることが望ましい。換言すれば、方形状のアクチュエータ３において長手方向又は長さ方向をアクチュエータの方向とするのではなく、アクチュエータ３が歪むことにより生じる応力（モーメント）が最も大きくなる方向をアクチュエータの方向とするのが望ましい。

アクチュエータの曲げモーメントが最も大きい方向が、車体のフロアパネルの曲げ強度が最も小さい方向に沿って配置される。アクチュエータの曲げモーメントＭ_aを（１０）式に示す。ここで、Ｋ_aはアクチュエータの曲げ強度を示し、ｗはアクチュエータの形状を示す。

したがって、（１１）式に示すように、曲げモーメントＭ_aが最大となるアクチュエータの方向と曲げ強度Ｋ_aが最小となる材料の方向とが一致するようにアクチュエータの向きを調整する。ここで、「材料」とは、アクチュエータが配置される対象物であり、車体におけるあらゆるフロアパネル及びメンバーが含まれる概念である。

図２７に示すように、複雑な形状を有するアクチュエータについても同様にして配置方向を決定することが出来る。アクチュエータが配置される対象物である材料（例えば、フロアパネル６）は、平面内において２つの異なる方向において異なる曲げ強度（Ｋ_m,1, Ｋ_m,2）を備える。一方、アクチュエータは、２つの異なる方向において異なる曲げモーメント（Ｍ_a,1, Ｋ_a,2）を備える。Ｋ_m,1＞Ｋ_m,2であり、且つＭ_a,1＞Ｋ_a,2である場合、曲げ強度Ｋ_m,2の方向と曲げモーメントＭ_a,1の方向が一致するように、材料の方向とアクチュエータの方向を合わせる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、アクチュエータ３を取り付ける場所を信号減衰率αに基づいて最適化することにより、その数を低減することができ、コストを抑えることができる。また、路面から車室内に伝わるロードノイズを効率的に低減して乗員の快適さを向上させることができると同時に、必要なアクチュエータ３の数を低減し、アクチュエータにかかるコストを抑えることができる。

メンバー１８上にアクチュエータ３を配置する場合、アクチュエータ３の最大モーメント３１方向がメンバー１８の長さ方向に平行になるようにアクチュエータ３を配置する。フロアパネル６上にアクチュエータ３を配置する場合、フロアパネル６の振動モードの「谷」部分にアクチュエータ３を配置し、且つアクチュエータ３の向き（最大モーメント方向）がフロアパネル６の変形量Ｄ_Zの勾配が最も急になる方向に平行になるように配置する。これにより、必要なアクチュエータ３の数を低減しつつ、フロアパネルにおける信号減衰率を小さくすることが出来る。

なお、図１７に示したように、アクチュエータ３の形状が特定されている場合、その特定された形状における最大モーメント方向がメンバー１８の長さ方向に沿うように、アクチュエータ３の「向き」を設計すればよい。一方、アクチュエータの形状が特定されていない場合、最大モーメントがメンバー１８に沿うようにその「形状」を設計してやればよい。

上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係わる振動抑制装置の一例として車両に搭載されたアダプティブフィルタコントローラを示すブロック図である。 図１のアダプティブフィルタコントローラにおける信号の送受信の様子を示すブロック図である。 図３（ａ）は図１の振動抑制装置が搭載される車両を示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の車両のフロアパネル部分を示す平面図である。 図３（ｂ）のフロアパネル上に配置されたメンバーを示す平面図である。 図１のアクチュエータの一例としてのピエゾ電気アクチュエータの動作を説明する模式図である。 図６（ａ）はアクチュエータが取り付けられたフロアパネルに歪みが生じる様子を示す模式図であり、図６（ｂ）はアクチュエータからフロアパネルに伝わる応力Ｆの大きさを示すグラフであり、図６（ｃ）はフロアパネルを伝達する振動の大きさを示すグラフである。 キャビンパネルの右側に直接応力を加えた時の信号減衰率αの分布を示す平面図である。 キャビンパネルの右側のメンバー上に応力を加えた時の信号減衰率αの分布を示す平面図である。 キャビンパネルの左側に直接応力を加えた時の信号減衰率αの分布を示す平面図である。 キャビンパネルの左側のメンバー上に応力を加えた時の信号減衰率αの分布を示す平面図である。 タンクパネルの中央に直接応力を加えた時の信号減衰率αの分布を示す平面図である。 タンクパネルの右側のメンバー上に応力を加えた時の信号減衰率αの分布を示す平面図である。 図１３（ａ）は縦メンバーに沿って伝達する振動モードの一例を示すグラフであり、図１３（ｂ）は複数の振動モードが存在する場合のアクチュエータの最適な配置場所を示すグラフである。 図１４（ａ）はメンバーの振動モードについて簡単に説明する為の図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の振動モードをグラフ上に表したものであり、図１４（ｃ）はメンバー及びフロアパネルに様々な方向（ｘ軸及びｙ軸）に発生し得る振動モードを示す模式図であり、図１４（ｄ）はメンバー部分の拡大図を示す。 図１０に示した左前方のメンバー上にアクチュエータを配置した時の２０ｄＢの境界線と、図１２に示した右後方のメンバー上にアクチュエータを配置した時の２０ｄＢの境界線とを重ね合わせた図である。 メンバー上に配置されたアクチュエータの向きを示す模式図である。 一般的なアクチュエータの形状を示す斜視図である。 図１８（ａ）は幅方向の変形モーメントＭ_Wの大きさを示し、図１８（ｂ）は長さ方向の変形モーメントＭ_Lの大きさを示す斜視図である。 図１９（ａ）は発明者らが行った実験におけるフロアパネル上の振動の測定点を示し、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の右上部分を拡大した、メンバー上のアクチュエータ（平行）及び信号減衰率の分布を示す平面図である。 図２０（ａ）は発明者らが行った実験におけるフロアパネル上の振動の測定点を示し、図２０（ｂ）は図２０（ａ）の右上部分を拡大した、メンバー上のアクチュエータ（垂直）及び信号減衰率の分布を示す平面図である。 アクチュエータの最大モーメントをメンバーの長さ方向に平行に配置した場合の必要なアクチュエータの数及び信号減衰率の分布を示す平面図である。 アクチュエータの最大モーメントをメンバーの長さ方向に垂直に配置した場合の必要なアクチュエータの数及び信号減衰率の分布を示す平面図である。 図２３（ａ）は車内においてメンバー上に配置されたアクチュエータを示す断面図であり、図２３（ｂ）は車外においてメンバー上に配置されたアクチュエータを示す断面図である。 図２４（ａ）は車内にアクチュエータが配置された場合の伝達部材の配置を示す断面図であり、図２４（ｂ）は車外にアクチュエータが配置された場合の伝達部材の配置を示す断面図である。 フロアパネル上に伝わる振動のＸ−Ｙ方向への分布を示す平面図である。 アクチュエータの向きと「谷」での変形量の勾配が最も大きくなる方向との関係を示す平面図である。 図２７は、複雑な形状を有するアクチュエータを材料上に配置する場合の曲げモーメントと曲げ強度との関係を示す斜視図である。

符号の説明

１…加速度センサ
２…マイクロホン
３…アクチュエータ
４…コントローラ
５…車体
６…フロアパネル
７…アダプティブフィルタ
８…アダプティブロー
９…システム
１０ａ、１０ｂ…タイヤ
１１…路面
１５…キャビンパネル
１６…タンクパネル
１７…スペアタイヤパネル
１８、１８ａ〜１８ｄ…縦メンバー
１９、１９ａ〜１９ｄ…横メンバー
２０、２５ａ〜２５ｃ…ノード
２１、２１ａ、２６ａ…最大振幅点
２２…アクチュエータ配置箇所
３１…最大モーメント
３２…最小モーメント
３３ａ、３３ｂ…伝達部材
３４、３５…谷
３６、３７…曲げモーメント
３８、３９…曲げ強度
α…信号減衰率

Claims (8)

1. 車体の振動に係わる物理量を測定するセンサと、
   前記車体のフロアパネル上に配置された、自らが歪むことにより前記フロアパネルに歪みを生成するアクチュエータと、
   前記センサが測定する前記物理量に応じて前記アクチュエータを制御することにより、前記車体の振動による騒音を低減するコントローラとを備え、
   前記アクチュエータは、剛性値が前記フロアパネル全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバー上に配置されていることを特徴とする振動抑制装置の最適配置構成。
2. 前記アクチュエータは、前記車体の進行方向に向かって右前方又は左前方若しくは右後方又は左後方の何れかの前記メンバー上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の振動抑制装置の最適配置構成。
3. 前記アクチュエータは、前記メンバーに生じる振動モードにおいて振幅が最大となる箇所に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の振動抑制装置の最適配置構成。
4. 前記メンバーに生じる前記振動モードが複数である場合、前記アクチュエータは、１以上の前記振動モードにおいて振幅が最大となる箇所に配置されていることを特徴とする請求項３記載の振動抑制装置の最適配置構成。
5. 前記アクチュエータの数は、前記メンバーに加えられる応力の大きさと前記応力を加える箇所における前記メンバーを伝わる振動の加速度の大きさとの割合により標準化される前記フロアパネルの信号減衰率に従って決定されることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の振動抑制装置の最適配置構成。
6. 前記アクチュエータの数が２である場合、１つ目の前記アクチュエータは前記車体の進行方向に向かって右前方又は左前方の前記メンバー上に配置され、２つ目の前記アクチュエータは前記車体の進行方向に向かって左後方又は右後方の前記メンバー上に配置されていることを特徴とする請求項５記載の振動抑制装置の最適配置構成。
7. 前記アクチュエータの曲げモーメントが最も大きい方向が、前記車体のフロアパネルの曲げ強度が最も小さい方向に沿っていることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の振動抑制装置の最適配置構成。
8. 前記曲げモーメントが最も大きい方向の前記アクチュエータの長さが前記メンバーの幅よりも長い場合、前記アクチュエータと前記メンバーとの間を接続する、前記メンバーと実質的に同じ強度を有する伝達部材を更に備えることを特徴とする請求項７記載の振動抑制装置の最適配置構成。