JP2009126232A - Vibration control system for vehicle - Google Patents

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Takehiko Sugiura
岳彦 杉浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration control system for a vehicle achieving simple constitution and good energy efficiency in handling vibration for improving driving comfortability of an automobile. <P>SOLUTION: The vibration control system for a vehicle comprises a first transducer 2 attached to a construction member 1, 10, 11 generating vibration while driving an automobile, inputting vibration, and outputting a vibration electric signal, a second transducer 3 attached to the construction member and outputting mechanical vibration to the construction member by a driving electric signal added, and a signal processing means 4 inputting the vibration electric signal, generating the driving electric signal from the vibration electric signal, and outputting it. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車に生じる振動を制御して、自動車の運転快適性を改善する車両用振動制御システムに関する。   The present invention relates to a vehicle vibration control system that controls vibration generated in an automobile to improve driving comfort of the automobile.

従来から、自動車の各構成要素における振動は運転快適性に悪影響を与えるものであり、種々の制振対策が講じられている。しかしながら、逆に自動車の特定の構成要素に振動を付与することで利点を生み出す技術も知られている。例えば、車両の車外に取り付けられたミラーやウインドウガラスなどの雨滴付着部材の外表面の上部又は側部の少なくともいずれか一方に高周波用スピーカを備えた雨滴除去装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この雨滴除去装置は、高周波スピーカを作動することにより出力される大きな音圧でミラーやガラスに滞留している水滴を下方へ押し流すことものである。この大きな音圧を作り出すために、それ相応の電源回路、発振器、高周波発生回路、アンプを用意する必要があり、装置が大がかりとなるだけでなく、エネルギ効率的にも問題がある。   Conventionally, vibration in each component of an automobile has an adverse effect on driving comfort, and various vibration suppression measures have been taken. However, there is also known a technology that produces an advantage by applying vibrations to specific components of the automobile. For example, there is known a raindrop removing device including a high frequency speaker on at least one of an upper part or a side part of an outer surface of a raindrop adhesion member such as a mirror or a window glass attached outside a vehicle (for example, a patent Reference 1). This raindrop removing device pushes down water droplets staying on a mirror or glass with a large sound pressure output by operating a high-frequency speaker. In order to generate such a large sound pressure, it is necessary to prepare a corresponding power supply circuit, oscillator, high frequency generation circuit, and amplifier, which not only makes the apparatus large, but also has a problem in terms of energy efficiency.

また、自動車のフロントガラスの上下端部に超音波振動子を取り付け、この超音波振動子に交流電流を印加することにより、フロントガラスを強く振動させ、その表面に付着した雨滴を振るい落とす水滴除去方法も知られている(例えば、特許文献2参照)。この水滴除去方法においても、超音波振動子を駆動するために、電源回路、交流電流発生器、アンプなどが必要であり、装置が大がかりとなる。   In addition, ultrasonic vibrators are attached to the upper and lower ends of the windshield of an automobile, and by applying an alternating current to the ultrasonic vibrator, the windshield is vibrated strongly, removing water droplets that shake off the raindrops adhering to the surface. A method is also known (see, for example, Patent Document 2). Also in this water droplet removal method, in order to drive the ultrasonic transducer, a power supply circuit, an alternating current generator, an amplifier, and the like are necessary, and the apparatus becomes large.

特開平8−295204号公報(段落番号0008−0021、図3)JP-A-8-295204 (paragraph number 0008-0021, FIG. 3) 特開2007−191129号公報(段落番号0034−0036、図6,図7)JP 2007-191129 A (paragraph numbers 0034-0036, FIG. 6 and FIG. 7)

上記実情に鑑み、本発明の課題は、自動車の運転快適性を改善するために振動を取り扱う場合に、簡単な構成と良好なエネルギ効率とを実現する車両用振動制御システムを提供することである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a vehicle vibration control system that realizes a simple configuration and good energy efficiency when handling vibrations in order to improve driving comfort of an automobile. .

上記課題を解決するため、本発明による車両用振動制御システムは、自動車の運転中に振動を生じる自動車の構成部材に取り付けられるとともに、入力された前記振動を振動電気信号として出力する第1トランスジューサと、前記構成部材に取り付けられるとともに、入力された駆動電気信号を機械的振動に変換して前記構成部材に出力する第2トランスジューサと、前記第1トランスジューサから入力される前記振動電気信号に基づいて前記振動電気信号から前記駆動電気信号を生成して前記第2トランスジューサに出力する信号処理手段とを備える。   In order to solve the above-described problems, a vehicle vibration control system according to the present invention is attached to a component of an automobile that generates vibration during operation of the automobile, and a first transducer that outputs the inputted vibration as a vibration electric signal; A second transducer that is attached to the component and converts the input drive electric signal into mechanical vibration and outputs the mechanical vibration to the component; and the vibration electric signal input from the first transducer based on the vibration electric signal. Signal processing means for generating the drive electrical signal from the oscillating electrical signal and outputting it to the second transducer.

この構成によれば、自動車の運転中に自動車の構成部材に生じている振動を振動電気信号として取り込み、取り込んだ振動電気信号から得られた駆動電気信号を機械的振動に変換し、この機械的振動を必要とする箇所に与えることができる。つまり、この車両用振動制御システムでは、最終的な振動出力の源となる振動は自動車の構成部材に生じている振動であるので、従来技術では必須であった発振回路が不要となっている。また、第1トランスジューサを振動が不要な、ないしは振動が害となっている箇所に配置した場合、その振動を取り出すことで、何らかの制振効果も副次的に得ることができる。   According to this configuration, the vibration generated in the components of the vehicle during the operation of the vehicle is captured as a vibration electrical signal, and the drive electrical signal obtained from the captured vibration electrical signal is converted into mechanical vibration. It can be applied to places that require vibration. In other words, in this vehicle vibration control system, the vibration that is the source of the final vibration output is the vibration generated in the constituent members of the automobile, and therefore the oscillation circuit that is essential in the prior art is unnecessary. In addition, when the first transducer is disposed at a place where vibration is unnecessary or where vibration is harmful, some vibration damping effect can be obtained as a secondary effect by taking out the vibration.

また、本発明に係る車両用振動制御システムは、さらに、前記第2トランスジューサから出力される振動の位相と、前記第2トランスジューサの取付位置において前記構成部材に生じている振動の位相とが逆位相となるように、前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサとが前記構成部材に取り付けてあることを特徴とする。この特徴によれば、第2トランスジューサから出力され、構成部材に伝播する機械的振動は、その際に構成部材に生じている振動に対してその振幅を打ち消すように働く。従って、この構成による車両用振動制御システムは、自動車の構成部材に生じた振動をそのまま用いて、同じ構成部材を制振する効果を得るものである。   In the vehicle vibration control system according to the present invention, the phase of the vibration output from the second transducer and the phase of the vibration generated in the constituent member at the mounting position of the second transducer are opposite in phase. Thus, the first transducer and the second transducer are attached to the component member. According to this feature, the mechanical vibration output from the second transducer and propagated to the component member acts to cancel the amplitude of the vibration generated in the component member at that time. Therefore, the vehicle vibration control system according to this configuration obtains the effect of damping the same component using the vibration generated in the component of the automobile as it is.

また、本発明に係る車両用振動制御システムは、前記第2トランスジューサから出力される振動の位相と、前記第2トランスジューサの取付位置において前記構成部材に生じている振動の位相とが逆位相となるように、前記信号処理手段が前記駆動電気信号を生成することを特徴とする。つまり、前記信号処理手段が位相シフト機能を備えることなる。この特徴により、第1トランスジューサと第2トランスジューサの取付位置にかかわらず、第2トランスジューサから出力され、構成部材に伝播する機械的振動を、その際に構成部材に生じている振動に対してその振幅を打ち消すように働かせることができる。従って、この構成による車両用振動制御システムは、自動車の構成部材に生じた振動をそのまま用いて、同じ構成部材を制振する効果を得るものである。   In the vehicle vibration control system according to the present invention, the phase of the vibration output from the second transducer and the phase of the vibration generated in the constituent member at the mounting position of the second transducer are in reverse phase. Thus, the signal processing means generates the drive electrical signal. That is, the signal processing means has a phase shift function. Due to this feature, the mechanical vibration that is output from the second transducer and propagates to the component member regardless of the mounting position of the first transducer and the second transducer, the amplitude of the mechanical vibration generated in the component member at that time Can work to counteract. Therefore, the vehicle vibration control system according to this configuration obtains the effect of damping the same component using the vibration generated in the component of the automobile as it is.

また、本発明に係る車両用振動制御システムでは、さらに、前記信号処理手段は、前記振動電気信号の周波数から変換された特定高周波数を前記振動電気信号の周波数に重畳して、前記駆動電気信号を生成するように構成してあることを特徴とする。振動電気信号の周波数から特定高周波数への変換は、振動電気信号には、共振周波数を中心周波数としてその高周波成分が含まれていることを利用して、特定高周波数帯域のハイパスフィルタを用いる方法を採用することができる。また、振動電気信号の中心周波数を周波数変換する方法を採用することもできる。この特徴により、第2トランスジューサからは、自動車の構成部材の振動と同様の振動特性を有する第1の振動に所望の特定高周波成分からなる第2の振動が重ね合わされた振動が出力される。その結果、第1の振動を通じて構成部材を制振する効果と、第2の振動を通じて雨滴除去の効果とを得ることが可能となる。なお、雨滴除去を主な目的とする場合には、前記信号処理手段を、前記振動電気信号の周波数を特定高周波数に変換して、前記駆動電気信号を生成するように構成するとよい。その場合は、第2トランスジューサから所望の特定高周波成分からなる振動を出力して、構成部材に伝播させることができ、その高周波振動によって雨滴除去が実現する。なお、駆動電気信号の帯域を可聴周波数領域を超える帯域とすると、第2トランスジューサから出力される高周波振動は、人間の耳には感じることがないので、騒音対策上、好都合である。   Further, in the vehicle vibration control system according to the present invention, the signal processing means further superimposes a specific high frequency converted from the frequency of the vibration electric signal on the frequency of the vibration electric signal, to thereby generate the drive electric signal. It is characterized by generating. The conversion from the frequency of the oscillating electrical signal to the specific high frequency uses a high-pass filter of a specific high frequency band by utilizing the high frequency component of the oscillating electrical signal as the center frequency. Can be adopted. It is also possible to employ a method of converting the center frequency of the vibration electrical signal. With this feature, the second transducer outputs a vibration obtained by superimposing a second vibration composed of a desired specific high-frequency component on the first vibration having the same vibration characteristics as those of the constituent members of the automobile. As a result, it is possible to obtain the effect of damping the structural member through the first vibration and the effect of removing raindrops through the second vibration. When the main purpose is raindrop removal, the signal processing means may be configured to generate the drive electrical signal by converting the frequency of the vibration electrical signal to a specific high frequency. In that case, the vibration which consists of a desired specific high frequency component can be output from a 2nd transducer, and can be propagated to a structural member, and raindrop removal is implement | achieved by the high frequency vibration. If the drive electric signal band exceeds the audible frequency range, the high-frequency vibration output from the second transducer is not perceived by the human ear, which is advantageous in terms of noise countermeasures.

第2トランスジューサから大きなパワーを有する機械的振動を出力させるためには、第1トランスジューサで得られた振動電気信号を電気的に増幅して駆動電気信号を生成する必要がある。この目的のために、本発明に係る車両用振動制御システムでは、さらに、前記信号処理手段に、好ましくは正帰還の増幅器が備えられていることを特徴とする。振動電気信号の増幅手段として正帰還増幅器を使用すると、自励発振が行われるので、増幅効率が良く、好都合である。   In order to output mechanical vibration having a large power from the second transducer, it is necessary to electrically amplify the vibration electric signal obtained by the first transducer to generate a drive electric signal. To this end, the vehicle vibration control system according to the present invention is further characterized in that the signal processing means is preferably provided with a positive feedback amplifier. When a positive feedback amplifier is used as the means for amplifying the oscillating electrical signal, self-excited oscillation is performed, so that amplification efficiency is good and convenient.

上述したように、本発明に係わる車両用振動制御システムは、雨滴除去と制振の両方の効果が得られるので、特に、前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサとがウインドウなどのガラス又はミラーに取り付けられていると好都合である。また、大きな振動が得られるボンネットなどに第1トランスジューサを取り付け、第2トランスジューサをドアミラーに取り付けることで、振動の変換効率に起因するエネルギ損失を考慮した車両用振動制御システムが実現する。
また、本発明の車両用振動制御システムで用いられている第1トランスジューサは、自動車の構成部材に生じた振動を振動電気信号に変換するものであるから、この第1トランスジューサを構成部材に生じた振動の検知センサとして流用することが可能である。従って、本発明による車両用振動制御システムは、付加的機能として、前記第1トランスジューサがドアウインドウを含む自動車ドアに取り付けられ、前記信号処理手段は前記振動電気信号に基づいて前記自動車ドアに対するノック振動を検出して、その検出結果に基づいてノック検知信号として出力することもできる。このノック検知信号は、ドアロックの開錠やドア開放のトリガー信号として利用される。
As described above, since the vehicle vibration control system according to the present invention can obtain both the effects of raindrop removal and vibration suppression, in particular, the first transducer and the second transducer are attached to a glass or mirror such as a window. Conveniently installed. Further, by attaching the first transducer to a bonnet or the like where a large vibration can be obtained and attaching the second transducer to the door mirror, a vehicle vibration control system that takes into account energy loss due to vibration conversion efficiency can be realized.
Further, the first transducer used in the vehicle vibration control system of the present invention converts the vibration generated in the automobile component into a vibration electric signal. Therefore, the first transducer is generated in the component. It can be used as a vibration detection sensor. Accordingly, in the vehicle vibration control system according to the present invention, as an additional function, the first transducer is attached to an automobile door including a door window, and the signal processing means knocks the vehicle door based on the vibration electrical signal. Can be detected and output as a knock detection signal based on the detection result. This knock detection signal is used as a trigger signal for unlocking the door lock or opening the door.

本発明の車両用振動制御システムでは、第1トランスジューサと第2トランスジューサは自動車の構成部材に取り付けられる。また、雨滴除去と制振の効果を高めるためには複数を適所に分布配置することも必要となる。従って、トランスジューサ単体はコンパクトなものが好適である。このため、前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサが圧電素子から構成されることが好ましい。さらには、自動車の構成部材のほとんどは、曲面形状を有しているので、構成部材への振動伝播効率を考慮するならば、両トランスジューサは、この曲面形状にできるだけ密着できる振動面を有することも重要である。従って、本発明の好適な実施形態では、前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサはシート状の可撓性高分子圧電素子から構成される。   In the vehicle vibration control system of the present invention, the first transducer and the second transducer are attached to components of the automobile. Also, in order to enhance the effects of raindrop removal and vibration control, it is necessary to distribute a plurality of them at appropriate positions. Accordingly, a compact transducer is preferable. For this reason, it is preferable that the first transducer and the second transducer are composed of piezoelectric elements. Furthermore, since most of the structural members of automobiles have a curved surface shape, if considering the efficiency of vibration propagation to the structural members, both transducers may have a vibration surface that can be in close contact with the curved surface shape as much as possible. is important. Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, the first transducer and the second transducer are composed of sheet-like flexible polymer piezoelectric elements.

図1には、本発明に係る車両用振動制御システムの原理図が示されている。図番1は、ボンネット、ドア、ウインドウガラス、ドアミラーなどの自動車の構成部材を示している。この構成部材1は、自動車の運転中に振動を生じる部材である。この構成部材1に、構成部材1に生じている振動を振動電気信号に変換する第1トランスジューサ2が取り付けられている。さらに、この構成部材1には、駆動信号の印加によって機械的振動を励起する第2トランスジューサ3が、この機械的振動が構成部材1に伝播されるように取り付けられている。第1トランスジューサ2から出力された振動電気信号を、実質的にそのままで、あるいは必要に応じて増幅や周波数成分の選択などの電気的処理を施して駆動電気信号として第2トランスジューサ3に付与する信号処理手段4も備えられている。この信号処理手段4と第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3が車両用振動制御システムを構成している。信号処理手段4と第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3の間はケーブルで接続されており、信号処理手段4は構成部材1以外の適当な部材に取り付けることができる。   FIG. 1 shows a principle diagram of a vehicle vibration control system according to the present invention. FIG. 1 shows components of an automobile such as a bonnet, a door, a window glass, and a door mirror. This constituent member 1 is a member that generates vibration during operation of the automobile. A first transducer 2 for converting vibration generated in the component 1 into a vibration electric signal is attached to the component 1. Furthermore, a second transducer 3 that excites mechanical vibration by applying a drive signal is attached to the component 1 so that the mechanical vibration is propagated to the component 1. A signal to be given to the second transducer 3 as a drive electric signal by substantially subjecting the oscillating electric signal output from the first transducer 2 to the second transducer 3 substantially as it is or by subjecting it to electrical processing such as amplification and frequency component selection as necessary. Processing means 4 is also provided. The signal processing means 4, the first transducer 2, and the second transducer 3 constitute a vehicle vibration control system. The signal processing means 4, the first transducer 2 and the second transducer 3 are connected by a cable, and the signal processing means 4 can be attached to an appropriate member other than the component member 1.

図2には、第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3とが構成部材1としてのドア11のウインドウガラス10に取り付けられ、信号処理手段4がドア11に取り付けられた実施形態の車両用振動制御システムが示されている。もちろん、信号処理手段4も同じウインドウガラス10に取り付けることができる。   In FIG. 2, the vehicle vibration control system of the embodiment in which the first transducer 2 and the second transducer 3 are attached to the window glass 10 of the door 11 as the component 1 and the signal processing means 4 is attached to the door 11. It is shown. Of course, the signal processing means 4 can also be attached to the same window glass 10.

ウインドウガラス10は曲面を有しているので、ここでは、第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3とはシート状の可撓性高分子圧電素子で構成されている。つまり、所定の大きさに切断された薄い可撓性高分子圧電シート20の両面に電極層21と22を形成することで可撓性高分子圧電素子が作られている。電極層21と22の一方が正極、他方が負極として機能し、各電極層21と22に接合されたケーブルが接合されており、このケーブルは信号処理手段4に接続されている。ここでは、信号処理手段4には増幅器40が備えられており、第1トランスジューサ2によって得られた振動電気信号を増幅して駆動電気信号が生成される。その際、第2トランスジューサ3に効率よく機械的振動を出力できる駆動電気信号を印加できるように、増幅器40の増幅率を設定すると好都合である。この増幅器40を、正帰還増幅器として構成すると、自励発振するので、強い駆動電気信号を作り出すには好都合である。   Since the window glass 10 has a curved surface, here, the first transducer 2 and the second transducer 3 are composed of sheet-like flexible polymer piezoelectric elements. That is, the flexible polymer piezoelectric element is formed by forming the electrode layers 21 and 22 on both surfaces of the thin flexible polymer piezoelectric sheet 20 cut into a predetermined size. One of the electrode layers 21 and 22 functions as a positive electrode and the other functions as a negative electrode. A cable joined to each of the electrode layers 21 and 22 is joined, and this cable is connected to the signal processing means 4. Here, the signal processing means 4 includes an amplifier 40, which amplifies the oscillating electrical signal obtained by the first transducer 2 and generates a drive electrical signal. At this time, it is convenient to set the amplification factor of the amplifier 40 so that a drive electric signal capable of efficiently outputting mechanical vibration can be applied to the second transducer 3. If the amplifier 40 is configured as a positive feedback amplifier, it self-oscillates, which is convenient for producing a strong drive electric signal.

本発明による車両用振動制御システムをウインドウガラス10の制振のために利用する際に、次の2つの実施形態を採用することができる。
第1の形態では、第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3との配置が重要となる。例えば、ウインドウガラス10の振動が板波として作用していると考えると、図4に示すように、第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3との取付間隔をウインドウガラス10の共振周波数f0での波長λ0の(n+1/2)倍の長さ(nは0,1,2・・・)とするよい。これにより、第2トランスジューサ3から出力される振動の位相と、第2トランスジューサの取付位置においてウインドウガラス10に生じている振動の位相とが逆位相となる。その結果、第2トランスジューサの取付位置においてウインドウガラス10に生じている振動が、第2トランスジューサから出力される振動によって打ち消され、ウインドウガラス10が制振される。
第2の形態では、図5に示すように、信号処理手段4には位相シフタ44が備えられており、第1トランスジューサ2によって得られた振動電気信号の周波数を任意の位置にシフトさせた駆動電気信号が生成される。その際、位相シフタ44によってシフトされる振動電気信号の位相シフト量は、駆動電気信号により第2トランスジューサ3から出力される振動の位相が、第2トランスジューサ3の取付位置においてウインドウガラス10に生じている振動の位相と逆位相となるように決定される。これにより、第2トランスジューサ3をウインドウガラス10のどこに取り付けても、適正な位相シフト量を選択することで、第2トランスジューサの取付位置においてウインドウガラス10に生じている振動が、第2トランスジューサ3から出力される振動によって打ち消され、ウインドウガラス10が制振される。
When the vehicle vibration control system according to the present invention is used for damping the window glass 10, the following two embodiments can be employed.
In the first embodiment, the arrangement of the first transducer 2 and the second transducer 3 is important. For example, if it is considered that the vibration of the window glass 10 acts as a plate wave, as shown in FIG. 4, the mounting interval between the first transducer 2 and the second transducer 3 is the wavelength at the resonance frequency f0 of the window glass 10. The length may be (n + 1/2) times λ0 (n is 0, 1, 2,...). Thereby, the phase of the vibration output from the second transducer 3 and the phase of the vibration generated in the window glass 10 at the mounting position of the second transducer are opposite to each other. As a result, the vibration generated in the window glass 10 at the mounting position of the second transducer is canceled by the vibration output from the second transducer, and the window glass 10 is damped.
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the signal processing means 4 is provided with a phase shifter 44, and the drive is performed by shifting the frequency of the oscillating electrical signal obtained by the first transducer 2 to an arbitrary position. An electrical signal is generated. At this time, the phase shift amount of the vibration electric signal shifted by the phase shifter 44 is such that the vibration phase output from the second transducer 3 by the drive electric signal is generated in the window glass 10 at the mounting position of the second transducer 3. The phase is determined so as to be opposite to the phase of the vibration. Thereby, no matter where the second transducer 3 is attached to the window glass 10, the vibration generated in the window glass 10 at the attachment position of the second transducer is selected from the second transducer 3 by selecting an appropriate phase shift amount. The window glass 10 is damped by the output vibration.

また、この車両用振動制御システムをウインドウガラス10に付着した雨滴等の除去のために利用するには、第2トランスジューサ3によって出力される機械的振動の周波数帯域が重要となる。ガラスなどの平板に付着した異物は高周波帯域の振動によって良好に振り落とすことができる。このため、第2トランスジューサ3に高周波帯域の駆動電気信号を印加させて、第2トランスジューサ3から高周波帯域の機械的振動を出力させる。その際、駆動電気信号の高周波帯域を可聴周波数帯域外とすると、その振動が空気伝播して騒音となる問題を解消することができる。そのような高周波帯域の駆動電気信号を信号処理手段4で生成するための好適な形態の1つは、図6で模式的に示されている。ここでは、信号処理手段4に振動電気信号の周波数を特定のより高い周波数に変換する周波数変換手段としてのフィルタ41が備えられている。なお、フィルタリングによる損失を補う必要がある場合には、増幅器40を備えるとよい。このフィルタ41をウインドウガラス10の共振周波数成分とその高周波成分を含む振動電気信号から可聴周波数帯域外の特定周波数成分だけを通過させるハイパスフィルタとすることで、特定周波数成分を有する駆動電気信号が生成される。なお、前記周波数変換手段としてはフィルタだけではなく、周波数逓倍器などを採用することも可能である。
さらには、振動電気信号のベースとなっている共振周波数振動に、周波数変換手段によって振動電気信号から変換された高周波数振動を重畳させて駆動電気信号を生成することも可能である。図7で示すように、そのような駆動電気信号に基づいて第2トランスジューサ3から出力される振動は、共振周波数に高周波数が重畳している。従って、第2トランスジューサ3から出力される共振周波数の機械的振動でウインドウガラス10の制振を行い、特定高周波の機械的振動でウインドウガラス10の雨滴除去を行うことができる。このように、振動電気信号から共振周波数成分と高周波数成分を取り出す簡単な形態は、デュプレクサをフィルタ41として採用することである。このデュプレクサはウインドウガラス10の共振周波数成分とその可聴周波数帯域外の特定高周波成分とを通過させる2つの帯域フィルタを有する。図8には、周波数変換手段として周波数逓倍器45を用いて振動電気信号から変換された高周波数振動を、共振周波数振動に重畳させる車両用振動制御システムが示されている。その際、振動電気信号は位相シフタ44によって適正な位相にシフトされる。従って、重畳された駆動電信号による第2トランスジューサ3から出力される振動は、第2トランスジューサの取付位置において制振作用をもつとともに、雨滴除去の機能をもつ。
Further, in order to use this vehicle vibration control system for removing raindrops and the like attached to the window glass 10, the frequency band of the mechanical vibration output by the second transducer 3 is important. Foreign matter adhering to a flat plate such as glass can be satisfactorily shaken off by vibration in a high frequency band. For this reason, a driving electric signal in a high frequency band is applied to the second transducer 3, and mechanical vibrations in the high frequency band are output from the second transducer 3. At this time, if the high frequency band of the drive electrical signal is outside the audible frequency band, the problem that the vibration propagates to the air and becomes noise can be solved. One preferred form for generating such a high-frequency band drive electrical signal by the signal processing means 4 is schematically shown in FIG. Here, the signal processing means 4 is provided with a filter 41 as frequency conversion means for converting the frequency of the oscillating electrical signal to a specific higher frequency. If it is necessary to compensate for the loss due to filtering, an amplifier 40 may be provided. The filter 41 is a high-pass filter that passes only a specific frequency component outside the audible frequency band from the vibration frequency signal including the resonance frequency component of the window glass 10 and the high frequency component, thereby generating a drive electric signal having the specific frequency component. Is done. As the frequency converting means, not only a filter but also a frequency multiplier can be adopted.
Furthermore, it is also possible to generate a drive electric signal by superimposing a high frequency vibration converted from the vibration electric signal by the frequency conversion means on the resonance frequency vibration which is the base of the vibration electric signal. As shown in FIG. 7, in the vibration output from the second transducer 3 based on such a drive electric signal, a high frequency is superimposed on the resonance frequency. Therefore, the vibration of the window glass 10 can be controlled by the mechanical vibration of the resonance frequency output from the second transducer 3, and the raindrop removal of the window glass 10 can be performed by the mechanical vibration of the specific high frequency. Thus, a simple form for extracting the resonance frequency component and the high frequency component from the vibration electric signal is to employ a duplexer as the filter 41. This duplexer has two band-pass filters that allow the resonance frequency component of the window glass 10 and a specific high-frequency component outside the audible frequency band to pass therethrough. FIG. 8 shows a vehicle vibration control system that superimposes high-frequency vibrations converted from vibration electric signals using a frequency multiplier 45 as frequency conversion means on resonance frequency vibrations. At that time, the vibration electric signal is shifted to an appropriate phase by the phase shifter 44. Therefore, the vibration output from the second transducer 3 by the superimposed drive power signal has a damping action and a raindrop removing function at the mounting position of the second transducer.

これまでの実施の形態の車両用振動制御システムでは、その説明を簡単にするため、第1トランスジューサ2と第2トランスジューサ3とは、それぞれ1個だけ備えられていたが、もちろん複数備えられてもよい。例えば、図9で模式的に示すように、複数の第1トランスジューサ2から得られた振動電気信号を統合処理して又は個別処理して駆動電気信号を生成し、この駆動電気信号を複数の第2トランスジューサ3に印加することができる。これにより、広い範囲から振動を取り込んで、広い範囲にその振動を付与することができる。さらに、複数の第1トランスジューサ2に代えて、複数の圧電素子をリニアアレイとした構成の第1トランスジューサ2を採用する変形例も可能である。この変形例では、それぞれの圧電素子から得られた振動電気信号を適正に位相シフトさせて重ね合わせることで、最終的に大きな振幅の振動電気信号を信号処理手段4に入力することも可能である。   In the vehicular vibration control system of the embodiments so far, only one first transducer 2 and two second transducers 3 are provided in order to simplify the description. Good. For example, as schematically shown in FIG. 9, the vibration electric signals obtained from the plurality of first transducers 2 are integrated or individually processed to generate a drive electric signal, and the drive electric signal is converted into a plurality of first electric signals. 2 can be applied to the transducer 3. Thereby, vibration can be taken in from a wide range and the vibration can be applied to a wide range. Furthermore, instead of the plurality of first transducers 2, a modification in which the first transducer 2 having a configuration in which a plurality of piezoelectric elements are linear arrays is also possible. In this modification, it is also possible to finally input a vibration electric signal with a large amplitude to the signal processing means 4 by superimposing the vibration electric signals obtained from the respective piezoelectric elements by appropriately shifting the phase. .

図10には、本発明による車両用振動制御システムをドア開閉制御システム100に組み込んだ実施例のブロック図が示されている。このドア開閉制御システム100は、スマートキーシステムとも呼ばれる、近づいてきた認証カード等との暗号通信に基づいて認証を行い、ドアロックを自動的に解除するシステムである。さらに、このドア開閉制御システムでは、認証カードを所有する運転者が自動車に近づくとともに、開けようとするドアをノックすることで、そのドアのドアロックを解除されるドア開閉制御が採用されている。従って、特定のドアに対して行われているドアノックを検知してノック検知信号を送出するセンサ機構が必要となる。このセンサ機構に、本発明による車両用振動制御システムを利用する。つまり、第1トランスジューサ2は、ドア11又はドアウインドウ10に生じたドアノックの振動に反応して、振動電気信号を出力するように設置される。この振動電気信号は信号処理手段4を介してノック検出信号としてバッファ101に転送される。バッファ101に転送されたノック検出信号がドア開閉制御システム100に取り込まれることにより、ノックされたドア11のロックが開錠される。誤操作防止のため、ドアノックによる振動とその他外乱による振動とを区別することが要求されることがある。その場合には、ドアノックの振動に反応して出力される振動電気信号の振動特性(周波数特性や振動経過時間など)と、ドアノック以外によって生じる振動に反応して出力される振動電気信号の振動特性とを区別するための、特定の振動特性に関する比較器42を信号処理手段4に備えるとよい。比較器42により、ドアノックに起因する振動電気信号が入力したと判断された場合に、信号処理手段4からバッファ101にノック検出信号が転送される。   FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment in which the vehicle vibration control system according to the present invention is incorporated in the door opening / closing control system 100. The door opening / closing control system 100 is a system called a smart key system, which performs authentication based on encryption communication with an approaching authentication card or the like and automatically releases the door lock. Further, in this door opening / closing control system, a door opening / closing control is adopted in which the driver who owns the authentication card approaches the car and knocks the door to be opened to release the door lock of the door. . Therefore, a sensor mechanism that detects a door knock performed on a specific door and sends a knock detection signal is required. A vehicle vibration control system according to the present invention is used for this sensor mechanism. That is, the first transducer 2 is installed so as to output a vibration electric signal in response to the vibration of the door knock generated in the door 11 or the door window 10. This vibration electric signal is transferred to the buffer 101 as a knock detection signal via the signal processing means 4. When the knock detection signal transferred to the buffer 101 is taken into the door opening / closing control system 100, the lock of the knocked door 11 is unlocked. In order to prevent erroneous operations, it may be required to distinguish between vibration caused by door knock and vibration caused by other disturbances. In that case, the vibration characteristics of the oscillating electrical signal that is output in response to the vibration of the door knock (frequency characteristics, elapsed time of vibration, etc.) and the vibration characteristics of the oscillating electrical signal that is output in response to vibration generated by something other than the door knock The signal processing means 4 may be provided with a comparator 42 relating to a specific vibration characteristic for distinguishing between the signal processing means 4 and the signal processing means 4. When the comparator 42 determines that a vibration electrical signal due to door knock has been input, the knock detection signal is transferred from the signal processing means 4 to the buffer 101.

上述した実施の形態では、車両用振動制御システムは、機械的振動を電気信号に変換する第1トランスジューサ2と電気信号を機械的振動に変換する第2トランスジューサ3とを備えていた。しかしながら、圧電素子などを用いた場合、同じトランスジューサで、機械的振動を電気信号に変換すること、及び、電気信号を機械的振動に変換することが可能である。従って、機械的振動を電気信号に変換するとともに電気信号を機械的振動に変換する単一のトランスジューサだけを備えた車両用振動制御システムも本発明の範囲に含まれている。そのような車両用振動制御システムは、図11で模式的にしか示されていないが、信号処理手段4に時分割制御部43を備えられる。1つのトランスジューサ2又は3は、時分割制御により、第1トランスジューサ2として動作させることと、第2トランスジューサ3として動作させることとが交互に繰り返される。   In the embodiment described above, the vehicle vibration control system includes the first transducer 2 that converts mechanical vibrations into electrical signals and the second transducer 3 that converts electrical signals into mechanical vibrations. However, when a piezoelectric element or the like is used, it is possible to convert a mechanical vibration into an electric signal and to convert an electric signal into a mechanical vibration with the same transducer. Accordingly, a vehicle vibration control system that includes only a single transducer that converts mechanical vibrations into electrical signals and converts electrical signals into mechanical vibrations is also within the scope of the present invention. Such a vehicle vibration control system is only schematically shown in FIG. 11, but the signal processing means 4 is provided with a time division control unit 43. One transducer 2 or 3 is operated alternately as a first transducer 2 and as a second transducer 3 by time division control.

この単一トランスジューサ構成の変形例として、1つの圧電素子型トランスジューサに、第1トランスジューサ2として動作する第1圧電素子20aと、第2トランスジューサ2として動作する第2圧電素子20bとを複合的に組み込んだものも提案される。その際、第1圧電素子20aと第2圧電素子20bとを同芯配置するとよい。同芯配置としては、図12(a)に示すような同芯円配置や図12(b)に示すような同芯矩形配置など、種々の配置形態を採用することができる。   As a modification of this single transducer configuration, a single piezoelectric element type transducer is combined with a first piezoelectric element 20a that operates as the first transducer 2 and a second piezoelectric element 20b that operates as the second transducer 2. It is also proposed. At this time, the first piezoelectric element 20a and the second piezoelectric element 20b are preferably arranged concentrically. As the concentric arrangement, various arrangement forms such as a concentric circle arrangement as shown in FIG. 12A and a concentric rectangular arrangement as shown in FIG. 12B can be adopted.

以上のように、本発明による車両用振動制御システムは、機械的振動と電気信号との相互変換を通じて、自動車の構成部材から取り込んだ振動を所望の箇所に付与することで、構成部材の制振や雨滴除去などを簡単な構成で実現させている。   As described above, the vehicle vibration control system according to the present invention applies vibrations taken from the automobile structural members to desired locations through mutual conversion between mechanical vibrations and electrical signals, thereby damping the structural members. And raindrop removal with a simple configuration.

本発明による車両用振動制御システムの原理を説明するブロック図The block diagram explaining the principle of the vibration control system for vehicles by the present invention 本発明による車両用振動制御システムをドアウインドウの制振及び雨滴除去に適用させた実施形態を説明する模式図The schematic diagram explaining embodiment which applied the vibration control system for vehicles by this invention to the vibration control and raindrop removal of a door window 図2による車両用振動制御システムに採用されたトランスジューサの構造を説明する模式図Schematic diagram illustrating the structure of the transducer employed in the vehicle vibration control system shown in FIG. ドアウインドウの板波振動を制振するトランスジューサの配置を説明する説明図Explanatory drawing explaining arrangement | positioning of the transducer which suppresses the plate wave vibration of a door window 振動電気信号の周波数をシフトして駆動電気信号を生成する信号処理手段のブロック図Block diagram of signal processing means for generating a drive electric signal by shifting the frequency of the vibration electric signal 周波数帯域を選択して駆動電気信号を生成する信号処理手段のブロック図Block diagram of signal processing means for selecting a frequency band and generating a drive electric signal 共振周波数振動と高周波数振動を重畳した出力信号を作り出すことを説明する説明図Explanatory drawing explaining creating an output signal with resonance frequency vibration and high frequency vibration superimposed 共振周波数をベースとした振動電気信号から共振周波数と高周波数を重畳して駆動電気信号を生成する信号処理手段のブロック図Block diagram of signal processing means for generating a drive electrical signal by superimposing a resonance frequency and a high frequency from a vibration electrical signal based on the resonance frequency 複数の第1トランスジューサと第2トランスジューサを採用した車両用振動制御システムの一例を説明するブロック図Block diagram illustrating an example of a vehicle vibration control system employing a plurality of first and second transducers 本発明による車両用振動制御システムをドア開閉制御システムに組み込んだ実施形態を説明する模式図Schematic diagram illustrating an embodiment in which a vehicle vibration control system according to the present invention is incorporated in a door opening / closing control system. 単一トランスジューサを採用した車両用振動制御システムを説明するブロック図Block diagram illustrating a vehicle vibration control system employing a single transducer 同芯配置された圧電素子を用いた単一トランスジューサの説明図Illustration of a single transducer using concentric piezoelectric elements

符号の説明Explanation of symbols

1:自動車の構成部材
2:第1トランスジューサ
3:第2トランスジューサ
4:信号処理手段
10:ドアウインドウ(自動車の構成部材)
11:ドア(自動車の構成部材)
20:高分子圧電シート
40:増幅器(信号処理手段)
41:フィルタ(信号処理手段)
42:比較器(信号処理手段)
43:時分割制御部(信号処理手段)
44:位相シフタ(信号処理手段)
45:周波数逓倍器(信号処理手段)
1: automotive component 2: first transducer 3: second transducer 4: signal processing means 10: door window (automobile component)
11: Door (component of automobile)
20: Polymer piezoelectric sheet 40: Amplifier (signal processing means)
41: Filter (signal processing means)
42: Comparator (signal processing means)
43: Time division control unit (signal processing means)
44: Phase shifter (signal processing means)
45: Frequency multiplier (signal processing means)

Claims (10)

自動車の運転中に振動を生じる自動車の構成部材に取り付けられるとともに、入力された前記振動を振動電気信号として出力する第1トランスジューサと、
前記構成部材に取り付けられるとともに、入力された駆動電気信号を機械的振動に変換して前記構成部材に出力する第2トランスジューサと、
第1トランスジューサから入力される前記振動電気信号に基づいて前記駆動電気信号を生成して前記第2トランスジューサに出力する信号処理手段と、を備える車両用振動制御システム。
A first transducer that is attached to a vehicle component that generates vibration during operation of the vehicle and outputs the input vibration as a vibration electrical signal;
A second transducer that is attached to the component and converts an input drive electrical signal into mechanical vibration and outputs the mechanical vibration to the component;
A vehicle vibration control system comprising: signal processing means for generating the drive electrical signal based on the vibration electrical signal input from the first transducer and outputting the generated drive electrical signal to the second transducer.
前記第2トランスジューサから出力される振動の位相と、前記第2トランスジューサの取付位置において前記構成部材に生じている振動の位相とが逆位相となるように、前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサとが前記構成部材に取り付けてある請求項1に記載の車両用振動制御システム。   The first transducer and the second transducer so that the phase of vibration output from the second transducer and the phase of vibration generated in the component at the mounting position of the second transducer are opposite to each other. The vibration control system for vehicles according to claim 1 attached to said component. 前記第2トランスジューサから出力される振動の位相と、前記第2トランスジューサの取付位置において前記構成部材に生じている振動の位相とが逆位相となるように、前記信号処理手段が前記駆動電気信号を生成する請求項1に記載の車両用振動制御システム。   The signal processing means outputs the drive electrical signal so that the phase of vibration output from the second transducer and the phase of vibration generated in the component at the mounting position of the second transducer are opposite to each other. The vehicle vibration control system according to claim 1 to be generated. 前記信号処理手段は、前記振動電気信号の周波数から変換された特定高周波数を前記振動電気信号の周波数に重畳して、前記駆動電気信号を生成するように構成してある請求項1から3のいずれか一項に記載の車両用振動制御システム。   The said signal processing means is comprised so that the specific high frequency converted from the frequency of the said vibration electrical signal may be superimposed on the frequency of the said vibration electrical signal, and the said drive electrical signal is produced | generated. The vehicle vibration control system according to any one of the preceding claims. 前記信号処理手段は、前記振動電気信号の周波数を特定高周波数に変換して、前記駆動電気信号を生成するように構成してある請求項1に記載の車両用振動制御システム。   The vehicle vibration control system according to claim 1, wherein the signal processing unit is configured to convert the frequency of the vibration electric signal to a specific high frequency to generate the drive electric signal. 前記特定高周波成分は可聴周波数を超える周波数帯域である請求項4又は5に記載の車両用振動制御システム。   6. The vehicle vibration control system according to claim 4, wherein the specific high frequency component is a frequency band exceeding an audible frequency. 前記信号処理手段には、正帰還増幅器が備えられている請求項1から6のいずれか一項に記載の車両用振動制御システム。   The vehicle vibration control system according to claim 1, wherein the signal processing means includes a positive feedback amplifier. 前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサとがガラス又はミラーに取り付けられている請求項1から7のいずれか一項に記載の車両用振動制御システム。   The vehicle vibration control system according to any one of claims 1 to 7, wherein the first transducer and the second transducer are attached to glass or a mirror. 前記第1トランスジューサが自動車ドアに取り付けられており、前記信号処理手段は前記振動電気信号に基づいて前記自動車ドアに対するノック振動を検出して、その検出結果に基づいてノック検知信号として出力する請求項1から7のいずれか一項に記載の車両用振動制御システム。   The first transducer is attached to an automobile door, and the signal processing means detects knock vibration with respect to the automobile door based on the vibration electric signal, and outputs the knock detection signal based on the detection result. The vehicle vibration control system according to any one of 1 to 7. 前記第1トランスジューサと前記第2トランスジューサは圧電素子から構成されている請求項1から9のいずれか一項に記載の車両用振動制御システム。   The vehicle vibration control system according to any one of claims 1 to 9, wherein the first transducer and the second transducer are composed of piezoelectric elements.
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WO2023054281A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-06 Agc株式会社 Electronic device-equipped vehicular glass sheet

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