JP2010223350A - 能動型防振支持装置及びその防振制御方法 - Google Patents

能動型防振支持装置及びその防振制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンの回転速度が変動しているときにも、振動の伝達を抑制でき、乗員に与える違和感を少なくできる能動型防振支持装置を提供する。
【解決手段】第1の振動周期の長さT11を算出し、第1の振動周期に属するCRKパルスの所定位置におけるCRKパルスの時間幅を第1のパルス時間幅Δt11とし、第1の振動周期の所定位置に対応して設定された第2の振動周期の所定位置におけるCRKパルスの時間幅を第2のパルス時間幅Δt21とし、第1のパルス時間幅Δt11と第2のパルス時間幅Δt21と第1の振動周期の長さT11とを用いて、第3の振動周期の長さT13を算出し、第2の振動周期T02において算出した第3の振動周期の長さT13を用いてアクチュエータに流す目標電流値を算出し、次の第3の振動周期T03において目標電流値を用いてアクチュエータを駆動制御する。
【選択図】図4

Description

本発明は、エンジンを車体に対して支持し、エンジンから車体への振動の伝達を抑制する能動型防振支持装置及び防振制御方法に関する。
エンジンで発生する振動は、クランクシャフトの回転に伴って発生するので、比較的高い周波数で発生し、1回の振動は短時間で終わり、振動の周期は短い。このため、振動の伝達を抑制する制御は、3回の振動が発生している時間を用いて実施することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。3回の振動が発生している時間を、順に、第1実周期、第2実周期、第3実周期とすると、第1実周期において振動の計測を行い、第2実周期において能動型防振支持装置に流す駆動電流の目標電流を算出し、第3実周期においてその駆動電流を能動型防振支持装置に流していた。
特開2005−3050号公報
しかし、エンジン(クランクシャフト)の回転速度が、速くなったり遅くなったりして変動しているときに、エンジンからの振動が車内の乗員に伝わり、乗員に違和感を与える場合があった。
そこで、本発明は、エンジンの回転速度が変動しているときにも、エンジンから車体への振動の伝達を抑制でき、乗員に与える違和感を少なくできる能動型防振支持装置の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、エンジンの回転に基づくクランクパルスを計測し、エンジンの振動の周期における第1の振動周期に属するクランクパルスのデータを用いて、次の第2の振動周期において防振用のアクチュエータに流す目標電流値を算出し、次の第3の振動周期において前記算出した目標電流値を用いて前記アクチュエータを駆動制御する制御装置を備えた能動型防振支持装置であって、
前記制御装置は、
前記第1の振動周期の長さを算出し、
前記第1の振動周期に属するクランクパルスのうち、当該第1の振動周期の所定位置におけるクランクパルスの時間幅を第1のパルス時間幅とし、
前記第2の振動周期に属するクランクパルスのうち、前記第1の振動周期の所定位置に対応して設定された当該第2の振動周期の所定位置におけるクランクパルスの時間幅を第2のパルス時間幅とし、
前記第1のパルス時間幅と前記第2のパルス時間幅と前記第1の振動周期の長さとを用いて、前記第2の振動周期の長さを算出し、
前記第1の振動周期の長さと前記第2の振動周期の長さとを用いて、前記第3の振動周期の長さを算出し、
前記第2の振動周期において、前記算出した第3の振動周期の長さを用いて前記アクチュエータに流す目標電流値を算出することを特徴としている。
エンジンの回転速度が変動しているとき、例えば、早くなっているとき、エンジンで発生する振動の周期は、第1の振動周期(第1実周期)、その次の第2の振動周期(第2実周期)、またその次の第3の振動周期(第3実周期)へと、短くなっていく。第1実周期で第1実周期にわたって前記クランクパルスの第1発生間隔(第1のパルス時間幅)を読み取ることで振動の計測を行い、第2実周期で第1実周期に対応するように能動型防振支持装置に流す駆動電流の目標電流を算出し、第3実周期で第1実周期に対応する目標電流を実現するように駆動電流を能動型防振支持装置に流した場合、第3実周期において、第3実周期とは長さの異なる第1実周期用の駆動電流を流すことになるので、振動の伝達の抑制が不十分になっていると考えられた。
本発明では、第3の振動周期の長さを算出し、目標電流を第3の振動周期の長さに規格化できる。第3の振動周期に周期が略一致する駆動電流を流すことになるので、周期のずれは僅かになり、エンジンの振動の伝達を十分に抑制できる。
また、本発明では、第3の振動周期の長さの算出が、第2の振動周期内で確実に実施できるようになっている。第3の振動周期の長さの算出には、前記第1の振動周期(第1実周期)の初期等の所定位置における前記第1発生間隔(第1のパルス時間幅)と、前記第2の振動周期(第2実周期)の初期等の所定位置における前記第2発生間隔(第2のパルス時間幅)と、前記第1の振動周期(第1実周期)の長さとを用いるが、前記第1実周期の所定位置(初期等)の前記第1発生間隔と前記第1算定周期は、第1実周期において読み取られたデータに基づいて取得され、前記第2実周期の所定位置(初期等)の前記第2発生間隔は、第2実周期の所定位置(初期等)において取得される。このため、第3算定周期の算出は、遅くても、第2実周期の所定位置(初期等)までに取得されたデータに基づいて算出できるので、第2実周期内で確実に第3の振動周期の長さ(第3算定周期)の算出を実施できる。逆に、第3の振動周期の長さ(第3算定周期)の算出等に要する時間から逆算して、所定位置は、第2実周期の初期はもちろん中期や末期であっても、第3の振動周期の長さ(第3算定周期)の算出等が、第2実周期内で実施できるのであれば、所定位置は第2実周期の初期はもちろん中期や末期に設定でき、第1実周期に設定される所定位置もこれに対応して初期や中期や末期に設定されることになる。
本発明によれば、エンジンの回転速度が変動しているときにも、エンジンから車体への振動の伝達を抑制でき、乗員に与える違和感を少なくできる能動型防振支持装置及びその防振制御方法を提供できる。
本発明の実施形態に係る能動型防振支持装置を備えた車両の斜視図である。 本発明の実施形態に係る能動型防振支持装置を備えた車両のブロック図である。 本発明の実施形態に係る能動型防振支持装置の防振制御方法のフローチャートである。 (a)TDCパルスと、(b)CRKパルスと、(c)駆動電流のタイミングチャートである。 (a)は第1算定周期T11に対応した目標電流を示すグラフであり、(b)は第3算定周期T13に対応した目標電流を示すグラフであり、(c)は第3実周期T03に対応した駆動電流を示すグラフである。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図1に示すように、車両Vの前方部には、V型6気筒のエンジン2が搭載され、エンジン2にはトランスミッション3が結合されている。エンジン2に対してトランスミッション3の結合される方向は、クランクシャフト(図示省略)の軸方向になっている。したがって、エンジン2は、クランクシャフト(図示省略)の軸方向が車両Vの左右方向に一致するように、いわゆる横向きに車両Vに搭載されている。
能動型防振支持装置1は、エンジン2の下部の前方部と後方部に、前後方向に沿って2つ配置されている。エンジン2の振動はクランクシャフトの回転に伴って発生するので、その振動の振幅の方向はクランクシャフトの回転軸を法線とする一平面内の方向(図1中の前後上下方向)となる。このような振動による力が一平面内の方向に作用するように、一対の能動型防振支持装置1は、エンジン2の前方端部と後方端部に、前後方向に沿って配置されている。一方の能動型防振支持装置1aは、エンジン2の下部の前方端部に配置され、他方の能動型防振支持装置1bは、エンジン2の下部の後方端部に配置されている。
図2に、本発明の実施形態に係る能動型防振支持装置1(1a、1b)を備えた車両Vのブロック図を示す。そして、能動型防振支持装置1(1a、1b)は、制御装置4を備えている。2つの能動型防振支持装置1(1a、1b)は、エンジン2を車体フレーム8に対して支持している。2つの能動型防振支持装置1(1a、1b)のそれぞれは、アクチュエータ9を有し、制御装置4から出力される駆動電流によって、アクチュエータ9が伸縮することで、能動型防振支持装置1(1a、1b)が伸縮する。エンジン2が振動すると、エンジン2と車体フレーム8との間隔が変動する。この変動量に合わせて能動型防振支持装置1(1a、1b)が伸縮することで、能動型防振支持装置1(1a、1b)は、エンジン2から車体フレーム8への振動の伝達を抑制することができる。
エンジン2は、エンジン制御部5によって、回転のスタート、ストップ、回転速度の上昇、降下等の制御が行われている。
エンジン2の回転、すなわち、クランクシャフトの回転に伴って、エンジン2は、クランクパルスを発生させる。クランクパルスセンサ7は、このクランクパルスを検出し、制御装置4へ送信する。クランクパルスは、所定クランクアングル毎に出力され、例えば、クランクシャフトの1回転につき60回、クランクアングルの6°毎に1回、クランクパルスセンサ7に検出される。
エンジン2は、6気筒等の複数気筒のピストンが上下することにより、クランクシャフトを回転させる。そして、エンジン2には、気筒毎に、ピストンが上がったときの上死点(TDC)を検出するために、TDCパルスセンサ6が設けられている。TDCパルスセンサ6は、全ての気筒においてピストンが上死点(TDC)に達した際に発生させるTDCパルスを検出する。エンジン2が6気筒であれば、TDCパルスはクランクシャフトの2回転につき6回、つまりクランクアングルの120°毎に1回、TDCパルスセンサ6に検出される。TDCパルスセンサ6は、このTDCパルスを検出し、制御装置4へ送信する。
クランクパルスが、クランクアングルの6°毎に1回出力され、TDCパルスが、クランクアングルの120°毎に1回出力されるのであれば、1回のTDCパルス毎、すなわち、TDCパルス間に、20回で一定のクランクパルスが出力され検出されることになる。
図3に、前記制御装置4を用いての、本発明の実施形態に係る能動型防振支持装置1の制御方法のフローチャートを示す。
まず、ステップS1で、制御装置4が、エンジン2の振動の1周期毎に出力されるTDCパルスと、所定クランクアングル(6°)毎に出力されるクランク(CRK)パルスを受信する。図4(a)と(b)に示すように、TDCパルスは4回受信されているが、これらのTDCパルス間に受信されているCRKパルスの回数は20回で一定になっている。時刻tの経過にしたがって、TDCパルス及びCRKパルスの受信間隔が狭くなっているので、エンジン2の回転速度が上昇中であることがわかる。
エンジン2の振動は、主に各気筒のピストンの上下によって生じるので、ピストンの上下動に同期するTDCパルスに、エンジン2の振動は同期することになる。そこで、エンジン2の振動の周期は、TDCパルスの発生間隔・受信間隔になる。初回のTDCパルスの受信から、エンジン2の振動の第1実周期T01が始まり、2回目のTDCパルスの受信によって終了する。同様に、第1実周期T01の終了と同時に、エンジン2の振動の第2実周期T02が始まり、第2実周期T02は3回目のTDCパルスの受信によって終了する。また、第2実周期T02の終了と同時に、エンジン2の振動の第3実周期T03が始まり、第3実周期T03は4回目のTDCパルスの受信によって終了する。
ステップS2で、制御装置4が、エンジン振動の第1実周期T01にわたるCRKパルスの全てのCRKパルス間隔である第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1nを順次読み取り記憶する。
ステップS3で、制御装置4が、エンジン振動の第2実周期T02の初めとなるTDCパルスと、第2実周期T02の初期(所定位置に相当)に出力されるクランクパルスを受信する。
ステップS4で、制御装置4が、エンジン振動の第2実周期T02における初期(所定位置に相当)のCRKパルスのCRKパルス間隔である第2発生間隔Δt21を読み取り記憶する。なお、第2発生間隔は、第2発生間隔Δt21に限らず、例えば、第2発生間隔Δt21の次の第2発生間隔Δt22であってもよく、複数の第2発生間の和(Δt21+Δt22)であってもよい。この場合、ステップS6において、第1算定周期T11における初期(所定位置に相当)の第1発生間隔Δt11を、第2実周期T02における初期(所定位置に相当)のCRKパルスのCRKパルス間隔である第2発生間隔に対応させて変更する。例えば、第2実周期T02における初期のCRKパルスのCRKパルス間隔である第2発生間隔Δt22には、第1算定周期T11における初期の第1発生間隔Δt12を対応させ、比率Kは式K=T11/Δt12によって算出される。第2実周期T02における初期のCRKパルスのCRKパルス間隔である第2発生間隔の和(Δt21+Δt22)には、第1算定周期T11における初期の第1発生間隔の和(Δt11+Δt12)を対応させ、比率Kは式K=T11/(Δt11+Δt12)によって算出される。
ステップS5で、制御装置4が、第1実周期T01にわたる全ての第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1nを累積した総和としての第1算定周期T11を算出する。第1算定周期T11は、第1実周期T01の算出値に相当する。そして、第1算定周期T11を算出することで、第1算定周期T11を、原点を第1実周期T01の初めとする時間軸O1として把握でき、ステップS6、S7では、時間軸O1上の時刻に対して計算が行われることになる。なお、ステップS5は、ステップS4と同時に実施してもよい。
ステップS6で、制御装置4が、第1算定周期T11と、第1算定周期T11における初期(所定位置に相当)の第1発生間隔Δt11との比率K(=T11/Δt11)を算出する。なお、ステップS6は、ステップS4と同時に実施してもよい。例えば、TDCパルス間に受信されているCRKパルスの回数が20回とし、エンジン2が一定速で回転しているとすると、比率Kは20(K=20)となり、一定速でなく加速していれば比率Kは20未満(K<20)となり、減速していれば比率Kは20を超える(K>20)。
ステップS7で、制御装置4が、第1算定周期T11に対応したエンジン2の振動推定の演算とこの推定された振動から目標電流を算出する。具体的には、まず、制御装置4が、第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1n毎に、所定のクランクアングル(6°)を第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1nで割って、クランク角速度ωを算出する。次に、制御装置4が、第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1n毎に、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を算出する。次に、制御装置4が、第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1n毎に、エンジン2のクランクシャフト回りのトルクTqを、エンジン2のクランクシャフト回りの慣性モーメントをIとして、式Tq=I×dω/dtにより算出する。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ゼロ(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、また、エンジン2の回転速度の上昇・降下でもクランク角加速度dω/dtが発生するため、それらが合成されたクランク角加速度dω/dtに比例したトルクTqが発生することになる。
次に、制御装置4が、第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1n毎に、トルクTqに基づいて、エンジン2の振動の振幅を算出する。次に、制御装置4が、第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1n毎に、エンジン2の振動の振幅に基づいて、能動型防振支持装置1の伸縮長さを算出する。次に、制御装置4が、第1発生間隔Δt11、Δt12・・・Δt1n毎に、前記伸縮長さを実現するような、能動型防振支持装置1のアクチュエータ9に流す目標電流(のデューティ波形)を、図5(a)の実線の波形で示すように算出し決定する。図5(a)の実線の目標電流は、周期を第1算定周期T11とし、第1算定周期T11の時間軸O1に対して算出されていると考えることができる。
ステップS8で、制御装置4が、第2実周期T02における初期(所定位置に相当)の第2発生間隔Δt21と比率Kから第2算定周期T12(=Δt21×K)を算出する。第2算定周期T12は、第2実周期T02の算出値に相当する。そして、第2算定周期T12を算出することで、第2算定周期T12を、原点を第2実周期T02の初めとする時間軸O2として把握できる。なお、第2算定周期T12は、比率Kを用いて算出しているが、実質的には、式T12=Δt21/Δt11×T11によって算出できる。第1実周期T01における初期(所定位置に相当)の第1発生間隔Δt11と第2実周期T02における初期(所定位置に相当)の第2発生間隔Δt21の比は、第1算定周期T11と第2算定周期T12の比に略等しくなると考えられるからである。また、ステップS6を省いて、比率Kを算出することなしに、ステップS8で、式T12=Δt21/Δt11×T11を用いて、第2算定周期T12を算出してもよい。
ステップS9で、制御装置4が、第2算定周期T12と、第1算定周期T11の比である周期変化率R(=T12/T11)を算出する。なお、周期変化率Rは、式R=Δt21/Δt11を用いて算出してもよい。この場合、ステップS9はステップS8の前に行い、ステップS8では、式T12=R×T11を用いて、第2算定周期T12を算出することができる。
ステップS10で、制御装置4が、周期変化率Rと第2算定周期T12から第3算定周期T13(=R×T13)を算出する。第3算定周期T13は、第3実周期T03の算出値(計測値)に相当する。そして、第3算定周期T13を算出することで、第3算定周期T13を、図4に示すように、原点を第3実周期T03の初めとする時間軸O3として把握できる。なお、第3算定周期T13は、第2算定周期T12を用いて算出しているが、実質的には、式T13=(Δt21/Δt11)×T11=R×T11によって算出できる。第1実周期T01における初期(所定位置に相当)の第1発生間隔Δt11と第2実周期T02における初期(所定位置に相当)の第2発生間隔Δt21の比は、第1算定周期T11と第2算定周期T12の比に略等しくなると考えられるからである。また、第1算定周期T11と第2算定周期T12の比は、第2算定周期T12と第3算定周期T13の比に略等しくなると考えられるからである。そして、ステップS6とS8を省いて、第2算定周期T12を算出することなしに、ステップS10で、式T13=(Δt21/Δt11)×T11を用いて、第3算定周期T13を算出してもよい。式T13=(Δt21/Δt11)×T11は、前記した複数の式を代入することにより得られた式であり、この式からは第2算定周期T12等は消えてしまい、第2算定周期T12が算出されていないかのように思えるが、この式を用いての算出過程において間接的に第2算定周期T12を算出することになる場合もあり、掛け算の順序を替えても積が等しくなるのは自明なので、算出過程において第2算定周期T12を算出していない場合であっても、算出過程において第2算定周期T12を算出していることと実質的に等価であると考えられる。
ステップS11で、制御装置4が、第1算定周期T11に対応した目標電流(図5(a)の実線)と、第3算定周期T13から、図5(a)の点線に示すような第3算定周期T13に対応した目標電流を算出する。図5(a)の点線の目標電流、すなわち、図5(b)の目標電流は、周期を第3算定周期T13とし、第3算定周期T13の時間軸O3に対して算出されていると考えることができる。そして、第1算定周期T11に対応するように規格化されていた目標電流を、第3算定周期T13に対応するように規格化しなおしたと考えることができる。
ステップS12で、制御装置4が、エンジン振動の第3実周期T03の初めとなるTDCパルスを受信する。
ステップS13で、図4(c)と図5(c)に示すように、制御装置4が、第2実周期T02の次のエンジン振動の第3実周期T03以降において、第3算定周期T13に対応した(規格化した)目標電流に一致するように駆動電流を出力する。すなわち、駆動電流は、第3算定周期T13に対応し規格化されている。第3実周期T03に略一致する第3算定周期T13で規格化された駆動電流を流すことになるので、周期のずれは僅かになり、エンジン2の振動の伝達を十分に抑制でき、乗員に与える違和感を少なくできる。
1、1a、1b 能動型防振支持装置
2 エンジン
3 トランスミッション
4 制御装置
5 エンジン制御部
6 TDCパルスセンサ
7 クランクパルスセンサ
8 車体フレーム
9 アクチュエータ

Claims (2)

  1. エンジンの回転に基づくクランクパルスを計測し、エンジンの振動の周期における第1の振動周期に属するクランクパルスのデータを用いて、次の第2の振動周期において防振用のアクチュエータに流す目標電流値を算出し、次の第3の振動周期において前記算出した目標電流値を用いて前記アクチュエータを駆動制御する制御装置を備えた能動型防振支持装置であって、
    前記制御装置は、
    前記第1の振動周期の長さを算出し、
    前記第1の振動周期に属するクランクパルスのうち、当該第1の振動周期の所定位置におけるクランクパルスの時間幅を第1のパルス時間幅とし、
    前記第2の振動周期に属するクランクパルスのうち、前記第1の振動周期の所定位置に対応して設定された当該第2の振動周期の所定位置におけるクランクパルスの時間幅を第2のパルス時間幅とし、
    前記第1のパルス時間幅と前記第2のパルス時間幅と前記第1の振動周期の長さとを用いて、前記第2の振動周期の長さを算出し、
    前記第1の振動周期の長さと前記第2の振動周期の長さとを用いて、前記第3の振動周期の長さを算出し、
    前記第2の振動周期において、前記算出した第3の振動周期の長さを用いて前記アクチュエータに流す目標電流値を算出することを特徴とする能動型防振支持装置。
  2. エンジンの回転に基づくクランクパルスを計測し、エンジンの振動の周期における第1の振動周期に属するクランクパルスのデータを用いて、次の第2の振動周期において防振用のアクチュエータに流す目標電流値を算出し、次の第3の振動周期において前記算出した目標電流値を用いて前記アクチュエータを駆動制御する制御装置を備えた能動型防振支持装置の防振制御方法であって、
    前記制御装置は、
    前記第1の振動周期の長さを算出し、
    前記第1の振動周期に属するクランクパルスのうち、当該第1の振動周期の所定位置におけるクランクパルスの時間幅を第1のパルス時間幅とし、
    前記第2の振動周期に属するクランクパルスのうち、前記第1の振動周期の所定位置に対応して設定された当該第2の振動周期の所定位置におけるクランクパルスの時間幅を第2のパルス時間幅とし、
    前記第1のパルス時間幅と前記第2のパルス時間幅と前記第1の振動周期の長さとを用いて、前記第2の振動周期の長さを算出し、
    前記第1の振動周期の長さと前記第2の振動周期の長さとを用いて、前記第3の振動周期の長さを算出し、
    前記第2の振動周期において、前記算出した第3の振動周期の長さを用いて前記アクチュエータに流す目標電流値を算出することを特徴とする防振制御方法。
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