JP2013028299A - 車両用防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクロッドの軸方向の剛体共振を精度よく検出できる車両用防振装置を提供する。
【解決手段】一端部１２がエンジン１に固定され、他端部１３が車体に固定されるロッド１１と、前記ロッドに支持された慣性マス１５を含み、前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータ１７と、前記ロッドの軸方向の振動を検出する振動検出手段２１と、を有する車両用防振装置において、前記振動検出手段は、前記ロッドの前記一端部と前記他端部との間に配置されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、振動源であるエンジンから車体側へ伝達される振動を抑制する車両用防振装置に関するものである。

エンジンから車体側へ伝達される振動を抑制する防振装置として、トルクロッドの剛体共振周波数をエンジンの共振周波数より低く設定するとともに、トルクロッドの軸方向変位の速度に比例した力をアクチュエータに発生させるように構成した防振装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１１−１２７５７号公報

しかしながら、上記従来の防振装置では、トルクロッドの軸方向の剛体共振を検出する振動加速度検出センサが、トルクロッドのピッチ方向の剛体共振成分も検出する構成となっているため、共振成分の検出精度が悪く、予定した制御効果が得られないという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、トルクロッドの軸方向の剛体共振を精度よく検出できる車両用防振装置を提供することである。

本発明は、エンジン及び車体にそれぞれ固定されるトルクロッドの両端部の間に振動検出手段を配置することによって、上記課題を解決する。

トルクロッドの両端部の間にトルクロッドのピッチ方向の剛体共振の節があり、本発明ではこの範囲に振動検出手段を設けるので、振動検出手段がピッチ方向の剛体共振を検出するのを抑制でき、その結果、ロッドの軸方向の剛体共振を精度よく検出できる。

本発明の一実施の形態に係る防振装置を車両のエンジンに適用した例を示す正面図である。 図１Ａの平面図である。 図１Ａ及び図１Ｂの分解斜視図である。 図１Ｂのアッパトルクロッドを示す断面図である。 図１Ｂのアッパトルクロッドを示す斜視図である。 図４Ａのアッパトルクロッドを反対側から見た斜視図である。 図４Ａ，Ｂのアッパトルクロッドを示す四面図（正面図，左側面図，右側面図，平面図）である。 図４Ａ，Ｂのアッパトルクロッドのエンジンへの装着例を示す平面図である。 図４Ａ，Ｂのアッパトルクロッドのエンジンへの他の装着例を示す平面図である。 エンジンの振動状態を説明するための図である。 本発明の他の実施の形態に係る防振装置を示す断面図である。 ２重防振の効果が得られる構成による伝達力の周波数特性図である。 トルクロッドのブッシュの剛性の設定例を示すグラフである。

最初に本発明の一実施の形態に係る車両用防振装置を適用する、いわゆるペンデュラム方式エンジンについて説明する。ペンデュラム方式によるエンジン１の支持構造とは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、エンジン１の慣性主軸Ｌを、車両の幅方向（進行方向と直交する方向，車両左右方向ともいう）と平行に向けて配置された、いわゆる横置きエンジン１に対して、エンジン１を支持する２個の支持点Ｐ１，Ｐ２が、図１Ｂの平面視においては、エンジン１の慣性主軸Ｌの近傍の、重心Ｇを挟んで互いに軸方向反対側に位置し、図１Ａの側面視においては、ともに慣性主軸Ｌの車両上方に位置するように設けられた支持構造である。なお、２個の支持点Ｐ１，Ｐ２は、図２に示すように左右それぞれのエンジンマウント３，４により構成される。

ペンデュラム方式エンジンの支持構造は、エンジン１を振り子のように吊り下げて支持するとともに、それらの支持点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線の周りを揺動するエンジン重心Ｇを、車体に取り付けられたトルクロッドアッセンブリ５，６のような棒状部材で抑えるよう構成され、少ない点数の部品で従来と同様の制振効果が得られるといったメリットがある。すなわち、ペンデュラム方式でマウントされたエンジン１では、エンジン１の運転時に回転慣性力によって２つの支持点Ｐ１，Ｐ２を結んだ軸の回りにエンジン１が傾く。この傾きを防止してエンジン１を支持するため、エンジン１のほぼ上半分と車体側部材とを連結する第１のトルクロッド（アッパトルクロッド）５と、エンジン１の残り下半分と車体側部材とを連結する第２のトルクロッド（ロアトルクロッド）６とを備える。アッパトルクロッド５が車両右上側からエンジン１に、もう一つのロアトルクロッド６が車両下側からエンジン１に連結され、これら２つのトルクロッド５，６により、ペンデュラム方式のエンジン１が傾くことを防止している。

上記のエンジン１は、たとえば２次バランサつきの直列４気筒やＶ型６気筒エンジンである。２次バランサつきの４気筒エンジンやＶ型６気筒エンジンでは、エンジン回転の基本次数で不平衡慣性力が小さいので、主にエンジントルク変動の反力がエンジン１に作用する。したがってエンジン回転の基本次数では、トルクを支持している上記２つのトルクロッド５，６からの入力によって主に車内音・車内振動が発生することが本発明者によって知見されている。さらに、車両の主に加速時に、基本次数の高次数で構成される約１０００Ｈｚまでの車内音が乗員にとって問題となることが知られている。

既述したとおり、本例の車両用防振装置は、２つのトルクロッド５，６を備える。アッパトルクロッド５は、図１Ｂに示すようにエンジン１の上部と車体との間に装着される。これに対し、ロアトルクロッド６は、図１Ａ，図１Ｂ及び図２に示すように、エンジン１の下部とサブフレーム２との間に装着される。本例のアッパトルクロッド５とロアトルクロッド６とは基本構成が同じであるため、アッパトルクロッド５の構成について説明し、ロアトルクロッド６の構成はこれを援用して省略する。

アッパトルクロッド５は、図２及び図３に示すように、一端部のブッシュ１２がエンジン１の上部に固定され、他端部のブッシュ１３が車体に固定されるロッド１１と、ロッド１１に支持された慣性マス１５と、慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動させるアクチュエータ１７とを有する。

図３はアッパトルクロッド５の要部断面図であり、棒状のロッド１１の両端に一対のブッシュ１２，１３が溶接により固定されている。エンジン側に固定されるブッシュ１２は、円筒状の外筒１２ａと、外筒１２ａと同心の円筒状の内筒１２ｂと、これら外筒１２ａと内筒１２ｂとを連結する弾性体（防音材）１２ｃとからなる。内筒１２ｂに対して図３で紙面に直交する向きに挿通されるボルト（図示しない）によってブッシュ１２はエンジン１に固定される。

一方、車体側に固定されるブッシュ１３も、上記ブッシュ１２と同様に、円筒状の外筒１３ａと、外筒１３ａと同心の円筒状の内筒１３ｂと、これら外筒１３ａと内筒１３ｂとを連結する弾性体（防音材）１３ｃとからなる。内筒１３ｂに対して図３で紙面に直交する向きに挿通されるボルト（図示しない）によってブッシュ１３は車体側の部材に固定される。

なお、図示する実施形態は、ブッシュ１２をエンジン１に固定し、ブッシュ１３を車体側に固定する構成であるが、これに限らず、ブッシュ１２を車体側に固定し、ブッシュ１３をエンジン１に固定してもよい。また、図３に示すアッパトルクロッド５は、ブッシュ１２，１３の内筒１２ｂ，１３ｂに挿通される２つのボルトが平行に配置される例を示すが、図２，図４Ａ，４Ｂ，図５に示すアッパトルクロッドは、ブッシュ１２，１３の内筒１２ｂ，１３ｂに挿通される２つのボルト１８，１９が互いに直交する向きに配置された例を示す。車体側の固定部及びエンジンの固定部の形状に応じて適宜変更することができる。

本例の弾性体（防音材）１２ｃ，１３ｃは、ばねと減衰の機能を兼ね備えた部材であり、例えば弾性ゴムを用いることができる。

図２，図３，図４Ａ，４Ｂ及び図５に示す本例のアッパトルクロッド５では、ブッシュ１２，１３の外筒及び内筒の径を相違させている。すなわち、ブッシュ１３の外筒１３ａ、内筒１３ｂの径を、対応するブッシュ１２の外筒１２ａ、内筒１２ｂの径よりも相対的に小さくすると共に、さらに、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性を、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性よりも相対的に大きくする。一対のブッシュ１２、１３の弾性体１２ｃ、１３ｃの剛性を異ならせることで、２つの異なる周波数において２重防振に適したロッド軸方向のエンジン剛体共振とロッド剛体共振とを生じさせている。

すなわち、図９に実線で示したように、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性から定まるロッド軸方向のエンジン剛体共振Ａがほぼゼロに近い周波数ｆ１［Ｈｚ］で生じ、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性から定まるロッド軸方向のロッド剛体共振Ｂが２００Ｈｚに近い周波数ｆ２［Ｈｚ］で生じている。分かり易さのため、エンジン剛体共振とロッド剛体共振を極めて単純化したばねマス系に基づいて説明すれば、エンジン剛体共振Ａは、エンジン質量と、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性（ばね定数）で決まり、ロッド剛体共振Ｂは、ブッシュ１２の弾性体１２ｃとブッシュ１３の弾性体１３ｃの間の質量であるロッド１１（および各ブッシュの外筒部分）の質量と、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性（ばね定数）で決まる。

エンジン１単体での曲げ、捩りの１次の共振周波数ｆ３は、一般的な車両用エンジンでは２８０Ｈｚ〜３５０Ｈｚ程度なので、本例のようにエンジン剛体共振Ａをほぼゼロ（０Ｈｚ）とし、ロッド剛体共振Ｂを約２００Ｈｚとすれば、エンジン１の曲げ、捩りの共振振動の車体への伝達が、高周波数側（防振域内）で効果的に抑えられる（２重防振される）ことになる。

以上より、エンジン剛体共振Ａおよびロッド剛体共振Ｂが、エンジンの曲げ、捩りの共振周波数ｆ３より小さな周波数となるように、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性（ばね定数）、およびブッシュ１２の弾性体１２ｃとブッシュ１３の弾性体１３ｃの間の質量であるロッド１１（および各ブッシュの外筒部分）の質量、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性（ばね定数）を定めればよい。このように、エンジン剛体共振Ａおよびロッド剛体共振Ｂを２つの異なる周波数で、つまり低周波域の周波数ｆ１と、中周波数域の周波数ｆ２との２箇所で生じさせてエンジン１から車体側に伝達される振動を防止する効果が得られるのが２重防振の効果である。ただし、本発明の防振装置ではブッシュ１２，１３の外筒及び内筒の径を相違させるのは必須ではなく、後述するようにブッシュ１２，１３を同じ構造としてもよい。

本例のアッパトルクロッド５は、磁性を有する金属等からなる慣性マス１５と、アクチュエータ１７と、加速度センサ２１と、バンドパスフィルタ２２と、電圧増幅回路２３とを備える。

慣性マス１５は、ロッド１１の周囲にロッド１１と同軸で設けられている。ロッド１１の軸方向に見た慣性マス１５の断面は、ロッド１１の中心（重心）を中心にした点対称な形であると共に、慣性マス１５の重心がロッド１１の中心に一致している。慣性マス１５は、図２，図４Ａ，４Ｂ及び図５にも示されているように角筒型とされ、慣性マス１５のロッド軸方向の両端（図３で上下端）がそれぞれ弾性支持バネ１６を介してロッド１１に連結されている。弾性支持バネ１６は、たとえば比較的小さな剛性を有する板バネである。慣性マス１５の内壁１５ａはその一部が後述するアクチュエータ１７の永久磁石１７ｃに向けて凸設されている。

本例のアッパトルクロッド５は、図３に示すように慣性マス１５とロッド１１との間の空間にアクチュエータ１７が設けられている。アクチュエータ１７は、角筒状のコア１７ａと、コイル１７ｂと、永久磁石１７ｃとを含むリニアタイプ（直線運動型）のアクチュエータで、慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動するものである。

コイルの磁路を構成するコア１７ａは積層鋼鈑から構成されており、ロッド１１に固設されている。コア１７ａは、アッパトルクロッド５の組立前には複数個の部材に分割されており、これら複数個の部材を接着剤で棒状のロッド１１の周囲に接着することにより、全体として角筒状のコア１７ａを形成している。コイル１７ｂは、この角筒状のコア１７ａに巻装されている。永久磁石１７ｃは、コア１７ａの外周面に設けられている。

アクチュエータ１７は、このような構成であるので、コイル１７ｂと永久磁石１７ｃとが発生する磁界によるリアクタンストルクによって慣性マス１５をリニアに、つまり慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動するように駆動することとなる。

ブッシュ１２，１３の間であってロッド１１の軸心を通る水平面と平行な面上には、ロッド１１の略軸心位置での軸方向の振動の加速度を、エンジン１からロッド１１に伝達される振動の加速度として検出する加速度センサ２１が取り付けられている。そして、加速度センサ２１からのロッド軸方向加速度の信号は、バンドパスフィルタ２２を介して電圧増幅回路２３に入力され、この電圧増幅回路２３で増幅された信号はアクチュエータ１７のコイル１７ｂに印加される（電圧の制御を行なう）。電圧増幅回路２３は例えばオペアンプから構成することができる。加速度センサ２１の詳細は後述する。

慣性マス１５は比較的柔らかい板バネ（弾性支持バネ１６）で支持され、例えば慣性マス１５のロッド１１に対するロッド軸方向の共振は１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの低い周波数で生じるものとされている。例えば４気筒エンジンのアイドル回転速度２次の振動周波数は約２０Ｈｚであることから、慣性マス１５の共振周波数を１０Ｈｚにすることができれば、エンジン１の運転条件によらず慣性マス１５が共振するのを抑えることができる。

一方、慣性マス１５の共振周波数を１０Ｈｚといったこのような低周波数に設定しようとすると、慣性マス１５が大きくなりすぎてそのような設定が困難な場合には、抑制しようとするロッド剛性共振Ｂ（実施形態では２００Ｈｚ）の約１／２の周波数より低く設定しておけば、互いの共振周波数が十分に離れ、振動伝達の抑制が十分に行なわれる。

また、加速度センサ２１で検出した加速度信号をバンドパスフィルタ２２に通すことによって、余分な周波数での制御を行なわないようにして、制御安定性を高めるとともに、余分な電力消費を抑えつつ狙いの周波数範囲での確実な伝達力の抑制を図ることができる。ロッド剛体共振Ｂに対する防振域は、図９に示したようにロッド剛体共振Ｂの共振周波数ｆ２に対して所定値（≒１．４）を乗じて求まる周波数ｆ５以上の周波数範囲であるので、バンドパスフィルタ２２としては、慣性マス１５のロッド軸方向の共振周波数（１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの低い周波数）を含みこの共振周波数より、ロッド剛体共振Ｂに対する防振域の周波数範囲までの信号を通過するフィルタであって、防振域のうち制御が発散しない範囲の上限（例えば４００Ｈｚとする）までの信号を通過するフィルタを選定する。

そして、制御対象であるロッド１１の減衰を増大する速度フィードバック制御が行われるように、バンドパスフィルタ２２で通過している周波数帯において、加速度センサ２１により検出した振動のロッド軸方向速度に略比例した力を逆符合とした力をアクチュエータ１７から発生させる。

次に加速度センサ２１について説明する。
本例の加速度センサ２１は、図３に示すようにロッド１１に直接設けるほか、図４Ａに示すようにロッド１１及びブッシュ１２，１３を覆うハウジング１８に設けてもよい。ハウジング２０は、ブッシュ１２，１３の外筒１２ａ，１３ａに固定又は一体形成された剛体からなるので、ロッド１１の軸方向及びピッチ方向の振動が同等に伝達される。

本例の加速度センサ２１は、ブッシュ１２，１３の間であって、ロッド１１の軸心（トルクを支持する軸）を通る水平面と平行な面上に設けられている。４気筒エンジン等は、図７に示すように、上下方向に不平衡慣性力が作用した振動が発生し、ロッド１１のトルクを支持する軸方向に対して上方にずれた位置にセンサを配置すると、エンジン１の上下振動によって、トルクロッドにはピッチ方向の振動が発生するが、本例では、加速度センサ２１を、トルク支持軸を通り水平面と平行な面に配置しているので、ピッチ方向の振動に感度が小さくなる。すなわち、軸方向の振動検出精度が向上する。その結果、図１０に示すようにロッド１１の軸方向の剛体共振を大幅に下げた場合であっても、ピッチ方向の剛体共振のノイズは殆んど検出しないので、従来のように、ピッチ方向の剛体共振が常用域まで下がるのを加速度センサ２１が検出し、これにより制御電力を増大させるといった不具合現象を抑制することができる。

特に、加速度センサ２１をブッシュ１２，１３の間に配置しているので、ロッド１１のピッチ方向の剛体共振の節が存在する領域に加速度センサ２１を配置することになり、ピッチ方向の感度がより小さくなる。

また、本例の車両用防振装置において、ロッド１１の両端に固定したブッシュ１２，１３の剛性比を一定の値に設定し、加速度センサ２１又はアクチュエータ１７の少なくとも一方を、ロッド１１のピッチ方向の剛体共振の節に配置してもよい。加速度センサ２１又はアクチュエータ１７を剛体共振モードの節に配置することで、ピッチ方向の剛体共振の検出がより抑制され、これによって生じるアクチュエータ１７の制御電力を低減することができる。

なお、上述した車両用防振装置では、ブッシュ１２，１３の外形を相違させているが、ロッド１１の両端に固定したブッシュ１２，１３の剛性比を一定の値に設定したうえで、図８の右図に示すように２つのブッシュ１２，１３を同じ形状にしてもよい。こうすることで、運転条件が変わってもピッチ方向の剛体共振の節を加速度センサ２１又はアクチュエータ１７の設置位置と等しくすることができ、左図に示す例に比べてより検出精度が高くなる。

また、本例の加速度センサ２１は、図６Ｂに示すようにブッシュ１２がボルト１８により固定されるエンジン１のブラケット１ａに対し、エンジン１側の面に固定することができる。ただし、図６Ａに示すようにエンジン１のブラケット１ａに対し、エンジン１とは反対側のエンジン１から離れた側の側面に固定することがより好ましい。

本例の車両用防振装置では、図１０に示すようにアッパトルクロッド５の車体側ブッシュ１２の剛性を従来のアッパトルクロッドと比較して大幅に下げているため、例えば車両旋回時においてアッパトルクロッド自身の加速度によりアッパトルクロッドが車両の左右方向に対して大きく揺動する。したがって、従来のアッパトルクロッドと比較し、エンジン１とアッパトルクロッド５とのクリアランスＣを大きく設定する必要がある。

一方で、不平衡慣性力に起因する力は、エンジン１の重心Ｇよりエンジン前方に作用し、モーメントを発生させる。したがって、エンジン１の先端の方が、エンジンの上下変位の振動が大きくなる。したがって、図６Ａに示す例のように、加速度センサ２１の配置位置をエンジン１とは反対側のエンジン１から離れた側のアッパトルクロッド５のハウジング２０の面に配置する方が、アッパトルクロッド５とエンジン１とのクリアランスＣを短くでき、アッパトルクロッド５に伝わるエンジン１の上下振動を小さくできる。同様に、アッパトルクロッド５とエンジン１とのクリアランスＣを短くできるため、エンジン１側のトルクロッドの締結に関係する部品を小さくでき、締結に関係する部品の固有値を高めることができる。

また、本例の車両用防振装置では、アッパトルクロッド５が熱源であるアクチュエータ１７を備え、加速度センサ２１への熱伝達が問題になるが、エンジン１とは反対側で、車両前方からの風が流れる位置に加速度センサ２１を配置できるため、放熱性能も有利となる。

本例の加速度センサ２１では、図５の左側面図及び平面図に示すように、装着されるハウジング２０の面との間に空間Ｓが設けられている。エンジンルーム内の風が流れる方向に空間Ｓを設けることで、加速度センサ２１の放熱性能が向上し、さらに熱源であるアクチュエータ１７からの熱伝達を抑制できる。

加速度センサ２１を上述した構成とすることはロアトルクロッド６についても同様であるが、アッパトルクロッド５はロアトルクロッド６に比べてパワートレインの重心から遠い位置に取り付けられるため、アッパトルクロッド５の方が効果は大きい。

上記加速度センサ２１は本発明に係る振動検出手段に相当する。

１…エンジン
２…サブフレーム
３，４…エンジンマウント
Ｐ１，Ｐ２…支持点
５…アッパトルクロッド
６…ロアトルクロッド
１１…ロッド
１２，１３…ブッシュ
１５…慣性マス
１７…アクチュエータ
１８，１９…ボルト
２０…ハウジング
２１…加速度センサ
２２…バンドパスフィルタ
２３…電圧増幅回路

Claims (6)

1. 一端部がエンジンに固定され、他端部が車体に固定されるロッドと、
   前記ロッドに支持された慣性マスを含み、前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータと、
   前記ロッドの軸方向の振動を検出する振動検出手段と、を有する車両用防振装置において、
   前記振動検出手段は、前記ロッドの前記一端部と前記他端部との間に配置されている車両用防振装置。
2. 前記振動検出手段は、前記エンジンとは離れた側の前記ロッドに配置されている請求項１に記載の車両用防振装置。
3. 前記振動検出手段と前記ロッドの配置面との間に、車体の前後方向の空間が設けられている請求項１又は２に記載の車両用防振装置。
4. 前記ロッドの一端部に設けられたブッシュと他端部に設けられたブッシュとは所定の剛性比に設定され、
   前記振動検出手段又は前記アクチュエータの少なくとも一方が、前記ロッドのピッチ方向の剛体共振の節に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
5. 前記一端部のブッシュと前記他端部のブッシュとが、同じ形状に形成されている請求項４に記載の車両用防振装置。
6. 前記エンジンの上部と前記車体との間に固定される請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用防振装置。

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