JP2013174262A - Active damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクティブダンパーに関する。 The present invention relates to an active damper.
周知の通り、アクティブダンパーは、アクチュエータを動的に制御することによって衝撃の緩和や振動の抑制(制振)を行うものであり、車両に設けられるサスペンションや、プレス機に設けられるダイクッション装置などの各種装置に応用されている。一般的なアクティブダンパーは、制振対象物と支持架台との間に介装された油圧シリンダと、油圧シリンダへ作動油を吐出する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動するポンプモータと、ポンプモータを制御するコントローラとを備えている(下記特許文献1及び2参照)。
As is well known, an active damper is used to mitigate impact and suppress vibration (vibration suppression) by dynamically controlling an actuator, such as a suspension provided in a vehicle, a die cushion device provided in a press machine, etc. It is applied to various devices. A general active damper includes a hydraulic cylinder interposed between an object to be controlled and a support frame, a hydraulic pump that discharges hydraulic oil to the hydraulic cylinder, a pump motor that drives the hydraulic pump, and a pump motor. And a controller for controlling (see
上記特許文献1の技術は、油圧ポンプを介することによって、モータトルクを油圧シリンダ推力として発生させて、アクチュエータによる制御力を発生させる方式であるが、ポンプモータの応答が追従する比較的低周波領域に対しては有効に作用するが、ポンプモータの応答が追従できない高周波領域に対しては有効な制御力が発生できない問題がある。 The technique of Patent Document 1 is a system in which a motor torque is generated as a hydraulic cylinder thrust through a hydraulic pump to generate a control force by an actuator, but a relatively low frequency region in which the response of the pump motor follows. However, there is a problem that an effective control force cannot be generated in a high frequency region where the response of the pump motor cannot follow.
アクチュエータの機能としては、有効な制御力をバネ上質量に作用させる一方で、バネ下質量の振動を上部に伝達させない特性であることが理想的であるが、ポンプモータの応答が追従できない高周波領域では、バネ下からバネ上への振動伝達要素として作用してしまい、バネ上質量側の振動を増大させてしまう可能性がある。 The ideal function of the actuator is to allow effective control force to act on the sprung mass, but not to transmit the vibration of the unsprung mass to the upper part. Then, it acts as a vibration transmission element from the unsprung to the unsprung, and may increase the vibration on the unsprung mass side.
このような特許文献1の技術の欠点を補うものとして特許文献2の技術が挙げられるが、ポンプモータの回転制御に加えて可変絞りの制御が必要となり、また、可変絞りにより生じる制御力は全て損失となってしまう。
In order to compensate for the drawbacks of the technique of Patent Document 1, the technique of
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来のように余計な制御や無駄な損失を増やすことなく、ポンプモータの応答が追従できない高周波領域においてバネ下(支持架台)からバネ上(制振対象物)への振動伝達を抑制可能なアクティブダンパーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and does not increase unnecessary control and useless loss as in the prior art. In a high-frequency region where the response of the pump motor cannot follow, the spring from the unsprung (support frame) is used. An object of the present invention is to provide an active damper capable of suppressing vibration transmission to the top (an object to be controlled).
上記目的を達成するために、本発明では、アクティブダンパーに係る第1の解決手段として、制振対象物と支持架台との間に介装された油圧シリンダと、前記油圧シリンダへ作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するポンプモータと、前記油圧シリンダと前記油圧ポンプとを結ぶ作動油供給流路に接続されたアキュムレータとを備える、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solving means related to an active damper, a hydraulic cylinder interposed between an object to be controlled and a support frame, and hydraulic oil is discharged to the hydraulic cylinder. And a hydraulic motor that drives the hydraulic pump, and an accumulator connected to a hydraulic oil supply passage that connects the hydraulic cylinder and the hydraulic pump.
また、本発明では、アクティブダンパーに係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記作動油供給流路の圧力を検出し、その検出結果を示す圧力検出信号を出力する圧力センサと、前記圧力センサから入力される圧力検出信号、上位制御装置から入力される減衰力指令信号に基づいて前記ポンプモータの制御を行う制御装置とをさらに備える、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as a second solving means related to the active damper, in the first solving means, a pressure sensor that detects the pressure of the hydraulic oil supply flow path and outputs a pressure detection signal indicating the detection result. And a control device that controls the pump motor based on a pressure detection signal input from the pressure sensor and a damping force command signal input from the host control device.
本発明によれば、アキュムレータを利用することにより、従来のように余計な制御や無駄な損失を増やすことなく、ポンプモータの応答が追従できない高周波領域においてバネ下(支持架台)からバネ上(制振対象物)への振動伝達を抑制することが可能となる。 According to the present invention, by using an accumulator, without increasing unnecessary control and useless loss as in the prior art, in the high frequency region where the response of the pump motor cannot follow, the sprung from the unsprung (supporting stand) (suppressed). It is possible to suppress vibration transmission to the (vibration object).
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係るアクティブダンパー1の概略構成図である。この図1に示すように、本実施形態に係るアクティブダンパー1は、制振対象物2と支持架台3との間に介装された油圧シリンダ11にて発生する推力を動的に制御することで制振対象物2の振動抑制(制振)を実現するものであり、油圧シリンダ11、油圧ポンプ12、貯油タンク13、ポンプモータ14、アキュムレータ15、圧力センサ16、パルスジェネレータ17及びコントローラ18から構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an active damper 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the active damper 1 according to the present embodiment dynamically controls thrust generated in a
このアクティブダンパー1の用途を例えば車両用サスペンションと想定すると、制振対象物2は車体(バネ上質量M)であり、支持架台3はタイヤの支持アーム(バネ下質量m)である。また、図中の振動源は路面であり、この路面と支持架台3との間に介在するバネ要素4はタイヤである。さらに、制振対象物2(車体)と支持架台3(支持アーム)との間に介装されたバネ要素5はスプリングコイルであり、減衰要素6は例えばガス封入式のダンパーである。
Assuming that the application of the active damper 1 is, for example, a vehicle suspension, the
油圧シリンダ11は、制振対象物2と支持架台3との間に介装され、油圧によって制振対象物2の制振制御に必要な推力を発生するものであり、シリンダ11a、ピストン11b及びロッド11cを備えている。シリンダ11aは、作動油を内部に収容する円筒状の部品である。ピストン11bは、シリンダ11aの内部空間を2つの部屋(第1室R1、第2室R2)に分割すると共にシリンダ11aの内壁に沿って往復移動自在に収容された円盤状の部品である。作動油は第2室R2に収容される。
The
ロッド11cは、自身の中心軸線とピストン11bの中心軸線とが一致するように一端がピストン11bに固定された棒状の部品である。このロッド11cの他端は、シリンダ11aの第2室R2側から外側に貫通して、油圧シリンダ11で発生する推力を作用させるべき制振対象物2と連結されている。
The
油圧ポンプ12は、例えば二方向吐出型の容量ポンプであり、入力軸がポンプモータ14の回転軸に接続されていると共に、一方の吐出口が作動油供給流路L1を介して油圧シリンダ11の第2室R2に接続され、他方の吐出口が作動油排出流路L2を介して貯油タンク13に接続されている。この油圧ポンプ12は、入力軸の回転方向によって作動油の吐出方向(言い換えれば、どちらの吐出口から作動油が吐出されるか)が決定され、入力軸の回転数によって吐出流量が決定される。貯油タンク13は、油圧ポンプ12から排出される作動油を貯留するための容器である。
The
ポンプモータ14は、例えばACサーボモータであり、コントローラ18から供給されるモータ駆動信号に応じて回転する回転軸を有している。前述のように、ポンプモータ14の回転軸は油圧ポンプ12の入力軸に接続されているので、ポンプモータ14の回転方向及び回転数(回転速度)を制御することにより、油圧ポンプ12による作動油の吐出方向及び吐出流量を任意に制御できる。つまり、ポンプモータ14の回転方向及び回転数を制御することにより、油圧シリンダ11の第1室R1と第2室R2の間に任意の圧力差を生じさせることができ、その結果、油圧シリンダ11にて発生する推力(制振対象物2に作用する力)を任意に制御できるようになる。
The
アキュムレータ15は、油圧シリンダ11と油圧ポンプ12とを結ぶ作動油供給流路L1の途中(油圧シリンダ11に近い位置が好ましい)に接続された蓄圧器である。このアキュムレータ15は、窒素ガスが封入されたゴム膜を本体内部に備えており、作動油供給流路L1の圧力が窒素ガス封入圧力より高くなると、ゴム膜が圧縮されて作動油を内部に蓄積し、作動油供給流路L1の圧力が窒素ガス封入圧力より低くなると、ゴム膜の膨張によって作動油を放出するものである。
The
圧力センサ16は、作動油供給流路L1の圧力を検出し、その検出結果を示す圧力検出信号をコントローラ18に出力する。パルスジェネレータ17は、例えばロータリーエンコーダであり、ポンプモータ14の回転に応じたパルス信号(具体的には、ポンプモータ14が一定角度回転するのに要した時間を1周期とするパルス信号)を生成してコントローラ18に出力するパルス発生器である。
The
コントローラ18は、圧力センサ16から入力される圧力検出信号、パルスジェネレータ17から入力されるパルス信号、及び上位制御装置19から入力される減衰力指令信号に基づいてポンプモータ14の回転制御を行う制御装置であり、圧力/推力換算部18a、加算部18b、減算部18c、PID演算部18d及びモータドライバ18eを備えている。なお、圧力/推力換算部18a、加算部18b、減算部18c及びPID演算部18dは、コントローラ18に内蔵されたマイコンがプログラムを実行することで実現されるソフトウェア的な機能である。
The
ここで、上位制御装置19から入力される減衰力指令信号とは、例えば、制御対象物2と支持架台3との相対速度に基づいて算出された、その相対速度への抵抗力に相当する減衰力指令値(言い換えれば減衰係数)を示す信号である。つまり、上位制御装置19は、制御対象物2と支持架台3との相対速度を検出する相対速度検出部20の出力信号に基づいて、相対速度への抵抗力に相当する減衰力指令値を算出し、その算出結果を示す減衰力指令信号をコントローラ18に出力する。
Here, the damping force command signal input from the
圧力/推力換算部18aは、圧力センサ16から入力される圧力検出信号を基に作動油供給流路L1の圧力(以下、作動油圧力と称す)を認識し、この作動油圧力に所定の変換係数を乗算することにより、油圧シリンダ11にて現在発生している推力(以下、シリンダ推力現在値と称す)を算出する。加算部18bは、上位制御装置19から入力される減衰力指令信号が示す減衰力指令値と油圧シリンダ11の自重支持負担分(一定荷重)とを加算することにより、シリンダ推力目標値を算出する。
The pressure /
制振対象物2の自重は、その質量Mと重力加速度gを用いてM×gで表され、例えば制振対象物2と支持架台3との間に介装されたバネ要素5及び減衰要素6の自重支持負担分を9割とすると、油圧シリンダ11の自重支持負担分は、M×g×(1−0.9)で表される。減算部18cは、上記のように加算部18bにて算出されたシリンダ推力目標値(=減衰力指令値+油圧シリンダ11の自重支持負担分)から、圧力/推力換算部18aにて算出されたシリンダ推力現在値を減算することで、シリンダ推力偏差値を算出する。
The dead weight of the damping
PID演算部18dは、減算部18cにて算出されたシリンダ推力偏差値(=シリンダ推力目標値−シリンダ推力現在値)を基にPID演算を行う(シリンダ推力偏差値に制御ゲインを乗算する)ことにより、シリンダ推力偏差値をゼロにさせるための、言い換えればシリンダ推力目標値とシリンダ推力現在値とを一致させるための操作信号を生成してモータドライバ18eに出力する。
The
モータドライバ18eは、PID演算部18d(つまりマイコン)から入力される操作信号に応じてポンプモータ14を駆動するためのモータ駆動信号(駆動電流)を生成してポンプモータ14に出力する。なお、モータドライバ18eには、パルスジェネレータ17から出力されるパルス信号がフィードバックされており、操作信号によって指示される回転速度と実際のポンプモータ14の回転速度とが一致するようにフィードバック制御を行うことができるようになっている。
The
以上のように、本実施形態に係るアクティブダンパー1は、制振対象物2(バネ上質量M)の自重を支持する力の一部を油圧シリンダ11に分担させることにより、油圧シリンダ11は一定方向のみの推力を発生させれば良い構成を採用している。油圧シリンダ11は、制振対象物2の自重を支持する力の一部を定常的に発生させつつ、その自重支持の定常力を基準として、ポンプモータ14の回転制御による作動油の流入出量を調整することにより、制振制御に必要な制御力(推力)を制振対象物2に作用させることができる。
As described above, in the active damper 1 according to the present embodiment, the
油圧シリンダ11における、支持架台3(バネ下質量m)から制振対象物2(バネ上質量M)への振動伝達を考えると、アキュムレータ15の封入ガスの圧縮性の作用により、バネ下側の振動がバネ上側に伝わりにくい特性を持つ。このため、ポンプモータ14の回転制御により、アキュムレータ15への作動油の流入出量を調整して制御力を作用することが可能であって、ポンプモータ14の回転制御で追従できない高周波領域の応答については、アキュムレータ15の封入ガスの圧縮性の作用により、バネ下側からバネ上側への振動が伝わりにくい構成となっている。
Considering the vibration transmission from the support frame 3 (unsprung mass m) to the damping object 2 (sprung mass M) in the
従って、本実施形態によれば、ポンプモータ14の回転制御で追従可能な低周波領域の振動成分は、バネ上側(制振対象物2)への制御力として作用させる一方、ポンプモータ14の回転制御で追従できない高周波領域の振動成分はアキュムレータ15で吸収できるので、従来のように余計な制御や無駄な損失を増やすことなく、ポンプモータの応答が追従できない高周波領域においてバネ下(支持架台)からバネ上(制振対象物)への振動伝達を抑制することが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the vibration component in the low frequency region that can be followed by the rotation control of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
(1)上記実施形態では、油圧ポンプ12から油圧シリンダ11の第2室R2のみに作動油を供給する構成を採用する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、図2に示すように、油圧ポンプ12から油圧シリンダ11の第1室R1及び第2室R2の両方に作動油を供給する構成を採用しても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The following modifications are mentioned.
(1) In the above embodiment, the case where the configuration in which the hydraulic oil is supplied from the
(2)上記実施形態では、アクティブダンパー1の用途として例えば車両用サスペンションと想定したが、本発明はこれに限定されず、プレス機に設けられるダイクッション装置など、制振対象物と支持架台との間に介装された油圧シリンダにて発生する推力を動的に制御することにより、制振対象物の制振制御を行う用途に広く利用することができる。 (2) In the above embodiment, the use of the active damper 1 is assumed to be, for example, a vehicle suspension. However, the present invention is not limited to this, and a damping object such as a die cushion device provided in a press machine and a support frame, By dynamically controlling the thrust generated by the hydraulic cylinder interposed between the two, it can be widely used for the purpose of performing the damping control of the damping object.
(3)上記実施形態では、アキュムレータ15を作動油供給流路L1の途中(油圧シリンダ11に近い位置)に接続する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、アキュムレータ15を作動油供給流路L1のどの位置に接続しても良い。例えば図3では、作動油供給流路L1の一端が油圧ホース21を介して油圧シリンダ11と接続され、作動油供給流路L1の他端が油圧ホース22を介してアキュムレータ15と接続されている場合を示している。
(3) In the above embodiment, the case where the
(4)上記実施形態では、コントローラ18が、圧力センサ16から入力される圧力検出信号、パルスジェネレータ17から入力されるパルス信号、及び上位制御装置19から入力される減衰力指令信号に基づいてポンプモータ14の回転速度制御を行う場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば図4に示すように、パルスジェネレータ17を削除し、圧力センサ16から入力される圧力検出信号及び上位制御装置19(図4では図示省略)から入力される減衰力指令信号に基づいてポンプモータ14のトルク制御を行うコントローラ18Aを設けても良い。この場合のコントローラ18Aは、モータドライバ18eに替えて、PID演算部18dから入力される操作信号に応じてポンプモータ14をトルク制御するためのモータ駆動信号(駆動電流)を生成してポンプモータ14に出力するモータドライバ18fを備えている。
(4) In the above embodiment, the
1…アクティブダンパー、2…制振対象物、3…支持架台、11…油圧シリンダ、12…油圧ポンプ、13…貯油タンク、14…ポンプモータ、15…アキュムレータ、16…圧力センサ、17…パルスジェネレータ(パルス発生器)、18、18A…コントローラ(制御装置)、19…上位制御装置、20…相対速度検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Active damper, 2 ... Damping object, 3 ... Support stand, 11 ... Hydraulic cylinder, 12 ... Hydraulic pump, 13 ... Oil storage tank, 14 ... Pump motor, 15 ... Accumulator, 16 ... Pressure sensor, 17 ... Pulse generator (Pulse generator), 18, 18A ... controller (control device), 19 ... host control device, 20 ... relative speed detector
Claims (2)
前記油圧シリンダへ作動油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動するポンプモータと、
前記油圧シリンダと前記油圧ポンプとを結ぶ作動油供給流路に接続されたアキュムレータと、
を備えることを特徴とするアクティブダンパー。 A hydraulic cylinder interposed between the object to be controlled and the support frame;
A hydraulic pump for discharging hydraulic oil to the hydraulic cylinder;
A pump motor for driving the hydraulic pump;
An accumulator connected to a hydraulic oil supply flow path connecting the hydraulic cylinder and the hydraulic pump;
Active damper characterized by comprising.
前記圧力センサから入力される圧力検出信号、上位制御装置から入力される減衰力指令信号に基づいて前記ポンプモータの制御を行う制御装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブダンパー。 A pressure sensor that detects the pressure of the hydraulic oil supply flow path and outputs a pressure detection signal indicating the detection result;
A control device for controlling the pump motor based on a pressure detection signal input from the pressure sensor and a damping force command signal input from a host control device;
The active damper according to claim 1, further comprising:
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