JP2017110747A - Design method of vibration-proof structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the lowering of vibration-proof performance by a simple method, related to a design method of a vibration-proof structure.SOLUTION: A design method of a vibration-proof structure has a construction process (step A10), a setting process (step A20) and a calculation process (step A30). In the construction process (step A10), a model of a receiving-type vibration-proof structure in which an additional system having a second mass body is connected to a main system having a first mass body via an elastic body and an attenuator is constructed. In the setting process (step A20), a phase surplus is set in advance as the phase displacement of an actual vibration phenomenon which is permitted to a designed vibration phenomenon with respect to vibration which is inputted to the main system or the additional system. In the calculation process (step A30), a parameter related to behaviors of the main system and the additional system at the input of the vibration is calculated on the basis of the phase surplus which is set in the setting process.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、受動型の動吸振器によって制振される構造を設計する方法に関する。   The present invention relates to a method for designing a structure to be damped by a passive dynamic vibration absorber.

従来、動吸振器の一つとして、振動が入力される対象物(以下、「制振対象物」という)に弾性体あるいはダンパを介して連結された付加物が設けられたものが知られている。動吸振器としては、系外の動力を印加せずに制振する受動型のものをはじめ、系外の動力を印加して制振する能動型のものも開発されている。能動型の動吸振器は、動力を発生させるアクチュエータが必要であり、アクチュエータの出力の大きさ(ゲイン)や時期(位相)を制御する必要もあることから、装置構成や制御構成が複雑となる。一方、受動型の動吸振器では、制振対象物に入力された振動が弾性体あるいはダンパや付加物によって吸収される。つまり、付加系の動吸振器によって主系が制振されるため、制振用の動力を外部から印加する必要がなく、装置構成や制御構成が簡素となる。   Conventionally, as one of the dynamic vibration absorbers, an object to which vibration is input (hereinafter referred to as “vibration object”) is provided with an additional object connected via an elastic body or a damper. Yes. As the dynamic vibration absorber, a passive type that suppresses vibration without applying power outside the system and an active type that suppresses vibration by applying power outside the system have been developed. An active dynamic vibration absorber requires an actuator that generates power, and it is necessary to control the magnitude (gain) and timing (phase) of the output of the actuator, which complicates the device configuration and control configuration. . On the other hand, in the passive type dynamic vibration absorber, the vibration input to the object to be controlled is absorbed by an elastic body, a damper, or an additional object. In other words, since the main system is damped by the additional system dynamic vibration absorber, it is not necessary to apply vibration damping power from the outside, and the apparatus configuration and control configuration are simplified.

一般的に、受動型の動吸振器を設計する際には、主系における制振対象物の質量および剛性を測定してから、定点理論(非特許文献1,2参照)や最小分散規範(非特許文献3,4参照)といった従前の手法に基づいて伝達関数を演算することで、振動入力時における主系および付加系の挙動に関するパラメータを決定する。具体的には、付加系における付加物の質量,弾性係数や減衰係数などのパラメータが定められる。この手法では、制振対象物の質量が変動しないことを前提としたうえで、付加物の質量が一意に定まるため、制振対象物と付加物との質量比が一定の値となる。そのため、主系の質量や付加系の質量が変動した場合には、新たな伝達関数を演算し直さなければならず、制振構造の設計が制約される。   In general, when designing a passive dynamic vibration absorber, measure the mass and rigidity of the object to be controlled in the main system, and then determine the fixed point theory (see Non-Patent Documents 1 and 2) and the minimum dispersion standard ( By calculating a transfer function based on a conventional method such as Non-Patent Documents 3 and 4, parameters relating to the behavior of the main system and the additional system at the time of vibration input are determined. Specifically, parameters such as the mass, elastic modulus, and damping coefficient of the adduct in the additional system are determined. In this method, the mass of the additional object is uniquely determined on the assumption that the mass of the vibration suppression object does not vary, and therefore, the mass ratio between the vibration suppression object and the additional object becomes a constant value. Therefore, when the mass of the main system or the mass of the additional system fluctuates, a new transfer function must be recalculated, which restricts the design of the damping structure.

そこで、質量比の変動を考慮した動吸振器の設計手法が提案されている。たとえば、ダンパ(ダッシュポッド)を介して二つの付加系を直列に連結し、一方の付加系を主系よりも高い固有振動数とし、他方の付加系を主系よりも低い固有振動数とする制振構造が検討されている。この制振構造では、二つの付加系と主系との質量比を所定の範囲内に定めることで、付加系の質量を抑えつつ制振効果を確保することができるとされる(特許文献1参照)。   In view of this, a design method for a dynamic vibration absorber in consideration of a change in mass ratio has been proposed. For example, two additional systems are connected in series via a damper (dash pod), with one additional system having a higher natural frequency than the main system and the other additional system having a lower natural frequency than the main system. Damping structure is being studied. In this damping structure, it is said that the damping effect can be ensured while suppressing the mass of the additional system by setting the mass ratio between the two additional systems and the main system within a predetermined range (Patent Document 1). reference).

特開平06-313378号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-313378

Brock, J.E. A note on the Damped Vibration Absorber. Trans. ASME, J. Appl. Mech., 1948, A-284.Brock, J.E.A note on the Damped Vibration Absorber.Trans. ASME, J. Appl.Mech., 1948, A-284. Den Hartog, J.P. Mechanical Vibrations(4th edition). McGraw-Hill, 1956.Den Hartog, J.P. Mechanical Vibrations (4th edition). McGraw-Hill, 1956. Crandall, S.H. Mark, W. D. Random Vibration in Mechanical Systems. Academic Press, 1963.Crandall, S.H.Mark, W.D.Random Vibration in Mechanical Systems.Academic Press, 1963. 浅見敏彦,若園敏美,亀岡紘一,長谷川素由,関口久美.不規則励振を受ける構造物に取付ける動吸振器の設計理論.日本機械学会論文集(C編) 56-523, 1990, 619-627.Toshihiko Asami, Toshimi Wakazono, Junichi Kameoka, Motoyoshi Hasegawa, Kumi Sekiguchi. Design theory for dynamic vibration absorbers attached to structures subject to random excitation. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C) 56-523, 1990, 619-627.

ところで、動吸振器が適用される制振構造では、制振対象物や付加物が変更あるいは交換(以下、単に「変更」という)される場合がある。この場合には、制振対象物の質量や付加物の質量も変動しうる。上記のように所定の範囲内に質量比が定められる技術では、ひとたび設定された制振対象物や付加物の変更は考慮されておらず、変動した質量比が所定の範囲から外れるおそれがある。よって、制振構造のパラメータが適切に設定されず、制振性能の低下を招くおそれがある。
翻って、質量比が変動したとしても、制振対象物や付加物ごとの伝達関数によって、適切なパラメータを導出することはできる。しかしながら、制振対象物や付加物が変更されるたびに、新たな伝達関数からパラメータを設定するのでは煩雑である。
By the way, in a vibration damping structure to which a dynamic vibration absorber is applied, there is a case where a vibration damping object or an additional object is changed or replaced (hereinafter simply referred to as “change”). In this case, the mass of the object to be damped and the mass of the appendage can also vary. As described above, in the technology in which the mass ratio is determined within the predetermined range, the change of the vibration suppression target and the appendage set once is not considered, and the changed mass ratio may be out of the predetermined range. . Therefore, the parameters of the vibration damping structure are not set appropriately, and there is a possibility that the vibration damping performance is reduced.
On the other hand, even if the mass ratio fluctuates, it is possible to derive an appropriate parameter from the transfer function for each vibration suppression object or additional object. However, it is complicated to set a parameter from a new transfer function each time the vibration suppression object or the additional object is changed.

本件の制振構造の設計方法は、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、簡便な方法で制振性能の低下を抑えることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用および効果であって、従来の技術では得られない作用および効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。   The design method of the vibration damping structure of the present case has been created in view of the above-described problems, and an object thereof is to suppress a reduction in vibration damping performance by a simple method. Note that the present invention is not limited to this purpose, and is an operation and effect derived from each configuration shown in “Mode for Carrying Out the Invention” to be described later. It can be positioned as another purpose.

(1)ここで開示する制振構造の設計方法は、構築工程と設定工程と演算工程とを有する。
前記構築工程では、第一質量体が設けられる主系に対して弾性体および減衰器を介して第二質量体が設けられる付加系を連結した受動型の制振構造のモデルを構築する。
前記設定工程では、前記主系または前記付加系に入力される振動について、設計された振動現象に対して許容される実際の振動現象の位相ずれとして位相余裕を予め設定する。
前記演算工程では、前記設定工程で設定された位相余裕に基づいて、振動が入力されたときの前記主系および前記付加系の挙動に関するパラメータを演算する。
(1) The design method of the damping structure disclosed here has a construction process, a setting process, and a calculation process.
In the construction step, a passive damping structure model is constructed in which the main system provided with the first mass body is connected to the additional system provided with the second mass body via the elastic body and the attenuator.
In the setting step, a phase margin is set in advance as a phase shift of an actual vibration phenomenon that is allowed with respect to a designed vibration phenomenon, with respect to vibration input to the main system or the additional system.
In the calculation step, parameters related to the behavior of the main system and the additional system when vibration is input are calculated based on the phase margin set in the setting step.

(2)前記設定工程では、前記パラメータの一つとして、前記第一質量体と前記第二質量体との質量比を設定することが好ましい。
(3)前記構築工程では、前記第一質量体としてのサスペンションクロスメンバに対して、前記弾性体および前記減衰器としてのマウントを介して前記第二質量体としての動力伝達装置を連結したモデルを構築することが好ましい。
(2) In the setting step, it is preferable to set a mass ratio between the first mass body and the second mass body as one of the parameters.
(3) In the construction step, a model in which the power transmission device as the second mass body is connected to the suspension cross member as the first mass body via the elastic body and the mount as the attenuator. It is preferable to construct.

(4)この場合に、前記設定工程では、前記サスペンションクロスメンバに入力される振動について、前記位相余裕を予め設定することが好ましい。また、前記演算工程では、前記サスペンションクロスメンバの重力質量と前記動力伝達装置の重力質量とを用いて前記パラメータを演算することが好ましい。
(5)また、前記設定工程では、前記動力伝達装置に入力される振動について、前記位相余裕を予め設定することが好ましく、前記演算工程では、前記サスペンションクロスメンバの慣性質量と前記動力伝達装置の慣性質量とを用いて前記パラメータを演算することが好ましい。
(4) In this case, it is preferable that in the setting step, the phase margin is set in advance for vibrations input to the suspension cross member. In the calculating step, the parameter is preferably calculated using the gravitational mass of the suspension cross member and the gravitational mass of the power transmission device.
(5) Preferably, in the setting step, the phase margin is set in advance for vibration input to the power transmission device, and in the calculation step, the inertia mass of the suspension cross member and the power transmission device Preferably, the parameter is calculated using inertial mass.

(6)前記構築工程では、前記第一質量体としてのホイールに対して、前記弾性体および前記減衰器としてのサスペンション装置を介して前記第二質量体としての車体を連結したモデルを構築することが好ましい。
この場合に、前記設定工程では、前記ホイールに入力される振動について、前記位相余裕を予め設定することが好ましく、前記演算工程では、前記ホイールの重力質量と前記車体の重力質量とを用いて前記パラメータを演算することが好ましい。
(6) In the construction step, a model in which the vehicle body as the second mass body is connected to the wheel as the first mass body via the suspension body as the elastic body and the attenuator is constructed. Is preferred.
In this case, in the setting step, the phase margin is preferably set in advance for vibration input to the wheel, and the calculation step uses the gravitational mass of the wheel and the gravitational mass of the vehicle body. It is preferable to calculate the parameters.

(7)前記演算工程では、前記第一質量体または前記第二質量体が変更される前後のそれぞれで共通の一巡伝達関数を用いることが好ましい。
(8)前記設定工程において、位相余裕を60°以上に設定することが好ましい。
(7) In the calculation step, it is preferable to use a common transfer function before and after the first mass body or the second mass body is changed.
(8) In the setting step, it is preferable to set the phase margin to 60 ° or more.

本件の制振構造の設計方法によれば、構築工程で構築された制振構造のモデルについて、設定工程で設定された位相余裕に基づいて、演算工程で主系および付加系の挙動に関するパラメータを演算することにより、第一質量体や第二質量体が変更されるたびに演算し直してパラメータを設定することなく、簡便な方法で制振性能の低下を抑えることができる。   According to the design method of the vibration damping structure of the present case, the parameters relating to the behavior of the main system and the additional system are calculated in the calculation process based on the phase margin set in the setting process for the model of the vibration damping structure constructed in the construction process. By calculating, it is possible to suppress a decrease in the damping performance by a simple method without recalculating and setting parameters every time the first mass body or the second mass body is changed.

図1は、受動型の制振構造のモデルを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a model of a passive vibration damping structure. 図2は、第一モデルのブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of the first model. 図3は、第一モデルの制振特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the damping characteristics of the first model. 図4は、第二モデルのブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram of the second model. 図5は、第二モデルの制振特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the vibration damping characteristics of the second model. 図6は、第三モデルのブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram of the third model. 図7は、第三モデルの制振特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the vibration damping characteristics of the third model. 図8は、制振構造の設計方法の手順を例示するフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating the procedure of the design method of the vibration damping structure.

図面を参照して、実施形態としての制振構造の設計方法を説明する。以下に示す実施形態はあくまで例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
本実施形態の方法で設計される制振構造は、受動型の動吸振器(「ダイナミックダンパ」や「マスダンパ」とも称される)によって制振される。この制振構造は、振動が入力される種々の構造に適用されるものの、以下の説明では、自動車に適用された三つの制振構造を例示して説明する。
With reference to the drawings, a design method of a vibration damping structure as an embodiment will be described. The embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof. Further, they can be selected as necessary, or can be appropriately combined.
The vibration control structure designed by the method of the present embodiment is controlled by a passive dynamic vibration absorber (also referred to as “dynamic damper” or “mass damper”). Although this vibration damping structure is applied to various structures to which vibration is input, in the following description, three vibration damping structures applied to an automobile will be described as an example.

[1.共通するモデル]
まず、図1を参照して、三つの制振構造に共通するモデルを説明する。
このモデルは、主系S1および付加系S2の二つの系に大別される。
主系S1には、第一質量m1の第一質量体1に対して、第一弾性係数k1の第一弾性体1aが連結されている。第一弾性体1aの一端は第一質量体1に固定され、第一弾性体1aの他端は固定端Eに固定される。
ここでは、第一質量体1を剛体と見做して、第一弾性体1aの第一弾性係数k1を主系S1の剛性と見做し、また、第一弾性体1aの質量については無視して、第一質量体1の第一質量m1を主系S1の質量と見做す。
[1. Common model]
First, a model common to the three vibration damping structures will be described with reference to FIG.
This model is roughly divided into two systems, a main system S 1 and an additional system S 2 .
A first elastic body 1a having a first elastic modulus k 1 is coupled to the main system S 1 with respect to a first mass 1 having a first mass m 1 . One end of the first elastic body 1a is fixed to the first mass body 1, and the other end of the first elastic body 1a is fixed to the fixed end E.
Here, the first mass body 1 and regarded as a rigid body, the first elastic coefficient k 1 of the first elastic member 1a regarded as a rigidity of the main system S 1, also the mass of the first elastic member 1a Is ignored and the first mass m 1 of the first mass 1 is regarded as the mass of the main system S 1 .

付加系S2には、第二質量m2の第二質量体2に対して、第二弾性係数k2の第二弾性体2aと減衰係数c2のダンパ(減衰器)2bとが連結されている。これらの第二弾性体2aおよびダンパ2bは、並列に配置される。また、第二弾性体2aおよびダンパ2bの各一端は第二質量体2に固定され、第二弾性体2aおよびダンパ2bの各他端は第一質量体1に固定される。
ここでは、第二質量体2を剛体と見做して、また、第二弾性体2aおよびダンパ2bの質量については無視して、第二質量体2の第二質量m2を付加系S2の質量と見做す。
The additional system S 2, relative to the second mass 2 of the second mass m 2, and a second elastic coefficient k 2 of the second elastic member 2a and the damping coefficient c 2 of the damper (damper) 2b is connected ing. The second elastic body 2a and the damper 2b are arranged in parallel. Each one end of the second elastic body 2a and the damper 2b is fixed to the second mass body 2, and each other end of the second elastic body 2a and the damper 2b is fixed to the first mass body 1.
Here, the second mass body 2 is regarded as a rigid body, and the masses of the second elastic body 2a and the damper 2b are ignored, and the second mass m 2 of the second mass body 2 is added to the additional system S 2. And the mass of

この付加系S2は、外力を印加することなく主系S1の振動を吸収する受動型の動吸振器を構成する。
上記のモデルでは、第一質量体1および第二質量体2の何れか一方に角周波数ωの振動(「加振力」とも称される)fが入力されるものとする。具体的に言えば、第一質量体1には第一角周波数ω1の第一振動f1が入力され、第二質量体2には第二角周波数ω2の第二振動f2が入力される。なお、入力箇所に着目しないものについては単に振動fと呼ぶ。
The additional system S 2 constitutes a passive dynamic vibration absorber that absorbs the vibration of the main system S 1 without applying an external force.
In the above model, it is assumed that vibration (also referred to as “excitation force”) f having an angular frequency ω is input to one of the first mass body 1 and the second mass body 2. Specifically, the first mass 1 is inputted with the first vibration f 1 having the first angular frequency ω 1 , and the second mass 2 is inputted with the second vibration f 2 having the second angular frequency ω 2 . Is done. In addition, what does not pay attention to the input location is simply referred to as vibration f.

振動fが入力されると、質量体1,2は変位する。たとえば、振動fの入力時には、第一質量体1が静止状態(平衡状態)の位置x0に対して距離x1だけ変位し、同様に、第二質量体2が静止状態の位置x0に対して距離x2だけ変位する。
このように、主系S1の第一質量体1と付加系S2の第二質量体2とのそれぞれが変位するダンパ2b付きの2自由度系のモデルが構築される。
When the vibration f is input, the mass bodies 1 and 2 are displaced. For example, when the vibration f is input, the first mass 1 is displaced by the distance x 1 with respect to the position x 0 in the stationary state (equilibrium state). Similarly, the second mass 2 is moved to the position x 0 in the stationary state. It is displaced by a distance x 2 for.
Thus, two-degree-of-freedom system model with a damper 2b which is displaced the respective main system second mass 2 of the first mass body 1 and the additional system S 2 S 1 is constructed.

[2.各モデル]
つぎに、下記の表1を参照して、三つのモデルをそれぞれ説明する。
[2. Each model]
Next, the three models will be described with reference to Table 1 below.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

〈第一モデル〉
第一モデルでは、動力伝達装置(第二質量体2)に連結されるサスペンションクロスメンバ(第一質量体1)の制振を目的とする。
この第一モデルでは、車体(固定端E)に対して、ブッシュ(第一弾性体1a)を介してサスペンションクロスメンバが連結される。このサスペンションクロスメンバには、振動(第一振動f1)が入力される。具体的には、サスペンションクロスメンバに連結されるサスペンション装置からの振動が入力される。サスペンションクロスメンバには、マウント(第二弾性体2a,ダンパ2b)を介して動力伝達装置が連結されている。
<First model>
The first model aims at damping the suspension cross member (first mass body 1) connected to the power transmission device (second mass body 2).
In this first model, a suspension cross member is connected to the vehicle body (fixed end E) via a bush (first elastic body 1a). Vibration (first vibration f 1 ) is input to the suspension cross member. Specifically, vibration from a suspension device connected to the suspension cross member is input. A power transmission device is coupled to the suspension cross member via mounts (second elastic body 2a, damper 2b).

動力伝達装置とは、自動車において走行動力を伝達する装置(パワートレインを構成する装置ユニット)である。この動力伝達装置としては、フロントデフやリヤデフなどが挙げられる。
また、第一モデルでは、振動が入力されたときの主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータの演算に、重力質量(第一質量m1,第二質量m2)を用いる。重力質量とは、物体が重力によって引かれる力の強さに対応する質量である。平たく言えば、静止した物体の実際の重さが重力質量である。
The power transmission device is a device (device unit constituting a power train) that transmits traveling power in an automobile. Examples of the power transmission device include a front differential and a rear differential.
Further, in the first model, gravitational mass (first mass m 1 , second mass m 2 ) is used to calculate parameters relating to the behavior of the main system S 1 and the additional system S 2 when vibration is input. The gravitational mass is a mass corresponding to the strength of the force with which an object is attracted by gravity. Put simply, the actual weight of a stationary object is gravitational mass.

以下、第一モデルの数理モデル化について説明する。
まず、基礎的な数理モデル化を述べる。
第一モデルの運動方程式は、下記の式(1)および(2)になる。
Hereinafter, mathematical modeling of the first model will be described.
First, basic mathematical modeling is described.
The equations of motion of the first model are the following equations (1) and (2).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

上記の式(1)および(2)を無次元化すると、下記の式(3)および(4)になる。   When the above formulas (1) and (2) are made dimensionless, the following formulas (3) and (4) are obtained.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

ただし、上記の式(3)および(4)における質量比μ,ダンピング能力z,剛性比p2などの関数は、下記の等式(5)に示す通りである。 However, the functions such as the mass ratio μ, the damping capability z, and the rigidity ratio p 2 in the above equations (3) and (4) are as shown in the following equation (5).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

上記の式(3)および(4)の両辺をラプラス変換し、行列形式であらわすと、下記の式(6)になる。この式(6)をX~(s),X~2(s)について解くと、下記の式(7)になる。ただし、式(7)のデルタΔは、下記の等式(8)に示す通りである。したがって、上記の式(7)より、伝達関数をあらわす下記の式(9)が得られる。この伝達関数は、周波数が複素表現された複素数sの応答関数である。 When both sides of the above equations (3) and (4) are Laplace transformed and expressed in matrix form, the following equation (6) is obtained. Solving this equation (6) with respect to X 1 (s) and X 2 (s), the following equation (7) is obtained. Where delta Δ in equation (7) is as shown in equation (8) below. Therefore, from the above equation (7), the following equation (9) representing the transfer function is obtained. This transfer function is a response function of a complex number s whose frequency is expressed in a complex manner.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

この式(9)から、図2のブロック線図に示すように、伝達関数Gおよび伝達関数Hで第一モデルがあらわされる。
この第一モデルの一巡伝達関数GHは、下記の式(10)になる。
From this equation (9), the first model is expressed by the transfer function G and the transfer function H as shown in the block diagram of FIG.
The round transfer function GH of the first model is expressed by the following equation (10).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

ここでいう一巡伝達関数GHとは、伝達関数Gおよび伝達関数Hのループを一巡(一周)する伝達関数を意味する。   Here, the one-round transfer function GH means a transfer function that makes a round (round) the loop of the transfer function G and the transfer function H.

つぎに、上述した数理モデルに基づく位相余裕の設定について述べる。
ここで、本設計方法において、位相余裕を設定する背景を述べる。
能動型の動吸振器によっては、入力される振動の振幅が発散して出力されることを防止するために、位相余裕が設定されるものが検討されている。一方で、受動型の動吸振器が用いられる制振構造では、入力される振動の振幅が発散しないことから、一般的に位相余裕は設定されない。
Next, the setting of the phase margin based on the mathematical model described above will be described.
Here, the background for setting the phase margin in this design method will be described.
Some active dynamic vibration absorbers have been studied in which a phase margin is set in order to prevent the amplitude of the input vibration from being diverged and output. On the other hand, in the vibration damping structure in which a passive dynamic vibration absorber is used, the phase margin is generally not set because the amplitude of the input vibration does not diverge.

また、第一質量体1や第二質量体2が変更あるいは交換(以下、単に「変更」という)される場合がある。この場合には、第一質量体1の質量m1や第二質量体2の質量m2が変動し、主系S1と付加系S2との質量比μも変動しうる。質量比μの変動前に入力される振動fにより発生する振動現象vを設計された振動現象vdとし、質量比μの変動後に入力される振動fにより発生する振動現象vを実際の振動現象vaとすれば、質量比μが変動すると、設計された振動現象vdの位相に対して実際の振動現象vaの位相がずれる。そのため、従前の設計方法では、質量比μが変動するたびに新たな伝達関数を演算し直していた。よって、伝達関数の演算負荷が増大するおそれがあった。
なお、振動現象vとは、振動fによって生じる制振対象の挙動(物理現象)を意味する。ここでいう挙動とは、振幅や振動角周波数といった物理的あるいは時間的な振動のふるまいである。
Further, the first mass body 1 and the second mass body 2 may be changed or exchanged (hereinafter simply referred to as “change”). In this case, the mass m 1 of the first mass 1 and the mass m 2 of the second mass 2 vary, and the mass ratio μ between the main system S 1 and the additional system S 2 can also vary. The vibration phenomenon v generated by the vibration f input before the change of the mass ratio μ is defined as the designed vibration phenomenon v d, and the vibration phenomenon v generated by the vibration f input after the change of the mass ratio μ is the actual vibration phenomenon. v if a, the mass ratio μ is varied, the actual vibration phenomena v a phase relative to the phase of the oscillation phenomenon v d that has been designed is shifted. Therefore, in the conventional design method, a new transfer function is recalculated every time the mass ratio μ changes. As a result, the calculation load of the transfer function may increase.
The vibration phenomenon v means a behavior (physical phenomenon) of a vibration suppression target caused by the vibration f. The behavior here is a behavior of physical or temporal vibration such as amplitude or vibration angular frequency.

そこで、本設計方法では、質量比μの変動を考慮するために、受動型の動吸振器が用いられる制振構造の設計方法において、位相余裕なる概念を導入し、位相余裕を予め設定している。
ここでいう位相余裕とは、設計された振動現象vdに対して許容される実際の振動現象vaの位相ずれを意味する。言い換えれば、位相余裕は、設計された振動現象vdの位相に対して実際の振動現象vaの位相がどれだけずれると不安定になるかをあらわす。
Therefore, in this design method, in order to take into account fluctuations in the mass ratio μ, the concept of phase margin is introduced in the design method of the damping structure in which a passive dynamic vibration absorber is used, and the phase margin is set in advance. Yes.
The phase margin here means a phase shift of the actual vibration phenomena v a allowed for designed vibration phenomena v d. In other words, the phase margin, representing whether the actual vibration phenomenon v a phase relative to the phase of the oscillation phenomenon v d, which is designed to become unstable and deviate much.

以下、位相余裕の具体的な設定を詳述する。
位相余裕をβ以上にするためには、「s=λi」とおいたときの上記の式(10)が下記の不等式(11)を満たす必要がある。ただし、iは虚数単位である。
Hereinafter, specific setting of the phase margin will be described in detail.
In order to make the phase margin equal to or larger than β, the above equation (10) when “s = λi” needs to satisfy the following inequality (11). However, i is an imaginary unit.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

ただし、上記の不等式(11)では「0<β<π/2」とする。また、不等式(11)のRe(GH)は「s=λi」とおいたときの上記の式(10)の実部であり、不等式(11)のIm(GH)は「s=λi」とおいたときの上記の式(10)の虚部である。
一般的に、能動型の動吸振器では、45°以上であれば位相余裕が確保され、60°以上であれば位相余裕が十分に確保されたものとされる。そこで、以下の説明では、十分な位相余裕を確保するために、位相余裕が60°以上の場合を例に挙げる。
However, in the above inequality (11), “0 <β <π / 2”. In addition, Re (GH) in inequality (11) is the real part of the above equation (10) when “s = λi”, and Im (GH) in inequality (11) is set as “s = λi”. It is an imaginary part of the above equation (10).
Generally, in an active dynamic vibration absorber, a phase margin is ensured if it is 45 ° or more, and a phase margin is sufficiently secured if it is 60 ° or more. Therefore, in the following description, in order to secure a sufficient phase margin, a case where the phase margin is 60 ° or more is taken as an example.

位相余裕が60°以上の場合には、上記の不等式(11)においてβ=π/3を代入する。したがって、上記の不等式(11)は下記の不等式(12)であらわされる。また、不等式(12)より、下記の不等式(13)が得られる。この不等式(13)に関し、下記の不等式(14)を満たすものとする。そして、不等式(14)を満たす上記の不等式(13)から、下記の判別式(15)が得られる。   When the phase margin is 60 ° or more, β = π / 3 is substituted in the inequality (11). Therefore, the above inequality (11) is expressed by the following inequality (12). Further, from the inequality (12), the following inequality (13) is obtained. Regarding this inequality (13), the following inequality (14) is satisfied. The following discriminant (15) is obtained from the above inequality (13) that satisfies the inequality (14).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

剛性比p2および質量比μが正(>0)であることから、上記の判別式(15)は常に負(<0)となる。よって、判別式(15)は常に正となる。したがって、上記の不等式(13)の左辺が0(ゼロ)に等しい下記の等式(16)は、実数解を二つ持つ。ここで、「λ2=L」としたうえで、等式(16)の二つの解L1,L2を求めると、下記の式(17)のようになる。ただし、式(17)における関数a,b,cは、下記の式(18)に示す通りである。 Since the rigidity ratio p 2 and the mass ratio μ are positive (> 0), the discriminant (15) is always negative (<0). Therefore, the discriminant (15) is always positive. Therefore, the following equation (16) in which the left side of the above inequality (13) is equal to 0 (zero) has two real solutions. Here, when “λ 2 = L” and the two solutions L 1 and L 2 of equation (16) are obtained, the following equation (17) is obtained. However, functions a, b, and c in equation (17) are as shown in equation (18) below.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

上記の式(18)において、「b>0」とし、式(18)において「解L1<0」となると、不等式(13)がすべての領域において満たされる。このとき、下記の不等式(19)を満たす必要がある。この不等式(19)の左辺では、「−4c>0」なので、「a<0」となる。すなわち、「a>0」と仮定した仮定と矛盾する。「a<0」の場合には、上記の不等式(13)より下記の不等式(20)が得られる。 In the above equation (18), when “b> 0” and “solution L 1 <0” in equation (18), the inequality (13) is satisfied in all regions. At this time, it is necessary to satisfy the following inequality (19). On the left side of this inequality (19), since “−4c> 0”, “a <0”. That is, it is inconsistent with the assumption that “a> 0” is assumed. In the case of “a <0”, the following inequality (20) is obtained from the inequality (13).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

この不等式(20)を満たすためには、解L1,L2を0(ゼロ)と∞(無限大)とにする必要があり、そのためには「a=0」としなくてはならない。よって、「a<0」とは矛盾する。つまり、「a>0」であっても「a<0」であっても、すべての領域を満たそうとすると矛盾する。
そのため、不等式(13)をすべての領域で満たすのではなく、不等式(13)を満たす領域をなるべく大きくするために、下記の条件式(21)を満たすものとする。この条件式(21)より、下記の式(22)が得られ、式(22)と上記の不等式(13)とから、以下の関係式(23)が得られる。
In order to satisfy this inequality (20), the solutions L 1 and L 2 need to be 0 (zero) and ∞ (infinity), and for that purpose, “a = 0” must be set. Therefore, it contradicts with “a <0”. That is, there is a contradiction when trying to fill all the regions regardless of whether “a> 0” or “a <0”.
Therefore, in order not to satisfy the inequality (13) in all regions but to make the region satisfying the inequality (13) as large as possible, the following conditional expression (21) is satisfied. From this conditional expression (21), the following expression (22) is obtained, and the following relational expression (23) is obtained from the expression (22) and the above inequality (13).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

この関係式(23)の右辺が最小になると、不等式(13)を満たす領域が最大化される。すなわち、上記の関係式(23)を変形した下記の関係式(24)の「p2」が最小になれば、関係式(23)も満たす領域が最大化される。また、この関係式(24)より、以下の式(25)が得られる。 When the right side of the relational expression (23) is minimized, the region satisfying the inequality (13) is maximized. That is, when “p 2 ” in the following relational expression (24) obtained by modifying the relational expression (23) is minimized, the region satisfying the relational expression (23) is maximized. Further, from the relational expression (24), the following expression (25) is obtained.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

この式(25)の「p2」は、不動点と呼ばれる。この不動点は、凸最適化の考え方より、上記の式(25)の「p2」が最小の「p2」となる。よって、関係式(23)を満たす領域が最大化された。
これらより、関係式(23)を満たす領域を最大化するには、式(22)から設定されるダンピング性能zを設定し、式(25)から剛性比p2を設定し、ひいては、質量比μを設定すればよい。なお、ダンピング性能z,剛性比p2,質量比μは、振動fが入力されたときの主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータである。
“P 2 ” in the equation (25) is called a fixed point. This fixed point, from the concept of convex optimization, the above formula (25) "p 2" is the minimum is "p 2". Therefore, the region satisfying the relational expression (23) is maximized.
From these, to maximize the area which satisfies the equation (23) sets the damping performance z is set from Equation (22), to set the rigidity ratio p 2 from equation (25), thus, the weight ratio μ should be set. The damping performance z, the rigidity ratio p 2 , and the mass ratio μ are parameters relating to the behavior of the main system S 1 and the additional system S 2 when the vibration f is input.

このようにダンピング性能z,剛性比p2,質量比μといったパラメータが設定されれば、設定された質量比μが変動したとしても、演算し直すことなくパラメータをそのまま用いることができる。なぜならば、質量比μの変動前後のそれぞれにおいて式(10)で示される共通の一巡伝達関数GHを用いるからである。 Thus, if parameters such as the damping performance z, the rigidity ratio p 2 , and the mass ratio μ are set, even if the set mass ratio μ changes, the parameters can be used as they are without being recalculated. This is because the common transfer function GH expressed by the equation (10) is used before and after the change in the mass ratio μ.

続いて、図3を参照して、上述のようにパラメータが設定された第一モデルの制振性能を評価する。
図3では、質量比μについて、変動前の設定された質量比μd(ここでは「0.3」)を太実線で示し、変動後の質量比μa(ここでは「0.1」,「0.5」,「0.7」,「0.9」)を他の線種で示す。
Subsequently, referring to FIG. 3, the vibration damping performance of the first model in which the parameters are set as described above is evaluated.
In FIG. 3, for the mass ratio μ, the set mass ratio μ d before the change (here, “0.3”) is indicated by a thick solid line, and the mass ratio μ a after the change (here, “0.1”, “0.5”, “0.7”, “0.9”) are indicated by other line types.

なお、図3の縦軸には、入力される振動(第一振動f1)の大きさに対する制振対象のサスペンションクロスメンバ(第一質量体1)の変位度合いをあらわすコンプライアンスをとる。このコンプライアンスが小さいほど、入力される振動の大きさに対するサスペンションクロスメンバの変位が抑えられるため、制振性能が高い。また、図3の横軸には、主系S1の固有角周波数(ω0=√k1/m1)に対する入力される振動(第一振動f1)の周波数比(λ=ω10)をとる。 Note that the vertical axis in FIG. 3 indicates compliance indicating the degree of displacement of the suspension cross member (first mass body 1) to be controlled with respect to the magnitude of the input vibration (first vibration f 1 ). The smaller the compliance, the higher the vibration damping performance because the displacement of the suspension cross member with respect to the magnitude of the input vibration is suppressed. Also, the horizontal axis of FIG. 3 shows the frequency ratio (λ = ω 1 /) of the input vibration (first vibration f 1 ) to the natural angular frequency (ω 0 = √k 1 / m 1 ) of the main system S 1. ω 0 ).

図3に示されるように、設定された質量比μdに対して実際の質量比μaが大きくなるほど制振性能が向上する。たとえば、サスペンションクロスメンバの重力質量が軽減するほど、あるいは、動力伝達装置の重力質量が増大するほど、制振性能が高まる。
そのため、第一モデルでは、設計当初のサスペンションクロスメンバの質量を増大させる、あるいは、設計当初の動力伝達装置の質量を軽減させることで、設計された質量比μdを予め小さくしておくことにより、実際の質量比μaが変動したとしても、制振性能の低下が効果的に抑えられる。
As shown in FIG. 3, the actual mass ratio mu a becomes higher damping performance is greatly improved with respect to the set mass ratio mu d. For example, the damping performance increases as the gravity mass of the suspension cross member decreases or the gravity mass of the power transmission device increases.
Therefore, in the first model, by increasing the mass of the suspension cross member at the initial stage of design, or by reducing the mass of the power transmission device at the initial stage of design, the designed mass ratio μ d is reduced in advance. Even if the actual mass ratio μ a fluctuates, it is possible to effectively suppress the deterioration of the damping performance.

〈第二モデル〉
第二モデルでは、動力伝達装置(第二質量体2)に連結されるサスペンションクロスメンバ(第一質量体1)の制振を目的とする。
この第二モデルでは、第一モデルに対して、振動(第二振動f2)が動力伝達装置(第二質量体2)に入力される点と、この振動が入力されたときの主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータの演算に慣性質量(第一質量m1,第二質量m2)を用いる点とが異なる。ここでは、動力伝達装置に対して連結されるプロペラシャフトからピッチング方向の振動が入力される。また、慣性質量とは、物体に力が働いたときに、物体の慣性によって生ずる抵抗の大きさに対応する質量である。
第二モデルの他の構成は、第一モデルの構成と同様である。
<Second model>
The second model aims at damping the suspension cross member (first mass body 1) connected to the power transmission device (second mass body 2).
In the second model, the vibration (second vibration f 2 ) is input to the power transmission device (second mass body 2) and the main system S when this vibration is input is compared to the first model. The difference is that inertial mass (first mass m 1 , second mass m 2 ) is used for calculation of parameters relating to the behavior of 1 and additional system S 2 . Here, vibration in the pitching direction is input from a propeller shaft connected to the power transmission device. The inertia mass is a mass corresponding to the magnitude of resistance generated by the inertia of the object when a force is applied to the object.
Other configurations of the second model are the same as the configurations of the first model.

以下、第二モデルの数理モデル化について説明する。
第二モデルの伝達関数マトリクスは、上記の式(7)と同様の導出により、下記の式(26)で与えられる。また、この式(26)より、伝達関数をあらわす下記の式(27)が得られる。
Hereinafter, mathematical modeling of the second model will be described.
The transfer function matrix of the second model is given by the following equation (26) by derivation similar to the above equation (7). Further, from this equation (26), the following equation (27) representing the transfer function is obtained.

Figure 2017110747
Figure 2017110747

この式(27)より、図4のブロック線図に示すように、伝達関数Gおよび伝達関数Hで第二モデルがあらわされる。
この第二モデルの一巡伝達関数GHは、上記の式(10)であらわされる第一モデルの一巡伝達関数と同じ式で与えられる。すなわち、第二モデルの第二振動f2は第二質量体2に入力されるのに対して、第一モデルの第一振動f1は第一質量体1に入力されるものの、同じ一巡伝達関数GHが用いられる。つまり、振動fの入力箇所が異なっていても、第一モデルおよび第二モデルで同じ一巡伝達関数GHが用いられる。
From this equation (27), the second model is expressed by the transfer function G and the transfer function H as shown in the block diagram of FIG.
The round transfer function GH of the second model is given by the same formula as the round trip transfer function of the first model expressed by the above formula (10). That is, the second vibration f 2 of the second model is input to the second mass body 2, whereas the first vibration f 1 of the first model is input to the first mass body 1, but the same round transmission The function GH is used. That is, even if the input location of the vibration f is different, the same round transfer function GH is used in the first model and the second model.

したがって、第二モデルにおいても、第一モデルで用いた上記の式(22)と同じ式でダンピング性能zを設定し、第一モデルで用いた上記の式(25)と同じ式で剛性比p2を設定し、ひいては、質量比μを設定すればよい。 Therefore, also in the second model, the damping performance z is set by the same formula as the formula (22) used in the first model, and the stiffness ratio p is set by the same formula as the formula (25) used in the first model. It is sufficient to set 2 and eventually set the mass ratio μ.

続いて、図5を参照して、上述のようにパラメータが設定された第二モデルの制振性能を評価する。
図5では、質量比μについて、変動前の設定された質量比μd(ここでは「1.0」)を太実線で示し、変動後の質量比μa(ここでは「0.1」,「0.3」,「0.5」,「0.7」)を他の線種で示す。この図5では、図3と同様に、入力される振動(第二振動f2)の大きさに対する制振対象のサスペンションクロスメンバ(第一質量体1)の変位度合いをあらわすコンプライアンスを縦軸にとり、横軸に周波数比(λ=ω20)をとる。
Subsequently, referring to FIG. 5, the vibration damping performance of the second model in which the parameters are set as described above is evaluated.
In FIG. 5, for the mass ratio μ, the set mass ratio μ d before the change (here, “1.0”) is indicated by a thick solid line, and the mass ratio μ a after the change (here, “0.1”, “0.3”, “0.5”, “0.7”) are indicated by other line types. In FIG. 5, as in FIG. 3, the vertical axis represents compliance indicating the degree of displacement of the suspension cross member (first mass body 1) to be controlled with respect to the magnitude of the input vibration (second vibration f 2 ). The horizontal axis represents the frequency ratio (λ = ω 2 / ω 0 ).

図5に示されるように、設定された質量比μdに対して実際の質量比μaが小さくなるほど制振性能が向上する。たとえば、サスペンションクロスメンバの慣性質量が増大するほど、あるいは、動力伝達装置の慣性質量が軽減するほど、制振性能が高まる。なお、サスペンションクロスメンバや動力伝達装置といった質量体の大きさや形状を変更することで、質量体の慣性質量が増減する。たとえば、重力質量を変更しなくとも、質量体の大きさを小さくすることで、慣性質量を軽減させることができる。 As shown in FIG. 5, the actual weight ratio mu a becomes higher damping performance is improved reduced the set mass ratio mu d. For example, the damping performance increases as the inertia mass of the suspension cross member increases or the inertia mass of the power transmission device decreases. The inertial mass of the mass body is increased or decreased by changing the size or shape of the mass body such as the suspension cross member or the power transmission device. For example, even if the gravitational mass is not changed, the inertial mass can be reduced by reducing the size of the mass body.

そのため、第二モデルでは、設計当初のサスペンションクロスメンバの慣性質量を軽減させる、あるいは、設計当初の動力伝達装置の慣性質量を増大させることで、設定された質量比μdを予め大きくしておくことにより、実際の質量比μaが変動したとしても、制振性能の低下が効果的に抑えられる。 Therefore, in the second model, the set mass ratio μ d is increased in advance by reducing the inertial mass of the suspension cross member at the initial design or by increasing the inertial mass of the power transmission device at the initial design. As a result, even if the actual mass ratio μ a varies, the deterioration of the damping performance can be effectively suppressed.

〈第三モデル〉
第三モデルでは、ホイール(第一質量体1)に連結される車体(第二質量体2)の制振を目的とする。
この第三モデルでは、路面(固定端E)に接するタイヤ(第一弾性体1a)にホイールが取り付けられる。このホイールには、振動(第一振動f1)が入力される。具体的には、タイヤの振動が入力される。ホイールには、サスペンション装置(第二弾性体2a,ダンパ2b)を介して車体が連結されている。
また、第三モデルでは、第一モデルと同様に、振動が入力されたときの主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータの演算に、重力質量(第一質量m1,第二質量m2)を用いる。
<Third model>
The third model aims at damping the vehicle body (second mass body 2) connected to the wheel (first mass body 1).
In the third model, a wheel is attached to a tire (first elastic body 1a) in contact with a road surface (fixed end E). Vibration (first vibration f 1 ) is input to this wheel. Specifically, tire vibration is input. The vehicle body is connected to the wheel via a suspension device (second elastic body 2a, damper 2b).
In the third model, as in the first model, gravitational mass (first mass m 1 , second mass is used for calculation of parameters related to the behavior of main system S 1 and additional system S 2 when vibration is input. m 2 ) is used.

以下、第三モデルの数理モデル化について説明する。
第三モデルの伝達関数は、上記の式(9)および式(27)と同様に、下記に式(28)になる。
Hereinafter, mathematical modeling of the third model will be described.
The transfer function of the third model is expressed by the following equation (28) similarly to the above equations (9) and (27).

Figure 2017110747
Figure 2017110747

この式(28)より、図6のブロック線図に示すように、伝達関数Gおよび伝達関数Hで第三モデルがあらわされる。
この第三モデルの一巡伝達関数GHは、上記の式(10)であらわされる第一モデルの一巡伝達関数と同じ式で与えられる。すなわち、第三モデルの制振対象は第二質量体2であるのに対して、第一モデルの制振対象は第一質量体1であるものの、第一モデルと同じ一巡伝達関数GHが用いられる。また、第三モデルの第一振動f1は第一質量体1に入力されるのに対して、第二モデルの第二振動f2は第二質量体2に入力されるものの、第二モデルと同じ一巡伝達関数GHが用いられる。つまり、振動fの入力箇所および出力箇所が異なっていても、第一モデル,第二モデルおよび第三モデルで同じ一巡伝達関数GHが用いられる。
From this equation (28), the third model is expressed by the transfer function G and the transfer function H as shown in the block diagram of FIG.
The round transfer function GH of the third model is given by the same formula as the round trip transfer function of the first model expressed by the above formula (10). That is, while the vibration suppression target of the third model is the second mass body 2, the vibration suppression target of the first model is the first mass body 1, but the same loop transfer function GH as the first model is used. It is done. Moreover, while the first vibration f 1 of the third model is input to the first mass body 1, the second vibration f 2 of the second model is input to the second mass body 2, but the second model The same round transfer function GH is used. That is, even if the input location and output location of the vibration f are different, the same round transfer function GH is used in the first model, the second model, and the third model.

したがって、第三モデルにおいても、第一モデルで用いた上記の式(22)と同じ式でダンピング性能zを設定し、第一モデルで用いた上記の式(25)と同じ式で剛性比p2を設定し、ひいては、質量比μを設定すればよい。 Therefore, also in the third model, the damping performance z is set by the same formula as the formula (22) used in the first model, and the stiffness ratio p is set by the same formula as the formula (25) used in the first model. It is sufficient to set 2 and eventually set the mass ratio μ.

続いて、図7を参照して、上述のようにパラメータが設定された第三モデルの制振性能を評価する。
図7では、質量比μについて、変動前の設定された質量比μd(ここでは「0.1」)を太実線で示し、変動後の質量比μa(ここでは「0.3」,「0.5」,「0.7」,「1.0」,「2.0」)を他の線種で示す。この図7では、図3および図5と同様に、入力される振動(第一振動f1)の大きさに対する制振対象の車体(第二質量体2)の変位度合いをあらわすコンプライアンスを縦軸にとり、横軸に周波数比(λ=ω10)をとる。
Subsequently, referring to FIG. 7, the vibration damping performance of the third model in which the parameters are set as described above is evaluated.
In FIG. 7, with respect to the mass ratio μ, the set mass ratio μ d before the change (here, “0.1”) is indicated by a thick solid line, and the mass ratio μ a after the change (here, “0.3”, “0.5”, “0.7”, “1.0”, “2.0”) are indicated by other line types. In FIG. 7, as in FIGS. 3 and 5, the compliance indicating the degree of displacement of the body (second mass body 2) to be controlled with respect to the magnitude of the input vibration (first vibration f 1 ) is plotted on the vertical axis. And the horizontal axis represents the frequency ratio (λ = ω 1 / ω 0 ).

図7に示されるように、設定された質量比μdに対して実際の質量比μaが大きくなるほど制振性能が向上する。たとえば、ホイールの重力質量が軽減するほど、あるいは、車体の重力質量が増大するほど、制振性能が高まる。
そのため、第三モデルでは、設計当初のホイールの質量を増大させる、あるいは、設計当初の車体の質量を軽減させることで、設定された質量比μdを予め小さくしておくことにより、実際の質量比μaが変動したとしても、制振性能の低下が効果的に抑えられる。
As shown in FIG. 7, the actual mass ratio mu a becomes higher damping performance is greatly improved with respect to the set mass ratio mu d. For example, the damping performance increases as the gravitational mass of the wheel decreases or the gravitational mass of the vehicle body increases.
Therefore, in the third model, the actual mass can be reduced by increasing the mass of the wheel at the initial design or reducing the mass of the vehicle body at the initial design to reduce the set mass ratio μ d in advance. Even if the ratio μ a fluctuates, it is possible to effectively suppress a decrease in vibration damping performance.

[3.制振構造の設計方法]
つぎに、制振構造の設計方法を説明する。
本設計方法では、図8に示すように、構築工程(ステップA10),設定工程(ステップA20),演算工程(ステップA30)の順に三つの工程が実施される
[3. Damping structure design method]
Next, a design method for the vibration damping structure will be described.
In this design method, as shown in FIG. 8, three steps are performed in the order of the construction step (step A10), the setting step (step A20), and the calculation step (step A30).

構築工程では、第一質量体1が設けられる主系S1に対して、第二弾性体2aおよびダンパ2bを介して第二質量体2が設けられる付加系S2を連結した受動型の制振構造のモデルを構築する。具体的には、上記の第一モデル,第二モデルまたは第三モデルを構築工程で構築する。
この構築工程は、上記の式(1)〜(10)の演算に対応する。
In the construction process, a passive type control system in which the additional system S 2 provided with the second mass body 2 is connected to the main system S 1 provided with the first mass body 1 via the second elastic body 2a and the damper 2b. Build a vibration structure model. Specifically, the first model, the second model, or the third model is constructed in the construction process.
This construction process corresponds to the calculations of the above formulas (1) to (10).

設定工程では、主系S1または付加系S2に入力される振動fについて、設計された振動現象vdに対して許容される実際の振動現象vaの位相ずれとして位相余裕を予め設定する。
この設定工程は、上記の式(11)および(12)の演算に対応する。
演算工程では、設定工程で設定された位相余裕に基づいて、振動fが入力されたときの主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータを演算する。
この演算工程は、上記の式(13)〜(25)の演算に対応する。
In the setting step, a phase margin is set in advance as a phase shift of the actual vibration phenomenon va allowed for the designed vibration phenomenon v d for the vibration f input to the main system S 1 or the additional system S 2. .
This setting step corresponds to the calculations of the above equations (11) and (12).
In the calculation step, parameters related to the behavior of the main system S 1 and the additional system S 2 when the vibration f is input are calculated based on the phase margin set in the setting step.
This calculation step corresponds to the calculations of the above formulas (13) to (25).

[4.作用および効果]
本実施形態の制振構造の設計方法は、上述のように構成されるため、以下のような作用および効果を得ることができる。
[4. Action and effect]
Since the vibration damping structure design method of the present embodiment is configured as described above, the following operations and effects can be obtained.

(1)構築工程で構築された制振構造のモデルについて、設定工程で設定された位相余裕に基づいて、演算工程で主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータを演算することにより、第一質量体1や第二質量体2が変更されたとしても、当初に演算されたパラメータを用いて制振性能の低下を抑制することができる。すなわち、ひとたびパラメータを演算すれば、第一質量体1や第二質量体2が変更されるたびに新たな運動方程式や新たな一巡伝達関数からパラメータを演算しなくて済み、演算負荷を軽減することができる。また、主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータは、設定された質量比μdの変動を考慮して予め設定された位相余裕に基づき、十分な位相余裕が得られるように設定されるため、設計された振動現象vdに対する実際の振動現象vaの位相ずれを十分に許容することのできる制振構造を提供することができ、制振性能の低下を抑えることができる。
(2)このように、変動が考慮された質量比μdを設定工程で設定することにより、質量比μdが変動したとしても簡便な方法で制振性能の低下を抑えることができる。
(1) For the vibration damping structure model constructed in the construction process, based on the phase margin set in the setting process, the parameters relating to the behavior of the main system S 1 and the additional system S 2 are computed in the computation process, Even if the first mass body 1 and the second mass body 2 are changed, it is possible to suppress a decrease in the vibration damping performance using the initially calculated parameters. That is, once a parameter is calculated, it is not necessary to calculate a parameter from a new equation of motion or a new round transfer function every time the first mass body 1 or the second mass body 2 is changed, thereby reducing the calculation load. be able to. Also, parameters related to the behavior of the main system S 1 and additional system S 2, based on a preset phase margin in consideration of the variation of the set mass ratio mu d, is set such that a sufficient phase margin is obtained because, it is possible to provide a damping structure capable of allowing sufficient phase shift of the actual vibration phenomena v a relative oscillation phenomenon v d that has been designed, it is possible to suppress deterioration in damping performance.
(2) As described above, by setting the mass ratio μ d in consideration of fluctuations in the setting step, even if the mass ratio μ d fluctuates, it is possible to suppress a decrease in vibration damping performance by a simple method.

(3)第一モデルおよび第二モデルの構築工程では、第一質量体1としてのサスペンションクロスメンバに対して、第二弾性体2aおよびダンパ2bとしてのマウントを介して
第二質量体2としての動力伝達装置を連結したモデルを構築する。
このように構築される制振構造では、設計当初のサスペンションクロスメンバと設計当初の動力伝達装置との質量比μが変動したとしても、主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータを演算し直すことなく、制振性能の低下を抑えることができる。言い換えれば、簡便な方法で制振性能の低下を抑えつつ、サスペンションクロスメンバや動力伝達装置を個別に変更することができる。
そのうえ、制振性能の低下が抑えられることでサスペンションクロスメンバの変位も抑えられるため、サスペンションクロスメンバによる車体の突き上げも抑えることができる。よって、快適性の低下も抑えられる。
(3) In the construction process of the first model and the second model, the suspension mass member as the first mass body 1 is used as the second mass body 2 via the mount as the second elastic body 2a and the damper 2b. Build a model with connected power transmission devices.
In the vibration damping structure constructed in this way, even if the mass ratio μ between the suspension cross member at the initial design and the power transmission device at the initial design fluctuates, parameters relating to the behavior of the main system S 1 and the additional system S 2 are calculated. It is possible to suppress the deterioration of the vibration damping performance without reworking. In other words, the suspension cross member and the power transmission device can be individually changed while suppressing a decrease in vibration damping performance by a simple method.
In addition, since the displacement of the suspension cross member can be suppressed by suppressing the deterioration of the damping performance, the vehicle body can be prevented from being pushed up by the suspension cross member. Therefore, a decrease in comfort can be suppressed.

(4)第一モデルの設定工程では、サスペンションクロスメンバに入力される第一振動f1について位相余裕を予め設定する。また、第一モデルの演算工程では、サスペンションクロスメンバの重力重量と動力伝達装置の重力重量とを用いてパラメータを演算する。
この第一モデルでは、設定された質量比μdに対して実際の質量比μaが大きくなるほど制振性能が向上することから、設計された質量比μdを予め小さくしておくことにより、実際の質量比μaが変動したとしても、制振性能の低下が効果的に抑えられる。
具体的には、設計当初のサスペンションクロスメンバの重力質量を増大させる、あるいは、設計当初の動力伝達装置の重力質量を軽減させることで、サスペンションクロスメンバや動力伝達装置を個別に変更して質量比μが変動したとしても、パラメータを演算し直すことなく、制振性能の低下を抑えることができる。
(4) In the first model setting step, a phase margin is set in advance for the first vibration f 1 input to the suspension cross member. In the calculation process of the first model, parameters are calculated using the gravitational weight of the suspension cross member and the gravitational weight of the power transmission device.
In the first model, since it improves as the damping performance actual mass ratio mu a relative set mass ratio mu d increases, by previously reducing the mass ratio mu d designed, Even if the actual mass ratio μ a fluctuates, the deterioration of the damping performance can be effectively suppressed.
Specifically, by increasing the gravitational mass of the suspension cross member at the initial design or reducing the gravitational mass of the power transmission device at the initial design, the suspension cross member and the power transmission device can be individually changed to change the mass ratio. Even if μ fluctuates, it is possible to suppress a decrease in damping performance without recalculating parameters.

(5)第二モデルの設定工程では、動力伝達装置に入力される第二振動f2について位相余裕を予め設定する。また、第二モデルの演算工程では、サスペンションクロスメンバの慣性質量と動力伝達装置の慣性質量とを用いてパラメータを演算する。
この第二モデルでは、設定された質量比μdに対して実際の質量比μaが小さくなるほど制振性能が向上することから、設定された質量比μdを予め大きくしておくことにより、実際の質量比μaが変動したとしても、制振性能の低下が効果的に抑えられる。
具体的には、設計当初のサスペンションクロスメンバの慣性質量を軽減させる、あるいは、設計当初の動力伝達装置の慣性質量を増大させることで、サスペンションクロスメンバや動力伝達装置を個別に変更して質量比μが変動したとしても、パラメータを演算し直すことなく、制振性能の低下を抑えることができる。
(5) In the second model setting step, a phase margin is set in advance for the second vibration f 2 input to the power transmission device. In the second model calculation step, the parameter is calculated using the inertia mass of the suspension cross member and the inertia mass of the power transmission device.
In the second model, since it improves as the damping performance actual mass ratio mu a relative set mass ratio mu d is reduced, by previously increasing the set mass ratio mu d, Even if the actual mass ratio μ a fluctuates, the deterioration of the damping performance can be effectively suppressed.
Specifically, by reducing the inertia mass of the suspension cross member at the initial design or increasing the inertia mass of the power transmission device at the initial design, the suspension cross member and the power transmission device are individually changed to change the mass ratio. Even if μ fluctuates, it is possible to suppress a decrease in damping performance without recalculating parameters.

(6)第三モデルの構築工程では、第一質量体1としてのホイールに対して、第二弾性体2aおよびダンパ2bとしてのサスペンション装置を介して第二質量体2としての車体を連結したモデルを構築する。また、第三モデルの設定工程では、ホイールに入力される第一振動f1について位相余裕を予め設定する。
このように構築される制振構造では、設計当初のホイールと設計当初の車体との質量比μが変動したとしても、主系S1および付加系S2の挙動に関するパラメータを演算し直すことなく、制振性能の低下を抑えることができる。言い換えれば、簡便な方法で制振性能の低下を抑えつつ、ホイールや車体を個別に変更することができる。そのうえ、制振性能の低下が抑えられることで車体の変位も抑えられるため、快適性の低下を抑えることもできる。
(6) In the third model construction process, a model in which the vehicle body as the second mass body 2 is connected to the wheel as the first mass body 1 via the suspension device as the second elastic body 2a and the damper 2b. Build up. In the third model setting step, a phase margin is set in advance for the first vibration f 1 input to the wheel.
In the vibration damping structure constructed in this way, even if the mass ratio μ between the original design wheel and the original design vehicle body fluctuates, parameters relating to the behavior of the main system S 1 and the additional system S 2 are not recalculated. , The deterioration of the damping performance can be suppressed. In other words, it is possible to individually change the wheel and the vehicle body while suppressing a decrease in the damping performance by a simple method. In addition, since the displacement of the vehicle body can be suppressed by suppressing the decrease in vibration damping performance, it is possible to suppress the decrease in comfort.

また、第三モデルの演算工程では、ホイールの重力質量と車体の重力質量とを用いてパラメータを演算する。
この第三モデルでは、設定された質量比μdに対して実際の質量比μaが大きくなるほど制振性能が向上することから、設定された質量比μdを予め小さくしておくことにより、実際の質量比μaが変動したとしても、制振性能の低下が効果的に抑えられる。
具体的には、設計当初のホイールの重力質量を増大させる、あるいは、設計当初の車体の重力質量を軽減させることで、パラメータを演算し直すことなく、制振性能の低下を抑えることができる。たとえば、ホイールを軽量化したり、乗員数の増加や積荷によって車体の重力質量が増大すれば、制振性能が高まる。
In the calculation process of the third model, parameters are calculated using the gravitational mass of the wheel and the gravitational mass of the vehicle body.
In the third model, since it improves as the damping performance actual mass ratio mu a relative set mass ratio mu d increases, by previously reducing the set mass ratio mu d, Even if the actual mass ratio μ a fluctuates, the deterioration of the damping performance can be effectively suppressed.
Specifically, by reducing the gravitational mass of the wheel at the initial design or reducing the gravitational mass of the vehicle body at the initial design, it is possible to suppress a decrease in the damping performance without recalculating the parameters. For example, if the wheel weight is reduced, or the gravitational mass of the vehicle body increases due to an increase in the number of passengers or cargo, the vibration damping performance increases.

(7)質量比μの変動前後のそれぞれにおいて式(10)で示される共通の一巡伝達関数GHを演算工程で用いることにより、簡便な方法でダンピング性能z,剛性比p2,質量比μといったパラメータを設定することができる。言い換えれば、ひとたび設定された一巡伝達関数GHをそのまま演算工程で用いるため、演算負荷を軽減させることができる。 (7) By using the common loop transfer function GH expressed by the equation (10) before and after the change of the mass ratio μ in the calculation process, the damping performance z, the rigidity ratio p 2 , the mass ratio μ can be obtained in a simple manner. Parameters can be set. In other words, since the once-round transfer function GH once set is used in the calculation process as it is, the calculation load can be reduced.

(8)設定工程において、位相余裕を60°以上に設定することで、上記の式(11)のβにπ/3を代入する(すなわち、「cosβ」を「0.5」とする)ため、位相余裕を59°や61°といった他の値を採用する場合に比較して、「cosβ」を簡素な式あるいは数値で与えることができ、パラメータの演算負荷を軽減させることができる。
また、能動型の制振構造では、位相余裕が60°あれば十分に確保されたものとされることから、本件の受動型の制振構造においても、位相余裕を十分に確保することができる。
(8) In the setting step, π / 3 is substituted for β in the above equation (11) by setting the phase margin to 60 ° or more (that is, “cosβ” is set to “0.5”). Compared to the case where another value such as 59 ° or 61 ° is employed, “cosβ” can be given by a simple expression or numerical value, and the calculation load of the parameter can be reduced.
In addition, in the active vibration suppression structure, if the phase margin is 60 °, it is assumed that the phase margin is sufficiently secured. Therefore, even in the passive vibration suppression structure of the present case, the phase margin can be sufficiently secured. .

(9)第一モデルと第二モデルとでは、第一質量体1および第二質量体2が共通であるものの、第一モデルでは重力質量を用いるのに対して第二モデルでは慣性質量を用いるので、演算工程で用いる質量の種類が異なる。よって、設計当初のサスペンションクロスメンバの慣性質量を軽減させるとともに重力質量を増大させ、あるいは、設計当初の動力伝達装置の慣性質量を増大させるとともに慣性質量を軽減させることで、第一モデルおよび第二モデルの双方で制振性能の低下を抑えることが可能である。   (9) Although the first mass body 1 and the second mass body 2 are common to the first model and the second model, the first model uses gravity mass, whereas the second model uses inertial mass. Therefore, the type of mass used in the calculation process is different. Therefore, by reducing the inertial mass of the suspension cross member at the initial design and increasing the gravitational mass, or by increasing the inertial mass of the power transmission device at the initial design and reducing the inertial mass, It is possible to suppress a decrease in damping performance in both models.

さらに、第一モデルおよび第二モデルと第三モデルとでは、第一質量体1および第二質量体2が異なるため、第一モデルおよび第二モデルならびに第三モデルのすべてで制振性能の低下を抑えることが可能である。
そのうえ、第一モデル,第二モデルおよび第三モデルでは、上記の式(10)で与えられる共通の一巡伝達関数を用いるため、更に演算負荷を軽減させることができる。
Furthermore, since the first mass 1 and the second model 2 are different between the first model, the second model, and the third model, the vibration damping performance is reduced in all of the first model, the second model, and the third model. Can be suppressed.
In addition, since the first model, the second model, and the third model use the common one-round transfer function given by the above equation (10), the calculation load can be further reduced.

[5.変形例]
最後に、本設計方法の変形例について述べる。
たとえば、構築工程で構築される制振構造のモデルは、主系S1の第一質量体1と付加系S2の第二質量体2とのそれぞれが変位するダンパ2b付きの2自由度系のモデルであれば、第一〜第三モデルに限らず、種々の構造に適用することができる。たとえば、第一質量体1に車体や動力伝達装置が適用されてもよいし、第二質量体にサスペンションクロスメンバやホイールが適用されてもよい。この場合、演算工程で用いる質量は重力質量であっても慣性質量であってもよい。
[5. Modified example]
Finally, a modification of this design method will be described.
For example, the model of the damping structure constructed in the construction process is a two-degree-of-freedom system with a damper 2b in which the first mass 1 of the main system S 1 and the second mass 2 of the additional system S 2 are displaced. If it is a model of this, it can apply not only to a 1st-3rd model but to various structures. For example, a vehicle body or a power transmission device may be applied to the first mass body 1, and a suspension cross member or a wheel may be applied to the second mass body. In this case, the mass used in the calculation step may be gravitational mass or inertial mass.

また、設定工程で予め設定される位相余裕は、60°に限らず、30°や45°といった任意の大きさに設定することができる。この場合には、上記の式(11)のβにπ/6やπ/4を代入するため、確保される位相余裕がやや小さく、「cosβ」がやや複雑になるほかは、上述した作用および効果を得ることができる。
そのほか、構築工程で構築される制振構造のモデルは、自動車に限らず、他の構造物や建造物の構造に適用することができる。
Further, the phase margin set in advance in the setting step is not limited to 60 °, and can be set to an arbitrary size such as 30 ° or 45 °. In this case, since π / 6 or π / 4 is substituted for β in the above equation (11), the phase margin to be secured is slightly small and “cosβ” is slightly complicated. An effect can be obtained.
In addition, the vibration suppression structure model constructed in the construction process can be applied not only to automobiles but also to other structures and structures of buildings.

1 第一質量体
1a 第一弾性体
2 第二質量体
2a 第二弾性体
2b ダンパ(減衰器)
E 固定端
1 主系
2 付加系
2 減衰係数
f,f1,f2 振動
1,k2 弾性係数
1,m2 質量
1,x2 距離
ω,ω1,ω2 角周波数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st mass body 1a 1st elastic body 2 2nd mass body 2a 2nd elastic body 2b Damper (attenuator)
E Fixed end S 1 main system S 2 additional system c 2 damping coefficient f, f 1 , f 2 vibration k 1 , k 2 elastic coefficient m 1 , m 2 mass x 1 , x 2 distance ω, ω 1 , ω 2 angle frequency

Claims (8)

第一質量体が設けられる主系に対して弾性体および減衰器を介して第二質量体が設けられる付加系を連結した受動型の制振構造のモデルを構築する構築工程と、
前記主系または前記付加系に入力される振動について、設計された振動現象に対して許容される実際の振動現象の位相ずれとして位相余裕を予め設定する設定工程と、
前記設定工程で設定された位相余裕に基づいて、振動が入力されたときの前記主系および前記付加系の挙動に関するパラメータを演算する演算工程と、
を有することを特徴とする制振構造の設計方法。
A construction step of constructing a passive damping structure model in which an additional system provided with a second mass body is connected to a main system provided with a first mass body via an elastic body and an attenuator;
For the vibration input to the main system or the additional system, a setting step for presetting a phase margin as a phase shift of an actual vibration phenomenon allowed for a designed vibration phenomenon;
Based on the phase margin set in the setting step, a calculation step for calculating parameters relating to the behavior of the main system and the additional system when vibration is input;
A method for designing a vibration damping structure, comprising:
前記設定工程では、前記パラメータの一つとして、前記第一質量体と前記第二質量体との質量比を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載された制振構造の設計方法。
The method for designing a damping structure according to claim 1, wherein, in the setting step, a mass ratio between the first mass body and the second mass body is set as one of the parameters.
前記構築工程では、前記第一質量体としてのサスペンションクロスメンバに対して、前記弾性体および前記減衰器としてのマウントを介して前記第二質量体としての動力伝達装置を連結したモデルを構築する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の制振構造の設計方法。
In the construction step, a model is constructed in which a power transmission device as the second mass body is connected to the suspension cross member as the first mass body via the elastic body and the mount as the attenuator. A method for designing a vibration damping structure according to claim 1 or 2.
前記設定工程では、前記サスペンションクロスメンバに入力される振動について、前記位相余裕を予め設定し、
前記演算工程では、前記サスペンションクロスメンバの重力質量と前記動力伝達装置の重力質量とを用いて前記パラメータを演算する
ことを特徴とする請求項3に記載された制振構造の設計方法。
In the setting step, the phase margin is set in advance for vibrations input to the suspension cross member,
4. The method for designing a vibration damping structure according to claim 3, wherein, in the calculation step, the parameter is calculated using a gravitational mass of the suspension cross member and a gravitational mass of the power transmission device.
前記設定工程では、前記動力伝達装置に入力される振動について、前記位相余裕を予め設定し、
前記演算工程では、前記サスペンションクロスメンバの慣性質量と前記動力伝達装置の慣性質量とを用いて前記パラメータを演算する
ことを特徴とする請求項3または4に記載された制振構造の設計方法。
In the setting step, the phase margin is preset for vibration input to the power transmission device,
5. The method for designing a damping structure according to claim 3, wherein in the calculation step, the parameter is calculated using an inertial mass of the suspension cross member and an inertial mass of the power transmission device.
前記構築工程では、前記第一質量体としてのホイールに対して、前記弾性体および前記減衰器としてのサスペンション装置を介して前記第二質量体としての車体を連結したモデルを構築し、
前記設定工程では、前記ホイールに入力される振動について、前記位相余裕を予め設定し、
前記演算工程では、前記ホイールの重力質量と前記車体の重力質量とを用いて前記パラメータを演算する
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載された制振構造の設計方法。
In the construction step, a model in which a vehicle body as the second mass body is connected to a wheel as the first mass body via a suspension device as the elastic body and the attenuator,
In the setting step, for the vibration input to the wheel, the phase margin is set in advance,
The method for designing a damping structure according to any one of claims 1 to 5, wherein, in the calculation step, the parameter is calculated using a gravitational mass of the wheel and a gravitational mass of the vehicle body. .
前記演算工程では、前記第一質量体または前記第二質量体が変更される前後のそれぞれで共通の一巡伝達関数を用いる
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載された制振構造の設計方法。
The calculation step uses a common transfer function before and after the first mass body or the second mass body is changed, and is described in any one of claims 1 to 6 Design method for damping structure.
前記設定工程において、位相余裕を60°以上に設定する
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載された制振構造の設計方法。
The method for designing a vibration damping structure according to any one of claims 1 to 7, wherein, in the setting step, the phase margin is set to 60 ° or more.
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