JP2017151866A - Method, device and program for supporting development of dynamic vibration absorber - Google Patents

Method, device and program for supporting development of dynamic vibration absorber Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve vibration control performance and thereby curbing vibration.SOLUTION: For a vibration control structure formed by connecting a main system which has a first mass body and a first elastic body to an additional system which has a second mass body, a second elastic body and a damper and performs as a dynamic vibration absorber, the present invention includes a device executing design processing for designing the dynamic vibration absorber, and a method and a program making a computer execute the design processing, and has a construction process S2 executed by a construction section and a calculation process S3 executed by a calculation section. The construction process S2 constructs a model of the vibration control structure having the second mass body disposed with respect to the first mass body via the second elastic body and the damper. The calculation process S3 calculates an elastic coefficient of the second elastic body and a damping coefficient of the damper, when angular frequency ω of vibration fto be input into the main system is in a frequency band equal to or more than natural angular frequency ωof the main system, using either a first method which maximizes first vibration power Pto be consumed by the additional system or a second method which minimizes second vibration power Pto be input into the main system.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、制振構造に適用される動吸振器を適切に設計するための開発支援方法,開発支援装置及び開発支援プログラムに関する。   The present invention relates to a development support method, a development support apparatus, and a development support program for appropriately designing a dynamic vibration absorber applied to a vibration damping structure.

動吸振器は、振動を抑制したい構造物(例えば建物,機械,車両,船舶など)に対し、弾性体や減衰器(ダンパ)を介して付加物が連結されることで構成される(例えば特許文献1,2参照)。動吸振器の一つとして、構造物(以下「制振対象物」という)に入力された力(振動パワー)を弾性体及び減衰器と付加物とからなる付加系によって吸収する受動型の動吸振器が知られている。受動型の動吸振器では、制振用の動力を外部から印加することなく制振対象物(主系)が制振されることから、装置構成や制御構成を簡素化することができる。   A dynamic vibration absorber is configured by connecting an additional object to a structure (for example, a building, a machine, a vehicle, a ship, etc.) whose vibration is to be suppressed via an elastic body or a damper (for example, a patent) References 1 and 2). As one of the dynamic vibration absorbers, a passive type dynamic absorber that absorbs the force (vibration power) input to the structure (hereinafter referred to as “vibration object”) by an additional system comprising an elastic body, an attenuator, and an additional material. A vibration absorber is known. In the passive type dynamic vibration absorber, the object to be controlled (main system) is damped without applying damping power from the outside, so that the device configuration and the control configuration can be simplified.

一般的に、受動型の動吸振器を設計する場合には、主系における制振対象物の質量及び剛性を測定し、他の要件から付加系における付加物の質量を決定する。そして、これら二つの質量の比から、従来の設計手法(例えば定点理論や最小分散規範など)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及び付加系の挙動に関するパラメータを決定する。ここで決定されるパラメータには、付加系における付加物の質量,弾性係数,減衰係数などが含まれる。   In general, when designing a passive type dynamic vibration absorber, the mass and rigidity of an object to be controlled in the main system are measured, and the mass of the additional object in the additional system is determined from other requirements. From the ratio of these two masses, parameters related to the behavior of the main system and the additional system at the time of vibration input are determined by calculating the transfer function based on conventional design methods (for example, fixed point theory and minimum dispersion standard). To do. The parameters determined here include the mass of the adduct in the additional system, the elastic coefficient, the damping coefficient, and the like.

特開2011−144605号公報JP 2011-144605 A 特開2006−077812号公報JP 2006-077781 A

ところで、上述した定点理論は、制振対象物に入力された力(振動パワー)によって発生した振動が全ての周波数帯(角周波数域)で小さくなるように、付加系の弾性係数や減衰係数等を決定する手法である。つまり、この手法では、制振対象物に振動が発生してからその振動を減衰,抑制するため、振動の発生自体を抑制することは困難である。また、振動がある特定の周波数帯である場合には、その周波数帯での制振性能に着目して設計,開発する方が効率的な場合がある。   By the way, the above-mentioned fixed point theory is such that the elastic coefficient, damping coefficient, etc. of the additional system are reduced so that the vibration generated by the force (vibration power) input to the object to be controlled is reduced in all frequency bands (angular frequency range). It is a method to determine. That is, in this method, since vibration is attenuated and suppressed after vibration is generated in the object to be controlled, it is difficult to suppress the generation of vibration itself. In addition, when the vibration is in a specific frequency band, it may be more efficient to design and develop by paying attention to the damping performance in that frequency band.

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、特定の周波数帯における制振性能を向上させて、制振対象物(構造物)の振動を抑制することができるようにした動吸振器の開発支援方法,開発支援装置及び開発支援プログラムを提供す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により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。   The present case has been devised in view of such a problem, and is a dynamic vibration absorber capable of improving the vibration damping performance in a specific frequency band and suppressing the vibration of the vibration damping object (structure). One of the purposes is to provide a development support method, a development support device, and a development support program for a vessel. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and has another function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. is there.

(1)ここで開示する動吸振器の開発支援方法は、第一質量体及び第一弾性体を持つ主系と、第二質量体,第二弾性体及び減衰器を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系とが連結されてなる制振構造について、前記動吸振器を設計する処理をコンピュータに実行させる開発支援方法であって、前記第一質量体に対し、前記第二弾性体及び前記減衰器を介して設けられた前記第二質量体を有する前記制振構造のモデルを構築する構築工程と、前記主系に入力される振動の角周波数が前記主系の固有角周波数以上の周波数帯である場合に、前記付加系で消費される第一振動パワーを最大化する第一手法と前記主系に入力される第二振動パワーを最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、前記第二弾性体の弾性係数及び前記減衰器の減衰係数を演算する演算工程と、を備えている。   (1) The dynamic vibration absorber development support method disclosed here is a passive dynamic vibration absorber having a main system having a first mass body and a first elastic body, a second mass body, a second elastic body, and an attenuator. A development support method for causing a computer to execute a process of designing the dynamic vibration absorber for a vibration damping structure that is connected to an additional system that constitutes a vibration device, and the second elastic body with respect to the first mass body And a construction step of constructing a model of the damping structure having the second mass body provided via the attenuator, and an angular frequency of vibration input to the main system is greater than or equal to a natural angular frequency of the main system At least one of the first method for maximizing the first vibration power consumed in the additional system and the second method for minimizing the second vibration power input to the main system. The elastic modulus of the second elastic body and the attenuation of the attenuator And a, a calculation step of calculating the number.

(2)前記第一手法では、前記周波数帯において前記第一振動パワーが最大となる剛性パラメータ及び減衰パラメータが、以下の式A及び式Bで示すように前記第一質量体と前記第二質量体との質量比の関数として与えられることが好ましい。   (2) In the first method, the stiffness parameter and the damping parameter at which the first vibration power is maximized in the frequency band are expressed by the first mass body and the second mass as represented by the following formulas A and B: It is preferably given as a function of the mass ratio with the body.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

(3)前記第二手法では、前記主系と前記付加系との剛性比に関する剛性パラメータが、前記制振構造の全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定されることが好ましい。
(4)また、前記第二手法では、前記剛性パラメータの下限値が、前記周波数帯において前記第一振動パワーが最大となる剛性パラメータに設定されることがより好ましい。
(3) In the second method, the stiffness parameter related to the stiffness ratio between the main system and the additional system is set to a maximum value when the overall vibration of the damping structure falls within a predetermined range. Is preferred.
(4) In the second method, it is more preferable that the lower limit value of the stiffness parameter is set to a stiffness parameter that maximizes the first vibration power in the frequency band.

(5)前記第二手法では、前記付加系の減衰性能に関する減衰パラメータが、前記制振構造の全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定されることが好ましい。
(6)また、前記第二手法では、前記減衰パラメータの下限値が、前記周波数帯において前記第一振動パワーが最大となる減衰パラメータに設定されることがより好ましい。
(5) In the second method, it is preferable that the damping parameter related to the damping performance of the additional system is set to a maximum value when the overall vibration of the damping structure falls within a predetermined range.
(6) In the second method, it is more preferable that the lower limit value of the attenuation parameter is set to an attenuation parameter that maximizes the first vibration power in the frequency band.

(7)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、前記第二弾性体及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、前記主系に入力される前記振動は、路面から伝達されるロードノイズとなる。   (7) 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 device as the second elastic body and the attenuator is constructed. It is preferable to do. In this case, the vibration input to the main system becomes road noise transmitted from the road surface.

(8)ここで開示する動吸振器の開発支援装置は、第一質量体及び第一弾性体を持つ主系と、第二質量体,第二弾性体及び減衰器を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系とが連結されてなる制振構造について、前記動吸振器を設計する処理を実行する開発支援装置であって、前記第一質量体に対し、前記第二弾性体及び前記減衰器を介して設けられた前記第二質量体を有する前記制振構造のモデルを構築する構築部と、前記主系に入力される振動の角周波数が前記主系の固有角周波数以上の周波数帯である場合に、前記付加系で消費される第一振動パワーを最大化する第一手法と前記主系に入力される第二振動パワーを最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、前記第二弾性体の弾性係数及び前記減衰器の減衰係数を演算する演算部と、を備えている。   (8) A dynamic vibration absorber development support device disclosed herein is a passive dynamic vibration absorber having a main system having a first mass body and a first elastic body, a second mass body, a second elastic body, and an attenuator. A development support apparatus that executes a process of designing the dynamic vibration absorber for a vibration damping structure that is connected to an additional system that constitutes a vibration device, and the second elastic body and the first mass body A construction unit for constructing a model of the vibration control structure having the second mass body provided via an attenuator, and a frequency at which an angular frequency of vibration input to the main system is greater than or equal to a natural angular frequency of the main system In the case of a belt, at least one of the first method for maximizing the first vibration power consumed in the additional system and the second method for minimizing the second vibration power input to the main system is used. Calculating the elastic coefficient of the second elastic body and the attenuation coefficient of the attenuator It has a, and.

(9)ここで開示する動吸振器の開発支援プログラムは、第一質量体及び第一弾性体を持つ主系と、第二質量体,第二弾性体及び減衰器を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系とが連結されてなる制振構造について、前記動吸振器を設計する処理を実行する開発支援プログラムであって、前記第一質量体に対し、前記第二弾性体及び前記減衰器を介して設けられた前記第二質量体を有する前記制振構造のモデルを構築する構築工程と、前記主系に入力される振動の角周波数が前記主系の固有角周波数以上の周波数帯である場合に、前記付加系で消費される第一振動パワーを最大化する第一手法と前記主系に入力される第二振動パワーを最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、前記第二弾性体の弾性係数及び前記減衰器の減衰係数を演算する演算工程と、をコンピュータに実行させる。   (9) A dynamic vibration absorber development support program disclosed herein is a passive dynamic vibration absorber having a main system having a first mass body and a first elastic body, a second mass body, a second elastic body, and an attenuator. A development support program for executing a process of designing the dynamic vibration absorber for a vibration damping structure that is connected to an additional system that constitutes a vibrator, wherein the second elastic body and the first mass body A construction step of constructing a model of the damping structure having the second mass body provided via an attenuator, and a frequency at which an angular frequency of vibration input to the main system is greater than or equal to a natural angular frequency of the main system In the case of a belt, at least one of the first method for maximizing the first vibration power consumed in the additional system and the second method for minimizing the second vibration power input to the main system is used. The elastic coefficient of the second elastic body and the attenuation coefficient of the attenuator Executing a calculation step of calculating, to a computer.

開示の開発支援方法,開発支援装置及び開発支援プログラムで設計された動吸振器によれば、制振構造(制振対象物)の振動を抑制することができる。つまり、主系の固有角周波数以上の周波数帯における制振性能を向上させた動吸振器を設計,開発することができる。   According to the dynamic vibration absorber designed by the disclosed development support method, development support device, and development support program, vibration of the vibration control structure (vibration target) can be suppressed. That is, it is possible to design and develop a dynamic vibration absorber with improved vibration damping performance in a frequency band higher than the natural angular frequency of the main system.

実施形態に係る動吸振器を備えた制振構造のモデルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the model of the damping structure provided with the dynamic vibration damper which concerns on embodiment. 第一手法を用いた場合の二つの振動パワーを示すグラフである。It is a graph which shows two vibration powers at the time of using a 1st method. 第一手法による制振性能を従来手法と比較して示すグラフである。It is a graph which shows the damping performance by a 1st method compared with the conventional method. 第二手法を用いた場合の二つの振動パワーを示すグラフである。It is a graph which shows two vibration powers at the time of using a 2nd method. 第一,第二手法による制振性能を従来手法と比較して示すグラフである。It is a graph which shows the damping performance by the 1st and 2nd methods compared with the conventional method. 実施形態に係る開発支援装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the development assistance apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る開発支援方法の手順を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the procedure of the development support method which concerns on embodiment.

図面を参照して、実施形態としての動吸振器の開発支援装置,開発支援方法および開発支援プログラムを説明する。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。   A dynamic vibration absorber development support device, a development support method, and a development support program as embodiments will be described with reference to the drawings. 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.

[1.概要]
本実施形態に係る動吸振器の開発支援装置は、振動が入力される様々な構造物を制振する動吸振器を適切に設計するための設計処理を実行する装置である。また、本実施形態に係る開発支援方法および開発支援プログラムは、上述した設計処理をコンピュータに実行させる方法及びプログラムである。本実施形態の動吸振器は、ダイナミックダンパやマスダンパとも称される受動型の動吸振器であり、例えば車両に設けられた制振構造に適用される。
[1. Overview]
The dynamic vibration absorber development support device according to the present embodiment is a device that executes a design process for appropriately designing a dynamic vibration absorber that controls various structures to which vibration is input. The development support method and the development support program according to the present embodiment are a method and a program for causing a computer to execute the design process described above. The dynamic vibration absorber of the present embodiment is a passive dynamic vibration absorber that is also called a dynamic damper or a mass damper, and is applied to, for example, a vibration damping structure provided in a vehicle.

[1−1.制振構造のモデル]
まず、図1を参照して、本実施形態の制振構造のモデルを説明する。この制振構造は、第一質量体1A及び第一弾性体1Bを持つ主系1と、第二質量体2A,第二弾性体2B及びダンパ2C(減衰器)を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系2とが連結されて構成される。したがって、本実施形態のモデルは、図1に示すように、主系1と付加系2との二つの系に大別される。なお、ここでいう受動型の動吸振器とは、外力を印加することなく主系1の振動を吸収する装置(構造)である。
[1-1. Damping structure model]
First, with reference to FIG. 1, a model of the vibration damping structure of the present embodiment will be described. This vibration damping structure is a passive dynamic vibration absorber having a main system 1 having a first mass body 1A and a first elastic body 1B, a second mass body 2A, a second elastic body 2B, and a damper 2C (attenuator). Are connected to the additional system 2 constituting the. Therefore, the model of this embodiment is roughly divided into two systems, that is, a main system 1 and an additional system 2 as shown in FIG. The passive dynamic vibration absorber here is a device (structure) that absorbs vibration of the main system 1 without applying an external force.

主系1の第一弾性体1Bは、その一端が第一質量体1Aに固定され、その他端が固定端Eに接触(支持)されている。また、付加系2の第二弾性体2B及びダンパ2Cは並列に設けられ、各一端が第二質量体2Aに固定され、各他端が第一質量体1Aに固定されている。すなわち、本制振構造のモデルは、第一質量体1Aに対し、第二弾性体2B及びダンパ2Cを介して設けられた第二質量体2Aを有している。   The first elastic body 1B of the main system 1 has one end fixed to the first mass body 1A and the other end in contact with (supported by) the fixed end E. Further, the second elastic body 2B and the damper 2C of the additional system 2 are provided in parallel, each one end is fixed to the second mass body 2A, and each other end is fixed to the first mass body 1A. That is, the model of the vibration damping structure has the second mass body 2A provided via the second elastic body 2B and the damper 2C with respect to the first mass body 1A.

以下、第一質量体1Aの質量を「第一質量m1」とし、第一弾性体1Bの弾性係数を「第一弾性係数k1」とする。また、第二質量体2Aの質量を「第二質量m2」とし、第二弾性体2Bの弾性係数を「第二弾性係数k2」とし、ダンパ2Cの減衰係数を「減衰係数c2」とする。なお、本実施形態の設計処理では、第一質量体1A及び第二質量体2Aをいずれも剛体とみなし、第一弾性体1Bの第一弾性係数k1を主系1の剛性とみなす。また、第一弾性体1B,第二弾性体2B及びダンパ2Cの質量をいずれも無視し、第一質量体1Aの第一質量m1を主系1の質量とみなすとともに、第二質量体2Aの第二質量m2を付加系2の質量とみなす。 Hereinafter, the mass of the first mass body 1A is referred to as “first mass m 1 ”, and the elastic coefficient of the first elastic body 1B is referred to as “first elastic coefficient k 1 ”. Further, the mass of the second mass body 2A is “second mass m 2 ”, the elastic coefficient of the second elastic body 2B is “second elastic coefficient k 2 ”, and the damping coefficient of the damper 2C is “damping coefficient c 2 ”. And In the design process of this embodiment, both the first mass body 1A and the second mass body 2A are regarded as rigid bodies, and the first elastic coefficient k 1 of the first elastic body 1B is regarded as the rigidity of the main system 1. Further, the masses of the first elastic body 1B, the second elastic body 2B, and the damper 2C are all ignored, the first mass m 1 of the first mass body 1A is regarded as the mass of the main system 1, and the second mass body 2A. a second mass m 2 is regarded as the mass of the additional system 2.

本実施形態の設計処理では、図1に示すように、主系1(第一質量体1A)に振動f1(「加振力」とも称される)が入力されるモデルを構築する。振動f1が入力されると、二つの質量体1A,2Aはいずれも変位する。具体的には、振動f1の入力時には、第一質量体1A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2A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、本設計処理では、主系1の第一質量体1Aと付加系2の第二質量体2Aとのそれぞれが変位するダンパ付きの2自由度系のモデルが構築される。 In the design process of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a model is constructed in which vibration f 1 (also referred to as “excitation force”) is input to the main system 1 (first mass body 1A). When the vibration f 1 is input, the two mass bodies 1A and 2A are both displaced. Specifically, when the vibration f 1 is input, the first mass body 1A is displaced by the distance x 1 with respect to the position x 0 in the stationary state (equilibrium state). Similarly, the second mass body 2A is in the stationary state. The position x 0 is displaced by a distance x 2 . Thus, in this design process, a model of a two-degree-of-freedom system with a damper in which the first mass 1A of the main system 1 and the second mass 2A of the additional system 2 are displaced is constructed.

本設計処理では、主系1及び付加系2の振動を共に抑制しうる付加系2の第二弾性係数k2及び減衰係数c2を設計する。なお、主系1の第一質量m1,第一弾性係数k1及び付加系2の第二質量m2は本設計処理の前段階において設定されている。また、本設計処理では、主系1に入力される振動f1の角周波数ωが、主系1の固有角周波数ω0以上の高周波数帯(ω≧ω0)である場合について検討する。 In this design process, the second elastic coefficient k 2 and the damping coefficient c 2 of the additional system 2 that can suppress both the vibrations of the main system 1 and the additional system 2 are designed. Incidentally, the first mass m 1 of the main system 1, the second mass m 2 of the first elastic coefficient k 1 and additional system 2 is set in a previous stage of the design process. Further, in the present design process, the case where the angular frequency ω of the vibration f 1 input to the main system 1 is in a high frequency band (ω ≧ ω 0 ) that is equal to or higher than the natural angular frequency ω 0 of the main system 1 will be considered.

[1−2.2自由度系の運動方程式]
ここで、図1に示すモデルの数理モデル化について説明する。まず、図1の2自由度系の運動方程式は、以下の式1,2になる。
[1-2. Equation of motion for a system of degrees of freedom]
Here, mathematical modeling of the model shown in FIG. 1 will be described. First, the equations of motion of the two-degree-of-freedom system of FIG.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

これらの式を無次元化すると、式3,4になる。ただし、これらの式におけるμ,z,p2などの関数は、等式5に示すとおりである。なお、μは第一質量体1Aと第二質量体2Aとの質量比を表すパラメータであり、zは付加系2の減衰性能に関するパラメータであり、pは主系1と付加系2との剛性比に関するパラメータである。以下、それぞれを「質量比μ」,「減衰パラメータz」,「剛性パラメータp」と呼ぶ。 When these equations are made dimensionless, equations 3 and 4 are obtained. However, functions such as μ, z, and p 2 in these equations are as shown in Equation 5. Here, μ is a parameter representing the mass ratio between the first mass body 1A and the second mass body 2A, z is a parameter relating to the damping performance of the additional system 2, and p is the rigidity between the main system 1 and the additional system 2. It is a parameter related to the ratio. Hereinafter, these will be referred to as “mass ratio μ”, “damping parameter z”, and “rigidity parameter p”, respectively.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

上記の式3,4の各両辺をラプラス変換し、行列形式で表したものが式6である。さらに、この式6を解いたものが式7である。ただし、式7のデルタΔは、等式8に示すとおりである。   Expression 6 represents a result obtained by performing Laplace transform on both sides of the above expressions 3 and 4 and expressing them in a matrix form. Further, Equation 7 is obtained by solving Equation 6. Where Delta Δ in Equation 7 is as shown in Equation 8.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

式7より、式9,10に示す伝達関数(モビリティ)が得られる。これらの伝達関数は、周波数が複素表現された複素数sの応答関数である。   From Equation 7, the transfer functions (mobility) shown in Equations 9 and 10 are obtained. These transfer functions are complex s response functions whose frequencies are expressed in a complex manner.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

[1−3.振動パワーの導出]
次に、振動パワーPの導出について説明する。振動パワーPとは、構造物を振動させる要因となる力(エネルギ)であり、例えば仕事率[W]で表現される。振動パワーPは、正の値であれば構造物の振動を増大させ、負の値であれば構造物の振動を抑制(吸収)する。振動パワーPは、入力をF,モビリティをMとすると、以下の式11で与えられる。なお、式11中のRe(M)はMの実部を意味する。

Figure 2017151866
[1-3. Derivation of vibration power]
Next, derivation of the vibration power P will be described. The vibration power P is a force (energy) that causes the structure to vibrate, and is expressed by, for example, power [W]. If the vibration power P is a positive value, the vibration of the structure is increased. If the vibration power P is a negative value, the vibration of the structure is suppressed (absorbed). The vibration power P is given by the following equation 11 where F is the input and M is the mobility. Note that Re (M) in Equation 11 means the real part of M.
Figure 2017151866

したがって、図1に示す2自由度系において、付加系2で消費される振動パワーP21(第一振動パワー、以下「ダンパパワーP21」という)は、式6,7より、以下の式12となる。また、主系1に入力される振動パワーP11(第二振動パワー、以下「入力パワーP11」という)は、式5,7より、以下の式13となる。ダンパパワーP21は、おもに第二弾性体2Bによって吸収,消費される振動パワーであることから0以下の値(P21≦0)となり、入力パワーP11は、主系1に入力される振動パワーであることから0以上の値(P11≧0)となる。 Therefore, in the two-degree-of-freedom system shown in FIG. 1, the vibration power P 21 consumed in the additional system 2 (first vibration power, hereinafter referred to as “damper power P 21 ”) It becomes. Further, the vibration power P 11 (second vibration power, hereinafter referred to as “input power P 11 ”) input to the main system 1 is represented by the following Expression 13 from Expressions 5 and 7. The damper power P 21 is a vibration power that is mainly absorbed and consumed by the second elastic body 2B, and therefore has a value of 0 or less (P 21 ≦ 0), and the input power P 11 is a vibration input to the main system 1. Since it is power, the value is 0 or more (P 11 ≧ 0).

Figure 2017151866
Figure 2017151866

本実施形態の設計処理では、主系1に対して振動f1(ω≧ω0)が入力された場合に、次の二つの方法の少なくとも一方を用いて、主系1及び付加系2を共に制振させることを目的とする。第一手法は、付加系2で消費されるダンパパワーP21を最大化する方法である。すなわちこの方法では、負の値であるダンパパワーP21の絶対値をできる限り大きくする。一方、第二手法は、主系1に入力される入力パワーP11を最小化する方法である。すなわちこの方法では、正の値である入力パワーP11の絶対値をできる限り小さくする。 In the design process of this embodiment, when vibration f 1 (ω ≧ ω 0 ) is input to the main system 1, the main system 1 and the additional system 2 are set using at least one of the following two methods. The purpose is to control both. The first method is a method for maximizing the damper power P 21 consumed in the additional system 2. That is, in this way, to maximize the absolute value of the damper power P 21 is a negative value. On the other hand, the second method is a method for minimizing the input power P 11 input to the main system 1. That is, in this method, the absolute value of the input power P 11 that is a positive value is made as small as possible.

[1−4.第一手法:ダンパパワーP21の最大化]
まず、第一手法について説明する。上記の式12より、s=λi(ただしiは虚数単位)としてダンパパワーP21を求めると、以下の式14で与えられる。ただし、式14中のλ,ω0は式15の等式に示すとおりである。なお、λは主系1の固有角周波数ω0に対する入力される振動f1の角周波数ωの割合を示す周波数比である。
[1-4. The first technique: maximization of the damper power P 21]
First, the first method will be described. From the above equation 12, when the damper power P 21 is determined as s = λi (where i is an imaginary unit), the following equation 14 is obtained. However, λ and ω 0 in Equation 14 are as shown in Equation 15 below. Note that λ is a frequency ratio indicating the ratio of the angular frequency ω of the input vibration f 1 to the natural angular frequency ω 0 of the main system 1.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

さらに、式14を式17に示す各等式を用いて変形すると、以下の式16となる。   Further, when Equation 14 is transformed using the equations shown in Equation 17, Equation 16 below is obtained.

Figure 2017151866
上記の式16における振動パワーP21を負の値にするとともにその絶対値を最大化することで、付加系2で消費されるダンパパワーP21が最大となり、主系1及び付加系2の振動を抑制することが可能となる。ω≧ω0(すなわちL≧1)の周波数帯では、相加平均と相乗平均との関係に基づいて以下の式18が得られる。ただし、a≧0,c≧0である。
Figure 2017151866
By making the vibration power P 21 in the above equation 16 negative and maximizing its absolute value, the damper power P 21 consumed in the additional system 2 is maximized, and the vibrations of the main system 1 and the additional system 2 are maximized. Can be suppressed. In the frequency band of ω ≧ ω 0 (that is, L ≧ 1), the following Expression 18 is obtained based on the relationship between the arithmetic mean and the geometric mean. However, a ≧ 0 and c ≧ 0.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

したがって、a=0,c=0のときにダンパパワーP21が最大となる。このとき(a=0,c=0のとき)のダンパパワーP21は以下の式19で表される。 Accordingly, the damper power P 21 is maximized when a = 0 and c = 0. The damper power P 21 at this time (when a = 0, c = 0) is expressed by the following equation 19.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

この式19によれば、ω≧ω0(すなわちL≧1)の周波数帯でダンパパワーP21は負の値になることがわかる。このことは、この周波数帯(ω≧ω0)においてダンパパワーP21が最大となる周波数比λが存在することを意味する。すなわち、a=0,c=0のときにω≧ω0の周波数帯でダンパパワーP21が最大化される。このとき(a=0,c=0のとき)の剛性パラメータp21及び減衰パラメータz21は、式17のa,cに関する等式から以下の式20,21で与えられる。 According to this equation 19, it can be seen that the damper power P 21 has a negative value in the frequency band of ω ≧ ω 0 (that is, L ≧ 1). This means that there exists a frequency ratio λ that maximizes the damper power P 21 in this frequency band (ω ≧ ω 0 ). That is, the damper power P 21 is maximized in the frequency band of ω ≧ ω 0 when a = 0 and c = 0. At this time (when a = 0, c = 0), the stiffness parameter p 21 and the damping parameter z 21 are given by the following equations 20 and 21 from the equations related to a and c in equation 17.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

したがって、第一手法では、ω≧ω0の周波数帯においてダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21及び減衰パラメータz21が、上記の式20,21で示すように質量比μの関数として与えられる。つまり、第一手法を用いて主系1及び付加系2を共に制振させる場合には、第一質量体1A及び第二質量体2Aの質量比μを式20,21にそれぞれ代入して、ダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21及び減衰パラメータz21を算出する。そして、算出されたパラメータp21,z21を式5に示すp,zに関する等式に代入することで、付加系2の第二弾性係数k2及び減衰係数c2を演算,設計する。 Therefore, in the first method, the stiffness parameter p 21 and the damping parameter z 21 at which the damper power P 21 is maximized in the frequency band of ω ≧ ω 0 are expressed as a function of the mass ratio μ as shown in the above equations 20 and 21. Given. That is, when both the main system 1 and the additional system 2 are damped using the first method, the mass ratio μ of the first mass body 1A and the second mass body 2A is substituted into the equations 20 and 21, respectively. A stiffness parameter p 21 and a damping parameter z 21 that maximize the damper power P 21 are calculated. Then, by substituting the calculated parameters p 21 and z 21 into equations relating to p and z shown in Equation 5, the second elastic coefficient k 2 and the damping coefficient c 2 of the additional system 2 are calculated and designed.

ここで、図2,3を用いて、第一手法により設計した付加系2(k2,c2)を主系1に対して設けたモデルの制振性能を評価する。図2は、横軸に周波数比λをとり、縦軸に振動パワーをとったグラフであり、第一手法を用いた場合のダンパパワーP21,入力パワーP11をそれぞれ実線,破線で示す。一方、図3は、横軸に周波数比λをとり、縦軸にコンプライアンス(制振性能,全体的な振動)をとったグラフであり、第一手法により付加系2を設計した場合の制振性能を実線で示し、従来の定点理論により付加系を設計した場合の制振性能を破線で示す。なお、これらの図では、質量比μを0.5として計算している。 Here, with reference to FIGS. 2 and 3, the damping performance of a model in which the additional system 2 (k 2 , c 2 ) designed by the first method is provided for the main system 1 is evaluated. FIG. 2 is a graph in which the horizontal axis represents the frequency ratio λ and the vertical axis represents the vibration power. The damper power P 21 and the input power P 11 when the first method is used are indicated by a solid line and a broken line, respectively. On the other hand, FIG. 3 is a graph in which the horizontal axis represents the frequency ratio λ and the vertical axis represents the compliance (damping performance, overall vibration), and the vibration damping when the additional system 2 is designed by the first method. The performance is shown by a solid line, and the damping performance when an additional system is designed by the conventional fixed point theory is shown by a broken line. In these figures, the calculation is made assuming that the mass ratio μ is 0.5.

図2によれば、第一手法を用いることで、周波数比λが1以上の周波数帯(すなわちω≧ω0)において、ダンパパワーP21が負の値になるとともに最小値(絶対値が最大値)をとることがわかる。また、これに伴って入力パワーP11も小さくなっている。さらに、図3によれば、周波数比λが1以上の周波数帯(ω≧ω0)では、第一手法で設計した場合の方が従来手法と比べて、制振性能が向上していることがわかる。つまり、上記の式20,21から付加系2を設計することで、ダンパパワーP21を最大化でき、主系1及び付加系2の振動を抑制することが可能となる。 According to FIG. 2, by using the first method, the damper power P 21 becomes a negative value and the minimum value (the absolute value is the maximum) in the frequency band where the frequency ratio λ is 1 or more (that is, ω ≧ ω 0 ). Value). Along with this, the input power P 11 also decreases. Furthermore, according to FIG. 3, in the frequency band where the frequency ratio λ is 1 or more (ω ≧ ω 0 ), the damping performance is improved when the first method is designed compared to the conventional method. I understand. That is, by designing the additional system 2 from the above equations 20 and 21 , the damper power P 21 can be maximized, and vibrations of the main system 1 and the additional system 2 can be suppressed.

[1−5.第二手法:入力パワーP11の最小化]
次に、第二手法について説明する。上記の式13より、s=λiとして入力パワーP11を求めると、以下の式22で与えられる。なお、上記の式17の等式を用いて式22を変形すると式23となる。
[1-5. Second method: minimization of input power P 11 ]
Next, the second method will be described. From the above Equation 13, when s = λi and the input power P 11 is obtained, the following Equation 22 is given. Note that Equation 23 is obtained by transforming Equation 22 using Equation 17 above.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

上記の式22,23によれば、入力パワーP11は正の値となる。
ここで、式9において剛性パラメータpを無限大(p→∞)にすると、モビリティM11は以下の式24となる。
According to the above equations 22 and 23, the input power P 11 is a positive value.
Here, when the stiffness parameter p is set to infinity (p → ∞) in Expression 9, the mobility M 11 is expressed by Expression 24 below.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

したがって、s=λiとすると、式13より式24の実部は0であることから、入力パワーP11は「P11→0」となる。
同様に、式9において減衰パラメータzを無限大(z→∞)にすると、モビリティM11は以下の式25となる。
Therefore, when s = λi, the real part of Expression 24 is 0 according to Expression 13, and therefore the input power P 11 is “P 11 → 0”.
Similarly, when the attenuation parameter z is set to infinity (z → ∞) in Expression 9, the mobility M 11 is expressed by Expression 25 below.

Figure 2017151866
Figure 2017151866

したがってこの場合も、s=λiとすると、式13より式25の実部は0であることから、入力パワーP11は「P11→0」となる。つまり、剛性パラメータpを無限大に設定するか、あるいは減衰パラメータzを無限大に設定することで、入力パワーP11が最小化(すなわち略0に)される。 Therefore, also in this case, when s = λi, the real part of Expression 25 is 0 from Expression 13, and therefore the input power P 11 becomes “P 11 → 0”. That is, by setting the stiffness parameter p to infinity or setting the damping parameter z to infinity, the input power P 11 is minimized (ie, substantially zero).

ここで、パラメータp,zを無限大に設計した場合の入力パワーP11及びダンパパワーP21を図4に示す。図4は図2に対応するグラフである。図4によれば、入力パワーP11が0近傍の値になっていることがわかる。また、これに伴ってダンパパワーP21も同じく0近傍の値になっている。つまり、入力パワーP11を最小化(すなわち略0)にするためには、二つのパラメータp,zの少なくとも一方を無限大に設定すればよいことがわかる。 Here, FIG. 4 shows the input power P 11 and the damper power P 21 when the parameters p and z are designed to be infinite. FIG. 4 is a graph corresponding to FIG. According to FIG. 4, it can be seen that the input power P 11 is a value near zero. Along with this, the damper power P 21 is also a value near zero. That is, it can be seen that in order to minimize the input power P 11 (that is, approximately 0), at least one of the two parameters p and z may be set to infinity.

剛性パラメータpを無限大に設定することは、付加系2の第二弾性係数k2を無限大に設定することを意味し、このことは、第一質量体1Aと第二質量体2Aとを一体で振動させることに相当する。言い換えると、剛性パラメータpを無限大に設定すると、主系1の第一質量m1を付加系2の第二質量m2の分だけ増大させることとなるため、振動f1が入力されたときの全体的な振動を抑制することが可能となる。また、減衰パラメータzを無限大に設定することは、付加系2の減衰係数c2を無限大に設定することを意味する。言い換えると、減衰パラメータzを無限大に設定すると、入力された振動f1をほぼ全て吸収することができ、全体的な振動を抑制することが可能となる。 Setting the stiffness parameter p infinity, means to set the second elastic coefficient k 2 of the additional system 2 to infinity, this means that the first mass body 1A and the second mass body 2A This is equivalent to making it vibrate together. In other words, setting the stiffness parameter p to infinity, since that would increase the first mass m 1 of the main system 1 minute only the second mass m 2 of additional system 2, when the vibration f 1 is input It is possible to suppress the overall vibration. In addition, setting the attenuation parameter z to infinity means setting the attenuation coefficient c 2 of the additional system 2 to infinity. In other words, when the damping parameter z is set to infinity, almost all the input vibration f 1 can be absorbed, and the overall vibration can be suppressed.

しかしながら、実際の設計では、パラメータp,zを無限大にする(すなわちk2,c2を無限大にする)ことはできない。そのため、実際には、主系1及び付加系2(制振構造)の全体的な振動が所定範囲内に収まるか否かを考慮してパラメータp,zの少なくとも一方をできる限り大きな値に設定する。この所定範囲は、例えば体性感覚に基づいて設定される。体性感覚とは、人間が感じる触覚や圧覚などの表面感覚(皮膚感覚)と運動感覚や深部痛などの深部感覚とを合わせた感覚であり、例えば、車両を運転するドライバが、路面から伝わってくる振動を感じる感覚や、エンジンやサスペンション装置等の車載機器から伝わってくる振動を感じる感覚がこれに該当する。体性感覚に基づいて設定される所定範囲としては、例えば「ドライバが感じる振動を不快と思わない範囲」が挙げられる。このように体性感覚に基づく場合には、官能評価(官能検査)やシミュレーション等を実施することで所定範囲を設定可能である。また、上記の所定範囲を、第二弾性体2Bやダンパ2Cに要求される性能(例えば弾性性能,減衰性能,安全性,信頼性など)等に基づいて設定してもよい。 However, in an actual design, the parameters p and z cannot be infinite (that is, k 2 and c 2 cannot be infinite). Therefore, in practice, at least one of the parameters p and z is set as large as possible in consideration of whether or not the overall vibration of the main system 1 and the additional system 2 (damping structure) falls within a predetermined range. To do. This predetermined range is set based on somatic sensation, for example. Somatosensory sensation is a combination of surface sensation (skin sensation) such as tactile sensation and pressure sensation that humans feel, and deep sensation such as motor sensation and deep pain. This is the sense of feeling the vibration coming in and the feeling of feeling the vibration transmitted from the in-vehicle equipment such as the engine or suspension device. Examples of the predetermined range set based on the somatic sensation include “a range where the vibration felt by the driver is not uncomfortable”. Thus, when based on somatic sensation, a predetermined range can be set by performing sensory evaluation (sensory test), simulation, or the like. Further, the predetermined range may be set based on performances required for the second elastic body 2B and the damper 2C (for example, elastic performance, damping performance, safety, reliability, etc.).

つまり、第二手法では、二つのパラメータp,zの少なくとも一方が、制振構造の全体的な振動(第二弾性体2B及びダンパ2Cで制振されたのちの振動)を所定範囲内に収めながらできる限り大きな値に設定される。言い換えると、第二手法を用いて主系1及び付加系2を共に制振させる場合には、パラメータp,zの少なくとも一方を、全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定する。パラメータp,zを大きな値に設定すればするほど、入力パワーP11を0に近付けることができる。 That is, in the second method, at least one of the two parameters p and z reduces the overall vibration of the damping structure (vibration after being damped by the second elastic body 2B and the damper 2C) within a predetermined range. It is set to as large a value as possible. In other words, when both the main system 1 and the additional system 2 are damped using the second method, at least one of the parameters p and z is set to the maximum value when the overall vibration falls within the predetermined range. Set. The larger the parameters p and z are set, the closer the input power P 11 can be to zero.

また、上述した第二手法に対し、上述した第一手法を盛り込むことも可能である。具体的には、剛性パラメータp及び減衰パラメータzの各下限値を、ω≧ω0の周波数帯においてダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21,減衰パラメータz21に設定する。つまり、第一手法を盛り込んだ第二手法では、全体的な振動を考慮しながら、剛性パラメータpが式20で与えられる剛性パラメータp21以上の値に設定されるとともに、減衰パラメータzが式21で与えられる減衰パラメータz21以上に設定される。 Moreover, it is also possible to include the first method described above with respect to the second method described above. Specifically, the lower limit values of the stiffness parameter p and the damping parameter z are set to the stiffness parameter p 21 and the damping parameter z 21 at which the damper power P 21 becomes maximum in the frequency band of ω ≧ ω 0 . That is, in the second method including the first method, the stiffness parameter p is set to a value equal to or greater than the stiffness parameter p 21 given by the equation 20 while considering the overall vibration, and the damping parameter z is set to the equation. 21 is set to an attenuation parameter z 21 or more given by 21 .

このような第二手法を用いて主系1及び付加系2を共に制振させる場合には、例えば、減衰パラメータzを式21で与え(すなわちz=z21に設定し)、剛性パラメータpを全体的な振動を考慮してp≧p21に設定する。あるいは、剛性パラメータpを式20で与え(すなわちp=p21に設定し)、減衰パラメータzを全体的な振動を考慮してz≧z21に設定する。そして、設定されたパラメータp,zを式5に示すp,zに関する等式に代入することで、付加系2の第二弾性係数k2及び減衰係数c2を演算,設計する。 When both the main system 1 and the additional system 2 are damped using such a second method, for example, the damping parameter z is given by Equation 21 (that is, z = z 21 is set), and the stiffness parameter p is set. Is set to p ≧ p 21 in consideration of the overall vibration. Alternatively, the stiffness parameter p is given by Equation 20 (that is, p = p 21 is set), and the damping parameter z is set to z ≧ z 21 in consideration of the overall vibration. Then, the second elastic coefficient k 2 and damping coefficient c 2 of the additional system 2 are calculated and designed by substituting the set parameters p and z into equations relating to p and z shown in Expression 5.

ここで、第一手法を盛り込んだ第二手法によって付加系2を設計した場合の制振性能を図5中に太実線で示す。なお、図5は図3のグラフに対して太実線で追加したグラフである。図5によれば、周波数比λが1以上の周波数帯(ω≧ω0)では、第一手法を盛り込んだ第二手法で設定した場合の方が、第一手法のみの場合に比べて制振性能がより向上していることがわかる。つまり、上記の式20,式21で与えられるパラメータp21,z21の何れか一方を下限値としつつ、もう一方のパラメータp,zを全体的な振動を考慮して設定し、付加系2を設計すれば、ダンパパワーP21を最大化しながら入力パワーP11を最小化することができ、主系1及び付加系2の振動をより効果的に抑制することが可能となる。 Here, the damping performance when the additional system 2 is designed by the second method including the first method is shown by a thick solid line in FIG. 5 is a graph added with a thick solid line to the graph of FIG. According to FIG. 5, in the frequency band where the frequency ratio λ is 1 or more (ω ≧ ω 0 ), the case where the second method including the first method is set is compared to the case where only the first method is used. It can be seen that the vibration control performance is further improved. That is, while either one of the parameters p 21 and z 21 given by the above equations 20 and 21 is set as the lower limit value, the other parameters p and z are set in consideration of the overall vibration, and the additional system 2 Is designed, it is possible to minimize the input power P 11 while maximizing the damper power P 21 , and to more effectively suppress the vibration of the main system 1 and the additional system 2.

[2.装置構成]
本実施形態の開発支援装置は、上述した設計処理用のコンピュータプログラム17(開発支援プログラム)を実行可能な汎用のコンピュータによって実現される。図6は、コンピュータ10を用いて開発支援装置を構成する場合の概略構成図である。
[2. Device configuration]
The development support apparatus of the present embodiment is realized by a general-purpose computer capable of executing the above-described design processing computer program 17 (development support program). FIG. 6 is a schematic configuration diagram when a development support apparatus is configured using the computer 10.

コンピュータ10(開発支援装置)は、CPU11(Central Processing Unit),メモリ12〔Read Only Memory(ROM),Random Access Memory(RAM)等〕,外部記憶装置13〔Hard Disk Drive(HDD),Solid State Drive(SSD),光学ドライブ,フラッシュメモリ,リーダライター等〕,入力装置14(キーボード,マウス等),出力装置15(ディスプレイ,プリンター装置等)および通信装置16(無線または有線の送受信装置)を備える。これらは、コンピュータ10の内部に設けられたバス18(制御バス,データバス等)を介して互いに通信可能に接続される。コンピュータプログラム17は、外部記憶装置13にインストールされる。   The computer 10 (development support device) includes a CPU 11 (Central Processing Unit), a memory 12 [Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), etc.], an external storage device 13 [Hard Disk Drive (HDD), Solid State Drive (SSD), optical drive, flash memory, reader / writer, etc.], input device 14 (keyboard, mouse, etc.), output device 15 (display, printer device, etc.) and communication device 16 (wireless or wired transmission / reception device). These are connected to be communicable with each other via a bus 18 (control bus, data bus, etc.) provided in the computer 10. The computer program 17 is installed in the external storage device 13.

なお、光学ドライブ,フラッシュメモリ,リーダライター等で読み取り可能な記録媒体19にコンピュータプログラム17を記録しておいてもよい。あるいは、コンピュータ10が接続可能なネットワーク上のオンラインストレージにコンピュータプログラム17を記録しておいてもよい。いずれにしても、コンピュータプログラム17をコンピュータ10のHDD,SSD等にダウンロードすることで、あるいはCPU11,メモリ12に読み込むことで実行可能となる。   The computer program 17 may be recorded in a recording medium 19 that can be read by an optical drive, a flash memory, a reader / writer, or the like. Alternatively, the computer program 17 may be recorded in an online storage on a network to which the computer 10 can be connected. In any case, it can be executed by downloading the computer program 17 to the HDD, SSD or the like of the computer 10 or by reading it into the CPU 11 or the memory 12.

本実施形態のCPU11は、外部記憶装置13にインストールされたプログラムをメモリ12上に読み込んで実行し、計算結果を出力装置15に出力する。設計処理に必要なデータは、入力装置14からの入力に基づいて、あるいは予め与えられた値として設定される。設計処理に必要なデータには、主系1の第一質量m1及び第一弾性係数k1と、付加系2の第二質量m2とが含まれる。なお、モデル化に際し各質量体1A,2Aの形状等のデータが必要な場合には、汎用の三次元CAD(Computer Aided Design)ソフトウェアで作成されたデータがコンピュータプログラム17に流用することによって、あるいは入力装置14からの入力によって設定される。 The CPU 11 of this embodiment reads a program installed in the external storage device 13 on the memory 12 and executes it, and outputs a calculation result to the output device 15. Data necessary for the design process is set based on an input from the input device 14 or as a value given in advance. The data necessary for the design process includes the first mass m 1 and the first elastic modulus k 1 of the main system 1 and the second mass m 2 of the additional system 2. If data such as the shape of each mass body 1A, 2A is required for modeling, data created by general-purpose three-dimensional CAD (Computer Aided Design) software can be used for the computer program 17, or It is set by input from the input device 14.

上述した設計処理を実施するコンピュータプログラム17の機能を図6中に模式的に示す。このコンピュータプログラム17には、構築部17a及び演算部17bが設けられる。なお、これらの各要素は、電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。   The functions of the computer program 17 for executing the design process described above are schematically shown in FIG. The computer program 17 is provided with a construction unit 17a and a calculation unit 17b. Each of these elements may be realized by an electronic circuit (hardware), or a part of these functions may be provided as hardware and the other part may be software.

構築部17aは、上述した制振構造のモデルを構築するものである。また、演算部17bは、主系1に入力される振動f1の角周波数ωが固有角周波数ω0以上の周波数帯である場合に、上述した第一手法及び第二手法の少なくとも一方を用いて、付加系2の第二弾性係数k2及び減衰係数c2を演算するものである。 The construction unit 17a constructs a model of the above-described vibration damping structure. Further, when the angular frequency ω of the vibration f 1 input to the main system 1 is a frequency band equal to or higher than the natural angular frequency ω 0 , the calculation unit 17b performs at least one of the first method and the second method described above. The second elastic coefficient k 2 and the damping coefficient c 2 of the additional system 2 are calculated.

本実施形態では、車両に設けられた制振構造のモデルを例に挙げて説明する。本実施形態の構築部17aは、第一質量体1Aとしてのホイールに対して、第二弾性体2B及びダンパ2Cとしてのサスペンション装置を介して第二質量体2Aとしての車体を連結したモデルを構築する。すなわち、本実施形態のモデルは、主系1がホイール(第一質量体1A)及びタイヤ(第一弾性体1B)を有し、付加系2が車体(第二質量体2A),サスペンションスプリング(第二弾性体2B)及びショックアブソーバ(ダンパ2C)を有する。なお、固定端Eは路面であり、振動f1はロードノイズである。ロードノイズf1の角周波数ωは、主系1の固有角周波数ω0よりも高い高周波数帯である(ω>ω0)。 In the present embodiment, a model of a vibration damping structure provided in a vehicle will be described as an example. The construction unit 17a of the present embodiment constructs a model in which the vehicle body as the second mass body 2A is connected to the wheel as the first mass body 1A via the suspension device as the second elastic body 2B and the damper 2C. To do. That is, in the model of the present embodiment, the main system 1 includes a wheel (first mass body 1A) and a tire (first elastic body 1B), and the additional system 2 includes a vehicle body (second mass body 2A), a suspension spring ( A second elastic body 2B) and a shock absorber (damper 2C). The fixed end E is a road surface, and the vibration f 1 is road noise. The angular frequency ω of the road noise f 1 is a high frequency band higher than the natural angular frequency ω 0 of the main system 1 (ω> ω 0 ).

本実施形態の演算部17bは、ホイールを含んだ主系1に対してロードノイズf1が入力された場合に、サスペンション装置で消費されるダンパパワーP21を最大化する第一手法と、主系1に入力される入力パワーP11を最小化する第二手法とを共に用いることで、主系1及び付加系2を共に制振させることを目的とする。つまり、第一手法が盛り込まれた第二手法を用いてホイール及びタイヤ(主系1)を制振させることで、車体(付加系2の第二質量体2A)の振動をも抑制する。 Calculating unit 17b of the present embodiment, when the road noise f 1 to the main system 1 which includes a wheel is inputted, a first approach to maximize the damper power P 21 consumed by the suspension system, mainly An object is to both suppress the main system 1 and the additional system 2 by using the second method for minimizing the input power P 11 input to the system 1. That is, the vibration of the vehicle body (the second mass body 2A of the additional system 2) is also suppressed by damping the wheel and the tire (main system 1) using the second technique in which the first technique is incorporated.

演算部17bは、まず、上記の式20,21に質量比μを代入して、ω≧ω0の周波数帯においてダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21及び減衰パラメータz21を演算する。次いで、演算した二つのパラメータp21,z21を下限値として、剛性パラメータp,減衰パラメータzの少なくとも一方を、全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定する。例えば、剛性パラメータpを、車体に伝わる振動を所定範囲内に収めつつできる限り大きな値に設定し、減衰パラメータzを演算した減衰パラメータz21に設定する。そして、設定したパラメータp,zを式5に示すp,zに関する等式に代入することで、付加系2の第二弾性係数k2及び減衰係数c2を演算,設計する。なお、演算部17bにより設計された各係数k2,c2は、外部記憶装置13内に記憶され、出力装置15により出力される。 Calculation unit 17b, first, by substituting the mass ratio μ in the equation 20 and 21 of the damper power P 21 in the frequency band of the omega ≧ omega 0 is for calculating a stiffness parameter p 21 and damping parameter z 21 with the maximum . Next, with the calculated two parameters p 21 and z 21 as lower limit values, at least one of the stiffness parameter p and the damping parameter z is set to the maximum value when the overall vibration falls within a predetermined range. For example, the stiffness parameter p is set to a value as large as possible while keeping the vibration transmitted to the vehicle body within a predetermined range, and the damping parameter z is set to the calculated damping parameter z 21 . Then, the second parameters of elasticity k 2 and damping coefficient c 2 of the additional system 2 are calculated and designed by substituting the set parameters p and z into equations for p and z shown in Equation 5. The coefficients k 2 and c 2 designed by the calculation unit 17 b are stored in the external storage device 13 and output by the output device 15.

[3.フローチャート]
図7は、上記のコンピュータ10がコンピュータプログラム17を実行する際の手順(開発支援方法)を示すフローチャートである。図7に示すように、ステップS1は初期設定のステップである。このステップS1では、設計処理に必要なデータ(第一質量m1,第一弾性係数k1,第二質量m2等)が用意され、あるいは外部記憶装置13や入力装置14等から入力される。
[3. flowchart]
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure (development support method) when the computer 10 executes the computer program 17. As shown in FIG. 7, step S1 is an initial setting step. In this step S1, data necessary for the design process (first mass m 1 , first elastic modulus k 1 , second mass m 2, etc.) are prepared or input from the external storage device 13 or the input device 14. .

ステップS2は、上述した制振構造のモデルを構築するステップ(構築工程)であり、上述した構築部17aにより実施される。このステップS2では、第一質量体1Aに対し、第二弾性体2B及びダンパ2Cを介して設けられた第二質量体2Aを有する制振構造のモデルが構築される。
ステップS3は、上述した第二弾性係数k2及び減衰係数c2を演算するステップ(演算工程)であり、上述した演算部17bにより実施される。このステップS3では、主系1に入力される振動f1の角周波数ωが固有角周波数ω0以上の周波数帯である場合に、第一手法及び第二手法の少なくとも一方が用いられて、第二弾性係数k2及び減衰係数c2が演算される。なお、ステップS4では、これらの係数k2,c2が記憶,出力される。
Step S2 is a step (building process) for building the above-described vibration damping structure model, and is performed by the building unit 17a described above. In step S2, a vibration damping structure model having the second mass body 2A provided via the second elastic body 2B and the damper 2C is constructed for the first mass body 1A.
Step S3 is a step (calculation step) for calculating the second elastic coefficient k 2 and the damping coefficient c 2 described above, and is performed by the calculation unit 17b described above. In this step S3, when the angular frequency ω of the vibration f 1 input to the main system 1 is a frequency band equal to or higher than the natural angular frequency ω 0 , at least one of the first method and the second method is used. A second elastic coefficient k 2 and a damping coefficient c 2 are calculated. In step S4, these coefficients k 2 and c 2 are stored and output.

[4.効果]
(1)上述の開発支援方法,開発支援装置10及び開発支援プログラム17では、ω≧ω0の周波数帯である場合に、ダンパパワーP21を最大化する第一手法及び入力パワーP11を最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、付加系2の係数k2,c2が演算されることから、この周波数帯における制振性能を向上させることができる。これにより、制振構造(制振対象物)の振動を抑制することができる。
[4. effect]
(1) In the development support method, the development support apparatus 10 and the development support program 17 described above, when the frequency band is ω ≧ ω 0 , the first method for maximizing the damper power P 21 and the minimum input power P 11 are minimized. Since the coefficients k 2 and c 2 of the additional system 2 are calculated using at least one of the second method to be realized, the vibration damping performance in this frequency band can be improved. Thereby, the vibration of the damping structure (damping target object) can be suppressed.

さらに、付加系2で消費されるダンパパワーP21を最大化するか、主系1に入力される入力パワーP11を最小化するか、あるいはこれらを組み合わせることで、付加系2の係数k2,c2が設計されるため、発生しうる振動を抑制することができる。すなわち、本開発支援方法,装置10及びプログラム17によれば、振動パワーPに対して直接的に対処するため、図3,5から明らかなように、制振構造に振動が発生してからその振動を抑制するという従来の手法(定点理論)に比べて全体的な振動(機械的コンプライアンス)を低減することができ、全体的な振動を効果的に抑制することができる。 Furthermore, the coefficient k 2 of the additional system 2 can be obtained by maximizing the damper power P 21 consumed in the additional system 2, minimizing the input power P 11 input to the main system 1, or a combination thereof. , C 2 are designed, vibration that may occur can be suppressed. That is, according to the present development support method, apparatus 10, and program 17, in order to deal directly with the vibration power P, as is apparent from FIGS. Compared with the conventional method (fixed point theory) of suppressing vibration, overall vibration (mechanical compliance) can be reduced, and overall vibration can be effectively suppressed.

(2)上述した第一手法では、上記の式20,21に示すように、ω≧ω0の周波数帯でダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21,減衰パラメータz21が質量比μの関数として与えられる。このため、質量比μ(=m2/m1)を決定すれば、ダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21及び減衰パラメータz21を決めることができる。これにより、上記の周波数帯においてダンパパワーP21が最大となる付加系2の係数k2,c2を簡単に設計することができ、この周波数帯での制振性能を向上させることができる。 (2) In the first method described above, the stiffness parameter p 21 and the damping parameter z 21 at which the damper power P 21 is maximum in the frequency band of ω ≧ ω 0 are represented by the mass ratio μ as shown in the equations 20 and 21 above. Is given as a function of Therefore, if the mass ratio μ (= m 2 / m 1 ) is determined, the stiffness parameter p 21 and the damping parameter z 21 at which the damper power P 21 is maximized can be determined. As a result, the coefficients k 2 and c 2 of the additional system 2 that maximizes the damper power P 21 in the above frequency band can be easily designed, and the damping performance in this frequency band can be improved.

(3)上述した第二手法によれば、剛性パラメータpを、全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定するため、入力パワーP11をできる限り小さくすることができる。つまり、第二手法では、振動源となる振動f1の入力パワーP11自体を小さくすることができるため、制振構造の振動を抑制することができる。また、減衰パラメータzを、全体的な振動が所定範囲内に収まると最大値に設定することによっても、入力パワーP11をできる限り小さくすることができるため、制振構造の振動を抑制することができる。なお、これらの場合に、所定範囲を体性感覚に基づいて設定することで、実際に人間が感じる感覚をも考慮して剛性パラメータpを設定することができる。 (3) According to the second method described above, the stiffness parameter p is set to the maximum value when the overall vibration falls within the predetermined range, so that the input power P 11 can be made as small as possible. That is, in the second method, the input power P 11 itself of the vibration f 1 serving as the vibration source can be reduced, so that the vibration of the damping structure can be suppressed. In addition, the input power P 11 can be reduced as much as possible by setting the damping parameter z to the maximum value when the overall vibration falls within a predetermined range, thereby suppressing the vibration of the damping structure. Can do. In these cases, by setting the predetermined range based on the somatic sensation, the stiffness parameter p can be set in consideration of the sensation actually felt by humans.

(4)さらに、上述した第二手法では、剛性パラメータpの下限値が、ω≧ω0の周波数帯においてダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータp21(すなわち式20で与えられるp21)に設定される。このように、第二手法に第一手法の一部を盛り込むことで、制振性能をより高めることができ、より効果的に振動を抑制することができる。また、減衰パラメータzの下限値を、ω≧ω0の周波数帯においてダンパパワーP21が最大となる減衰パラメータz21(すなわち式21で与えられるz21)に設定することによっても、制振性能をより高めることができ、より効果的に振動を抑制することができる。 (4) Further, in the second method described above, p 21 the lower limit of the stiffness parameter p, the damper power P 21 in the frequency band of the omega ≧ omega 0 is given by the stiffness parameter p 21 (i.e. formula 20, which becomes the maximum ). Thus, by including a part of the first method in the second method, it is possible to further improve the vibration damping performance, and to more effectively suppress the vibration. The damping performance can also be set by setting the lower limit value of the damping parameter z to the damping parameter z 21 (that is, z 21 given by Equation 21 ) that maximizes the damper power P 21 in the frequency band of ω ≧ ω 0. Can be further increased, and vibration can be more effectively suppressed.

(5)本実施形態で例示したように、第一質量体1Aとしてのホイールに対して、第二弾性体2B及びダンパ2Cとしてのサスペンション装置を介して第二質量体2Aとしての車体を連結したモデルを構築した場合には、路面からロードノイズf1が入力されたとしても、主系1及び付加系2を共に制振させることができるため、車体の振動を抑制することができる。 (5) As illustrated in the present embodiment, the vehicle body as the second mass body 2A is connected to the wheel as the first mass body 1A via the suspension device as the second elastic body 2B and the damper 2C. When the model is constructed, even if the road noise f 1 is input from the road surface, both the main system 1 and the additional system 2 can be controlled, so that the vibration of the vehicle body can be suppressed.

[5.その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明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。
上述した開発支援方法の具体的な内容は一例であって、上述したものに限られない。例えば、付加系2の係数k2,c2の演算において、第一手法のみを用いてもよいし、第二手法を用いる場合に、剛性パラメータp及び減衰パラメータzのうちの何れか一方の下限値の設定にのみ第一手法を盛り込んでもよい。あるいは、第二手法に第一手法を盛り込まなくてもよい。すなわち、各パラメータp,zの下限値を特に設定せず、いずれのパラメータp,zもできる限り大きな値に設定してもよい。
[5. Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
The specific content of the development support method described above is an example, and is not limited to the above. For example, in the calculation of the coefficients k 2 and c 2 of the additional system 2, only the first method may be used, and when the second method is used, either one of the stiffness parameter p and the damping parameter z is used. The first method may be included only in setting the lower limit value. Alternatively, the first method may not be included in the second method. That is, the lower limit values of the parameters p and z are not particularly set, and any of the parameters p and z may be set as large as possible.

なお、上述した制振構造(ホイール,車体等)は一例であって、制振構造は車両に適用されるものに限られない。少なくとも、第一質量体1Aに対し、第二弾性体2B及びダンパ2Cを介して設けられた第二質量体2Aを有する制振構造であれば、本設計処理によって、主系1の固有角周波数ω0以上の角周波数ωを持つ振動f1が入力された場合に主系1及び付加系2の振動を抑制することができる。 The above-described vibration damping structure (wheel, vehicle body, etc.) is an example, and the vibration damping structure is not limited to that applied to a vehicle. If the vibration damping structure has at least the second mass body 2A provided via the second elastic body 2B and the damper 2C with respect to the first mass body 1A, the natural angular frequency of the main system 1 is obtained by this design process. When a vibration f 1 having an angular frequency ω equal to or higher than ω 0 is input, vibrations of the main system 1 and the additional system 2 can be suppressed.

1 主系
1A 第一質量体
1B 第一弾性体
2 付加系,動吸振器
2A 第二質量体
2B 第二弾性体
2C ダンパ(減衰器)
10 コンピュータ(開発支援装置)
11 CPU
12 メモリ
13 外部記憶装置
14 入力装置
15 出力装置
16 通信装置
17 コンピュータプログラム(開発支援プログラム)
18 バス
19 記録媒体
1 第一質量
2 第二質量
1 第一弾性係数
2 第二弾性係数
2 減衰係数
P 振動パワー
11 入力パワー(第一振動パワー)
21 ダンパパワー(第二振動パワー)
1 振動,ロードノイズ
ω 振動f1の角周波数
ω0 主系1の固有角周波数
p 剛性パラメータ
21 ω≧ω0でダンパパワーP21が最大となる剛性パラメータ
z 減衰パラメータ
21 ω≧ω0でダンパパワーP21が最大となる減衰パラメータ
λ 周波数比
μ 質量比
0 静止状態の位置
1 第一質量体の変位量
2 第二質量体の変位量
11,M21 伝達関数(モビリティ)
1 main system 1A first mass body 1B first elastic body 2 additional system, dynamic vibration absorber 2A second mass body 2B second elastic body 2C damper (attenuator)
10 Computer (Development support device)
11 CPU
12 memory 13 external storage device 14 input device 15 output device 16 communication device 17 computer program (development support program)
18 bus 19 recording medium m 1 first mass m 2 second mass k 1 first elastic coefficient k 2 second elastic coefficient c 2 damping coefficient P vibration power P 11 input power (first vibration power)
P 21 damper power (second vibration power)
f 1 vibration, road noise ω angular frequency of vibration f 1 ω 0 natural angular frequency of main system 1 p stiffness parameter p 21 ω ≧ ω 0 , damper parameter P 21 stiffness parameter z damping parameter z 21 ω ≧ ω Damping parameter that maximizes damper power P 21 at 0 λ Frequency ratio μ Mass ratio x 0 Position at rest x 1 Displacement of first mass x 2 Displacement of second mass M 11 , M 21 transfer function ( Mobility)

Claims (9)

第一質量体及び第一弾性体を持つ主系と、第二質量体,第二弾性体及び減衰器を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系とが連結されてなる制振構造について、前記動吸振器を設計する処理をコンピュータに実行させる開発支援方法であって、
前記第一質量体に対し、前記第二弾性体及び前記減衰器を介して設けられた前記第二質量体を有する前記制振構造のモデルを構築する構築工程と、
前記主系に入力される振動の角周波数が前記主系の固有角周波数以上の周波数帯である場合に、前記付加系で消費される第一振動パワーを最大化する第一手法と前記主系に入力される第二振動パワーを最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、前記第二弾性体の弾性係数及び前記減衰器の減衰係数を演算する演算工程と、
を備えたことを特徴とする、動吸振器の開発支援方法。
A damping structure in which a main system having a first mass body and a first elastic body is connected to an additional system having a second mass body, a second elastic body, and an attenuator to form a passive dynamic vibration absorber. A development support method for causing a computer to execute a process of designing the dynamic vibration absorber,
A construction step of constructing a model of the damping structure having the second mass body provided via the second elastic body and the attenuator for the first mass body;
The first method for maximizing the first vibration power consumed in the additional system when the angular frequency of vibration input to the main system is a frequency band equal to or higher than the natural angular frequency of the main system, and the main system A calculation step of calculating an elastic coefficient of the second elastic body and a damping coefficient of the attenuator using at least one of the second method of minimizing the second vibration power input to
A development support method for a dynamic vibration absorber, comprising:
前記第一手法では、前記周波数帯において前記第一振動パワーが最大となる剛性パラメータ及び減衰パラメータが、以下の式A及び式Bで示すように前記第一質量体と前記第二質量体との質量比の関数として与えられる
ことを特徴とする、請求項1記載の動吸振器の開発支援方法。
Figure 2017151866
In the first method, the stiffness parameter and the damping parameter at which the first vibration power is maximized in the frequency band are expressed by the first mass body and the second mass body as shown by the following formulas A and B. The dynamic vibration absorber development support method according to claim 1, wherein the dynamic vibration absorber development support method is given as a function of a mass ratio.
Figure 2017151866
前記第二手法では、前記主系と前記付加系との剛性比に関する剛性パラメータが、前記制振構造の全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定される
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の動吸振器の開発支援方法。
In the second method, the stiffness parameter relating to the stiffness ratio between the main system and the additional system is set to a maximum value when the overall vibration of the damping structure falls within a predetermined range. The method for supporting development of a dynamic vibration absorber according to claim 1 or 2.
前記第二手法では、前記剛性パラメータの下限値が、前記周波数帯において前記第一振動パワーが最大となる剛性パラメータに設定される
ことを特徴とする、請求項3記載の動吸振器の開発支援方法。
4. The dynamic vibration absorber development according to claim 3, wherein in the second method, the lower limit value of the stiffness parameter is set to a stiffness parameter that maximizes the first vibration power in the frequency band. Support method.
前記第二手法では、前記付加系の減衰性能に関する減衰パラメータが、前記制振構造の全体的な振動が所定範囲内に収まるときの最大値に設定される
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の動吸振器の開発支援方法。
In the second method, the damping parameter relating to the damping performance of the additional system is set to a maximum value when the overall vibration of the damping structure falls within a predetermined range. The development support method of the dynamic vibration absorber of any one of -4.
前記第二手法では、前記減衰パラメータの下限値が、前記周波数帯において前記第一振動パワーが最大となる減衰パラメータに設定される
ことを特徴とする、請求項5記載の動吸振器の開発支援方法。
6. The dynamic vibration absorber according to claim 5, wherein in the second method, the lower limit value of the damping parameter is set to a damping parameter that maximizes the first vibration power in the frequency band. Support method.
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、前記第二弾性体及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
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の動吸振器の開発支援方法。
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 device as the second elastic body and the attenuator is constructed. The dynamic vibration absorber development support method according to claim 1, wherein the dynamic vibration absorber is developed.
第一質量体及び第一弾性体を持つ主系と、第二質量体,第二弾性体及び減衰器を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系とが連結されてなる制振構造について、前記動吸振器を設計する処理を実行する開発支援装置であって、
前記第一質量体に対し、前記第二弾性体及び前記減衰器を介して設けられた前記第二質量体を有する前記制振構造のモデルを構築する構築部と、
前記主系に入力される振動の角周波数が前記主系の固有角周波数以上の周波数帯である場合に、前記付加系で消費される第一振動パワーを最大化する第一手法と前記主系に入力される第二振動パワーを最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、前記第二弾性体の弾性係数及び前記減衰器の減衰係数を演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする、動吸振器の開発支援装置。
A damping structure in which a main system having a first mass body and a first elastic body is connected to an additional system having a second mass body, a second elastic body, and an attenuator to form a passive dynamic vibration absorber. , A development support apparatus for executing a process of designing the dynamic vibration absorber,
A construction part for constructing a model of the damping structure having the second mass body provided via the second elastic body and the attenuator with respect to the first mass body,
The first method for maximizing the first vibration power consumed in the additional system when the angular frequency of vibration input to the main system is a frequency band equal to or higher than the natural angular frequency of the main system, and the main system Using at least one of the second method for minimizing the second vibration power input to the calculation unit, calculating the elastic coefficient of the second elastic body and the attenuation coefficient of the attenuator,
A dynamic vibration absorber development support device characterized by comprising:
第一質量体及び第一弾性体を持つ主系と、第二質量体,第二弾性体及び減衰器を持ち受動型の動吸振器を構成する付加系とが連結されてなる制振構造について、前記動吸振器を設計する処理を実行する開発支援プログラムであって、
前記第一質量体に対し、前記第二弾性体及び前記減衰器を介して設けられた前記第二質量体を有する前記制振構造のモデルを構築する構築工程と、
前記主系に入力される振動の角周波数が前記主系の固有角周波数以上の周波数帯である場合に、前記付加系で消費される第一振動パワーを最大化する第一手法と前記主系に入力される第二振動パワーを最小化する第二手法との少なくとも一方を用いて、前記第二弾性体の弾性係数及び前記減衰器の減衰係数を演算する演算工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする、動吸振器の開発支援プログラム。
A damping structure in which a main system having a first mass body and a first elastic body is connected to an additional system having a second mass body, a second elastic body, and an attenuator to form a passive dynamic vibration absorber. , A development support program for executing a process of designing the dynamic vibration absorber,
A construction step of constructing a model of the damping structure having the second mass body provided via the second elastic body and the attenuator for the first mass body;
The first method for maximizing the first vibration power consumed in the additional system when the angular frequency of vibration input to the main system is a frequency band equal to or higher than the natural angular frequency of the main system, and the main system A calculation step of calculating an elastic coefficient of the second elastic body and a damping coefficient of the attenuator using at least one of the second method of minimizing the second vibration power input to
A dynamic vibration absorber development support program, characterized in that a computer is executed.
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