JP2018071677A - ダイナミックダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】固有振動数が変化してしまう制振対象に適用されても制振対象の振動抑制効果が得られるダイナミックダンパの提供である。【解決手段】本発明のダイナミックダンパＤでは、気体ばねＧと、気体ばねＧに支持される錘Ｍと、気体ばねＧのばね定数を調節する調節装置Ｃとを備えて構成されている。本発明のダイナミックダンパＤでは、制振対象の固有振動数ｆｕが変化しても気体ばねＧと錘Ｍでなる系の固有振動数ｆｄを一致させて、制振効果が得られる。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイナミックダンパに関する。

ダイナミックダンパは、制振対象にばねとばねに支持される錘とを付加して、制振対象の振動を抑制するものである。詳細には、ダイナミックダンパは、ばねと錘で構成される系の固有振動数と、制振対象の固有振動数とを一致させると、制振対象の振動が抑制される原理を使用した制振装置である。

ところで、自動車等の車両は、タイヤによってばね下部材が弾性支持され、さらに、ばね下部材によって下支えされた懸架ばねによってばね上部材が弾性支持される構造となっている。よって、車両では、１Ｈｚ前後のばね上共振周波数と１０Ｈｚ前後のばね下共振周波数の二つの周波数帯で振動が大きくなる。

このような車両では、一般的に、ばね下部材とばね上部材との間に緩衝器を設置して、ばね上部材の振動を抑制するようになっているが、ばね下共振の振動の抑制には、いまだ改善の余地がある。そこで、このようなダイナミックダンパを車両のサスペンション装置に利用し、車両のばね下部材の振動を抑制しようとする試みがある（たとえば、特許文献１参照）。

特開平０６−１４３９６６号公報

ばね下部材にダイナミックダンパを適用する場合、良好な制振効果を得るためには、ばねと錘でなる系の固有振動数をばね下部材の固有振動数に一致させる必要がある。

ところが、車両の速度によってタイヤの縦ばね定数が変化するために、ばね下部材の固有振動数が変化してしまい、車両の速度によっては、ばね下部材の制振効果が著しく低下してしまう問題がある。

また、前述のダイナミックダンパでは、ばねに並列して減衰力可変ダンパを設けており、ばね下共振周波数帯からずれた周波数帯の振動に対しては減衰力可変ダンパの減衰係数を大きくして振動抑制効果を得ようとしている。

しかしながら、このように減衰力可変ダンパを設けると振動を抑制できる周波数帯域は広がるものの、減衰力可変ダンパが発揮する減衰力によってばね下部材の振動抑制効果が低減してしまうという問題が生じる。

そこで、本発明は、固有振動数が変化してしまう制振対象に適用されても制振対象の振動抑制効果が得られるダイナミックダンパの提供である。

本発明のダイナミックダンパでは、気体ばねと、気体ばねに支持される錘と、気体ばねのばね定数を調節する調節装置とを備えて構成されている。従来のダイナミックダンパでは、一旦、系の固有振動数が設定されると変更が効かず、制振対象の固有振動数が変化すると制振効果が得られなくなるが、本発明のダイナミックダンパでは、制振対象の固有振動数が変化しても気体ばねと錘でなる系の固有振動数を一致させ得る。

また、ダイナミックダンパは、制振対象の固有振動数を検知する検知部を備え、調節装置が前記系の固有振動数を制振対象の固有振動数に近づくように気体ばねのばね定数を調節するように構成されてもよい。このように構成されたダイナミックダンパでは、制振対象の固有振動数の変化に対して前記系の固有振動数を追従させて、制振対象の振動を効果的に抑制できる。

さらに、ダイナミックダンパは、気体ばねが車両のばね下部材に連結され、検知部が車両の速度に基づいてばね下部材の固有振動数を検知するように構成されてもよい。このように構成されたダイナミックダンパでは、ばね下部材の固有振動数を車両の速度からタイムリーに検知でき、ばね下部材の振動を抑制できるので、車両の速度変化によらず車両における乗り心地を良好に維持できる。

そして、さらに、ダイナミックダンパは、調節装置が気体ばねへ気体を供給可能な気体供給源と、気体ばねと気体供給源との間に設けられて気体ばねへの気体の給排と閉鎖を切換える切換弁部とを有して構成されてもよい。このようにダイナミックダンパが構成されると、調節装置による気体ばねへの気体の給排が単一の切換弁部で行えるので、コストが低減される。

本発明のダイナミックダンパによれば、固有振動数が変化してしまう制振対象に適用されても制振対象の振動抑制効果を得られる。

本発明のダイナミックダンパを車両のばね下部材に適用した状態を示す図である。 本発明のダイナミックダンパの構成図である。 車両の速度とタイヤの縦ばね定数の関係を示した図である。 本発明のダイナミックダンパにおける固有振動数を調節する処理手順を示したフローチャートである。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。本発明のダイナミックダンパＤは、図１に示すように、気体ばねＧと、気体ばねＧに支持される錘Ｍと、気体ばねＧのばね定数を調節する調節装置Ｃとを備えて構成され、図示したところでは、制振対象を車両のばね下部材Ｕとして、車両に適用されている。

ばね下部材Ｕは、ホイールＷと、ホイールＷの外周に装着されるタイヤＴと、ホイールＷを回転自在に保持するとともにばね上部材である車体Ｂに対して上下動可能に連結するアームＡとを備えている。アームＡは、本例では、車体Ｂに上下方向へ揺動可能に取り付けられたアッパーアームＡ_ＵおよびロアアームＡ_Ｌと、アッパーアームＡ_ＵおよびロアアームＡ_Ｌの先端にヒンジ連結されてホイールＷを回転自在に保持するナックルＡ_Ｎとで構成されている。

また、ばね下部材ＵにおけるアームＡと車体Ｂとの間には懸架ばねＳが介装されており、車体Ｂが懸架ばねＳにより弾性支持されている。ばね下部材Ｕは、ばね要素としてのタイヤＴとマスとしてのホイールＷとアームＡとで構成されており、懸架ばねＳとタイヤＴとの間にマスが配置されるばねマス系を構成している。

以下、ダイナミックダンパＤの各部について詳細に説明する。気体ばねＧは、本例では、図１に示すように、アームＡに装着可能な第一ブラケット１と、第一ブラケット１に対向して錘Ｍに装着可能な第二ブラケット２と、筒状であって弾性を有して第一ブラケット１と第二ブラケット２とを接続する連結筒部３とを備えている。

気体ばねＧは、連結筒部３内に充填される気体によって、第一ブラケット１と第二ブラケット２を離間させる弾発力を発揮するものである。なお、気体ばねＧの構成は、前記したところに限られず、アウターチューブと、アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブとを有して内部に気体が充填される構造や、ローリングダイヤフラムを用いた構造、その他これ以外の構造とされてもよい。

気体ばねＧは、第一ブラケット１がアームＡのアッパーアームＡ_Ｕの上方に載置して取り付けられている。錘Ｍは、第二ブラケット２の上方に載置して取り付けられており、気体ばねＧによって弾性支持される。よって、錘Ｍは、ばね下部材Ｕが上下方向に振動してアームＡが上下方向へ揺動すると、気体ばねＧが上下方向へ伸縮し、気体ばねＧを通じて前記振動が伝達されて上下方向へ振動できる。

調節装置Ｃは、本例では、図２に示すように、気体供給源４と、気体供給源４と気体ばねＧとの間に設けた切換弁部５を有する回路Ｐと、ばね下部材Ｕの固有振動数を検知して切換弁部５を制御するコントローラ６とを備えて構成されている。

気体供給源４は、本例では、タンク４ａから気体を吸込んで吐出するポンプ４ｂと、ポンプ４ｂから供給される気体によって蓄圧されるアキュムレータ４ｃとを備えて構成されている。ポンプ４ｂは、コントローラ６によってアキュムレータ４ｃの圧力を所定圧以上に保つように制御される。

回路Ｐは、アキュムレータ４ｃに接続される供給路１０と、気体ばねＧに接続される接続路１１と、タンク４ａに接続される排出路１２と、供給路１０と接続路１１と排出路１２にそれぞれ接続される三ポート三位置を有する電磁切換弁でなる切換弁部５と、供給路１０を排出路１２へ接続するリリーフ通路１３と、リリーフ通路１３に設けたリリーフ弁１４とを備えている。

切換弁部５は、前述したように、本例では、三ポート三位置を有する電磁切換弁とされており、弁体５ａと、弁体５ａを駆動するソレノイド５ｂと、弁体５ａを附勢するばね５ｃ，５ｄとを備えている。

弁体５ａは、供給路１０と接続路１１とを接続するとともに排出路１２を閉塞する供給位置と、供給路１０、接続路１１および排出路１２の全てを閉塞する遮断位置と、接続路１１と排出路１２とを接続するとともに供給路１０を閉塞する排出位置とを備える。そして、ばね５ｃ，５ｄは、ソレノイド５ｂが推力を発揮しない状態において、弁体５ａが遮断位置を採る中立位置となるように弁体５ａを附勢している。

ソレノイド５ｂは、本例では、プッシュプル型のソレノイドとされており、通電時においては、供給位置と排出位置のうち一方を選択して弁体５ａに選択した位置を採るように駆動できる。なお、ソレノイド５ｂは、非通電時には推力を発揮しないので、前述のように、弁体５ａは遮断位置を採る。

そして、切換弁部５が供給位置を採る場合、供給路１０と接続路１１とが連通されてアキュムレータ４ｃから気体ばねＧへ気体が供給され、気体ばねＧ内の圧力を上昇させて気体ばねＧのばね定数を大きくできる。反対に、切換弁部５が遮断位置を採る場合、接続路１１と排出路１２が連通されて気体ばねＧからタンク４ａへ気体が排出されて気体ばねＧ内の圧力が減少し、気体ばねＧのばね定数を小さくできる。

コントローラ６は、ばね下部材Ｕの固有振動数を検知する検知部７と調節装置Ｃを制御する制御部８とを備えている。

検知部７は、本例では、車両の速度に基づいてばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕを検知する。検知部７は、車両側から車両の速度信号の入力を受けるか、或いは、速度センサを有しており、車両の速度を把握できるようになっている。タイヤＴの縦ばね定数は、図３に示すように、車両の速度によって変化するが、検知部７は、速度とタイヤＴのばね定数との関係を示すマップを保有しており、速度からタイヤＴのばね定数をマップ演算によって求める。なお、速度とタイヤＴのばね定数との関係を関数化できる場合、検知部７で前記関数を用いて速度をパラメータとしてばね定数を求めてもよい。

ばね下部材Ｕのマスの質量、懸架ばねＳのばね定数は既知であり、タイヤＴのばね定数が分かれば、ばね下部材Ｕの固有振動数を求められる。よって、検知部７は、前述のようにして求めたタイヤＴのばね定数を用いて、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕを求める。

制御部８は、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕとダイナミックダンパＤにおける気体ばねＧと錘Ｍとでなる系の固有振動数ｆｄとが一致しているか否かを判断する。その結果、一致していない場合には、制御部８は、気体ばねＧと錘Ｍとでなる系の固有振動数ｆｄをばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕに一致するように調節装置Ｃを制御する。

具体的には、制御部８は、気体ばねＧ内の気圧を検知する圧力センサ９を備えていて、気体ばねＧの気圧を監視しており、検知した気圧から気体ばねＧと錘Ｍとでなる系の固有振動数ｆｄを求める。気体ばねＧのばね定数は、気体ばねＧの気圧によって変化するので、検知した気圧から気体ばねＧのばね定数を求められる。系の固有振動数ｆｄは、錘Ｍの質量が既知であるので、気体ばねＧのばね定数が得られれば、求められる。このように、コントローラ６は、気体ばねＧの気圧から系の固有振動数ｆｄを求める。

そして、制御部８は、検知部７が検知したばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕと系の固有振動数ｆｄとを比較して、固有振動数ｆｕが固有振動数ｆｄより大きい場合には、固有振動数ｆｄが固有振動数ｆｕに一致するまで気体ばねＧへ気体を供給する。詳細には、制御部８は、図示はしないが、切換弁部５を駆動するドライバを備えており、切換弁部５を供給位置へ切り換えて気体ばねＧへ気体供給源４から供給する。

他方、固有振動数ｆｕが固有振動数ｆｄより小さい場合には、制御部８は、固有振動数ｆｄが固有振動数ｆｕに一致するまで気体ばねＧから気体を排出する。詳細には、制御部８は、ドライバで切換弁部５を排出位置へ切り換えて気体ばねＧからタンク４ａへ気体を排出させる。

なお、制御部８は、ポンプ４ｂを駆動するドライバも備えており、アキュムレータ４ｃ内の気圧を常に所定以上の圧力に維持するため、必要な場合にはポンプ４ｂを駆動させる。

制御部８は、本例では、気体ばねＧ内の気圧を監視しているので、気圧をフィードバックして、固有振動数ｆｄが固有振動数ｆｕに一致するように気体ばねＧの気体を給排すればよい。

なお、コントローラ６は、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕの検知と調節装置Ｃの制御に必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、前記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置と、前記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、コントローラ６における各部は、ＣＰＵの前記プログラムの実行により実現できる。

コントローラ６の処理について、図４に示したフローチャートを用いて説明する。まず、コントローラ６は、速度信号を取り込んでタイヤＴの縦ばね定数を求める（ステップＦ１）。ＣＰＵのステップＦ１の処理の実行により、検知部７が実現される。つづいて、コントローラ６は、求めたタイヤＴの縦ばね定数からばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕを求める（ステップＦ２）。さらに、コントローラ６は、気体ばねＧの気圧を取り込んで系の固有振動数ｆｄを求める（ステップＦ３）。コントローラ６は、ステップＦ１およびステップＦ２の処理を実行する前にステップＦ３の処理を行うようにしてもよい。

そして、コントローラ６は、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕとダイナミックダンパＤにおける気体ばねＧと錘Ｍとでなる系の固有振動数ｆｄとが一致しているか否かを判断する（ステップＦ４）。

この判断の結果、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕと系の固有振動数ｆｄとが一致していない場合には、コントローラ６は、気体ばねＧへ気体を給排させてばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕに系の固有振動数ｆｄを一致させる（ステップＦ５）。

他方、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕと系の固有振動数ｆｄとが一致している場合、コントローラ６は、処理を終了する。コントローラ６は、所定の制御周期毎に前述の一連の処理を繰り返し実行する。よって、本発明のダイナミックダンパＤでは、制振対象であるばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕが変化すると、前述した処理を行って系の固有振動数ｆｄをばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕに一致させられる。

このように本発明のダイナミックダンパＤでは、気体ばねＧと、気体ばねＧに支持される錘Ｍと、気体ばねＧのばね定数を調節する調節装置Ｃとを備えて構成されている。従来のダイナミックダンパでは、一旦、系の固有振動数が設定されると変更が効かず、制振対象の固有振動数が変化すると制振効果が得られなくなるが、本発明のダイナミックダンパＤでは、制振対象の固有振動数が変化しても系の固有振動数ｆｄを一致させ得る。したがって、本発明のダイナミックダンパＤによれば、固有振動数が変化してしまう制振対象に適用されても制振対象の振動抑制効果を得られる。

また、本例のダイナミックダンパＤでは、制振対象（ばね下部材Ｕ）の固有振動数ｆｕを検知する検知部７を備え、調節装置Ｃが系の固有振動数ｆｄを制振対象（ばね下部材Ｕ）の固有振動数ｆｕに近づくように気体ばねＧのばね定数を調節するように構成されている。このように構成されたダイナミックダンパＤでは、制振対象（ばね下部材Ｕ）の固有振動数ｆｕの変化に対して系の固有振動数ｆｄを追従させ得る。よって、本例のダイナミックダンパＤによれば、制振対象（ばね下部材Ｕ）の固有振動数ｆｕの変化に対して系の固有振動数ｆｄを追従させて、制振対象（ばね下部材Ｕ）の振動を効果的に抑制できる。

また、本例のダイナミックダンパＤでは、気体ばねＧが車両のばね下部材Ｕに連結され、検知部７が車両の速度に基づいてばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕを検知するように構成されている。このように構成された本例のダイナミックダンパＤでは、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕを車両の速度からタイムリーに検知でき、ばね下部材Ｕの振動を抑制できるので、車両の速度変化によらず車両における乗り心地を良好に維持できる。

また、本例のダイナミックダンパＤでは、調節装置Ｃが気体ばねＧへ気体を供給可能な気体供給源４と、気体ばねＧと気体供給源４との間に設けられて気体ばねＧへの気体の給排と閉鎖を切換える切換弁部５とを有して構成されている。このようにダイナミックダンパＤが構成されると、調節装置Ｃによる気体ばねＧへの気体の給排が単一の切換弁部５で行えるので、コストが低減される。なお、回路Ｐの供給路１０と、排出路１２にそれぞれ電磁開閉弁を設ける構成の採用は妨げられないが、電磁開閉弁が二つ必要となるので本例のダイナミックダンパＤに比較すればコストが上昇する。さらに、回路Ｐの構成は、前述した構成に限られない。

また、本例の気体供給源４は、アキュムレータ４ｃを備えているが、これを廃止して、ポンプ４ｂから直接気体ばねＧに気体を供給するようにしてもよい。さらに、タンク４ａを廃止してポンプ４ｂの吸込側にフィルタやエアドライヤを設けて外気から直接気体を取り込んで気体ばねＧへ供給し、気体ばねＧからの気体の排出も外部へ行ってもよい。

車両におけるアームＡの構造は一例であり、他の構造のアームへも適用でき、ダイナミックダンパＤのばね下部材Ｕへの取付位置については、アームの構造に適した位置へ取り付ければよい。

なお、本例では、制振対象を車両のばね下部材Ｕとしているが、制振対象は車両のばね下部材Ｕに限定されるものではなく、ダイナミックダンパＤは、温度変化等によってばね定数が変化するばねで支持される制振対象に適用されても効果を発揮する。

また、本例のダイナミックダンパＤでは、検知部７がタイヤＴのばね定数の変化を車両の速度によって検知しているが、タイヤＴ内の気圧を監視して気圧からタイヤＴのばね定数を求めて、ばね下部材Ｕの固有振動数ｆｕを検知してもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

４・・・気体供給源、５・・・切換弁部、７・・・検知部、Ｃ・・・調節装置、Ｄ・・・ダイナミックダンパ、Ｇ・・・気体ばね、Ｍ・・・錘、Ｕ・・・ばね下部材（制振対象）

Claims (4)

1. 気体ばねと、
   前記気体ばねに支持される錘と、
   前記気体ばねのばね定数を調節する調節装置とを備えた
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。
2. 前記気体ばねが取り付けられる制振対象の固有振動数を検知する検知部を備え、
   前記調節装置は、前記気体ばねと前記錘でなる系の固有振動数を前記検知部で検知した前記固有振動数に近づくように前記ばね定数を調節する
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイナミックダンパ。
3. 前記気体ばねは、車両のばね下部材に連結され、
   前記検知部は、前記車両の速度に基づいて前記制振対象の固有振動数を検知する
   ことを特徴とする請求項２に記載のダイナミックダンパ。
4. 前記調節装置は、
   前記気体ばねへ気体を供給可能な気体供給源と、
   前記気体ばねと気体供給源との間に設けられて、前記気体ばねへの気体の給排と閉鎖を切換える切換弁部とを有する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のダイナミックダンパ。

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