JP2018086911A - 能動型防振装置及び能動型防振方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】能動型防振装置200のコンピュータ206は、駆動源12の回転情報からアクチュエータ210の動作指令値Cを算出し、アクチュエータ210の内部温度Tacmに応じて動作指令値Cを補正する。コンピュータ206は、補正した動作指令値Cに基づく電圧デューティ比DUTを用いてアクチュエータ210に駆動電圧Vdを印加する。コンピュータ206は、所定区間Ztarの電圧デューティ比DUTの平均としての平均デューティ比DUTaveに基づいて内部温度Tacmを推定する。
【選択図】図3
Description
駆動源と車体との間に配置されたアクチュエータと、
前記アクチュエータに能動的振動を生成させることで前記駆動源から前記車体への振動伝達を抑制するコンピュータと
を備えるものであって、
前記コンピュータは、
前記駆動源の回転情報から前記アクチュエータの動作指令値を算出する指令値算出部と、
前記アクチュエータの内部温度に応じて前記動作指令値を補正する指令値補正部と、
補正した前記動作指令値に基づく電圧デューティ比を用いて前記アクチュエータに駆動電圧を印加する駆動制御部と、
所定区間の前記電圧デューティ比の平均としての平均デューティ比に基づいて、前記内部温度を推定する内部温度推定部と
を備えることを特徴とする。
駆動源と車体との間に配置されたアクチュエータと、
前記アクチュエータに能動的振動を生成させることで前記駆動源から前記車体への振動伝達を抑制するコンピュータと
を備える能動型防振装置を用いる方法であって、
前記コンピュータは、
前記駆動源の回転情報から前記アクチュエータの動作指令値を算出する指令値算出ステップと、
前記アクチュエータの内部温度に応じて前記動作指令値を補正する指令値補正ステップと、
補正した前記動作指令値に基づく電圧デューティ比を用いて前記アクチュエータに駆動電圧を印加する駆動制御ステップと
所定区間の前記電圧デューティ比の平均としての平均デューティ比に基づいて、前記内部温度を推定する内部温度推定ステップと
を実行することを特徴とする。
<A−1.全体構成>
[A−1−1.概要]
図1は、本発明の一実施形態に係る能動型防振装置200を搭載した車両10の概略構成図である。図1に示すように、車両10は、駆動源(原動機)としてエンジン12を有するいわゆるエンジン車両である。後述するように、車両10は、エンジン12に加えて、走行モータを有するいわゆるハイブリッド車両であってもよい。
本実施形態のエンジン12は、V型6気筒であり、エンジン12を構成する複数の気筒の一部を作動させ、残りを休止させる一部気筒休止運転が可能である。後述するように、エンジン12は、6気筒以外の気筒数(例えば、4気筒又は8気筒)であってもよい。また、V型以外の気筒配置(例えば、L型)とすることもできる。
本実施形態のバッテリ16(蓄電装置)は、いわゆる12Vバッテリであり、車両10において低電圧で作動する各種補機(能動型防振装置200を含む。)に電力を供給する。後述するように、バッテリ16に加え又はこれに代えて、別の蓄電装置を用いることも可能である。
(A−1−4−1.概要)
能動型防振装置200(以下「防振装置200」ともいう。)は、エンジン12から車体14への振動伝達を抑制する。防振装置200は、前述のエンジンマウント202f、202r及びACM ECU206に加え、電流センサ204f、204rを有する。
図2は、本実施形態のエンジンマウント202f、202rの内部構成を示す図である。図2に示すように、エンジンマウント202f、202rは、アクチュエータ210、加振板212及びゴム板214を有する。
電流センサ204f、204rは、ACM ECU206を介してバッテリ16からACM202f、202rに供給される電流(以下「駆動電流Idf、Idr」といい、「駆動電流Id」と総称する。)を検出して、ACM ECU206に出力する。
(A−1−4−4−1.ACM ECU206の概要)
ACM ECU206は、エンジンマウント202f、202rのアクチュエータ210を制御するものであり、図1に示すように、入出力部220、演算部222及び記憶部224を有する。ACM ECU206がアクチュエータ210を駆動させることにより、車体14へのエンジン振動の伝達を抑制するための振動抑制制御を行う。
[A−2−1.演算部222の概要]
図3は、本実施形態のACM ECU206の演算部222の詳細(演算部222が実現する機能を含む。)を示すブロック図である。図3に示すように、演算部222は、エンジン状態変数算出部250と、指令値算出部252と、指令値補正部254と、目標電流波形算出部256と、アクチュエータ駆動制御部258と、アクチュエータ内部温度推定部260とを有する。図3に示す演算部222の各部は、記憶部224に記憶されたプログラムを実行することにより実現される機能部である。このため、図3の一部をフローチャートのように描いている。
図4は、本実施形態のエンジン状態変数算出部250の詳細を示すブロック図である。上記のように、変数算出部250は、エンジン状態変数として、エンジン振動振幅Av及びエンジン回転周期Pvを算出する。図4に示すように、エンジン状態変数算出部250は、エンジン振動振幅算出部270(以下「振幅算出部270」ともいう。)と、エンジン回転周期算出部272(以下「周期算出部272」ともいう。)とを含む。図4に示す変数算出部250の各部は、記憶部224に記憶されたプログラムを実行することにより実現される機能部である。このため、図4の一部をフローチャートのように描いている。
図5は、本実施形態の指令値算出部252の詳細を示すブロック図である。上記のように、指令値算出部252は、振幅Av及び回転周期Pvに基づいて動作指令値Cを算出する。図5に示すように、指令値算出部252は、1次指令電流算出部280と、1次位相算出部282と、2次指令電流算出部284と、2次位相算出部286と、エンジン回転周期ポイント数算出部288(以下「ポイント数算出部288」ともいう。)とを含む。図5に示す指令値算出部252の各部は、記憶部224に記憶されたプログラムを実行することにより実現される機能部である。このため、図5の一部をフローチャートのように描いている。
図7は、本実施形態の指令値補正部254の詳細を示すブロック図である。上記のように、指令値補正部254は、外気温センサ108からの外気温Texと、アクチュエータ内部温度推定部260からの内部温度Tacmとに基づいて、指令値算出部252からの指令値C(特に1次指令電流Ic1)を補正する。すなわち、後述する目標電流波形Wiが同じであっても、内部温度Tacmの相違により、アクチュエータ210が発生する力F(以下「発生力F」ともいう。)は変化する。そこで、指令値補正部254では、内部温度Tacmに応じて1次指令電流Ic1を補正する。
(A−2−5−1.目標電流波形算出部256の概要)
図8は、本実施形態の目標電流波形算出部256の詳細を示すブロック図である。上記のように、波形算出部256は、指令値補正部254が補正した指令値C(1次指令電流Ic1等)に基づいて目標電流波形Wi(図9)を算出する。図8に示すように、目標電流波形算出部256は、1次目標電流波形算出部330(以下「1次波形算出部330」ともいう。)と、2次目標電流波形算出部332(以下「2次波形算出部332」ともいう。)と、波形合成部334と、ゼロ点補正部336とを備える。図8に示す波形算出部256の各部は、記憶部224に記憶されたプログラムを実行することにより実現される機能部である。このため、図8の一部をフローチャートのように描いている。
図9は、本実施形態の1次目標電流波形算出部330が用いる目標電流波形マップ350を示す図である。目標電流波形マップ350(以下「目標波形マップ350」ともいう。)では、エンジン振動周期Pvと1次指令電流Ic1の組合せ毎に目標電流配列Miが記憶されている。目標電流配列Miは、複数の目標電流Itarからなる配列であり、目標電流波形Wiを形成する。
2次波形算出部332は、振動周期Pv、2次指令電流Ic2及び2次位相Pc2に基づいて2次目標電流波形Wi2を算出する。具体的には、2次波形算出部332は、エンジン振動周期Pv及び2次指令電流Ic2の組合せに対応する目標電流配列Miを目標波形マップ350から読み出して2次目標電流波形Wi2とする。1次目標電流波形Wi1と2次目標電流波形Wi2とで共通の目標波形マップ350を用いる場合、エンジン振動周期Pvを1/2した周期と2次指令電流Ic2の組合せに対応する目標電流配列Miを目標波形マップ350から読み出す。
波形合成部334は、1次目標電流波形Wi1と2次目標電流波形Wi2を重ね合わせて目標電流波形Wi(合成目標電流波形)を算出する。図11A〜図11Cは、本実施形態の波形合成部334が目標電流波形Wi(合成目標電流波形)を算出する様子を示す。
ゼロ点補正部336は、目標電流波形算出部256が算出した目標電流波形Wiに対してゼロ点補正を行う。図11Cに示すように、1波形演算周期Pwc全体において、目標電流波形Wiがゼロよりも大きくなる場合がある。ゼロ点補正は、目標電流波形Wiの最小値がゼロになるように目標電流波形Wi全体を下げる補正である。ゼロ点補正を行った目標電流波形Wiは、後述する図18Aに示されている。
(A−2−6−1.アクチュエータ駆動制御部258の概要)
図12は、本実施形態のアクチュエータ駆動制御部258の詳細を示すブロック図である。図13は、本実施形態のアクチュエータ駆動制御部258が出力する駆動電圧Vdの一例を示す図である。上記のように、駆動制御部258は、目標電流波形Wi(又は目標電流配列Mi)に基づいてアクチュエータ210を駆動する。より具体的には、駆動制御部258は、目標電流波形Wiに基づいて電圧デューティ比DUTを算出し、当該電圧デューティ比DUTを用いてアクチュエータ210に駆動電圧Vdを印加する。
次回値算出部360は、目標電流波形算出部256で算出された目標電流波形Wi(図11C)を構成する複数の目標電流Itarを1つずつ順番に選択して次回目標電流Itarnxt(以下「次回値Itarnxt」という。)とする。
デューティ比算出部362は、次回値算出部360からの次回値Itarnxtと、電流センサ204からの駆動電流Idに基づいて電圧デューティ比DUT(以下「デューティ比DUT」ともいう。)を算出する。デューティ比DUTは、1スイッチング周期Pswにおける駆動電圧Vdの印加時間Taの割合であり(図13参照)、下記の式(1)により定義される。
DUT=Ta/Psw (1)
DUT(n)=P(n)+I(n)+D(n) (2)
P(n)=Kp{Itar(n+1)−Id(n)} (3)
I(n)=Ki{Itar(n)−Id(n)} (4)
D(n)=D(n−1)+Kd{Itar(n)−Id(n)} (5)
図14は、本実施形態の駆動回路364の一部を示す図である。駆動回路364は、デューティ比DUTを用いてアクチュエータ210に駆動電圧Vdを印加する。換言すると、本実施形態では、パルス幅変調(PDM:pulse width modulation)を用いる。このため、駆動電圧Vdは固定電圧である。本実施形態において、駆動回路364は、演算部222(アクチュエータ駆動制御部258)の一部であるが、ACM202f、202rの一部として構成してもよい。駆動回路364は、アクチュエータ210に対する電力の供給(又は電圧の印加)を切り替える。
図15は、本実施形態の能動型防振制御で用いるアクチュエータ210の目標電流波形Wi及び駆動電流Idの波形の例を示す図である。目標電流波形Wiは、駆動電流Idの目標値である。図15に示すように、目標電流波形Wiは、アクチュエータ210が1回進退する周期(波形演算周期Pwc又は動作周期)を複数のポイントに分割して設定される。換言すると、目標電流波形Wiは、複数の目標電流Itarとして設定される。複数の目標電流Itarにより目標電流波形Wi(又は目標電流配列Mi)が形成される。
Itar−Id≧0の場合→ループ1
Itar−Id<0且つDUT>0の場合→ループ2
Itar−Id<0且つDUT≦0の場合→ループ3
(A−2−7−1.アクチュエータ内部温度Tacmの推定の基本的な考え方)
上記のように、内部温度推定部260は、デューティ比DUTに基づいてアクチュエータ内部温度Tacmを推定(又は算出)する。
図18A〜図18Cは、本実施形態の平均デューティ比DUTaveを説明するための第1図〜第3図である。具体的には、図18Aは、本実施形態の目標電流波形Wiの一例を示す。図18Aの目標電流波形Wi(目標電流配列Mi)は、図11Cの目標電流波形Wiにゼロ点補正を行ったものである。図18Bは、図18Aの目標電流配列Miを用いた場合の電圧デューティ比DUTを示す図である。このため、図18A及び図18Bの横軸は同じである。図18Cは、図18Bの一部を拡大して示す図である。
図19は、本実施形態のアクチュエータ内部温度推定部260の詳細を示すブロック図である。図19に示すように、内部温度推定部260は、出力波形特定部530と、出力平均デューティ比算出部532と、基準平均デューティ比算出部534と、平均デューティ比変化率算出部536と、内部温度算出部538とを含む。図19に示す内部温度推定部260の各部は、記憶部224に記憶されたプログラムを実行することにより実現される機能部である。このため、図19の一部をフローチャートのように描いている。
出力波形特定部530は、駆動制御部258のデューティ比算出部362(図12)から個々のデューティ比DUTを取得する。デューティ比算出部362からのデューティ比DUTは、目標電流配列Miに対応するデューティ比DUTにPID制御を行って出力された値である。出力波形特定部530は、取得した個々のデューティ比DUTを1波形演算周期Pwc分毎にまとめて出力デューティ比配列Mioutとする。
出力平均デューティ比算出部532は、電流下り区間Zdwnにおけるデューティ比DUTの平均値としての下り区間平均デューティ比DUTavedwnを、出力デューティ比配列Mioutに基づいて算出する。上記のように、ECU206は、まず対象区間Ztarにおける各デューティ比DUTから回帰直線510を算出する。そして、ECU206は、対象区間Ztarにおける回帰直線510の最大値DUTmaxと最小値DUTminの平均値((DUTmax+DUTmin)/2)を下り区間平均デューティ比DUTavedwnとする。
基準平均デューティ比算出部534は、1次指令電流Ic1(図5)とポイント数Np(図5及び図6)に基づいて基準平均デューティ比DUTaveref(図17)を算出する。図20は、本実施形態において、基準平均デューティ比算出部534が用いる基準平均デューティ比マップ550を示す。基準平均デューティ比マップ550は、1次指令電流Ic1とポイント数Npの組合せと基準平均デューティ比DUTaverefの関係を規定する。
平均デューティ比変化率算出部536は、1次指令電流Ic1(図5)とポイント数Np(図5及び図6)に基づいて平均デューティ比変化率Rdutave(図17)を算出する。図22は、本実施形態において、平均デューティ比変化率算出部536が用いる平均デューティ比変化率マップ560を示す。平均デューティ比変化率マップ560は、1次指令電流Ic1とポイント数Npの組合せと平均デューティ比変化率Rdutaveの関係を規定する。
内部温度算出部538は、出力平均デューティ比DUTaveoutと、基準平均デューティ比DUTaverefと、平均デューティ比変化率Rdutaveと、基準温度Trefとに基づいて、アクチュエータ内部温度Tacmを算出する。具体的には、内部温度算出部538は、下記の式(6)に基づいて内部温度Tacmを算出する。
Tacm=(DUTaveout−DUTaveref)・Rdutave+Tref (6)
以上説明したように、本実施形態によれば、アクチュエータ内部温度Tacmに応じて補正した動作指令値C(1次指令電流Ic1、1次位相Pc1、2次指令電流Ic2及び2次位相Pc2)に対応する電圧デューティ比DUTを用いてアクチュエータ210に駆動電圧Vdを印加する(図3等)。このため、アクチュエータ内部温度Tacmの変化の影響をアクチュエータ210の動作に反映することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
上記実施形態では、走行モータを有さないエンジン車両である車両10に能動型防振装置200(ACM ECU206)を適用した(図1)。しかしながら、例えば、ACM内部温度Tacmの推定に着目すれば、これに限らない。例えば、エンジン12に加えて走行モータを有するハイブリッド車両である車両10に能動型防振装置200を適用してもよい。或いは、能動型防振装置200の適用対象は、車両10に限らず、エンジン12等の回転駆動源を備える移動物体(船舶や航空機等)に用いることもできる。或いは、能動型防振装置200を、エンジン12等の回転駆動源を備える製造装置、ロボット又は家電製品に適用してもよい。
上記実施形態では、エンジン12を走行用(車両10の走行駆動力を生成するもの)としたが、例えば、走行モータを駆動力生成手段とする車両10であれば、エンジン12は、図示しない発電機を作動させるためのみに用いられるものであってもよい。
上記実施形態では、アクチュエータ210に対して電力を供給する蓄電装置として12Vバッテリであるバッテリ16を用いた(図1)。しかしながら、その他の蓄電装置によりアクチュエータ210に対して電力を供給してもよい。そのような蓄電装置としては、例えば、12Vよりも高電圧のバッテリ(例えば、走行モータ用のバッテリ)又はキャパシタを用いることができる。
[B−4−1.構成]
上記実施形態では、駆動回路364をACM ECU206の一部とした(図12及び図14)。しかしながら、例えば、アクチュエータ210を駆動する観点からすれば、これに限らない。例えば、駆動回路364をアクチュエータ210内に配置することも可能である。
(B−4−2−1.駆動源の回転情報)
上記実施形態では、エンジン12(駆動源)の回転情報として振動振幅Av及び振動周期Pv(エンジン回転速度Neの逆数に比例する値)を用いた(図3等)。しかしながら、例えば、アクチュエータ210による相殺振動を生成する観点からすれば、これに限らない。例えば、エンジン回転速度Neの時間微分値(エンジン回転加速度[rpm/s])又はこれに相当する値を用いることも可能である。
上記実施形態では、出力平均デューティ比DUTaveoutと基準平均デューティ比DUTaverefの偏差と平均デューティ比変化率Rdutaveの積に基準温度Trefを加算した値を内部温度Tacmとした(式(6)、図17及び図19の内部温度算出部538)。換言すると、上記実施形態では、2次直線(又は回帰直線)を用いて内部温度Tacmを推定した。しかしながら、例えば、出力平均デューティ比DUTaveout及び基準平均デューティ比DUTaverefの偏差によりACM内部温度Tacmを推定する観点からすれば、これに限らない。
上記実施形態では、平均デューティ比DUTaveの算出対象とするデューティ比DUTの区間を電流下り区間Zdwnの一部分である対象区間Ztarのみとした(図18A〜図18C)。しかしながら、電流上がり区間Zupの一部又は全部を対象区間Ztarに含ませることも可能である。
上記実施形態では、図3〜図5、図7、図8、図12及び図19に示す順番で各演算(又はステップ)を実行した。しかしながら、例えば、各演算(又はステップ)の目的を実現可能な範囲であれば(換言すると、本発明の効果を得られる場合)、各演算の順番は入れ替えることが可能である。例えば、図19において出力平均デューティ比DUTaveout、基準平均デューティ比DUTaveref及び平均デューティ比変化率Rdutaveの演算順序を入れ替える又は同時に演算することが可能である。
200…能動型防振装置 206…ACM ECU(コンピュータ)
210…アクチュエータ 252…指令値算出部
254…指令値補正部 256…目標電流波形算出部
258…アクチュエータ駆動制御部 260…アクチュエータ内部温度推定部
510…回帰直線 Av…エンジン振動振幅(回転情報)
C…動作指令値 DUT…電圧デューティ比
DUTave…平均デューティ比 DUTmax…回帰直線の最大値
DUTmin…回帰直線の最小値 Ic1…1次指令電流(動作指令値)
Ic2…2次指令電流(動作指令値) Pc1…1次位相(動作指令値)
Pc2…2次位相(動作指令値) Pv…エンジン振動周期(回転情報)
Tacm…アクチュエータ内部温度 Vd…駆動電圧
Wi…目標電流波形 Zdwn…電流下り区間
Ztar…平均デューティ比算出対象区間(所定区間)
Zup…電流上がり区間
Claims (5)
- 駆動源と車体との間に配置されたアクチュエータと、
前記アクチュエータに能動的振動を生成させることで前記駆動源から前記車体への振動伝達を抑制するコンピュータと
を備える能動型防振装置であって、
前記コンピュータは、
前記駆動源の回転情報から前記アクチュエータの動作指令値を算出する指令値算出部と、
前記アクチュエータの内部温度に応じて前記動作指令値を補正する指令値補正部と、
補正した前記動作指令値に基づく電圧デューティ比を用いて前記アクチュエータに駆動電圧を印加する駆動制御部と、
所定区間の前記電圧デューティ比の平均としての平均デューティ比に基づいて、前記内部温度を推定する内部温度推定部と
を備えることを特徴とする能動型防振装置。 - 請求項1に記載の能動型防振装置において、
前記コンピュータは、前記動作指令値から目標電流波形を算出する目標電流波形算出部をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記目標電流波形に基づいて前記電圧デューティ比を算出する
ことを特徴とする能動型防振装置。 - 請求項2に記載の能動型防振装置において、
前記目標電流波形は、電流上がり区間及び電流下り区間を備え、
前記所定区間は、前記電流下り区間の一部又は全部に対応する
ことを特徴とする能動型防振装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の能動型防振装置において、
前記内部温度推定部は、
前記所定区間に含まれる複数の前記電圧デューティ比から回帰直線を算出し、
前記所定区間における前記回帰直線の最大値と最小値との平均値を、前記平均デューティ比とする
ことを特徴とする能動型防振装置。 - 駆動源と車体との間に配置されたアクチュエータと、
前記アクチュエータに能動的振動を生成させることで前記駆動源から前記車体への振動伝達を抑制するコンピュータと
を備える能動型防振装置を用いる能動型防振方法であって、
前記コンピュータは、
前記駆動源の回転情報から前記アクチュエータの動作指令値を算出する指令値算出ステップと、
前記アクチュエータの内部温度に応じて前記動作指令値を補正する指令値補正ステップと、
補正した前記動作指令値に基づく電圧デューティ比を用いて前記アクチュエータに駆動電圧を印加する駆動制御ステップと
所定区間の前記電圧デューティ比の平均としての平均デューティ比に基づいて、前記内部温度を推定する内部温度推定ステップと
を実行することを特徴とする能動型防振方法。
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