JP2019014384A

JP2019014384A - 車体制振装置

Info

Publication number: JP2019014384A
Application number: JP2017133542A
Authority: JP
Inventors: 後藤　良次; Ryoji Goto; 良次後藤; 篤志河口; Atsushi Kawaguchi
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-31

Abstract

【課題】電動車両において、車体の振動を抑制する。【解決手段】電動車両の車体制振装置は、車両駆動用電動機に電力を供給するための電池装置１２と、電池装置１２を車体１６に対して弾性支持する弾性支持部材１４と、車両状況に応じて電池装置１２を車体１６に対して固定する固定機構１８を有する。車両状況に応じて電池装置１２を固定することで、電池装置１２の過度な振動が抑えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、車体の振動を抑制する車体制振装置に関する。

車体の振動を抑制する車体制振装置が知られている。下記特許文献１には、車体（１）に補助質量体（７）を配置し、車体の振動に応じて補助質量体（７）を加振器（８）により加振して車体（１）の振動を抑制する装置が開示されている。また、下記特許文献１には、補助質量体（７）の質量の一部をスペアタイヤ（６０）、補機に電力を供給する車載バッテリ（６５）およびラジエータ（６６）のいずれかで代替することが記載されている（段落００６０〜００６１）。なお、（）内の符号は、下記特許文献１で用いられている符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。

特開平５−２８６３３３号公報

加振器を用いて補助質量体を加振し車体を制振する技術において、加振器および補助質量体の重量により車両の重量が増加する。重量の増加を抑えるために補助質量体を軽量化すれば、制振効果が小さくなり、また、これを補うために加振力を大きくすれば加振器の大形化が必要となって重量の増加を招いてしまう。また、補助質量体の質量の一部をすでに搭載されている車載物で代替する場合、車載物によっては加振器による振動で損傷する可能性がある。

本発明は、重量の増加を抑制し、また車載物を利用した場合には車載物の損傷を抑制する車体制振装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車体制震装置は、車両駆動用電動機に電力を供給するための電池装置と、電池装置を車体に対して弾性支持する弾性支持部材と、車両状況に応じて電池装置を車体に対して固定する固定機構と、を有する。

電池装置が弾性支持されている際には、電池装置がダイナミックダンパとして機能する。車両の状況、例えば電池装置の振動が大きくなる状況や車体の振動が制振するほどには大きくならない状況においては、電池装置を車体に対して固定され、電池装置の過度な振動が抑制される。

車両状況は、ばね上質量、車両速度、および走行中の路面の状態のうちの少なくとも１つとすることができる。

固定機構は、弾性支持部材により支持されているときの中立点から偏位した位置で電池装置を固定し、車体の振動の位相に対応したタイミングで固定を解放するものとすることができる。

電池装置が弾性支持されることで、電池装置がダイナミックダンパとして機能し車体の振動が抑制される。また、車両状況に応じて電池装置を固定することにより、電池装置の過度な振動が抑制され、電池装置の振動による損傷を抑制することができる。

車体制振装置を備えた車両の概略構成を示す模式図である。カムを用いて電池装置を固定する固定機構の模式図である。カムを用いた固定機構の動作説明図である。固定機構の他の例を示す図である。固定機構のさらに他の例を示す図である。電池装置を固定支持した状態の振動を示す図である。電池装置を弾性支持した状態の振動を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の車体制振装置を備えた車両、特に電動車両１０の構成を模式的に示す図である。近年、車両を駆動する原動機として電動機を備えた車両が普及している。例えば、車両駆動源動機として内燃機関と電動機を搭載したハイブリッド自動車、電動機のみを搭載した電気自動車などが知られている。これらの自動車は、電動機に電力を供給するための二次電池を搭載している。また、燃料電池自動車も電動機により駆動される車両であり、燃料電池からの電力が直接、または二次電池を介して電動機に供給される。以下、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの電動機により車両を駆動する車両を「電動車両」と記す。また、車両駆動用電動機に供給する電力の電源となる二次電池、燃料電池を「電池」と記す。これらの電池は、充放電を管理する機器、冷却装置などの周辺機器と共に、電池ケースに収められている。電池等を電池ケースに収め一体化した構成を以下「電池装置」と記す。

電動車両１０は、車両駆動用電動機に電力を供給するための電池装置１２を搭載している。電動車両１０がハイブリッド自動車または電動自動車であれば、電池装置１２は、二次電池装置である。また、電動車両１０が燃料電池装置自動車であれば、電池装置１２は、燃料電池装置、または燃料電池装置により発電された電力を一旦蓄電する二次電池装置である。

電池装置１２は、ばねやゴムなどの弾性支持体を含む弾性支持部材１４により車体に対して弾性支持されている。支持点は同一平面上にない４点とすることができる。このとき、弾性支持部材１４で支持される電池装置の重心が、前記の４つの支持点で形成される四面体の内部に位置するようにすることが望ましい。重心をこのような配置とすることで、電池装置等に外力が作用したときに電池装置等に作用するモーメントを小さくすることができる。また、支持点を３点とし、支持される電池装置の重心が、前記の３つの支持点で規定される平面上であって３つの支持点で形成される３角形の内側に位置するようにすることが望ましい。重心をこのような配置とすることで、電池装置に外力が作用したときに電池装置等に作用するモーメントを小さくすることができる。さらにまた、電池装置１２は、ヒンジ軸によって、このヒンジ軸周りに回動可能な状態で支持され、ヒンジ軸から離れた点において弾性支持体で支持するようにできる。

弾性支持部材１４は、ダンパを含んでいてもよい。弾性支持体がゴム製である場合には、ゴム自体の減衰能をダンパとして利用することができる。また、コイルばねなどでは、大きな減衰効果が期待できないので、別途油圧ダンパなどと組み合わせて使用することができる。

さらに、電池装置１２は、固定機構１８により車体に対して固定することができる。固定機構１８は、車両状況に応じて電池装置１２を固定または解放する。電池装置１２は、固定機構１８により固定された際には、車体に対して固定支持され、固定機構１８による固定から解放された際には、弾性支持部材１４よって車体に対して弾性支持される。固定機構１８の固定／解放の動作を制御する制御部２０が設けられる。制御部２０は、ばね上質量、車両速度、路面の状態などの車両状況に応じて固定機構１８の動作を制御する。

電池装置１２が弾性支持されている状態では、電池装置１２が車体１６のばね上に対してダイナミックダンパとして機能する。電池装置１２の質量および弾性支持部材１４のばね定数を適切に設定しておくことにより、ダイナミックダンパによって車体１６に発生する振動を抑制することができる。電池装置１２と弾性支持部材１４からなるダイナミックダンパの固有振動数を、車体の固有振動数に合わせて設定することができる。

ばね上質量は、例えば、座席、荷台に配置された荷重センサに基づき取得することができる。あらかじめ取得されている車体のばね上質量に、車両停止時において荷重センサにより取得された質量を加算することで、そのときのばね上質量を取得することができる。また、サスペンションのストローク、またはサスペンションに掛かる荷重をセンサを用いて取得し、これに基づきばね上質量を取得してもよい。さらに、タイヤの空気圧を取得し、これに基づきばね上質量を取得してもよい。

制御部２０は、取得されたばね上質量が所定の値を超える場合には、電池装置１２を固定するように固定機構１８を制御する。ばね上質量が大きい場合には、ばね上質量の増加によって乗り心地が向上するため、電池装置１２によるダイナミックダンパの効果が相対的に小さくなる。このため、電池装置１２を弾性支持する必要性が低くなるため、このときには電池装置１２を固定支持する。

車両速度は、車両速度センサを用いて取得することができる。制御部２０は、取得された車両速度が所定値を超える場合には、電池装置１２を固定するように固定機構１８を制御する。車両速度が高いときには、発生する振動が大きくなり、電池装置１２によるダイナミックダンパの効果が相対的に小さくなる。このため、電池装置１２を弾性支持する必要性が低くなるため、このときには電池装置１２を固定支持する。また、車両速度が高いときには、車体１６への入力が大きくなるため電池装置１２の振動も大きくなる可能性がある。この振動から電池装置１２を保護するため、車両速度が所定値を超えるときには、電池装置１２を固定支持する。

路面の状態については、ＧＰＳ（全地球測位システム）などを利用して取得された現在位置と、経路誘導装置などに記憶された地図情報とを用い、今後走行する経路を取得し、この情報から路面の凹凸等の路面状態に係る情報を取得する。路面の凹凸の大きさや凹凸に遭遇する頻度が所定値より大きくなる場合、制御部２０は、電池装置１２を固定するように固定機構１９を制御する。路面の凹凸が大きい、また遭遇の頻度が大きいと、電池装置の振動が大きくなる可能性がある。この振動から電池装置１２を保護するため、路面の凹凸や遭遇の頻度が所定値を超える場合には、電池装置１２を固定支持する。また、路面の状態は、車載カメラなどの前方監視装置に基づき取得することもできる。前方に段差がある場合など、車載カメラが取得した映像から段差を発見することができる。

固定機構１８は、例えば、油圧シリンダなどのアクチュエータによって、図１に示すように弾性支持部材１４による支持方向（図１において上下方向）に直交する方向から挟持して、電池装置１２を固定支持するようにできる。この場合、電池装置１２は、油圧シリンダに挟持された時点の位置で支持される。したがって、挟持のタイミングを制御しなければ、固定支持されたとき、弾性支持部材１４は、圧縮された状態で固定されるか、伸張された状態で固定されるか、または中立状態で固定されるかは、まちまちである。

弾性支持部材１４が圧縮、または伸張された状態、つまり電池装置１２が中立点から偏位した位置で電池装置１２を固定するように固定機構１８Ｂを構成することができる。例えば、図２に示すように１個または複数個のカム２２を用いることができる。図２の例では、３個のカムが設けられ、カムの回動によって電池装置１２が動かされる。図３は、カム２２の動作を説明するための図である。（ａ）には、カム２２によって電池装置１２が最も下方に偏位し、可動範囲の下端に電池装置１２が位置する状態を示されている。この状態で電池装置１２は車体１６に対して固定される。カム２２は、接触点Ｃで電池装置１２に接し、電池装置１２を下方に押している。（ａ）に示す状態から、カム２２が回転中心Ｏを中心として図３において時計回りに回動すると、弾性支持部材１４の弾性力により電池装置１２が移動し、（ｂ）に示す状態となる。この状態では、電池装置１２は、まだ中立点から偏位した位置であり、また車体１６に対して固定された状態である。さらに、カム２２を回転させると、（ｃ）に示すように、カム２２と電池装置１２が接触しなくなり、電池装置１２は固定から解放され、弾性支持状態となる。電池装置１２を解放した後、カム２２は電池装置１２が移動しても接触しない位置まで退避する。電池装置１２の固定と解放を頻繁に繰り返す場合など、応答性が要求される場合には、（ｂ）に示すような移動可能な範囲の端に達していない中間的な位置で固定を行うようにすることができる。

図４は、油圧シリンダなどの直動アクチュエータ２４により、電池装置１２を偏位させた位置で固定する固定機構１８Ｃの構成例が図示されている。直動アクチュエータ２４は、電池装置１２の振動方向、つまり上下方向に進退するロッド２６を有する。直動アクチュエータ２４のロッド２６の進出により電池装置１２が押し下げられ固定される。ロッド２６が退避すると、電池装置１２は固定から解放され、弾性支持状態となる。電池装置１２を解放した後、ロッド２６または直動アクチュエータ２４は、電池装置１２が移動しても接触しない位置まで退避する。

図５は、直動アクチュエータ２８と電池装置１２に設けられた斜面３０を含む固定機構１８Ｄを示す図である。直動アクチュエータ２８は、電池装置１２の振動方向に交差する方向、特に直交する方向に進退するロッド３２を有する。ロッド３２は、進出したとき斜面３０に当接し、ロッド３２から電池装置１２に加えられる力が、斜面３０により向きを変えられ、電池装置１２を下向きの押し下げる力となる。直動アクチュエータ２８のロッド３２の進出すると、図５の（ａ）に示されるように、電池装置１２が押し下げられ、固定される。ロッド３２が退避すると、電池装置１２は、固定から解放され、弾性支持状態となる。電池装置１２を解放した後、ロッド３２または直動アクチュエータ２８は、電池装置１２が移動しても接触しない位置まで退避する。

電池装置１２を中立点から偏位した位置で固定することで、固定を解放したときに、弾性支持部材に蓄えられていたばね力で電池装置１２が動く。そして、このときの反力により、車体１６の振動を抑制することができる。振動による車体１６の運動方向と、解放された直後の電池装置１２の運動方向が反対方向となるタイミングで、電池装置１２を解放する。これにより、車体１６の振動と電池装置１２の振動が逆位相となり、制振効果を大きくすることができる。このために、車体１６の振動を取得するためのセンサを設けることができる。例えば、車体１６に設けられた加速度センサを利用することができる。また、車両前方を監視する装置により路面の段差を検知し、段差通過のタイミングに基づき電池装置１２を解放するようにしてもよい。

図６，７は、電池装置１２の支持状態による車体振動の差異を示す図である。図６は電池装置１２を固定支持した状態、図７は電池装置１２は弾性支持した状態の振動を示している。路面からの入力は等しい。電池装置１２を弾性支持した場合の車体の最大振幅Ｄｏ（両振幅）は、固定支持した場合の約７０％となっており、電池装置１２の弾性支持の効果が理解できる。

電池装置１２は、互いに間隔をあけて複数個を搭載してもよい。例えば、２個を前後方向に離して搭載することができる。この場合、さらに車両のピッチングを抑制することができる。

制振対象となる振動の方向は、車両の上下方向に限らず、他の方向、例えば前後方向であってもよい。

１０電動車両、１２電池装置、１４弾性支持部材、１６車体、１８，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ固定機構、２０制御部、２２カム、２４直動アクチュエータ、２６ロッド、２８直動アクチュエータ、３０斜面、３２ロッド。

Claims

車両駆動用電動機に電力を供給するための電池装置と、
電池装置を車体に対して弾性支持する弾性支持部材と、
車両状況に応じて電池装置を車体に対して固定する固定機構と、
を有する、車体制振装置。
請求項１に記載の車体制振装置であって、車両状況がばね上質量、車両速度、および走行中の路面の状態のうちの少なくとも１つである、電池装置支持装置。
請求項１または２に記載の車体制振装置であって、固定機構は、弾性支持部材により支持されているときの中立点から偏位した位置で電池装置を固定し、車体の振動の位相に対応したタイミングで固定を解放する、
電池装置支持装置。