JP2023163163A - アクティブエンジンマウントの機能診断方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機用のアクティブマウントシステムの機能性を検査するための方法を提供する。【解決手段】原動機（１）用のアクティブマウントシステムの機能性を検査するための方法であって、－エンジンシステムの作動による振動の発生を除去または低減するように構成されたアクティブマウントシステムを備えた、エンジンシステムを作動させるステップと、－前記原動機（１）の回転数表示を提供するステップ（Ｓ２）と、－少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）内で、前記回転数表示の波形をバンドパスフィルタでフィルタリングするステップ（Ｓ４）と、－前記少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）内で、前記回転数表示の波形を分析して、振動エネルギーまたは最大振幅を決定するステップ（Ｓ５）と、－前記振動エネルギーまたは前記最大振幅に応じてエラーを判定するステップ（Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）と、を含む方法。【選択図】図１

Description

本発明は、振動の大きい原動機、特に内燃機関用のアクティブマウントシステムに関し、特にアクティブエンジンマウントの機能性を検知または診断するための方法に関する。

例えば内燃機関などの原動機の振動が、例えば自動車の周辺システムを妨害することを低減するために、通常、アクティブエンジンマウントが使用される。アクティブエンジンマウントは、保持フレームと原動機との間に配置され、原動機による特定の周波数領域の励振を、適宜打ち消して補償することにより、原動機が保持されるフレームへの振動伝達が大幅に低減される。あるいは、アクティブエンジンマウントは、原動機の振動励振に応じて調整することができる制御可能な可変ダンピングを有していてもよい。

法的要求の範囲内で、自動車における全ての排出関連機能および安全関連機能を監視することが必要である。特に、原動機による振動励振は、そこで測定される回転数信号とクロストークし、ひいては原動機としての内燃機関における排気ガス排出または排出低減機能に影響を与える可能性があるため、そのような励振を減衰するアクティブエンジンマウントの機能性を監視することが必要である。

独国特許出願公開第１０２０１８１０７７３２号明細書は、エンジンの振動を車両のキャビンおよびシャーシから分離するように構成されたアクティブエンジンマウントが、所期のように機能しているかどうかを診断するための方法およびシステムを開示している。一例では、方法は、予め選択されたエンジンシリンダにおける燃焼事象の妨害を誘発し、複数のモードでアクティブエンジンマウントを作動させることによって、アクティブエンジンマウントの妨害を表示することを含み、表示は、各モード中の車両シャーシの振動量に応答している。誘発された燃焼事象の妨害に応じて、かつ、アクティブエンジンマウントが複数のモードで制御されることに応答して、シャーシの振動を監視することにより、アクティブエンジンマウントが所期のように機能しているかどうかを示すことができる。

独国特許出願公開第１０２００６０４４３２０号明細書は、駆動ユニットを車両の支持フレームに取り付けるためのアクティブマウントを開示しており、少なくとも１つの弾性パッシブマウント部材と、少なくとも１つのアクチュエータと、駆動ユニットの振動を測定するためのセンサと、センサからの測定信号を処理し、駆動ユニットから発生する振動がマウントシステム内でアクティブに減衰および／または周波数シフトされるようにアクチュエータを制御する、アクチュエータに対応付けられた制御装置と、を含む。マウントは、駆動ユニットの作動中に発生する振動をアクティブに打ち消すために使用できるだけでなく、アクティブマウントシステムに必要なセンサシステムを介して駆動装置に診断機能を提供し、部品の摩耗に起因する異常な振動を適時検知し、適切な対策を講じることにも適している。

独国特許出願公開第１０２０１８１０７７３２号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０４４３２０号明細書

本発明によれば、請求項１に係る原動機をマウントするためのアクティブマウントの機能を監視する方法と、独立形式請求項に係る対応する装置とが企図されている。
改善形態は、引用形式請求項に記載されている。

第１の態様によれば、原動機用のアクティブマウントシステムの機能性を検査するための方法であって、
－エンジンシステムの作動による振動の発生を除去または低減するように構成されたアクティブマウントシステムを備えた、エンジンシステムを作動させるステップと、
－原動機の回転数表示を提供するステップと、
－少なくとも１つの通過周波数領域内で、回転数表示の波形をバンドパスフィルタでフィルタリングするステップと、
－少なくとも１つの通過周波数領域内で、回転数表示の波形を分析して、振動エネルギーまたは最大振幅を決定するステップと、
－振動エネルギーまたは最大振幅に応じてエラーを判定するステップと、
を含む方法が企図されている。

自動車用の原動機、特に内燃機関において、原動機からの、および原動機に及ぼされる振動は、１つまたは複数のアクティブマウントを有するアクティブマウントシステムによって減衰される。ここで、原動機の振動の振動振幅が測定され、１つまたは複数のアクティブマウントのアクティブ制御によって振動が減衰される。

原動機の振動は、回転数の波形に影響を与える。他のエンジン機能の制御のために、原動機では通常、既に回転信号が検出され、原動機の振動を検知するために適宜評価することができる。

加えて、上記の方法は、回転数信号が特定の時間範囲で検出され、周波数分析を用いて、１つまたは複数の所定の周波数領域に関して評価されることが企図されている。ここで、１つまたは複数の周波数領域は、原動機の作動により、例えば共振により、励振が生じる既知の周波数領域として選択されている。

さらに、少なくとも１つの通過周波数領域は、特に負荷および／または回転数によって定義される原動機の作動点に応じて、特に特性マップを用いて決定することができる。さらに、少なくとも１つの各通過周波数領域に対するバンドパスフィルタのゲインおよび／またはエッジ勾配は、特に負荷および／または回転数によって定義される原動機の作動点に応じて、特に特性マップを用いて決定することができる。

特性マップは、原動機の作動によりそこで発生する励振がアクティブエンジンマウントの振動抑制機能によって減衰するように、少なくとも１つの通過周波数領域が表示されるように構成することができる。

回転数信号は、バンドパスフィルタを用いてフィルタリングすることができ、バンドパスフィルタの１つまたは複数の所定の周波数領域（通過周波数領域）は、そこで発生する励振が、アクティブエンジンマウントの機能によって減衰されるように選択されている。ここで、通過周波数領域は、アクティブマウントシステムによって補償または減衰される励振が、結果として得られる信号において特に顕著となるように選択されている。特に、通過周波数領域は、エンジンシステムの１つまたは複数の共振周波数を含んでよい。

閾値に基づいて振動エネルギーまたは最大振幅との閾値比較を行うことで、エラー判定することを企図することができる。特に、閾値は、原動機の作動点に応じて選択することができる。

フィルタリングされた回転数信号は、１つまたは複数の周波数領域のそれぞれの振動エネルギーまたは最大振幅を、所定の、固定または可変の閾値と比較することで評価される。特定された振動エネルギーまたは最大振幅が、１つまたは複数の周波数領域の少なくとも１つにおいて閾値を超えると、エラー応答を実行することができる。

バンドパスフィルタの特性や、振動エネルギーの閾値比較に用いられる閾値は、特性マップなどを用いて、作動点に応じて設定することができる。加えて、原動機の作動点は、例えば、負荷と回転数によって決定することができる。

エラー応答は、例えば、エラーメモリへのエラー入力、自動車の運転者へのサービス通知、フリート管理システムへのオンライン報告、妥当性検査のための測定の繰り返し、および／または緊急動作の実施を、特に原動機のエンジントルクを低下させて行うことができる。

さらなる態様によれば、原動機と、原動機の作動による保持部に対する振動励振を低減するアクティブマウントシステムと、
－エンジンシステムの作動による振動の発生を除去または低減するように構成されたアクティブマウントシステムを備えた、エンジンシステムを作動させ、
－原動機の回転数表示を提供し、
－少なくとも１つの通過周波数領域内で、回転数表示の波形をバンドパスフィルタでフィルタリングし、
－少なくとも１つの通過周波数領域内で、回転数表示の波形を分析して、振動エネルギーまたは最大振幅を決定し、
－振動エネルギーまたは最大振幅に応じてエラーを判定する、
ように構成されているマウント制御ユニットと、を備えた装置が企図されている。

実施形態を、添付の図面を参照して以下に詳述する。
アクティブマウントシステムによって自動車のフレームに垂設されている、自動車用の原動機の概略図である。 アクティブマウントシステムの機能性を検査するための方法を説明するフローチャートである。 原動機のある作動点における異なる周波数帯域の振動エネルギーレベルに関する、周波数と振動エネルギーの図である。

図１は、自動車のフレーム２に垂設された原動機１を備えた自動車のエンジンシステムの一部を概略的に示す。原動機１は、自動車を駆動するために機能し、内燃機関等として構成することができ、特に、作動時に作動点に応じて異なる振動を及ぼす可能性のある原動機として構成することができる。

原動機１は、出力軸３を介して、自動車の駆動系統に接続されている。出力軸３には、高い時間分解能で回転数信号を検出することができる回転数センサ４が配置されている。
原動機１は、１つまたは複数のアクティブマウント５を備えたアクティブマウントシステムを介してフレームに垂設されている。アクティブマウントシステムは、マウント制御信号Ｌに応じて、減衰を段階的または可変的に調整し、および／または１つまたは複数の特定の周波数での打消しを可変的に適用することを企図する。マウント制御信号Ｌは、マウント制御ユニット６によって提供される。

マウント制御ユニット６は、マイクロコントローラによって実施することができ、原動機１の作動点に応じた特性マップに基づいて、または原動機１の実際に発生した振動の測定に基づいて、アクティブマウントの制御を実行するように構成することができる。原動機１の実際に発生した振動は、センサやその他の方法で検出することができる。

アクティブマウント５の機能性を検査するために、マウント制御ユニット６またはさらなる制御ユニットにおいて、アクティブマウントシステムの適切な機能を監視するために使用される機能が設けられている。

本方法は、マウント制御ユニット６においてハードウェアおよび／またはソフトウェアで実施することができ、図２のフローチャートを参照して詳述される。
ステップＳ１において、原動機１が適切な特性マップ点で作動しているかどうかが検査される。特性マップ点は、例えば、瞬時負荷や瞬時回転数だけでなく、他のスイッチング条件によっても特徴付けることができる作動点によって決定される。

原動機が適切な特性マップ点の集合に属する作動点にあると判定された場合（選択肢：はい）、方法はステップＳ２に続き、そうでない場合（選択肢：いいえ）、ステップＳ１に戻る。適切な特性マップ点は、アクティブマウントシステムがない場合に原動機１の振動につながり得る、励振が発生する作動点であると見なされる。これらの特性マップ点は、システム知識によって、または実験的に決定され、適宜設定することができる。

ステップＳ２において、所定の評価時間窓にわたって高周波サンプリングされた回転数センサ４の回転数信号が提供される。サンプリング周波数は、十分に正確な周波数解析を実行できるようにするために、好ましくは５ｋＨｚ以上、好ましくは１０ｋＨｚ以上である。回転数信号は、通常、エンジンシステムに存在し、後述する機能のみに対するアクティブマウント５の機能性を監視するための評価のために提供される必要がある。

ステップＳ３において、通常、サンプリングされた、すなわちデジタル化された信号時系列として存在する回転数信号が、ノイズ補正される。例えば、異常値が除去され、および／または回転数信号が平滑化される。

ステップＳ４において、サンプリングされた信号時系列は、１つまたは複数の通過周波数領域を有するバンドパスフィルタでフィルタリングされる。フィルタパラメータとしてのバンドパスフィルタのゲイン、エッジ勾配および通過周波数領域（通過領域）は、所定の特性マップに従った作動状態に応じて選択することができる。特性マップは、例えば、クラッチの開閉、変速装置の摩擦結合の有無をさらに考慮することができる。

バンドパスフィルタの通過周波数領域は、アクティブマウント５によって補償される励振が、結果として得られる信号において特に顕著となるように選択される。
ステップＳ５において、周波数解析を用いて、フィルタリングされた信号時系列の各通過周波数領域に関する振動エネルギーまたは最大振幅が決定される。

ステップＳ６において、振動エネルギーもしくは最大振幅、またはそれに相当する量が、周波数領域のそれぞれに関して、それぞれ所定の閾値に基づく閾値比較によって評価される。

ステップＳ７における検査で、通過周波数領域において、結果として得られるフィルタリングされた信号時系列の振動エネルギーが閾値を超えたと判定された場合（選択肢：はい）、アクティブマウント５の機能性にエラーが生じたと判定される。

閾値は、特にバンドパスフィルタのゲイン、エッジ勾配および通過フィルタ周波数に関して、固定または可変とすることができる。閾値は、フィルタパラメータに従って、作動点にも応じて選択してもよい。あるいは、閾値は、異なるフィルタリングを施した第２の信号の振動エネルギーまたは最大振幅を示すことによって設定してもよい。

エラーが生じたと判定された場合（選択肢：はい）、ステップＳ８においてアクティブ応答が要求され、および／または、アクティブマウントにエラーがあるかどうかの評価を繰り返すことができる。さらに、対応するエラー入力、運転者へのサービス通知、またはフリート管理へのオンライン報告をトリガすることができる。そうでない場合（選択肢：いいえ）、ステップＳ１に戻る。

例えば、図３の周波数線図には、エラーがない場合のアクティブマウントシステムを用いた振動エネルギーＥの曲線ＦＬ、エラーがある場合のアクティブマウントシステムを用いた振動エネルギーＥの曲線ＦＦ、および閾値Ｓのレベルが示されている。バンドパスフィルタの通過周波数帯域はＦＢと記載されている。

本方法を周期的に繰り返すことで、アクティブマウントシステムの機能性の継続的な監視を確実に行うことができる。

Claims (11)

1. 原動機（１）用のアクティブマウントシステムの機能性を検査するための方法であって、
   －エンジンシステムの作動による振動の発生を除去または低減するように構成されたアクティブマウントシステムを備えた、エンジンシステムを作動させるステップと、
   －前記原動機（１）の回転数表示を提供するステップ（Ｓ２）と、
   －少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）内で、前記回転数表示の波形をバンドパスフィルタでフィルタリングするステップ（Ｓ４）と、
   －前記少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）内で、前記回転数表示の波形を分析して、振動エネルギーまたは最大振幅を決定するステップ（Ｓ５）と、
   －前記振動エネルギーまたは前記最大振幅に応じてエラーを判定するステップ（Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）と、
   を含む方法。
2. 前記少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）は、特に負荷および／または回転数によって定義される前記原動機（１）の作動点に応じて、特に所定の特性マップを用いて決定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）のそれぞれに対するバンドパスフィルタのゲインおよび／またはエッジ勾配は、特に負荷および／または回転数によって定義される前記原動機の作動点に応じて、特に特性マップを用いて決定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記特性マップは、前記原動機（１）の作動によりそこで発生する励振が前記アクティブマウントシステムの振動抑制機能によって減衰するように、前記少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）が表示されるように構成されている、請求項２または３に記載の方法。
5. 閾値に基づいて前記振動エネルギーまたは前記最大振幅との閾値比較を行うことで、前記エラーが判定される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記閾値は、前記原動機（１）の作動点に応じて選択される、請求項５に記載の方法。
7. エラーが判定された場合、エラーメモリへのエラー入力、自動車の運転者へのサービス通知、フリート管理システムへのオンライン報告、妥当性検査のための測定の繰り返し、および／または緊急動作の実施を、特に前記原動機のエンジントルクを低下させて行う、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記アクティブマウントシステムは、打消しを行い、制御可能な可変ダンピングを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 原動機（１）と、前記原動機の作動による保持部に対する振動励振を低減するアクティブマウントシステムと、
   －エンジンシステムの作動による振動の発生を除去または低減するように構成されたアクティブマウントシステムを備えた、エンジンシステムを作動させ、
   －前記原動機（１）の回転数表示を提供し、
   －少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）内で、前記回転数表示の波形をバンドパスフィルタでフィルタリングし、
   －前記少なくとも１つの通過周波数領域（ＦＢ）内で、前記回転数表示の波形を分析して、振動エネルギーまたは最大振幅を決定し、
   －前記振動エネルギーまたは前記最大振幅に応じてエラーを判定する、
   ように構成されているマウント制御ユニット（６）と、を備えた装置。
10. プログラムが少なくとも１つのデータ処理装置によって実行されたとき、前記データ処理装置に請求項１～９のいずれか一項に記載の方法のステップを実行させる命令を含む、コンピュータプログラム製品。
11. 少なくとも１つのデータ処理装置によって実行されたとき、前記データ処理装置に請求項１～９のいずれか一項に記載の方法のステップを実行させる命令を含む、機械可読記憶媒体。
    

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