JP3767177B2

JP3767177B2 - アクティブ制御装置

Info

Publication number: JP3767177B2
Application number: JP18270898A
Authority: JP
Inventors: 正彦長沢
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: JP2000018315A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体の振動を能動的に抑制するアクティブ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のエンジンマウントのアクティブ制御装置は、制御装置３０に、例えば図５に示すように、遅延調和シンセサイザ最小平均自乗フィルタ（以下、DXHS LMSフィルタと記す）を有する適応制御部４０を備えており、これにより能動制御を行っていた。すなわち、信号源である自動車のエンジン１１から、クランク軸回転パルス等をセンサ１２により取り出して、適応制御部４０において、制御対象周波数ωであることを判定してその制御対象信号を選択して出力し、この出力信号をDXHS LMSフィルタのフィルタ係数により振幅補償及び位相補償を行い、かつ正弦波信号に合成して出力している。出力信号は、パワーアンプ３２により増幅されて、加振器２３に入力され、加振器を加振させることにより車体振動を抑制するようにしている。一方、自動車Ｍのシート１５に取り付けられたピックアップ加速センサ１６により、制御対象となる周波数の外力信号が検出され、適応制御に用いられるようになっている。
【０００３】
ここで、DXHS LMSフィルタを用いた適応制御方法は、適応最小平均自乗フィルタ（Filtered-X LMS）におけるフィルタ係数の演算量を低減するものであり、以下のようにして行われる。
適応制御では、図６に示すように、信号源である自動車のエンジン等の振動発生源５１から、クランク軸回転パルス等をセンサ１２により信号ｓを取り出して、周波数判定部６１にて制御対象周波数ωであることを判定し、制御対象周波数ωの制御対象信号を選択し、適応フィルタＷ６２に出力する。入力信号ｘは、適応フィルタＷ６２のフィルタ係数により振幅補償及び位相補償され、かつ正弦波信号に合成されて出力される。出力信号ｙは、制御対象系６３（伝達関数Ｇ）へ供給され、処理信号ｚが出力される。処理信号ｚは、エンジンの振動等である伝達系５２（Ｇ′）を経た外力ｄが加算され、観測値としてセンサにより検出される。適応制御においてはセンサの検出値の目標は０であり、目標との差が誤差信号ｅになる。この誤差信号ｅと推定伝達関数６４の推定値を用い、デジタルフィルタ６５（DXHS LMS）により適応フィルタＷが以下に示すように逐次更新される。ここで、制御の対象となる周期性を持った信号ｄ（目標信号）を下記数１により表す。
【０００４】
【数１】
ｄ＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｊ（ω^＊ｔ＋φ^＊）｝
【０００５】
なお、ω^＊は信号ｄの角周波数を、Ｂ及びφ^＊はそれぞれ信号ｄの振幅及び位相を表す。
また、周期性の入力信号ｘは、下記数２で表され、適応フィルタＷは下記数３、伝達関数Ｇは数４のように表される。
【０００６】
【数２】
ｘ＝Ｘ・ｅｘｐ（ｊωｔ）
【０００７】
【数３】
Ｗ＝［ａ，φ］
【０００８】
【数４】
Ｇ＝［Ａ，Φ］
【０００９】
なお、ωは入力信号ｘの角周波数を、Ｘは振幅を表す。また、ａ及びφは振幅補償係数及び位相補償係数を表す。さらに、Ａ及びΦは、振幅伝達関数及び位相伝達関数を表す。
そして、適応フィルタＷの出力信号ｙ、伝達関数Ｇの出力信号ｚは、下記数５、数６のようになる。
【００１０】
【数５】
ｙ＝Ｘａ・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ＋φ）｝
【００１１】
【数６】
ｚ＝ＸａＡ・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ＋φ＋Φ）｝
【００１２】
上記角周波数ω^＊は、上記外部センサによるクランク軸回転パルス信号やイグニッションパルス信号といった既知の入力信号から導かれ、出力信号の角周波数ωと等しいとする。さらに、瞬間二乗平均誤差Ｊは、下記数７で表される。
【００１３】
【数７】
Ｊ＝ｅ^２＝（ｚ＋ｄ）^２
【００１４】
適応フィルタの更新式は下記数８のようになる。
【００１５】
【数８】

【００１６】
そして、上記数１、数６及び数７を用いて勾配ベクトル▽を求めると、下記数９のように表される。
【００１７】
【数９】

【００１８】
ここで、振幅及び位相はそれぞれ独立して計算されるため、フィルタ係数更新のための更新式において振幅及び位相のステップサイズパラメータはそれぞれμａ、μｐと表される。また、伝達関数の真値は不明であるため、これを推定値（＾を冠して表記する）に置き換えることにより、フィルタ係数の更新式は下記数１０のようになる。
【００１９】
【数１０】

【００２０】
以上に示したように、上記アルゴリズムにおいては、係数更新のための畳み込み演算を必要とせず、参照信号の生成においても畳み込み演算は不要であり、そのため、周期性の振動あるいは騒音において、その基本波とその高次成分を制御対象とした場合に、入力に外部からの高調波信号を必要としない。
【００２１】
上記適応制御において、推定伝達関数６４は、予め周波数掃引加振かインパルス応答測定試験等で得られる。また、伝達関数Ｇは、＾を冠して表記される制御対象系６４の伝達関数（Ｇ）の推定値が制御プログラム内で周波数に関してマップ化されて、適応フィルタの更新時に引用される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アクティブ制御装置を車両に適用した場合、従来、推定伝達関数は、車両の出荷時に調整されるのみなので、車両の使用環境の変化や、長期の使用による経時変化等によって推定伝達関数が変化することにより、能動制御の効果が適正に発揮されないというおそれがある。例えば、ノイズバイブレーションハーネスが悪化したり、制御装置の伝達特性が発散したりするような不具合の生じるおそれがある。
【００２３】
これに対し、推定伝達関数を適宜測定して更新していけばよいが、推定伝達関数の測定を行う場合にはスイープ加振等を行って車体に連続的に振動を加えなければならず、乗員に対して不快感を与えることになるため、通常、エンジン運転時に測定を行うことはできないことになっていた。また、仮に運転時に推定伝達関数の測定が行えるとしても、所定周波数の範囲で全周波数の測定を行う必要があるため、測定時間が非常に長くなると共に、測定データを一時的に保管するためのメモリ（ＲＡＭ）の容量を大きくする必要があり、メモリコストが高価になるという問題もある。
【００２４】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、車両の使用環境の変化や経時変化等による推定伝達関数の変化に対し、その是正を乗員に不快感を与えないで適正に行うことができ、さらに測定データ記憶のためのメモリが安価なアクティブ制御装置を提供することを目的とするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するために、上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、車両の振動発生源からの周期性のパルス信号に基づく入力信号を、適応フィルタの振幅補償係数及び位相補償係数の関数であるフィルタ係数により振幅補償及び位相補償を行い、さらに車両の制御対象系の伝達関数により処理した後、伝達関数による処理信号と振動発生源からの外力を加算し、加算の結果である誤差と、車両の制御対象系の予め規定された推定伝達関数データにより入力信号を振幅及び位相処理した推定伝達関数処理信号とに基づいてデジタルフィルタにより適応フィルタのフィルタ係数の逐次更新を行い、適応フィルタに基づいて加振器の加振制御を行って車体振動を能動的に抑制するアクティブ制御装置において、推定伝達関数データに対応する所定周波数の範囲内で推定伝達関数データより少なくかつ離散した複数の測定周波数を選択し、車両のエンジン運転中の異なった時間に、複数の測定周波数の信号により短時間に且つスポット的に順次加振器を加振させ、加振による応答を測定して推定伝達関数を算出してデータテーブルＲＡＭに一時的に記憶していき、該一時的に記憶した複数の推定伝達関数とデータテーブルＲＡＭに記憶した予め規定された推定伝達関数データとの比較により推定伝達関数データ全体の変化を推定し、推定した結果に基づいて推定伝達関数データ全体を更新するようにしたことにある。
【００２６】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、車両のエンジン運転中の異なった時間に、離散した複数の測定周波数の信号により短時間に且つスポット的に順次車体に加振を加えればよいので、加振に伴う振動によって、乗員に不快感を与えることはない。また、エンジン稼動中の異なった時間毎に推定伝達関数の測定が行われ、測定された値によって更新が行なわれるため、推定伝達関数データ全体を適正な状態に維持することができ、適正な能動制御を行うことができる。
【００２７】
さらに、推定伝達関数データより少なくかつ所定周波数の範囲内で離散した測定周波数を選択し、この周波数の信号による加振の結果に基づいて推定伝達関数を算出し、算出した推定伝達関数と予め規定された推定伝達関数データとの比較により推定伝達関数データ全体の変化を推定し、推定した結果に基づいて推定伝達関数データ全体を更新するようにしている。そのため、請求項１の発明によれば、推定伝達関数の測定時間が短縮されると共に、測定データを一時的に保管するためのメモリ容量を低減でき、メモリコストを低減できる。
【００２８】
また、上記請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載のアクティブ制御装置において、複数の測定周波数を、加振制御を行っている周波数と異ならせたことにある。
上記のように請求項２の発明を構成したことにより、加振制御を適正に行いながら、異なった周波数の加振により推定伝達関数の測定を確実に行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明すると、図１は、同実施形態である、４サイクルガソリンエンジン車の振動除去のためのDXHS LMSフィルタを用いたアクティブ制御装置を概略的に示したものであり、図２は、DXHS LMSフィルタを用いた適応制御系をブロック図により示したものである。
【００３０】
ガソリンエンジン車Ｍは、車体１０にアクチュエータ搭載エンジンマウント（以下、エンジンマウントと記す）２０を搭載している。エンジンマウント２０は、図３に示すように、両端が封止された略円筒状のケース２１を有している。ケース２１は、軸方向の略中間位置にて外側に同軸的に膨出した環状凸部２１ａを有している。環状凸部２１ａの内壁側には、略円盤状の防振ゴム２２が周方向に沿って同軸的に固定されている。防振ゴム２２は、ケース２１の一端側（図示上端）に向けて軸方向断面形状が山形に突出しており、山形の頂部側には略逆円錐状の固定金具２４が同軸的に固定されている。固定金具２４の平坦面（図示上端面）の周縁部には、防振ゴム２２が回り込んでケース２１一端側に向けて突出した環状のストッパ部２２ａが形成されている。固定金具２４の平坦面の軸心位置には、固定軸２５が同軸的に取り付けられており、その先端がケース２１の一端側中心位置に設けた貫通穴２１ｂから突出している。固定軸２５には、軸心位置にねじ孔が形成されている。そして、ケース２１内において防振ゴム２２の反対側（図示下方）には、エンジンの動的変位を制御する加振器であるアクチュエータ２３が設けられている。ケース２１の他端側（図示下端）中心位置には、ねじ溝を有する固定軸２６が外方に向けて同軸的に設けられている。
【００３１】
エンジンンマウント２０は、固定軸２６によって車体１０に固定され、固定軸２５にエンジン１１を取り付けることにより、エンジン１１を弾性的に支持している。エンジン１１のクランク軸には、回転パルスセンサ１２が設けられており、回転パルスセンサ１２は、クランク軸回転パルス信号を出力し、これに基づいて後述する制御部３１は、出力信号の基本周波数を決定する。また、自動車Ｍのシート１３には、制御対象となる回転数（周波数）を検出するピックアップ加速センサ１４が取り付けられている。
【００３２】
振動除去を制御する電気制御装置３０は、マイクロコンピュータよりなる制御部３１を備えると共に、その一部に上記した適応制御部４０を有している。また、適応制御部４０には、推定伝達関数のデータを記憶したデータテーブルＲＡＭ４１が格納されている。制御部３１は、図４に示す「振動除去制御プログラム」を実行するものである。制御部３１の入力側には、上記回転パルスセンサ１２及びピックアップ加速センサ１４が接続されている。制御部３１の出力側には、パワーアンプ３２を介してエンジンマウント２０のアクチュエータ２３が接続されている。
【００３３】
本実施形態では、４サイクル４気筒エンジンを搭載した自動車を対象としており、その主な使用回転数６００〜６０００ｒｐｍ間では、問題となる回転二次成分の振動周波数範囲は２０〜２００Hzである。この周波数範囲で、例えば１０Hz間隔で２１個の離散した測定周波数ｆ_１〜ｆ_２１が選択され、各測定周波数について所定の間隔例えば１０分間隔で１周期間の加振がスポット的に行われ、伝達関数の計測が行われる。所定間隔については、一定でも異なっていてもよい。計測に要する時間は、スポット的に行われる加振を乗員が感じないような短時間に行われるもので、時間の目安としては、０．５秒以下である。さらに、測定周波数ｆ_１〜ｆ_２１については、適応制御が行われている周波数とは異なった周波数が選択されるようになっている。これにより、適応制御の実行を邪魔することなくかつ適正な加振を行うことができる。そして、上記周波数範囲の選択、測定間隔の選択、適応制御の周波数との関係については、上記制御部３１の制御により行われる。
【００３４】
また、制御部３１では、上記２１個の測定周波数ｆ_１〜ｆ_２１でアクチュエータ２３を加振させて得た伝達関数データを、データテーブルＲＡＭ４１に予め記憶された推定伝達関数のデータと比較し、これに基づいて推定伝達関数の変化を推定し、推定したデータに基づいてデータテーブルＲＡＭ４１に記憶された推定伝達関数全体のデータを更新させる制御が行われる。ここで、推定方法については、単純に各伝達関数測定データの変化率の平均値だけ加算する方法があり、また測定データから相関係数を求めて、これに基づきデータを修正する方法も可能であり、さらに種々のデータ分析法を用いることによりデータ変化を推定することも可能である。
【００３５】
つぎに、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。
制御部３１は、「振動除去制御プログラム」の実行を、図４に示すステップ７０にて開始し、ステップ７１にて測定周波数ｆx （ｘ＝１〜２１）が選択されると共に、回数ｘが「１」に初期設定される。ステップ７２にて測定時間間隔Ｔが選択され制御部３１内にて時間の経過がカウントされる。つぎに、エンジンが作動状態にあるか否かが判定され、作動状態になると（ステップ７３）、図２に示す適応制御系に従って適応制御が行われ、エンジン振動の振動除去制御が行われる（ステップ７４）。つぎに、伝達関数の測定時間になったか否かが判定され（ステップ７５）、測定時間になると伝達関数の測定が開始される。すなわち、周波数ｆ_１で、スポット的に加振信号が出力され（ステップ７６）、アクチュエータ２３の加振が行われ、加振による振動がピックアップ加速センサ１４によって制御部３１に入力され、その結果に基づいて、推定伝達関数の値Ｄx （ここではＤ1 ）が算出される（ステップ７７）。算出された推定伝達関数データの値Ｄx が、データテーブルＲＡＭ４１に一時的に記憶され、測定回数ｘが「１」だけプラスされる（ステップ７８，７９）。ここで、この推定伝達関数の測定時間は、上記したように０．５秒以内という短時間であり、かつスポット的な加振であるため、加振振動が乗員に気づかれることがなく、それによる不快感を与えることはない。
【００３６】
つぎに、測定周波数ｆ_１〜ｆ_２１での測定が終了したか否かが判定される（ステップ８０）。ここではまだ測定が終了していないので、プログラムはステップ７５に戻され、以下のステップの処理が行われる。そして、測定周波数ｆ_１〜ｆ_２１での測定が全て終了すると、プログラムはステップ８１に移され、各測定周波数での測定データに基づき、データテーブルＲＡＭ４１に記憶された推定伝達関数のデータと比較し、これに基づいて推定伝達関数データ全体の変化が推定される。この推定したデータに基づいて、記憶された推定伝達関数全体のデータが更新される（ステップ８２）。その後、プログラムはステップ８３で終了し、新たな実行がステップ７０で開始される。
【００３７】
以上に説明したように、上記実施形態によれば、推定伝達関数の測定時間が短縮されると共に、測定データを一時的に保管するためのデータテーブルＲＡＭ４１の容量を低減でき、制御部３１のメモリコストを低減できる。
【００３８】
なお、上記各実施形態においては、エンジンの回転パルス信号を用いているが、その他エンジンコントロールユニット等から得られるエアコンオンオフ、シフトポジション、水温等の車両の状態検出信号から、フィルタ係数を得ることにより、適応制御を行うことも可能である。
また、上記各実施形態においては、適応フィルタとしてDXHS LMSフィルタを用いているが、Filtered-X LMSフィルタ等の他の適応フィルタを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である４サイクルガソリンエンジン車の振動除去のためのアクティブ制御装置を概略的に示す模式図である。
【図２】適応制御系を概略的に示すブロック図である。
【図３】車両に搭載されるアクチュエータ付エンジンマウントを示す一部断面図である。
【図４】制御部により実行される「振動除去制御プログラム」を示すフローチャートである。
【図５】従来例であるアクティブ制御装置を適用した車両の一部を概略的に示す模式図である。
【図６】従来の適応制御系を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…車体、１１…エンジン、１２…回転パルスセンサ、１４…ピックアップ加速センサ、２０…アクチュエータ搭載エンジンマウント、２１…ケース、２２…防振ゴム、２３…アクチュエータ、３０…電気制御装置、３１…制御部、３２…パワーアンプ、４０…適応制御部、４１…データテーブルＲＡＭ、５１…振動発生源、５２…信号伝達系、６１…周波数判定部、６２…適応フィルタＷ、６３…制御対象系（伝達関数Ｇ）、６４…制御対象系（推定伝達関数）、６５…デジタルフィルタ（DXHS LMS）。

Claims

車両の振動発生源からの周期性のパルス信号に基づく入力信号を、適応フィルタの振幅補償係数及び位相補償係数の関数であるフィルタ係数により振幅補償及び位相補償を行い、さらに車両の制御対象系の伝達関数により処理した後、該伝達関数による処理信号と前記振動発生源からの外力を加算し、加算の結果である誤差と、前記車両の制御対象系の予め規定された推定伝達関数データにより前記入力信号を振幅及び位相処理した推定伝達関数処理信号とに基づいてデジタルフィルタにより前記適応フィルタのフィルタ係数の逐次更新を行い、該適応フィルタに基づいて加振器の加振制御を行って車体振動を能動的に抑制するアクティブ制御装置において、
前記推定伝達関数データに対応する所定周波数の範囲内で前記推定伝達関数データより少なくかつ離散した複数の測定周波数を選択し、車両のエンジン運転中の異なった時間に、複数の測定周波数の信号により短時間に且つスポット的に順次加振器を加振させ、該加振による応答を測定して推定伝達関数を算出してデータテーブルＲＡＭに一時的に記憶していき、該一時的に記憶した複数の推定伝達関数とデータテーブルＲＡＭに記憶した予め規定された推定伝達関数データとの比較により該推定伝達関数データ全体の変化を推定し、推定した結果に基づいて該推定伝達関数データ全体を更新するようにしたことを特徴とするアクティブ制御装置。
前記請求項１に記載のアクティブ制御装置において、前記複数の測定周波数を、加振制御を行っている周波数と異ならせたことを特徴とするアクティブ制御装置。