JP3819876B2 - 能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動体の荷重を受ける弾性体と、弾性体が少なくとも壁面の一部を構成する液室と、周期的に往復動して液室の容積を変化させる可動部材と、振動体の振動状態に応じた電流の供給を受けて周期的に作動するアクチュエータとを備えた能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる能動型防振支持装置は、下記特許文献により公知である。
【０００３】
この能動型防振支持装置は、アクチュエータに電流を印加して可動部材を振動させることでバネ定数を変化させるもので、そのバネ定数を設定する印加電流のピーク電流値と位相との関係を予めマップとして記憶しておき、エンジン回転数に応じて前記マップからアクチュエータに印加すべき電流のピーク電流値と位相とを求めることで、種々のエンジン回転数領域で能動型防振支持装置に有効な防振機能を発揮させるようになっている。
【０００４】
また可動部材のリフト量をエンジンの振動波形に近い正弦波状に制御するために、アクチュエータに印加する電流のデューティ比を、振動の１周期に対応するデューティ集合体の中で１００％から０％に漸減させるものが、本出願人が特願２００２−１９４５０７号で既に提案している。
【０００５】
【特許文献】
特開平７−４２７８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特願２００２−１９４５０７号で提案されたものは、後から発明の実施の形態の欄において詳述するように、エンジン回転数が増加方向に変動した場合に、所定のデューティ集合体の終端部と、その次のデューティ集合体の始端部とが重なる場合がある。このように隣接する二つのデューティ集合体が重なると、アクチュエータに供給される電流値が異常に高まり、能動型防振支持装置が有効な防振機能を発揮できなくなって騒音を発したり、アクチュエータのコイルが異常発熱したりする問題がある。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、入力振動の周波数の変動により能動型防振支持装置の防振機能が阻害されないようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、振動体の荷重を受ける弾性体と、弾性体が少なくとも壁面の一部を構成する液室と、周期的に往復動して液室の容積を変化させる可動部材と、振動体の振動状態に応じた電流の供給を受けて周期的に作動するアクチュエータとを備え、アクチュエータに電流を供給して可動部材を一方向に往動させ、それにより変形した弾性体の復元力で可動部材を他方向に復動させる能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置において、アクチュエータに供給される所定周期の電流値が０になる前に次の周期の電流が立ち上がるときに、前記次の周期の電流値を減少させることを特徴とする、能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置が提案される。
【０００９】
上記構成によれば、アクチュエータに供給される所定周期の電流値が０になる前に次の周期の電流が立ち上がるときに、前記次の周期の電流値を減少させるので、電流値の過剰な上昇による能動型防振支持装置の異常作動や発熱を抑制して防振効果を確保することができる。
【００１０】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記次の周期の電流供給を停止することを特徴とする、能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置が提案される。
【００１１】
上記構成によれば、前記次の周期の電流供給を停止することで電流値を減少させるで、能動型防振支持装置の異常作動を防止しながらアクチュエータの制御を簡素化することができる。
【００１２】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記次の周期の電流のデューティ比を減少させることを特徴とする、能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置が提案される。
【００１３】
上記構成によれば、前記次の周期の電流のデューティ比を減少させることで電流値を減少させるで、能動型防振支持装置の異常作動を防止しながら防振機能の低下を最小限に抑えることができる。
【００１４】
尚、実施例のエンジンＥは本発明の振動体に対応し、実施例の第１弾性体１４は本発明の弾性体に対応し、実施例の第１液室２４は本発明の液室に対応する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の要部拡大図、図５はエンジン回転数が安定しているときのデューティ集合体を示す図、図６はエンジン回転数が増加しているときのデューティ集合体を示す図、図７はデューティ集合体が重なる場合の作用説明図、図８は位相が重なる場合の作用説明図、図９は実施例の作用を説明するフローチャートである。
【００１７】
図１〜図４に示す能動型防振支持装置Ｍは、自動車のエンジンＥを車体フレームＦに弾性的に支持するためのもので、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサＳａと、能動型防振支持装置Ｍに入力される荷重を検出する荷重センサＳｂと、エンジンＥに作用する加速度を検出する加速度センサＳｃと、後述するアクチュエータ２９の可動部材２０のリフト量を検出するリフト量センサＳｄとが接続された電子制御ユニットＵによって制御される。
【００１８】
能動型防振支持装置Ｍは軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、エンジンＥに結合される板状の取付ブラケット１１に溶接した内筒１２と、この内筒１２の外周に同軸に配置された外筒１３とを備えており、内筒１２および外筒１３には厚肉のゴムで形成した第１弾性体１４の上端および下端がそれぞれが加硫接着により接合される。中央に開口１５ｂを有する円板状の第１オリフィス形成部材１５と、上面が開放した樋状の断面を有して環状に形成された第２オリフィス形成部材１６と、同じく上面が開放した樋状の断面を有して環状に形成された第３オリフィス形成部材１７とが溶接により一体化されており、第１オリフィス形成部材１５および第２オリフィス形成部材１６の外周部が重ね合わされて前記外筒１３の下部に設けたカシメ固定部１３ａに固定される。
【００１９】
膜状のゴムで形成された第２弾性体１８の外周が第３オリフィス形成部材１７の内周に加硫接着により固定されており、この第２弾性体１８の内周に加硫接着により固定されたキャップ部材１９が、軸線Ｌ上に上下動可能に配置された可動部材２０に圧入により固定される。外筒１３のカシメ固定部１３ａに固定されたリング部材２１にダイヤフラム２２の外周が加硫接着により固定されており、このダイヤフラム２２の内周に加硫接着により固定されたキャップ部材２３が前記可動部材２０に圧入により固定される。
【００２０】
しかして、第１弾性体１４および第２弾性体１８間に液体が封入された第１液室２４が区画され、第２弾性体１８およびダイヤフラム２２間に液体が封入された第２液室２５が区画される。そして第１液室２４および第２液室２５は、第１〜第３オリフィス形成部材１５，１６，１７により形成された上部オリフィス２６および下部オリフィス２７によって相互に連通する。
【００２１】
上部オリフィス２６は第１オリフィス形成部材１５および第２オリフィス形成部材１６間に形成される環状の通路であって、その一部に設けられた隔壁２６ａの一側において第１オリフィス形成部材１５に連通孔１５ａが形成され、前記隔壁２６ａの他側において第２オリフィス形成部材１６に連通孔１６ａが形成される。従って、上部オリフィス２６は、第１オリフィス形成部材１５の連通孔１５ａから第２オリフィス形成部材１６の連通孔１６ａまでの略１周の範囲に亘って形成される（図２参照）。
【００２２】
下部オリフィス２７は第２オリフィス形成部材１６および第３オリフィス形成部材１７間に形成される環状の通路であって、その一部に設けられた隔壁２７ａの一側において第２オリフィス形成部材１６に前記連通孔１６ａが形成され、前記隔壁２７ａの他側において第３オリフィス形成部材１７に連通孔１７ａが形成される。従って、下部オリフィス２７は、第２オリフィス形成部材１６の連通孔１６ａから第３オリフィス形成部材１７の連通孔１７ａまでの略１周の範囲に亘って形成される（図３参照）。
【００２３】
以上のことから、第１液室２４および第２液室２５は、直列に接続された上部オリフィス２６および下部オリフィス２７によって相互に連通する。
【００２４】
外筒１３のカシメ固定部１３ａには、能動型防振支持装置Ｍを車体フレームＦに固定するための環状の取付ブラケット２８が固定されており、この取付ブラケット２８の下面に前記可動部材２０を駆動するためのアクチュエータ２９の外郭を構成するアクチュエータハウジング３０が溶接される。
【００２５】
アクチュエータハウジング３０にはヨーク３２が固定されており、ボビン３３に巻き付けられたコイル３４がアクチュエータハウジング３０およびヨーク３２に囲まれた空間に収納される。環状のコイル３４の内周に嵌合するヨーク３２の筒状部３２ａに有底円筒状のベアリング３６が下方から挿入され、その下端の係止部３６ａがヨーク３２の下端に係合して位置決めされる。コイル３４の上面に対向する円板状のアーマチュア３８がアクチュエータハウジング３０の内周面に摺動自在に支持されており、このアーマチュア３８の内周に形成した段部３８ａがベアリング３６の上端に係合する。アーマチュア３８はコイル３４の上面との間に配置した皿ばね４２で上方に付勢され、アクチュエータハウジング３０に設けた係止部３０ａに係合して位置決めされる。
【００２６】
ベアリング３６の内周に円筒状のスライダ４３が摺動自在に嵌合しており、可動部材２０から下方に延びる軸部２０ａが、ベアリング３６の上底部を緩く貫通してスライダ４３の内部に固定したボス４４に接続される。ベアリング３６の上底部とスライダ４３との間にコイルばね４１が配置されており、このコイルばね４１でベアリング３６は上向きに付勢され、スライダ４３は下向きに付勢される。
【００２７】
アクチュエータ２９の下方に設けられたリフト量センサＳｄは、アクチュエータハウジング３０の下端に固定されたセンサハウジング４５を備える。センサハウジング４５の内部に固定したガイド部材４６にセンサロッド４７が摺動自在に支持されており、このセンサロッド４７はセンサハウジング４５の底部との間に設けたコイルばね４８で上方に付勢されて前記スライダ４３のボス４４に当接する。センサハウジング４５の内部に固定した抵抗体４９に、センサロッド４７に固定した接点５０が接触する。抵抗体４９の下端と接点５０との間の電気抵抗値がコネクタ５１を介して電子制御ユニットＵに入力される。可動部材２０のリフト量は接点５０の移動量に等しいため、前記電気抵抗値に基づいて可動部材２０のリフト量を検出することができる。
【００２８】
アクチュエータ２９のコイル３４が消磁状態にあるとき、ベアリング３６に摺動自在に支持されたスライダ４３にはコイルばね４１の弾発力が下向きに作用するとともに、コイルばね４８の弾発力がセンサロッド４７およびボス４４を介して上向きに作用しており、スライダ４３は両コイルばね４１，４８の弾発力が釣り合う位置に停止する。この状態からコイル３４を励磁してアーマチュア３８を下方に吸引すると、段部３８ａに押されてベアリング３６が下方に摺動することによりコイルばね４１が圧縮される。その結果、コイルばね４１の弾発力が増加してスライダ４３が下降するため、スライダ４３にボス４４および軸部２０ａを介して接続された可動部材２０が下降し、可動部材２０に接続された第２弾性体１８が下方に変形して第１液室２４の容積が増加する。逆にコイル３４を消磁すると、可動部材２０が上昇して第２弾性体１８が上方に変形し、第１液室２４の容積が減少する。
【００２９】
しかして、自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンＥから入力される荷重で第１弾性体１４が変形して第１液室２４の容積が変化すると、上部オリフィス２６および下部オリフィス２７を介して接続された第１液室２４および第２液室２５間で液体が行き来する。第１液室２４の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第２液室２５の容積が縮小・拡大するが、この第２液室２５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、上部オリフィス２６および下部オリフィス２７の形状および寸法、並びに第１弾性体１４のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で高ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動を効果的に低減することができる。
【００３０】
尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ２９は非作動状態に保たれる。
【００３１】
前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンＥのクランクシャフトの回転に起因するアイドル振動やこもり音振動が発生した場合、第１液室２４および第２液室２５を接続する上部オリフィス２６および下部オリフィス２７内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ２９を駆動して防振機能を発揮させる。
【００３２】
電子制御ユニットＵはエンジン回転数センサＳａ、荷重センサＳｂ、加速度センサＳｃおよびリフト量センサＳｄからの信号に基づいてアクチュエータ２９のコイル３４に対する通電を制御する。具体的には、振動によってエンジンＥが下方に偏倚して第１液室２４の容積が減少して液圧が増加するときには、コイル３４を励磁してアーマチュア３８を吸引する。その結果、アーマチュア３８はコイルばね４１を圧縮しながら可動部材２０と共に下方に移動し、可動部材２０に内周を接続された第２弾性体１８を下方に変形させる。これにより、第１液室２４の容積が増加して液圧の増加を抑制するため、能動型防振支持装置ＭはエンジンＥから車体フレームＦへの下向きの荷重伝達を防止する能動的な支持力を発生する。
【００３３】
逆に振動によってエンジンＥが上方に偏倚して第１液室２４の容積が増加して液圧が減少するときには、コイル３４を消磁してアーマチュア３８を吸引を解除する。その結果、アーマチュア３８はコイルばね４１の弾発力で可動部材２０と共に上方に移動し、可動部材２０に内周を接続された第２弾性体１８を上方に変形させる。これにより、第１液室２４の容積が減少して液圧の減少を抑制するため、能動型防振支持装置ＭはエンジンＥから車体フレームＦへの上向きの荷重伝達を防止する能動的な支持力を発生する。
【００３４】
しかして、電子制御ユニットＵがエンジン回転数センサＳａ、荷重センサＳｂおよび加速度センサＳｃの出力に基づいて算出した可動部材２０の目標リフト量は、リフト量センサＳｄで検出した実リフト量と比較され、その偏差が０に収束するようにアクチュエータ２９の作動がフィードバック制御される。
【００３５】
図５に示すように、アクチュエータ２９の目標リフト量が所定周期の正弦波状であるとき、その１周期内に連続した多数の微小時間領域を設定し、可動部材２０に目標リフト量を与えるべく、各々の微小時間領域においてアクチュエータ２９に供給する電流をデューティ制御する。この１周期のデューティ群をデューティ集合体と呼び、本実施例のデューティ集合体は８個の微小時間領域が纏まってアクチュエータ２９のリフト量の１周期を構成する。
【００３６】
デューティ集合体の８個の微小時間領域のデューティ比を１００％から次第に減少させることで、アクチュエータ２９のリフト量を正弦波状に制御することができる。またデューティ比の変化が一定のパターンを構成する連続した微小時間領域の数を増加あるいは減少させれば、リフト量の周期を増加あるいは減少させることができる。またデューティ集合体のデューティ比を種々のパターンで変化させることにより、アクチュエータ２９のリフト量の波形を任意に制御することができる。
【００３７】
図５の例はエンジン回転数が安定している場合であり、エンジン回転数センサＳａで検出した各気筒のＴＤＣ信号間の時間間隔である振動周期ｔ１，ｔ２，ｔ３…は一定になる。振動周期ｔ１の間にエンジン回転数センサＳａ、荷重センサＳｂおよび加速度センサＳｃの出力に基づいて算出した可動部材２０の目標リフト量に基づいて、その次の振動周期ｔ２におけるデューティ集合体のデューティ比を決定する。このとき、デューティ集合体の始点のタイミングである位相も併せて決定される。この位相は推定されたエンジンＥの振動波形の最下部、つまり振動によってエンジンＥが下方に偏倚し始めるタイミングであり、このタイミングに合わせてアクチュエータ２９に通電することで能動型防振支持装置Ｍに防振機能を発揮させることだできる。
【００３８】
しかしながら、図６に示すように、エンジン回転数が増加方向に変動する場合には、振動周期ｔ１，ｔ２，ｔ３…は次第に短くなる。このとき、振動周期ｔ１，ｔ２，ｔ３…と同じ長さの第１、第２、第３…のデューティ集合体の長さも次第に短くなるが、振動周期ｔ１，ｔ２，ｔ３…に対して第１、第２、第３…のデューティ集合体が一周期の遅れを有するため、第１、第２、第３…のデューティ集合体は一部がオーバーラップすることになる。その結果、第１、第２、第３…のデューティ集合体の終わりにおいてアクチュエータに供給される電流値が０にならず、その電流のピーク値が次第に増加してしまい、能動型防振支持装置Ｍが有効な防振機能を発揮できなくなって騒音を発したり、アクチュエータ２９のコイル３４が発熱したりする可能性がある。
【００３９】
そこで本実施例では、図７に示すように、第１、第２、第３…のデューティ集合体のオーバーラップ量を監視し、そのオーバーラップ量が閾値を越えた場合に、その次のデューティ集合体のデューティ比を０にしてアクチュエータ２９への通電を停止する。図７の例では、第１のデューティ集合体の末期部分と第２のデューティ集合体の初期部分とが閾値以上にオーバーラップしているので、その第２のデューティ集合体のデューティ比は０に設定される。その結果、第２のデューティ集合体の末期部分と第３のデューティ集合体の初期部分とはオーバーラップしなくなるため、第３のデューティ集合体の電流はそのまま供給される。
【００４０】
また、図８に示すように、振動周期ｔ１，ｔ２，ｔ３…に対応する位相が重なる場合には、前側のデューティ集合体の末期部分と後側のデューティ集合体の初期部分とが閾値以上にオーバーラップすると推定されるため、その次のデューティ集合体のデューティ比を０にしてアクチュエータ２９への通電を停止する。図８の例では、振動周期ｔ１に対応する位相が、次の振動周期ｔ２に対応する位相と重なっているため、振動周期ｔ２に対応するデューティ集合体のデューティ比を０に設定する。このようにして振動周期ｔ２に対応するデューティ集合体のデューティ比が０に設定されると、振動周期ｔ２に対応する位相が、次の振動周期ｔ３に対応する位相と重なっていても、振動周期ｔ３に対応するデューティ集合体の電流はそのまま供給される。
【００４１】
このように、アクチュエータ２９に供給される所定周期の電流が０になる前に次の周期の電流が立ち上がる場合、前記次の周期の電流の供給を停止するので、アクチュエータ２９に供給される電流値が過剰に増加して能動型防振支持装置Ｍが異常作動するのを防止し、その防振機能を最大限に確保しながらアクチュエータ２９のコイル３４が異常に発熱するのを防止することができる。
【００４２】
次に、上記作用を図９のフローチャートに基づいて更に説明する。
【００４３】
先ず、ステップＳ１でデューティ集合体の長さ（エンジンＥの振動周期）および位相を算出する。続くステップＳ２で今回の位相が前回の位相にオーバーラップしていれば、ステップＳ５で今回の位相に続くデューティ集合体の出力を停止する（図８参照）。前記ステップＳ２で今回の位相が前回の位相にオーバーラップせず、ステップＳ３で今回のデューティ集合体が前回のデューティ集合体にオーバーラップし、かつステップＳ４でオーバーラップ量が閾値を越えていれば、前記ステップＳ５で今回のデューティ集合体の出力を停止する（図９参照）。
【００４４】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４５】
例えば、実施例ではデューティ集合体あるいは位相がオーバーラップしたときにデューティ集合体の出力を停止しているが、そのデューティ比を所定の比率（例えば８０％）で減少させても良い。デューティ集合体の出力を停止するとアクチュエータ２９の制御は簡素化されるが、能動型防振支持装置Ｍの防振機能は多少低下する。それに対し、デューティ比を所定の比率で減少させた場合には、能動型防振支持装置Ｍの防振機能の低下を最小限に抑えることができる。
【００４６】
また今回のデューティ集合体および前回のデューティ集合体のオーバーラップ量が閾値以上であるか否かの判断に代えて、今回の振動周期が前回の振動周期よりも閾値以上短くなっているか否かの判断を行っても、同様の結果を得ることができる。
【００４７】
また実施例では自動車のエンジンＥを支持する能動型防振支持装置Ｍを例示したが、本発明の能動型防振支持装置は工作機械等の他の振動体の支持に適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、アクチュエータに供給される所定周期の電流値が０になる前に次の周期の電流が立ち上がるときに、前記次の周期の電流値を減少させるので、電流値の過剰な上昇による能動型防振支持装置の異常作動や発熱を抑制して防振効果を確保することができる。
【００４９】
また請求項２に記載された発明によれば、前記次の周期の電流供給を停止することで電流値を減少させるで、能動型防振支持装置の異常作動を防止しながらアクチュエータの制御を簡素化することができる。
【００５０】
また請求項３に記載された発明によれば、前記次の周期の電流のデューティ比を減少させることで電流値を減少させるで、能動型防振支持装置の異常作動を防止しながら防振機能の低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】能動型防振支持装置の縦断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】図１の要部拡大図
【図５】エンジン回転数が安定しているときのデューティ集合体を示す図
【図６】エンジン回転数が増加しているときのデューティ集合体を示す図
【図７】デューティ集合体が重なる場合の作用説明図
【図８】位相が重なる場合の作用説明図
【図９】実施例の作用を説明するフローチャート
【符号の説明】
Ｅ エンジン（振動体）
１４ 第１弾性体（弾性体）
２０ 可動部材
２４ 第１液室（液室）
２９ アクチュエータ

Claims (3)

1. 振動体（Ｅ）の荷重を受ける弾性体（１４）と、
   弾性体（１４）が少なくとも壁面の一部を構成する液室（２４）と、
   周期的に往復動して液室（２４）の容積を変化させる可動部材（２０）と、
   振動体（Ｅ）の振動状態に応じた電流の供給を受けて周期的に作動するアクチュエータ（２９）と、
   を備え、
   アクチュエータ（２９）に電流を供給して可動部材（２０）を一方向に往動させ、それにより変形した弾性体（１４）の復元力で可動部材（２０）を他方向に復動させる能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置において、
   アクチュエータ（２９）に供給される所定周期の電流値が０になる前に次の周期の電流が立ち上がるときに、前記次の周期の電流値を減少させることを特徴とする、能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置。
2. 前記次の周期の電流供給を停止することを特徴とする、請求項１に記載の能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置。
3. 前記次の周期の電流のデューティ比を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の能動型防振支持装置のアクチュエータ駆動制御装置。

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