JP4941717B2

JP4941717B2 - 能動型防振装置

Info

Publication number: JP4941717B2
Application number: JP2006302832A
Authority: JP
Inventors: 武彦伏見; 大地水島
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: DE102007000651A1; JP2008120115A; US20080106015A1

Description

本発明は、自動車エンジン等の振動発生源に加振することで、その振動発生源の振動を能動的に減衰させる能動型防振装置に関する。

自動車等が備えるエンジンやモータ等が振動する際、その振動と逆位相の振動を加振することにより、それらの振動を能動的に減衰させて車内における静粛性や快適性を向上させることができる能動型防振装置がある。例えば、特許文献１に記載の能動型防振装置では、振動発生源となるエンジンの回転パルス信号に同期してＨブリッジ回路構成により電磁アクチュエータ（コイル）を用いて加振する。この加振力により振動発生源の振動を抑制している。

このような装置では、静粛性を求めるために防振性能を高くすることが望まれるが、車両の防振性能を高くすれば、トレードオフとして歩行者等が車両の接近を認識することが難しくなってしまう。このような問題を解決するために警笛を鳴らすという方法があるが、市街地や住宅街等でモータ走行の度に警笛を鳴らすのはかえって騒音となる等の新たな問題が生じる。

特開２００１−１４０９７４号公報（段落番号００１２等）

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動発生源を防振すると共に歩行者等に対して体感用の信号を発生し得る能動型防振装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る、能動型防振装置の第１の特徴構成は、振動発生源から発生する振動を減衰させる車両用能動型防振装置において、前記振動発生源から発生する振動と同期した周波数を有する防振用信号を生成する防振用信号生成部と、前記振動発生源から発生する振動と非同期の周波数を有する体感用信号を生成する体感用信号生成部と、磁極と、前記磁極によって形成される磁束を鎖交するように設けられるコイルとを備えるとともに、前記防振用信号と前記体感用信号とに基づき前記コイルへの通電状態を制御して前記コイルと前記磁極とを相対振動させるコイル駆動回路部を備える点にある。

本構成とすれば、防振用信号で振動発生源から発生する振動を減衰させるだけでなく、振動発生源から発生する振動に非同期の周波数を有する信号を合成してコイルに加振することができるため、振動発生源を防振しながら体感用信号を出力することが可能となる。

また、前記能動型防振装置の第２の特徴構成としては、前記体感用信号が、可聴周波数帯域の信号である構成とすると好適である。更には、第３の特徴構成として前記体感用信号に基づいて発生する信号が、警報装置としての信号である構成とすることも好適である。このような構成とすれば、音やメロディを奏でながら市街地や住宅地の走行ができるため、警笛を鳴らさなくても周囲の人に車両が近づいていることを知らせることが可能となる。したがって、人と車両との接触事故を未然に防ぐことが可能となる。

また、前記能動型防振装置の第４の特徴構成としては、前記体感用信号を、ローパスフィルタを介した音響機器からのオーディオ信号として、このオーディオ信号に基づいて相対振動させる構成とすると好適である。

このような構成とすれば、外部のオーディオ信号を振動源として使用することができるため、新たにスピーカーを備えることなく聞くことができる。更には、ローパスフィルタを介しているため、低音を重視したスピーカーの機能を果たし、低音重視のサラウンドシステムを構築することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の第一実施形態
図１は能動型防振機１の構成を示す模式図である。本発明に係る能動型防振機１は、振動発生源である車両が備えるエンジン２に加振することで、そのエンジン２の振動を能動的に減衰させる加振器５を備えている。加振器５は、磁極６と、その磁極６によって形成される磁束を鎖交するように設けられるコイル９とを備える。

磁極６はＳ極７とＮ極８とを備え、コイル９はそのＳ極７とＮ極８との間の円筒形空間に移動可能となるように挿入される。コイル９は、円筒形のコイル保持部材１１によって保持され、更に、コイル保持部材１１はボディ１００にゴムマウント１２を介して設けられるエンジンサブフレーム１０に固定される。また、エンジン２はこのエンジンサブフレーム１０とエンジンマウント１３を介して設けられる。よって、コイル９に電流を流すことで形成される磁界により磁極６に加振することができる。このようにコイル９をエンジン２から発生する振動と同期した周波数で加振することにより、エンジン２の防振が可能となる。

図２は本発明の第一実施形態に係る、能動型防振装置のシステム全体を示す概略図である。能動型防振装置の制御を行う制御部２０は車両が備える加速度センサ３と回転センサ４とから車両情報を取得する。特に、本発明に係る車両の防振に必要なエンジン２の回転数は、回転センサ４の出力であるＴＡＣＨ信号に基づいて認識することができる。このＴＡＣＨ信号はエンジン２が始動してから停止するまで制御部２０が備える車両信号入力部２１に順次入力され、演算処理部２２に伝達される。演算処理部２２では、入力されるＴＡＣＨ信号に基づいてフィードフォワード理論によりエンジン回転数と周波数の予測計算を行う。

エンジン回転数の予測計算は、図３に示すように移動平均法を使用して計算される。３パルスを一区切りと考え、現在（当回の割り込み）から３パルス前までの平均を「ＡＶＲ」、ＡＶＲの３パルス前までの平均を「ＡＶＲ−１」とする。また、「Ｔ−１」は現在（当回の割り込み）から１パルス前の１周期に要した時間、「Ｔ」を現在（当回の割り込み）から次回の割り込みまでの予測時間とする。したがって、次回の割り込みまでの予測時間は下記の式により計算できる。
Ｔ＝（ＡＶＲ／（ＡＶＲ−１））＊（Ｔ−１）
更に、この予測時間からエンジン２の回転数と周波数が求められる。具体例としては、「ＡＶＲ−１」が６６ミリ秒、「ＡＶＲ」が６０ミリ秒、「Ｔ−１」が２０ミリ秒の場合には、上記式より「Ｔ」は約１８．１８ミリ秒と計算される。したがって、次回の割り込みまでのエンジン２の回転数は約１１００回転／分、周波数は５５Ｈｚと予想される。このようにフィードフォワード制御による移動平均法で算出することにより、誤差の少ない回転数と周波数の予測を行うことが可能となる。

制御部２０には、防振用信号を生成する防振用信号生成部２５と、体感用信号を生成する体感用信号生成部２６とを備える。防振用信号生成部２５では、上述のように演算処理部２２で予測されたエンジン２の回転数に基づいて周波数解析を行うことにより、エンジン２から発生する振動と同期した周波数を有する防振用信号が生成される。本発明に係る能動型防振装置では、防振用信号と体感用信号で夫々別のコイルを備えて個別に振動させるのではなく能動型防振機１が備えるコイル９を共用して振動させるため、これらの信号を事前に合成する必要がある。この合成は信号合成部２７により行われるが、その一例として図４に概略図を示している。防振用信号生成部２５により生成された周波数２５Ｈｚの防振用信号と、体感用信号生成部２６により生成された周波数４００Ｈｚの防振用信号とに基づいて信号合成部２７により合成された合成信号は、図４に示されるように防振用信号に体感用信号が重畳されたようになる。ここで、２５Ｈｚ、及び４００Ｈｚは単なる一例であり、他の周波数を有する信号となることは当然に有り得る。

体感用信号は、エンジン２の発生する振動と非同期の周波数を有しているが、体感用信号として予め作製しておくことが可能である。この作製された体感用信号は記録部２４に格納され、演算処理部２２が必要に応じて読み出し体感用信号生成部２６に出力される。また、記録部２４に格納されている体感用信号は少なくとも一つであれば良いが、複数の体感用信号を格納することもできる。格納方法としては、この制御部２０を製造する際に記録部２４に格納することが可能であるが、制御部２０に備えられる通信部２３がアンテナを介して通信し、ユーザの好みに合わせて書き換えや追加を行うことも可能である。

信号合成部２７により合成された合成信号は、能動型防振機１が備えるコイル９への通電状態を制御するコイル駆動回路部３１に入力される。コイル駆動回路部３１の概略的な電気回路図を図５に示す。コイル駆動回路部３１は車両が備えるバッテリ等の電源Ｖから電源が供給され、入力段に過電流保護用のヒューズＦとコイル駆動回路部３１の動作を制御するスイッチＳＷとが備えられる。スイッチＳＷの後段にサージ保護用のツェナーダイオードＺＤが備えられ、サージ電圧からコイル駆動回路部３１を保護する構成としている。また、入力コンデンサＣ１への過大な突入電流によるヒューズＦの溶断、或いは電源Ｖが過負荷となることを防ぐためにソフトスタート回路部５０が設けられている。ただし、本発明に係る能動型防振装置に関しては、ヒューズＦやツェナーダイオードＺＤやソフトスタート回路部５０等は必須の構成要素ではないためこれらを備えない構成とすることも当然に可能である。更には夫々の機能を満足するために別の手段を設けて構成することも当然に可能である。コイル９に流れる電流を制御するコントローラＩＣ１は、このソフトスタート回路部５０の後段に配設される。

一方、信号合成部２７から出力された合成信号は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とにより合成信号の振幅値が変換され、バッファＩＣ２に入力される。バッファＩＣ２の出力はカップリング用コンデンサＣ３を介してコントローラＩＣ１に入力される。コントローラＩＣ１が合成信号に応じてコイル９に流れる電流を制御することにより、コイル９と磁極６とが相対振動することになる。図５では、コントローラＩＣ１は５本の端子で構成されるとしているが、コイル９に流れる電流の制御を安定させるために帰還信号用の端子を設けることも可能であるし、電流による制御の代わりに電圧による制御をする構成とすることも当然に可能である。

図６は防振用信号を生成するための振幅・位相テーブルを示した図である。上述のように本発明に係る能動型防振装置においては、フィードフォワード制御によりエンジン２の発生する振動を予測計算から求められる。その予測計算から周波数分析を行い、その周波数に対応するエンジン２が発生する振動の防振に適した振幅、及び位相が参照され、防振用信号が生成される。具体的には、周波数分析により求められた周波数が２０Ｈｚであった場合には振幅５００と位相１８０の特性を有する防振用信号が生成され、また、周波数が２２Ｈｚになった場合には振幅４５０と位相１６０の特性を有する防振用信号が生成されることとなる。

図７は体感用信号を可聴周波数帯域の信号、すなわち音とした場合における音階データを示した図である。体感用信号生成部２６は、防振用信号の予測周波数をユーザにより予め設定された数で逞倍した周波数の音に対応する音を体感用信号として生成する。例えば、防振用信号の予測周波数が１２５Ｈｚ、設定された逞倍数が８であった場合には、１０００Ｈｚに対応する「１オクターブのド」のデータに基づいて体感用信号が生成されることとなる。したがって、このように防振用信号と体感用信号とを合成しコイル９に通電することによりエンジン２の振動を抑えながら音を出すことができる。そのため、この音を利用することにより市街地において警笛を鳴らすことなく歩行者等に車の接近を知らせることが可能となる。

図８は、体感用信号を所定のフレーズ時間を有するメロディとした場合のデータの一例を示した図である。ハイブリッド電気自動車等でのモータ走行時には、エンジン２からの振動がないことから防振用信号を停止し、体感用信号のみでコイル９に通電することも可能である。このような場合には、図８のデータに基づいてメロディを奏でることにより、ハイブリッド電気自動車等が市街地を走行する際に警笛を鳴らすことなく歩行者に車の接近を知らせることが可能となる。

本発明の参考例
図９は、本発明の参考例に係る、能動型防振装置のシステム全体を示す概略図である。第一実施形態に係る、能動型防振装置のシステムとは出力切替部２８とローパスフィルタ２９と音響機器３０とを備える点で異なる。本参考例では、能動型防振機１が備えるコイル９を外部に備える音響機器３０のオーディオ信号に基づいて振動させることができる構成としている。この場合には、音響機器３０からのオーディオ信号はローパスフィルタ２９を介してコイル駆動回路部３１に伝達されるが、その前に出力切替部２８において信号合成部２７で合成された合成信号とオーディオ信号との切り替えが行われる。このような構成とすると、車両に新たにウーファー（Woofer）やサブウーファー（Subwoofer）を配設することなく、能動型防振機１が備えるコイル９をオーディオ信号に基づいて加振することによりウーファーやサブウーファーとして使用することが可能となる。

上記の第一実施形態、及び参考例についてフローチャートを使用して説明する。図１０は本発明に係る、能動型防振装置により防振を行った場合のフローチャートである。エンジン２が始動すると回転センサ４がエンジン２の回転数に基づきＴＡＣＨ信号を出力する。このＴＡＣＨ信号が車両信号入力部２１に入力され（ステップ＃０１）、演算処理部２２はフィードフォワード理論を利用した移動平均法によりエンジン回転数を予測計算する。したがって、誤差の少ないエンジン回転数を把握することができることになる。この予測計算されたエンジン回転数により周波数が求められる（ステップ＃０２）。

この求められた周波数が、設定された周波数範囲外、すなわち、アイドリング状態のような低周波数のエンジン回転数、若しくは加速時等のような高周波数のエンジン回転数であれば（ステップ＃０３：Ｙｅｓ）、防振用信号生成部２５は求められた周波数に対応する位相データと振幅データを防振用信号として振幅・位相テーブルから読み出す（ステップ＃０４）。次に、体感用信号生成部２６は体感用信号として、記録部２４に格納された音階データから読み出した音階のデータに基づいて、体感用信号を生成する（ステップ＃０５）。

防振用信号生成部２５と体感用信号生成部２６は夫々防振用信号と体感用信号とを信号合成部２７に出力する（ステップ＃０６）。これらの信号に基づいて、出力切替部２７は合成信号の生成を行い（ステップ＃０７）、コイル駆動回路部３１によりコイル９に通電される（ステップ＃０８）。この通電は、フレーズ時間が経過するまで続けられ（ステップ＃０９：Ｎｏ）、フレーズ時間が経過するとコイル９の通電が終了する（ステップ＃０９：Ｙｅｓ）。

ＴＡＣＨ信号により予測計算で求められた周波数が設定された範囲内、すなわち高速道路等での走行やハイブリッド電気自動車でのモータ走行であれば（ステップ＃０３：Ｎｏ）、エンジン２の発生する振動が少ないことから防振用信号生成部２５の出力を停止する（ステップ＃１０）。出力切替部２８の切替スイッチがオンでなければ（ステップ＃１１：Ｎｏ）、体感用信号生成部２６は予め記録部２４に登録しておいたメロディをメロディテーブルから読み出して体感用信号を生成する（ステップ＃１２）。この時、防振用信号生成部２５からの出力は停止しているため、体感用信号は防振用信号と合成されることなくコイル駆動回路部３１に出力され（ステップ＃１３）、コイル９に通電される（ステップ＃０８）。この通電は、フレーズ時間が経過するまで続けられ（ステップ＃０９：Ｎｏ）フレーズ時間が経過するとコイル９の通電が終了する（ステップ＃０９：Ｙｅｓ）。

一方、出力切替部２８の切替スイッチがオンであれば（ステップ＃１１：Ｙｅｓ）、音響機器３０からの音源がローパスフィルタ２９を介してコイル駆動回路部３１に出力される（ステップ＃１４）。コイル駆動回路部３１は、この音源の信号に基づいてコイル９を通電する（ステップ＃０８）。この通電は、フレーズ時間が経過するまで続けられ（ステップ＃０９：Ｎｏ）フレーズ時間が経過するとコイル９の通電が終了する（ステップ＃０９：Ｙｅｓ）。

その他の実施例
上記の実施形態において、制御部２０の各構成について述べたが、この制御部２０はマイコン（マイクロコンピュータ）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により、１チップ化することも当然に可能である。更には、制御部２０とコイル駆動回路部３１を１チップ化することも当然に可能である。このような構成にすることにより、能動型防振装置をコンパクトに纏めることができ、省スペース化が可能となる。

上記の実施形態では、体感用信号を可聴周波数帯域の信号として説明したが、これに限らない。例えば、車両等の運転中に運転者が居眠りをした場合の警告信号として体感用信号を利用し、運転者を起こすために振動を与える構成とすることも当然に可能である。

上記の第一実施形態では、体感用信号の生成は防振用信号の８逞倍として説明したが、これに限らない。この逞倍数を任意に設定することは当然に可能である。

上記の第一実施形態では、体感用信号は記録部２４に記録されている、或いは通信部２３がアンテナを介して通信することにより書き換えや追加が可能であるとしたが、これに限らない。例えば、車両と所定の基地局、或いは他システムとＣＡＮ（Controller Area Network）通信をすることで、車両の異常や道路の工事情報などの内容をメロディで警告するようにすることも当然に可能である。

上記の参考例では、防振用信号と体感用信号との合成信号と、音響機器３０から入力されるオーディオ信号とを出力切替部２８により切り替えてコイル駆動回路部３１に伝達されるとしたが、これに限らない。防振用信号とオーディオ信号とを合成し、コイル駆動回路部３１に伝達する構成とすることも当然に可能である。更には、オーディオ信号に基づいて防振することも当然に可能である。

能動型防振機の構成を示す模式図本発明の第一実施形態に係る、能動型防振装置のシステム全体を示す概略図移動平均法による予測時間の算出を示す図防振用信号と体感用信号との合成信号を示す図コイル駆動回路部の概略的な電気回路図防振用信号を生成するための振幅・位相テーブルを示した図体感用信号を可聴周波数帯域の信号とした場合の音階データを示した図体感用信号をメロディとした場合のデータを示した図本発明の参考例に係る、能動型防振装置のシステム全体を示す概略図本発明に係る能動型防振装置により防振を行った場合のフローチャートを示した図

符号の説明

６：磁極
９：コイル
２０：制御部
２１：車両信号入力部
２２：演算処理部
２３：通信部
２４：記録部
２５：防振用信号生成部
２６：体感用信号生成部
２７：信号合成部
２８：出力切替部
２９：ローパスフィルタ
３０：音響機器
３１：コイル駆動回路部

Claims

振動発生源から発生する振動を減衰させる車両用能動型防振装置において、
前記振動発生源から発生する振動と同期した周波数を有する防振用信号を生成する防振用信号生成部と、前記振動発生源から発生する振動と非同期の周波数を有する体感用信号を生成する体感用信号生成部と、磁極と、前記磁極によって形成される磁束を鎖交するように設けられるコイルとを備えるとともに、
前記防振用信号と前記体感用信号とに基づき前記コイルへの通電状態を制御して前記コイルと前記磁極とを相対振動させるコイル駆動回路部を備え、
前記体感用信号に基づき前記コイルへの通電状態を制御する信号は、警報装置としての信号である能動型防振装置。