JP5135643B2 - 自動車制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のエンジンを搭載した車両に於ける座席部やハンドル部の振幅を低減し、乗り心地を向上することのできる自動車制振装置に関するものである。

一般にエンジンとトランスミッションやトランスアクスルなどを結合したパワープラントは、高周波振動の遮断を目的としてエンジンマウントで支持されている。一方、自動車の停止時などの際、エンジンはアイドリング運転を行うが、低速で運転されるために走行時と比較してトルク変動が大きい上に低周波振動となり、エンジンマウントを介して伝えられたエンジンの振動により車体振動が発生する。この低周波振動がフロアパネルを介して乗員に伝えられることにより、乗員の乗心地が阻害される。

図面にしたがって具体的に説明すると、図７は、アイドリング運転時の車体振動を模式的に示すものである。ここで、エンジン等のパワープラント１は、エンジンマウント２を介して車体３に支持されている。しかし、エンジンマウント２は、アイドリング運転時などの加振力の周波数が低い場合に、振動遮断性能が不足することがある。この際、図に破断線で示すように車体３が大きく振動し、座席部４やハンドル部５が変位して、乗り心地が悪化する。また、低周波数のこもり音が発生する。更に、車体構造は、きわめて低い振動数域では剛体とみなされるが、振動数が１０数ｃ／ｓになると弾性体として考えなければならない。

また、エンジンマウントの特性を改良するものとして、特許文献１、２に示すものが提案されている。特許文献１に開示された防振装置は、バネ手段で相対運動可能に連結し、部材の一方に磁石を取り付け、他方の部材に磁場を通って延びる導電部材を対向配設して、減衰率を向上させたものである。また、特許文献２に開示された防振マウントは、ゴム製の弾性体と磁石と導体を配設し、磁界を導体が横切る際に生じるうず電流抵抗を利用して振動を減衰させるものである。
更に、エンジンの低速回転時の振動と高速回転時の振動が車体へ伝達するのを低減させるものとして、例えば特許文献３に示すような車両用防振装置が提案されている。ゴム弾性体で支持する防振装置において、永久磁石とこの永久磁石の磁界を横切る導線を設け、低周波数域である制振領域では導線をスイッチで閉成してバネ定数を大きくし、高周波数域である防振領域では導線を開成しバネ定数を小さくして、減衰係数を小さくするものである。

しかし従来の自動車制振装置では、以下のような問題が存在した。
１）特許文献１、２に示すエンジンマウントのバネ特性を改良するものにあっては、アイドリング運転時の低周波振動と高速運転時の高周波振動を効果的に遮断することは困難であった。
２）また、特許文献３に示すように、２つのバネ定数を選択的にスイッチで切り変えて制振するものにあっては、エンジンの回転数は低速から高速まで連続的に変化することより、振動を遮断できない領域が存在し、車体振動が発生してフロアパネルを介して乗員に伝えられ、乗心地が阻害されることがあった。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、エンジンマウントと異なる位置に加振手段を配設し、ハンドル部や座席部が振動の節となるよう調整して、振幅を低減し、乗り心地を向上することを目的とするものである。

本発明は、振動を遮断するためのエンジンマウントで車体に支持されたエンジンとトランスミッション等を結合したパワープラントを搭載した自動車に適用され、前記エンジンマウントを介してパワープラントから当該自動車のハンドル部、座席部又は荷台部分のうち少なくとも何れかに伝達される車体振動を低減する自動車制振装置であって、前記パワープラントによる車体の振動モードの節となる位置以外の車体上の位置に、前記パワープラントの振動とは別の振動を発生させる加振手段を備え、当該加振手段の反力によって、前記ハンドル部、前記座席部、前記荷台部分のうち少なくとも何れかの付近で前記車体の振動モードの節となるように調整することを特徴とする。

本発明は、前記加振手段は、エンジンマウントで支持されたパワープラントとは別の位置に配設されたことを特徴とする。

本発明では、前記加振手段は、複数個配設することができる。

本発明は、前記加振手段は、リニアアクチュエータに取り付けた補助質量を振動させるものであることを特徴とする。

本発明は、前記加振手段は、エンジンのアイドリング時でかつ、車速がゼロの時に作動することを特徴とする。

本発明は、前記加振手段は、車体フレーム、車体フレーム後端部、バンパー取り付け部、バンパー内部、トランク内部、座席下、エンジンマウント近傍の車体フレーム、又はエンジンマウントの直下の何れかに取り付けたことを特徴とする。

本発明は、前記加振手段は、複数台設置され、互いに異なる位相で駆動することを特徴とする。例えば、２台設置した加振手段を互いに独立した位相で駆動することができる。

本発明は、加振信号の基準信号が、イグニッション電流、ディストリビュータ電流、点火プラグ電流、エンジン回転数パルス、エンジン振動波形、燃料噴射タイミングのいずれかであることを特徴とする。

本発明は、加振信号の基準信号に対して所定の時間差を持たせて前記加振手段を駆動することを特徴とする。

本発明は、アクセル開度、吸気量の変化、燃料噴射量及びエンジン回転数のいずれかにより、前記加振手段の加振力を変化させることを特徴とする。

本発明は、前記加振手段の駆動を所定のエンジン回転数を上限として停止させ、又は所定のエンジン回転数の範囲外で停止させることを特徴とする。

本発明は、前記所定のエンジン回転数の下限値が５００〜１２００ｒｐｍであり、上限値が１４００〜４０００ｒｐｍあることを特徴とする。

本発明は、前記補助質量が、前記自動車の車体に対してバネ要素で支持された前記自動車の構成部品であり、該構成部品が、前記リニアアクチュエータによって振動することを特徴とする。

本発明は、前記構成部品は、ラジエータ、タンク及びバッテリの何れかであることを特徴とする。

本発明は、前記補助質量が、前記自動車の車体に対してバネ要素で支持された前記自動車の付属部品であり、該付属部品が、前記リニアアクチュエータによって振動することを特徴とする。

本発明は、前記付属部品は、スペアタイヤ及び工具の何れかであることを特徴とする。

本発明では、前記加振信号の基準信号は、前記自動車内に備えられた通信ネットワークを介して入力することができる。

この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

本発明では、振動を遮断するためのエンジンマウントで車体に支持されたエンジンとトランスミッション等を結合したパワープラントを搭載した自動車に適用され、前記エンジンマウントを介してパワープラントから当該自動車のハンドル部、座席部又は荷台部分のうち少なくとも何れかに伝達される車体振動を低減する自動車制振装置であって、パワープラントによる車体の振動モードの節となる位置以外の車体上の位置に、パワープラントの振動とは別の振動を発生させる加振手段を備え、加振手段の反力によって、前記ハンドル部、前記座席部、前記荷台部分のうち少なくとも何れかの付近で前記車体の振動モードの節となるように調整するように構成したので、加振手段の反力により座席部やハンドル部や荷台部分の振幅を小さくすることができる。また、車体の振動モードを座席部付近で節となるように調整するため、座席部やハンドル部や荷台部分や近傍の振幅が減少して、乗り心地が向上する。

また、本発明では、前記加振手段は、エンジンマウントで支持されたエンジンとは別の位置に配設されたので、車体の振動モードを容易に変更することができ、座席部付近で節となるように調整して車内振動を低減することができる。

また、本発明では、前記加振手段が複数個配設されたので、ワゴンタイプの荷台面積の広い自動車等では座席部の振動低減に加えて、荷台部分で発生する振動を低減させ、低周波騒音を大幅に削減することができる。また、前記加振手段は、リニアアクチュエータに取り付けた補助質量を振動させるので、可動部分が鉄心のみで過酷な運転条件であっても高い信頼性を得ることができる。また、摩擦、摩耗部分がないので長期に渡り、メンテナンスフリーで使用することができる。また、前記加振手段は、エンジンのアイドリング時でかつ、車速がゼロの時に作動するので、アイドリング運転時の低周波振動を確実に低減することができる。

本発明は、エンジン等のパワープラントの振動とは別の振動を発生させる加振手段を備え、加振手段の反力によりパワープラントからエンジンマウントを介して伝達される車体振動の振動モードを座席部やハンドル部や荷台部分の付近で節となるように調整したので、座席部やハンドル部や荷台部分近傍の振幅が減少して、乗り心地を向上させるという目的が達成できる。

本発明の自動車制振装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る自動車制振装置を取り付けた車体の一例を示す模式図である。ここで、自動車制振装置１０は、エンジンやトランスミッション等の結合したパワープラント１１が、振動の遮断を目的としてエンジンマウント１２で車体１３に支持されたものであって、パワープラント１１の振動とは別の振動を発生させる加振手段１４を備えている。また、車体１３には、ハンドル１５および座席部１６が取り付けられている。更に、車体１３は、サスペンション１７を介してタイヤ１８で支持されている。

本実施例で使用される加振手段１４は、エンジンマウント１２を介することなく、パワープラント１１とは別の位置で直接車体１３に固定される。また加振手段１４は、リニアアクチュエータ、レシプロモータ、ボイスコイルモータ、ムービングマグネット等を使用することができる。図４は、本発明の自動車制振装置に使用される加振手段１４の一例を示すもので、レシプロモータ１９の可動軸１９ａの両端に補助質量２０を取り付けたものである。レシプロモータ１９は、コイルに通電していない状態では、永久磁石の磁力により可動子はモータの中立位置に静止しており、通電によって往復運動する。また、レシプロモータ１９は、動く部分が鉄心のみで機械強度が高く、可動部への給電が不要であるので断線等のおそれがない。

図２は、本発明の自動車制振装置による車体振動の低減例を示す模式図である。本実施例において、車体１３の振動モードを座席部１６の付近で節となるように、または、振幅が減少するように加振手段１４の運動速度及び補助質量２０を調整する。車体１３の低振動数域の振動現象は、一般にシェイク（shake）と呼ばれ、振動モードとしては１次振動（２節曲げ）と２次振動（３節曲げ）があるが、図２では１次振動による２節曲げの場合を示している。また、加振手段１４を作動させるタイミングは、エンジンがアイドリング（無負荷）運転時で、かつ車速がゼロ（停止時）である。

以上のように構成した場合、図２に示すように座席部１６の振幅が減少し、乗り心地を向上することができる。

図３は、本発明の自動車制振装置を車体１３の前後に取り付けた場合の車体振動の低減例を示す模式図である。本実施例において、加振手段１４を車体１３の前部に取り付けるとともに、後部に第２加振手段２１を取り付ける。加振手段１４は、主に座席部１６の振幅を小さくし、乗り心地を向上し、第２加振手段２１は、主に荷台部分の振幅を小さくして車内騒音の低減を目的とする。本実施例は、ワゴンタイプの荷台面積の広い自動車等に適用することができ、座席部の振動低減に加えて、荷台部分で発生する振動を低減させ、低周波騒音を大幅に削減できる。

なお、以上の実施例では、加振手段を１個または２個設置する場合について説明したが、３個以上であってもよい。

なお、本実施例で使用される加振手段の取り付け箇所は、車体フレームの先端部または後端部、バンパー取り付け部またはバンパー内部、トランク内部、座席下であってもよい。また、加振手段をエンジンマウント近傍の車体フレーム、またはエンジンマウントの直下に取り付けるようにしてもよい。

また、駆動信号の具体例として、２台の加振手段を設置し互いに逆位相で駆動するなど、複数台の加振手段を設置し互いに異なる位相で駆動するようにしてもよい。また、加振信号の基準信号は、イグニッション電流、ディストリビュータ電流、点火プラグ電流、エンジン回転数パルス、エンジン振動波形、燃料噴射タイミングのいずれかであってもよい。また、加振信号の基準信号に対して所定の時間差を持たせて加振手段を駆動するようにしてもよい。
なお、加振信号の基準信号は、自動車内に備えられたＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内通信ネットワークを介して入力するようにしてもよい。このようにすることにより、新たに信号線を車内に張り巡らせる必要がなくなる。

さらに、アクセル開度、吸気量の変化、燃料噴射量及びエンジン回転数により、加振手段の加振力を変化させるようにしてもよい。また、加振手段の駆動を、例えば１５００ｒｐｍなど所定のエンジン回転数（エンジン回転数制限未満）を上限として停止させるようにしてもよい。
また、加振手段の駆動を所定のエンジン回転数の範囲外では停止させるようにしてもよい。このとき、エンジン回転数の下限値を５００〜１２００ｒｐｍとし、上限値を１４００〜４０００ｒｐｍとして、自動車のエンジン回転に応じて発生する振動の度合いに基づいて設定すればよい。

次に、図５を参照して、加振手段の変形例を説明する。図５は、本発明に係る自動車制振装置を取り付けた車体の一例を示す模式図である。図５において、図１に示す自動車制振装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示す自動車制振装置が図１に示す装置と異なる点は、車体１３前方に加振手段１４が設けられ、車体１３後方に第２加振手段２１が設けられており、それぞれの加振手段１４、２１の補助質量２０に自動車の部品を用いた点である。

ここで、図６を参照して、図５に示す加振手段１４及び第２加振手段２１の構成を説明する。図６は、図５に示す加振手段１４及び第２加振手段２１の構成を示す図である。レシプロモータ１９は、可動軸１９ａに対して補助質量２０が取り付けられており、車体１３の抑制するべき振動の方向と可動軸１９ａの往復動方向（推力方向）とが一致するように、車体１３に固定される。補助質量２０は、車体１３に対して、防振ゴム等のバネ要素２３ａ、２３ｂによって支持されており、可動軸１９ａの推力方向に移動可能に構成されている。この補助質量２０には、自動車に備えられている構成部品や付属部品が用いられる。

ここでいう構成部品及び付属部品とは、車体１３に対して弾性体で支持することが可能な部品のことである。このような構成部品には、例えば、ラジエータ、燃料タンク、クーラントやウォッシャ液等の液体リザーブタンク及びバッテリ等がある。ラジエータは、エンジンとの間で冷却水を供給するパイプ等によって接続される必要があるが、このパイプに弾性体のパイプを用いれば、レシプロモータ１９によってラジエータ本体を振動させることが可能である。また、液体タンクにおいても液体を供給するパイプを弾性体で構成することにより振動させることが可能である。さらに、バッテリにおいても電線に弾性を持たせておけば、レシプロモータ１９によってバッテリ本体を振動させることが可能である。

また、付属部品とは、自動車を動作させるために必須な部品ではなく、付属的に備えられている部品のことであり、例えば、スペアタイヤや工具類（または工具を入れた工具箱）である。これらの付属部品は、車体に対して弾性体で支持されていても自動車を動作させるためには全く問題がないため、この付属部品を弾性体によって車体１３に対して支持し、レシプロモータ１９によって振動させることが可能である。

なお、図５においては、２つの加振手段（加振手段１４及び第２加振手段２１）を設ける例を示したが、いずれか一方のみが設けられていてもよい。また、３つ以上の加振手段が備えられていてもよい。

このように、自動車に備えられている構成部品や必ず付属している付属部品などを補助質量として用いるようにして、自動車制振装置１０内に補助質量２０が予め備えられている必要がなくなるため、車体１３に自動車制振装置１０を取り付ける場合の重量増加を小さくすることができる。

本発明に係る自動車制振装置を取り付けた車体の一例を示す模式図である。 同自動車制振装置による車体振動の低減例を示す模式図である。 同自動車制振装置を車体の前後に取り付けた場合の車体振動の低減例を示す模式図である。 本発明の自動車制振装置に使用される加振手段の一例を示す説明図である。 本発明に係る自動車制振装置を取り付けた車体の一例を示す模式図である。 本発明の自動車制振装置に使用される加振手段の一例を示す説明図である。 従来のアイドリング運転時の車体振動モードを模式的に示す説明図である。

符号の説明

１０…自動車制振装置、１１…パワープラント、１２…エンジンマウント、１３…車体、１４…加振手段、１５…ハンドル、１６…座席部、１７…サスペンション、１８…タイヤ、１９…レシプロモータ、２０…補助質量、２１…第２加振手段、２３ａ、２３ｂ…防振ゴム（バネ要素）

Claims (13)

1. 振動を遮断するためのエンジンマウントで車体に支持されたエンジンとトランスミッション等を結合したパワープラントを搭載した自動車に適用され、前記エンジンマウントを介してパワープラントから当該自動車のハンドル部、座席部又は荷台部分のうち少なくとも何れかに伝達される車体振動を低減する自動車制振装置であって、前記パワープラントによる車体の振動モードの節となる位置以外の車体上の位置に、前記パワープラントの振動とは別の振動を発生させる加振手段を備え、当該加振手段の反力によって、前記ハンドル部、前記座席部、前記荷台部分のうち少なくとも何れかの付近で前記車体の振動モードの節となるように調整することを特徴とする自動車制振装置。
2. 前記加振手段は、エンジンマウントで支持されたパワープラントとは別の位置に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車制振装置。
3. 前記加振手段は、２台以上設置され、互いに独立した位相又は異なる位相で駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の自動車制振装置。
4. 前記加振手段は、リニアアクチュエータに取り付けた補助質量を振動させるものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の自動車制振装置。
5. 前記補助質量が、前記自動車の車体に対してバネ要素で支持された前記自動車の構成部品又は付属部品であり、該構成部品又は付属部品が、前記リニアアクチュエータによって振動することを特徴とする請求項４に記載の自動車制振装置。
6. 前記構成部品は、ラジエータ、タンク及びバッテリの何れかであり、前記付属部品は、スペアタイヤ及び工具の何れかであることを特徴とする請求項５に記載の自動車制振装置。
7. 前記加振手段は、エンジンのアイドリング時でかつ、車速がゼロの時に作動することを特徴とする請求項１〜６の何れか１に記載の自動車制振装置。
8. 前記加振手段は、車体フレーム、車体フレーム後端部、バンパー取り付け部、バンパー内部、トランク内部、座席下、エンジンマウント近傍の車体フレーム、又はエンジンマウントの直下の何れかに取り付けたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１に記載の自動車制振装置。
9. 加振信号の基準信号が、イグニッション電流、ディストリビュータ電流、点火プラグ電流、エンジン回転数パルス、エンジン振動波形、燃料噴射タイミングのいずれかであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１に記載の自動車制振装置。
10. 加振信号の基準信号に対して所定の時間差を持たせて前記加振手段を駆動することを特徴とする請求項１〜９の何れか１に記載の自動車制振装置。
11. アクセル開度、吸気量の変化、燃料噴射量及びエンジン回転数のいずれかにより、前記加振手段の加振力を変化させることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１に記載の自動車制振装置。
12. 前記加振手段の駆動を、所定のエンジン回転数を上限として、又は所定のエンジン回転数の範囲外で停止させることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１に記載の自動車制振装置。
13. 前記所定のエンジン回転数の範囲の下限値が５００〜１２００ｒｐｍであり、上限値が１４００〜４０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１２に記載の自動車制振装置。

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