JP5205116B2 - エンジン制振システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンの振動の車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムに関し、特に、乗り心地を犠牲にすることなく、車両の操縦安定性を向上させるようエンジンを制振できるものに関する。

出願人は、特願２００７−３００６６６において、車両に搭載されたエンジンにおける所定方向の振動の車体への伝搬を抑制するため、エンジンに加速度センサを固定し、エンジンを制振する複数個のアクティブコントロールマウント（以下「ＡＣＭ」という）でエンジンを支持し、前記加速度センサからの加速度信号を、予め設定されたフィードバックフィルタマトリックスに入力することによって得られた制御出力を用いて前記ＡＣＭの制振力を制御するエンジン制振システムを提案しており、このシステムによると、エンジンの固有振動数を含む所定の周波数帯域において効果的に制振効果を得ることができる。

上記従来技術を用いてエンジンを制振した場合、対象とする所定帯域以外では、僅かながら振動が悪化するが、他の帯域での悪化を無視できるほど対象とする帯域での制振効果は優れており、このことによって、操縦安定性を向上させることができる。しかしながら、上記提案に基づいて試行すると、対象とする周波数帯域における入力が大きいときには制振効果が明確に現れるが、入力が小さいときに、同じフィードバックフィルタマトリックスを用いて制御した場合には、対象とする所定帯域での制振効果よりも、他の周波数帯域での振動の悪化の影響が大きくなり、操縦安定性や乗り心地が悪化してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、乗り心地を犠牲にすることなく、車両の操縦安定性を向上させるようエンジンを制振することのできるエンジン制振システムを提供することを目的とする。

本発明は、車両に搭載されたエンジンの振動の、車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムであって、
車両の挙動を表す物理量を検知する車両挙動センサと、エンジン上に固定され所定方向の加速度を検知する加速度センサと、エンジンを支持するとともにこれを制振するアクティブコントロールマウント（以下「ＡＣＭ」という）と、前記加速度センサからの加速度信号に基づいて、前記ＡＣＭの制振力をリアルタイムに制御する制御部とを具え、
前記制御部は、車両挙動センサからの信号に応じて予め準備された複数個の中から選択された１個のフィードバックフィルタマトリックスと、車両の走行に伴って変動する前記加速度信号とに基づいて、前記ＡＣＭの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する高速演算装置を具えて構成され、前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスのそれぞれは、前記加速度信号を入力して前記ＡＣＭへ制御信号を出力するよう設定されてなり、前記フィードバックフィルタマトリックスの選択は、車両挙動センサからの信号ごとに選択すべきフィードバックフィルタマトリックスを予め定めた選択基準に基づいてなされるエンジン制振システムにおいて、
前記車両挙動センサは、制動制御量もしくはそれに応じて直接的に変化する物理量を検出するセンサであり、
前記フィードバックフィルタマトリックスは、互いにＡＣＭへのフィードバックゲインの大きさが異なる３個が準備され、操作者が制動をかけていないときには、ゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスを、操作者がＡＢＳを作動させない程度の制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスを、そして、操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分な制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスをそれぞれ選択するよう構成されていることを特徴とする

本発明によれば、ＡＣＭのそれぞれを、加速度センサからの入力信号に基づいて制御するのに用いられるフィードバックフィルタマトリックスは、予め準備された複数個のフィードバックフィルタマトリックスの中から、車両挙動センサからの信号に応じて予め定められた選択基準に基づいて選択されるので、そのときの車両挙動に応じて最適なものを選択することができ、このことによって、車体の状態が変わってもその時々の状況に応じて、乗り心地と、車両の操縦安定性との両立を図ることができる。

また、本発明によれば、前記車両挙動センサは、制動制御量もしくはそれに応じて直接的に変化する物理量としたので、制動時の好適な制振特性を得ることができる。

また、本発明によれば、前記フィードバックフィルタマトリックスは、互いにＡＣＭへのフィードバックゲインの大きさが異なる３個が準備され、操作者が制動をかけていないときには、ゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスを、操作者がＡＢＳを作動させない程度の制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスを、そして、操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分な制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスをそれぞれ選択するよう構成されているので、制動時の制振特性を一層好ましいものにすることができる。

図１は、この発明の実施形態に係るエンジンの平面配置を示す模式図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視に対応するエンジンの側面を示す模式図であり、エンジン１は、車体２に対して、2個のＡＣＭ３ａ、３ｂおよび２個のエンジンマウント５（アクティブコントロールなし）によって支持され、ＡＣＭ３ａ、３ｂはエンジンを支持するともに、制振力を能動的にエンジン１に加えてその振動が車体に伝達されるのを抑制するよう機能する。

また、エンジン１には、その表面（図示の場合はエンジンの上面）上に、加速度センサ４ａ、４ｂが固定され、エンジン１のそれらの点における加速度をリアルタイムに検知するよう機能する。これらの加速度センサ４ａ、４ｂは、ドラブシャフト軸線ＳＴの周りの回転成分、すなわちエンジン１のロール回転方向の加速度を検知するよう設定されている。

図３は，この実施形態のエンジン制振システムの構成を示すブロック線図であり、エンジン制振システム１０は、車体２に対してエンジン１を支持するとともにこれを制振する複数個のＡＣＭ３ａ、３ｂと、エンジン１表面上の相互に異なる位置に固定された加速度センサ４ａ、４ｂと、加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号に基づいて、ＡＣＭ３ａ、３ｂの制振力を制御する制御部１１とを具える。

制御部１１は、フィードバックフィルタマトリックスと、車両の走行に伴って変動する、複数個の加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号α₁、α₂とに基づいて、ＡＣＭ３ａ、３ｂのそれぞれの制振力を制御する信号β₁、β₂をリアルタイムに算出する高速演算装置９を具える。制御部１１には、また、加速度信号α₁、α₂を得るために、加速度センサ４ａ、４ｂからの信号を増幅するアンプ７が設けられるとともに、高速演算装置９からの出力信号をβ₁、β₂を増幅してＡＣＭ３ａ、３ｂに入力するアンプ６が配設される。

ここで、エンジン制振システム１０は、車両の挙動を検知する車両挙動センサ２０を具えるとともに、信号β₁、β₂を算出するのに用いるフィードバックフィルタマトリックスとして、高速演算装置９に内蔵された複数のフィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３の中から、車両挙動センサ２０からの信号swに応じて選択した１個のフィードバックフィルタマトリックスを用いるように構成されている。

そして、本発明は、複数のフィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３を予め準備し、それぞれのフィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３ごとに車両挙動の度合い（例えば、制動のレベル）を対応させた選択基準を予め定めておき、車両挙動センサ９によって実際に検知され車両挙動の度合いに応じて、その選択基準に基づいてフィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３のうちから一つ選択するよう構成されている。

したがって、まず、フィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３を準備する必要がある。このフィードバックマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３は、式（１）におけるK(s)で表されるマトリックスであり、βは、出力信号β₁、β₂からなるベクトルであり、αは、（α₁−α₂）で算出される加速度信号である。
β＝Ｋ（ｓ）・α （１）

このフィードバッＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３（これらを代表して、以下「コントローラＫ」という）は、例えば、次のようにして設計することができる。すなわち、この設計を、入力端外乱を用いたＨ∞制御における混合感度問題として捉え、図４に示した系において、外乱w₁、w₂から制御量z₁、z₂までの伝達関数W_sMのＨ∞ノルム、および、外乱w₁、w₂から制御量z₃、z₄までの伝達関数W_tTのＨ∞ノルムを求め、これらの伝達関数W_sM、W_tTにおけるM、Tが、それぞれコントローラＫの関数であるので、これらの伝達関数W_sM、W_tTのＨ∞ノルムを小さくするように全体の系を設計することによってコントローラＫを求めることができる。

ここで、図４において、Ｐは、ＡＣＭから加速度センサまでの、実際の系の伝達関数を計測しモデリングしたもの、Ｋは、設計しようとするコントローラであり、w₁、w₂は外乱入力、w₃は観測ノイズ、また、W_s、W_t、および、W_nは重み関数で、W_s、W_tを試行錯誤で修正しながら上記伝達関数を小さくするようにしてコントローラＫを設計するのである。（ただし、実際にシステムを制御する際には、これを状態方程式に変換し時間領域でリアルタイムに制御を行う。）

上記のように設計したコントローラＫを、例えばＫ_１として、このＫ_１におけるゲインを変えてＫ_２、Ｋ_３を作ればよい。そして、車両挙動を表す物理量の値に応じてフィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３のどれを選択すべきかの選択基準は、実際に実験して評価して決定することになる。

あるいは、車両挙動を表す物理量の範囲を先に分類しておき、それぞれに対応するコントローラのフィードバックゲインを設計するようにして選択基準を定めることもできる。

例えば、車両挙動を表す物理量として制動に関する物理量をとった場合には、（１）操作者が制動をかけていないときゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスＫ_１を選択し、（２）操作者がＡＢＳを作動させない程度に小さい制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスＫ_２を選択し、（３）操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分に大きな制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスＫ_３を選択するような選択基準を定め、具体的には、フィードバックフィルタマトリックスＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３のゲインを詳細に設定する。この設定は、上記操作者の制動レベルごとに分類された上記３つの各範囲の全域で制動特性と操縦安定性とを両立させることができるよう各コントローラＫ_１、Ｋ_２、Ｋ_３のゲインを、実験しながら決めることになる。

図５は、このような目的のために行った実験の一例であり、図１、図２に示したエンジン配置において、車両を搭載する台を加振機で加振し、加速度センサ４ａ、４ｂで検出した加速度信号からこれらの差をとってエンジンのロール回転方向の振幅成分だけを抽出してその周波数依存性をグラフ化したものである。

この実験では、操作者が制動をかけていないときのコントローラＫとして、ゲインの小さなフィードバックフィルタマトリックスＫ_１を対応させ、これが満足できるレベルであるかをチェックしたものであり、比較のために、全くコントロールしない場合、中位のゲインを有するフィードバックフィルタマトリックスンＫ_２を用いた場合、大きいゲインのフィードバックフィルタマトリックスＫ_３を用いた場合についても、エンジンの加速度出力を測定した。

図５から明らかなように、操作者が制動をかけていないときのコントローラＫとして、ゲインの小さなコントローラＫ_１を対応させることにより、広い周波数範囲で、特に高いレベルの振動を生じることはなく、一方、コントロールを全くしない場合には、共振点13Hz付近で大きな振動があり、また、フィードバックのゲインを上げすぎると、逆に、17Hz付近で操縦安定性を悪化させる発振が生じてしまうことがわかる。

なお、試験に用いた車両は、2500ccのディーゼルエンジンを搭載したものであり、加振条件として、前輪だけを加振台に載せ、この加振台を5〜20Hzまで連続的に周波数を増加させながら加振したあと、20〜5Hzまで周波数を連続的に減少させながら加振させた。この間、ギアをニュートラル位置にセットしサイドブレーキだけを効かせた状態とした。また、ＡＣＭとしては電磁式アクチュエータを具えたものを用いた。

ここで、車両の挙動を表す物理量の例としては、車両の前後方向の物理量としては、加速度、速度、あるいは、それを制御するエンジンの出力、アクセルの踏み込み量、あるいは、ブレーキ油圧、ブレーキ踏み込み量等をあげることができ、また、車両の横方向の物理量としては、加速度、速度のほか、操舵の操作圧や、ハンドルの回転角度等を用いることができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの平面配置を示す模式図である。 図１のＡ−Ａ矢視に対応するエンジンの側面を示す模式図である。 本発明に係る実施形態のエンジン制振システムの構成を示すブロック線図である。 フィードバックマトリックスを設計する際に用いる系を示すブロック線図である。 ロール方向の振幅の周波数依存性を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ 車体
３ａ、３ｂ ＡＣＭ
４ａ、４ｂ 加速度センサ
５ エンジンマウント
６、７ アンプ
９ 高速演算装置
１０ エンジン制振システム
１１ 制御部
２０ 車両挙動センサ
Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３ フィードバックフィルタマトリックス
ＳＴ ドライブシャフト軸線

Claims (1)

1. 車両に搭載されたエンジンの振動の、車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムであって、
   車両の挙動を表す物理量を検知する車両挙動センサと、エンジン上に固定され所定方向の加速度を検知する加速度センサと、エンジンを支持するとともにこれを制振するアクティブコントロールマウント（以下「ＡＣＭ」という）と、前記加速度センサからの加速度信号に基づいて、前記ＡＣＭの制振力をリアルタイムに制御する制御部とを具え、
   前記制御部は、車両挙動センサからの信号に応じて予め準備された複数個の中から選択された１個のフィードバックフィルタマトリックスと、車両の走行に伴って変動する前記加速度信号とに基づいて、前記ＡＣＭの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する高速演算装置を具えて構成され、前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスのそれぞれは、前記加速度信号を入力して前記ＡＣＭへ制御信号を出力するよう設定されてなり、前記フィードバックフィルタマトリックスの選択は、車両挙動センサからの信号ごとに選択すべきフィードバックフィルタマトリックスを予め定めた選択基準に基づいてなされるエンジン制振システムにおいて、
   前記車両挙動センサは、制動制御量もしくはそれに応じて直接的に変化する物理量を検出するセンサであり、
   前記フィードバックフィルタマトリックスは、互いにＡＣＭへのフィードバックゲインの大きさが異なる３個が準備され、操作者が制動をかけていないときには、ゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスを、操作者がＡＢＳを作動させない程度の制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスを、そして、操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分な制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスをそれぞれ選択するよう構成されていることを特徴とするエンジン制振システム。

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