JP5379551B2

JP5379551B2 - エンジン制振システム

Info

Publication number: JP5379551B2
Application number: JP2009103186A
Authority: JP
Inventors: 宏和渡井; 和朋村上
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: JP2010253991A

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンの所定方向の振動の、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。

車両に搭載されたエンジンの所定方向の振動の、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に基づいて、前記ＡＣＭの制振力を制御するエンジン制振システムが開示されており（例えば、特許文献１参照。）、このシステムによると、エンジンとエンジンマウントとよりなる系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、前記所定方向の所定周波数帯域において高い制振効果を得ることができ、このことはエンジンを支持するバネを固くすることを意味していて、これによって操縦安定性を向上させることができるが、従来技術においては、エンジン上の1点に設置された加速度センサにおける加速度情報だけに基づいてそれぞれのＡＣＭを制御しているので、エンジン上の他の点における振動が増大することがあり、このことは、他の方向の振動や、制振対象外の周波数帯域の振動が大きくなってしまうという問題があった。例えば、エンジンのロール方向の振動を抑制しようとした場合、同じ面内の並進方向の振動が大きくなり乗り心地が悪化してしまう。

一方、出願人は、特願２００８-０７１３５１にて、エンジンをアクティブに制振することのできる装置として、ＡＣＲに代えてアクティブコントロールロッド（以下「ＡＣＲ」という）を用いたエンジン制動システムを提案している。このＡＣＲは、複数個の永久磁石を軸方向に並べて構成したシャフトと、その周囲に配置された電磁コイルとを配設しそれらの磁気的な相互作用により、それらのシャフトおよび電磁コイルが非接触状態で軸方向に相対変位できるよう構成するともに、シャフトおよび電磁コイルの一方をエンジンに、これらの他方を車体に、それぞれ、球面ジョイントを介して連結して構成されている。

特開平１１−３２５１６５号公報

本発明は、このような問題を、ＡＣＭの代わりにＡＣＲを用いたエンジン制振システムに適用して解決しようとするものであり、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。

＜１＞は、車両に搭載されたエンジンの所定方向の振動の、車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムにおいて、エンジン上に固定され、前記所定方向の加速度を検知する複数個の加速度センサと、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ロッド（以下「ＡＣＲ」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ＡＣＲ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、予め設定された固定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の複数個とに基づいて、前記ＡＣＲ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、前記フィードバックフィルタマトリックスは、前記加速度信号の複数個を入力して前記ＡＣＲへの制御信号を出力するよう設定されてなり、
前記ＡＣＲは、複数個の永久磁石を軸方向に並べて構成したシャフトと、その周囲に配置された電磁コイルとを具え、それらの磁気的な相互作用により、それらのシャフトおよび電磁コイルが非接触状態で軸方向に相対変位でき、かつ、電磁コイルに電流が流されることでシャフトと電磁コイルとを軸方向に相対変位させる推力を発生して制振力を能動的にエンジンに加えるよう構成されるとともに、シャフトおよび電磁コイルの一方がエンジンに、これらの他方が車体に、それぞれ、ジョイントを介して連結されているエンジン制振システム。

＜２＞は、＜１＞において、前記所定方向をエンジンのロール方向としてなるエンジン制振システムである。

＜３＞は、＜２＞において、前記複数個の加速度センサのうちの少なくとも一つを、ロール回転軸からもっとも遠いエンジン上の位置に配置してなるエンジン制振システムである。

＜１＞によれば、エンジン上に固定され、前記所定方向の加速度を検知する複数個の加速度センサと、エンジンを支持するとともにこれを制振するＡＣＲと、前記加速度センサからの加速度信号に基づいて、前記ＡＣＲ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、予め設定された固定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の複数個とに基づいて、前記ＡＣＲ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、前記フィードバックフィルタマトリックスは、前記加速度信号の複数個を入力して前記ＡＣＲへの制御信号を出力するよう設定されているので、エンジン上の振動を、加速度センサが配置された複数の点で抑えるよう制御することができ、制御対象とする方向および周波数帯域での振動を抑えて操縦安定性を確保するとともに、制御対象としない方向、周波数帯域で振動が悪化するのを抑えることができる。

＜２＞によれば、前記所定方向をエンジンのロール方向としたので、エンジンの固有モードの振動を車体に伝搬するのを防止することができる。

＜３＞によれば、前記複数個の加速度センサのうちの少なくとも一つを、ロール回転軸からもっとも遠いエンジン上の位置に配置したので、フィードバックフィルタマトリックスを高いゲインの加速度データに基づいて作成することによりこれを高精度なものとすることができ、その結果、制振効果を高めることができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの側面配置を示す模式図である。ＡＣＲ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。試験車両で左右Ｗレーンチェンジを行った際に取得した、操舵角に時間変化を表すグラフである。試験車両で左右Ｗレーンチェンジを行った際に取得した、ゲインの周波数依存性を表すグラフである。

図１は、この発明の実施形態のエンジン制振システムに係るエンジンの側面面配置を示す模式図であり、エンジン１は、車体２に対して、ＡＣＲ（アクティブコントロールロッド、シャフトモータともいう）３と、図示の場合３個のエンジンマウント５（アクティブコントロールなし）とによって支持され、ＡＣＲ３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。

ここで、ＡＣＲ３は、図２に模式図で示すように、複数個の永久磁石２５を軸方向に並べて構成したシャフト２１と、その周囲に配置された電磁コイル２２とよりなり、電磁コイル２２に電流を流したときそれらに発生する磁気的な相互作用により、シャフト２１と電磁コイル２２とは、非接触状態を保ちながら軸方向に相対変位が可能なように構成されている。すなわち、シャフトは永久磁石をＮ極同士、Ｓ極同士をそれぞれ接合した構造になっており、接合部から強い磁力線が発生し、一方、このシャフト２１を取り囲む電磁コイル２２に電流が流れると磁界が発生し、フレミングの左手の法則によりシャフト２１と電磁コイル２２とを軸方向に相対変位させる推力が発生する。

このように構成されたＡＣＲ３は、相互の磁気作用により非接触状態を保つことができ、その状態で相対変位することができるので、応答性が極めて高く、また、その軸方向の変位に対して、推力を制御することにより、それらの相対変位における可動範囲内であればどの位置でもあっても、バネ特性を固くしたり柔らかくしたり自在に制御できるという特長を有している。

このような特長を有するＡＣＲ３を、例えば、図１に示すように、シャフト２１と電磁コイル２２との一方をエンジン１の側に固定し、他方を車体１２の側に固定し、電磁コイル２２に流す電流を制御することによって、エンジン１と車体１２との相対変位に対して、これらの間に設けられたバネとして介在させることができ、しかも、そのバネ常数をリアルタイムで制御することにより、所望の制振効果を得ることができる。

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）上の複数箇所（図示の場合は２カ所）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１個以上のＡＣＲ３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、ＡＣＲ３の制振力を制御する制御部１１とを具える。

制御部１１は、予め設定された固定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、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、ＡＣＲ３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ＡＣＲ３に入力するアンプ６が配設される。

本発明においては、エンジンのロール共振モードを制振することを主たる目的としており、自動車の作動時に常に発生し得る共振を抑えることで発進から停止まで操縦安定性を高めることができる。

ここで、フィードバックフィルタマトリックスは、式（１）におけるKで表されるマトリックスであり、式（１）により求めることができる。βは、出力信号β₁、β2からなるベクトルであり、αは、加速度信号α、α2からなるベクトルである。

このフィードバックフィルタマトリックス（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。

図４において、Ｐは、ＡＣＲ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、式（１）のフィードバックマトリックスKであり、また、w1、w2は外乱入力、w3は観測ノイズ、また、Ws、Wt、および、Wnは重み関数で、Ws、Wt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。

上記に説明した本発明の特徴は、ＡＣＲの制振力を制御する信号として、複数箇所における加速度信号をフィードバックしている点にあり、このことによって、もし、１カ所の加速度信号だけをフィードバックした場合には、制御対象とした点だけの振動は抑えることができるものの、その他の点で振動が大きくなるという問題を解消することができる。

特に、本発明においては、エンジンそのものの駆動によって発生する、そのドライブシャフト軸線ＳＴ周りのロール回転方向の振動を抑制するものであり、この場合、その他の点において、並進成分の振動が発生しやすくなる。

なお、加速度センサ４ａ、４ｂの位置として、エンジンのロール方向の振動を抑えようとする場合には、ロール回転軸からもっとも離れたエンジン上の点を第一の位置として選ぶのが好ましく、また、第二の位置としては、この第一の位置における振動を最小となるよう制御したときに、振動が大きくなる位置を選ぶのが好ましく、これらは、同一平面上のあるのが好ましい。

ここで、エンジンマウント１３の一部もしくは全部を、液封式防振マウントで構成すれば、制振効果を高めることができ好ましい。液封式防振マウントは、少なくとも一部が弾性体で囲まれた液室を有していて、エンジン１と車体１２との相対変位によって弾性体の壁が移動し液室の容積が変化すると液室に接続されたオリフィスを通過して液室内の液体が流出入できるように構成されていて、このときの液体の粘性抵抗または液柱共振によって制振作用を発揮することができるようになっている。

図１に示したエンジン配置を搭載した試験車両において、120km/hの速度で、左右Ｗレーンチェンジを行った際に取得したデータを図５、図６に示す。図５は、横軸に時間を、縦軸に操舵角をとって操舵時の操舵角の時間変化を表すグラフであり、図６は、Ｗレーンチェンジ中にエンジン上部の加速度センサによって測定された加速度のフーリエ変換した結果を横軸に周波数を、縦軸に、ゲインをとって表すグラフであり、図６において、実線（Ａ）は、エンジン上部の加速度センサ２個を用いて制御した２点制御の場合のデータ、点線（Ｂ）は、エンジン上部の加速度センサ１個だけを用いて制御した１点制御の場合のデータ、そして、２点鎖線（Ｃ）は、制御をしない制御ＯＦＦの場合のデータをそれぞれ表す。

図６から分かる通り、制御目的周波数である16〜17.5Hzにおいて、制御ＯＦＦの場合には大きなピークがあるが、２点制御および１点制御の場合には、この周波数帯で振動が抑えられている。この場合、１点制御の場合には、制御目的周波数以外で振動の悪化が見られるのに対して、２点制御の場合には、制御目的周波数以外でもこのような振動の悪化が見られない。なお、この試験においては、制御帯域を15〜20Hzとしてコントローラを設計した。

１エンジン
２車体
３ＡＣＲ
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
１３エンジンマウント
２１シャフト
２２電磁コイル
２３球面ジョイント
２５永久磁石
ＳＴドライブシャフト軸線

Claims

車両に搭載されたエンジンの所定方向の振動の、車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムにおいて、エンジン上に固定され、前記所定方向の加速度を検知する複数個の加速度センサと、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ロッド（以下「ＡＣＲ」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ＡＣＲ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、予め設定された固定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の複数個とに基づいて、前記ＡＣＲ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、前記フィードバックフィルタマトリックスは、前記加速度信号の複数個を入力して前記ＡＣＲへの制御信号を出力するよう設定されてなり、
前記ＡＣＲは、複数個の永久磁石を軸方向に並べて構成したシャフトと、その周囲に配置された電磁コイルとを具え、それらの磁気的な相互作用により、それらのシャフトおよび電磁コイルが非接触状態で軸方向に相対変位でき、かつ、電磁コイルに電流が流されることでシャフトと電磁コイルとを軸方向に相対変位させる推力を発生して制振力を能動的にエンジンに加えるよう構成されるとともに、シャフトおよび電磁コイルの一方がエンジンに、これらの他方が車体に、それぞれ、ジョイントを介して連結されているエンジン制振システム。
前記所定方向をエンジンのロール方向としてなる請求項１に記載のエンジン制振システム。
前記複数個の加速度センサのうちの少なくとも一つを、ロール回転軸からもっとも遠いエンジン上の位置に配置してなる請求項２に記載のエンジン制振システム。