JP5479371B2 - 車載用能動型振動低減装置 - Google Patents

Description

この発明は、制振対象の複数方向の振動を低減する車載用能動型振動低減装置に関する。

従来から実開平５−２６７４５号公報及び特開２００１−２２７５８２号公報に示すように、振動低減装置（制振装置）として、ダイナミックダンパが採用されている。

実開平５−２６７４５号公報には、サブフレームの振動の腹となる位置にオルタネータ等のエンジン補機を取り付け、エンジン補機の共振によりサブフレームの振動を打ち消すように構成しダイナミックダンパとして動作させる車両の補機支持装置が開示されている。

特開２００１−２２７５８２号公報には、サブフレームを構成する角状アーム材にゴム弾性体を介してマスを取り付け（マス・ゴム弾性体という。）、エンジンの作動時等にエンジン等の振動がサブフレームに入力してサブフレームが共振すると、サブフレームの共振周波数に合わせて共振周波数を設定した前記マス・ゴム弾性体が共振しサブフレームの共振振動を抑制するように動作するダイナミックダンパが開示されている。

また、特開平５−６９８５３号公報には、長尺なサブフレームの両端をダンパにより車体に連結するとともに、一端側のダンパと並列にピエゾアクチュエータを設け、サブフレームの他端側の振動と逆相になるように前記ピエゾアクチュエータを作動させることで振動を低減するようにした車載用能動型振動低減装置が開示されている。

一般的なダイナミックダンパは、振動する制振対象に取り付けられるブラケットと、このブラケットに取り付けられた弾性部材と、この弾性部材に揺動可能に支持されるマスとから構成され、制振対象のマスの作動方向の共振周波数振動成分のみを制振するように機能する。すなわち、マスの作動方向と制振方向とが一致している。

したがって、制振対象が複数方向に振動成分を持っている場合には、その方向毎にダイナミックダンパを取り付ける必要がある。また、制振対象が複数の共振周波数をもっている場合には、共振周波数毎に各別のダイナミックダンパを取り付ける必要がある。

しかしながら、例えば、車両に搭載されるダイナミックダンパは、１個が数［ｋｇ］程度の重さがあり、複数個取り付ける場合には、車両（制振対象）への取り付けコストが高騰するとともに、取り付けスペースの制約が大幅に増加し、さらには、燃費が悪化するという問題がある。

同様に、ダンパと並列にピエゾアクチュエータを設けた場合にも、取り付けスペースが大容量となって取り付けスペースの制約が増大し、かつダンパとピエゾアクチュエータの両方を車両に取り付ける必要があり、この場合にも取り付けコストが増加し、重量も増加する。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、取り付けコストが低減され、取り付けスペースの制約が軽減され、さらには、重量減による燃費の向上を同時に可能とする車載用能動型振動低減装置を提供することを目的とする。

また、この発明は、１つのダイナミックダンパを有する車載用能動型振動低減装置で、複数方向の振動の低減を可能とする車載用能動型振動低減装置を提供することを目的とする。

さらに、この発明は、１つのダイナミックダンパを有する車載用能動型振動低減装置で、複数の振動低減方向の中、少なくとも１方向は、幅広い周波数に対応して振動の低減を可能とする車載用能動型振動低減装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車載用能動型振動低減装置は、複数方向に振動する制振対象に取り付けられるブラケットと、このブラケットに取り付けられた弾性部材と、この弾性部材に支持されるアクチュエータと、を有するダイナミックダンパと、前記制振対象の振動に相関のある信号に基づいて、前記アクチュエータを駆動する制御部とを備え、前記アクチュエータは、前記ダイナミックダンパによる作動方向と異なる方向に作動方向を持つことを特徴とする。

この発明によれば、ブラケットに取り付けられた弾性部材にアクチュエータが支持されるように取り付けているのでアクチュエータを一般的なダイナミックダンパのマスとして用いることができ、かつアクチュエータをマスとするダイナミックダンパの作動方向と異なる方向にアクチュエータの作動方向を持たせたので、ダイナミックダンパとしての作動方向で制振できることは勿論のこと、これとは異なるアクチュエータの作動方向でも制振することができる。

この場合、前記アクチュエータは、該アクチュエータの前記作動方向については前記弾性部材により固定され、前記ダイナミックダンパによる作動方向については前記弾性部材により揺動可能に支持されるように構成することで、アクチュエータの作動方向の力が弾性部材に吸収されることなく、弾性部材及びブラケットを通じて制振対象に直接的に作用する。

この発明によれば、アクチュエータをダイナミックダンパのマスとして用いダイナミックダンパとしての作動方向で制振できることは勿論のこと、これとは異なるアクチュエータの作動方向でも制振することができる。

よって、この発明によれば、１つのダイナミックダンパを有する車載用能動型振動低減装置で、複数方向の振動を低減することができる。これにより、ダイナミックダンパの車両への取り付けコストが低減され、取り付けスペースの制約が軽減され、さらには、重量減による燃費の向上を同時に達成することができる。

この発明の第１実施例に係る車載用能動型振動低減装置を備える車両の模式的な構成図である。 第１実施例に係る車載用能動型振動低減装置に使用される一例としてのダイナミックダンパの斜視図である。 ダイナミックダンパのマスとして機能するアクチュエータの共振特性図である。 サブフレームの前後方向の振動特性図である。 第１実施例に係る車載用能動型振動低減装置の回路図である。 車載用能動型振動低減装置の制御をオンとオフに切り替えた場合のサブフレームの前後方向の振動特性図である。 ダイナミックダンパの有無による上下方向のサブフレームの振動特性図である。 この発明の第２実施例に係る車載用能動型振動低減装置を備える車両の模式的な構成図である。 第２実施例に係る車載用能動型振動低減装置の回路図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

Ａ．第１実施例
図１は、この発明の第１実施例に係る車載用能動型振動低減装置（以下、ＡＶＣ装置という。）１０を備える車両１２の模式的な構成を示している。

車両１２は、フロアパネル１４を有し、フロアパネル１４の前方に振動源近傍部材であり一方の制振対象（第１制振対象）としてのサブフレーム１６が取り付けられている。

サブフレーム１６の上側には、制振ゴム１８を介して振動源であるエンジン１９（内燃機関）が搭載されている。

他方の制振対象（第２制振対象）であるステアリングホイール２０を支持するステアリングシャフト２２は、ステアリングハンガー２４に回転自在に支持される。

ステアリングハンガー２４は、例えば、図示しない両フロントサイドパネルに固定される。両フロントサイドパネルは、フロアパネル１４及びサブフレーム１６に連結されている。

したがって、エンジン１９の振動が、エンジン１９から制振ゴム１８を通じた後、符号「Ｃ」の矢線で示す伝達経路２６、すなわちサブフレーム１６（フロアパネル１４）から両フロントサイドパネル、ステアリングハンガー２４、及びステアリングシャフト２２への伝達経路２６を通じてステアリングホイール２０に伝達される。

サブフレーム１６の下側には、このサブフレーム１６を制振対象とするダイナミックダンパ３０が取り付けられている。

ダイナミックダンパ３０からステアリングホイール２０に至る上記の伝達経路２６の伝達関数（位相特性と振幅特性）を上記の符号「Ｃ」で表す。この伝達関数Ｃは、測定若しくはシミュレーションにより求めることができる。測定若しくはシミュレーションにより求めた伝達関数を模擬伝達関数Ｃ＾という。

図２にも示すように、ダイナミックダンパ３０は、両舌片に設けられた孔３３を介して図示しないボルトによりサブフレーム１６の下側に取り付けられる例えばコ字状の鋼鉄製の金属のブラケット３２と、このブラケット３２の対向する両側面３４に取り付けられる扁平な直方体形状の硬質ゴム等の弾性部材３６と、２つの弾性部材３６間に懸架され上方向Ｕｐと下方向Ｌｗ（上下方向ＵＬ）に揺動可能に支持されるマス一体型のアクチュエータ３８とから構成される。

この場合、弾性部材３６は、上下方向ＵＬには薄肉であるので、ダイナミックダンパ３０のマスとして機能するアクチュエータ３８は、上下方向ＵＬに揺動（振動）でき｛上下方向ＵＬが作動方向（制振方向）とされ｝、所定の振動特性Ｑｄ（共振周波数ｆ３：図３参照）を有するように構成されている。図３において、横軸はエンジン回転数［Ｈｚ］、縦軸は振動レベル［ｄＢ］を表す。

アクチュエータ３８は、レシプロモータ、ピエゾアクチュエータ、ボイスコイル型アクチュエータ、リニアソレノイド等のアクチュエータ本体４０と、アクチュエータ本体４０をモールドする硬質ゴム４２とから構成されている。硬質ゴム４２の重量とアクチュエータ本体４０の重量を合わせた重量、すなわちアクチュエータ３８の重量が、ダイナミックダンパ３０のマスとして機能する。

ダイナミックダンパ３０のマスとして機能するアクチュエータ３８は、上述したように、上下方向ＵＬで所定の共振周波数ｆ３を有する。ダイナミックダンパ３０は、ダイナミックダンパ３０のブラケット３２の取り付け箇所であるサブフレーム１６における共振周波数ｆ３の上下方向ＵＬの振動を制振する作用を有する。

エンジン１９の振動に基づくサブフレーム１６の振動を原因としてステアリングホイール２０は、共振周波数ｆ３と同一の周波数ｆ３で上下方向ＵＬに振動する。したがって、ダイナミックダンパ３０による上下方向ＵＬのサブフレーム１６の制振作用に基づいて、周波数ｆ３でのステアリングホイール２０の上下方向ＵＬの不要な振動も抑制される。

ステアリングホイール２０は、上記した上下方向ＵＬの振動の他、前方向Ｆｒと後方向Ｒｅ、すなわち前後方向ＦＲでも振動し易い特性を持っている。

図４は、サブフレーム１６の前後方向ＦＲの振動特性を示している。サブフレーム１６に構造的に連結されているステアリングホイール２０は、サブフレーム１６の前後方向ＦＲのこれら複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ４でも振動する。

これら複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ４でサブフレーム１６及びステアリングホイール２０に発生する前後方向ＦＲの不要な振動を制振する機構が必要である。

そこで、アクチュエータ本体４０を、前後方向ＦＲに力を発生する｛作動方向（制振方向）を有する｝ようにアクチュエータ３８内に配置している。アクチュエータ本体４０に発生する前後方向ＦＲの力は、アクチュエータ３８のモールド部材である硬質ゴム４２を介して弾性部材３６の前後方向ＦＲの面にかかる。

詳しく説明すると、弾性部材３６は、ブラケット３２の一方の側面３４とアクチュエータ３８の前面との間、及びブラケット３２の他方の側面３４とアクチュエータ３８の後面との間に挿入固着されている。この場合、アクチュエータ３８は、作動方向である前後方向ＦＲについては両弾性部材３６により固定されている。そのため、アクチュエータ本体４０の前後方向ＦＲの作動に伴いアクチュエータ３８により発生する応力である前後方向ＦＲの力が弾性部材３６、ブラケット３２を介してサブフレーム１６にかかることになる。このようにして、アクチュエータ本体４０が発生する応力、結局、アクチュエータ３８の発生する応力を弾性部材３６及びブラケット３２を通じてサブフレーム１６に直接的に伝えることができる。

複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ４でアクチュエータ３８に前後方向ＦＲの力を発生させるため、図１に示すように、アクチュエータ本体４０に電気信号である制御信号Ｓｃを供給するケーブル４４の一端を接続し、アクチュエータ３８より延びるケーブル４４の他端を、能動振動制御部（ＡＶＣＥＣＵという。）４６に接続する。

ここで、ＡＶＣＥＣＵ４６は、ダッシュボード内の適位置に固定されている。一方、エンジン１９が配置される室（エンジンルーム）には、適位置に燃料噴射制御部（ＦＩＥＣＵという。）４８が取り付けられ、ＦＩＥＣＵ４８とＡＶＣＥＣＵ４６は、ケーブル５０により接続される。

また、ＡＶＣＥＣＵ４６と、ステアリングホイール２０の中央部（中心部）に埋め込まれてステアリングホイール２０の振動を検出する振動センサ５２とが、ケーブル５４により接続される。

図５は、ＡＶＣ装置１０の構成を示している。

このＡＶＣ装置１０では、ＦＩＥＣＵ４８からＡＶＣＥＣＵ４６に対してケーブル５０を通じてエンジンパルスＥｐが供給される。エンジンパルスＥｐは、図示しないピストンが上死点に来たときにハイレベルとされるものであり、エンジン１９が４気筒エンジンであれば、図示しないクランク軸が１／２回転（１８０°回転）する毎にエンジンパルスＥｐがハイレベルとなる。

また、振動センサ５２からステアリングホイール２０の振動がケーブル５４を通じて誤差信号ｅとしてＡＶＣＥＣＵ４６に供給される。

ＦＩＥＣＵ４８及びＡＶＣＥＣＵ４６は、マイクロコンピュータ、メモリ、入出力回路等のハードウェアから構成される。

ＡＶＣＥＣＵ４６は、ＦＩＥＣＵ４８からのエンジンパルスＥｐと、振動センサ５２からの誤差信号ｅとに基づいて制御信号Ｓｃを生成し増幅器７２により増幅して出力し、アクチュエータ本体４０を通じてアクチュエータ３８を前後方向ＦＲに作動させる。

周波数検出部６０は、エンジンパルスＥｐからエンジン回転周波数ｆ［Ｈｚ］を検出し、出力する。

基準信号生成部６２は、エンジン回転周波数ｆの調波の周波数を有する基準信号Ｓｂを生成する。基準信号Ｓｂ、実際には、正弦波と余弦波であり、これらが並列に制御信号生成部７０に供給される。

制御信号生成部７０は、基準信号Ｓｂに対して適応フィルタ処理を施して制御信号Ｓｃを生成するものであり、適応フィルタ６６と、参照信号生成部６４と、フィルタ係数更新部６８とを有する。

参照信号生成部６４は、基準信号生成部６２から出力された基準信号Ｓｂに対して伝達関数処理を行うことで参照信号Ｓｒ（濾波基準信号ともいう。）を生成し、フィルタ係数更新部６８に出力する。参照信号生成部６４には、伝達経路２６の伝達関数（位相特性と振幅特性）Ｃを模擬した上述の模擬伝達関数Ｃ＾が設定されている。

適応フィルタ６６は、例えば、ノッチフィルタであり、基準信号Ｓｂにフィルタ係数Ｗを用いた適応フィルタ処理を施して、前後方向ＦＲの複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ４の不要振動に対する相殺振動を発生させる制御信号Ｓｃを生成する。制御信号Ｓｃは、増幅器７２により増幅されて増幅後の制御信号Ｓｃとしてアクチュエータ本体４０に供給される。

フィルタ係数更新部６８は、適応フィルタ６６のフィルタ係数Ｗを逐次演算・更新する。フィルタ係数更新部６８は、適応アルゴリズム演算｛例えば、最小二乗法（ＬＭＳ）アルゴリズム演算｝を用いてフィルタ係数Ｗを演算する。すなわち、参照信号生成部６４からの参照信号Ｓｒと振動センサ５２からの誤差信号ｅとに基づいて、誤差信号ｅの二乗ｅ²をゼロとするようにフィルタ係数Ｗを演算する。

このように構成した図５のＡＶＣ装置１０（上述した前後方向ＦＲの不要な振動を制振する機構に相当する。）によれば、図４の特性図に示したエンジン回転周波数ｆの調波の周波数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ４に対応した広帯域な周波数範囲（幅広い周波数範囲）での前後方向ＦＲの振動を低減することができる。

図６は、ＡＶＣ装置１０による制御をオンとオフに切り替えた場合のサブフレーム１６における前後方向ＦＲの振動レベルの特性を示している。点線で示す特性Ｒａが制御オフ時の制振前の特性であり、実線で示す特性Ｒｂが制御オン時の制振時（振動が低減されたとき）の特性である。

また、上述したように、ダイナミックダンパ３０は、図３の特性図に示した共振周波数ｆ３で所定の共振特性Ｑｄを有するのでその共振周波数ｆ３での上下方向ＵＲの振動を低減することができる。

図７は、ダイナミックダンパ３０の有無によるサブフレーム１６における上下方向ＵＲの振動レベルの特性を示している。点線で示す特性Ｒｃは、ダイナミックダンパ３０がサブフレーム１６に取り付けられていないとき（ダイナミックダンパ３０無し。）の特性であり、実線で示す特性Ｒｄは、ダイナミックダンパ３０がサブフレーム１６に取り付けられているとき（ダイナミックダンパ３０有り）の振動が低減された特性である。

よって、この第１実施例によれば、１つのダイナミックダンパ３０を有するＡＶＣ装置１０で周波数ｆ１〜ｆ４を含む広い周波数範囲での前後方向ＦＲ及び上下方向ＵＬの制振が可能となる。アクチュエータ３８とダイナミックダンパ３０の作動により、サブフレーム１６及びステアリングホイール２０の上下方向ＵＬ及び前後方向ＦＲの複数方向の振動を低減することができる。

Ｂ．第２実施例
図８、図９は、第２実施例のＡＶＣ装置１０ａを示している。このＡＶＣ装置１０ａでは、サブフレーム１６にダイナミックダンパ３０のブラケット３２とともに振動センサ５２を取り付け、アクチュエータ３８と振動センサ５２とを近接させている。

このように構成した図８、図９例のＡＶＣ装置１０ａでは、制御信号生成部７０ａを構成する参照信号生成部６４ａの模擬伝達関数Ｃ＾が値「１」に近くなり、系が最小位相系的となるので制御の安定性が向上する。

この第２実施例によれば、ダイナミックダンパ３０によりサブフレーム１６の上下方向ＵＬの共振周波数ｆ３における振動を抑制できるとともに、ＡＶＣ装置１０ａにより周波数ｆ１、ｆ２、ｆ４の前後方向ＦＲの振動を制振することができる。

なお、この発明は、サブフレーム１６に適用する他、車両の他の部位や装置、例えばエアコンプレッサの制振等にも適用することができる。

以上説明したように上述した第１実施例、第２実施例に係る車載用能動型振動低減装置１０、１０ａによれば、複数方向（上下方向ＵＬと前後方向ＦＲ）に振動する制振対象であるサブフレーム１６に取り付けられるブラケット３２と、このブラケット３２に取り付けられた弾性部材３６と、この弾性部材３６に支持されるアクチュエータ３８と、を有するダイナミックダンパ３０と、前記制振対象であるサブフレーム１６の振動に相関のある信号であるエンジンパルスＥｐに基づいて、アクチュエータ３８を駆動する制御部としてのＡＶＣＥＣＵ４６、４６ａとを備える。この場合、アクチュエータ３８は、ダイナミックダンパ３０による作動方向（制振方向）である上下方向ＵＬと異なる方向である前後方向ＦＲに作動方向（制振方向）を持つ。

ブラケット３２に取り付けられる弾性部材３６にアクチュエータ３８が支持されるように取り付けているので、アクチュエータ３８をダイナミックダンパ３０のマスとして用いることができ、かつアクチュエータ３８をマスとするダイナミックダンパ３０の作動方向である上下方向ＵＬと異なる方向である前後方向ＦＲにアクチュエータ３８の作動方向を持たせたので、ダイナミックダンパ３０の作動方向である上下方向ＵＬでサブフレーム１６及びステアリングホイール２０を制振するのと同時に、これとは異なるアクチュエータ３８の作動方向である前後方向ＦＲにおいてもサブフレーム１６及びステアリングホイール２０の振動を、アクチュエータ３８を組み込んだ１つのダイナミックダンパ３０により制振することができる。

よって、複数方向（この実施形態では、上下方向ＵＬと前後方向ＦＲ）の振動を１つのダイナミックダンパ３０により低減することが可能となり、結果、ダイナミックダンパ３０の車両への取り付けコストが低減し、取り付けスペースの制約が軽減され、さらには、重量減による燃費の向上を同時に達成することができる。

この場合、アクチュエータ３８は、該アクチュエータ３８の作動方向である前後方向ＦＲについては弾性部材３６により固定され、前記ダイナミックダンパ３０による作動方向である上下方向ＵＬについては弾性部材３６により揺動可能に支持されるように構成されているので、アクチュエータ３８の作動方向である前後方向ＦＲの力が弾性部材３６に吸収されることなく、弾性部材３６及びブラケット３２を通じて制振対象であるサブフレーム１６に直接的に作用する。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、例えば、左右方向ＬＲに沿って、新たなアクチュエータ本体を硬質ゴム４２内に埋め込むことによりさらに左右方向ＬＲ（必要であれば、さらに他の任意の方向）の振動（一又は複数の共振周波数の振動）を低減する構成に変更する等、この明細書の記載内容に基づき種々の構成を採り得ることは勿論である。

Claims (3)

1. 複数方向に振動する制振対象に取り付けられるブラケット（３２）と、このブラケット（３２）に取り付けられた弾性部材（３６）と、この弾性部材（３６）に支持されるアクチュエータ（３８）と、を有するダイナミックダンパ（３０）と、
   前記制振対象の振動に相関のある信号に基づいて、前記アクチュエータ（３８）を駆動する制御部と
   を備え、
   前記ダイナミックダンパ（３０）による作動方向については前記弾性部材（３６）により揺動可能に支持され、
   前記アクチュエータ（３８）は、前記ダイナミックダンパ（３０）による作動方向とは異なる方向に作動方向を有し、
   前記弾性部材（３６）は、前記ダイナミックダンパ（３０）による作動方向の厚みが、前記アクチュエータ（３８）による作動方向の厚みよりも薄肉に構成され、前記アクチュエータ（３８）の作動方向の両側から前記アクチュエータ（３８）を挟むように前記ブラケット（３２）に配置されている
   ことを特徴とする車載用能動型振動低減装置。
2. 請求項１記載の車載用能動型振動低減装置において、
   前記ブラケット（３２）は、コ字状に構成され、車両（１２）のサブフレーム（１６）の下面に、車幅方向から前記コ字状が見えるように取り付けられ、
   前記ダイナミックダンパ（３０）は、前記サブフレーム（１６）の下面と前記ブラケット（３２）の間に配置されている
   ことを特徴とする車載用能動型振動低減装置。
3. 請求項２に記載の車載用能動型振動低減装置において、
   エンジン（１９）の振動に基づく前記サブフレーム（１６）の車両上下方向の振動を、前記ダイナミックダンパ（３０）のマスとしての機能により制振し、
   前記サブフレーム（１６）及びステアリングホイール（２０）の車両前後方向の振動を、前記ダイナミックダンパ（３０）の前記アクチュエータ（３８）の車両前後方向の作動により制振する
   ことを特徴とする車載用能動型振動低減装置。

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