JP5775724B2 - 車両の振動低減システム - Google Patents

Description

本発明は、車両内の所定位置での振動を低減する振動低減システムに関する。

近年、エンジンの排気ガスによる地球環境への配慮等から赤信号時にエンジンを停止し、発進時にエンジンを再始動するアイドリングストップ機構が搭載される車が増加しており、また、エンジンのダウンサイジング技術などにより、エンジンの起振力についても増加傾向にあるため、エンジン始動時のクランキング振動および停止時のエンジン振動などの過渡振動の伝達を低減することが求められている。

一方において、車両に搭載されたエンジンの所定方向の振動の、車両各部への伝達を低減するため、車両の所定の部位に振動を検知するセンサを固定し、エンジンを制振する能動型防振装置（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、クランクシャフトの回転パルス信号やイグニッションの点火パルス信号から得られた参照信号と、前記センサからの信号とに基づいて適応フィルタの係数を更新して、ＡＣＭの制振力を制御するエンジン制振システムが知られている（特許文献１参照）。

このエンジン振動伝達低減システムを用いて過渡振動の伝達を低減しようとする場合、例えばアイドリングストップ時は、エンジンが停止するので、クランクの回転パルス信号やイグニッションの点火パルス信号などは、制御の参照信号として使用できないため、予めエンジンの共振周波数を特定しておき、その周波数のパルス信号を人為的に作成して、参照信号として用いることが考えられている。

特開２００２−１５５９８５号公報

しかしながら、参照信号にエンジンの共振周波数のパルス信号等を用いて振動を低減する場合、エンジンマウントの温度や経年劣化などによって、エンジンの所定方向（前後または上下方向）の共振周波数は、若干異なったものになり（例えば、始動直後と長時間運転後、新車と１０万キロ走行車）、また、これに伴い、ＡＣＭからセンサまでの伝達特性も走行環境によって異なるため、ＡＣＭによる振動低減の効果が低下する。このような課題に対して、温度毎、走行経年毎の共振周波数や伝達特性の情報を予め保持することによって対応できるが、膨大な情報が必要となる。
また、エンジン始動時および停止時に発生する振動のように持続時間が非常に短い過渡振動について、フィルタの更新を行っても適応フィルタが収束し切らず、高い制御性能を得ることは困難である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時のクランキング振動および停止時のエンジン振動などの過渡振動の伝達を低減する車両の振動低減システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、加振力を発生する少なくとも１つの加振装置と、車両内の所定位置での振動を検出する少なくとも１つの振動検出装置と、前記振動検出装置によって検出された振動を収録する収録装置と、前記車両内の所定位置に生じる過渡振動の伝達を低減するように前記加振装置を制御する演算装置と、を備えた車両の振動低減システムであって、前記演算装置は、前記収録装置で収録された信号を元に、適応フィルタ更新用に前記過渡振動を時間的に繋ぎ合わせて生成した擬似時系列信号を作成し、前記擬似時系列信号を用いて適応フィルタを更新するフィルタ係数更新部と、予め前記フィルタ係数更新部によって更新され収束した前記適応フィルタを制御時のフィルタとして設定することにより前記加振装置に加振力を発生させる制御部と、を備え、前記車両内の所定位置に生じる振動を低減するようにしたことを特徴とする。また、第２の発明は、第１の発明において、前記過渡振動は、エンジン振動時のクランキング振動又は停止時のエンジン振動であることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記フィルタ係数更新部が、前記擬似時系列信号を適応フィルタ更新時の参照信号として用い、前記参照信号から、フィルタ更新の過程で算出される前記加振装置が発生する加振力の推定値を差し引いた信号を誤差信号として用いることで、適応フィルタを更新することを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至３のいずれかの発明において、前記制御部が、前記フィルタ係数更新部によって更新され収束した適応フィルタを制御時のフィルタとして設定し、前記振動検出装置により検出される信号から、制御の過程で算出される前記加振装置が発生する加振力の推定値を差し引いた信号をフィルタの入力とすることを特徴とする。

第１の発明によれば、エンジン始動時または停止時に発生する過渡振動を予め振動検出装置で検出し、前記収録装置によって収録された信号から擬似時系列信号を作成し、予め、擬似時系列信号に基づいて適応フィルタを更新し、エンジン始動時または停止時には、更新し収束した適応フィルタを用いて加振装置に加振力を発生させるので、エンジン始動時のクランキング振動や停止時のエンジン振動などの過渡振動の伝達を低減することができる。

第２の発明によれば、適応フィルタ更新時の参照信号として、エンジン始動時および停止時に収録される振動を用いるため、共振周波数だけでなく様々な周波数を含む減衰を伴う振動に対応することができる。

第３の発明によれば、算出した収束値のフィルタを使用して加振装置に加振力を発生させるので、エンジン始動時のクランキング振動や停止時のエンジン振動などの過渡振動の伝達を効率よく低減することができる。

本発明に係る車両の振動低減システムの一例を示す模式図である。 演算装置の構成の一例を示す図である。 車両の振動低減システムの実施例に係る演算装置の制御部を示すブロック線図である。 本発明の車両の振動低減システムの動作を説明するフローチャートである。 収録したクランキング振動の一例を示す図である。 クランキング振動を繋ぎ合わせて生成した擬似的な時系列信号の一例を示す図である。 適応フィルタのフィルタ係数の収束値を算出する演算装置のフィルタ係数更新部を示すブロック線図である。 本発明による適応制御の実験結果を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る車両の振動低減システムの一例を示す模式図である。図１において、エンジン１２は、ボイスコイルなどのアクチュエータを内蔵させた２個のアクティブコントロールマウント（ＡＣＭ）３ａ，３ｂと複数個のエンジンマウント（図示せず）によって支持されており、ＡＣＭ３ａ，３ｂは、エンジン１２を支持する機能と共に、加振装置としての機能を有し、加振力を能動的に発生させて、車両１０内の所定位置での振動を抑制するように機能する。

振動を検出するセンサ９は、車両内の所定位置での振動（例えば加速度）をリアルタイムで検出するように機能するものであり、乗員が高い感度で体感する場所や振動源近傍（例えばエンジンマウントの車体側部位など）に配設されるのが好ましい。図１ではフロント側、リア側のエンジンマウント近傍の車体側（センサ９ａ、センサ９ｂ）等に配設したが、シート１３、車体１４、前席のヘッドレスト部、後席のフロア部等に設けるようにしても良い。なお、以下でセンサ９ａ，９ｂを特に区別しない場合には、センサ９と記す。センサには、例えば加速度センサ、荷重センサ等を用いることができる。また、運転席の前部の位置（例えばインストルメントパネル内）には、ＡＣＭ３ａ，３ｂの制振力を制御する演算装置１１が配置されている。演算装置１１は、車両１０内のいずれの場所に配置しても良い。

図２は、演算装置の構成の一例を示す図である。演算装置１１は、振動収録部１５と、フィルタ係数更新部１６と、制御部１７を備える。振動収録部１５は、センサ９によって検出された振動を収録（保存）する。なお、振動収録部１５は、演算装置１１の外部に収録装置として備えるようにしてもよい。フィルタ係数更新部１６は、振動収録部１５で収録された信号を元に、適応フィルタ更新用の擬似時系列信号を作成し、擬似時系列信号を用いて適応フィルタを更新する。制御部１７は、予めフィルタ係数更新部１６によって更新され収束した適応フィルタを制御時のフィルタとして設定することによりＡＣＭ３ａ，３ｂに加振力を発生させる。

図３は、車両の振動低減システムの実施例に係る演算装置の制御部を示すブロック線図である。制御部１７は、センサ９ａ，９ｂにより得られた信号から、制御の過程で算出されるＡＣＭ３ａ，ＡＣＭ３ｂの加振力による信号の推定値を差し引いた信号をフィルタへの入力とする。

センサ９ａ，９ｂは、エンジンから伝達する振動と、ＡＣＭ３ａ，ＡＣＭ３ｂの加振力による振動が合成された振動を検出する。制御部１７は、センサ９ａで検出した加速度信号（誤差信号）からＡＣＭ３ａ，３ｂの加振力による信号（ｃ１１’*ｙ_１（ｔ）＋ｃ１２’*ｙ_２（ｔ））を減算し、センサ９ｂで検出した加速度信号（誤差信号）からＡＣＭ３ａ，３ｂの加振力による信号（ｃ２１’*ｙ_１（ｔ）＋ｃ２２’*ｙ_２（ｔ））を減算してフィルタへの入力を求める。ここで、*は畳み込み演算を表す。制御部１７は、フィルタＷ１１，Ｗ２１にて、センサ９ａから得られた前記信号のゲインと位相を調整し、フィルタＷ１２，Ｗ２２にて、センサ９ｂから得られた前記信号のゲインと位相を調整する。フィルタＷ１１，Ｗ１２は、ＡＣＭ３ａに制御信号ｙ_１（ｔ）を出力し、フィルタＷ２１，Ｗ２２は、ＡＣＭ３ｂに制御信号ｙ_２（ｔ）を出力する。ＡＣＭ３ａは、制御信号ｙ_１（ｔ）に基づいて加振力を発生し、ＡＣＭ３ｂは、制御信号ｙ_２（ｔ）に基づいて加振力を発生する。

なお、図３において、Ｃ１１はＡＣＭ３ａからセンサ９ａまでの実際の伝達特性、Ｃ２１はＡＣＭ３ａからセンサ９ｂまでの実際の伝達特性、Ｃ１２はＡＣＭ３ｂからセンサ９ａまでの実際の伝達特性、Ｃ２２はＡＣＭ３ｂからセンサ９ｂまでの実際の伝達特性を示し、Ｃ１１’，Ｃ１２’，Ｃ２１’，Ｃ２２’は推定伝達特性を示す。

図４は、本発明の車両の振動低減システムの動作を説明するフローチャートである。まず、演算装置１１のフィルタ係数更新部１６は、エンジンが始動または停止したときの過渡振動を、フロント側のセンサ９ａとリア側のセンサ９ｂにより検出して振動収録部１５に収録する（Ｓ１０１）。図５は、エンジン停止時に収録した過渡振動の一例を示す図である。次に、収録した振動を０挿入によって時間的に結合させることで擬似的な時系列信号を生成する（Ｓ１０２）。その際、目的振動以外の振動の除去と０挿入による不連続点の影響を除去するため、収録した振動に対して窓関数を乗じた後、時間的に結合させる。図６は、図５に示す過渡振動を時間的に結合させて生成した擬似的な時系列信号の一例を示す図である。

次に、フィルタ係数更新部１６は、フロント側のセンサ９ａで検出した過渡振動より生成した擬似的時系列信号と、リア側のセンサ９ｂで検出した過渡振動より生成した擬似的時系列信号とにより、図３の制御部１７において使用されるフィルタＷ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２のフィルタ係数の収束値を算出する（Ｓ１０３）。フィルタ係数更新部１６は、車両の走行中に、フィルタ係数の更新処理を行い、収束値を算出する。

図７は、図３のフィルタＷ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２のフィルタ係数の収束値を算出する演算装置のフィルタ係数更新部を示すブロック線図である。フィルタ係数更新部１６は、過渡振動より生成した擬似的時系列信号を適応フィルタ更新時の参照信号として用い、参照信号から、フィルタ更新の過程で算出されるＡＣＭ３ａ，ＡＣＭ３ｂが発生する加振力の推定値を差し引いた信号を誤差信号として用いることで、適応フィルタを更新する。なお、図７において、適応フィルタＷ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２は、ＦＩＲ型で構成する。

収録信号１には、センサ９ａで検出した過渡振動より生成した擬似的時系列信号が入力され、収録信号２には、センサ９ｂで検出した過渡振動より生成した擬似的時系列信号が入力される。ＬＭＳ演算部２１，２２は適応フィルタＷ１１のフィルタ係数の更新処理を行い、ＬＭＳ演算部２３，２４は適応フィルタＷ２１のフィルタ係数の更新処理を行う。ＬＭＳ演算部２５，２６は適応フィルタＷ１２のフィルタ係数の更新処理を行い、ＬＭＳ演算部２７，２８は適応フィルタＷ２２のフィルタ係数の更新処理を行う。Ｃ１１’，Ｃ１２’，Ｃ２１’，Ｃ２２’は推定伝達特性を示す。

上述のように、本発明に係る車両の振動低減システムは、エンジン始動時や停止時に発生する過渡振動を時間的に繋ぎ合わせて生成した擬似的時系列信号を用いて、適応フィルタのフィルタ係数の更新処理を行うので、過渡振動自体の持続時間が短くてもフィルタ係数を収束させることができる。

再び図４において、演算装置１１の制御部１７は、フィルタ係数更新部１６が車両の走行中に算出したフィルタ係数の収束値を、図３に示すフィルタＷ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２に設定し（Ｓ１０４）、車両が停止したときに、走行中に算出した収束値のフィルタを使用して、アイドリングストップ時のクランキング振動（過渡振動）を低減する（Ｓ１０５）。

本発明によれば、センサ９ａ，９ｂで検出したエンジン始動時または停止時に発生する過渡振動を用いて擬似時系列信号を作成し、作成した擬似時系列信号を用いて、予め適応フィルタを更新し、車両が停止したときに、算出した収束値のフィルタにより加振装置に加振力を発生させるので、エンジン始動時のクランキング振動や停止時のエンジン振動などの過渡振動の伝達を効率よく低減することができる。

図８は、本発明の車両の振動低減システムによる適応制御の実験結果を示す図である。図８は、ＡＣＭ３ａ，ＡＣＭ３ｂを稼働させたとき（制御あり）と、停止させたとき（制御なし）のフロント側のセンサ９ａにより検出されたエンジン停止時の過渡振動を示している。図８から、過渡振動を大幅に低減可能であることが分かる。

なお、上述した実施例では、適応フィルタＷ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２は、ＦＩＲ型で構成しており、ＦＩＲ型のフィルタは、過去の情報を残せるため、車両が停止するたびに過渡振動を収録して、フィルタ係数の更新を継続するようにしても良い。温度など環境によって過渡振動のゲインや周波数特性は刻一刻と変化すると考えられるため、車両が停止するたびに過渡振動を収録して、フィルタ係数の更新を継続するようにすることにより、過渡振動のゲインや周波数特性が変化しても、過渡振動を安定して低減できるようにすることができる。

また、上述した実施例では、２つのＡＣＭと２つの振動を検出するセンサで振動を低減する場合について説明したが、ＡＣＭが２つで振動を検出するセンサが１つの場合、およびＡＣＭが１つで振動を検出するセンサが２つの場合を含み、本発明は適用可能である。本発明は、ＡＣＭが少なくとの１つで振動を検出するセンサが少なくとも１つの場合に適用可能である。

また、加振装置は、ＡＣＭに限らず、アクティブマスダンパー（Active Mass Damper）やトルクロッドタイプのものでも良い。

また、本発明は、エンジン始動時および停止時に発生する過渡振動だけでなく、制動時のエンジンの過渡振動など、エンジンの自由振動全般に対しても適用可能である。また、振動の低減だけでなく、音の低減についても適用可能である。その場合に、加振装置に代えて、音を低減するためのスピーカーを配置し、乗員が体感する場所に、振動検出装置に代えて、騒音検出装置を配置する。

また、上述した実施例では、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数の更新処理を行ったが、フィルタ係数の更新処理には、複素ＬＭＳアルゴリズム（Complex Least Mean Square Algorithm）、Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＬＭＳアルゴリズム（Normalized Least Mean Square Algorithm）、射影アルゴリズム（Projection Algorithm）、ＳＨＡＲＦアルゴリズム（Simple Hyperstable Adaptive Recursive Filter Algorithm）、ＲＬＳアルゴリズム（Recursive Least Square Algorithm）、ＦＬＭＳアルゴリズム（Fast Least Mean Square Algorithm）、ＤＣＴを用いた適法フィルタ（Adaptive Filter using Discrete Cosine Transform）、ＳＡＮフィルタ（Single Frequency Adaptive Notch Filter）、ニューラルネットワーク（Neural Network）、遺伝的アルゴリズム（Genetic Algorithm）等、種々のアルゴリズムを用いることができることは言うまでもない。

３ａ，３ｂ ＡＣＭ
４ ステアリング
９，９ａ，９ｂ センサ
１０ 車両
１１ 演算装置
１２ エンジン
１３ シート
１４ 車体
１５ 振動収録部
１６ フィルタ係数更新部
１７ 制御部
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ ＬＭＳ演算部

Claims (4)

1. 加振力を発生する少なくとも１つの加振装置と、車両内の所定位置での振動を検出する少なくとも１つの振動検出装置と、前記振動検出装置によって検出された振動を収録する収録装置と、前記車両内の所定位置に生じる過渡振動の伝達を低減するように前記加振装置を制御する演算装置と、を備えた車両の振動低減システムであって、
   前記演算装置は、
   前記収録装置で収録された信号を元に、適応フィルタ更新用に前記過渡振動を時間的に繋ぎ合わせて生成した擬似時系列信号を作成し、前記擬似時系列信号を用いて適応フィルタを更新するフィルタ係数更新部と、
   予め前記フィルタ係数更新部によって更新され収束した前記適応フィルタを制御時のフィルタとして設定することにより前記加振装置に加振力を発生させる制御部と、を備え、
   前記車両内の所定位置に生じる振動を低減するようにしたことを特徴とする車両の振動低減システム。
2. 前記過渡振動は、エンジン振動時のクランキング振動又は停止時のエンジン振動であることを特徴とする請求項１に記載の車両の振動低減システム。
3. 前記フィルタ係数更新部は、前記擬似時系列信号を適応フィルタ更新時の参照信号として用い、前記参照信号から、フィルタ更新の過程で算出される前記加振装置が発生する加振力の推定値を差し引いた信号を誤差信号として用いることで、適応フィルタを更新することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の振動低減システム。
4. 前記制御部は、前記フィルタ係数更新部によって更新され収束した適応フィルタを制御時のフィルタとして設定し、前記振動検出装置により検出される信号から、制御の過程で算出される前記加振装置が発生する加振力の推定値を差し引いた信号をフィルタの入力とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両の振動低減システム。