JP6063429B2

JP6063429B2 - 振動レベル検知方法及び振動レベル検知装置

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Publication number: JP6063429B2
Application number: JP2014232558A
Authority: JP
Inventors: 友夫窪田; 昌利奥村
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Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2017-01-18
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Also published as: JP2015042996A

Description

本発明は、振動レベル検知方法及び振動レベル検知装置に関する。

車両のばね上部材とばね下部材との間に介装されるダンパの減衰力或いはアクチュエータの推力を制御する場合、たとえば、スカイフック制御理論に基づく制御手法があるが、スカイフック制御にあたり、ばね上速度にスカイフックゲイン(スカイフック減衰係数)を乗じて、ダンパやアクチュエータに出力させるべき減衰力や推力を求め、ダンパ或いはアクチュエータにこの求めた減衰力或いは推力を発生させるよう制御するのが一般的である（特許文献１参照）。

また、車両のばね上部材の振動だけでなく、ばね下部材の振動を抑制する制御を行う場合には、ばね下加速度を検知して、このばね下速度を演算し、ばね下速度にスカイフックゲインを乗じてばね下部材の振動を抑制するための推力を求め、この推力に別途上記したスカイフック制御と同様にして求めたばね上部材の振動を抑制する推力に加算してアクチュエータに出力させるべき推力を求めて、当該アクチュエータにばね上振動とばね下振動を抑制する推力を発揮させるものもある（特許文献２参照）。

特開平６−２４７１１７号公報特開２０１１−８４１６４号公報

上記したような制御に当たっては、ばね上部材の振動を抑制するについても、ばね下部材の振動を抑制するについても、ばね上部材の速度或いはばね下部材の速度に依存した制御を行っている。ここで、たとえば、図２に示すように、物体ＭをばねＳで支持した系を考えると、物体Ｍが図中で上下方向に振動する場合、速度が最大となるのは物体Ｍの振動中心であり、物体Ｍが最大振幅位置にある場合、速度は０となる。したがって、単純に、速度のみを検知して振動を制御しようとする場合、振動の大きさに無関係にダンパやアクチュエータに力を発生させることになるので、振動抑制を効果的に行うことができない場合がある。

したがって、振動の大きさを検知したいのであるが、振動の大きさを検知するには、たとえば、検知した加速度や速度の波高を求める、つまり、振動の振幅を求める方法があるが、これでは、検知対象である物体が少なくとも一周期の振動を行うまでは振動の大きさを検知することができないので、タイムリーに振動の大きさを検知することができず、実際に、車両などの振動を抑制する制御への使用に耐えない。そのため、車両などの振動抑制制御に当たっては、振動の大きさを検知することなく、振動の加速度や速度に基づいた制御を行っているのが現状である。

そこで、本発明は、上記した問題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、物体の振動の大きさをタイムリーかつリアルタイムに検知することが可能な振動レベル検知方法及び振動レベル検知装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の課題解決手段における振動レベル検知方法は、車両のばね上部材の任意部位の振動の大きさである振動レベルを検知する振動レベル検知方法であって、上記任意部位のローリング方向、ピッチング方向およびバウンス方向の三方向の振動方向の変位を第一参照値として上記変位の積分値に相当する値を第二参照値とするか、上記任意部位の上記三方向の振動方向の速度を第一参照値として上記速度の微分値に相当する値を第二参照値とするか、或いは、上記任意部位の上記三方向の振動方向の加速度を第一参照値として上記加速度の微分値または積分値に相当する値を第二参照値とし、上記第二参照値が上記第一参照値の積分値に相当する場合には検知したい振動の角周波数値を上記第二参照値に乗じ、上記第二参照値が上記第一参照値の微分値に相当する場合には上記角周波数値で上記第二参照値を除して補正し、補正後の上記第一参照値と上記第二参照値とを直交座標に取った際の上記第一参照値と上記第二参照値の合成ベクトルの長さを認識可能な値から上記ばね上部材の任意部位におけるローリング方向の振動レベルとピッチング方向の振動レベルとバウンス方向の振動レベルを個々に求め、これらを加算して上記ばね上部材の全体の上記振動レベルを求める。

また、本発明の課題解決手段における振動レベル検知装置は、車両のばね上部材の任意部位の振動の大きさである振動レベルを検知する振動レベル検知装置であって、上記任意部位のローリング方向、ピッチング方向およびバウンス方向の三方向の振動方向の少なくとも変位、速度、加速度の一つを第一参照値として得る第一参照値取得部と、上記第一参照値が上記変位である場合には上記変位の積分値に相当する値を第二参照値とし、上記第一参照値が上記速度である場合には上記速度の微分値に相当する値を第二参照値とし、上記第一参照値が上記加速度である場合には上記加速度の微分値または積分値に相当する値を第二参照値として得る第二参照値取得部と、上記第二参照値が上記第一参照値の積分値に相当する場合には検知したい振動の角周波数値を上記第二参照値に乗じ、上記第二参照値が上記第一参照値の微分値に相当する場合には上記角周波数値で上記第二参照値を除して補正する補正部と、補正後の上記第一参照値と上記第二参照値とを直交座標に取った際の上記第一参照値と上記第二参照値の合成ベクトルの長さを認識可能な値から上記ばね上部材の任意部位におけるローリング方向の振動レベルとピッチング方向の振動レベルとバウンス方向の振動レベルを個々に求め、これらを加算して上記ばね上部材の全体の振動レベルを求める振動レベル取得部とを備える。

したがって、たとえば、速度と加速度などの値から直ちに振動レベルを得ることができる。

本発明の振動レベル検知方法及び振動レベル検知装置によれば、ばね上部材の全体の振動の大きさをタイムリーかつリアルタイムに検知することが可能となる。

一実施の形態における振動レベル検知装置の構成図である。検知対象の物体の系を説明する図である。第一参照値と第二参照値の合成ベクトルを説明する図である。一実施の形態の一変形例における振動レベル検知装置の構成図である。第一参照値と第二参照値の軌跡および第一参照値と第三参照値の軌跡を説明する図である。振動レベル検知装置を適用する車両の概略図である。車両に適用する振動レベル検知装置の構成図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、振動レベル検知装置１は、物体Ｍの任意部位の振動の大きさである振動レベルを検知する装置であって、この実施の形態の場合、物体Ｍの当該任意部位の検知したい振動方向の速度を得る第一参照値取得部２と、当該第一参照値取得部２で得た値を第一参照値ａとして当該第一参照値ａの微分値或いは積分値に相当する第二参照値ｂを得る第二参照値取得部３と、上記第一参照値ａと上記第二参照値ｂとに基づいて振動レベルｒを求める振動レベル取得部４とを備えている。

物体Ｍは、図２に示したように、ベースＴに鉛直に取り付けたばねＳによって図中下方から弾性支持されるばねマス系を構成しており、この場合、振動レベル検知装置１は、物体Ｍの全体における図２中上下方向の振動レベルを検知するようになっている。つまり、上記任意部位とは、物体Ｍの全体であっても一部分であってもよく、任意に決めることができ、物体Ｍが大きく複数のばねＳで支持されているような場合には、物体Ｍの振動状況が部分的に異なるような場合には、それに応じて検知したい部位の振動レベルを検知することができる。

第一参照値取得部２は、物体Ｍに取り付けられて物体Ｍの上下方向加速度を検出する加速度検出器５と、加速度検出器５で検出した上下方向加速度を積分して物体Ｍの上下方向速度を得る積分器６とを備えて構成されている。このように、第一参照値取得部２は、第一参照値ａとして物体Ｍの上下方向の速度を得るようになっている。

次に、第二参照値取得部３は、第一参照値ａの積分値に相当する物体Ｍの上下方向の変位を得るようになっており、第一参照値ａを積分する積分器７を備えていて、第二参照値ｂとして物体Ｍの上下方向の変位を得る。なお、第二参照値取得部３が第一参照値ａの微分値相当の値を得るように設定される場合、つまり、物体Ｍの上下方向の加速度を得るように設定される場合、第一参照値取得部２における加速度検出器５から当該上下方向の加速度を得て、これを第二参照値ｂとしてもよいし、微分器を備えて第一参照値ａを微分して第二参照値ｂを得るようにしてもよい。

また、この実施の形態では、検知したい物体Ｍの振動レベルのうち任意の周波数帯の振動レベルを検知することができるよう第一参照値ａと第二参照値ｂから検知したい周波数成分を抽出できるようになっている。具体的には、フィルタ８を備えていて、このフィルタ８で第一参照値ａと第二参照値ｂを濾波することで第一参照値ａと第二参照値ｂの検知したい周波数成分を得る。基本的には、物体ＭとばねＳのばねマス系の固有振動数をフィルタ８で抽出する周波数とすると、物体Ｍのスペクトル密度の高い振動を抽出することができる。なお、フィルタ８は、特に評価したい周波数帯の振動を抽出でき物体Ｍの振動に重畳されるノイズなどを除去できるので有用であるが、たとえば、物体Ｍが単一の周期で振動するような場合には、省略することも可能である。

ところで、物体Ｍの任意の周波数の振動は正弦波で表すことができる。また、物体Ｍの速度である第一参照値ａの任意の周波数成分は正弦波で表すことができる。たとえば、第一参照値ａの任意の周波数成分をｓｉｎωｔ（ωは角周波数、ｔは時間）で表す場合、これを積分すると−（１／ω）ｃｏｓωｔとなり、第一参照値ａの振幅とこの積分値の振幅とを比較すると、積分値の振幅は第一参照値ａのω分の１倍となる。

したがって、第二参照値ｂが第一参照値ａの積分値相当である場合には、フィルタ８で抽出する周波数に一致する角周波数ωを用いて、第一参照値ａの積分値相当にω倍することで、第一参照値ａと第二参照値ｂとの振幅を等しくすることができる。

また、第二参照値ｂが第一参照値ａの微分値相当である場合には、１／ω倍することで第一参照値ａと第二参照値ｂとの振幅を等しくすることができる。このように、第一参照値ａと第二参照値ｂの振幅を同じとするために、この振動レベル検知装置１にあっては、補正部９を備えており、補正部９は、第二参照値ｂが第一参照値ａの積分値相当である場合には、検知対象となる振動の角周波数ωを用いて、ω倍することで第二参照値ｂを補正し、第二参照値ｂが第一参照値ａの微分値相当である場合には、１／ω倍することで第二参照値ｂを補正する。

つづいて、振動レベル取得部４は、このように処理された第一参照値ａと第二参照値ｂを図３に示すように直交座標にとった際の第一参照値ａと第二参照値ｂの合成ベクトルＵの長さを演算し、これを振動レベルｒとして求める。なお、合成ベクトルＵの長さは、（ａ^２＋ｂ^２）^１／２で演算することができるが、ルート演算を省いて（ａ^２＋ｂ^２）、つまり、合成ベクトルＵの長さの二乗の値を演算することで合成ベクトルＵの長さを判断可能な値を求めてこれを振動レベルｒとしてもよい。そうすることで、負荷の高いルート演算を回避することができ、演算時間を短縮することができる。また、直接に合成ベクトルＵの長さとは一致しないものの、合成ベクトルＵの長さをｚ乗（ｚは任意の値）した値や当該長さに任意の係数を乗じた値は、合成ベクトルＵの長さを認識可能な値であって、このような値を振動レベルとしてもよいことは勿論である。すなわち、合成ベクトルＵの長さを認識可能な値を振動レベルｒとすればよい。

ここで、ベースＴを上下動させて物体Ｍに振動を与えたり、物体Ｍに変位を与えて解放したりして物体Ｍに振動を与えると、ばねＳが伸縮してばねＳの弾性エネルギと物体Ｍの運動エネルギとが交互に変換されるため、何ら外乱がない場合には、物体Ｍの中立位置からの変位が最大となる物体Ｍの速度が０となり、物体Ｍが中立位置にあるときに物体Ｍの速度が最大となる。なお、中立位置とは、物体ＭがばねＳによって弾性支持され静止状態にあるときの位置である。

そして、第一参照値ａと第二参照値ｂとは、補正部９の補正によって、両者の振幅が等しくなり、第一参照値ａと第二参照値ｂの位相は９０度ずれているから、物体Ｍの振動が減衰せず同じ振動を繰り返す場合、第一参照値ａと第二参照値ｂの理想的な軌跡は、図３に示すように、円を描くことになり、振動レベルｒがこの円の半径に等しいことが理解できよう。なお、実際には、フィルタ８の抽出精度や物体Ｍに作用する外乱、第一参照値ａや第二参照値ｂに含まれるノイズによって、両者の振幅を完全一致させることができない場合もあるが、振動レベルｒの値は、ほぼ上記した円の半径に等しくなる。

このように、振動レベルｒは、速度である第一参照値ａが０でも、変位である第二参照値ｂの絶対値は最大値をとることになり、反対に、第二参照値ｂが０でも第一参照値ａの絶対値は最大値をとり、物体Ｍの振動状況が変化しない場合には理想的には一定値をとる。つまり、振動レベルｒは、物体Ｍがどの程度の振幅で振動しているかを示す指標となる値であり、振動の大きさを表している。そして、振動レベルｒの算出に当たり、物体Ｍの一周期分の変位、速度、加速度のいずれかをサンプリングして波高を求める必要もなく、以上の手順から理解できるように、物体Ｍの変位と速度を得れば求めることができるから、タイムリーに求めることができる。すなわち、上記した振動レベル検知方法、この検知方法を実現する振動レベル検知装置１によれば、物体の振動の大きさをタイムリーかつリアルタイムに検知することが可能である。

なお、第一参照値ａと第二参照値ｂを物体Ｍの速度と加速度、加速度と加速度の変化率、変位と変位の積分値相当とし振動レベルｒを求めてもよく、このように設定しても第一参照値ａと第二参照値ｂの位相は互いに９０度ずれており、検知したい振動の角周波数ωで補正することで、第一参照値ａと第二参照値ｂを直交座標にとった時の軌跡は円となるから振動レベルｒを求めれば、この振動レベルｒが振動の大きさを表す指標となる。つまり、第一参照値ａを物体Ｍの任意部位の検知したい振動方向に一致する方向の変位、速度、加速度のうちいずれか一つとし、第二参照値ｂを第一参照値ａの積分値相当或いは微分値相当の値とすれば振動レベルｒを求めることができる。

第一参照値ａは、センサなどの検出器から直接得ずとも、センサ出力を微分や積分して得るようにしてもよい。また、第二参照値ｂは、検出器から直接得ることも可能であり、第一参照値ａの微分値相当または積分値相当を第二参照値ｂとすればよいので、第二参照値ｂは、第一参照値ａを微分或いは積分して得るのではなく検出器から直接得るようにしてもよい。

また、第一参照値ａの積分値相当を第二参照値ｂとする場合、第一参照値ａの微分値相当を第三参照値ｃとし、振動レベル取得部４は、第一参照値ａと第二参照値ｂとで上記手順によって上記振動レベルに相当する値を求めてこの値を第一振動レベルｒ１とし、第二参照値ｂの代わりに第三参照値ｃを使用して第一参照値ａと第三参照値ｃとで上記手順によって上記振動レベルに相当する値を求めこの値を第二振動レベルｒ２とし、第一振動レベルｒ１と第二振動レベルｒ２とを加算して２で割ることで第一振動レベルｒ１と第二振動レベルｒ２の平均値を算出しこの平均値を振動レベルｒとすることもできる。この場合、図４に示すように、第三参照値ｃを求めるために、第三参照値取得部１０を設けるようにすればよい。なお、第一参照値ａの微分値相当を第二参照値ｂとする場合、第一参照値ａの積分値相当を第三参照値ｃとすればよい。

この場合、図５に示すように、第一参照値ａを横軸にとり、第二参照値ｂと第三参照値ｃを縦軸にとる直交座標を考えると、物体Ｍの振動周波数と、フィルタ８で抽出する周波数にずれが生じている場合、第一振動レベルｒ１が第一参照値ａの最大値以上の値をとる場合、第一参照値ａと第二参照値ｂの軌跡Ｊは図５中破線で示す第一参照値ａの最大値を半径した円Ｈより大きな楕円形となり、第二振動レベルｒ２は第一参照値ａの最大値以下の値をとって、第一参照値ａと第三参照値ｃの軌跡Ｋは円Ｈよりも小さな楕円となる。つまり、物体Ｍの振動周波数と検知したい振動周波数が一致しない場合、補正部９で補正する際に使用する角周波数ωと実際の角周波数ω’がずれているから、第一参照値ａの積分値相当の第二参照値ｂを補正した際に第二参照値ｂの最大値は、第一参照値ａの最大値のω／ω’倍となり、第一参照値ａの微分値相当である第三参照値ｃの最大値は補正によって第一参照値ａの最大値のω’／ω倍となる。このように、第一振動レベルｒ１が第一参照値ａより大きな値をとる場合、その分、第二振動レベルｒ２は第一参照値ａよりも小さな値をとるから、これらを平均して振動レベルｒを求めると、振動レベルｒの変動が緩和されるため、物体Ｍの振動周波数と検知したい振動周波数とが一致しなくとも、安定した振動レベルｒを求めることができ、振動レベルｒの検知結果が良好なものとなる。また、このように振動レベルｒの変動の緩和を行っても、振動レベルｒにうねりが生じる場合には、振動レベルｒに物体Ｍの振動周波数の２倍の周波数成分のノイズが重畳することが分かっているため、この重畳されるノイズを取り除くフィルタを設けて振動レベルｒを濾波するようにしてもよい。また、この場合、第一参照値ａに対して積分値相当と微分値相当を第二参照値ｂと第三参照値ｃとして振動レベルｒを求めたが、たとえば、変位を第一参照値ａとし、速度を第二参照値ｂとして振動レベルｒを求めることに加えて、加速度を第一参照値ａとして加速度の変化率を第二参照値ｂとして別途振動レベルｒを求め、変位と速度から得た振動レベルｒと、加速度と加速度の変化率から得た振動レベルｒの平均値を最終的な振動レベルとして求めるといったように、異なる第一参照値と第二参照値とで得た複数の振動レベルから最終的な振動レベルを得ることも可能である。

なお、振動レベル検知装置１は、この実施の形態の場合、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、加速度検出器５が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、振動レベル検知に必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの演算装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、ＣＰＵが上記プログラムを実行することで、第一参照値取得部２、第二参照値取得部３、第三参照値取得部１０、フィルタ８、補正部９および振動レベル取得部４の動作を実現すればよい。

つづいて、振動レベル検知装置１を車両に適用して、車両におけるばね上部材とばね下部材の振動レベルを検知する形態について説明する。図６に示すように、この例では、車両が四つの車輪を備えていて、車両における車体である上部材Ｂは、四つの懸架ばねＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と四つのばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４によって支持されている。また、説明の都合上、ばね上部材Ｂのそれぞれ懸架ばねＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に支持される四つの部位を部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４とする。なお、ばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は、車体であるばね上部材Ｂに揺動可能に取り付けられた車輪とリンクを含んでいる。

懸架ばねＳ１は、ばね上部材Ｂとばね下部材Ｗ１との間に介装され、他の懸架ばねＳ２，Ｓ３，Ｓ４もそれぞれ同様にばね上部材Ｂとばね下部材Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４との間に並列に介装されている。また、この懸架ばねＳ１、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の各々に減衰力を発揮するダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が並列されていて、これらダンパＤ１、Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、ばね上部材Ｂとばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４との間に介装されている。

以下、各部材について詳細に説明すると、各ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、詳しくは図示しないが、たとえば、シリンダＣと、シリンダＣ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダＣ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるピストンロッドＲと、シリンダＣ内にピストンで区画した二つの圧力室と、圧力室同士を連通する通路と、通路を通過する流体の流れに抵抗を与える減衰力調整装置とを備えて構成される流体圧ダンパとされている。そして、この各ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、伸縮作動に応じて圧力室内に充填された流体が通路を通過する際に減衰バルブにて抵抗を与えて当該伸縮作動を抑制する減衰力を発揮し、ばね上部材とばね下部材の相対移動を抑制するようになっている。なお、流体には、作動油のほか、水、水溶液、気体を利用することができる。流体が液体であって、各ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が片ロッド型ダンパである場合、各ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、シリンダＣ内にピストンロッドＲが出入りする体積を補償するために気体室やリザーバを備えるが、流体が気体である場合、気体室やリザーバを備えずともよい。

ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、上記以外にも、電磁力でばね上部材とばね下部材の相対移動を抑制する減衰力を発揮する電磁ダンパとされてもよく、電磁ダンパとしては、たとえば、モータと、モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備えて構成されるか、リニアモータとされる。

対して、振動レベル検知装置１は、図７に示すように、ばね上部材Ｂの上下方向の速度であるバウンス速度Ｖｂ、ローリング方向の速度であるロール速度Ｖｒおよびピッチング方向の速度であるピッチング速度Ｖｐを得る第一参照値取得部２と、当該第一参照値取得部２で得た値を第一参照値として当該第一参照値の微分値に相当する第二参照値を得る第二参照値取得部３と、第一参照値と第二参照値からばね上部材の共振周波数成分を抽出するフィルタ８と、補正部９と、振動レベルを求める振動レベル取得部４とを備えている。

まず、第一参照値取得部２は、図７に示すように、加速度センサＧ１，Ｇ２，Ｇ３と、ロール速度演算部２１と、ピッチング速度演算部２２と、バウンス速度演算部２３とを備えている。加速度センサＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、車体Ｂの上下方向の加速度を検出するものであって、図示しない車体の同一水平面上で同一直線上にない任意の３箇所に設置されている。

そして、この加速度センサＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、検出した車体の上下方向の加速度α_１，α_２，α_３に応じた電圧信号をロール速度演算部２１、ピッチング速度演算部２２およびバウンス速度演算部２３に出力し、ロール速度演算部２１、ピッチング速度演算部２２およびバウンス速度演算部２３は、上記加速度センサＧ１，Ｇ２，Ｇ３の信号を処理して、車体ばね上部材Ｂのバウンス速度Ｖｂ、ロール速度Ｖｒおよびピッチング速度Ｖｐを演算できるようになっている。なお、加速度α_１，α_２，α_３の符号の取り方は、上向きを正としてある。

具体的には、ロール速度演算部２１は、加速度α_１，α_２，α_３からばね上部材Ｂのローリング方向の加速度α_ｒ、つまり、角加速度を得て、これを積分してロール速度Ｖｒを求め、これをローリング方向の振動レベルｒｒを得るための第一参照値ａｒとする。ロール速度Ｖｒは、車体であるばね上部材Ｂの重心におけるローリング方向の角速度である。ピッチング速度演算部２２は、加速度α_１，α_２，α_３からばね上部材Ｂのピッチング方向の加速度α_ｐ、つまり、角加速度を得て、これを積分してピッチング速度Ｖｐを求め、これをピッチング方向の振動レベルｒｐを得るための第一参照値ａｐとする。ピッチング速度Ｖｐは、車体であるばね上部材Ｂの重心におけるピッチング方向の角速度である。

バウンス速度演算部２３は、加速度α_１，α_２，α_３からばね上部材Ｂのバウンス方向の加速度α_ｂを得て、これを積分してバウンス速度Ｖｂを求め、これをバウンス方向の振動レベルｒｂを得るための第一参照値ａｂとする。バウンス速度Ｖｂは、車体であるばね上部材Ｂの重心における上下方向の速度である。

ロール加速度α_ｒ、ピッチング方向の加速度α_ｐおよびバウンス加速度α_ｂは、具体的には、加速度α_１，α_２，α_３と各加速度センサＧ１，Ｇ２，Ｇ３の設置位置、車体の重心位置から求めることができる。すなわち、車体であるばね上部材Ｂを剛体と見なして、ばね上部材Ｂの同一水平面上の同一直線上にない任意の３箇所の上下方向の加速度α_１，α_２，α_３を得れば、各ばね上部材Ｂの任意の位置におけるロール速度Ｖｒ、ピッチング速度Ｖｐおよびバウンス速度Ｖｂは一義的に決まるのであり、変位および加速度についても同様に求めることができる。また、このように、物体の振動が回転方向の振動レベルを求める場合には、第一参照値を物体の回転方向の変位である回転角、回転方向の速度である角速度、回転方向の加速度である角加速度としてもよい。そして、車両における車体のローリング方向、ピッチング方向およびバウンス方向の振動を抑制する制御をする場合、一般的には、車体の重心位置における各方向の振動を評価して、制御することが多いので、この例においても車体の重心位置におけるローリング方向の振動レベルｒｒ、ピッチング方向の振動レベルｒｐ、およびバウンス方向の振動レベルｒｂを求めるようにしている。

第二参照値取得部３は、ロール速度Ｖｒである第一参照値ａｒを微分することで、ばね上部材Ｂのローリング方向の加速度に相当する第二参照値ｂｒを求め、ピッチング速度Ｖｐである第一参照値ａｐを微分することで、ばね上部材Ｂのピッチング方向の加速度に相当する第二参照値ｂｐを求め、さらに、バウンス速度Ｖｂを微分することでバウンス方向の加速度に相当する第二参照値ｂｂを求める。なお、この場合、各第二参照値ｂｒ，ｂｐ，ｂｂは、第一参照値ａｒ，ａｐ，ａｂの微分値相当であって、ロール速度Ｖｒ、ピッチング速度Ｖｐ、バウンス速度Ｖｂを求める際に第二参照値ｂｒ，ｂｐ，ｂｂに相当する値を算出しているので、これを第二参照値ｂとしてもよい。フィルタ８は、ローリング方向の第一参照値ａｒ、ローリング方向の第二参照値ｂｒ、ピッチング方向の第一参照値ａｐ、ピッチング方向の第二参照値ｂｐ、さらには、バウンス方向の第一参照値ａｂ、バウンス方向の第二参照値ｂｂ方向をフィルタ処理して、ばね上部材Ｂの共振周波数の成分を抽出する。

また、ローリング方向の第二参照値ｂｒ、ピッチング方向の第二参照値ｂｐおよびバウンス方向の第二参照値ｂｂは、補正部９にてばね上部材Ｂの共振周波数に一致する角周波数ωを用いて補正される。

振動レベル取得部４は、ローリング方向の第一参照値ａｒと補正後のローリング方向の第二参照値ｂｒとから上記した物体Ｍの振動レベルｒを求めた演算方法を用いることで、ばね上部材Ｂにおけるローリング方向の振動レベルｒｒを求める。

また、振動レベル取得部４は、同様にして、ピッチング方向の第一参照値ａｐと補正後のピッチング方向の第二参照値ｂｐとから上記した演算方法を用いることで、ばね上部材Ｂにおけるピッチング方向の振動レベルｒｐを求める。

さらに、振動レベル取得部４は、同様にして、バウンス方向の第一参照値ａｂと補正後のバウンス方向の第二参照値ｂｂとから上記した演算方法を用いることで、ばね上部材Ｂにおけるバウンス方向の振動レベルｒｂを求める。

最後に、ローリング方向の振動レベルｒｒとピッチング方向の振動レベルｒｐとバウンス方向の振動レベルｒｂを加算して、ばね上部材Ｂの振動レベルｒを求める。ローリング方向の振動レベルｒｒとピッチング方向の振動レベルｒｐについては、ばね上部材Ｂの重心位置における回転方向の振動レベルであり、この場合、ばね上部材Ｂの全体の振動レベルを求めるため、ローリング方向の振動レベルｒｒについては、ばね上部材Ｂの重心位置と各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の横方向距離の平均値を乗じて部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４でのロール振動レベル平均値を算出し、ピッチング方向の振動レベルｒｐについては、ばね上部材Ｂの重心位置と各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の前後方向距離の平均値を乗じて部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４でのピッチング振動レベル平均値を算出したうえで、これら平均値をバウンス方向の振動レベルｒｂに加算することで振動レベルｒを求めることになる。なお、ここで横方向距離の平均値は、前輪トレッド幅の半分の値と後輪トレッド幅の半分の値を平均した値であるが、これらが大きく異なっていない場合は、いずれか一方の値を採用してもよい。また、前後方向距離の平均値は、前輪位置と重心位置の前後方向距離と、後輪位置と重心位置の前後方向距離を平均した値であるが、こちらに関してもこれらの値が大きく異なっていない場合には、いずれか一方の値を採用してもよい。また、各輪の各ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の減衰力を独立に制御するような場合、各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の位置での振動レベルを算出する必要がある。このような場合、各加速度センサＧ１，Ｇ２，Ｇ３の設置位置と各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の位置関係により座標変換することで、各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の上下方向加速度を算出することができるから、単に、各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の上下方向振動の振動レベルを求めるようにすればよい。また、車両におけるばね上部材Ｂにおける振動レベルｒを求めるに際して、ばね上部材Ｂのローリング方向の第一参照値ａｒと、ピッチング方向の第一参照値ａｐとバウンス方向の第一参照値ａｂに分けて求めるようにしているので、車体であるばね上部材Ｂのローリング方向の振動を抑制する制御には、ローリング方向の振動レベルｒｒを用い、ばね上部材Ｂのピッチング方向の振動を抑制する制御には、ピッチング方向の振動レベルｒｐを用い、ばね上部材Ｂのバウンス方向の振動を抑制する制御には、バウンス方向の振動レベルｒｂを用いるといったことが可能となり、ばね上部材Ｂの振動モード（ローリング、ピッチングおよびバウンス）毎に適する制御を行うことができるとともに、ばね上部材Ｂの総合的な振動レベルｒを検知することも可能となっている。なお、振動レベルｒｒ，ｒｐ，ｒｂ，ｒの全てを検知してもよいし、これらの中から検知したい振動レベルに限り検知するようにしてもよい。

さらに、車両が旋回中であったり、坂道やバンクした道路を走行したりする場合、ばね上部材Ｂの変位には遠心力や重力の影響でドリフト成分が重畳されるため、上記したように、第一参照値と第二参照値にばね上部材Ｂの速度と加速度を選ぶことでドリフト成分の影響を軽減することができ、精度よくばね上部材Ｂの振動レベルｒｒ，ｒｐ，ｒｂ，ｒを検知することができる。なお、このようなドリフト成分の影響を軽減するには、第一参照値と第二参照値にばね上部材Ｂの加速度と加速度変化率を選ぶようにしてもよい。また、ばね上部材Ｂの振動レベルｒを得る場合にあっても、ローリング方向、ピッチング方向およびバウンス方向の第三参照値を取得し、まず、ローリング、ピッチングおよびバウンスにおいて第一振動レベルと第二振動レベルを演算してから最終的な振動レベルを求めるようにしてもよいことは当然であり、その際に、第一参照値、第二参照値および第三参照値に変位以外を選択することで上記したようにドリフト成分の影響を軽減でき、精度良く振動レベルを求めることができる。また、図６に示すように、振動レベル検知装置１は、たとえば、部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の上下方向の振動レベルｒを直接検知することも可能である。つまり、これらの部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の上下方向の変位、速度、加速度のいずれかを第一参照値ａとして取得し、上記手順で振動レベルを求めることも可能である。このようにして求めた各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４における振動レベルｒは、各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４における振動の大きさを示しており、これによって各部位Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の振動の大きさを検知することができる。

また、ばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の振動レベルｒを検知するには、たとえば、図６に示すように、ダンパＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４にストロークセンサＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を設けて、ストロークセンサＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で検出したシリンダＣとピストンロッドＲとの相対変位や、これを微分して得られる相対速度、さらには、相対速度を微分して得られる相対加速度を第一参照値ａとし、この第一参照値ａに含まれるばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の共振周波数に一致する成分をフィルタ８で抽出することで、ばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の上下方向の変位、速度、加速度のいずれかを得ることができる。また、ばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４にセンサを取り付けて、直接にばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の上下方向加速度を検出し、この上下加速度を用いて第一参照値を求めるようにしてもよい。

ばね下部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の振動レベルｒを検知するに際して、第三参照値を取得し、まず、第一振動レベルと第二振動レベルを演算してから最終的な振動レベルを求めるようにしてもよいことは当然である。

このように振動レベルを検知することで、物体の任意部位における振動の大きさをタイムリーかつリアルタイムに検知することができ、このように求めた振動レベルは、物体の振動に対して時間的に遅れが少ないので、たとえば、車両の振動の抑制制御への使用にも十分に耐えうる。また、この振動レベル検知装置及び振動レベル検知方法は、物体がばねによって支承される系における物体の振動レベルを検知することが可能であり、自動車以外の車両、たとえば、鉄道車両にも適し、さらには、免震装置で支承された建築物の振動レベルの検知に適用することが可能である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の振動レベル検知方法および振動レベル検知装置は、たとえば、車両、建築物の振動レベルの検知に利用することができる。

１・・・振動レベル検知装置、２・・・第一参照値取得部、３・・・第二参照値取得部、４・・・振動レベル取得部、８・・・フィルタ、９・・・補正部、１０・・・第三参照値取得部、Ｍ・・・物体、Ｓ・・・ばね

Claims

車両のばね上部材の任意部位の振動の大きさである振動レベルを検知する振動レベル検知方法において、
上記任意部位のローリング方向、ピッチング方向およびバウンス方向の三方向の振動方向の変位を第一参照値として上記変位の積分値に相当する値を第二参照値とするか、上記任意部位の上記三方向の振動方向の速度を第一参照値として上記速度の微分値に相当する値を第二参照値とするか、或いは、上記任意部位の上記三方向の振動方向の加速度を第一参照値として上記加速度の微分値または積分値に相当する値を第二参照値とし、
上記第二参照値が上記第一参照値の積分値に相当する場合には検知したい振動の角周波数値を上記第二参照値に乗じ、上記第二参照値が上記第一参照値の微分値に相当する場合には上記角周波数値で上記第二参照値を除して補正し、
補正後の上記第一参照値と上記第二参照値とを直交座標に取った際の上記第一参照値と上記第二参照値の合成ベクトルの長さを認識可能な値から上記ばね上部材の任意部位におけるローリング方向の振動レベルとピッチング方向の振動レベルとバウンス方向の振動レベルを個々に求め、これらを加算して上記ばね上部材の全体の上記振動レベルを求める
ことを特徴とする振動レベル検知方法。
上記車両は、四輪車両であって、
上記ローリング方向の振動レベルについては、上記ばね上部材の重心位置と上記ばね上部材の懸架ばねで支持される四つの部位の横方向距離の平均値を乗じて各部位でのロール振動レベルの平均値を算出して上記ロール振動レベルの平均値を上記ローリング方向の振動レベルとし、
上記ピッチング方向の振動レベルについては、上記ばね上部材の重心位置と上記各部位の前後方向距離の平均値を乗じて各部位でのピッチング振動レベルの平均値を算出して上記ピッチング振動レベルの平均値を上記ピッチング方向の振動レベルとする
ことを特徴とする請求項１に記載の振動レベル検知方法。
上記第一参照値と上記第二参照値から検知したい周波数の振動を抽出する処理を行い、
抽出処理後の上記第一参照値と上記第二参照値に基づいて上記振動レベルを求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の振動レベル検知方法。
上記第一参照値を微分或いは積分して上記第二参照値を得る
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動レベル検知方法。
上記第一参照値を上記任意部位の変位以外とし、上記第二参照値を変位以外に相当する値として上記振動レベルを求める
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の振動レベル検知方法。
車両のばね上部材の任意部位の振動の大きさである振動レベルを検知する振動レベル検知装置において、
上記任意部位のローリング方向、ピッチング方向およびバウンス方向の三方向の振動方向の少なくとも変位、速度、加速度の一つを第一参照値として得る第一参照値取得部と、
上記第一参照値が上記変位である場合には上記変位の積分値に相当する値を第二参照値とし、上記第一参照値が上記速度である場合には上記速度の微分値に相当する値を第二参照値とし、上記第一参照値が上記加速度である場合には上記加速度の微分値または積分値に相当する値を第二参照値として得る第二参照値取得部と、
上記第二参照値が上記第一参照値の積分値に相当する場合には検知したい振動の角周波数値を上記第二参照値に乗じ、上記第二参照値が上記第一参照値の微分値に相当する場合には上記角周波数値で上記第二参照値を除して補正する補正部と、
補正後の上記第一参照値と上記第二参照値とを直交座標に取った際の上記第一参照値と上記第二参照値の合成ベクトルの長さを認識可能な値から上記ばね上部材の任意部位におけるローリング方向の振動レベルとピッチング方向の振動レベルとバウンス方向の振動レベルを個々に求め、これらを加算して上記ばね上部材の全体の振動レベルを求める振動レベル取得部とを備えた
ことを特徴とする振動レベル検知装置。
上記車両は、四輪車両であって、
上記振動レベル取得部は、
上記ローリング方向の振動レベルについては、上記ばね上部材の重心位置と上記ばね上部材の懸架ばねで支持される四つの部位の横方向距離の平均値を乗じて各部位でのロール振動レベルの平均値を算出して上記ローリング方向の振動レベルを求め、
上記ピッチング方向の振動レベルについては、上記ばね上部材の重心位置と上記各部位の前後方向距離の平均値を乗じて各部位でのピッチング振動レベルの平均値を算出して上記ピッチング方向の振動レベルを求める
ことを特徴とする請求項６に記載の振動レベル検知装置。
上記第一参照値と上記第二参照値から検知したい周波数の振動を抽出する処理を行うフィルタを備え、
上記振動レベル取得部は、フィルタによる抽出処理後の上記第一参照値と上記第二参照値に基づいて振動レベルを求める
ことを特徴とする請求項６または７に記載の振動レベル検知装置。
上記第二参照値取得部は、上記第一参照値を微分或いは積分して上記第二参照値を得る
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の振動レベル検知装置。
上記第一参照値を上記任意部位の変位以外とし、上記第二参照値を変位以外に相当する値として上記振動レベルを求める
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の振動レベル検知装置。