JP6185885B2 - ダイナミックダンパ - Google Patents

Description

本発明は、振動体の振動を抑制するダイナミックダンパに関する。

従来、振動体の振動を抑制するダイナミックダンパが知られている。

特許文献１では、規制部材のゴム弾性体に対する位置を変化させることで、バネ定数を可変とするバネ定数可変式ダイナミックダンパが開示されている。

特許文献２では、可撓性高分子材料の中に磁場の作用により磁気分極する粒子を分散し、磁場の印加により弾性率を可変とする弾性率可変材料が開示されている。

特開昭６１−２１４４３号公報 特開平４−２６６９７０号公報

ダイナミックダンパによって低減できる振動周波数帯を可変にしようとした場合に、特許文献１の構成をすることが考えられる。しかし、その場合、規制部材やアクチュエータといった要素を設ける必要があり、ダイナミックダンパの部品点数が増加するとともに、大型化してしまうという問題がある。

そこで、ダイナミックダンパの弾性部材として、特許文献２の弾性率可変材料を採用することが検討できる。しかしながら、弾性部材の弾性率は温度によって変化し、経年的にも変化する。また、弾性部材の特性には生産上のばらつきがある。従って、振動低減効果を長期にわたり安定的且つ効果的に得るために、対象とする振動に対してどのように弾性率を変更すればよいのかについて、さらに検討する必要がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、弾性率可変材料の弾性率を変更することによって振動を効果的に低減することができるダイナミックダンパを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、振動体の振動を抑制するダイナミックダンパであって、印加する磁場の大きさにより弾性率を可変とする弾性率可変材料で構成された弾性部材と、前記振動体に前記弾性部材を介して取り付けられたマス部材と、前記弾性部材に磁場を印加するとともに、印加する磁場の強さを変更可能な磁場印加部と、前記弾性部材の弾性率を変更するための制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記振動体の振動を低減する振動低減周波数と、前記マス部材の加速度と前記弾性部材の変形量との関係に応じて、前記弾性部材の弾性率を変更するように前記磁場印加部を制御する、ことを特徴とする。この場合、前記制御部は、前記振動低減周波数を２乗した値よりも、前記マス部材の加速度を前記弾性部材の変形量で除算した絶対値に所定の比例係数を乗じた値が大きい場合には、前記弾性部材の弾性率を大きくし、前記振動低減周波数を２乗した値よりも、前記マス部材の加速度を前記弾性部材の変形量で除算した絶対値に前記比例係数を乗じた値が小さい場合には、前記弾性部材の弾性率を小さくする。

上記の本発明の構成によれば、振動低減周波数が変化した場合や、商品に適用した場合の製造ばらつきや、環境の温度や経年劣化によって弾性部材の特性が変化した場合であっても、マス部材の加速度と弾性部材の変形量とに応じて弾性部材の弾性率を変更することで、振動を効果的に低減することができる。

マス部材の加速度ａ／弾性部材の変形量Ｘと、弾性部材のバネ定数Ｋ／マス部材の重量Ｍとは、比例関係にある（ａ／Ｘ＝−Ｋ／Ｍ）。また、ダイナミックダンパにおける振動低減周波数ｆは、ｆ＝（√（Ｋ／Ｍ））／２πで定義される。このことから、振動低減周波数ｆを２乗した値と、マス部材の加速度ａを弾性部材の変形量Ｘで除算した絶対値とが比例関係にあることから、その比例係数をαとするとき、ｆ²＝α・｜ａ／Ｘ｜の関係が成立するように、バネ定数Ｋを逐次変化する振動周波数ｆ₀に追従して制御することで、ダイナミックダンパの共振周波数を最適に抑制できることが分かる。よって、上記のように弾性部材の弾性率を変化させることで、振動を効果的に低減することができる。

上記のダイナミックダンパにおいて、前記マス部材の加速度を検出する加速度検出部と、前記弾性部材の電気抵抗を検出する抵抗検出部と、を備え、前記制御部は、前記磁場印加部により印加する磁場の強さと、前記抵抗検出部の検出値に基づいて、前記弾性部材の変形量を取得してもよい。

この構成により、マス部材の加速度と弾性部材の変形量を容易に検出することができ、振動低減周波数や弾性部材の特性が変化した場合であっても、弾性部材の弾性率を変化させることで振動を効果的に低減することができる。

上記のダイナミックダンパにおいて、前記マス部材の加速度を検出する加速度検出部と、前記磁場印加部により印加され前記弾性部材の内部を通過する磁場の強さを検出する磁場検出部と、を備え、前記制御部は、前記磁場印加部により印加する磁場の強さと、前記磁場検出部の検出値に基づいて、前記弾性部材の変形量を取得してもよい。

この構成により、マス部材の加速度と弾性部材の変形量を検出することができ、振動低減周波数や弾性部材の特性が変化した場合であっても、弾性部材の弾性率を変化させることで振動を効果的に低減することができる。

上記のダイナミックダンパにおいて、前記マス部材の加速度を検出する第１加速度検出部と、前記振動体の加速度を検出する第２加速度検出部と、を備え、前記制御部は、前記第１加速度検出部により検出された第１加速度と、前記第２加速度検出部により検出された第２加速度との差分を２回積分することにより、前記弾性部材の変形量を取得してもよい。

この構成により、弾性部材自体に直接関係する物理量を検出することなく、マス部材の第１加速度と振動体側の第２加速度とに基づいて間接的に弾性部材の変形量を取得することができるので、簡素な構成とすることができる。

上記のダイナミックダンパにおいて、エンジン回転数を検出する回転数検出部と、前記回転数検出部により検出されたエンジン回転数に基づいて、エンジン又は前記エンジンからの振動が伝達されて振動する前記振動体の振動周波数を取得する振動周波数取得部と、前記振動周波数取得部により取得された前記振動周波数又は前記振動周波数と共振する前記振動低減周波数に対応する前記弾性部材の制御に係るパラメータ値を予め記憶した記憶部と、を備え、前記制御部は、前記記憶部を参照して、前記弾性部材の弾性率を調整してもよい。この場合、記憶部は、ｆ₀（振動周波数）と、電力指示値であるパラメータ値（電流値、電圧値）との関係を予め定めたマップ（テーブル）を記憶している。前述の制御（マス部材の加速度と弾性部材の変形量とに応じて弾性部材の弾性率を変更する制御）により、ダイナミックダンパの共振周波数が、ｆ₀（振動周波数）と共振するｆ（振動低減周波数）と一致したときに、マップが更新される（ｆ₀に対応するパラメータ値が更新される）。そして、２点以上のパラメータ値が更新された際に、他のパラメータ値（更新されたパラメータ値の間の他のｆ₀に対応するパラメータ値、又はマップの最初と最後のｆ₀に対するパラメータ値）は、補間（例えば、線形補間）により算出され、自動更新される。このマップのパラメータ値は、ｆ₀が変化した際の初期値として用いられる。さらに、電源が切られる際には更新したパラメータ値は記憶部に保存され次回の動作時に使用される。

この構成により、調整すべき弾性部材の制御に係るパラメータ値を迅速に取得することができるため、制御が簡単になり、制御応答性を向上させることができる。

本発明のダイナミックダンパによれば、弾性率可変材料の弾性率を変更することによって振動を効果的に低減することができる。

第１実施形態に係るダイナミックダンパを備えた車両の模式図である。 第１実施形態に係るダイナミックダンパの概略構成図である。 第１実施形態に係るダイナミックダンパの制御フロー図である。 ダイナミックダンパの制御をオンとオフに切り替えた場合の振動特性図である。 第２実施形態に係るダイナミックダンパの概略構成図である。 第３実施形態に係るダイナミックダンパの概略構成図である。

以下、本発明に係るダイナミックダンパについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ａを備えた車両１２の模式図である。車両１２は、フロアパネル１４を有し、フロアパネル１４の前方にサブフレーム１６が取り付けられている。サブフレーム１６は、振動源であるエンジン１８（内燃機関）の近傍に設けられた部材である。具体的には、サブフレーム１６上には制振ゴム２０を介してエンジン１８が搭載されている。従って、エンジン１８の振動は、制振ゴム２０を介してサブフレーム１６側へと伝達される。なお、エンジン１８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１９が配置される。

また、図１において、ステアリングハンガー２２にステアリングシャフト２４が回転自在に支持され、ステアリングシャフト２４にステアリングホイール２６が支持される。ステアリングハンガー２２は、例えば、図示しない左右のフロントサイドパネルに固定される。左右の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に連結される。

エンジン１８の振動は、所定の振動伝達経路を介して、エンジン１８からステアリングホイール２６へと伝達される。図１の場合、具体的には、振動伝達経路は、制振ゴム２０、サブフレーム１６（及びフロアパネル１４）、左右のフロントサイドパネル及びステアリングハンガー２２である。

サブフレーム１６には、このサブフレーム１６を制振対象（振動体）とするダイナミックダンパ１０Ａが取り付けられる。ダイナミックダンパ１０Ａの制振作用により、サブフレーム１６での不要な振動が抑制される。また、エンジン１８の振動に基づくサブフレーム１６の振動を原因として、サブフレーム１６の振動周波数と同一の振動周波数でステアリングホイール２６も振動する。従って、ダイナミックダンパ１０Ａによるサブフレーム１６の制振作用に基づいて、ステアリングホイール２６での不要な振動も抑制される。

図２は、ダイナミックダンパ１０Ａの概略構成図である。ダイナミックダンパ１０Ａは、ダンパ本体３０と、ダンパ本体３０を制御する制御部３２とを備える。本実施形態の場合、ダンパ本体３０は、サブフレーム１６に取り付けられた支持部３４と、支持部３４に支持された一対の弾性体ユニット３６と、一対の弾性体ユニット３６間に懸架されたマス部材３８と、弾性部材４０に印加する磁場を発生させる磁場印加部５０とを備える。ダンパ本体３０は図２のようにサブフレーム１６の上面に設置されてもよく、あるいは、サブフレーム１６の下面に設置されてもよい。

支持部３４は、例えば、図２のように一対のブラケット３５により構成され得る。各ブラケット３５は、例えば、Ｌ字状に形成され、図示しない適宜の固定手段（ボルト、溶接等）により振動体であるサブフレーム１６に一体的に固定される。

各弾性体ユニット３６は、弾性部材４０と、弾性部材４０の所定の軸線Ａ方向の両側（外側）に配置された一対の電極板４４、４５とを有する。

弾性部材４０は、印加する磁場の大きさにより弾性率を可変とする弾性率可変材料４０Ａ（磁気粘弾性エラストマ）で構成される。弾性率可変材料４０Ａは、マトリックスとしての粘弾性をもつ基質エラストマ４１と、基質エラストマ４１内に分散された多数の磁性粒子４２とを有する。

基質エラストマ４１の構成材料としては、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム等の室温で粘弾性を有する公知の高分子材料が挙げられる。

基質エラストマ４１は、互いに相反する側に所定の軸線Ａに直交する主面を有する。一方の主面と他方の主面とは、互いに平行である。基質エラストマ４１は、任意の形状とすることができ、例えば、直方体や円柱形とすることができる。一方の主面と他方の主面は、基質エラストマ４１が直方体の場合には互いに相反する一対の外面であり、基質エラストマ４１が円柱形の場合には軸線Ａに直交する両端面である。

磁性粒子４２は、磁場の作用によって磁気分極する性質を有するとともに、導電性を有するものである。磁性粒子４２の構成材料としては、例えば、磁気軟鉄、方向性ケイ素鋼、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、マグネタイト、コバルト、ニッケル等の金属、４−メトキシベンジリデン−４−アセトキシアニリン、トリアミノベンゼン重合体等の有機物、フェライト分散異方性プラスチック等の有機・無機複合体等の公知の材料か挙げられる。

磁性粒子４２の形状は、特に限定されず、例えば、球形、針形、平板形等であってよい。磁性粒子４２の粒径は、特に限定されず、例えば、０．０１μｍ〜５００μｍ程度であってよい。

磁性粒子４２は、基質エラストマ４１内において、磁場が印加されていない状態においては互いの相互作用が小さく、磁場が印加された状態においては磁気相互作用によって互いに作用する引力が増大するようになっている。例えば、磁性粒子４２は、基質エラストマ４１内において、磁場が印加されていない状態においては接触部位が少なく、磁場が印加されている状態においては磁気的結合によって互いの接触部位が増大し得るように分散されている。磁性粒子４２は、磁場が印加されていない状態においては、基質エラストマ４１内において互いに接触しない程度に分散されていてもよいし、一部が接触して連続するように分散されていてもよい。

磁性粒子４２の基質エラストマ４１に対する割合は、任意に設定可能であるが、例えば、体積分率で５％〜６０％程度であってよい。磁性粒子４２の基質エラストマ４１に対する分散状態は、基質エラストマ４１の各部において均一にしてもよいし、一部に密度差を設けてもよい。

各弾性体ユニット３６において、一対の電極板４４、４５は、それぞれ板状の電極であり、弾性部材４０の各主面に接合されており、これにより、弾性部材４０を挟持するように互いに平行に配置される。

マス部材３８は、ブラケット３５及び弾性体ユニット３６を介して振動体であるサブフレーム１６に支持される。マス部材３８は、互いに相反する外面を有し、各外面に弾性部材４０が接合されることによって、一対の弾性部材４０間に懸架される。本実施形態では、マス部材３８は、上下方向に揺動可能となっており、従って、ダンパ本体３０は、上下方向が動作方向（制振方向）となっている。

マス部材３８には、マス部材３８の振動方向（本実施形態では上下方向）の加速度ａを検出する加速度センサ５４（加速度検出部）が取り付けられる。

なお、マス部材３８の振動方向の加速度ａを検出する加速度検出部は、加速度センサ５４に限られない。ここで、マス部材３８の加速度ａと、振動体の加速度とを区別するために、マス部材３８については「加速度ａ１」とも表記し、振動体については「加速度ａ２」と表記する。例えば、ダイナミックダンパ１０Ａにおいて、振動体の加速度ａ２を検出する加速度センサ５９（例えば、図６に示す第２加速度センサ７４と同様のセンサ）を設ける。マス部材３８と振動体との相対加速度（｜ａ１−ａ２｜）は、弾性部材４０の変形量Ｘの２回微分（Ｘ´´）により得られる。また、ａ１＝Ｘ´´＋ａ２＝｜ａ１−ａ２｜＋ａ２である。そこで、弾性部材４０の変形量Ｘの２回微分により得られるマス部材３８と振動体との相対加速度（｜ａ１−ａ２｜）と、振動体の加速度ａ２とを加算することで、マス部材３８の加速度ａ１を算出してもよい。このことは、後述するダイナミックダンパ１０Ｂについても同様である。

本実施形態の場合、磁場印加部５０は、マス部材３８を囲んで配置される。磁場印加部５０は、電磁石５１により構成される。詳細は図示しないが、電磁石５１は、中空筒状の鉄心と、鉄心の外周面に巻き回されたコイルとを有する。電磁石５１は、コイルの軸線が弾性部材４０の軸線Ａ（図５参照）と一致するように配置される。

電磁石５１に通電することによって、磁場が発生し、弾性部材４０（弾性率可変材料４０Ａ）に磁場が印加される。磁場は、図２において点線で示すように、磁力線が一方の弾性部材４０側から他方の弾性部材４０側へと向かうように生成される。電磁石５１から発生する磁場は、電磁石５１に流れる電流Ｉに応じて変化し、電流Ｉが大きくなるほど発生する磁場（磁束密度）は大きくなる。

電磁石５１に通電することによって弾性部材４０に磁場が印加されると、磁場の強さに応じて磁性粒子４２は分極し、磁気的結合を形成する。磁性粒子４２は、例えば連鎖的に結合して網目構造を形成する等によって、弾性部材４０の弾性率が基質エラストマ４１自体の弾性率（剛性）よりも増大する。弾性部材４０に印加される磁場が強いほど、磁性粒子４２間の磁気的結合が増大し、弾性部材４０の弾性率が増大する。従って、電磁石５１に供給される電流Ｉが大きいほど、弾性部材４０の弾性率は増大し、弾性部材４０は荷重に対して変形しにくくなる。

制御部３２は、マイクロプロセッサや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成されており、例えばダッシュボード内の適位置に固定される（図１参照）。制御部３２は、ケーブル５５、５６、５７を介して、それぞれ燃料噴射制御部１９、電磁石５１、各電極板４４、４５に電気的に接続される。

制御部３２は、電磁石５１に電力を供給し、供給する電流Ｉを変化させることによって、電磁石５１が生じる磁場の強さを変化させる。制御部３２が電磁石５１に供給する電流Ｉの大きさは、連続的に変更可能であるとよい。また、制御部３２は、各弾性体ユニット３６における一対の電極板４４、４５及び弾性部材４０に電力を供給する。

制御部３２は、振動体の振動を低減する振動低減周波数ｆと、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘ（変位）との関係に応じて、弾性部材４０の弾性率を変更するように磁場印加部５０を制御する。具体的には、制御部３２は、振動低減周波数ｆを２乗した値よりも、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値に所定の比例係数を乗じた値が大きい場合には、弾性部材４０の弾性率を大きくする。制御部３２は、振動低減周波数ｆを２乗した値よりも、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値に所定の比例係数を乗じた値が小さい場合には、弾性部材４０の弾性率を小さくする。

図２に示すように、制御部３２は、エンジン回転数Ｅｒを取得するエンジン回転数取得部６０（回転数検出部）と、エンジン回転数Ｅｒに基づいて振動周波数ｆ₀を取得する振動周波数取得部６２と、振動周波数ｆ₀とは逆位相の振動低減周波数ｆとマス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘに応じて磁場印加部５０に供給する電流Ｉを決定する電流決定部６４と、所定情報を記憶した記憶部６６とを有する。

エンジン回転数取得部６０は、燃料噴射制御部１９からのエンジンパルスＥｐに基づいて、エンジン回転数Ｅｒを取得する。エンジンパルスＥｐは、例えば、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１８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。

電流決定部６４は、振動低減周波数ｆを２乗した値よりも、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値に所定の比例係数を乗じた値が大きい場合には、磁場印加部５０（電磁石５１）に供給する電流Ｉを大きくする。これにより、弾性部材４０の弾性率を大きくする。一方、電流決定部６４は、振動低減周波数ｆを２乗した値よりも、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値に所定の比例係数を乗じた値が小さい場合には、磁場印加部５０（電磁石５１）に供給する電流Ｉを小さくする。これにより、弾性部材４０の弾性率を小さくする。

制御部３２は、さらに、電極板４４、４５間の電気抵抗Ｒ、すなわち弾性部材４０の電気抵抗Ｒを検出する抵抗検出部６８と、弾性部材４０の変形量Ｘを取得する変形量取得部７０とを有する。

抵抗検出部６８は、電極板４４、４５を介して弾性部材４０にかけた電圧と電流の関係から、弾性部材４０の電気抵抗Ｒを検出する。

変形量取得部７０は、抵抗検出部６８の検出値（検出された電気抵抗Ｒ）と、弾性部材４０に印加すべく磁場印加部５０により発生した磁場（印加磁場Ｂｉ）の強さとに基づいて、弾性部材４０の変形量Ｘを演算する。

ここで、磁場が印加されておらず且つ変形が生じていない状態での弾性部材４０の電気抵抗Ｒを初期抵抗Ｒｉとする。弾性部材４０は、軸線Ａと直行する平面に沿ったせん断方向に変形するとき、内部に分散された磁性粒子４２同士が互いに離間して通電経路が伸長又は切断されるため、弾性部材４０の電気抵抗Ｒは初期抵抗Ｒｉよりも増大する。

また、弾性部材４０に磁場が印加され、磁場の強さに応じて磁性粒子４２が磁気的結合を形成して網目構造（鎖状構造）を形成すると、磁性粒子４２による網目構造は通電経路となるため、弾性部材４０の電気抵抗Ｒは、初期抵抗Ｒｉよりも低下する。印加磁場Ｂｉが強くなるほど、磁性粒子４２による磁気的結合が促進され、弾性部材４０の電気抵抗Ｒは低下する。

このように、弾性部材４０の電気抵抗Ｒは、弾性部材４０の変形量Ｘ（変位）に加えて、電磁石５１が生じる磁場の強さ（印加磁場Ｂｉ）によっても変化する。このため、電気抵抗Ｒを用いて弾性部材４０の変形量Ｘを演算する際には、電磁石５１が発生する磁場の強さも考慮する必要がある。

そこで、制御部３２は、印加磁場Ｂｉの強さ毎に、弾性部材４０の電気抵抗Ｒと変形量Ｘとの関係を予め定めた変形量マップを有する。この変形量マップは、記憶部６６に記憶されている。変形量取得部７０は、印加磁場Ｂｉと電気抵抗Ｒとに基づいて、変形量マップを参照することで弾性部材４０の変形量Ｘを演算する。なお、変形量取得部７０は、弾性部材４０の変形量Ｘを演算する際に、印加磁場Ｂｉの強さに対応する電磁石５１に供給する電流Ｉを使用してもよい。

本実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び効果について説明する。

上述したように、ダイナミックダンパ１０Ａにおいて、制御部３２は、振動体の振動を低減する振動低減周波数ｆと、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘとの関係に応じて、弾性部材４０の弾性率を変更するように磁場印加部５０を制御する。図３は、ダイナミックダンパ１０Ａの制御部３２による制御フロー図である。

制御部３２は、エンジン回転数取得部６０により取得したエンジン回転数Ｅｒに基づき、振動低減周波数ｆを取得し（ステップＳ１）、ｆ²を算出する（ステップＳ２）。ここで、Ｆ＝ｆ²とする。

次に、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除した絶対値に所定の比例係数αを乗じた値（＝Ｑ）を算出する（ステップＳ３）。

次に、ＦとＱとを比較し、Ｆ≠Ｑの場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ＱがＦより大きいか否かを判定する。ＱがＦより大きい場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、電磁石５１（コイル）にかける電流ＩをΔＩだけ大きくする（ステップＳ６）。ＱがＦよりも小さい場合（ステップＳ５でＮＯ）、電磁石５１（コイル）にかける電流ＩをΔＩだけ小さくする（ステップＳ７）。

なお、制御の初期状態において、電流Ｉはゼロでもよく、あるいは、ゼロを超える所定の初期電流値を予め設定しておいてもよい。ΔＩは、一定値でもよく、あるいは、ＦとＱの差の絶対値の大きさに応じて予め設定されてもよい。例えば、ＦとＱの差の絶対値が大きいほど、ΔＩを大きくし、ＦとＱの差の絶対値が小さいほど、ΔＩを小さくしてもよい。

ステップＳ６又はステップＳ７において、電流Ｉを変更したら、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ４において、Ｆ≠Ｑでない場合（Ｆ＝Ｑの場合）には、ステップＳ１に戻る。

なお、上記ステップＳ１〜ステップＳ７の処理は、制御部３２における電流決定部６４が行う。

ここで、系の運動方程式から、マス部材３８の加速度ａ／弾性部材４０の変形量Ｘと、弾性部材４０のバネ定数Ｋ／マス部材３８の重量Ｍとは、比例関係にある（ａ／Ｘ＝−Ｋ／Ｍ）。また、ダイナミックダンパ１０Ａにおける振動低減周波数ｆは、ｆ＝（√（Ｋ／Ｍ））／２πで定義される。このことから、振動低減周波数ｆを２乗した値と、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値とが比例関係にあることから、その比例係数をαとするとき、ｆ²＝α・｜ａ／Ｘ｜の関係が成立するように、バネ定数Ｋを逐次変化する振動周波数ｆ₀に追従して制御することで、ダイナミックダンパ１０Ａの共振周波数を最適に抑制できることが分かる。よって、変動する振動周波数ｆ₀に追従して、上記のように弾性部材４０の弾性率を変化させることで、振動体の振動を効果的に低減することができる。

よって、ダイナミックダンパ１０Ａの作動により、広い周波数範囲において、振動体（本実施形態では、サブフレーム１６）の振動を低減することが可能となる。

なお、振動低減周波数ｆと、電磁石にかける基準電流Ｉｂとの関係を予め定めた電流Ｉマップを記憶部６６に予め記憶しておき、ステップＳ６では、電磁石５１にかける電流Ｉを、振動低減周波数ｆに対応した基準電流Ｉｂ＋ΔＩに設定し、ステップＳ７では、電磁石５１にかける電流Ｉを、振動低減周波数ｆに対応した基準電流Ｉｂ−ΔＩに設定してもよい。すなわち、ＦとＱの大小関係に応じて、振動低減周波数ｆに基づく基準電流Ｉｂに対して、補正値としてΔＩを加減算することによって、電流Ｉを決定し、弾性部材４０の弾性率を変更してもよい。

図４は、ダイナミックダンパ１０Ａによる制振効果の一例を示すグラフである。図４において、横軸はエンジン回転数［ｒｐｍ］であり、縦軸は振動レベル［ｄＢ］である。点線で示す特性Ｒａが制御オフ時（非制振時）の特性であり、実線で示す特性Ｒｂが制御オン時（制振時）の特性である。ステアリング装置に内蔵したダイナミックダンパ１０Ａの振動低減周波数ｆをエンジン回転数Ｅｒに追従して２次成分に同期させた場合、図４のように、広い周波数範囲において振動を低減することができた。

以上説明したように、ダイナミックダンパ１０Ａによれば、振動低減周波数ｆと、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘとの関係に応じて、磁場印加部５０を制御する。従って、振動低減周波数ｆが変化した場合や、商品に適用した場合の製造ばらつきや、環境の温度や経年劣化によって弾性部材４０の特性が変化した場合であっても、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘとに応じて弾性部材４０の弾性率を変更することで、振動を効果的に低減することができる。

また、ダイナミックダンパ１０Ａの場合、制御部３２は、振動低減周波数ｆを２乗した値よりも、マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値に比例係数αを乗じた値が大きい場合には、弾性部材４０の弾性率を大きくし（電磁石５１にかける電流Ｉを大きくし）、振動低減周波数ｆを２乗した値よりも、前記マス部材３８の加速度ａを弾性部材４０の変形量Ｘで除算した絶対値に比例係数αを乗じた値が小さい場合には、弾性部材４０の弾性率を小さくする（電磁石５１にかける電流Ｉを小さくする）。この構成により、振動体の振動を効果的に低減することができる。

さらに、ダイナミックダンパ１０Ａの場合、制御部３２は、磁場印加部５０により印加する磁場の強さ（印加磁場Ｂｉ）と、抵抗検出部６８の検出値（電気抵抗Ｒ）に基づいて、弾性部材４０の変形量Ｘを取得する。この構成により、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘを容易に検出することができる。よって、振動低減周波数ｆや弾性部材４０の特性が変化した場合であっても、弾性部材４０の弾性率を変化させることで振動を効果的に低減することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ｂの概略構成図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ｂは、弾性部材４０の変形量Ｘを取得するための手段が、上述したダイナミックダンパ１０Ａと異なる。具体的には、このダイナミックダンパ１０Ｂでは、磁場印加部５０により印加され弾性部材４０の内部を通過する磁場の強さ（検出磁場Ｂｄ）を検出する磁場検出部としてのホール素子７２が設けられる。ホール素子７２は、弾性部材４０に支持され、弾性部材４０の変形に応じて磁場印加部５０に対する相対位置が変化するように配置される。なお、ダイナミックダンパ１０Ｂの場合、マス部材３８は、ブラケット３５に固定された弾性部材４０により支持される。

ホール素子７２は、ホール効果を利用して磁場（磁界）を検出する公知の磁気センサである。ホール素子７２は、薄膜状の半導体であり、主面に沿った第１の方向に沿って制御電流を入力するための入力端子を有し、主面に沿い、且つ第１の方向に直交する第２の方向に沿って出力電圧を出力するための出力端子を有する。ホール素子７２は、主面に略直交する方向から磁場が印加されたときに、磁場の磁束密度と制御電流とに比例した出力電圧を出力端子から出力する。

ホール素子７２は、弾性部材４０の中央部に、主面が弾性部材４０の各主面と平行になるように埋め込まれている。すなわち、ホール素子７２は、その主面を軸線Ａが通過するように配置されている。これにより、ホール素子７２は、弾性部材４０内に支持されている。

ホール素子７２は、自身の位置における磁場の強さ（検出磁場Ｂｄ）に応じた出力電圧を出力する。すなわち、ホール素子７２は、自身の位置における磁場の強さを検出する。電磁石５１により発生して弾性部材４０に印加する磁場（印加磁場Ｂｉ）が一定の場合に、弾性部材４０が変形すると、ホール素子７２と電磁石５１との相対位置が変化するため、ホール素子７２を通過する磁力線の数が変化し、ホール素子７２の出力電圧、すなわちホール素子７２が検出する磁場（検出磁場Ｂｄ）の強さが変化する。そのため、ホール素子７２が検出した検出磁場Ｂｄの変化量を利用して、弾性部材４０の変形量Ｘを演算することができる。

本実施形態では、ホール素子７２は、弾性部材４０の軸線Ａを通るように中央部に設けられ、電磁石５１の軸線が弾性部材４０の軸線Ａと一致するように設けられている。そのため、弾性部材４０がせん断方向に変形するほど、ホール素子７２が電磁石５１（コイル）の軸線からずれ、検出磁場Ｂｄが小さくなる。

ここで、検出磁場Ｂｄは、弾性部材４０の変形量Ｘに加えて、電磁石が生じる磁場の強さ（印加磁場Ｂｉ）によっても変化する。このため、検出磁場Ｂｄを用いて弾性部材４０の変形量Ｘを演算する際には、印加磁場Ｂｉも考慮する必要がある。

そこで、ダイナミックダンパ１０Ｂにおける制御部３２ａは、印加磁場Ｂｉの強さ毎に、検出磁場Ｂｄと弾性部材４０の変形量Ｘとの関係を予め定めた変形量マップを有する。この変形量マップは、記憶部６６に記憶されている。変形量取得部７０ａは、印加磁場Ｂｉと検出磁場Ｂｄとに基づいて、変形量マップを参照することで弾性部材４０の変形量Ｘを演算する。変形量マップは、例えば、検出磁場Ｂｄが小さくなるほど変形量Ｘが増加し、印加磁場Ｂｉが大きくなるほど検出磁場Ｂｄに基づく変形量Ｘが大きくなるように定めるとよい。なお、変形量取得部７０ａは、弾性部材４０の変形量Ｘを演算する際に、印加磁場Ｂｉに対応する電磁石５１に供給する電流Ｉを使用してもよい。

以上説明したように、ダイナミックダンパ１０Ｂによれば、制御部３２ａは、磁場印加部５０により印加する磁場の強さ（印加磁場Ｂｉ）と、磁場検出部としてのホール素子７２の検出値（検出磁場Ｂｄ）に基づいて、弾性部材４０の変形量Ｘを取得する。この構成により、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘを容易に検出することができる。よって、振動低減周波数ｆや弾性部材４０の特性が変化した場合であっても、弾性部材４０の弾性率を変化させることで振動を効果的に低減することができる。

なお、第２実施形態において、第１実施形態と共通する各構成部分については、第１実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。

［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ｃの概略構成図である。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ｃは、弾性部材４０の変形量Ｘを取得するための手段が、上述したダイナミックダンパ１０Ａと異なる。具体的には、このダイナミックダンパ１０Ｃでは、マス部材３８に取り付けられた加速度センサ５４（以下、第１加速度センサ５４という）だけでなく、振動体（図６では、サブフレーム１６）の加速度を検出する第２加速度センサ７４（第２加速度検出部）が設けられる。なお、ダイナミックダンパ１０Ｃの場合、マス部材３８は、ブラケット３５に固定された弾性部材４０により支持される。

本実施形態の場合、第２加速度センサ７４は、ブラケット３５に一体的に固定されている。従って、第２加速度センサ７４は、ブラケット３５を介してサブフレーム１６に固定されている。これにより、第２加速度センサ７４は、サブフレーム１６の振動方向（本実施形態では、上下方向）の加速度を検出する。なお、第２加速度センサ７４は、振動体であるサブフレーム１６に直接固定されてもよい。

制御部３２ｂに設けられる変形量取得部７０ｂは、第１加速度センサ５４により検出されたマス部材３８の加速度ａ（第１加速度）と、第２加速度センサ７４により検出された振動体の加速度（第２加速度）とに基づいて、弾性部材４０の変形量Ｘを演算する。具体的には、変形量取得部７０ｂは、第１加速度と第２加速度との差分を２回積分することにより、弾性部材４０の変形量Ｘを取得する。

上記のように構成された本実施形態に係るダイナミックダンパ１０Ｃによれば、簡易な構成で、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘを容易に検出することができる。よって、振動低減周波数ｆや弾性部材４０の特性が変化した場合であっても、弾性部材４０の弾性率を変化させることで振動を効果的に低減することができる。

第３実施形態において、第１実施形態と共通する各構成部分については、第１実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。

なお、第１〜第３実施形態において、振動周波数ｆ₀と、弾性部材４０の制御に係る電力指示値であるパラメータ値（電流値又は電圧値）との関係を予め定めたマップを記憶部６６に記憶しておき、制御部３２、３２ａ、３２ｂは、取得した振動周波数ｆ₀に基づき、記憶部６６に記憶された当該マップを参照して、磁場印加部５０を電力制御することにより、弾性部材４０の弾性率を調整してもよい。

この制御の場合、エンジン回転数Ｅｒに基づく振動周波数ｆ₀が更新された場合（変化した場合）、まず、その時点のマップを参照して、該当する振動周波数ｆ₀に対応する電力指示値であるパラメータ値を読み込み、当該パラメータ値に従って電力制御（磁場印加部５０に対する電力制御）を行う。これにより、制御追従性を向上させることができる。

次に、マップのパラメータ値に従う制御に代えて、図３を参照して説明した前述の制御（マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘとに応じて弾性部材４０の弾性率を変更する制御）を行う。すなわち、制御部３２、３２ａ、３２ｂは、マス部材３８の加速度ａと弾性部材４０の変形量Ｘとから、現在の振動周波数ｆ₀による振動を低減するためのパラメータ値を算出し（図３では、ステップＳ６又はステップＳ７）、算出したパラメータ値に基づいて電力制御を行う。パラメータ値は、図３の制御フローの繰り返しにより、逐次更新（算出）される。

制御部３２、３２ａ、３２ｂは、上記のパラメータ値の更新に合せて、電力制御も更新し、ダンパ本体３０の共振周波数が、振動周波数ｆ₀と共振する振動低減周波数ｆと一致したとき（図３のステップＳ４において、Ｆ＝Ｑとなったとき）に、マップを更新する。すなわち、マップにおいて、該当する振動周波数ｆ₀に対応するパラメータ値を、算出によって得られたパラメータ値に更新する。更新されたパラメータ値は、更新前のパラメータ値よりも振動低減周波数ｆに正確に対応するパラメータ値であるため、振動体の振動をより効果的に低減することができる。

制御部３２、３２ａ、３２ｂは、マップにおける２点以上のパラメータ値を更新した際に、他のパラメータ値（更新されたパラメータ値の間の他の振動周波数ｆ₀に対応するパラメータ値、又はマップの最初と最後の振動周波数ｆ₀に対応するパラメータ値）は、補間（例えば、線形補間）により算出し、自動更新するとよい。これにより、すべての振動周波数ｆ₀に対応するパラメータ値の更新を実施する場合と比較して、演算処理の負荷を軽減することができる。

上記マップのパラメータ値は、振動周波数ｆ₀が変化した際の初期値として用いられる。さらに、電源が切られる際には更新したパラメータ値は記憶部６６に保存され次回の動作時に使用される。なお、マップが保持する情報は、振動周波数ｆ₀とパラメータ値との関係を定めたものではなく、振動周波数ｆ₀と共振する振動低減周波数ｆとパラメータ値との関係を定めたものであってもよい。

上記マップを用いた制御により、調整すべき弾性部材４０の制御に係るパラメータ値を迅速に取得することができるため、制御が簡単になり、制御応答性を向上させることができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

例えば、ダイナミックダンパ１０Ａ〜１０Ｃにおいて、弾性体ユニット３６は１つだけ設けられてもよい。

また、例えば、本発明は、サブフレーム１６やステアリングホイール２６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。

１０Ａ〜１０Ｃ…ダイナミックダンパ １２…車両
３２、３２ａ、３２ｂ…制御部 ３８…マス部材
４０…弾性部材 ４０Ａ…弾性率可変材料
５０…磁場印加部 ５４…加速度センサ（第１加速度センサ）
７４…第２加速度センサ ６０…エンジン回転数検出部
６２…振動周波数取得部 ６４…電流決定部
６６…記憶部 ６８…抵抗検出部
７０、７０ａ、７０ｂ…変形量取得部

Claims (5)

1. 振動体の振動を抑制するダイナミックダンパであって、
   印加する磁場の大きさにより弾性率を可変とする弾性率可変材料で構成された弾性部材と、
   前記振動体に前記弾性部材を介して取り付けられたマス部材と、
   前記弾性部材に磁場を印加するとともに、印加する磁場の強さを変更可能な磁場印加部と、
   前記弾性部材の弾性率を変更するための制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記振動体の振動を低減する振動低減周波数と、前記マス部材の加速度と前記弾性部材の変形量との関係に応じて、前記弾性部材の弾性率を変更するように前記磁場印加部を制御し、
   前記制御部は、
   前記振動低減周波数を２乗した値よりも、前記マス部材の加速度を前記弾性部材の変形量で除算した絶対値に所定の比例係数を乗じた値が大きい場合には、前記弾性部材の弾性率を大きくし、
   前記振動低減周波数を２乗した値よりも、前記マス部材の加速度を前記弾性部材の変形量で除算した絶対値に前記比例係数を乗じた値が小さい場合には、前記弾性部材の弾性率を小さくする、
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。
2. 請求項１記載のダイナミックダンパにおいて、
   前記マス部材の加速度を検出する加速度検出部と、
   前記弾性部材の電気抵抗を検出する抵抗検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記磁場印加部により印加する磁場の強さと、前記抵抗検出部の検出値に基づいて、前記弾性部材の変形量を取得する、
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。
3. 請求項１記載のダイナミックダンパにおいて、
   前記マス部材の加速度を検出する加速度検出部と、
   前記磁場印加部により印加され前記弾性部材の内部を通過する磁場の強さを検出する磁場検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記磁場印加部により印加する磁場の強さと、前記磁場検出部の検出値に基づいて、前記弾性部材の変形量を取得する、
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。
4. 請求項１記載のダイナミックダンパにおいて、
   前記マス部材の加速度を検出する第１加速度検出部と、
   前記振動体の加速度を検出する第２加速度検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１加速度検出部により検出された第１加速度と、前記第２加速度検出部により検出された第２加速度との差分を２回積分することにより、前記弾性部材の変形量を取得する、
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイナミックダンパにおいて、
   エンジン回転数を検出する回転数検出部と、
   前記回転数検出部により検出されたエンジン回転数に基づいて、エンジン又は前記エンジンからの振動が伝達されて振動する前記振動体の振動周波数を取得する振動周波数取得部と、
   前記振動周波数取得部により取得された前記振動周波数又は前記振動周波数と共振する前記振動低減周波数に対応する前記弾性部材の制御に係るパラメータ値を予め記憶した記憶部と、を備え、
   前記制御部は、前記記憶部を参照して、前記弾性部材の弾性率を調整する、
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。

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