JP6413422B2 - 制振システム及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、振動を抑制する通常時の動作に加え、故障の有無を診断するための故障診断モードでの動作を可能とする制振システム及び車両に関するものである。

従来、内部に振動源を備える装置に取り付け、振動源によって生じる振動を抑制する制振システムについて数多くの提案がなされている。

例えば、下記特許文献１には、車両のフレームに加振手段となるアクチュエータを取り付け、振動源であるエンジンから伝達される振動を検出して、その振動を相殺する相殺振動を上記アクチュエータにより発生させることで、エンジンによる振動を抑制する制振装置が開示されている。

このような制振装置は、フレームの所望の位置に振動検出器を取り付け、この振動検出器が取り付けられた箇所の振動を低減するように構成されることが一般的であり、振動検出器とは異なる位置に設置された加振手段による振動を、フレームを介して振動検出器の設置位置に伝達することで、この設置位置において相殺振動を生じさせることで振動源による振動を低減させる。すなわち、加振手段を取り付けるフレームを含め、全体で１つの制振システムを構成している。

また、ひとたびフレームに振動検出器や加振手段等の要素機器を設置し、一体的に制振システムを構成した場合には、これらの要素機器をフレームより取り外すことは困難となる。そのため、制振システムを構成した後に機能確認を行う場合には、要素機器を取り外すことなく故障の有無を確認することが求められている。

そこで、加振手段を制御するための制御手段が、制振を行う通常モードとは別に、各要素機器をフレームに取り付けた状態のままで予め定めた条件で加振手段を駆動させ、正常に動作しているか否かを確認することにより故障の有無を診断する故障診断モードを備えるようにすることが考えられる。

特開２００９−２７５８１４号公報

しかしながら、上述したように制御手段が故障診断モードを備える場合であっても、故障か否かの診断が不正確であれば、制振システムを構成する要素機器をフレームより取り外さない限り真に故障であるか否かの判別は困難となってしまう。

また、確実に判別を行おうとする場合には、長時間に亘り加振手段を大きく駆動させ、これにより生ずる振動を検出することが考えられるが、こうした手法を採った場合にはエネルギ消費が多くなり環境面での負荷が多くなるとともに、作業時間が長くなることで維持管理に要するコストが増大することになる。

そこで、本発明においては、制振システムを構成する要素機器を取り外すことなく、組み付けた状態のままで正確に故障診断を行うことができる上に、エネルギ消費の低減及び作業時間の短縮を図ることのできる制振システム及び車両を提供することを目的としている。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の制振システムは、フレームに取り付けられる加振手段と、前記フレームを通じて参照点に表れる振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出手段と、前記加振手段の制御を行う制御手段とを備えた制振システムであって、前記制御手段は、前記加振手段を駆動させるための駆動電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記振動検出手段による振動検出信号に基づいて故障の有無を診断する振動故障診断部とを備え、振動を抑制するための制御を行う通常モードを実行するにあたって、前記電圧指令生成部が前記振動検出信号に基づいて前記駆動電圧指令を生成し、当該駆動電圧指令に応じた加振力を前記加振手段に発生させ、故障診断のための制御を行う故障診断モードを実行するにあたって、前記電圧指令生成部が前記フレーム及び前記加振手段の少なくとも何れかの共振周波数と同一又はこの共振周波数に近い所定の周波数に予め設定された診断周波数に対応する駆動電圧指令を生成し、当該駆動電圧指令に応じた加振力を前記加振手段に発生させるとともに、前記振動故障診断部により振動検出信号に基づいて故障の有無の診断を行わせるように構成し、前記振動故障診断部が、前記振動検出信号が安定状態にあることを判別して安定判別信号を出力する振動安定判別部と、予め定められた正常振動基準値と前記振動検出信号との比較を行い、前記振動検出信号のほうが前記正常振動基準値よりも小さい場合に振動故障検出信号を出力する振動故障検出部とを備えており、前記振動故障検出部は、前記振動安定判別部より安定判別信号を入力された場合に、前記正常振動基準値と前記振動検出信号との比較を行うように構成されていることを特徴とする制振システム。

このように構成すると、通常モードにおいて、電圧指令生成部が振動検出手段により得られる振動検出信号に基づいて駆動電圧指令を生成し、これに応じた加振力を加振手段に発生させることで適切に振動を抑制することができる。他方、故障診断モードにおいては、電圧指令生成部により、フレーム又は加振手段の共振周波数と同一又はこの共振周波数に近い所定の周波数に設定された診断周波数に対応する駆動電圧指令を生成して、フレーム又は加振手段の共振周波数と同一又はこれに近い周波数で加振手段を動作させることによって、少ないエネルギでありながら共振現象を利用して参照点に大きな振動を生じさせることができる。そのため、振動検出手段において大きな振動検出信号を得ることができることから、制振システムを構成する要素機器を取り外すことなく、振動検出信号に基づいて振動故障診断部における故障の有無の診断をより正確に行うことが可能となる。さらに、フレームを大きく振動させることで速やかに故障の有無の診断を行うこともできるため、故障診断に要する作業時間の短縮を図ることも可能となる。

また、共振現象を利用して大きな振動を得ながら、さらに少ないエネルギで大きな振動検出信号を得てより正確に故障の有無の診断を行うとともに、この診断を短時間で行うことが可能となる。

さらに、振動検出信号が安定状態になったことを簡単且つ迅速に判別することを可能とするためには、前記振動安定判別部は、前記振動検出信号における１周期内のピーク値とその前の１周期内のピーク値との差が予め定められた振動安定基準値より小さくなった場合に、振動検出信号が安定状態にあると判別して前記安定判別信号を出力するように構成されることが好ましい。

また、故障と診断される際に具体的な故障箇所の特定をしやすくするためには、前記加振手段に供給される駆動電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出手段が設けられており、前記制御手段は、前記電流検出手段による電流検出信号に基づいて故障の有無を診断する電流故障診断部を備えることが好ましい。

上記制振システムを備えることで好適に振動の抑制を行うことを可能とするとともに、この制振システムの故障診断を容易に行うことのできる車両を実現するためには、上記何れかの制振システムを備えるものであって、前記フレームが車両本体の少なくとも一部を構成するものであることが好ましい。

以上説明した本発明によれば、制振システムを構成する要素機器を取り外すことなく、組み付けた状態のままで正確に故障診断を行うことができる上に、エネルギ消費の低減及び作業時間の短縮を図ることのできる制振システム及び車両を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る制振システムの概略構成を示すブロック図。 同制振システムにおけるコントローラの構成を示すブロック図。 同制振システムにおける駆動電圧と各検出信号の波形の一例を示す図。 同制振システムにおける駆動電圧と各検出信号の関係を模式的に示す図。 同制振システムにおける振動故障診断部の構成を示すブロック図。 同制振システムにおける電圧指令変化判別部の動作を説明する図。 同制振システムにおける最小振動検出値出力部の構成及び動作を説明する図。 同制振システムにおける最大振動検出値出力部の構成及び動作を説明する図。 同制振システムにおける振動安定判別部の構成を示すブロック図。 同制振システムにおける振動安定判別部の動作を説明する図。 同制振システムにおける電流故障診断部の構成を示すブロック図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態の制振システムは、車両を制振対象としてこれに搭載されるものであり、図１に示すように、車両本体の一部を構成するフレーム１１と一体的に構成されている。フレーム１１には、振動源であるエンジン１２がバネ１２ｓ及びダンパ１２ｄを介して支持されており、エンジン１２が駆動することによる振動がフレーム１１に伝達される。

さらに本制振システム１は、フレーム１１の一箇所に設定する参照点Ｐｒｅｆに取り付けられた振動センサとしての加速度センサ１４と、エンジン１２及び加速度センサ１４より離間したフレーム１１上の位置に設けられた加振手段としてのアクチュエータ１３と、このアクチュエータ１３を駆動するための電力を供給する電源１６と、これら加速度センサ１４、アクチュエータ１３及び電源１６に接続されたコントローラ１５とを備える。コントローラ１５に対して、電源１６は電源ケーブルＣａ２によって、アクチュエータ１３はアクチュエータケーブルＣａ３によって、加速度センサ１４はセンサケーブルＣａ４によってそれぞれ独立して接続される。

さらに、コントローラ１５には通信ケーブルＣａ１を介して上位コントローラ２１が接続されており、コントローラ１５は、この上位コントローラ２１からの命令に応じて動作し、振動センサ１４からの信号を基に電源１６より得られる電力を利用してアクチュエータ１３を駆動する。

本実施形態では、振動センサとして加速度センサ１４を用いているが、変位センサや速度センサであっても同様に利用することができ、適宜微分回路等を用いて信号を変換することで同じ信号を取り出すこともできる。

また、加振手段として利用するアクチュエータ１３は可動子が直線的な往復動作を行う一般にレシプロモータと称されるリニアアクチュエータであって、上記特許文献１において用いられている構造のものを好適に利用することができる（特許文献１図２参照）。本実施形態におけるアクチュエータ１３もこれと同様の構造を備えており、固定子の内部で可動子を板バネで弾性支持するとともに、可動子を鉄心により構成し、固定子側に永久磁石とコイルを設ける構成とされている。そして、コイルに駆動電流を流して固定子の内部に磁束の変化を生じさせることで、可動子を動作させることができるようになっており、電流の方向を変化させることで可動子を直線的に往復動させることが可能である。こうしたアクチュエータ１３は、可動鉄心型であり可動子が単純な構成となっていることから動作安定性及び機械的強度の点で有利であるとともに、板バネにより可動子が弾性支持されていることから摺動部が少なくエネルギのロスが少ない上に長期的に使用しても特性の変化が少ない。

アクチュエータ１３はフレーム１１に直接固定しているが、フレーム１１に対するアクチュエータ１３の支持剛性、及び、アクチュエータ１３内部における可動部の支持剛性を合成してモデル化することで、図中で示すように、アクチュエータ１３がバネ１３ｓ及びダンパ１３ｄを介してフレーム１１に接続されていると考えることができる。

図２は、コントローラ１５の構成を説明するためのブロック図である。コントローラ１５は、制御手段３１と、この制御手段３１に接続される電圧出力回路３２、振動検出回路３３及び電流検出回路３４とから構成される。

電圧出力回路３２は、アクチュエータ１３に駆動電圧Ｖｐを出力するための電圧出力手段として機能するものであり、制御手段３１より出力される駆動電圧指令Ｖｃに従って、これに対応する駆動電圧Ｖｐを生成して出力することができる。電圧出力回路３２よりアクチュエータ１３に対して駆動電圧Ｖｐが印加されることにより、アクチュエータ１３には駆動電圧Ｖｐに対応する駆動電流が供給される。

振動検出回路３３は、加速度センサ１４より得られる信号を入力され、この信号に従って、加速度の波形に応じた振動検出信号Ｖｉｄを生成して出力するものであり、加速度センサ１４とともに振動検出手段Ｍｖを構成する。

電流検出回路３４は、上記電圧出力回路３２とアクチュエータ１３との間に設けられた電流検出器１７より得られる信号を入力され、この信号に従って、電圧出力回路３２からアクチュエータ１３に供給される駆動電流に応じた電流検出信号Ｉｄを生成して出力するものであり、電流検出器１７とともに電流検出手段Ｍｉを構成する。

制御手段３１は、ＣＰＵ、メモリ及びインターフェースを備えた通常のマイクロプロセッサ等により構成されるもので、メモリには予め処理に必要なプログラムが格納してあり、ＣＰＵは逐次必要なプログラムを取り出して実行し、周辺ハードリソースと協働して、所期の機能を実現する。この制御手段３１は、振動を抑制するための制御を行う通常モードと、この制振システム１における故障の有無を診断するための制御を行う故障診断モードとからなる２つの動作モードを備えており、これらの何れかの動作モードを選択して実行することができるようになっている。

ここで、本実施形態において称する故障とは、製造及び組立直後の初期の故障、及び、経時による部品の劣化や損傷による故障の双方を含むものであり、配線の間違いや断絶、加速度センサ１４の出力異常、コントローラ１５からアクチュエータ１３に向けた駆動電圧Ｖｃの出力異常、アクチュエータ１３の動作異常等が想定される。

制御手段３１を機能ブロックに分けて詳細に説明すると、この制御手段３１は、動作モード設定部４１、記憶部４２、電圧指令生成部４３、振動故障診断部４４、電流故障診断部４５、故障診断部４６、駆動状態判断部４７及び通信部４８を備える。

動作モード設定部４１は、上述した上位コントローラ２１より通信部４８を介して与えられる動作命令Ｃａを受けつけ、その動作命令Ｃａに応じて、動作モードを設定するための動作モード指令Ｃｍを電圧指令生成部４３を構成する電圧指令切替部４３ｃに向けて出力するとともに、各動作モードにおける制御動作の開始又は停止を行わせるための駆動指令Ｃｄを、動作モードに対応する後述の制振用電圧指令生成部４３Ａ又は診断用電圧指令生成部４３Ｂに出力するものである。また、この動作モード設定部４１は、駆動状態判断部４７より停止指令Ｃｅが入力された場合には、これに対応する駆動指令Ｃｄを出力することで各動作モードにおける制御動作の停止を行わせることもできる。

記憶部４２は、予め設定した故障診断時のアクチュエータ１３の駆動条件である診断周波数Ｆｃ及び診断電圧振幅Ａｃを記憶するとともに、故障診断を行うために用いる基準値である正常振動基準値Ｖｉｔ、振動安定基準値Ｖｉｓ及び正常電流基準値Ｉｔを記憶するものである。

ここで、正常振動基準値Ｖｉｔとは、これ以上に大きな振動検出信号Ｖｉｄが得られる場合に正常と判断し、これより小さい場合にアクチュエータ１３の動作又は振動検出に関連する部位に故障があると判断するための基準値である。また、正常電流基準値Ｉｔとは、これ以上に大きな電流検出信号Ｉｄが得られる場合に正常と判断し、これより小さい場合に駆動電圧Ｖｐの生成又は電流検出に関連する部位に故障があると判断するための基準値である。さらに、振動安定基準値Ｖｉｓとは、振動検出信号Ｖｉｄのピーク値の変化量がこれを下回った場合に、振動検出信号Ｖｉｄが安定した、すなわち振動が安定化したと判断するための基準値である。

さらに、上記診断周波数Ｆｃとは、故障診断モード時においてアクチュエータ１３を駆動する際の周波数であり、フレーム１１の共振周波数に近い所定の周波数に設定している。ここで、フレーム１１の共振周波数とは、フレーム１１の形状や材質だけではなく、これを支持するための支持構造にも依存するものであり、フレーム１１を中心として構成される振動系（システム）全体の共振周波数ともいうことができ、この周波数で加振した場合に共振現象が生じることでフレーム１１に大きな振動を生じさせる周波数を指す。また、共振周波数に近い周波数とは、共振周波数とは一致しないものの、この周波数で加振した場合であっても共振周波数で加振した場合と同様に共振現象が生じて大きな振動が生じるものであり、例えば、共振周波数での振動が鋭い場合、すなわちＱ値が大きい場合には±３％に設定し、Ｑ値が小さい場合には±５％以内に設定すれば良い。

このように診断周波数Ｆｃを設定することにより、少ないエネルギで加振した場合でも、共振現象によって大きな振動を発生させることが可能である。もちろん、診断周波数Ｆｃをフレーム１１の共振周波数と同一に設定してもよく、その場合には共振現象をより顕著に生じさせ、参照点Ｐｒｅｆにおいて一層大きな振動を得ることができる。

電圧指令生成部４３は、入力される信号に応じた駆動電圧指令Ｖｃを生成し、上記電圧出力回路３２に出力するものである。この電圧指令生成部４３は、通常モードにおける駆動電圧指令Ｖｃを生成するための制振用電圧指令生成部４３Ａと、故障診断モードにおける駆動電圧指令Ｖｃを生成するための診断用電圧指令生成部４３Ｂと、これら制振用電圧指令生成部４３Ａ及び診断用電圧指令生成部４３Ｂからの出力の何れかを駆動電圧指令Ｖｃとして選択的に出力する電圧指令切替部４３Ｃとを備えている。

制振用電圧指令生成部４３Ａは、上記動作モード設定部４１より制御動作の開始に対応する駆動指令Ｃｄを入力されることで動作を行うものであり、振動検出回路３３により得られる振動検出信号Ｖｉｄに基づき、参照点Ｐｒｅｆに生ずる振動を相殺するための相殺振動をこの参照点Ｐｒｅｆに発生させる制振用駆動電圧指令Ｖｃｄを駆動電圧指令Ｖｃの一つとして生成する。具体的には、アクチュエータ１３により発生する加振力は、アクチュエータ１３と参照点Ｐｒｅｆ間の伝達関数Ｇによって変化して参照点Ｐｒｅｆに表れることから、参照点Ｐｒｅｆに所望の振動を生じさせたい場合には、その振動波形と上記伝達関数Ｇの逆特性である逆伝達関数１／Ｇとから、アクチュエータ１３に発生させるべき加振力を得ることができる。そこで、本実施形態では、制振用電圧指令生成部４３Ａにおいて、振動検出信号Ｖｉｄを反転した逆位相信号と逆伝達関数１／Ｇとに基づき制振用駆動電圧指令Ｖｃｄを生成するようにしている。また、この制振用電圧指令生成部４３Ａは、動作モード設定部４１より制御動作の停止に対応する駆動指令Ｃｄを入力されることで、制振用駆動電圧指令Ｖｃｄの生成及び出力を停止する。

診断用電圧指令生成部４３Ｂは、上記動作モード設定部４１より制御動作の開始に対応する駆動指令Ｃｄを入力されることで動作を行うものであり、記憶部４２に記憶された診断周波数Ｆｃと診断電圧振幅Ａｃとを読み出し、これらに基づいて矩形波状の交流電圧指令である診断用駆動電圧指令Ｖｃｔを駆動電圧指令Ｖｃの一つとして生成する。診断用駆動電圧指令Ｖｃｔの周波数は設定された診断周波数Ｆｃと一致し、その振幅は診断電圧振幅Ａｃに比例する。また、この診断用電圧指令生成部４３Ｂも、動作モード設定部４１より制御動作の停止に対応する駆動指令Ｃｄを入力されることで、診断用駆動電圧指令Ｖｃｔの生成及び出力を停止する。

電圧指令切替部４３Ｃは、上述した動作モード設定部４１より入力される動作モード指令Ｃｍに応じて、制振用電圧指令生成部４３Ａ及び診断用電圧指令生成部４３Ｂの何れか一方が電圧出力回路３２に向けた出力ラインに接続されるように選択的に切り替える。こうすることで、動作モードに応じ、制振用電圧指令生成部４３Ａによる制振用駆動電圧指令Ｖｃｄ、及び、診断用電圧指令生成部４３Ｂによる診断用駆動電圧指令Ｖｃｔの何れか一方が駆動電圧指令Ｖｃとして電圧出力回路３２に出力される。

振動故障診断部４４は、振動検出手段Ｍｖより得られる振動検出信号Ｖｉｄ、電圧指令生成部４３より得られる駆動電圧指令Ｖｃ（診断用駆動電圧指令Ｖｃｔ）、及び記憶部４２より読み出される正常振動基準値Ｖｉｔ・振動安定基準値Ｖｉｓを基にアクチュエータ１３の動作又は振動検出に関連する部位の故障の有無を診断し、故障があると診断する場合に振動故障検出信号Ｓｂｖを出力するようになっている。この具体的な構成については後に詳述する。

また、電流故障診断部４５は、電流検出手段Ｍｉより得られる電流検出信号Ｉｄ、及び記憶部４２より読み出される正常電流基準値Ｉｔを基に、駆動電圧Ｖｐの生成又は電流検出に関連する部位の故障の有無を診断し、故障があると診断する場合に電流故障検出信号Ｓｂｉを出力するようになっている。この具体的な構成についても後に詳述する。

故障診断部４６は、振動故障診断部４４からの振動故障検出信号Ｓｂｖ、及び電流故障診断部４５からの電流故障検出信号Ｓｂｉの少なくとも何れかが入力されることにより、いずれかの部位に故障があるものとして故障判断信号Ｓｂｔを出力するようになっている。この故障判断信号Ｓｂｔには、振動故障検出信号Ｓｂｖ及び電流故障検出信号Ｓｂｉのどちらが出力されているか、あるいは双方が出力されているかを判別し得る情報が含まれるようにしており、こうすることで、故障があると診断される場合において、具体的な故障箇所の特定を容易にすることができる。

駆動状態判断部４７は、故障診断部４６による故障判断信号Ｓｂｔを入力されることによって、故障の有無に関する判断を行い、その結果を動作情報Ｄｉの一つとして出力し、通信部４８を介して上位コントローラ２１に伝達することで、操作者に通知を行う。また、故障判断信号Ｓｂｔの入力により故障が存在すると判別できる場合には、停止指令Ｃｅを動作モード設定部４１に出力することで、動作モード設定部４１より制御動作の停止を行わせるための駆動指令Ｃｄを出力させる。こうすることで、故障箇所が存在している状況での運転を直ちに取り止め、機器の故障の拡大を防ぐこともできる。

さらに、駆動状態判断部４７は、故障の有無のみならず、故障判断信号Ｓｂｔが入力された際のコントローラの１５の動作状態に関する情報を収集し、動作情報Ｄｉとして通信部４８を介して上位コントローラ２１に伝達するようになっている。動作情報Ｄｉとしては、過電流・過電圧・断線等の異常状態発生状況に係る情報、初期設定モード・スリープモード・通常モード等の動作モードに係る情報、及び、電圧指令値・電流検出値・振動検出値・温度検出値等の動作値に係る情報があるが、適宜これら以外の情報を動作情報Ｄｉに加えても良い。

また、故障判断信号Ｓｂｔによって判別できる故障箇所の存在は、駆動状態判断部４７及び上位コントローラ２１を通じて操作者に伝達されるだけではなく、故障診断部４６又は駆動状態判断部４７に音声出力や発光などによる報知機能を持たせ、コントローラ１５より操作者に直接的に伝達するようにしても良い。

通信部４８は、上位コントローラ２１との間で情報の授受を行うためのインターフェースとして構成され、上述したように、上位コントローラ２１からの動作指令Ｃｏを動作モード設定部４１に与えたり、駆動状態判断部４７より得られる動作情報Ｄｉを上位コントローラ２１に伝達したりすることができる。また、上記以外の情報についても、適宜授受を行うようにしており、こうした情報を基に上位コントローラ２１によって細かな制御を行うことが可能となっている。

上記のように構成することで、動作モード設定部４１において通常モードが設定され、これに応じた動作モード指令Ｃｍが出力された場合には、これに従って電圧指令切替部４３Ｃが、制振用電圧指令生成部４３Ａからの駆動電圧指令Ｖｃを出力させるように切り替えを行う。さらに、制振用電圧指令生成部４３Ａは、動作モード設定部４１より制御動作の開始に対応する駆動指令Ｃｄを入力されることによって、参照点Ｐｒｅｆに設けられた加速度センサ１４より得られる振動検出信号Ｖｉｄに基づいて、振動源１２より参照点Ｐｒｅｆに伝達される振動を抑制する相殺振動をこの参照点Ｐｒｅｆに発生させるための制振用駆動電圧指令Ｖｃｄの生成を開始し、これを駆動電圧指令Ｖｃとして出力する。そして、電圧出力回路３２が、電源１６（図１参照）より得られる電力を利用して、この制振用駆動電圧指令Ｖｃｄに従い駆動電圧Ｖｐを生成してアクチュエータ１３に入力する。そのため、アクチュエータ１３は制振用駆動電圧指令Ｖｃｄに従って加振力を発生し、この加振力がフレーム１１を通じて参照点Ｐｒｅｆに相殺振動を生じさせることで、振動源１２により参照点Ｐｒｅｆに発生する振動を抑制することができる。

また、動作モード設定部４１において故障診断モードが設定され、これに応じた動作モード指令Ｃｍが出力された場合には、これに従って電圧指令切替部４３Ｃが、診断用電圧指令生成部４３Ｂより駆動電圧指令Ｖｃを出力させるように切り替えを行う。さらに、診断用電圧指令生成部４３Ｂは、動作モード設定部４１より制御動作の開始に対応する駆動指令Ｃｄを入力されることによって、記憶部４２に記憶された診断周波数Ｆｃと診断電圧振幅Ａｃに基づいて矩形波状の交流電圧指令である診断用駆動電圧指令Ｖｃｔの生成を開始し、これを駆動電圧指令Ｖｃとして出力する。そして、電圧出力回路３２が、電源１６（図１参照）より得られる電力を利用して、この診断用駆動電圧指令Ｖｃｔに従い駆動電圧Ｖｐを生成してアクチュエータ１３に入力する。そのため、アクチュエータ１３は診断用駆動電圧指令Ｖｃｔに従って、より具体的には、上記診断周波数Ｆｃと診断電圧振幅Ａｃに応じて加振力を発生する。

さらに、動作モード設定部４１より、各動作モードの停止を行わせるための停止指令Ｃｅが出力された場合、何れのモードの場合であっても電圧指令生成部４３による駆動電圧指令Ｖｃの生成は停止され、アクチュエータ１３に駆動電圧Ｖｐが出力されない状態となる。なお、これと同様に、駆動状態判断部４７から停止指令Ｃｅが出力された場合であっても、駆動電圧Ｖｐは出力されない状態となる。

上述したように、本実施形態においては診断周波数Ｆｃをフレーム１１の共振周波数に近い所定の値に設定しているため、故障診断モードを実行する場合にアクチュエータ１３を診断周波数Ｆｃで動作させることで、共振現象を利用してフレーム１１に大きな振動を生じさせることができる。そして参照点Ｐｒｅｆに生じる振動を振動検出手段Ｍｖを用いて検出し、これにより得られる振動検出信号Ｖｉｄを正常振動基準値Ｖｉｔと比較することによって、後述するようにアクチュエータ１３の動作又は振動検出に関連する部位の故障の有無を診断することができる。すなわち、共振現象を利用することで、故障の有無を判断するに足りる十分に大きな振動を得ることができることから、アクチュエータ１３に電源１６（図１参照）より与えるエネルギを小さくすることができるとともに、センサの検出感度を高める場合と同様により正確な診断を行うことが可能となる。

以下、具体的な故障診断を行う仕組みについて詳細に説明を行う。

図３は、故障診断モードの実行時において得られる駆動電圧Ｖｐ、電流検出信号Ｉｄ及び振動検出信号Ｖｉｄの一例を示す図である。まずは、図２を参照しつつ図３を用いて各信号の特徴について説明を行う。

駆動電圧Ｖｐは、上述したように診断用駆動電圧指令Ｖｃｔに従うものであり、この診断用駆動電圧指令Ｖｃｔは予め定められた診断周波数Ｆｃと診断電圧振幅Ａｃにより矩形波状に設定されることから、図中で示すような矩形波状に変化する交流電圧として出力される。

本実施形態では、一例としてフレーム１１の共振周波数が２００Ｈｚとなる場合を設定し、これに合わせて診断周波数Ｆｃを２００Ｈｚにしている。そのため、駆動電圧Ｖｐは１周期が５．０ｍｓとなり、半周期である２．５ｍｓごとに正負が逆転する。

このような駆動電圧Ｖｐが印加される際にアクチュエータ１３に供給される駆動電流を電流検出手段Ｍｉによって検出することで、図中で示すように三角波状の電流検出信号Ｉｄが得られる。具体的には、駆動電圧Ｖｐが正電圧となった場合には、電流検出信号Ｉｄはアクチュエータ１３の電気子特性によって、Ｌ／Ｒの時定数をもつ一次遅れ特性をもってほぼ直線状に増加し、駆動電圧Ｖｐが負電圧に転じた際に電流検出信号Ｉｄは正側のピーク値を示し、これより上記一次遅れ特性をもってほぼ直線状に減少していき、この減少していく過程において負側に転じる。なお、この負側の電流値は、正側の電流とは逆向きに電流が流れることを意味する。さらに、駆動電圧Ｖｐが再び正電圧に転じた場合に、電流検出信号Ｉｄは負側のピーク値を示し、これよりほぼ直線状に増加し、この増加していく過程で正側に転じる。

このような駆動電流の変化により、アクチュエータ１３では可動子（図示せず）を動作させるための磁束の変化が生じ、可動子の移動に伴う反力が加振力としてフレーム１１に伝達され、参照点Ｐｒｅｆが振動することで振動検出手段Ｍｖによって振動検出信号Ｖｉｄが得られる。

振動検出信号Ｖｉｄは、電流検出信号Ｉｄに対して、アクチュエータ１３の電気特性に従って約９０°の位相遅れが生じるものの、同じ周期で変化を行う。ただし、振動検出信号Ｖｉｄの振幅は、アクチュエータ１３の動作が開始してから徐々に大きくなり、やがて振幅がほぼ一定となった安定状態になる。この図では、アクチュエータ１３の動作が開始してから８周期目でほぼ振幅の変化が生じなくなり、振動が安定化している。なお、上記の例では８周期目で振動が安定化していたが、各部の形状や支持条件あるいは加振力の与え方によって安定化するまでの時間は変化し得る。

このように振幅の変化が生じる原因は、次のような共振時の振動の特徴にある。すなわち、共振周波数近くで加振を行った場合、減衰係数の影響によって加振開始より振動の振幅が徐々に大きくなり、最終的に飽和するため、振幅が安定するまでに時間を要するという特徴がある。そこで本願では、共振によって振動を増大させるだけではなく、振動がより大きく成長した安定状態において評価を行うようにすることで、より少ないエネルギで大きな振動を得るとともに、より振動の大きな状態で正確な診断を行うことができるようにしている。

上記の内容を実現するため本願では、振動の安定状態を判別するための手段を備えている。ここで、本実施形態における安定状態の判別を行う原理について、図４を用いて説明を行う。図４は、駆動電圧Ｖｐ、電流検出信号Ｉｄ、及び振動検出信号Ｖｉｄの関係を模式的に記載したものである。

駆動電圧Ｖｐは、上述したように正電圧と負電圧とが矩形波状に交互に繰り返される交流電圧であり、その正電圧印加期間において電流検出信号Ｉｄはほぼ直線状に増加し、負電圧印加期間にほぼ直線状に減少する。そのため、正常に動作している場合、駆動電圧Ｖｐが正から負に転じるいわゆる立下り時に電流検出信号Ｉｄは正側のピーク値をとり、駆動電圧Ｖｐが負から正に転じるいわゆる立上り時に電流検出信号Ｉｄは負側のピーク値をとる。

そして、駆動電圧Ｖｐの立上りより次の立上りまでの１周期を今回周期として評価に用いる場合、その中での正側のピーク値である今回最大電流検出値Ｉｄ２１と、負側のピーク値である今回最小電流検出値Ｉｄ１１とを検出し、これらの絶対値が予め定めた正常電流基準値Ｉｔ（図２参照）に比して十分大きなものであるかによって、駆動電圧Ｖｐの生成又は電流検出に関連する部位における故障の有無の診断を行うようにしている。なお、電流検出信号Ｉｄは、駆動電圧Ｖｐの振幅が安定しておれば、共振に関わらず直ぐに安定した電流を流すことができる。そのため、通常であれば、前回周期における前回最大電流検出値Ｉｄ２０及び前回最小電流検出値Ｉｄ１０と、今回周期における今回最大電流検出値Ｉｄ２１及び今回最小電流検出値Ｉｄ１１との間にはほぼ変化がなく、どの周期における検出値を用いても故障診断を行うことができる。

また、振動検出信号Ｖｉｄも駆動電圧Ｖｐに応じて変化し、正電圧印加期間では減小して負側のピーク値をとった上で増大に転じ、負電圧印加期間では増大して正側のピーク値をとった上で減小に転じるようになっている。

そして、ある１周期を今回周期として評価に用いる場合、その中での負側のピーク値である今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１と、正側のピーク値である今回最大電流検出値Ｖｉｄ２１とを検出し、これらの絶対値が予め定めた正常振動基準値Ｖｉｔ（図２参照）に対して大きいか小さいかを比較することにより、アクチュエータ１３の動作又は振動検出に関連する部位における故障の有無の診断を行うようにしている。

以下、上述のような各検出信号の特徴を活かした振動故障診断部４４及び電流故障診断部４５の具体的な構成について詳細に説明を行う。

図５は、図２に記載した振動故障診断部４４の構成を詳細に示したブロック図である。この図で示されるように、振動故障診断部４４は、電圧指令変化判別部５１、最小振動検出値出力部５２、最小振動検出値保存部５３、前回最小振動検出値保存部５４、減算器５５、絶対値回路５６、最大振動検出値出力部６２、最大振動検出値保存部６３、前回最大振動検出値保存部６４、減算器６５、絶対値回路６６、振動安定判別部５７、及び振動故障検出部５８より構成されている。

電圧指令変化判別部５１は、駆動電圧指令Ｖｃの変化を判別し、駆動電圧指令Ｖｃの変化に応じた信号を出力する。

ここで、図６は電圧指令変化判別部５１の機能について説明するための図である。図６に示すように、電圧指令変化判別部５１は、駆動電圧指令Ｖｃが負から正に転じる立上りエッジを検出した際にパルス状の立上りエッジ検出信号Ｓｇｕを出力する。さらに、駆動電圧指令Ｖｃが正から負に転じる立下りエッジを検出した際にパルス状の立下りエッジ検出信号Ｓｇｄを出力する。なお、駆動電圧Ｖｐは、電圧出力回路３２（図２参照）によって駆動電圧指令Ｖｃに従い生成されたものであるため、両者の変化タイミングはほぼ同一であり、駆動電圧指令Ｖｃの立上りエッジ及び立下りエッジを検出することは、駆動電圧Ｖｐの立上りエッジ及び立下りエッジを検出することとほぼ等しい。

図５に戻って、最小振動検出値出力部５２は、振動検出信号Ｖｉｄと、電圧指令変化判別部５１より得られる立下りエッジ検出信号Ｓｇｄとを入力され、これらに基づき１周期内における最小振動検出値Ｖｉｄ１を生成して出力するものである。

ここで、図７は、最小振動検出値出力部５２の構成をさらに詳細に示すとともに、その機能を説明するための図である。

最小振動検出値出力部５２は、比較最小値保存部５２ａと比較回路５２ｂより構成されている。比較最小値保存部５２ａは、入力部ＩＮより入力された信号を出力部ＯＵＴより出力することが可能であり、リセット部ＣＬＲに信号が入力されることにより出力する信号をゼロにリセットする。比較回路５２ｂは、比較最小値保存部５２ａの出力部ＯＵＴより得られた信号と振動検出信号Ｖｉｄとを比較して、両者のうち小さいほうを最小振動検出値Ｖｉｄ１として出力するようになっている。

最小振動検出値Ｖｉｄ１は比較最小値保存部５２ａを経由して、再び比較回路５２ｂに入力され、新たに得られる振動検出信号Ｖｉｄと比較され、両者のうち小さいほうが最小振動検出値Ｖｉｄ１として出力される。すなわち、比較最小値保存部５２ａと比較回路５２ｂとは、振動検出信号Ｖｉｄの自己保持機能と、最小値の更新機能とを備えている。

また、比較最小値保存部５２ａのリセット部ＣＬＲには、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されるようにしており、駆動電圧指令Ｖｃの立下りのタイミングで振動検出信号Ｖｉｄの最小値がリセットされる。

従って、この最小振動検出値出力部５２では、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄのタイミングでリセットされ、その際に振動検出信号Ｖｉｄがゼロとなっていることから、最小振動検出値Ｖｉｄ１もゼロになる。そして、これより半周期の間、振動検出信号Ｖｉｄはゼロよりも大きな値となるため、最小振動検出値Ｖｉｄ１の更新はなされずゼロの状態を保つ。振動検出信号Ｖｉｄが負の値となり減少している間は、振動検出信号Ｖｉｄの値によって最小振動検出値Ｖｉｄ１は更新を続ける。やがて、負側のピーク値をとり、増大に転じた場合には、最小振動検出値Ｖｉｄ１は振動検出信号Ｖｉｄの負側のピーク値を維持したままとなる。さらに、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されることで、最小振動検出値Ｖｉｄ１はリセットされ、上記と同じ動作を繰り返す。

再び図５に戻って、最小振動検出値保存部５３は、電圧指令変化判別部５１より得られる立下りエッジ検出信号Ｓｇｄと、最小振動検出値出力部５２より得られる最小振動検出値Ｖｉｄ１とを入力され、振動の検出を行ったその１周期内における最小振動検出値Ｖｉｄ１を今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１として出力するものである。具体的に述べると、最小振動検出値保存部５３は、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されたタイミングで、その直前に最小振動検出値出力部５２より入力されていた最小振動検出値Ｖｉｄ１をラッチし、これを今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１として出力する。そして、次に立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されることで、その直前に最小振動検出値出力部５２より入力されていた最小振動検出値Ｖｉｄ１を新たにラッチし、これを新たな今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１として出力するものであり、こうした動作を繰り返し行うようになっている。すなわち、最小振動検出値保存部５３とは、直前の１周期内における振動検出信号Ｖｉｄの負側のピーク値を今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１として、１周期の間継続して出力するものといえる。

前回最小振動検出値保存部５４は、電圧指令変化判別部５１より得られる立下りエッジ検出信号Ｓｇｄと、最小振動検出値保存部５３より得られる今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１とを入力され、振動の検出を行ったその前の１周期内における最小振動検出値Ｖｉｄ１を前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０として出力するものである。具体的に述べると、前回最小振動検出値保存部５４は、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されたタイミングで、その直前に最小振動検出値保存部５３より入力されていた今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１をラッチし、これを前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０として出力する。そして、次に立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されることで、その直前に最小振動検出値保存部５３より入力されていた今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１を新たにラッチし、これを新たな前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０として出力するものであり、こうした動作を繰り返し行うようになっている。すなわち、前回最小振動検出値保存部５４とは、直前の１周期よりも１つ前の１周期内における振動検出信号Ｖｉｄの負側のピーク値を前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０として、１周期の間継続して出力するものといえる。

減算器５５は、最小振動検出値保存部５３より得られる今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１と、前回最小振動検出値保存部５４より得られる前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０との差分を生成し、最小振動差分ΔＶｉｄ１として出力するものである。

絶対値回路５６は、入力された最小振動差分ΔＶｉｄ１の絶対値をとり、最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ１｜として出力するものである。

上記のように今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１及び前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０を生成するため、最小振動検出値出力部５２、最小振動検出値保存部５３及び前回最小振動検出値保存部５４が設けられていることと同様に、今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１及び前回最大振動検出値Ｖｉｄ２０を生成するため、最大振動検出値出力部６２、最大振動検出値保存部６３及び前回最大振動検出値保存部６４が設けられている。

図８は、最大振動検出値出力部６２の構成を詳細に示すとともに、その機能を説明するための図である。

最大振動検出値出力部６２は、比較最大値保存部６２ａと比較回路６２ｂより構成されている。最大振動検出値出力部６２は、上述した最小振動検出値出力部５２（図７参照）と同様の機能を備えているものの、この最小振動検出値出力部５２との間では、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄに代わって立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが比較最大値保存部６２ａのリセット部ＣＬＲに入力される点、及び、比較回路６２ｂが、比較最大値保存部６２ａの出力部ＯＵＴより得られた信号と、振動検出信号Ｖｉｄとを比較して、両者のうち大きいほうを最大振動検出値Ｖｉｄ２として出力するようになっている点で異なっている。

そのため、最大振動検出値出力部６２は次のような動作を行う。まず、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが入力されたタイミングでリセットされ、その際には振動検出信号Ｖｉｄがゼロとなっていることから、最大振動検出値Ｖｉｄ１もゼロになる。そして、これより半周期の間、振動検出信号Ｖｉｄはゼロよりも小さな値となるため、最大振動検出値Ｖｉｄ２の更新はなされずゼロの状態を保つ。振動検出信号Ｖｉｄが、正の値となり増大している間は、振動検出信号Ｖｉｄの値によって最大振動検出値Ｖｉｄ２は更新を続ける。やがて、正側のピーク値をとり減小に転じた場合には、最大振動検出値Ｖｉｄ２は振動検出信号Ｖｉｄの正側のピーク値を維持したままとなる。さらに、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが入力されることで、最大振動検出値Ｖｉｄ２はリセットされ、上記と同じ動作を繰り返す。

再度図５に戻って、最大振動検出値保存部６３は、電圧指令変化判別部５１より得られる立上りエッジ検出信号Ｓｇｕと、最大振動検出値出力部６２より得られる最大振動検出値Ｖｉｄ２とを入力され、振動の検出を行ったその１周期内における最大振動検出値Ｖｉｄ２を今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１として出力するものである。具体的には、最大振動検出値保存部６３は、最小振動検出値保存部５３とは逆に、直前の１周期内における振動検出信号Ｖｉｄの正側のピーク値を今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１として、１周期の間継続して出力する。

また、前回最大振動検出値保存部６４は、電圧指令変化判別部５１より得られる立上りエッジ検出信号Ｓｇｕと、最大振動検出値保存部６３より得られる今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１とを入力され、振動の検出を行ったその前の１周期内における最大振動検出値Ｖｉｄ２を前回最小振動検出値Ｖｉｄ２０として出力するものである。具体的には、前回最大振動検出値保存部６４は、前回最小振動検出値保存部５４とは逆に、直前の１周期よりも１つ前の１周期内における振動検出信号Ｖｉｄの正側のピーク値を前回最大振動検出値Ｖｉｄ２０として、１周期の間継続して出力する。

さらに、減算器６５によって、最大振動検出値保存部６３より得られる今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１と、前回最大振動検出値保存部６４より得られる前回最小振動検出値Ｖｉｄ２０との差分が生成され、最大振動差分ΔＶｉｄ２として出力される。

そして、絶対値回路６６によって、最大振動差分ΔＶｉｄ２の絶対値がとられ、最大振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ２｜として出力される。

振動安定判別部５７は、上記２つの絶対値回路５６，６６より入力される最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ１｜及び最大振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ２｜と、記憶部４２（図２参照）より得られる振動安定基準値Ｖｉｓとを基に、振動検出信号Ｖｉｄが安定状態であるか否かを判別し、安定状態である場合に安定判別信号としての振動安定検出信号Ｓｇｓを出力するものである。

図９は、振動安定判別部５７の構成をさらに詳細に説明するブロック図である。振動安定判別部５７は、２つの比較回路７１，７３と、２つのラッチ回路７２，７４、及びアンド回路７５とから構成される。

比較回路７１では、最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ１｜と振動安定基準値Ｖｉｓとの比較が行われ、最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ１｜が振動安定基準値Ｖｉｓよりも小さい場合に、ラッチ回路７２に向けて信号の出力を行う。ラッチ回路７２では、比較回路７１からの入力が得られている状態で、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕの入力がなされることで、比較回路７１からの信号がラッチされ、最小振動安定検出信号Ｓｇ１として出力される。

同様に、比較回路７３では、最大振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ２｜と振動安定基準値Ｖｉｓとの比較が行われ、最大振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ２｜が振動安定基準値Ｖｉｓよりも小さい場合に、ラッチ回路７４に向けて信号の出力を行う。ラッチ回路７４では、比較回路７３からの入力が得られている状態で、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄの入力がなされることで、比較回路７３からの信号がラッチされ、最大振動安定検出信号Ｓｇ２として出力される。

アンド回路７５はラッチ回路７２，７４が接続されており、ラッチ回路７２からの最小振動安定検出信号Ｓｇ１、及びラッチ回路７４からの最大振動安定検出信号Ｓｇ２がともに入力されることで、振動安定検出信号Ｓｇｓを出力する。

この振動安定検出信号Ｓｇｓが出力されることは、振動検出信号Ｖｉｄの正側のピーク値及び負側のピーク値の変化がともに十分に小さくなり、振動検出信号Ｖｉｄが安定した状態になっていることを示している。

図１０は、図９に示した振動安定判別部５７によって振動安定検出信号Ｓｇｓが得られるまでの各信号の変化を模式的に表したものである。以下、図９を参照しながら、図１０を用いて、振動安定検出信号Ｓｇｓが得られるまでの流れを再度説明する。

振動検出信号Ｖｉｄは、半周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３．．．毎に正負を反転しながら徐々に振幅が大きくなり、やがて振幅がほぼ同じ安定状態となる。ここで、半周期Ｔ１内における負側のピーク値を仮に−１０という無次元量で表し、次の半周期Ｔ２内における正側のピーク値を２０、半周期Ｔ３内での負側のピーク値を−３０として表す。さらに、以後の半周期Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６．．．では、正側のピーク値が４０、負側のピーク値が−４０と一定値になるものとする。

上述したように、振動検出信号Ｖｉｄに対して駆動電圧指令Ｖｃは位相が約９０°ずれていることから、半周期Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７．．．の最初に立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが出力され、半周期Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６．．．の最初に立下り検出信号Ｓｇｄが出力される。

そこで、最小振動検出値Ｖｉｄ１に着目すると、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが出力される度にリセットが行われながら、振動検出信号Ｖｉｄの最小値を保持する動作を行う。さらに、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが出力されることで、その直前における最小振動検出値Ｖｉｄ１を、今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１として１周期に亘って保持する。具体的には、半周期Ｔ２〜Ｔ３，Ｔ４〜Ｔ５，Ｔ６〜Ｔ７，Ｔ８〜では今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１はそれぞれ−１０，−３０，−４０，−４０と変化し、前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０はそれぞれ１周期分ずつずれが生じ、０，−１０，−３０，−４０と変化する。この際、最小振動差分ΔＶｉｄ１は−１０，−２０，−１０，０と変化し、最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ１｜は、１０，２０，１０，０と変化する。

ここで、正常振動基準値Ｖｉｓを無次元量１としていた場合、半周期Ｔ８以降において、最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ１｜が正常振動基準値Ｖｉｓ（＝１）よりも小さくなり、その後に出力される立上りエッジ検出信号Ｓｇｕに合わせ、半周期Ｔ９以降において最小振動安定検出信号Ｓｇ１が出力される。

同様に、最大振動検出値Ｖｉｄ２に着目すると、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが出力される度にリセットが行われながら、振動検出信号Ｖｉｄの最大値を保持する動作を行う。さらに、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが出力されることで、その直前における最大振動検出値Ｖｉｄ２を、今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１として１周期に亘って保持する。具体的には、半周期Ｔ３〜Ｔ４，Ｔ５〜Ｔ６，Ｔ７〜Ｔ８，Ｔ９〜では今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１はそれぞれ２０，４０，４０，４０と変化し、前回最大振動検出値Ｖｉｄ２０はそれぞれ１周期分ずつずれが生じ、０，２０，４０，４０と変化する。この際、最大振動差分ΔＶｉｄ２及び最小振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ２｜は２０，２０，０，０と変化する。

そして、半周期Ｔ７以降において、最大振動差分絶対値｜ΔＶｉｄ２｜が正常振動基準値Ｖｉｓ（＝１）よりも小さくなり、その後に出力される立下りエッジ検出信号Ｓｇｄに合わせ、半周期Ｔ８以降において最大振動安定検出信号Ｓｇ２が出力される。

さらに、半周期Ｔ９以降において、最小振動安定検出信号Ｓｇ１及び最大振動安定検出信号Ｓｇ２がともに出力された状態となるため、振動安定検出信号Ｓｇｓが出力される。

なお、振動検出信号Ｖｉｄの出力が開始されてから、最初の立下りエッジ検出信号Ｓｇｄや立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが得られるまでの間、ラッチ回路７２，７４には、振動検出以前の値がラッチされている可能性が有り、その内容によっては、即座に振動安定検出信号Ｓｇｓが出力される可能性がある。これを回避するために、故障診断モードの実行開始時又は終了時にラッチ回路７２，７４の内容をクリアするとともに、比較回路７１，７３よりラッチ回路７２，７４への入力がなされないようにすることが好適である。もちろん、２回目の立下りエッジ検出信号Ｓｇｄ及び立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが得られるまでの間、アンド回路７５より振動安定検出信号Ｓｇｓが出力されないようにマスクしても良い。

上記のように構成されることにより、振動安定判別部５７は、振動検出信号Ｖｉｄが安定化したことを判別して直ぐに振動安定検出信号Ｓｇｓを発するため、余計な時間の経過を要することなく短時間で診断が可能なタイミングを通知することが可能となっている。

図５に戻って、振動故障検出部５８には、最小振動検出値保存部５３により得られる今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１、最大振動検出値保存部６３により得られる今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１、振動安定判別部５７により得られる振動安定検出信号Ｓｇｓが入力され
、さらには記憶部４２に記憶された正常振動基準値Ｖｉｔが入力されるようになっている。そして、振動故障検出部５８は、振動安定判別部５７より振動安定検出信号Ｓｇｓが入力されている際に、今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１及び今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１のそれぞれと正常振動基準値Ｖｉｔとの比較を行い、今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１及び今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１の絶対値の少なくともいずれか一方が正常振動基準値Ｖｉｔよりも小さい場合に振動故障検出信号Ｓｂｖを出力する。

すなわち、振動故障検出部５８は、アクチュエータ１３（図２参照）に向けて駆動電圧指令Ｖｃの出力が開始されてから、振動安定判別部５７によって振動が安定化した状態を通知するための振動安定検出信号Ｓｇｓを得て、直ぐに振動検出信号Ｖｉｄの評価を行うことになるため、振動検出信号Ｖｉｄが十分に大きくなった状態で診断を行うことができ、エネルギ削減を図ることが可能となるとともに、診断を行うまでの時間を短かくすることができる。

この振動故障検出信号Ｓｂｖが出力される場合には、アクチュエータ１３の動作不良や、振動検出に関連する部位に故障があると判断し得る。また、アクチュエータ１３の動作不良は、駆動電圧Ｖｐの生成に関連する部位や配線等に不具合がある場合、アクチュエータ１３自身に機械的あるいは電気的な故障がある場合等、この制振システム１を構成する要素の何れかに不具合があることで生じ得ると考えられる。そのため、振動故障検出信号Ｓｂｖが出力されるということは、制振システム１の構成要素の何れかの部位に故障があるか、振動検出に関連する部位に故障があると診断することに繋がり、振動故障検出信号Ｓｂｖが出力されないということは制振システム１に故障がないと診断することに繋がる。

図１１は、電流故障診断部４５（図２参照）の詳細な構成を示すブロック図である。この図で示されるように、電流故障診断部４５は、電圧指令変化判別部８１、最小電流検出値出力部８２、最小電流検出値保存部８３、最大電流検出値出力部８４、最大電流検出値保存部８５、及び電流故障検出部８６より構成されている。

電圧指令変化判別部８１は、上述した電流指令変化判別部５１（図６参照）と同じ機能を持ち、駆動電圧指令Ｖｃの変化に応じて、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕ及び立下りエッジ検出信号Ｓｇｄを出力する。

最小電流検出値出力部８２は、上述した最小振動検出値出力部５２（図７参照）と同様の構成を備え、振動検出信号Ｖｉｄに代わり電流検出信号Ｉｄを入力信号としており、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されることでリセットがなされ、次に立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されるまでの間に得られる電流検出信号Ｉｄの最小値を最小電流検出値Ｉｄ１として出力するものとなっている。

さらに、最小電流検出値保存部８３は、上述した最小振動検出値保存部５３（図５参照）と同様に構成されており、立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが入力されることで、その直前に最小電流検出値出力部８２より入力されていた最小電流検出値Ｉｄ１をラッチし、これを最小電流保存値Ｉｄ１ｓとして出力するものである。

また、最大電流検出値出力部８４は、上述した最大振動検出値出力部６２（図８参照）と同様に構成されており、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが入力されることでリセットがなされ、次に立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが入力されるまでの間に得られる電流検出信号Ｉｄの最大値を最大電流検出値Ｉｄ２として出力するものとなっている。

さらに、最小電流検出値保存部８５は、上述した最大振動検出値保存部６３（図５参照）と同様に構成されており、立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが入力されることで、その直前に最大電流検出値出力部８４より入力されていた最大電流検出値Ｉｄ２をラッチし、これを最大電流保存値Ｉｄ２ｓとして出力するものである。

電流故障検出部８６には、最小電流検出値保存部８３により得られる最小電流保存値Ｉｄ１ｓ、及び最大電流検出値保存部８５により得られる最大電流保存値Ｉｄ２ｓが入力され、さらには記憶部４２に記憶された正常電流基準値Ｉｔが入力されるようになっている。そして、電流故障検出部８６は、最小電流保存値Ｉｄ１ｓ及び最大電流保存値Ｉｄ２ｓのそれぞれと正常電流基準値Ｉｔとの比較を行い、最小電流保存値Ｉｄ１ｓ及び最大電流保存値Ｉｄ２ｓの少なくともいずれか一方が正常電流基準値Ｉｔよりも小さい場合に、電流故障検出信号Ｓｂｉを出力する。

この電流故障検出信号Ｓｂｉが出力される場合には、アクチュエータ１３に供給する駆動電圧Ｖｐの生成又は電流検出に関連する部位に故障があると判別し得る。なお、これらの故障には、関連する部位の配線不良等も含む。上述したように振動故障検出信号Ｓｂｖを得るだけで、ほぼ制振システム１が正常か否かという点に関する診断はできるものの、この振動故障検出信号Ｓｂｖに加えて、電流故障検出信号Ｓｂｉの出力を得ることで、故障と診断される場合であっても、より具体的な故障箇所の特定を容易に行うことが可能となる。

上記のような振動故障診断部４４及び電流故障診断部４５を用いた故障診断は、運転モード設定部４１が故障診断モードに設定され、診断用電圧指令生成部４３Ｂにより生成された診断用駆動電圧指令Ｖｃｔを駆動電圧指令Ｖｃとして出力することにより実行されるようになっている。この故障診断は、制振システム１を組み込んで車両を組み上げた段階で検査の１つとして行うことや、車検等の定期検査の際に実行することが考えられる。もちろん、適正な制振効果が得られていないなど制振システム１の機能が疑われる場合においても適宜のタイミングで実行することができ、何れの場合においても加速度センサ１４やアクチュエータ１３などの要素機器を取り外すことなく簡単に故障診断を実行することができる。

以上のように、本実施形態における制振システム１は、フレーム１１に取り付けられる加振手段としてのアクチュエータ１３と、フレーム１１を通じて参照点Ｐｒｅｆに表れる振動を検出して振動検出信号Ｖｉｄを出力する振動検出手段Ｍｖと、アクチュエータ１３の制御を行う制御手段３１とを備えるものであって、制御手段３１は、アクチュエータ１３を駆動させるための駆動電圧指令Ｖｃを生成する電圧指令生成部４３と、振動検出手段Ｍｖによる振動検出信号Ｖｉｄに基づいて故障の有無を診断する振動故障診断部４４とを備え、振動を抑制するための制御を行う通常モードを実行するにあたって、電圧指令生成部４３が振動検出信号Ｖｉｄに基づいて駆動電圧指令Ｖｃを生成し、この駆動電圧指令Ｖｃに応じた加振力をアクチュエータ１３に発生させ、故障診断のための制御を行う故障診断モードを実行するにあたって、電圧指令生成部４３がフレーム１１の共振周波数と同一又はこの共振周波数に近い所定の周波数に予め設定された診断周波数Ｆｃに対応する駆動電圧指令Ｖｃを生成し、駆動電圧指令Ｖｃに応じた加振力をアクチュエータ１３に発生させるとともに、振動故障診断部４４により振動検出信号Ｖｉｄに基づいて故障の有無の診断を行わせるように構成したものである。

このように構成しているため、通常モードにおいて、電圧指令生成部４３が振動検出手段Ｍｖにより得られる振動検出信号Ｖｉｄに基づいて駆動電圧指令Ｖｃを生成し、これに応じた加振力をアクチュエータ１３に発生させることで適切に振動を抑制できる。他方、故障診断モードにおいては、電圧指令生成部４３により、フレーム１１の共振周波数と同一又はこの共振周波数に近い所定の周波数に設定された診断周波数Ｆｃに対応する駆動電圧指令Ｖｃを生成して、フレーム１１の共振周波数と同一又はこれに近い周波数でアクチュエータ１３を動作させることによって、少ないエネルギでありながら共振現象を利用して参照点Ｐｒｅｆに大きな振動を生じさせることができる。そのため、振動検出手段Ｍｖにおいて大きな振動検出信号Ｖｉｄを得ることができることから、制振システム１を構成する加速度センサ１４やアクチュエータ１３等の要素機器を取り外すことなく、振動検出信号Ｖｉｄに基づいて振動故障診断部４４における故障の有無の診断をより正確に行うことが可能となる。さらに、フレーム１１を大きく振動させることで速やかに故障の有無の診断を行うこともできるため、故障診断に要する作業時間の短縮を図ることも可能となる。

そして、振動故障診断部４４が、振動検出信号Ｖｉｄが安定状態にあることを判別して安定判別信号としての振動安定検出信号Ｓｇｓを出力する振動安定判別部５７と、予め定められた正常振動基準値Ｖｉｔと振動検出信号Ｖｉｄとの比較を行い、振動検出信号Ｖｉｄのほうが正常振動基準値Ｖｉｔよりも小さい場合に振動故障検出信号Ｓｂｖを出力する振動故障検出部５８とを備えており、振動故障検出部５８は、アクチュエータ１３に向けた駆動電圧指令Ｖｃの出力が開始され、さらに振動安定判別部５７より振動安定検出信号Ｓｇｓを入力された場合に、正常振動基準値Ｖｉｔと振動検出信号Ｖｉｄとの比較を行うように構成されているため、振動安定判別部５７により振動が安定化したと判別され、振動安定検出信号Ｓｇｓが出力されてから振動故障検出部５８によって振動検出信号Ｖｉｄと正常振動基準値Ｖｉｔとの比較を行い、振動故障検出信号Ｓｂｖの出力の有無を通じて故障の有無の診断が行われるようにすることで、より少ないエネルギで大きな振動検出信号Ｖｉｄを得て、より正確に故障の有無の診断を行うことが可能となる。また、振動が安定化してから速やかに故障の有無の診断を行うことができるため、余計な時間経過を要することなく短時間で正確な診断を行うことも可能となる。

さらに、振動安定判別部５７は、振動検出信号Ｖｉｄにおける１周期内のピーク値である今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１・今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１と、その前の１周期内のピーク値である前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０・前回最大振動検出値Ｖｉｄ２０との差が予め定められた振動安定基準値Ｖｉｓより小さくなった場合に、振動検出信号Ｖｉｄが安定状態にあると判別して振動安定検出信号Ｓｇｓを出力するように構成されているため、振動検出信号Ｖｉｄが安定状態になったこと、すなわち振動が安定化したことを簡単、且つ、迅速に判別することが可能となる。

また、アクチュエータ１３に供給される駆動電流を検出して電流検出信号Ｉｄを出力する電流検出手段Ｍｉが設けられており、制御手段３１は、電流検出手段Ｍｉによる電流検出信号Ｉｄに基づいて故障の有無を診断する電流故障診断部４５を備えるように構成されていることから、アクチュエータ１３を動作させるための駆動電流が適切に供給されているか否かを診断することで、振動故障診断部４４とともに２つのタイプの故障診断を行うことができるため、故障があると診断される場合において、具体的な故障箇所の特定をしやすくすることができる。

また、車両本体の少なくとも一部を構成するフレーム１１を含んで制振システム１を構成することで、適切に振動を抑制できる上に、制振システム１の故障診断を容易且つ短時間で行うことのできる車両を構成することが可能となる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、診断周波数Ｆｃをフレーム１１の共振周波数と同一又はこれに近い周波数に設定していたが、これに代えて、アクチュエータ１３の共振周波数と同一又はこれに近い所定の周波数を診断周波数Ｆｃとしても良い。この場合においても、少ないエネルギでアクチュエータ１３に大きな振動を生じさせ、フレーム１１に大きな加振力を与えることができるため、参照点Ｐｒｅｆにおいて大きな振動を得ることができ、上記と同様の効果を得ることが可能である。

また、上述の実施形態では、参照点Ｐｒｅｆにおける振動を相殺するために、これと逆位相となる相殺振動を参照点Ｐｒｅｆに与えるべくアクチュエータ１３の制御を行うようにしていたが、これとは異なる制御方式を有するものにおいても本発明は有効に利用することができる。具体的には、エンジンなどの振動源１２より得られる駆動信号パルスを基に基準周波数を設定してこの周波数に基づいて駆動電圧指令を生成するもの、アクチュエータ１３を駆動するための駆動電圧指令Ｖｃを適応制御アルゴリズムによって生成するもの、あるいは、アクチュエータ１３を能動型動吸振器として使用するべくフレーム１１との相対変位および相対速度に応じた加振力を生じさせるべく駆動電圧指令Ｖｃを生成するものなどであっても、上記と同様に本発明を利用することが可能である。

さらに、上述の実施形態では、最小振動検出値Ｖｉｄ１の検出を２つの立下りエッジ検出信号Ｓｇｄ，Ｓｇｄ間における１周期内で行うようにしていたが、最小振動検出値Ｖｉｄ１の検出を立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが得られてから立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが得られるまでの半周期の間でのみ行うようにしても良い。こうすることで、配線が誤って正負を逆に繋げられている場合には、最小振動検出値Ｖｉｄ１を得ることができず、容易に配線の誤りを見つけ出すことができる。同様に、最大振動検出値Ｖｉｄ２の検出を立下りエッジ検出信号Ｓｇｄが得られてから立上りエッジ検出信号Ｓｇｕが得られるまでの間のみで行うようにしても良い。

また、上述の実施形態では、振動故障診断部４４において、振動検出信号Ｖｉｄの１周期内の負側のピーク値及び正側のピーク値である今回最小振動検出値Ｖｉｄ１１及び今回最大振動検出値Ｖｉｄ２１と、その１周期前の負側のピーク値及び正側のピーク値である前回最小振動検出値Ｖｉｄ１０及び前回最大振動検出値Ｖｉｄ２０との差分の絶対値を生成し、これらが振動安定基準値Ｖｉｓよりも小さいことで振動が安定となったことを判別し、振動安定判別部５７より振動安定検出信号Ｓｇｓを出力するようにしていたが、このように１周期毎のピーク値の変化量を基に振動の安定を判別することに代えて、２周期、３周期おきなど、離間する複数の周期間でのピーク値の変化量を基に振動の安定を判別するように構成することもできる。

さらには、振動が安定化するまでに要する時間又は周期数が経験上分かっている場合には、診断開始よりこうした時間又は周期数が経過することによって、振動安定検出信号Ｓｇｓに代わる安定判別信号を出力するようにしても良い。

逆に、フレーム１１の支持構造にゴム等の経年劣化が想定される部材を使用しており、こうした原因によって振動が安定化するまでに要する時間又は周期数が経年で大きく変化する場合には、駆動動電圧指令Ｖｃの出力が開始されてから振動安定検出信号Ｓｇｓまでの時間をカウントして記録する機能を設けて良い。こうすることで、その記録を見ることにより減衰要素の変化を把握し、故障予知や部品の交換時期などの予測に用いることもできる。

また、上述の実施形態では、加速度センサ１４を取り付ける参照点Ｐｒｅｆを、フレーム１１上の一箇所に設定していたが、この参照点Ｐｒｅｆは制振対象である車両の何れの箇所であっても設定することができる。例えば、車両のシートや、ダッシュボード、あるいはハンドル等に設定してもよい。このような場合においても、アクチュエータ１３による加振力はフレーム１１を通じて、参照点Ｐｒｅｆに伝達されることに変わりは無く、上記と同様に制振システム１を構成することができる。

さらに、この制振システム１は、車両のみではなく振動源を備える種々様々な機器においても、上記と同様、好適に用いることができ、その場合においても制振対象となる機器の少なくとも一部を構成するフレーム１１にアクチュエータ１３を設け、このフレーム１１を通じて振動が伝達される箇所に適宜参照点Ｐｒｅｆを設定すれば良い。

また、駆動電圧Ｖｐを供給されることで加振力を発するものであれば、上述したアクチュエータ１３に代えて、異なる構造の加振手段を用いることも可能である。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…制振システム
１１…フレーム
１３…アクチュエータ（加振手段）
１４…加速度センサ
３１…制御手段
４３…電圧指令生成部
４４…振動故障診断部
４５…電流故障診断部
５７…振動安定判別部
５８…振動故障検出部
Ｆｃ…診断周波数
Ｉｄ…電流検出信号
Ｍｉ…電流検出手段
Ｍｖ…振動検出手段
Ｐｒｅｆ…参照点
Ｓｂｖ…振動故障検出信号
Ｓｇｓ…振動安定検出信号（安定判別信号）
Ｖｃ…駆動電圧指令
Ｖｉｄ…振動検出信号
Ｖｉｓ…振動安定基準値
Ｖｉｔ…正常振動基準値
Ｖｉｄ１０…前回最小振動検出値（負側のピーク値）
Ｖｉｄ１１…今回最小振動検出値（負側のピーク値）
Ｖｉｄ２０…前回最大振動検出値（正側のピーク値）
Ｖｉｄ２１…今回最大振動検出値（正側のピーク値）

Claims (5)

1. フレームに取り付けられる加振手段と、前記フレームを通じて参照点に表れる振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出手段と、前記加振手段の制御を行う制御手段とを備えた制振システムであって、
   前記制御手段は、前記加振手段を駆動させるための駆動電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記振動検出手段による振動検出信号に基づいて故障の有無を診断する振動故障診断部とを備え、
   振動を抑制するための制御を行う通常モードを実行するにあたって、前記電圧指令生成部が前記振動検出信号に基づいて前記駆動電圧指令を生成し、当該駆動電圧指令に応じた加振力を前記加振手段に発生させ、
   故障診断のための制御を行う故障診断モードを実行するにあたって、前記電圧指令生成部が前記フレーム及び前記加振手段の少なくとも何れかの共振周波数と同一又はこの共振周波数に近い所定の周波数に予め設定された診断周波数に対応する駆動電圧指令を生成し、当該駆動電圧指令に応じた加振力を前記加振手段に発生させるとともに、前記振動故障診断部により振動検出信号に基づいて故障の有無の診断を行わせるように構成し、
   前記振動故障診断部が、
   前記振動検出信号が安定状態にあることを判別して安定判別信号を出力する振動安定判別部と、
   予め定められた正常振動基準値と前記振動検出信号との比較を行い、前記振動検出信号のほうが前記正常振動基準値よりも小さい場合に振動故障検出信号を出力する振動故障検出部とを備えており、
   前記振動故障検出部は、前記振動安定判別部より安定判別信号を入力された場合に、前記正常振動基準値と前記振動検出信号との比較を行うように構成されていることを特徴とする制振システム。
2. 前記振動故障検出部は、前記加振手段に向けた駆動電圧指令の出力が開始された場合に、前記正常振動基準値と前記振動検出信号との比較を行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制振システム。
3. 前記振動安定判別部は、前記振動検出信号における１周期内のピーク値とその前の１周期内のピーク値との差が予め定められた振動安定基準値より小さくなった場合に、振動検出信号が安定状態にあると判別して前記安定判別信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の制振システム。
4. 前記加振手段に供給される駆動電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出手段が設けられており、
   前記制御手段は、前記電流検出手段による電流検出信号に基づいて故障の有無を診断する電流故障診断部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の制振システム。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の制振システムを備えるものであって、前記フレームが車両本体の少なくとも一部を構成していることを特徴とする車両。
   

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