JP6529954B2 - ダイナミックダンパ制御装置 - Google Patents

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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制御装置に関する。
従来より、機械の振動の低減のために、ダイナミックダンパ(動吸振器)が広く用いられている。これは、問題となる振動の周波数と同じ周波数を固有周波数とするバネとマスで構成された部品で、問題となる振動に対し逆位相で振動することを利用し、さらにマスの慣性力により、問題となる振動を低減する。
ここで、固有周波数をf、固有値をω、バネ定数をK、マスをMとすると、以下の関係を有する。
f=ω/2π=(1/2π)√(K/M)
一般的に用いられるダイナミックダンパは、その可動マスMとバネ定数Kの比で決まる固有周波数fで、入力振動に対して逆位相で振動し、マスMの慣性力を利用して振動を低減するため、問題となる周波数1つに対し1つのダイナミックダンパを適用する必要がある。また、複数のダイナミックダンパを適用する場合、各ダイナミックダンパの固有周波数fが近いと、互いに干渉し、振動の低減どころか振動を増幅する場合もある。
一方、エンジンの振動により問題となる振動騒音を低減する場合、エンジン回転数に同期して問題となる周波数が変化し、いくつかの問題となる周波数が存在することがある。
そこで、固有周波数fを可変とするダイナミックダンパを実現するために、バネに磁気粘弾性エラストマ(MRE)を用いたものが提案されている(例えば特許文献1参照)。これは、磁性粉を混入させたゴムにコイルに流す電流により発生する磁場の強さを制御することでゴムの剛性を可変とする技術である。
また、MREを利用した可変ダイナミックダンパの制御においては、事前に設定しておいた電流値とゴム剛性との相関テーブルから電流値を読み出して制御するのが一般的であるが、ゴムのバネ値は温度によっても変化し、経年的にも変化する。また、特性の生産バラツキも比較的大きいものとなり、制御の安定性や制御効果を長期にわたり安定的にしかも効果的に得ることは難しい。
そこで、可動マスの振動検出手段とバネの変位検出手段と振動低減周波数を決定するための周波数検出手段(エンジン回転数信号等)を用い、検出した周波数に追従してダイナミックダンパの周波数を変化調整する制御手法を実現する手段が提案されている(例えば特許文献2参照)。
その制御手法は以下の通りである。すなわち、マスMの運動方程式は、加速度をa、バネ(バネ定数K)の変位をXとしたとき、
Ma=−KX
であり、これを変形すると、
a/X=−(K/M)
となる。
一方で、固有周波数fは、
f=(1/2π)√(K/M)
である。
つまり、可動マスの振動加速度とバネの変位の比はその瞬間のマスMとバネ(バネ定数K)の固有周波数の2乗に比例する値となる。これを利用し、検出したエンジンの固有周波数fに対し、fと|a/X|を逐次比較し、fが小さければバネ定数KをΔKだけ大きくし(コイルにかける電流を大きくし)、fが大きければ、バネ定数KをΔKだけ小さくする制御を行う。
国際公開第2012/026332号 特開2016−1008号公報
しかしながら、例えばMREで構成されるダイナミックダンパを200Hzに調整したい場合を考えたとき、
a/X=−(K/M)=−(2πf)
であるから、約1200ということになる。つまり、Xはaに対し、非常に小さい値となり、安価なマイコン等での実現は非常に厳しい。計算の精度に課題があり、マイコンの計算可能なビット数を超える虞がある。
本願発明は、問題となる振動の周波数(対象周波数)に追従してダイナミックダンパの周波数を変化調整する制御手法を、固定小数点演算器を備えた安価なプロセッサによる制御器で実現することができ、しかも、ダイナミックダンパの周波数を対象周波数に迅速に追従させることができるダイナミックダンパ制御装置を提供することを目的とする。
[1] 第1の本発明に係るダイナミックダンパ制御装置は、振動源に応じて振動する制振対象部材と、前記制振対象部材に連結された取付部材と、前記取付部材と質量部材を弾性連結する磁気粘弾性エラストマと、前記磁気粘弾性エラストマに印加する磁力を発生する電磁石と、前記電磁石への通電を制御して前記磁気粘弾性エラストマの弾性特性を制御する弾性特性制御手段とを有するダイナミックダンパ制御装置であって、前記弾性特性制御手段は、前記質量部材の第1加速度を取得する第1加速度取得手段と、前記制振対象部材の第2加速度を取得する第2加速度取得手段と、前記第1加速度及び前記第2加速度に基づいて、前記質量部材と前記制振対象部材との中心振幅倍率を算出する中心振幅倍率算出手段と、を備え、前記中心振幅倍率に基づいて、前記電磁石から発生させる前記磁力を変化させることを特徴とする。
これにより、問題となる振動の周波数(対象周波数)に追従してダイナミックダンパの周波数を変化調整する制御手法を、固定小数点演算器を備えた安価なプロセッサによる制御器で実現することができ、しかも、ダイナミックダンパの周波数を対象周波数に迅速に追従させることができる。
[2] 第1の本発明において、前記弾性特性制御手段は、前記振動源の振動状態から目標周波数を決定する目標周波数決定手段を、さらに備え、前記中心振幅倍率算出手段は、前記目標周波数における中心振幅倍率を算出してもよい。
振動源の振動状態から目標周波数を決定する目標周波数決定手段を備えることで、第1加速度及び第2加速度に基づいて、質量部材と制振対象部材との中心振幅倍率を容易に算出することができる。
[3] 第1の本発明において、前記弾性特性制御手段は、前記目標周波数に基づいて第1参照周波数及び第2参照周波数を決定する参照周波数決定手段と、前記第1加速度及び前記第2加速度に基づいて、前記第1参照周波数及び前記第2参照周波数における第1参照振幅倍率及び第2参照振幅倍率を算出する参照振幅倍率算出手段と、をさらに備え、前記第1参照振幅倍率及び前記第2参照振幅倍率に基づいて、前記電磁石から発生させる前記磁力を変化させてもよい。
第1参照振幅倍率及び第2参照振幅倍率の大小関係によって、現在のMREの固有値(剛性)が目標周波数よりも低いか高いかを容易に判定することができるため、磁気粘弾性エラストマの弾性率を高める方向あるいは低める方向に磁力を制御することを容易に実施することができる。この場合、第1参照振幅倍率及び第2参照振幅倍率の算出と、これら第1参照振幅倍率及び第2参照振幅倍率の大小関係を求めればよいため、信号処理を簡略化することができる。
[4] 第1の本発明において、前記参照振幅倍率算出手段は、前記第1参照周波数を前記目標周波数よりも小さく設定すると共に、前記第2参照周波数を前記目標周波数よりも大きく設定し、前記弾性特性制御手段は、前記第1参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さく、且つ、前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を減少させる一方、前記第1参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きく、且つ、前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を増大させてもよい。
現在のMREの固有値(剛性)が目標周波数よりも高い場合、第1参照振幅倍率が中心振幅倍率よりも小さく、且つ、第2参照振幅倍率が中心振幅倍率よりも大きいことから、電磁石から発生させる磁力を減少させることで、MREの固有値を目標周波数に合わせ込むことができる。
反対に、現在のMREの固有値(剛性)が目標周波数よりも低い場合、第1参照振幅倍率が中心振幅倍率よりも大きく、且つ、第2参照振幅倍率が中心振幅倍率よりも小さいことから、電磁石から発生させる磁力を増大させることで、MREの固有値を目標周波数に合わせ込むことができる。
これにより、現時点のダイナミックダンパの固有値を目標周波数F(目標固有値)に迅速に追従させることができる。
[5] 第1の本発明において、前記弾性特性制御手段は、前記第1参照振幅倍率が所定参照振幅倍率よりも小さい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を増大させてもよい。
第1参照振幅倍率が所定参照振幅倍率(例えば1(0dB))のときは、現在のMREの固有値が目標周波数から大きく離れていることが予想されるため、電磁石から発生させる磁力を増大させることで、MREの固有値を迅速に目標周波数に追従させることができる。
[6] 第1の本発明において、前記参照振幅倍率算出手段は、前記第1参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きく、且つ、前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さい場合に、前記電磁石から発生させる前記磁力を第1磁力増大量だけ増大させる一方、前記第1参照振幅倍率が前記所定参照振幅倍率よりも小さい場合に、前記電磁石から発生させる前記磁力を第2磁力増大量だけ増大させ、前記第2磁力増大量は、前記第1磁力増大量以上であってもよい。
これにより、現時点のダイナミックダンパの固有値を目標周波数F(目標固有値)に迅速に追従させることができる。
[7] 第1の本発明において、前記弾性特性制御手段は、前記第1参照振幅倍率及び前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さい場合、又は、前記第1参照振幅倍率及び前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を維持してもよい。
これにより、無駄な微小電流の発生を抑えることができ、低消費電力を図ることができる。
[8] 第2の本発明に係るダイナミックダンパ制御装置は、振動源に応じて振動する制振対象部材と、前記制振対象部材に連結された取付部材と、前記取付部材と質量部材を弾性連結する磁気粘弾性エラストマと、前記磁気粘弾性エラストマに印加する磁力を発生する電磁石と、前記電磁石への通電を制御して前記磁気粘弾性エラストマの弾性特性を制御する弾性特性制御手段とを有するダイナミックダンパ制御装置であって、前記弾性特性制御手段は、前記質量部材の第1加速度を取得する第1加速度取得手段と、前記制振対象部材の第2加速度を取得する第2加速度取得手段と、前記振動源の振動状態から目標周波数を決定する目標周波数決定手段と、前記目標周波数に基づいて第1参照周波数及び第2参照周波数を決定する参照周波数決定手段と、前記第1加速度及び前記第2加速度に基づいて、前記第1参照周波数及び前記第2参照周波数における第1参照振幅倍率及び第2参照振幅倍率を算出する参照振幅倍率算出手段と、をさらに備え、前記第1参照振幅倍率及び前記第2参照振幅倍率に基づいて、前記電磁石から発生させる前記磁力を変化させることを特徴とする。
これにより、問題となる振動の周波数(対象周波数)に追従してダイナミックダンパの周波数を変化調整する制御手法を、固定小数点演算器を備えた安価なプロセッサによる制御器で実現することができ、しかも、ダイナミックダンパの周波数を対象周波数に迅速に追従させることができる。
また、目標周波数における中心振幅倍率を算出する処理が不要となり、第1参照振幅倍率と第2参照振幅倍率との大小関係を判定すればよいため、信号処理をさらに簡略化でき、応答速度を速めることができる。
[9] 第2の本発明において、前記参照振幅倍率算出手段は、前記第1参照周波数を前記目標周波数よりも小さく設定すると共に、前記第2参照周波数を前記目標周波数よりも大きく設定し、前記弾性特性制御手段は、前記第1参照振幅倍率が前記第2参照振幅倍率よりも小さい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を減少させる一方、前記第1参照振幅倍率が前記第2参照振幅倍率よりも大きい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を増大させてもよい。
[10] 第2の本発明において、前記弾性特性制御手段は、前記第1参照振幅倍率が所定参照振幅倍率よりも小さい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を増大させてもよい。
[11] 第2の本発明において、前記参照振幅倍率算出手段は、前記第1参照振幅倍率が前記第2参照振幅倍率よりも大きい場合に、前記電磁石から発生させる前記磁力を第1磁力増大量だけ増大させる一方、前記第1参照振幅倍率が前記所定参照振幅倍率よりも小さい場合に、前記電磁石から発生させる前記磁力を第2磁力増大量だけ増大させ、前記第2磁力増大量は、前記第1磁力増大量以上であってもよい。
本発明によれば、問題となる振動の周波数(対象周波数)に追従してダイナミックダンパの周波数を変化調整する制御手法を、固定小数点演算器を備えた安価なプロセッサによる制御器で実現することができ、しかも、ダイナミックダンパの周波数を対象周波数に迅速に追従させることができる。
本実施の形態に係るダイナミックダンパ制御装置の概略構成を示す断面図である。 ダイナミックダンパ制御装置の概略構成を示すブロック図である。 可動マスの加速度(第1加速度a1)と制振対象部材の加速度(第2加速度a2)との比(a1/a2)を周波数分析した結果を示す図である。 実施例1に係るダイナミックダンパ制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図5Aは振幅倍率G、G1及びG2の大小関係がG1>G>G2である1つの例を示す特性図であり、図5Bは振幅倍率G、G1及びG2の大小関係がG1<G<G2である1つの例を示す特性図である。 振幅倍率G、G1及びG2の大小関係がG1<G、且つ、G>G2である1つの例を示す特性図である。 ダイナミックダンパ制御装置の制御部における目標信号処理部の具体的構成例を示すブロック図である。 MREの減衰が大きい場合の特性と、MREの減衰が小さい場合の特性を示す図である。 実施例2に係るダイナミックダンパ制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図10A及び図10Bは振幅倍率G1及びG2の大小関係がG1>G2である2つの例を示す特性図である。 図11A及び図11Bは振幅倍率G1及びG2の大小関係がG1<G2である2つの例を示す特性図である。
以下、本発明に係るダイナミックダンパ制御装置の実施の形態例を図1〜図11Bを参照しながら説明する。
本実施の形態に係るダイナミックダンパ制御装置10は、図1に示すように、制振対象部材12の振動伝達経路に取り付けられる。制振対象部材12は、例えば車両を想定したとき、エンジン(図示せず)が設置されるサブフレーム等が挙げられる。
ダイナミックダンパ制御装置10は、制振対象部材12に連結する取付部材14と、取付部材14と質量部材16とを弾性連結する磁気粘弾性エラストマ(以下、MRE18と記す)と、MRE18に印加する磁力を発生する電磁石20と、電磁石20への通電を制御してMRE18の弾性特性を制御する制御部22(弾性特性制御手段)とを有する。
MRE18は、マトリックスとしての粘弾性をもつ基質エラストマ24(弾性材料)と、基質エラストマ24内に分散された多数の導電性の磁性粒子26とを有する。導電性の磁性粒子26が内部に分散され、印加される磁場Biの強さに応じて弾性率が変化すると共に、変形に伴って所定の方向における電気抵抗値が変化する。
基質エラストマ24の構成材料としては、例えば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。
磁性粒子26の構成材料としては、鉄、窒化鉄、炭化鉄、カルボニル鉄、磁性酸化鉄類、フェライト類、ニッケル、コバルト、又はコバルト鉄の合金類、マグネタイト、ゲーサイト等が挙げられる。磁性粒子26の平均粒径は、例えば50μm未満である。
取付部材14は、例えば一対のブラケット28と、一対のブラケット28上に固定されたヨーク部材30とを有する。
一対のブラケット28は、非磁性材料あるいは磁性材料(鉄等)にて例えば断面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)により制振対象部材12に一体的に固定される。もちろん、図1に示すように、一対のブラケット28間に、これら一対のブラケット28をつなぐ部材32を一体にあるいは別体に設けてもよい。
ヨーク部材30は、一対のブラケット28上に固定され、且つ、質量部材16とMRE18とで構成される構造体の側部と上部を囲むように構成されている。このヨーク部材30は磁性材料(鉄等)にて構成されている。これにより、印加される磁場Biによって、質量部材16→MRE18→ヨーク部材30→MRE18→質量部材16という経路で閉磁路34(二点鎖線で示す)が形成される。つまり、取付部材14は、ヨーク部材30で上記構造体の側部と上部を囲むようにすることで、磁束漏れを防ぐ構造となっている。
なお、一対のブラケット28は、上述したように、非磁性材料あるいは磁性材料にて構成することができる。しかし、制振対象部材12が磁性材料にて構成されている場合に、磁性材料にて構成された一対のブラケット28を使用すると、磁力線が制振対象部材12側に漏洩拡散し、MRE18を変位させる上で損失が生じるおそれがある。そこで、制振対象部材12が磁性材料にて構成されている場合は、一対のブラケット28を非磁性材料にて構成することが好ましい。
質量部材16は、MRE18及び取付部材14を介して制振対象部材12に支持される。質量部材16は、互いに相反する外面を有し、各外面にMRE18が接合されることによって、一対のMRE18間に懸架される。本実施の形態では、質量部材16は、上下方向に揺動可能となっており、従って、上下方向が制振方向となっている。
一方、電磁石20は、制御部22から供給された電力によりMRE18に磁場Biを印加する。供給された電力のうち、駆動電流に応じて印加する磁場Biの強さが変更可能となっている。電磁石20の巻線は、質量部材16を囲んで配置される。巻線の軸線がMRE18の軸線と一致するように配置される。
電磁石20に通電することによって、磁場Biが発生し、MRE18に磁場Biが印加される。磁場Biは、図1において破線で示すように、磁力線36が一方のMRE18から他方のMRE18へと向かうように生成される。電磁石20から発生する磁場Biは、電磁石20に流れる駆動電流に応じて変化し、駆動電流が大きくなるほど発生する磁場Biの強さは大きくなる。
電磁石20に通電することによって、MRE18に磁場Biが印加されると、磁場Biの強さに応じて磁性粒子26が分極し、磁気的結合を形成する。磁性粒子26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、MRE18の弾性率が基質エラストマ24自体の弾性率(剛性)よりも増大する。MRE18に印加される磁場Biが強いほど、磁性粒子26間の磁気的結合が増大し、MRE18の弾性率が増大する。従って、電磁石20に供給される駆動電流が大きいほど、MRE18の弾性率は増大し、MRE18は荷重に対して変形しにくくなる。
上述の取付部材14と、一対のMRE18と、質量部材16とでダイナミックダンパ38が構成される。ダイナミックダンパ38は、図2に模式的に示すように、制振対象部材12の上に可動マス40がバネ42を介して接続された構成を有する。ここで、可動マス40と質量部材16とが対応し、バネ42とMRE18とが対応する。
そして、図2の可動マス40とバネ42にて構成されるダイナミックダンパ38の共振周波数fは、可動マス40の質量をM、バネ42のバネ定数をKとしたとき、
f=(1/2π)√(K/M)
である。
このダイナミックダンパ38は、構造上、制振対象部材12の振動周波数fcに対して逆位相で振動し、可動マス40の慣性力を利用することで、制振対象部材12の振動を低減する。特に、上述したように、制御部22によって、MRE18の弾性率が変化することから、制振対象部材12の振動周波数fcが変化しても、ダイナミックダンパ38の共振周波数fを振動周波数fcに合わせることが可能となる。
制御部22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。
制御部22は、上述したように、電磁石20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20に生じる磁場Biの強さを変化させる。制御部22が電磁石20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。
ここで、制御部22による電磁石20への通電制御の原理について、図2〜図8を参照しながら簡単に説明する。
先ず、可動マス40の運動方程式は、可動マス40の質量をM、加速度をa1、バネ(バネ定数K)の変位をXとしたとき、
Ma1=−KX
つまり、
a1/X=−K/M
となる。
一方、固有周波数fは
f=(1/2π)√(K/M)
である。
例えば可動マス40の質量Mを0.8kg、バネ42のバネ定数(剛性)Kを500N/mmとすると、固有周波数fは約120Hzとなる。
そして、可動マス40の加速度(第1加速度a1)と制振対象部材12の加速度(第2加速度a2)との比(a1/a2)を周波数分析した結果を図3に示す。
図3の曲線Laに示すように、固有周波数fである120Hz付近でゲイン(振幅倍率)はピークとなり、位相は90°となる。すなわち、可動マス40を支えるバネ42の減衰が低い場合は、位相90°付近に固有値(固有周波数)が存在する。従って、以下のような手順を踏むことで、ダイナミックダンパ38の固有値をどのようにコントロールすればよいかが判ることになる。
すなわち、2つの加速度a1及びa2を検出し、その2つの検出信号を周波数分析し、その比(ゲイン:振幅倍率)を求める。そして、ゲインがピークとなる周波数又は位相差が−90°となる周波数を導出し、エンジン回転数Neにより検出した目標周波数Fと比較する。これにより、ダイナミックダンパ38の固有値をどのように制御すればよいかが分かることを意味する。
しかし、上述の手順を、FFT(高速フーリエ変換)等を用いた場合、比較的演算負荷が高くなり、安価なプロセッサでの実現は困難である。
そこで、本実施の形態では、後述するように、簡便な手法によって上述の手順を実現する。
先ず、第1の手法(実施例1)について図4〜図8を参照しながら説明する。
(1−a) 可動マス40の加速度(第1加速度a1)を第1加速度センサ44aにて検出し、制振対象部材12の加速度(第2加速度a2)を第2加速度センサ44bにて検出する(図4のステップS1)。
(1−b) エンジン回転数Neから求まる目標周波数Fを算出し、目標周波数Fに基づいて第1参照周波数F1(=F−ΔF)及び第2参照周波数F2(=F+ΔF)を算出する(ステップS2)。
(1−c) 第1加速度a1の振動波形から、目標周波数F、第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2における第1加速度a1の各振動振幅Y、Y1及びY2を求める(ステップS3)。
(1−d) 第2加速度a2の振動波形から、目標周波数F、第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2における第2加速度a2の各振動振幅X、X1及びX2を求める(ステップS4)。
(1−e) 目標周波数F、第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2における中心振幅倍率G(Y/X)、第1参照振幅倍率G1(Y1/X1)、第2参照振幅倍率G2(Y2/X2)を求める(ステップS5)。
(1−f) 振幅倍率G、G1及びG2の大小関係により、MREの剛性を少しずつ上げ下げするようにコイルに流す電流を調整する(ステップS6〜S9)。
上述の手法を採用することで、エンジン回転数Neから求まる目標周波数Fに、MRE18を用いたダイナミックダンパ38の固有値を追従させることができる。
上述した(1−f)の処理についての具体例を図5A〜図6を算出しながら説明する。
先ず、図5Aに示すように、振幅倍率G、G1及びG2の大小関係がG1>G>G2のときは、現在のMREの固有値(剛性)が目標周波数Fよりも低いことから、MRE18の固有値を少し上げるようにコイルに流す電流を調整する(図4のステップS6)。この場合、電磁石20から発生する磁力を第1磁力増大量だけ増大させる。そのため、上記大小関係に応じて、例えば後述するフィルタ係数(図7参照)のステップサイズパラメータ「μ」を大きく設定する(例えばμ=0.4〜0.5等)。
特に、G1<1(0dB)のときは、現在のMRE18の固有値が目標周波数Fから大きく離れていることが予想されるため、MRE18の固有値を少し大きめに上げるようにコイルに流す電流を調整する(図4のステップS7)。この場合、電磁石20から発生する磁力を第2磁力増大量だけ増大させる。第2磁力増大量は上述した第1磁力増大量以上である。そのため、上記大小関係に応じて、例えば後述するフィルタ係数(図7参照)のステップサイズパラメータ「μ」を小さく設定する(例えばμ=0.1〜0.2等)。
図5Bに示すように、振幅倍率G、G1及びG2の大小関係がG1<G<G2のときは、現在のMRE18の固有値(剛性)が目標周波数Fよりも高いことから、MRE18の固有値を少し下げるようにコイルに流す電流を調整する(図4のステップS8)。この場合、電磁石20から発生する磁力を上記第1磁力増大量に相当する分だけ減少させる。
図6に示すように、振幅倍率G、G1及びG2の大小関係がG1<G、且つ、G>G2のときは、現在のMRE18の固有値(剛性)を維持する(図4のステップS9)。
次に、制御部22の構成の一例について、図2を参照しながら説明する。図2において、ダイナミックダンパ38をモデル化して図示してある。
制御部22は、可動マス40である質量部材16の第1加速度a1を取得する第1加速度センサ44aと、制振対象部材12であるサブフレームの第2加速度a2を取得する第2加速度センサ44bと、を有する。
第1加速度センサ44aは、図1に示すように、質量部材16の例えば上面に取り付けられ、質量部材16の振動方向(本実施の形態では上下方向)の第1加速度a1を検出する。
第2加速度センサ44bは、制振対象部材12の例えば上面に取り付けられ、制振対象部材12の振動方向(本実施の形態では上下方向)の第2加速度a2を検出する。
また、制御部22は、目標信号処理部50、第1参照信号処理部52A及び第2参照信号処理部52Bとを有する。
目標信号処理部50は、振動源であるエンジンの振動状態から目標周波数Fを決定する目標周波数決定部54と、目標基準信号生成部56と、目標振動特性算出部58と、を有する。
目標基準信号生成部56は、目標周波数決定部54からの目標周波数Fに基づいて、目標周波数F(又はω=2πF)の実部基準信号Sc(=cos(ωt))と虚部基準信号Ss(=sin(ωt))を生成する。
目標振動特性算出部58は、目標基準信号生成部56からの実部基準信号Sc及び虚部基準信号Ssに基づいて、第1加速度a1及び第2加速度a2に関する目標周波数Fの振動特性(Rt1、It1、Rt2、It2)を算出する。
第1参照信号処理部52Aは、第1参照周波数F1(目標周波数F−ΔF)を決定する第1参照周波数決定部60Aと、第1参照基準信号生成部62Aと、第1参照振動特性算出部64Aと、を有する。
第1参照基準信号生成部62Aは、第1参照周波数決定部60Aからの第1参照周波数F1に基づいて、第1参照周波数F1の第1実部基準信号Sc1(=cos(ωt−Δω))と第1虚部基準信号Ss1(=sin(ωt−Δω))を生成する。
第1参照振動特性算出部64Aは、第1参照基準信号生成部62Aからの第1実部基準信号Sc1及び第1虚部基準信号Ss1に基づいて、第1加速度a1及び第2加速度a2に関する第1参照周波数F1の振動特性(Ra1、Ia1、Ra2、Ia2)を算出する。
第2参照信号処理部52Bは、第2参照周波数F2(目標周波数F+ΔF)を決定する第2参照周波数決定部60Bと、第2参照基準信号生成部62Bと、第2参照振動特性算出部64Bと、を有する。
第2参照基準信号生成部62Bは、第2参照周波数決定部60Bからの第2参照周波数F2に基づいて、第2参照周波数F2の第2実部基準信号Sc2(=cos(ωt+Δω))と第2虚部基準信号Ss2(=sin(ωt+Δω))を生成する。
第2参照振動特性算出部64Bは、第2参照基準信号生成部62Bからの第2実部基準信号Sc2及び第2虚部基準信号Ss2に基づいて、第1加速度a1及び第2加速度a2に関する第2参照周波数F2の振動特性(Rb1、Ib1、Rb2、Ib2)を算出する。
制御部22は、さらに、中心振幅倍率算出部66と、第1参照振幅倍率算出部68Aと、第2参照振幅倍率算出部68Bと、振幅倍率比較部70と、通電制御部72とを有する。これらの説明については後述する。
ここで、代表的に目標信号処理部50の構成について図7を参照しながら説明する。なお、第1参照信号処理部52A及び第2参照信号処理部52Bについては、目標信号処理部50とほぼ同様の構成を有するため、その説明を省略する。
制御部22の目標周波数決定部54は、エンジン回転数Neを検出する回転数センサ80からのエンジン回転数Neに基づいて目標周波数F(ω)を決定する。目標周波数Fの決定方法としては、エンジン回転数Neを変数とした所定の演算式から求める方法や、シミュレーションや実験等から導き出したエンジン回転数Neと目標周波数Fとの対応マップから求める方法がある。所定の演算式や対応マップは、車種によって異なり、例えばサブフレームの材料やエンジンからサブフレームまでの連結構造等によって異なる。
目標基準信号生成部56は、目標周波数決定部54からの目標周波数Fに基づいて、目標周波数F(又はω=2πF)の実部基準信号Sc(=cos(ωt))と虚部基準信号Ss(=sin(ωt))を生成する。
目標振動特性算出部58は、少なくとも実部基準信号Scに基づいて第1加速度a1に関する第1実部フィルタ係数Rt1が設定される第1実部用適応フィルタ100aと、少なくとも虚部基準信号Ssに基づいて第1加速度a1に関する第1虚部フィルタ係数It1が設定される第1虚部用適応フィルタ102aと、設定された第1実部フィルタ係数Rt1と第1虚部フィルタ係数It1とを合成する第1合成部104aとを有する。この第1合成部104aからは、第1実部フィルタ係数Rt1と第1虚部フィルタ係数It1とで構成される目標周波数成分が出力される。
また、この目標振動特性算出部58は、さらに、第1減算部106aと、第1実部フィルタ係数更新部108aと、第1虚部フィルタ係数更新部110aとを有する。
第1減算部106aは、第1加速度センサ44aからの第1加速度a1に含まれる目標周波数成分から第1合成部104aからの目標周波数成分を減算して第1誤差信号e1を出力する。
第1実部フィルタ係数更新部108aには、実部基準信号Scと第1誤差信号e1が入力され、第1虚部フィルタ係数更新部110aには、虚部基準信号Ssと第1誤差信号e1が入力される。
そして、第1実部フィルタ係数更新部108a及び第1虚部フィルタ係数更新部110aは、第1減算部106aからの第1誤差信号e1が最小となるように、すなわち、第1加速度a1に含まれる目標周波数成分が最小となるように、それぞれ例えばLMS(least mean square)アルゴリズムによって、第1実部フィルタ係数Rt1及び第1虚部フィルタ係数It1を更新する。
第1実部フィルタ係数更新部108aでの第1実部フィルタ係数Rt1の更新は下記演算式にて行われる。
Rt1n+1=Rt1−μe1cos(ωt)
第1虚部フィルタ係数更新部110aでの第1虚部フィルタ係数It1の更新は下記演算式にて行われる。
It1n+1=It1−μe1sin(ωt)
上記各演算式における「μ」は、ステップサイズパラメータと呼ばれる1よりも小さい正の実数である。
また、目標振動特性算出部58は、上述と同様に、少なくとも実部基準信号Scに基づいて第2加速度a2に関する第2実部フィルタ係数Rt2が設定される第2実部用適応フィルタ100bと、少なくとも虚部基準信号Ssに基づいて第2加速度a2に関する第2虚部フィルタ係数It2が設定される第2虚部用適応フィルタ102bと、設定された第2実部フィルタ係数Rt2と第2虚部フィルタ係数It2とを合成する第2合成部104bとを有する。この第2合成部104bからは、第2実部フィルタ係数Rt2と第2虚部フィルタ係数It2とで構成される目標周波数成分が出力される。
また、この目標振動特性算出部58は、第2減算部106bと、第2実部フィルタ係数更新部108bと、第2虚部フィルタ係数更新部110bとを有する。
第2減算部106bは、第2加速度センサ44bからの第2加速度a2に含まれる目標周波数成分から第2合成部104bからの目標周波数成分を減算して第2誤差信号e2を出力する。
第2実部フィルタ係数更新部108bには、実部基準信号Scと第2誤差信号e2が入力され、第2虚部フィルタ係数更新部110bには、虚部基準信号Ssと第2誤差信号e2が入力される。
そして、第2実部フィルタ係数更新部108b及び第2虚部フィルタ係数更新部110bは、第2減算部106bからの第2誤差信号e2が最小となるように、すなわち、第2加速度a2に含まれる目標周波数成分が最小となるように、それぞれ例えばLMSアルゴリズムによって、第2実部フィルタ係数Rt2及び第2虚部フィルタ係数It2を更新する。
そして、図2の中心振幅倍率算出部66は、目標振動特性算出部58からの振動特性(Rt1、It1、Rt2、It2)に基づいて、第1加速度a1についての第1目標振幅At1及び第2加速度a2についての第2目標振幅At2を求め、さらに、これらの振幅に基づいて、中心振幅倍率G=At1/At2を求める。この場合、第1目標振幅At1はAt1=√(Rt1+It1)であり、第2目標振幅At2はAt2=√(Rt2+It2)である。もちろん、中心振幅倍率Gとして、G=At1/At2を用いてもよい。この場合、At1=Rt1+It1、At2=Rt2+It2であり、平方根の演算を省略することができる。
第1参照振幅倍率算出部68Aは、第1参照振動特性算出部64Aからの振動特性(Ra1、Ia1、Ra2、Ia2)に基づいて、第1加速度a1についての参照振幅Aa1及び第2加速度a2についての参照振幅Aa2を求め、さらに、これらの振幅に基づいて、第1参照振幅倍率G1=Aa1/Aa2を求める。この場合、参照振幅Aa1はAa1=√(Ra1+Ia1)であり、参照振幅Aa2はAa2=√(Ra2+Ia2)である。もちろん、第1参照振幅倍率G1として、G1=Aa1/Aa2を用いてもよい。この場合、Aa1=Ra1+Ia1、Aa2=Ra2+Ia2であり、平方根の演算を省略することができる。
同様に、第2参照振幅倍率算出部68Bは、第2参照振動特性算出部64Bからの振動特性(Rb1、Ib1、Rb2、Ib2)に基づいて、第1加速度a1についての参照振幅Ab1及び第2加速度a2についての参照振幅Ab2を求め、さらに、これらの振幅に基づいて、第2参照振幅倍率G2=Ab1/Ab2を求める。この場合、参照振幅Ab1はAb1=√(Rb1+Ib1)であり、参照振幅Ab2はAb2=√(Rb2+Ib2)である。もちろん、第2参照振幅倍率G2として、G2=Ab1/Ab2を用いてもよい。この場合、Ab1=Rb1+Ib1、Ab2=Rb2+Ib2であり、平方根の演算を省略することができる。
これらの演算は、複雑な伝達関数等を演算するよりも、簡単に行うことができる。つまり、固定小数点演算器を備えた安価なプロセッサによる制御器によって、少ない演算ステップ数にて行うことができる。また、上述したように、振幅倍率G、G1及びG2の大小関係によって、電磁石20のコイルに流す電流を調整すればよいため、第1目標振幅At1、第2目標振幅At2、参照振幅Aa1、Aa2、Ab1、Ab2を求める際に、平方根の演算を省略することができ、さらなる演算処理の簡略化を図ることができる。
一方、振幅倍率比較部70は、中心振幅倍率算出部66からの中心振幅倍率Gと、第1参照振幅倍率算出部68Aからの第1参照振幅倍率G1と、第2参照振幅倍率算出部68Bからの第2参照振幅倍率G2とを比較する。
通電制御部72は、振幅倍率比較部70からの比較結果に応じて、電磁石20への通電量を変化させることで、電磁石20から発生する磁力を変化させる。すなわち、通電制御部72は、振幅倍率比較部70の比較結果が、G1>G>G2であれば、電磁石20に供給する電流Iを大きくして、MRE18に印加する磁力を上げる。反対に、振幅倍率比較部70の比較結果が、G1<G<G2であれば、電磁石20に供給する電流Iを小さくして、MRE18に印加する磁力を下げる。
振幅倍率比較部70の比較結果が、G1<G、且つ、G<G2のときは、電磁石20に供給する電流Iを現状のまま維持する。
これらの制御も、振幅倍率比較部70の比較結果に基づいて行えばよいため、上述の演算と同様に、上述の安価なプロセッサによる制御器によって、少ない演算ステップ数にて行うことができる。
ところで、目標周波数Fに対する第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2の変化幅ΔFは、MRE18の減衰の大きさによって調整することが好ましい。
すなわち、図8に示すように、MRE18の減衰が大きい場合は、曲線L1に示すように、ゲイン(振幅倍率)のピークがなだらかであるため、ΔFが小さいと、中心振幅倍率G、第1参照振幅倍率G1及び第2参照振幅倍率G2の大小関係が判定しづらくなる。そこで、変化幅を大きくすることが好ましい。
反対に、MRE18の減衰が小さい場合は、曲線L2に示すように、ゲイン(振幅倍率)のピークが急峻であるため、ΔFが大きいと、中心振幅倍率G、第1参照振幅倍率G1及び第2参照振幅倍率G2の大小関係が判定しづらくなる。そこで、変化幅を小さくすることが好ましい。
次に、第2の手法(実施例2)について図9〜図11Bを参照しながら説明する。
実施例2は、実施例1とほぼ同様の手法を用いるが、目標周波数Fを使用せず、第1参照周波数F1と第2参照周波数F2を用いる点で異なる。
(2−a) 可動マス40の加速度(第1加速度a1)を第1加速度センサ44aにて検出し、制振対象部材12の加速度(第2加速度a2)を第2加速度センサ44bにて検出する(図9のステップS11)。
(2−b) エンジン回転数Neから求まる目標周波数Fを算出し、目標周波数Fに基づいて第1参照周波数F1(=F−ΔF)及び第2参照周波数F2(=F+ΔF)を算出する(ステップS12)。
(2−c) 第1加速度a1の振動波形から、第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2における第1加速度a1の各振動振幅Y1及びY2を求める(ステップS13)。
(2−d) 第2加速度a2の振動波形から、第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2における第2加速度a2の各振動振幅X1及びX2を求める(ステップS14)。
(2−e) 第1参照周波数F1及び第2参照周波数F2における第1参照振幅倍率G1(Y1/X1)、第2参照振幅倍率G2(Y2/X2)を求める(ステップS15)。
(2−f) 振幅倍率G1及びG2の大小関係により、MREの剛性を少しずつ上げ下げするようにコイルに流す電流を調整する(ステップS16〜18)。
上述の手法を採用することで、エンジン回転数Neから求まる目標周波数Fに、MRE18を用いたダイナミックダンパ38の固有値を追従させることができる。
上述した(2−f)の処理についての具体例を図10A〜図11Bを参照しながら説明する。
先ず、図10A及び図10Bに示すように、振幅倍率G1及びG2の大小関係がG1>G2のときは、MRE18の固有値を少し上げるようにコイルに流す電流を調整する(図9のステップS16)。この場合も、実施例1と同様に、電磁石20から発生する磁力を第1磁力増大量だけ増大させる。
特に、G1<1(0dB)のときは、MRE18の固有値を少し大きめに上げるようにコイルに流す電流を調整する(図9のステップS17)。この場合も、実施例1と同様に、電磁石20から発生する磁力を第2磁力増大量だけ増大させる。第2磁力増大量は上述した第1磁力増大量以上である。
図11A及び図11Bに示すように、振幅倍率G1及びG2の大小関係がG1<G2のときは、現在のMREの固有値(剛性)が目標周波数Fよりも高いことから、MREの固有値を少し下げるようにコイルに流す電流を調整する(図9のステップS18)。
この実施例2においては、目標周波数Fにおける中心振幅倍率G(Y/X)を算出する処理が不要となるため、目標信号処理部50における目標基準信号生成部56、目標振動特性算出部58及び中心振幅倍率算出部66を省略することができ、しかも、振幅倍率比較部70において、第1参照振幅倍率G1と第2参照振幅倍率G2との大小関係を判定すればよい。従って、実施例1よりも信号処理を簡略化でき、応答速度を速めることができる。
このように、本実施の形態に係るダイナミックダンパ制御装置10においては、問題となる振動の周波数(対象周波数)に追従してダイナミックダンパ38の周波数を変化調整する制御手法を、FFT(高速フーリエ変換)等のような高負荷な演算を必要とする場合に用いるDSP(Digital Signal Processor)のような高価なプロセッサを使用することなく、固定小数点演算器を備えた安価なプロセッサによる制御器で実現することができる。しかも、振幅倍率比較部70において、第1参照振幅倍率G1と、第2参照振幅倍率G2、第3参照振幅倍率G3の大小関係を判定すればよいため、演算速度が速くなり、ダイナミックダンパ38の周波数を対象周波数に迅速に追従させることができる。ダイナミックダンパ38が配置される箇所の制振対象部材12の振動を迅速に低減することができる。
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、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もちろんである。
10…ダイナミックダンパ制御装置 12…制振対象部材
18…MRE 20…電磁石
22…制御部 38…ダイナミックダンパ
40…可動マス 42…バネ
44a…第1加速度センサ 44b…第2加速度センサ
50…目標信号処理部 52A…第1参照信号処理部
52B…第1参照信号処理部 54…目標周波数決定部
56…目標基準信号生成部 58…目標振動特性算出部
60A…第1参照周波数決定部 60B…第2参照周波数決定部
62A…第1参照基準信号生成部 62B…第2参照基準信号生成部
64A…第1参照振動特性算出部 64B…第2参照振動特性算出部
66…中心振幅倍率算出部 68A…第1参照振幅倍率算出部
68B…第2参照振幅倍率算出部 70…振幅倍率比較部
72…通電制御部 80…回転数センサ

Claims (2)

  1. 振動源に応じて振動する制振対象部材と、
    前記制振対象部材に連結された取付部材と、
    前記取付部材と質量部材を弾性連結する磁気粘弾性エラストマと、
    前記磁気粘弾性エラストマに印加する磁力を発生する電磁石と、
    前記電磁石への通電を制御して前記磁気粘弾性エラストマの弾性特性を制御する弾性特性制御手段とを有するダイナミックダンパ制御装置であって、
    前記弾性特性制御手段は、
    前記質量部材の第1加速度を取得する第1加速度取得手段と、
    前記制振対象部材の第2加速度を取得する第2加速度取得手段と、
    前記振動源の振動状態から目標周波数を決定する目標周波数決定手段と、
    前記目標周波数における中心振幅倍率を算出する中心振幅倍率算出手段と、
    前記目標周波数よりも小さく設定された第1参照周波数及び前記目標周波数よりも大きく設定された第2参照周波数を決定する参照周波数決定手段と、
    前記第1加速度及び前記第2加速度に基づいて、前記第1参照周波数及び前記第2参照周波数における第1参照振幅倍率及び第2参照振幅倍率を算出する参照振幅倍率算出手段と、をさらに備え、
    前記第1参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さく、且つ、前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を減少させる一方、前記第1参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きく、且つ、前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を増大させ、
    前記第1参照振幅倍率及び前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さい場合、又は、前記第1参照振幅倍率及び前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きい場合には、前記電磁石から発生させる前記磁力を維持するように制御することを特徴とするダイナミックダンパ制御装置。
  2. 請求項1記載のダイナミックダンパ制御装置において、
    前記参照振幅倍率算出手段は、
    前記第1参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも大きく、且つ、前記第2参照振幅倍率が前記中心振幅倍率よりも小さい場合に、前記電磁石から発生させる前記磁力を第1磁力増大量だけ増大させる一方、
    前記第1参照振幅倍率が所定参照振幅倍率よりも小さい場合に、前記電磁石から発生させる前記磁力を第2磁力増大量だけ増大させ、
    前記第2磁力増大量は、前記第1磁力増大量以上であることを特徴とするダイナミックダンパ制御装置。
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