JPH05133435A - 構造体の固有振動変更制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１目的は、構造体へ入力される振動の加振
周波数が変化しても常に構造体の振動レベルを低レベル
に保つこと。第２目的は、第１目的に加え、構造体への
入力振動の加振周波数に対し最も低い振動レベルが得ら
れる固有振動周波数への変更制御を達成すること。 【構成】 第１目的達成のために、構造体ａに圧電素子
ｂを設け、この圧電素子ｂに構造体ａに入力される振動
の加振周波数に対し低い振動レベルが得られるように電
圧を印加し、圧電素子ｂにより構造体ａに内部引張力あ
るいは内部圧縮力を与えることで構造体ａの固有振動周
波数を変える手段とした。第２目的達成のために、固有
振動周波数制御手段ｄを、印加電圧をパラメータとして
予め測定しておいた振動レベル特性データに基づき圧電
素子ｂへの印加電圧を制御する手段とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、棒材等の一次元的構造
体や板材等の二次元的構造体やケース等の三次元的構造
体の固有振動周波数を変更する構造体の固有振動変更制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造体の固有振動周波数を変更す
る手法としては、構造体にリブを付加して構造体の剛性
を変化させることで固有振動周波数を変更する手法が知
られている。

【０００３】例えば、平板にリブを付加する場合、平板
の振動モードを明らかにし、リブをモードの腹に直交さ
せて設けた場合、平板の固有振動周波数が上昇し、逆
に、リブをモードの腹に平行に設けた場合、平板の固有
振動周波数が低下する。そこで、一般には、通常の振動
入力による加振周波数域から外れた周波数域に固有振動
周波数を変更させることで、構造体の共振を抑えるよう
にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術にあっては、構造体へのリブ付加前とリブ付加
後とで構造体の固有振動周波数を変更することができる
ものの、構造体への加振周波数の変化に対し固有振動周
波数を自由に変えることはできない為、リブ付加後の構
造体の固有振動周波数に一致する加振周波数をもつ振動
が入力された場合には、構造体が共振して大きな振動レ
ベルを生じる。

【０００５】例えば、自動車の場合、振動源としてエン
ジン及びトランスミッションを有するパワープラントが
搭載されているし、また、路面凹凸と車速に応じたタイ
ヤから振動入力があり、しかも、これらの入力振動の加
振周波数は、エンジン回転数の変化や車速の変化等によ
り低周波数から高周波数までの広い周波数域にわたる。
したがって、自動車を構成する各部構造体にリブを付加
したとしてもその固有振動周波数が一定値である為、車
両状態や走行状態によっては各部構造体の持つ固有振動
周波数が加振周波数と一致して共振し、大きな振動とな
る。

【０００６】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、構造体へ入力される振動の加振周波数が
変化しても常に構造体の振動を低いレベルに保つことを
第１の課題とする。

【０００７】また、上記第１の課題に加え、構造体への
入力振動の加振周波数に対し最も低い振動レベルが得ら
れる固有振動周波数への変更制御を達成することを第２
の課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るため本発明の構造体の固有振動変更制御装置では、構
造体に圧電素子を設け、この圧電素子に構造体に入力さ
れる振動の加振周波数に対し低い振動レベルが得られる
ように電圧を印加し、圧電素子により構造体に内部引張
力あるいは内部圧縮力を与えることで構造体の固有振動
周波数を変える手段とした。

【０００９】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、構造体ａに内部引張力あるいは内部圧縮力を与え得
る位置に設けられた圧電素子ｂと、前記構造体ａに入力
される振動の加振周波数相当値を検出する加振周波数相
当値検出手段ｃと、検出された加振周波数相当値に対し
低い振動レベルが得られるように、前記圧電素子ｂへの
印加電圧を制御する固有振動周波数制御手段ｄとを備え
ていることを特徴とする。上記第２の課題を解決するた
め本発明の構造体の固有振動変更制御装置では、請求項
１記載の構造体の固有振動変更制御装置において、前記
固有振動周波数制御手段ｄを、圧電素子ｂへの印加電圧
をパラメータとして加振周波数に対する振動レベル特性
を予め測定し、その振動レベル特性データをマップ化し
て記憶させておき、加振周波数相当値と振動レベル特性
マップとの対比により最も低い振動レベルが得られる印
加電圧を検索し、圧電素子ｂへの印加電圧を制御する手
段としたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明に作用を説明する。

【００１１】構造体ａに所定の加振周波数を有する振動
が入力されると、構造体ａに入力される振動の加振周波
数相当値が加振周波数相当値検出手段ｃにより検出さ
れ、固有振動周波数制御手段ｄにおいて、検出された加
振周波数相当値に対し低い振動レベルが得られるよう
に、圧電素子ｂへの印加電圧が制御される。この圧電素
子ｂへの印加電圧により構造体ａに内部引張力あるいは
内部圧縮力が与えられ、構造体ａの剛性が変化させられ
ることに伴なって構造体ａの固有振動周波数が変えられ
る。

【００１２】請求項２記載の発明に作用を説明する。

【００１３】上記固有振動周波数制御作用において、固
有振動周波数制御手段ｄでは、圧電素子ｂへの印加電圧
をパラメータとして加振周波数に対する振動レベル特性
を予め測定し、その振動レベル特性データをマップ化し
て記憶させておき、加振周波数相当値と振動レベル特性
マップとの対比により最も低い振動レベルが得られる印
加電圧が検索され、圧電素子ｂへの印加電圧が制御され
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】（第１実施例）まず、構成を説明する。

【００１６】図２は本発明第１実施例の棒材の固有振動
変更制御装置（構造体の固有振動変更制御装置に相当）
を示す全体図である。

【００１７】第１実施例装置は、図２に示すように、両
端が壁面１，２に両端支持状態で固定された棒材３（構
造体）に内部引張力あるいは内部圧縮力を与え得る中間
位置に挟着された圧電素子４と、前記棒材３に入力され
る振動の加振周波数を検出する加速度ピックアップ５
（加振周波数相当値検出手段に相当）と、検出された加
振周波数に対し低い弦振動レベルが得られるように、前
記圧電素子４への印加電圧を制御する振動コントローラ
６（固有振動周波数制御手段に相当）を備えている。前
記圧電素子４とは、例えば、積層ピエゾ素子等のように
印加電圧の電圧レベルに応じてその膨張度合が変化する
素子で、通常、１枚の単位素子では長さや体積の変化は
極めて小さいので多数の単位素子が積層されて用いられ
る。また圧電素子は両端固定壁側に設けておいてもよ
い。

【００１８】作用を説明する。

【００１９】棒材３に所定の加振周波数を有する振動が
入力されると、棒材３に入力される振動の加振周波数が
加速度ピックアップ５により検出され、検出信号を入力
する振動コントローラ６において、検出された加振周波
数に対し低い弦振動レベルが得られるように、圧電素子
４への印加電圧が制御される。

【００２０】この圧電素子４への印加電圧により棒材３
に内部引張力あるいは内部圧縮力が与えられ、棒材３の
壁面１，２に対する支持剛性が変化させられることに伴
なって棒材３の弦振動の固有振動周波数が変えられる。

【００２１】効果を説明する。

【００２２】以上説明してように、第１実施例装置にあ
っては、棒材３の中間位置に圧電素子４を設け、この圧
電素子４に棒材３に入力される振動の加振周波数に対し
低い弦振動レベルが得られるように電圧を印加し、圧電
素子４により棒材３に内部引張力あるいは内部圧縮力を
与えることで棒材３の固有振動周波数を変える装置とし
た為、棒材３への入力振動の加振周波数が変化しても常
に棒材３の弦振動レベルを低レベルに保つことができ
る。

【００２３】（第２実施例）図３は本発明第２実施例の
板の固有振動変更制御装置（構造体の固有振動変更制御
装置に相当）を示す全体図である。

【００２４】第２実施例装置は、図３に示すように、板
支持部材７と板８（構造体）の図面左右位置の外周部と
の間にＸ軸方向に多数接着したＸ軸方向圧電素子９と、
板支持部材７と板８（構造体）の図面上下位置の外周部
との間にＹ軸方向に多数接着したＹ軸方向圧電素子１０
と、前記板８に対しＸ軸方向に入力される膜振動の加振
周波数を検出するＸ軸方向加速度ピックアップ１１（加
振周波数相当値検出手段に相当）と、前記板８に対しＹ
軸方向に入力される膜振動の加振周波数を検出するＹ軸
方向加速度ピックアップ１２（加振周波数相当値検出手
段に相当）と、検出された加振周波数に対し低いＸ軸方
向の膜振動レベル及びＹ軸方向の膜振動レベルが得られ
るように、前記両圧電素子９，１０への印加電圧を制御
する振動コントローラ１３（固有振動周波数制御手段に
相当）を備えている。

【００２５】作用を説明する。

【００２６】板８に所定の加振周波数を有する振動が入
力されると、板８に入力される振動の加振周波数が両加
速度ピックアップ１１，１２により検出され、検出信号
を入力する振動コントローラ１３において、検出された
加振周波数に対し低い膜振動レベルが得られるように、
圧電素子９，１０への印加電圧が制御される。

【００２７】この圧電素子９への印加電圧により板８に
Ｘ軸方向の内部引張力あるいは内部圧縮力が与えられ、
また、圧電素子１０への印加電圧により板８にＹ軸方向
の内部引張力あるいは内部圧縮力が与えられ、板８の板
支持部材７に対する支持剛性が変化させられることに伴
なって板８の膜振動の固有振動周波数が変えられる。

【００２８】この場合、従来技術で記載したように、例
えば、板８の振動モードの腹に直交する方向がＸ軸方向
である場合、板８のＸ軸方向の剛性を上げることで膜振
動の固有振動周波数を上昇させることができ、また、板
８の振動モードの腹に平行な方向がＸ軸方向である場
合、板８のＸ軸方向の剛性を上げることで膜振動の固有
振動周波数を低下させることができる。

【００２９】効果を説明する。

【００３０】以上説明してように、第２実施例装置にあ
っては、板８の外周のＸ軸方向及びＹ軸方向に圧電素子
９，１０を設け、この圧電素子９，１０に板８に入力さ
れる振動の加振周波数に対し低い膜振動レベルが得られ
るように電圧を印加し、圧電素子９，１０により板８に
内部引張力あるいは内部圧縮力を与えることで板８の膜
振動の固有振動周波数を変える装置とした為、板８への
入力振動の加振周波数が変化しても常に板８の膜振動レ
ベルを低レベルに保つことができる。

【００３１】次に、第２実施例の変形例を説明する。

【００３２】図４は第２実施例の変形例である自動車用
ルーフの固有振動変更制御装置（構造体の固有振動変更
制御装置に相当）を示す全体図である。

【００３３】この装置は、図４に示すように、ルーフフ
レーム１４とルーフ１５（構造体）の外周部との間に第
２実施例と同様に設けた圧電素子１６，１７と、前記ル
ーフ１５に対し入力される膜振動の加振周波数を予測検
出するエンジン回転数センサ１８，車速センサ１９及び
インヒビタースイッチ２０（これらは加振周波数相当値
検出手段に相当）と、予測検出された加振周波数に対し
低い車両前後方向の膜振動レベル及び車幅方向の膜振動
レベルが得られるように、前記両圧電素子１６，１７へ
の印加電圧を制御する振動コントローラ２１（固有振動
周波数制御手段に相当）を備えている。尚、ルーフ１５
への入力振動の加振周波数はエンジン回転数，車速及び
ギア位置を検知すれば予測できる。

【００３４】この第２実施例の変形例も第２実施例装置
と同様の作用を示し、走行時にルーフ１５への入力振動
の加振周波数が変化しても常にルーフ１５の膜振動レベ
ルを低レベルに保つことができ、この結果、ルーフ振動
に伴なう車室内騒音を低減することができる。

【００３５】（第３実施例）図５は本発明第３実施例の
トランスミッションケースの固有振動変更制御装置（構
造体の固有振動変更制御装置に相当）を示す全体図であ
る。

【００３６】第３実施例装置は、図５に示すように、ギ
アケース部２２ａ，トルクコンバータハウジング部２２
ｂ，エクステンション部２２ｃを有するトランスミッシ
ョンケース２２（構造体）の補強必要部位に環状に埋め
込み配列された第１圧電素子２３，第２圧電素子２４，
第３圧電素子２５と、前記トランスミッションケース２
２に対し入力される振動の加振周波数を予測検出するエ
ンジン回転数センサ２６，車速センサ２７及びインヒビ
タースイッチ２８（これらは加振周波数相当値検出手段
に相当）と、予測検出された加振周波数に対し低い振動
レベルが得られるように、前記各圧電素子２３，２４，
２５への印加電圧を制御する振動コントローラ２９（固
有振動周波数制御手段に相当）を備えている。

【００３７】作用を説明する。

【００３８】図６は振動コントローラ２９での固有振動
変更制御処理作動の流れを示すフローチャートで、以
下、各ステップについて説明する。

【００３９】ステップ６０では、エンジン回転数センサ
２６からのエンジン回転数ＮE ，車速センサ２７からの
車速Ｖ及びインヒビタースイッチ２８からのギア位置Ｇ
P が読み込まれる。

【００４０】ステップ６１では、エンジン回転数ＮE ，
車速Ｖ及びギア位置ＧP により加振周波数Ｆが演算され
る。トランスミッション内の歯車の噛合による振動に対
しては、ギヤ位置と共にその歯車の歯数と歯車軸回転数
より歯車噛合による加振周波数が演算される。

【００４１】ステップ６２では、各圧電素子２３，２
４，２５への印加電圧をパラメータとして加振周波数に
対する振動レベル特性を予め測定し、ステップ枠内に記
載されているように、その振動レベル特性データをマッ
プ化してＲＯＭに記憶させておき、ステップ６１で得ら
れた加振周波数Ｆと振動レベル特性マップとの対比によ
り最も低い振動レベルが得られる印加電圧を検索する。

【００４２】例えば、加振周波数がＦ０からＦ１に変化
した場合、加振周波数がＦ０の時にはＣＶ３の印加電圧
で最も低い振動レベルが得られ、加振周波数がＦ１の時
にはＣＶ２の印加電圧で最も低い振動レベルが得られる
ことで、加振周波数がＦ０→Ｆ１に対応して印加電圧は
ＣＶ３→ＣＶ２と変更される。

【００４３】ステップ６３では、ステップ６２で検索さ
れた最も低い振動レベルが得られる印加電圧が各圧電素
子２３，２４，２５へ出力される。

【００４４】従って、トランスミッションケース２２に
所定の加振周波数を有する振動が入力されると、トラン
スミッションケース２２に入力される振動の加振周波数
Ｆが予測検出され、振動コントローラ２９において、予
測検出された加振周波数Ｆに対し低い振動レベルが得ら
れるように、各圧電素子２３，２４，２５への印加電圧
が制御される。

【００４５】この各圧電素子２３，２４，２５への印加
電圧によりトランスミッションケース２２には内部引張
力あるいは内部圧縮力が与えられ、トランスミッション
ケース２２の剛性が変化させられることに伴なってトラ
ンスミッションケース２２の振動の固有振動周波数が変
えられる。

【００４６】この印加電圧制御は、トランスミッション
ケース２２に様々の大きさ及び形によるリブを付加する
のと同じ効果を示し、一般に知られているように、トラ
ンスミッションケースに付加されているリブを省略する
ことができる。

【００４７】効果を説明する。

【００４８】以上説明してように、第３実施例装置にあ
っては、下記に列挙する効果が得られる。

【００４９】（１）トランスミッションケース２２に各
圧電素子２３，２４，２５を埋め込み、この各圧電素子
２３，２４，２５にトランスミッションケース２２に入
力される振動の加振周波数に対し低い振動レベルが得ら
れるように電圧を印加し、各圧電素子２３，２４，２５
によりトランスミッションケース２２に内部引張力ある
いは内部圧縮力を与えることでトランスミッションケー
ス２２の振動の固有振動周波数を変える装置とした為、
トランスミッションケース２２への入力振動の加振周波
数が変化しても常にトランスミッションケース２２の振
動レベルを低レベルに保つことができる。

【００５０】例えば、歯車加振力による噛合周波数、あ
るいはエンジン回転２次振動数との共振を避けることが
できる。

【００５１】（２）各圧電素子２３，２４，２５への印
加電圧をパラメータとして加振周波数に対する振動レベ
ル特性を予め測定し、その振動レベル特性データをマッ
プ化してＲＯＭに記憶させておき、加振周波数Ｆと振動
レベル特性マップとの対比により最も低い振動レベルが
得られる印加電圧を検索する装置とした為、トランスミ
ッションケース２２への入力振動の加振周波数に対し最
も低い振動レベルが得られる固有振動周波数への変更制
御を達成することができる。

【００５２】次に、第３実施例の他の固有振動周波数変
更制御例を説明する。

【００５３】図７は第３実施例の変形例であるトランス
ミッションケースの固有振動変更制御装置（構造体の固
有振動変更制御装置に相当）を示す全体図である。

【００５４】この第３実施例の変形例では、加振周波数
相当値検出手段として、トランスミッションマウント部
２２ｄの近傍に設けられた加速度ピックアップ３０を用
い、振動コントローラ３１では、このトランスミッショ
ンマウント部２２ｄから車体へ伝達される振動レベルを
常い低いレベルを保つ各圧電素子２３，２４，２５への
印加電圧の最適値を演算するフィードバック制御を採用
したものである。

【００５５】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。

【００５６】例えば、実施例では、自動車への採用例を
示したが、自動車以外であっても振動問題が生じるあら
ゆる構造体に適用することができる。

【００５７】また、第３実施例等において、圧電素子が
設けられる構造体の複数箇所に振動センサを設けてお
き、圧電素子が設けられる各部の振動レベルを小さくす
るように印加電圧を制御するようなアクティブ制振も可
能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明してきたように請求項１記載の
本発明の構造体の固有振動変更制御装置にあっては、構
造体に圧電素子を設け、この圧電素子に構造体に入力さ
れる振動の加振周波数に対し低い振動レベルが得られる
ように電圧を印加し、圧電素子により構造体に内部引張
力あるいは内部圧縮力を与えることで構造体の固有振動
周波数を変える手段とした為、構造体へ入力される振動
の加振周波数が変化しても常に構造体の振動レベルを低
レベルに保つことができるという効果が得られる。

【００５９】また、請求項１記載の本発明の構造体の固
有振動変更制御装置にあっては、固有振動周波数制御手
段を、圧電素子への印加電圧をパラメータとして加振周
波数に対する振動レベル特性を予め測定し、その振動レ
ベル特性データをマップ化して記憶させておき、加振周
波数相当値と振動レベル特性マップとの対比により最も
低い振動レベルが得られる印加電圧を検索し、圧電素子
への印加電圧を制御する手段とした為、上記効果に加
え、構造体への入力振動の加振周波数に対し最も低い振
動レベルが得られる固有振動周波数への変更制御を達成
することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構造体の固有振動変更制御装置を示す
クレーム対応図である。

【図２】第１実施例の棒材の固有振動変更制御装置を示
す全体図である。

【図３】第２実施例の板の固有振動変更制御装置を示す
全体図である。

【図４】第２実施例の変形例である自動車用ルーフの固
有振動変更制御装置を示す全体図である。

【図５】第３実施例のトランスミッションケースの固有
振動変更制御装置を示す全体図である。

【図６】第３実施例装置の振動コントローラで行なわれ
る固有振動変更制御処理作動の流れを示すフローチャー
トである。

【図７】第３実施例の変形例であるトランスミッション
ケースの固有振動変更制御装置を示す全体図である。

【符号の説明】

ａ 構造体 ｂ 圧電素子 ｃ 加振周波数相当値検出手段 ｄ 固有振動周波数制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造体に内部引張力あるいは内部圧縮力
   を与え得る位置に設けられた圧電素子と、 前記構造体に入力される振動の加振周波数相当値を検出
   する加振周波数相当値検出手段と、 検出された加振周波数相当値に対し低い振動レベルが得
   られるように、前記圧電素子への印加電圧を制御する固
   有振動周波数制御手段と、 を備えていることを特徴とする構造体の固有振動変更制
   御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の構造体の固有振動変更制
   御装置において、 前記固有振動周波数制御手段を、圧電素子への印加電圧
   をパラメータとして加振周波数に対する振動レベル特性
   を予め測定し、その振動レベル特性データをマップ化し
   て記憶させておき、加振周波数相当値と振動レベル特性
   マップとの対比により最も低い振動レベルが得られる印
   加電圧を検索し、圧電素子への印加電圧を制御する手段
   としたことを特徴とする構造体の固有振動変更制御装
   置。