JPH1194018A - 運輸装置用ダイナミックダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な振動系を構成する運輸装置の主振動を
確実に低減し、運輸装置の操舵性、居住性を常に最良に
保持する。 【解決手段】 運輸装置用ダイナミックダンパ２０は、
自動車ボディ側のクロスメンバ２２にスペアタイヤＳＴ
を２つの支持部材２６により支持する。この両支持部材
２６は、車体幅方向に間隔をとった２点に設けられ、弾
性係数（ばね定数）ｋのスプリング２６Ａと粘性減衰係
数ｃのダンパ２６Ｂとを並列に接続して構成され、質量
ｍのスペアタイヤＳＴと共に副振動系を構成する。よっ
て、この運輸装置用ダイナミックダンパ２０では、支持
部材２６におけるばね定数ｋと粘性減衰係数ｃをその設
計段階等において適宜決定することで、その合成機械イ
ンピーダンスＺをローリング吸収に最適のものとするこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や電車など
の車両あるいは船舶などの運輸装置の運行に伴って発生
する振動（以下、主振動という）を、運輸装置に取り付
けられた質量体の振動（副振動）として吸収すること
で、運輸装置の操舵性や居住性を向上させる運輸装置用
ダイナミックダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両や船舶などの運輸装置の運行時に生
じる主振動としては、運輸装置の重心を中心として前後
に揺れるピッチング、左右に揺れるローリング、全体が
上下に揺れるバウンシング等が知られている。そして、
これら振動は単独あるいは同時に発生し、複雑な振動系
を形成している。運輸装置に発生するこれらの振動は操
舵性や居住性に悪影響を及ぼすため、振動低減は運輸装
置設計上の課題となっている。しかし、このような振動
は、外部的要因により、例えば運輸装置が様々な路面を
走行したり、様々な波浪を受けて走行したりするため生
じる。また、内部的要因としては、運輸装置自体が有す
る内燃機関や動力伝達機構などを挙げることができ、こ
れらの運転或いは駆動に伴って振動が生じる。このた
め、運輸装置に発生するこれらの振動は、不可避的であ
るといえる。そこで従来より、サスペンションシステム
の採用、ボディ剛性の向上、内燃機関の弾性マウントな
どの改良が進められていが、これらの改良は生産工数の
増大、生産ラインの変更、装置重量の増加などを招き、
振動低減の効果には限度がある。

【０００３】そこで、上記の振動低減の改良に加えて、
運輸装置の振動を運行のための補助装置、例えばスペア
タイヤ、救命ボートなどの振動（副振動）として吸収す
る運輸装置用ダイナミックダンパが提案されている。例
えば、特開昭５８−１１２８８３号公報、実開昭５６−
１６８４８７号公報、実開昭５７−１２３７３号公報、
実開昭５９−９１９７３号公報には、運輸装置である自
動車に補助装置として搭載されるスペアタイヤを、弾性
部材を介して取り付けることで副振動を積極的に利用す
る技術が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の運輸装置用ダイ
ナミックダンパは、何れも弾性体を介してスペアタイヤ
を取り付けるのみの構造であり、副振動系は単純な振動
モードのみを有している。

【０００５】しかし、運輸装置の主振動系は極めて複雑
で、上述の外部的要因、内部的要因の力によって各種の
振動モードが常時発生している。このため、従来の運輸
装置用ダイナミックダンパにより改善される主振動は、
予め設計された所定の振動モードのみとなり、効果が極
めて限定的であった。

【０００６】また、運輸装置の経年変化や搭載重量など
により振動モードが変化すると、従来の運輸装置用ダイ
ナミックダンパはその限定的な振動抑制効果もを失って
しまったり、最悪の場合には主振動と共振することで却
って振動を増幅するという問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、複雑な振動系を構成する運輸装置の主振動を確実
に低減する副振動系を構成し、運輸装置の操舵性、居住
性を常に最良に保持する運輸装置用ダイナミックダンパ
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の運輸装置用ダイナミックダンパは、車両や船舶な
どの運輸装置の運行に伴って発生する当該運輸装置の振
動を、前記運輸装置に取り付けられた質量体の振動とし
て吸収する運輸装置用ダイナミックダンパにおいて、前
記質量体の取り付けに際し、異なる種類の機械インピー
ダンスを呈する複数の連結部材を直列および／または並
列に用いたことを特徴とする。

【０００９】ここで、機械インピーダンスＺとは、振幅
Ｆと振幅Ｆによって生じる速度Ｖとの比（Ｚ＝Ｆ／Ｖ）
であり、例えば質量ｍの場合のＺ＝ｊωｍ、ダシュポッ
トの場合のＺ＝ｃ（ｃは粘性減衰係数）、弾性体の場合
のＺ＝ｋ／ｊω（ｋは弾性係数）をいう。ここで、ωと
は角振動数である。また、異なる種類の機械インピーダ
ンスＺを呈する連結部材とは、上述の様に複素数で表現
したときにそれぞれが振幅Ｆに対して独自の位相をもっ
て応答する連結部材をいう。

【００１０】そして、本発明の運輸装置用ダイナミック
ダンパは、このように異なる種類の機械インピーダンス
を呈する連結部材を直列および／または並列に用いてこ
の運輸装置に取り付けられた質量体で副振動系を構成す
るので、異なる機械インピーダンスＺの組み合わせ、そ
の機械インピーダンスの直並列接続などによりこの副振
動系における振動に対しての設計の自由度が高まる。よ
って、複雑な振動系を構成する運輸装置の主振動が、単
独の機械インピーダンスＺでは吸収し得ない或いは吸収
するには非現実的となる振動モードであっても、運輸装
置用ダイナミックダンパの呈する機械インピーダンス
を、想定されるこの主振動の振動モードに合わせてその
設計段階にて容易に決定できる。そして、このように運
輸装置用ダイナミックダンパの呈する機械インピーダン
スを決定並びに調整することで、運輸装置の主振動を、
この副振動系で確実に低減し、運輸装置の操舵性、居住
性を好適な状態に維持することができる。

【００１１】この場合、副振動系を構成する質量体を、
運輸装置の運行を補助するために当該運輸装置に取り付
けられる補助装置、具体的には車両におけるスペアタイ
ヤ、船舶における救命ボート等とすることが好ましい。
このようにすれば、運輸装置に不可欠なこれら補助装置
を主振動低減に兼用することができ、主振動低減のため
だけの特別な質量体が不要となり好ましい。

【００１２】また、本発明の運輸装置用ダイナミックダ
ンパにおいては、複数の連結部材の少なくとも一つを、
機械インピーダンスを可変とするアクチュエータを備え
るものとすることが望ましい。この様に機械インピーダ
ンスを可変とすれば、主振動に呼応して副振動系の振動
モードをコントロールすることができ、ダイナミックダ
ンパとしての主振動低減効果を一層顕著とすることがで
きる。

【００１３】更に、本発明の運輸装置用ダイナミックダ
ンパに、運輸装置の振動を検出する振動検出手段と、こ
の振動検出手段の検出結果に基づいてアクチュエータの
駆動を制御する駆動量制御手段と、を備えることがより
望ましい。この様に運輸装置用ダイナミックダンパを構
成した場合、副振動系の振動モードを主振動に応じて常
時最適に制御することができ、複雑な運輸装置の主振動
を確実に低減するように追随する副振動系を構成して、
より確実且つ的確に主振動を低減することができる。

【００１４】

【発明の他の態様】本発明の運輸装置用ダイナミックダ
ンパは、次の様な態様も包含する。

【００１５】機械インピーダンスを可変とする態様は、
結果として副振動系の合成機械インピーダンスが変更さ
れることで足りる。例えば、ピストンに穿設された連通
孔の有効面積を変更して粘性減衰係数ｃを直接変更する
構成ばかりでなく、複数の連結部材の直並列の接続方式
を変更したり、連結部材の接続にすべりを持たせて非線
形の振動系としたり、それらを組み合わせるなどの態様
が含まれる。

【００１６】また、機械インピーダンスを変更するその
他の態様として、運輸装置の重心を中心として前後に揺
れるピッチング、左右に揺れるローリング、全体が上下
に揺れるバウンシング等の振動減衰の目標となる主振動
に応じて運輸装置用ダイナミックダンパの取り付け位置
を変更してもよい。例えば、ピッチングを振動減衰の目
標とするときには、運輸装置用ダイナミックダンパによ
り、補助装置を重心を中心とした前後位置で取り付けれ
ばよい。同様に、ローリングを減衰対象とするときに
は、運輸装置用ダイナミックダンパにより、補助装置を
重心を中心とした左右位置で保持すればよい。この様に
振動減衰の目標に応じて運輸装置用ダイナミックダンパ
の取り付け位置を変更すれば、主振動に対する副振動の
影響を大きくすることが可能となり、主振動吸収効果が
より顕著となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図１は、第１実施例である運輸装
置用ダイナミックダンパ２０をスペアタイヤＳＴの支持
部に搭載した自動車ＡＭの全体概要図、図２は、その運
輸装置用ダイナミックダンパ２０の構成を模式的に表し
た説明図である。

【００１８】これら図面に示すように、自動車ボディ側
のクロスメンバ２２とスペアタイヤＳＴを支持するため
のスペアタイヤサポート２４とは、車体幅方向に間隔を
とった２点に設けられた２つの支持部材２６により連結
支持されている。ここでそれぞれの支持部材２６とは、
弾性係数（ばね定数）ｋのスプリング２６Ａと粘性減衰
係数ｃのダンパ２６Ｂとを並列に接続したものであり、
スペアタイヤＳＴの質量ｍとから副振動系を構成する。
スペアタイヤＳＴは、スペアタイヤサポート２４と一体
となって振動するように、スペアタイヤサポート２４に
熔接されたスペアタイヤ固定用ボルト２８と、スペアタ
イヤ固定用ナット３０によりこのスペアタイヤサポート
２４に強固に螺着されている。

【００１９】この様に構成される第１実施例の運輸装置
用ダイナミックダンパ２０は、スペアタイヤＳＴの質量
ｍと副振動系を構成する支持部材２６がばね定数ｋ、粘
性減衰係数ｃという２種類の機械インピーダンスを有す
る。このため、その合成機械インピーダンスＺの設計自
由度が高まり、自動車ＡＭの重心を中心として左右方向
に発生する振動、すなわちローリングを吸収するのに最
適の副振動系を構成するように設計することが可能とな
り、自動車ＡＭのローリングを効果的に吸収する運輸装
置用ダイナミックダンパ２０となる。また、本実施例で
ある運輸装置用ダイナミックダンパ２０は、車体幅方向
に間隔を取った２点に支持部材２６を設けることで自動
車ＡＭのローリングと同一方向の振動が発生しやすい構
造となっているため、そのローリング吸収効果は極めて
高い。

【００２０】また、この第１実施例では、自動車ＡＭの
ローリング吸収を図るための副振動系を構成するに当た
り、自動車ＡＭに搭載が不可欠なスペアタイヤＳＴを用
いた。よって、この副振動系構成のためだけの質量体を
用いる必要がないので、部材点数の低減とこれを通した
コスト低下を図ることができる。

【００２１】なお、本実施例の支持部材２６は、スプリ
ング２６Ａとダンパ２６Ｂとの並列接続を例示している
が、自動車ＡＭに発生する主振動であるローリングを吸
収するために最適の機械インピーダンスの設計は自由で
あり、これらの振動要素を直列接続したり、スペアタイ
ヤＳＴの質量ｍを補完するためにスペアタイヤサポート
２４に重りを付加するなど、任意の設計的な変更が可能
であることは勿論である。この場合、ばね定数ｋ、粘性
減衰係数ｃは、自動車ＡＭに現れる主振動の様子に応じ
て、具体的にはこの自動車ＡＭにおける外部的要因（路
面状況等）や内部的要因（内燃機関や動力伝達機構の特
性）に応じて、その設計段階或いは実車での走行試験等
において決定される。

【００２２】また、本実施例の運輸装置用ダイナミック
ダンパ２０では車体幅方向に支持部材２６を設けて自動
車ＡＭのローリングを吸収することを目的としている
が、同一構成の運輸装置用ダイナミックダンパ２０を車
体前後方向に設けて自動車ＡＭのピッチング吸収に最適
となるように設計してもよい。更には、車体幅方向と車
体前後方向の両方向において運輸装置用ダイナミックダ
ンパ２０を設けるようにすることもできることは勿論で
ある。なお、これらの場合、運輸装置用ダイナミックダ
ンパ２０は、スペアタイヤＳＴを自動車ＡＭの重心直下
に支持するよう設置することがより好ましい。

【００２３】図３は、第２実施例である運輸装置用ダイ
ナミックダンパ４０の構成を模式的に表した説明図であ
る。なお、この第２実施例と前述の第１実施例との構成
は多くの共通点があり、その説明の重複を避けるために
前述の実施例と構成が共通する部材には同一の符号を符
してその説明を省略する。

【００２４】この第２実施例の運輸装置用ダイナミック
ダンパ４０の特徴は、前述の第１実施例の支持部材２６
を構成するスプリング２６Ａ、ダンパ２６Ｂと並列にア
クチュエータ２６Ｃを備え、このアクチュエータ２６Ｃ
を駆動信号に応じてその伸縮方向に沿って自在の力を発
生するよう構成した点にある。すなわち、このアクチュ
エータ２６Ｃにより、支持部材２６の合成機械インピー
ダンスＺは、設計時に決定される固定値とならず、任意
の値に適宜変更することが可能となるのである。この場
合、アクチュエータ２６Ｃとしては、作動油の給排を通
してピストンを進退させるシリンダピストン装置を用い
ることができ、ピストンの進退に伴う力をスペアタイヤ
ＳＴに及ぼして、支持部材２６の合成機械インピーダン
スを変更する。

【００２５】このアクチュエータ２６Ｃの発生する力を
コントロールするために第２実施例の運輸装置用ダイナ
ミックダンパ４０は、２つの支持部材２６が取り付けら
れたクロスメンバ２２の近傍に加速度センサ４２を設
け、この加速度センサの検出出力により自動車ＡＭのロ
ーリングを演算してアクチュエータ２６Ｃに駆動信号を
出力する制御回路４４を備えている。図４は、この制御
回路４４のブロック図である。図示するように制御回路
４４は、各加速度センサ４２からの出力をフィルタ処理
してノイズを除去するフィルタ回路４４Ａ、このフィル
タ回路４４Ａの出力信号を積分して加速度センサ４２が
取り付けられた位置のクロスメンバ２２の移動速度Ｖを
算出する速度演算回路４４Ｂ、２つの速度演算回路４４
Ｂの算出結果から自動車ＡＭのローリングを算出するロ
ーリング演算回路４４Ｃ、そしてローリング演算回路４
４Ｃで算出されたローリングを吸収するために最適なア
クチュエータ２６Ｃの発生力を所定の制御則（ＰＩＤ制
御、現代制御（Ｈ∞制御）など）に基づき演算するアク
チュエータ制御回路４４Ｄとから構成されている。

【００２６】この様な構成の運輸装置用ダイナミックダ
ンパ４０は、加速度センサ４２および制御回路４４によ
って検出された自動車ＡＭに実際に発生しているローリ
ングを抑制するのに最適の機械インピーダンスを実現す
べく、アクチュエータ２６Ｃが図示しないアクチュエー
タ駆動装置にて駆動され、支持部材２６の合成機械イン
ピーダンスが適宜変更される。具体的には、アクチュエ
ータ駆動装置において、シリンダピストン装置としての
アクチュエータ２６Ｃへの作動油の給排並びにその際の
給排油量が決定され、この作動油の給排を通してアクチ
ュエータ２６Ｃの図示しないピストンが進退してスペア
タイヤＳＴにその進退に伴う力を及ぼす。従って、上記
実施例と同様の効果に加えて、自動車ＡＭの積載重量な
どが変化してローリングの各周波数がずれても、現在の
ローリングを確実に抑制する副振動系が形成されるよう
に運輸装置用ダイナミックダンパ４０の機械インピーダ
ンスが追随して変化する効果がある。

【００２７】なお、この第２実施例ではローリングの吸
収をより高速に行なうために制御回路４４をハード構成
する例について説明したが、この制御回路４４の機能を
車載コンピュータに行なわせるソフト構成としてもよ
い。ここで、車載コンピュータで行う一例について説明
する。図５は、いわゆるスカイフック制御理論を用いた
ローリング抑制制御を示すフローチャートである。

【００２８】図示するように、まず、加速度センサ４２
をスキャンしてバネ上加速度ｙｇを入力し（ステップＳ
１００）、これをローパスフィルタ処理に処する（ステ
ップＳ１１０）。この場合、ローパスフィルタの設計値
として、バネ上共振点の周波数（約１Ｈｚ）を用いるこ
とがノイズ除去の点から好ましい。その後は、フィルタ
処理済みのバネ上加速度ｙｇからバネ上速度ｙｚを演算
し（ステップＳ１２０）、このバネ上速度ｙｚに制御ゲ
インＧを乗算してアクチュエータ２６Ｃの駆動力Ｆを演
算する（ステップＳ１３０）。この駆動力演算に際して
は、制御ゲインＧを一定とすることはもちろん、その時
のバネ上質量に応じてこの制御ゲインＧをその都度演算
するようにすることもできる。なお、バネ上質量は、乗
員数の増減により変化し停車時の車高値から求めること
ができるので、停車時における車高センサからの出力に
より予め算出される。そして、求めた駆動力Ｆを発生す
るに必要な駆動信号をアクチュエータ２６Ｃに、より詳
しくは当該アクチュエータの駆動回路に出力する（ステ
ップＳ１４０）。

【００２９】また、この様に制御回路４４をソフト的に
構成する場合には、アクチュエータ駆動量とローリング
抑制の実績とを学習記憶してアクチュエータ駆動量を補
正したり、自動車ＡＭのその他の運転情報に基づいた補
正、例えばアクティブサスペンションとの協動、ステア
リングやブレーキ操作量によるフィードフォワード補正
などを行なうことも好ましい。

【００３０】また、第２実施例でも車両幅方向に２点支
持の運輸装置用ダイナミックダンパ４０について説明
し、自動車ＡＭのローリングを抑制する例について説明
したが、これを車両前後方向に２点支持として自動車Ａ
Ｍのピッチングを抑制する構成としてもよい。更には、
スペアタイヤＳＴを車両の幅方向・前後方向の４つの支
持部材により４点支持とし、加速度センサも同様に重心
を中心として前後左右に４箇所に配置して前後の検出出
力の差からピッチング、左右の検出出力の差からローリ
ング、総ての検出出力の同一成分からバウンシングを算
出し、それぞれの振動を同時に抑制するように４つの支
持部材を制御してもよい。

【００３１】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこの様な実施例になんら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なる態
様で実施し得ることは勿論である。

【００３２】例えば、上記の各実施例では自動車に１つ
の運輸装置用ダイナミックダンパを搭載する例を示した
が、複数の運輸装置用ダイナミックダンパを同時に搭載
してもよい。また、自動車ばかりでなく電車や船舶など
のあらゆる運輸装置に搭載できる。

【００３３】更に、第２実施例では、アクチュエータ２
６Ｃの駆動力を演算するに当たり、クロスメンバ２２に
加速度センサ４２を設置したが、自動車ＡＭに搭載済み
の他のセンサをこの加速度センサ４２と代用することも
できる。具体的に説明すると、自動車のサスペンション
制御装置が有する加速度センサ（上下Ｇセンサ）を用い
ることができる。このように既存のセンサを用いること
で、部品点数の低減とコスト低下を図ることができる。
或いは、既存の車高センサを用いその検出出力の推移か
ら上下加速度を演算し、この演算した上下加速度を加速
度センサからの検出出力に替えて用いるよう構成するこ
ともできる。

【００３４】また、シリンダピストン装置から構成した
アクチュエータ２６Ｃを、ピストンにその上下の油室を
連通する油路を設け、この油路の開度を変更できるよう
構成したシリンダピストン装置とすることもできる。こ
の場合には、当該油路の開度変更を通してピストンがス
ペアタイヤＳＴに及ぼす力を調整することができるの
で、合成機械インピーダンスをよりきめ細かく変更でき
る。そして、このように構成すれば、主振動の振動をよ
り効果的に抑制でき好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の運輸装置用ダイナミックダンパ２
０の全体構成図である。

【図２】その運輸装置用ダイナミックダンパ２０の構成
を模式的に表した説明図である。

【図３】第２実施例の運輸装置用ダイナミックダンパ４
０の構成を模式的に表した説明図である。

【図４】その運輸装置用ダイナミックダンパ４０の制御
回路のブロック図である。

【図５】車載コンピュータで行うローリング抑制制御を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

２０…運輸装置用ダイナミックダンパ ２２…クロスメンバ ２４…スペアタイヤサポート ２６…支持部材 ２６Ａ…スプリング ２６Ｂ…ダンパ ２６Ｃ…アクチュエータ ２８…スペアタイヤ固定用ボルト ３０…スペアタイヤ固定用ナット ４０…運輸装置用ダイナミックダンパ ４２…加速度センサ ４４…制御回路 ４４Ａ…フィルタ回路 ４４Ｂ…速度演算回路 ４４Ｃ…ローリング演算回路 ４４Ｄ…アクチュエータ制御回路 ＡＭ…自動車 ＳＴ…スペアタイヤ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両や船舶などの運輸装置の運行に伴っ
   て発生する当該運輸装置の振動を、前記運輸装置に取り
   付けられた質量体の振動として吸収する運輸装置用ダイ
   ナミックダンパにおいて、 前記質量体の取り付けに際し、異なる種類の機械インピ
   ーダンスを呈する複数の連結部材を直列および／または
   並列に用いたことを特徴とする運輸装置用ダイナミック
   ダンパ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の運輸装置用ダイナミック
   ダンパであって、 前記質量体は、前記運輸装置の運行を補助するために当
   該運輸装置に取り付けられる補助装置である、運輸装置
   用ダイナミックダンパ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の運輸装置用ダイナミック
   ダンパであって、 前記複数の連結部材の少なくとも一つは、機械インピー
   ダンスを可変とするアクチュエータを備える、運輸装置
   用ダイナミックダンパ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の運輸装置用ダイナミック
   ダンパであって、 運輸装置の振動を検出する振動検出手段と、 該振動検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエー
   タの駆動を制御する駆動量制御手段と、を備える、運輸
   装置用ダイナミックダンパ。