(57)【要約】【課題】制振対象物の振動を検出する振動検出部を備えた制振装置であって、制振制御の精度を向上させた制振装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、補助質量と、補助質量を往復動させる加振部と、制振対象物の振動を検出する振動検出部と、振動検出部の出力信号に基づいて前記加振部を駆動するための減衰指令を生成する制御部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2020070895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助質量と
前記補助質量を往復動させる加振部と、
制振対象物の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部の出力信号に基づいて前記加振部を駆動するための減衰指令を生成する制御部と、を備え、
前記出力信号の位相は、前記振動検出部の入力振動の位相に対して略９０度遅れている、制振装置。
【請求項２】
前記振動検出部の前記入力振動の位相に対する前記出力信号の位相の遅れは、前記制振対象物の共振周波数で振動する該制振対象物の振動を検出したときに略９０度となっている、請求項１に記載の制振装置。
【請求項３】
前記加振部は、電流制御される、請求項１又は２に記載の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振対象物の振動を抑制する制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、制振対象物の振動を検出し、この検出した振動に基づいてアクチュエータを駆動して補助質量を往復動させたときに発生する振動により、制振対象物の振動を抑制する制振装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
通常、制振装置においては、加速度センサで検出した加速度（振動加速度）を基に速度を算出し、算出した速度を積分器によりアクチュエータの駆動信号に変換し、速度フィードバック制御によりアクチュエータを駆動する構成が考えられるが、アクチュエータの駆動力（制御力）が制振対象物の速度（振動速度）に比例するため、上記の制振装置では、前記加速度に一時遅れ要素を掛けてアクチュエータを電圧駆動することによって積分器が不要となり、制振装置の簡素化が図られている。
【０００４】
具体的に、上記の制振装置では、制振対象物の加速度の検出値を電気的に変換した信号が加速度センサから出力され、その出力信号に一次遅れ要素を掛けて速度を算出し、その算出信号を減衰指令としてアクチュエータへ印加することで、別途に積分器を設けなくても、制振対象物の制振制御を可能とした。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】山内  亮佑、外３名、「パッシブとアクティブを活用した新しい振動遮断技術」、２０１７年春季大会学術講演会予稿集、公益社団法人自動車技術会、２０１７年５月２２日、ｐ．３５４−３５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の制振装置では、加速度センサの出力信号に対して一次遅れ要素による処理を行うことで、この処理後に算出される減衰指令の時間応答性が加速度センサの出力信号に対して悪化するため、制振制御の精度が低下する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、制振対象物の振動を検出する振動検出部を備えた制振装置であって、制振制御の精度を向上させた制振装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、加速度センサの出力信号には、制振対象物の振動に対して位相遅れが存在し、その度合いは、出力タイプにより異なることが分かった。よって、位相遅れの度合いに着目することにより、加速度センサの出力信号に一次遅れ要素の処理を行うことなく、制振対象物の振動を抑制できることを発見した。詳しくは、以下の通りである。
【０００９】
従来の制振装置は、加速度センサの出力信号に対して一次遅れ要素による処理を行い減衰指令としてアクチュエータに印加することで制御力を発生させている。即ち、一次遅れ要素による処理を行うことにより、減衰指令の位相は、加速度センサの出力信号に対して略９０度遅れるように調整されて、加速度センサの出力信号に基づく速度と同相となる。そして、調整された減衰指令でアクチュエータを駆動することで、制振対象物の振動を抑制している。
【００１０】
しかし、従来の制振装置では、減衰指令の生成に一次遅れ要素による処理を行うため、制御の時間応答性が悪くなり、制振制御の精度の低下に繋がる可能性がある。よって、加速度センサの出力信号に対して一次遅れ要素による処理を行うことなく減衰指令を生成する方法について研究を行った。その結果、加速度センサの出力信号が、加速度センサに加わった振動に対して位相遅れが存在することが分かった。また、デジタル式加速度センサには、一般的にＡ／Ｄコンバータ等が内蔵されているため、デジタル式加速度センサの出力信号の位相遅れの方が、アナログ式加速度センサよりも大きくなることが分かった。
【００１１】
よって、デジタル式加速度センサの出力信号の位相遅れを利用すれば、加速度センサの出力信号に一次遅れ要素による処理を行うことなく、制振対象物の振動を抑制することができる。
【００１２】
以上のような知見に基づき、前記発明者らは、デジタル式の加速度センサの特性に着目した以下の構成の制振装置を創作した。
【００１３】
本発明に係る制振装置は、
補助質量と
前記補助質量を往復動させる加振部と、
制振対象物の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部の出力信号に基づいて前記加振部を駆動するための減衰指令を生成する制御部と、を備え、
前記出力信号の位相は、前記振動検出部の入力振動の位相に対して略９０度遅れている。
【００１４】
かかる構成のように、制振対象物の振動を検出して該振動を抑制する際、振動検出部の出力信号の位相が、入力振動の位相に対して略９０度遅れる位相特性をもつ振動検出部を用いることで、制振制御の精度が向上する。
【００１５】
前記制振装置では、
前記振動検出部の前記入力振動の位相に対する前記出力信号の位相の遅れは、前記制振対象物の共振周波数で振動する該制振対象物の振動を検出したときに略９０度となっていてもよい。
【００１６】
このような位相遅れをもつ振動検出部を用いて制振対象物の共振を抑制することで、制振対象物の共振周波数のピークを含む共振領域における振動を低減できる。
【００１７】
前記制振装置では、
前記加振部は、電流制御されてもよい。
【００１８】
かかる構成によれば、加振部を電圧制御する場合に比べ、精度の良い（制振性が高くなる）制御が可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
以上より、本発明によれば、制振対象物の振動を検出する振動検出部を備えた制振装置であって、制振制御の精度を向上させた制振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施形態に係る制振装置の配置状態を示す模式図である。
【図２】図２は、前記制振装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、出力タイプ毎の加速度センサの出力信号の位相特性図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る制振装置のブロック図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る制振装置で制振制御したときの解析図である。
【図６】図６は、変形例の制振装置で制振制御したときの解析図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照しつつ説明する。
【００２２】
本実施形態に係る制振装置は、図１に示すように、自動車Ｃａに適用される制振システムに用いられる。具体的に、制振装置１は、制振対象物Ｔ（トルクロッドＴ）に搭載され、該トルクロッドＴの振動を抑える。トルクロッドＴは、振動発生源Ｅ（エンジンＥ）と車体Ｃｈとの間に配置される。
【００２３】
具体的に、制振装置１は、図２に示すように、所定の質量を有する補助質量２と、補助質量２を往復動させる加振部３と、トルクロッドＴの加速度を検出する振動検出部４と、加振部３を制御する制御部５と、を備える。この制振装置１は、エンジンＥの信号（例えば、点火パルス信号等）と振動検出部４の検出信号とを基に、加振部３によりエンジンＥの振動を相殺するように補助質量２を往復動させて、トルクロッドＴの共振を抑制して振動を低減している。
【００２４】
一般的な車両用エンジンでは、エンジンの曲げ振動や捩り振動などの１次振動の共振周波数が２８０Ｈｚ〜３５０Ｈｚ程度になる。よって、エンジンの共振周波数及びトルクロッド共振周波数は、エンジンの曲げ振動や捩り振動などの共振周波数よりも小さくなるように調整される。本実施形態では、トルクロッドＴの共振周波数が２００Ｈｚ前後になるように調整された制振システムにおいて、トルクロッドＴの共振を抑制して振動を低減する場合を想定している。
【００２５】
加振部３（以降、アクチュエータ３）は、リニアアクチュエータ（レシプロモータ）であり、補助質量２に接続されるシャフト３１と、シャフト３１に接続される可動子３２と、永久磁石を備える固定子３３と、を有する。このアクチュエータ３では、固定子３３のコイル（図示せず）に交流電流（正弦波電流、矩形波電流等）が流されることで、可動子３２にシャフト３１の軸方向の一方側への力と他方側への力とが交互に作用し、シャフト３１が軸方向に往復動する。
【００２６】
振動検出部４（以降、加速度センサ４）は、デジタル式加速度センサであり、トルクロッドＴに設置されている。加速度センサ４は、トルクロッドＴから加わった振動（以降、入力振動）に基づいて、圧電素子等のセンサの検出素子４ａによりトルクロッドＴの加速度を検出して、その検出値（以降、センサ入力信号）を電気的に変換し、この変換された信号（センサ出力信号）を制御部５に出力する。
【００２７】
図３は、アナログ式加速度センサとデジタル式加速度センサとのセンサ出力信号の位相特性の一例を示す。本実施形態の加速度センサ４では、センサ入力信号の周波数がトルクロッドＴの共振周波数のピークである２００Ｈｚ前後のときに、センサ出力信号の位相がセンサ入力信号の位相に対して略９０ｄｅｇ（度）遅れている。センサ出力信号は、位相が９０ｄｅｇ遅れると、入力振動の位相と同相になる。また、加速度は、位相が９０ｄｅｇ遅れると、速度の位相と同相になる。即ち、本実施形態のような位相特性を持つ加速度センサ４を用いてトルクロッドＴの加速度を検出した場合、センサ出力信号の位相がトルクロッドＴの実速度（トルクロッドＴの実際の振動速度）と同じ位相になるため、センサ出力信号をトルクロッドＴの実速度として扱うことができる。
【００２８】
制御部５は、加速度センサ４のセンサ出力信号から、トルクロッドＴの振動を特定周波数において相殺するための減衰指令を生成する減衰指令生成部５１と、減衰指令に基づきアクチュエータ３の電流制御を行う電流制御部５２と、を有する。また、本実施形態では、加速度センサ４のセンサ出力信号をトルクロッドＴの実速度として扱うことができるため、制御部５の速度制御は、オープンループ制御を適用している。
【００２９】
減衰指令生成部５１は、図４に示すように、加速度センサ４のセンサ出力信号の直流成分を除去するためにハイパスフィルタ（ＨＰＦ）をかけ、その値に対し、マイナスの減衰ゲインＧを乗算することで、減衰指令を生成する。よって、減衰指令生成部５１は、トルクロッドＴの実速度に比例した減衰指令を生成できるため、センサ出力信号の位相調整を行う必要がない。
【００３０】
電流制御部５２は、減衰指令生成部５１において生成された減衰指令に基づき、アクチュエータ３を電流制御して、補助質量２を往復駆動するための駆動電流に相当する信号を出力する。本実施形態の電流制御部５２は、いわゆるＰＩ制御を行っている。
【００３１】
図５は、従来技術及び本実施形態によって、トルクロッドＴの共振を抑制して振動を低減した場合の解析結果の一例を示す。
【００３２】
従来技術の場合、センサ出力信号に対して一次遅れ要素による処理を行うため、入力振動の周波数がトルクロッドＴの共振周波数のピークである２００Ｈｚ前後のときに、センサ出力信号の位相が入力振動の位相に対して略９０ｄｅｇ遅れる。しかし、トルクロッドＴの共振周波数のピークを含む共振領域において位相遅れが存在するため、時間応答性が悪化し、制振制御の精度が低下する可能性がある。一方、本実施形態の場合、センサ出力信号に対して一次遅れ要素による処理を行わずに、入力振動の周波数がトルクロッドＴの共振周波数のピークである２００Ｈｚ前後のときに、センサ出力信号の位相が入力振動の位相に対して略９０ｄｅｇ遅れている。また、トルクロッドＴの共振領域における位相遅れがほとんど無いため、制振制御の精度が向上する。
【００３３】
以上の制振装置１によれば、トルクロッドＴの加速度を検出して振動を抑制する際、入力振動の位相に対してセンサ出力信号の位相が略９０ｄｅｇ遅れる位相特性をもつ加速度センサ４を用いることで、センサ出力値に対して一次遅れ要素による処理を行わずに減衰指令を生成できるため、センサ出力値に対して、時間応答性が悪化することが防がれ、その結果、制振制御の精度が向上する。
【００３４】
また、本実施形態の制振装置１では、入力振動の周波数がトルクロッドＴの共振周波数のピークである２００Ｈｚ前後のときにセンサ出力信号の位相が入力振動の位相に対して略９０ｄｅｇ遅れる位相特性をもつ加速度センサ４を用いてトルクロッドＴの共振を抑制することで、トルクロッドＴの共振周波数のピークを含む共振領域における振動を低減できる。
【００３５】
また、本実施形態の制振装置１では、加速度センサ４の位相遅れを利用することで、センサ出力信号をトルクロッドＴの実速度として扱うことができるため、アクチュエータ３を電流制御できる。よって、アクチュエータ３を電圧制御する際に必要な位相進みフィルタ等によるセンサ出力値の位相に対する位相調整が不要であり、減衰指令を生成する際の微分要素が減り、減衰指令が滑らかになる。その結果、制振装置１における過渡的な電圧指令変化が抑制され、制振時の騒音が少なくなる。また、制振装置１において過渡電流が流れる頻度も減少する。
【００３６】
また、アクチュエータ３を電圧制御する場合には、加速度センサ４のセンサ出力信号に対して大きなゲインを乗算して減衰指令を生成する必要があった。しかし、本実施形態の制振装置１では、アクチュエータ３を電流制御とすることで、加速度センサ４の出力値に対して大きなゲインを乗算しなくても減衰指令を生成できるので、減衰指令のＳ／Ｎ比が向上する。その結果、本実施形態の制振装置１では、振動抑制の精度がより向上する。
【００３７】
また、アクチュエータ３を電圧制御する場合には、可動子３２がアクチュエータ３内で衝突したときの振動が電圧指令になることによって前記振動が収束しない事象が発生する可能性があった。しかし、本実施形態の制振装置１のようなアクチュエータ３を電流制御する場合には、ＰＩ制御により、可動子３２の衝突の発生、及び衝突の持続が起きにくくなる。
【００３８】
また、本実施形態の制振装置１では、アクチュエータ３を電流制御しているため、アクチュエータ３を電圧制御する場合に比べ、精度の良い（制振性が高くなる）制御が可能になる。また、電流制御であることで、熱等の環境の影響を受け難くなる。
【００３９】
尚、本発明の制振装置は、上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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
【００４０】
制振装置１の制振対象物は、限定されない。上記実施形態の制振装置１の制振対象物は、トルクロッドＴであるが、エンジンマウントなど他の制振部材等であってもよい。
【００４１】
上記実施形態の制振装置１は、トルクロッドの共振を抑えているが、この構成に限定されない。制振装置１の制振対象は、エンジンＥ等から入力される振動によってトルクロッドＴで生じる共振ではなく、トルクロッドＴに入力されるエンジンＥ等からの振動自体でもよい（制振対象としてもよい）。
【００４２】
上記実施形態の制振装置１では、アクチュエータ３を電流制御しているが、速度制御や位置制御等であってもよい。
【００４３】
上記実施形態の減衰指令生成部５１は、加速度センサ４のセンサ出力信号にハイパスフィルタをかけて減衰指令を生成しているが、逆ハイパスフィルタ等により、トルクロッドＴの共振領域の低周波領域の位相を進めることで、センサ出力信号の位相を９０ｄｅｇに調整してもよい。この場合、図６の変形例のように、上記実施形態と同様に、入力振動の周波数がトルクロッドＴの共振周波数のピークである２００Ｈｚ前後のときに、センサ出力信号の位相が入力振動の位相に対して略９０ｄｅｇ遅れるため、制振制御の精度が向上する。
【００４４】
上記実施形態の制振装置１では、デジタル式加速度センサを用いているが、センサ出力信号の位相と入力振動の位相とが上記実施形態と同等の位相特性を持つ加速度センサであれば、単体のアナログ式加速度センサやアナログ式加速度センサとＡ／Ｄコンバータとを組合せたものであってもよい。
【００４５】
上記実施形態の制振装置１では、アクチュエータ３として、リニアアクチュエータ（レシプロモータ）を適用したが、制振制御に適したアクチュエータであれば、電磁式アクチュエータやボイスコイルモータ等であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…制振装置、２…補助質量、３…加振部（アクチュエータ）、３１…シャフト、３２…可動子、３３…電機子、４…振動検出部（加速度センサ）、４ａ…検出素子、５…制御部、５１…減衰指令生成部、５２…電流制御部、Ｃａ…自動車、Ｃｈ…車体、Ｅ…エンジン、Ｇ…減衰ゲイン、Ｔ…トルクロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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