(57)【要約】      （修正有）【課題】乗り心地を犠牲にすることなく、車両の操縦安定性を向上させるようエンジンを制振することのできるエンジン制振システムを提供する。【解決手段】このエンジン制振システムは、車両の挙動を表す物理量を検知する車両挙動センサ２０と、エンジン１上に固定され所定方向の加速度を検知する加速度センサ４ａ、４ｂと、エンジン１を支持するとともにこれを制振するＡＣＲ３と、加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号に基づいて、ＡＣＲ３の制振力をリアルタイムに制御する制御部１１とを具え、制御部１１は、車両挙動センサからの信号に応じて予め準備された複数個の中から選択された１個のフィードバックフィルタマトリックスＫ１と、車両の走行に伴って変動する加速度信号と、に基づいて、ＡＣＭ３ａ、３ｂの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する高速演算装置９を具えて構成される。【選択図】図３
2010260384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンの振動の、車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムにおいて、
車両の挙動を表す物理量を検知する車両挙動センサと、エンジン上に固定され所定方向の加速度を検知する加速度センサと、エンジンを支持するとともにこれを制振するアクティブコントロールロッド（以下「ＡＣＲ」という）と、前記加速度センサからの加速度信号に基づいて、前記ＡＣＭの制振力をリアルタイムに制御する制御部と、を具え、
前記制御部は、車両挙動センサからの信号に応じて予め準備された複数個の中から選択された１個のフィードバックフィルタマトリックスと、車両の走行に伴って変動する前記加速度信号とに基づいて、前記ＡＣＭの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する高速演算装置と、を具えて構成され、前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスのそれぞれは、前記加速度信号を入力して前記ＡＣＲへ制御信号を出力するよう設定されてなり、前記フィードバックフィルタマトリックスの選択は、車両挙動センサからの信号ごとに選択すべきフィードバックフィルタマトリックスを予め定めた選択基準に基づいてなされ、
前記ＡＣＲを、複数個の永久磁石を軸方向に並べて構成したシャフトと、その周囲に配置された電磁コイルとを配設しそれらの磁気的な相互作用により、それらのシャフトおよび電磁コイルが非接触状態で軸方向に相対変位できるよう構成するともに、シャフトおよび電磁コイルの一方をエンジンに、これらの他方を車体に、それぞれ、球面ジョイントを介して連結して構成してなるエンジン制振システム。
【請求項２】
前記車両挙動センサは、制動制御量もしくはそれに応じて直接的に変化する物理量を検出するセンサであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン制振システム。
【請求項３】
前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスは、互いにＡＣＲへのフィードバックゲインの大きさが異なる３個以上のもので構成され、フィードバックフィルタマトリックスが３個の場合、操作者が制動をかけていないときには、ゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスを、操作者がＡＢＳを作動させない程度の制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスを、そして、操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分な制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスをそれぞれ選択するよう構成されてなる請求項２に記載のエンジン制振システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたエンジンの振動の車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムに関し、特に、乗り心地を犠牲にすることなく、車両の操縦安定性を向上させるようエンジンを制振できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンにおける所定方向の振動の車体への伝搬を抑制するため、エンジンに加速度センサを固定し、エンジンを制振する複数個のアクティブコントロールマウント（以下「ＡＣＭ」という）でエンジンを支持し、前記加速度センサからの加速度信号を、予め設定されたフィードバックフィルタマトリックスに入力することによって得られた制御出力を用いて前記ＡＣＭの制振力を制御するエンジン制振システムが開示されており（例えば、特許文献１参照。）、このシステムによると、エンジンの固有振動数を含む所定の周波数帯域において効果的に制振効果を得ることができる。
【０００３】
上記従来技術を用いてエンジンを制振した場合、対象とする所定帯域以外では、僅かながら振動が悪化するが、他の帯域での悪化を無視できるほど対象とする帯域での制振効果は優れており、このことによって、操縦安定性を向上させることができる。しかしながら、上記提案に基づいて試行すると、対象とする周波数帯域における入力が大きいときには制振効果が明確に現れるが、入力が小さいときに、同じフィードバックフィルタマトリックスを用いて制御した場合には、対象とする所定帯域での制振効果よりも、他の周波数帯域での振動の悪化の影響が大きくなり、操縦安定性や乗り心地が悪化してしまうという問題があった。
【０００４】
一方、出願人は、特願２００８-０７１３５１にて、エンジンをアクティブに制振することのできる装置として、ＡＣＭに代えてアクティブコントロールロッド（以下「ＡＣＲ」という）を用いたエンジン制動システムを提案している。このＡＣＲは、複数個の永久磁石を軸方向に並べて構成したシャフトと、その周囲に配置された電磁コイルとを配設しそれらの磁気的な相互作用により、それらのシャフトおよび電磁コイルが非接触状態で軸方向に相対変位できるよう構成するともに、シャフトおよび電磁コイルの一方をエンジンに、これらの他方を車体に、それぞれ、球面ジョイントを介して連結して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２５１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題を、ＡＣＭの代わりにＡＣＲを用いたエンジン制振システムに適用して解決しようとするものであり、乗り心地を犠牲にすることなく、車両の操縦安定性を向上させるようエンジンを制振することのできるエンジン制振システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜１＞は、車両に搭載されたエンジンの振動の、車体への伝搬を抑制するエンジン制振システムにおいて、
車両の挙動を表す物理量を検知する車両挙動センサと、エンジン上に固定され所定方向の加速度を検知する加速度センサと、エンジンを支持するとともにこれを制振するアクティブコントロールロッド（以下「ＡＣＲ」という）と、前記加速度センサからの加速度信号に基づいて、前記ＡＣＭの制振力をリアルタイムに制御する制御部とを具え、
前記制御部は、車両挙動センサからの信号に応じて予め準備された複数個の中から選択された１個のフィードバックフィルタマトリックスと、車両の走行に伴って変動する前記加速度信号とに基づいて、前記ＡＣＭの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する高速演算装置とを具えて構成され、前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスのそれぞれは、前記加速度信号を入力して前記ＡＣＭへ制御信号を出力するよう設定されてなり、前記フィードバックフィルタマトリックスの選択は、車両挙動センサからの信号ごとに選択すべきフィードバックフィルタマトリックスを予め定めた選択基準に基づいてなされ、
前記ＡＣＲを、複数個の永久磁石を軸方向に並べて構成したシャフトと、その周囲に配置された電磁コイルとを配設しそれらの磁気的な相互作用により、それらのシャフトおよび電磁コイルが非接触状態で軸方向に相対変位できるよう構成するともに、シャフトおよび電磁コイルの一方をエンジンに、これらの他方を車体に、それぞれ、球面ジョイントを介して連結して構成してなるエンジン制振システムである。
である。
【０００８】
＜２＞は、＜１＞において、前記車両挙動センサは、制動制御量もしくはそれに応じて直接的に変化する物理量を検出するセンサであることを特徴とするエンジン制振システムである。
【０００９】
＜３＞は、＜２＞において、前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスは、互いにＡＣＲへのフィードバックゲインの大きさが異なる３個以上のもので構成され、フィードバックフィルタマトリックスが３個の場合、操作者が制動をかけていないときには、ゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスを、操作者がＡＢＳを作動させない程度の制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスを、そして、操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分な制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスをそれぞれ選択するよう構成されてなるエンジン制振システムである。
【発明の効果】
【００１０】
＜１＞によれば、ＡＣＲのそれぞれを、加速度センサからの入力信号に基づいて制御するのに用いられるのフィードバックフィルタマトリックスは、予め準備された複数個のフィードバックフィルタマトリックスの中から、車両挙動センサからの信号に応じて予め定められた選択基準に基づいて選択されるので、そのときの車両挙動に応じて最適なものを選択することができ、このことによって、車体の状態が変わってもその時々の状況に応じて、乗り心地と、車両の操縦安定性との両立を図ることができる。
【００１１】
＜２＞によれば、前記車両挙動センサは、制動制御量もしくはそれに応じて直接的に変化する物理量としたので、制動時の好適な制振特性を得ることができる。
【００１２】
＜３＞によれば、前記複数個のフィードバックフィルタマトリックスは、互いにＡＣＲへのフィードバックゲインの大きさが異なる３個以上のもので構成され、フィードバックフィルタマトリックスが３個の場合、操作者が制動をかけていないときには、ゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスを、操作者がＡＢＳを作動させない程度の制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスを、そして、操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分な制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスをそれぞれ選択するよう構成されているので、制動時の制振特性を一層好ましいものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの側面配置を示す模式図である。
【図２】ＡＣＲを示す模式図である。
【図３】本発明に係る実施形態のエンジン制振システムの構成を示すブロック線図である。
【図４】フィードバックマトリックスを設計する際に用いる系を示すブロック線図である。
【図５】ロール方向の振幅の周波数依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、この発明の実施形態のエンジン制振システムに係るエンジンの側面面配置を示す模式図であり、エンジン１は、車体２に対して、ＡＣＲ（アクティブコントロールロッド、シャフトモータともいう）３と、図示の場合３個のエンジンマウント５（アクティブコントロールなし）とによって支持され、ＡＣＲ３はエンジンを支持するともに、制振力を能動的にエンジン１に加えてその振動が車体に伝達されるのを抑制するよう機能する。
【００１５】
ここで、ＡＣＲ３は、図２に模式図で示すように、複数個の永久磁石２５を軸方向に並べて構成したシャフト２１と、その周囲に配置された電磁コイル２２とよりなり、電磁コイル２２に電流を流したときそれらに発生する磁気的な相互作用により、シャフト２１と電磁コイル２２とは、非接触状態を保ちながら軸方向に相対変位が可能なように構成されている。すなわち、シャフトは永久磁石をＮ極同士、Ｓ極同士をそれぞれ接合した構造になっており、接合部から強い磁力線が発生し、一方、このシャフト２１を取り囲む電磁コイル２２に電流が流れると磁界が発生し、フレミングの左手の法則によりシャフト２１と電磁コイル２２とを軸方向に相対変位させる推力が発生する。
【００１６】
このように構成されたＡＣＲ３は、相互の磁気作用により非接触状態を保つことができ、その状態で相対変位することができるので、応答性が極めて高く、また、その軸方向の変位に対して、推力を制御することにより、それらの相対変位における可動範囲内であればどの位置でもあっても、バネ特性を固くしたり柔らかくしたり自在に制御できるという特長を有している。
【００１７】
このような特長を有するＡＣＲ３を、例えば、図１に示すように、シャフト２１と電磁コイル２２との一方をエンジン１の側に固定し、他方を車体１２の側に固定し、電磁コイル２２に流す電流を制御することによって、エンジン１と車体１２との相対変位に対して、これらの間に設けられたバネとして介在させることができ、しかも、そのバネ常数をリアルタイムで制御することにより、所望の制振効果を得ることができる。
【００１８】
また、エンジン１には、その表面（図示の場合はエンジンの上面）上の複数箇所（図示の場合は２カ所）に、加速度センサ４ａ、４ｂが固定され、エンジン１のそれらの点における加速度をリアルタイムに検知するよう機能する。これらの加速度センサ４ａ、４ｂは、ドラブシャフト軸線ＳＴの周りの回転成分、すなわちエンジン１のロール回転方向の加速度を検知するよう設定されている。
【００１９】
図３は，この実施形態のエンジン制振システムの構成を示すブロック線図であり、エンジン制振システム１０は、車体２に対してエンジン１を支持するとともにこれを制振する１個以上のＡＣＲ３と、エンジン１表面上の相互に異なる位置に固定された加速度センサ４ａ、４ｂと、加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号に基づいて、ＡＣＲ３の制振力を制御する制御部１１とを具える。
【００２０】
制御部１１は、フィードバックフィルタマトリックスと、車両の走行に伴って変動する複数個の加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号α1、α2とに基づいて、ＡＣＲ３の制振力を制御する信号β1、β2をリアルタイムに算出する高速演算装置９を具える。制御部１１には、また、加速度信号α1、α2を得るために、加速度センサ４ａ、４ｂからの信号を増幅するアンプ７が設けられるとともに、高速演算装置９からの出力信号をβ1、β2を増幅してＡＣＲ３に入力するアンプ６が配設される。
【００２１】
ここで、エンジン制振システム１０は、車両の挙動を検知する車両挙動センサ２０を具えるとともに、信号β1、β2を算出するのに用いるフィードバックフィルタマトリックスとして、高速演算装置９に内蔵された複数のフィードバックフィルタマトリックスの中から車両挙動センサ２０からの信号ＳＷに応じて選択した１個のフィードバックフィルタマトリックスを用いるように構成されている。フィードバックフィルタマトリックスの個数は、当然ながら複数個であるが、これを３個以上とするのが好ましいが、図３および以下の説明においては、個数が３個の場合の例について説明するものとし、これらをフィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３とした。
【００２２】
そして、本発明は、複数のフィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３を予め準備し、それぞれのフィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３ごとに車両挙動の度合い（例えば、制動のレベル）を対応させた選択基準を予め定めておき、車両挙動センサ２０によって実際に検知され車両挙動の度合いに応じて、その選択基準に基づいてフィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３のうちから一つ選択するよう構成されている。
【００２３】
したがって、まず、フィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３を準備する必要がある。このフィードバックマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３は、式（１）におけるK(s)で表されるマトリックスであり、βは、出力信号β1、β2からなるベクトルであり、αは、（α1−α2）で算出される加速度信号である。
β＝Ｋ（ｓ）・α                                            （１）
【００２４】
このフィードバッＫ１、Ｋ２、Ｋ３（これらを代表して、以下「コントローラＫ」という）は、例えば、次のようにして設計することができる。すなわち、この設計を、入力端外乱を用いたＨ∞制御における混合感度問題として捉え、図４に示した系において、外乱w1、w2から制御量z1、z2までの伝達関数WsMのＨ∞ノルム、および、外乱w1、w2から制御量z3、z4までの伝達関数WtTのＨ∞ノルムを求め、これらの伝達関数WsM、WtTにおけるM、Tが、それぞれコントローラＫの関数であるので、これらの伝達関数WsM、WtTのＨ∞ノルムを小さくするように全体の系を設計することによってコントローラＫを求めることができる。
【００２５】
ここで、図４において、Ｐは、ＡＣＭから加速度センサまでの、実際の系の伝達関数を計測しモデリングしたもの、Ｋは、設計しようとするコントローラであり、w1、w2は外乱入力、w3は観測ノイズ、また、Ws、Wt、および、Wnは重み関数で、Ws、Wtを試行錯誤で修正しながら上記伝達関数を小さくするようにしてコントローラＫを設計するのである。（ただし、実際にシステムを制御する際には、これを状態方程式に変換し時間領域でリアルタイムに制御を行う。）
【００２６】
上記のように設計したコントローラＫを、例えばＫ１として、このＫ１におけるゲインを変えてＫ２、Ｋ３を作ればよい。そして、車両挙動を表す物理量の値に応じてフィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３のどれを選択すべきかの選択基準は、実際に実験して評価して決定することになる。
【００２７】
あるいは、車両挙動を表す物理量の範囲を先に分類しておき、それぞれに対応するコントローラのフィードバックゲインを設計するようにして選択基準を定めることもできる。
【００２８】
例えば、車両挙動を表す物理量として制動に関する物理量をとった場合には、（１）操作者が制動をかけていないときゲインの最も小さなフィードバックフィルタマトリックスＫ１を選択し、（２）操作者がＡＢＳを作動させない程度に小さい制動をかけたときには、ゲインが中位のフィードバックフィルタマトリックスＫ２を選択し、（３）操作者が、ＡＢＳを作動させるに十分に大きな制動をかけたときには、ゲインが最大のフィードバックフィルタマトリックスＫ３を選択するような選択基準を定め、具体的には、フィードバックフィルタマトリックスＫ１、Ｋ２、Ｋ３のゲインを詳細に設定する。この設定は、上記操作者の制動レベルごとに分類された上記３つの各範囲の全域で制動特性と操縦安定性とを両立させることができるよう各コントローラＫ１、Ｋ２、Ｋ３のゲインを、実験しながら決めることになる。
【００２９】
図５は、このような目的のために行った実験の一例であり、図１、図２に示したエンジン配置において、車両を搭載する台を加振機で加振し、加速度センサ４ａ、４ｂで検出した加速度信号からこれらの差をとってエンジンのロール回転方向の振幅成分だけを抽出してその周波数依存性をグラフ化したものである。
【００３０】
この実験では、操作者が制動をかけていないときのコントローラＫとして、ゲインの小さなフィードバックフィルタマトリックスＫ１を対応させ、これが満足できるレベルであるかをチェックしたものであり、比較のために、全くコントロールしない場合、中位のゲインを有するフィードバックフィルタマトリックスンＫ２を用いた場合、大きいゲインのフィードバックフィルタマトリックスＫ３を用いた場合についても、エンジンの加速度出力を測定した。
【００３１】
図５から明らかなように、操作者が制動をかけていないときのコントローラＫとして、ゲインの小さなコントローラＫ１を対応させることにより、広い周波数範囲で、特に高いレベルの振動を生じることはなく、一方、コントロールを全くしない場合には、共振点13Hz付近で大きな振動があり、また、フィードバックのゲインを上げすぎると、逆に、17Hz
付近で操縦安定性を悪化させる振動が生じてしまうことがわかる。
【００３２】
なお、試験に用いた車両は、2300ccのガソリンエンジンを搭載したものであり、加振条件として、前輪だけを加振台に載せ、この加振台を5〜20Hzまで連続的に周波数を増加させながら加振したあと、20〜5Hzまで周波数を連続的に減少させながら加振させた。この間、ギアをニュートラル位置にセットしサイドブレーキだけを効かせた状態とした。
【００３３】
ここで、車両の挙動を表す物理量の種類の例としては、車両の前後方向の物理量としては、加速度、速度、あるいは、それを制御するエンジンの出力、アクセルの踏み込み量、あるいは、ブレーキ油圧、ブレーキ踏み込み量等をあげることができ、また、車両の横方向の物理量としては、加速度、速度のほか、操舵の操作圧や、ハンドルの回転角度等を用いることができる。
【００３４】
また、フィードバックフィルタマトリックスの選択に用いる物理量として、上記物理量から選ばれた１種類とすることができるほか、複数種類の組み合わせを用いることができ、複数種類の物理量の組み合わせに応じてフィードバックフィルタマトリックスを選択する場合にも、それぞれの組み合わせごとにどのフィードバックフィルタマトリックスを選択するかを予め定めておく必要があり、例えば、ブレーキ踏み込み量Ai（i=1,2,3・・・,I）と、ハンドルの操舵角Aj（j=1,2,3・・・,J）とに応じて１個のフィードバックフィルタマトリックスを選択する場合には、これらのIxJ個の組み合わせのそれぞれに対して選択すべきフィードバックフィルタマトリックを、Ｋn（n=1,2,3・・・・）中から予め定めておくことになる。
【符号の説明】
【００３５】
１    エンジン
２    車体
３    ＡＣＲ
４ａ、４ｂ    加速度センサ
５    エンジンマウント
６、７    アンプ
９    高速演算装置
１０    エンジン制振システム
１１    制御部
２０    車両挙動センサ
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３    フィードバックフィルタマトリックス
ＳＴ    ドライブシャフト軸線
【図１】
2010260384.tif 000003
【図２】
2010260384.tif 000004
【図３】
2010260384.tif 000005
【図４】
2010260384.tif 000006
【図５】
2010260384.tif 000007