(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと車体との間を連結するロッドと、
前記ロッドに支持された慣性マスと、
前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータと、
前記ロッドの振動躍度、振動加速度、振動速度、振動変位のいずれか一つを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された検出値に基づき、前記アクチュエータの振動躍度、振動加速度、振動速度、振動変位のいずれか一つを推定する推定手段と、
補償器を有し、前記検出値と前記推定手段により推定された推定値に基づき、前記アクチュエータの駆動を制御する制御信号を演算し、当該制御信号により前記アクチュエータを駆動させる制御手段とを備え、
前記補償器は、高ゲインＤＶＦＢ制御において低周波数帯域での制御発振を抑制できるように、第１調整パラメータ及び第２調整パラメータを設定しつつ、下記式（３）の右辺において第１項が大きくなるように、かつ、下記式（３）の右辺において第２項が小さくなるように、前記第１調整パラメータと前記第２調整パラメータを設定する振動低減装置。
【数１】
0006551011.tif 000021
ｘ１は前記ロッドの変位を示し、ｍ１は前記ロッドとの質量を示し、ｋ１は前記ロッドの剛性を示し、ｃ１は前記ロッドの減衰係数を示し、Ｋｆｂはフィードバックゲインを示し、ｘ０は前記アクチュエータの変位を示し、ｗは外乱入力を示す。
また、εｃ及びεｋは、下記式（４）、式（５）を満たすパラメータである。
【数２】
0006551011.tif 000022
【数３】
0006551011.tif 000023
ｍ０は前記アクチュエータの質量を示し、ε１は前記第１調整パラメータを示し、ε２は前記第２調整パラメータを示す。
【請求項２】
前記第１調整パラメータ及び前記第２調整パラメータは、前記アクチュエータの変位量と前記ロッドの変位量の比で表される伝達特性において、２つの極の実部を負にするためのパラメータである
請求項１記載の振動低減装置。
ただし、前記伝達特性は、下記式（６）を満たす伝達特性である。
【数４】
0006551011.tif 000024
Ｘ０は前記アクチュエータの変位量を示し、Ｘ１は前記ロッドとの変位量を示し、ｓはラプラス変換子を示し、Ｋｆｂは前記フィードバックゲインを示し、ｍ０は前記アクチュエータの質量を示し、ε１は前記第１調整パラメータを示し、ε２は前記第２調整パラメータを示す。
【請求項３】
前記補償器は
前記検出値に対して前記フィードバックゲインＫｆｂをかけつつ、少なくとも前記第１調整パラメータと前記第２調整パラメータを含んだパラメータを設定する
請求項１に記載の振動低減装置。
ただし、
前記フィードバックゲインＫｆｂは、下記式（１）を満たすゲインであり、
前記第１調整パラメータ及び前記第２調整パラメータは、それぞれ下記式（２）に含まれるε１及びε２である。
【数５】
0006551011.tif 000025
ｃ０は前記アクチュエータの減衰係数を示し、Ω０は前記アクチュエータの固有角振動数を示し、ｍ０は、前記アクチュエータの質量を示し、Ω１は前記ロッドの固有角振動数を示し、ｍ１は、前記ロッドの質量を示す。
【数６】
0006551011.tif 000026
Ｘ０は前記アクチュエータの変位量を示し、Ｘ１は前記ロッドとの変位量を示し、ｓはラプラス変換子を示し、ε１は前記第１調整パラメータを示し、ε２は前記第２調整パラメータを示す。
【請求項４】
前記第１調整パラメータ及び前記第２調整パラメータのうち、一方のパラメータは０であり、他方のパラメータは０より大きい値である
請求項３記載の振動低減装置。
【請求項５】
前記第１調整パラメータ及び前記第２調整パラメータが０より大きい値である
請求項３記載の振動低減装置。
【請求項６】
前記推定手段は、前記検出値に対してカルマンフィルタを用いた演算を行うことで、前記推定値を推定する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動低減装置。
【請求項７】
前記アクチュエータの可動方向の固有振動数が前記ロッドの固有振動数以下である
請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動低減装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記制御信号を増幅させるデジタルアンプを有する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の振動低減装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記制御信号を増幅させるアナログアンプを有する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の振動低減装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、制御周波数と異なる周波数の信号をカットするフィルタを有する
請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに取り付けられる第１ブッシュと、車体側に取り付けられる第２ブッシュと、これら一対のブッシュを連結するロッドと、このロッドに支持部材を介して支持される慣性マスと、この慣性マスをロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータと、エンジンからロッドに伝達される信号の加速度に基づいてロッドの軸方向変位の速度に比例した力をアクチュエータに発生させる制御手段とを備えた振動低減装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の振動低減装置は、速度フィードバックにより制振効果を得ているが、ゲインを大きくした場合には、制御が発散し制振効果を得ることができない、という問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、フィーバック制御のゲインを大きくした場合に、制振の発散を抑制し、所望の制振効果を発揮できる振動低減装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ロッドの振動躍度、振動加速度、振動速度、振動変位のいずれか一つを検出し、検出値に基づきアクチュエータの振動躍度、振動加速度、振動速度、振動変位のいずれか一つを推定し、補償器を有した制御手段により、検出値と推定値に基づき、アクチュエータの駆動を制御する制御信号を演算し、制御信号によりアクチュエータを駆動させることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フィードバックゲインを大きくした場合に、補償器により制御の安定性を向上させるようなパラメータを設定できるので、制御の発散を抑制しつつ、所望の制振効果を発揮できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る振動低減装置の側面図である。
【図２】図２は、図１の振動低減装置のＸＺ平面で切ったときの断面図である。
【図３】図３は、アクチュエータの分解斜視図である
【図４】図４は、トルクロッド及びアクチュエータのモデルのシステムプラントを示す概要図である。
【図５】図５は、トルクロッドの振動特性を示すグラフである。
【図６】図６は、トルクロッドの振動特性を示すグラフである。
【図７】図７は本実施形態に係る振動低減装置のブロック図である。
【図８】図８は、コントローラの制御フローを示すフローチャートである。
【図９】図９は、イナータンス特性を示すグラフであって、（ａ）は比較例の特性を示し、（ｂ）は、本実施形態に係る振動低減装置の特性を示す。
【図１０】図１０は、位相特性を示すグラフであって、（ａ）は比較例の特性を示し、（ｂ）は、本実施形態に係る振動低減装置の特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る振動低減装置の側面図である。図２は、図１の振動低減装置のＸＺ平面で切ったときの断面図である。
【００１１】
本発明の実施形態に係る振動低減装置は、ロッドの振動を抑制するための装置である。振動低減装置は、図１、図２に示すように、アクチュエータ１００、トルクロッド２００、センサ４００、弾性体５０１、５０２を備えている。アクチュエータ１００は、後述する慣性マスをトルクロッド２００に対して相対的に移動させることで、トルクロッド２００の振動を抑制する。
【００１２】
ロッド２００は、エンジンと車体との間を連結するロッドである。ロッド２００の両端部分には、それぞれ挿入孔が設けられており、中央部分にはアクチュエータ１００を格納するための格納室が設けられている。それぞれの挿入孔の内壁に沿うように弾性体５０１、５０２が設けられている。そして、ボルト等の締結部材が一方の挿入孔に挿入されて、ロッド２００は弾性体５０１を介して車体に取り付けられる。同様に、ボルト等の締結部材が他方の挿入孔に挿入されて、ロッド２００は弾性体５０２を介してエンジンに取り付けられる。
【００１３】
アクチュエータ１００は、後述する慣性マスを、ロッドの軸方向（図１のＸ方向に相当）に往復動させる装置である。アクチュエータ１００は、ロッド２００のアクチュエータ収納室に収納される。なお、アクチュエータ１００の詳細な構造は後述する。
【００１４】
センサ４００は、トルクロッド２００の振動を検出するセンサである。センサ４００は、トルクロッド２００の表面に固定されている。センサ４００は、トルクロッド２００の振動として、トルクロッド２００の振動加速度、振動速度、又は振動変位を検出する。なお、センサ４００の設置位置は、トルクロッド２００の振動を検出可能な位置であれば、図１に示す位置に限らず、他の位置でもよい。センサ４００の検出値は、アクチュエータの駆動を制御するコントローラに出力される。
【００１５】
次に、図３を用いて、アクチュエータ１００の構造を説明する。図３は、アクチュエータ１００の分解斜視図である。アクチュエータ１００は、可動子を外側に固定子を内側に設けたアウタ可動型の制振装置である。なお、以下に示す実施例では、アウタ可動型のアクチュエータを例に説明するが、アクチュエータ１００は、インナ可動型でもよい。また図３に示すアクチュエータ１００は一例にすぎず、アクチュエータ１００は他の構造であってもよい。
【００１６】
図３に示すように、アクチュエータ１００は、インナ部材２と、アウタ部材（慣性マス）３と、板バネ４、５と、フランジ６、７と、ボルト８と、シャフト９１と、ナット９２とを備える。インナ部材２は、アウタ部材３の内側に配置され、シャフト９１を介して固定され、固定子となる。一方、アウタ部材３は、トルクロッド２００内で、インナ部材２に対して前後方向（スラスト方向）に相対的に往復動するように、板バネ４、５を介してインナ部材２に支持されており、可動子となる。また、アウタ部材３が慣性マスに相当する。本例のアクチュエータ１００において、シャフト９１の軸方向が慣性マスの移動方向となる。
【００１７】
まず、インナ部材２の構成を説明する。インナ部材２の内部には、インナコアとなる複数の板状の積層鋼板２１が積層されており、当該積層鋼板２１の中心部には、シャフト９１を挿入するための挿入孔が設けられている。積層鋼板２１はシャフト９１に対して対称な形状をしており、ボビン２２に覆われている。ボビン２２は積層鋼板２１を覆うように、二分割されたユニットにより形成されており、ボビン２２はシャフト９１の軸受けとなる軸受け部２２１と、コイル２３、２４が巻き付けられる巻回部２２２と、磁石２７、２８を支持する磁石支持部２２３を有する。軸受け部２２１が、ボビン２２の中心に形成されており、軸受け部２２１の上部及び下部にそれぞれ巻回部２２２が形成され、さらに巻回部２２２の上部及び下部にそれぞれ磁石支持部２２３が形成されている。軸受け部２２１には、シャフト９１が挿入される挿入孔が設けられている。
【００１８】
またボビン２２の上部の巻回部２２２には、コイル２３が巻き付けられている。コイル２３は、通電により磁界を発生させて、アウタ部材３を往復動させるためのコイルである。
【００１９】
ボビン２２の下部の巻回部２２２には、コイル２４が巻き付けられている。コイル２３はコイル２４と配線で接続されている。
【００２０】
ボビン２２の上部の磁石支持部２２３の上端面２２３ａには、磁石２７の形状に沿った凹部が形成されており、磁石２７が当該凹部に嵌合することで、磁石支持部２２３に設けられる。また、同様に、ボビン２２の下部の磁石支持部２２３の下端面２２３ｂには、磁石２８の形状に沿った凹部が形成されており、磁石２８が当該凹部と嵌合することで、磁石支持部２２３に設けられる。
【００２１】
磁石２７は、１組の磁石２７１及び磁石２７２を有し、磁石２７１及び磁石２７２は、シャフト９１の軸方向と同方向に並列な状態で、磁石支持部２２３の上端面２２３ａの中央部分に支持されている。永久磁石２７１及び磁石２７２は、隣合う磁極が異なるように並べられている。同様に、磁石２８は、１組の永久磁石２８１及び磁石２８２を有し、磁石２８１及び磁石２８２は、シャフト９１の軸方向と同方向に並列な状態で、磁石支持部２２３の下端面２２３ｂの中央部分に支持されている。永久磁石２８１及び磁石２８２は、隣合う磁極が異なるように並べられている。
【００２２】
次に、アウタ部材３の構成を説明する。アウタ部材３は、積層鋼板支持部材３１と、上蓋部３２と、下蓋部３３と、積層鋼板３４と、積層鋼板３５とを備える。アクチュエータ１００はアウタ可動型であって、アウタ部材３の可動マスを大きくとることで、アクチュエータ１００の推進力を向上させている。
【００２３】
積層鋼板支持部材３１は、軽金属または非金属材料で一体形成されており、アウタ部材３の本体部となる。積層鋼板支持部材３１は、インナ部材２の上方と下方にそれぞれ設けられている。上方の積層鋼板支持部材３１はインナ部材２の磁石２７と隙間を空けた状態で設けられている。また、下方の積層鋼板支持部材３１はインナ部材２の磁石２８と隙間を空けた状態で設けられている。
【００２４】
積層鋼板支持部材３１の中央部分には、積層鋼板３４、３５を支持するための孔が形成される。そして、積層鋼板３４、３５が当該孔に圧入されて、積層鋼板３４、３５が積層鋼板支持部材３１に支持されている。積層鋼板３４は磁石２７と対向する位置に配置され、積層鋼板３５は磁石２８と対向する位置に配置されている。なお、積層鋼板３４、３５は、接着材等で積層鋼板支持部材３１に接着されてもよい。
【００２５】
積層鋼板支持部材３１の角部には、ボルト８を挿入するための挿入孔（図示しない）が、シャフト９１の軸方向と平行に形成されている。
【００２６】
積層鋼板３４、３５は、複数の板状の鋼板が、積層されることで構成されている。また積層鋼板３４の積層面に対して垂直方向とシャフト９１の軸方向とが平行になり、積層鋼板３５の積層面に対して垂直方向とシャフト９１の軸方向とが平行になる。
【００２７】
上蓋部３２は、積層鋼板支持部材３１の上面を覆うように形成されている。上蓋部３２の角部には、ボルト８を挿入するための挿入孔３２３が、シャフト９１の軸方向と平行に形成されている。
【００２８】
下蓋部３３は、積層鋼板支持部材３１の下面を覆うように形成されている。下蓋部３３の角部には、ボルト８を挿入するための挿入孔３３３が、シャフト９１の軸方向と平行に形成されている。
【００２９】
次に、インナ部材２及びアウタ部材３以外の構成を説明する。板バネ４、５は、インナ部材２の磁石２７、２８とアウタ部材３との間に、アウタ部材３の移動軸方向と垂直方向に所定間隔をもち、それぞれ同一の軸心となるように配置され、インナ部材２とアウタ部材３とを連結する。板バネ４及び板バネ５の四隅にはボルト８を挿入する挿入孔４１、５１が設けられ、板バネ４及び板バネ５の中央部には、シャフト９１を挿入する挿入孔４２、５２が設けられている。
【００３０】
フランジ６、７は、板状に形成されており、アウタ部材３の移動軸方向に両端から、板バネ４、５及びアウタ部材３を狭持する。フランジ６の四隅にはボルト８を挿入する挿入孔６１が設けられている。フランジ７の四隅には、ボルト８と締結するウェルドナットなどの係合部７１が設けられている。２本のボルト８が、挿入孔３２３、４１、５１、６１に挿入され、係合部７１に締結されている。また、２本のボルト８が、挿入孔３３３、４１、５１、６１に挿入され、係合部７１に締結されている。これにより、板バネ４、５は、上蓋部３２及び下蓋部３３を介して、積層鋼板支持部材３１の移動軸方向の両端にそれぞれ固定される。
【００３１】
シャフト９１の先端部分には、ナット９２と締結するようにネジ部が形成されており、シャフト９１は、板バネ４の挿入孔４２と、インナ部材２の挿入孔と、板バネ５の挿入孔５２に挿入され、ナット９２に締結される。これにより、インナ部材２及び板バネ４、５はシャフト９１及びナット９２により締結される。また、アウタ部材３は板バネ４、５を介してシャフト９１に支持される。そして、アクチュエータ１００をトルクロッド２００に取り付けて、ボルト等でアクチュエータ１００のシャフト９１がトルクロッド２００に固定される。これにより、アウタ部材３が、板バネ４、５及びシャフト９１を介して、トルクロッド２００に支持される。
【００３２】
次に、疑似直接速度フィードバック（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ＦｅｅｄＢａｃｋ：ＤＶＦＢ）について説明する。本実施形態に係る電源装置では、フィードバックゲインを容易に変更できるようにするために、ＤＶＦＢ制御を採用している。
【００３３】
制振対象となるトルクロッド２００を、ばね−質量系モデルとした上で、アクチュエータ１００を取り付けた２自由度系モデルを用いて説明する。図４は、モデルのシステムプラントを示す。
【００３４】
図４において、ｍ０、ｋ０、ｃ０は、それぞれアクチュエータ１００の質量、剛性、及び減衰係数を示す。ｕは電磁気アクチュエータの制御力を示す。ｍ１、ｋ１、ｃ１は、それぞれトルクロッド２００の質量、剛性、及び減衰係数であり、ｗは外乱入力である。ｘ０は、アクチュエータ１００の質量の変位を示し、ｘ１はトルクロッドの変位を示す。
【００３５】
図４に示すモデルより運動方程式は、下記式（１）及び（２）で表される。
【００３６】
【数１】
0006551011.tif 000002
【数２】
0006551011.tif 000003
【００３７】
ここで、式（２）について、下記式（３）のようにおきかえることができれば、理想的なＤＶＦＢが成立する。
【００３８】
【数３】
0006551011.tif 000004
【００３９】
そして、式（２）及び式（３）より、下記式（４）が導出される。
【００４０】
【数４】
0006551011.tif 000005
【００４１】
式（４）を式（１）に代入すると、下記式（５）になる。
【００４２】
【数５】
0006551011.tif 000006
【００４３】
そして、式（５）をラプラス変換して変形すると、下記式（６）になる。
【００４４】
【数６】
0006551011.tif 000007
【００４５】
式（６）に示されるように、アクチュエータの変位量（Ｘ０）とトルクロッドの変位量（Ｘ１）との比で表される伝達特性において、２つの極が原点にあることにより、見かけ上は、振動低減装置においてＤＶＦＢ制御がかかっているように見える。しかしながら、実際の制御系では不安定になる可能性がある。
【００４６】
ここで、制振対象構造物であるトルクロッド２００の軽量化と、振動特性との関係について、図５を用いて説明する。トルクロッド２００の振動特性を示すグラフである。図５において、横軸は周波数を表し、縦軸はイナータンスを表す。グラフａ１は、ベースとなるトルクロッド２００を備えた場合の特性を示す。グラフａ２は、ベースのトルクロッド２００を備えつつ、ＤＶＦＢ制御を行った場合の特性を示す。グラフｂ１は、軽量化トルクロッド２００を備えた場合の特性を示す。グラフｂ２は、軽量化トルクロッド２００を備えつつ、ＤＶＦＢ制御を行った場合の特性を示す。グラフｃは、軽量化トルクロッド２００を備えつつ、高ゲインのＤＶＦＢ制御を行った場合の特性を示す。
【００４７】
グラフａ１に示すように、ベースのトルクロッド２００の固有値（固有振動数）はｆａとなり、イナータンスが、固有値（ｆａ）でピーク値をとることが分かる。そして、ベースのトルクロッド２００を備えた振動低減装置において、ＤＶＦＢ制御の下、アクチュエータ１００を駆動させると、グラフａ２に示すように、固有値（ｆａ）付近のイナータンスのピークは抑制される。
【００４８】
次に、ベースのトルクロッド２００を軽量化させると、軽量化されたトルクロッドの特性は、グラフｂ１のような特性になる。すなわち、トルクロッドの固有値がｆａからｆｂ（＞ｆａ）に高くなる。そして、軽量化されたトルクロッド２００を備えた振動低減装置において、ＤＶＦＢ制御の下、アクチュエータ１００を駆動させると、グラフｂ２に示すように、固有値（ｆｂ）付近のイナータンスのピークは抑制される。しかしながら、グラフａ２とグラフｂ２とを比較した場合に、マス領域では、イナータンスのレベルが、軽量化により増加していることが分かる（図５の斜線部分に相当）。マス領域によるイナータンスのレベルの上昇を抑えるためには、ＤＶＦＢ制御におけるゲインを高めればよい。グラフｃに示すように、軽量化されたトルクロッド２００を備えた振動低減装置において、高ゲインのＤＶＦＢ制御を行うことで、マス領域によるイナータンスのレベルは、ベースのトルクロッド２００を備えた場合のイナータンスレベルと同程度まで抑制できる。
【００４９】
次に、高ゲインでＤＶＦＢ制御を行った際の安定性について、図６を用いて説明する。図６は、トルクロッド２００の振動特性を示すグラフである。図６において、横軸は周波数を表し、縦軸はイナータンスを表す。グラフｄＯＦＦは、ＤＶＦＢ制御を行わなかった場合の特性を示し、グラフｄＯＮは、ＤＶＦＢ制御を行った場合の特性を示す。
【００５０】
グラフｄＯＦＦに示すように、ＤＶＦＢ制御を行わずにアクチュエータを駆動させた場合には、低周波数の領域で、制御が発散することがない。一方、グラフｄＯＮに示すように、高ゲインのＤＶＦＢ制御でアクチュエータを駆動させた場合には、低周波数の領域で、制御が発散する。
【００５１】
図４に示したシステムプラントにおいて、安定判別式は下記式（７）で表される。
【数７】
0006551011.tif 000008
ただし、Ω０はアクチュエータ１００の固有角振動数を示し、ｍ０は、アクチュエータ１００の質量を示し、Ω１はトルクロッド２００の固有角振動数を示し、ｍ１は、トルクロッド２００の質量を示す。
【００５２】
例えば、アクチュエータ１００の質量（ｍ０）、剛性（ｋ０）、及び減衰比（ζ０）をそれぞれ０．３５（ｋｇ）、７７００（Ｎ／ｍ）、及び５．０（％）とし、トルクロッド２００の質量（ｍ１）、剛性（ｋ１）、及び減衰比（ζ１）をそれぞれ２．１（ｋｇ）、５５００（Ｎ／ｍ）、及び３．０（％）とし、ＤＶＦＢ制御におけるフィードバックゲイン（Ｋｆｂ）を２５００とする。
【００５３】
この場合に、式（７）で示される安定判別式の左辺の結果は−０．００１となり、０より小さくなるため、不安定になる。すなわち、ゲイン（Ｋｆｂ）が高い場合には、μが大きくなるため、式（７）の左辺の値が負となり、制御が発散する。このように、実際のＤＶＦＢ制御では、ゲイン（Ｋｆｂ）が高くなると、制御が不安定になってしまう。そこで、本実施形態では、以下に説明するように、補償器を用いて調整パラメータを設定することで、ゲイン（Ｋｆｂ）を高くしつつ、ＤＶＦＢ制御の安定化を図っている。
【００５４】
上記の式（６）に示す伝達特性において、閉ループ系を安定化させるためには、式（６）の２つの極の実部を負にすればよい。
【００５５】
そのため、２つの極の実部を負にすることを前提とすると、式（６）は下記式（８）で表すことができる。
【００５６】
【数８】
0006551011.tif 000009
ただし、ε１及びε２は、調整パラメータであって、共に正の値とする。
【００５７】
式（８）を変形しラプラス逆変換すると、下記（９）が導出される。
【００５８】
【数９】
0006551011.tif 000010
【００５９】
式（９）を式（１）に代入すると、式（１０）が導出される。
【００６０】
【数１０】
0006551011.tif 000011
【００６１】
そして、式（２）の右辺に式（９）を代入すると、式（１１）が導出される。
【００６２】
【数１１】
0006551011.tif 000012
【００６３】
式（１１）の第２項の係数（ｃ１＋Ｋｆｂ）から、速度フィードバックゲイン（Ｋｆｂ）により減衰付与が可能となる。そして、式（１１）の右辺において、第１項が減衰を表し、第２項が剛性を表す。そのため、調整パラメータ（εｃ）を調整することで、アクチュエータ１００の減衰を変更することができる。調整パラメータ（εｋ）を調整することで、アクチュエータ１００の剛性も変更することができる。また、本実施形態において、発散しないような制御特性を得るためには、減衰は大きく、剛性は小さくなるように、調整パラメータ（ε１、ε２）を設定すればよいことになる。
【００６４】
さらに、上記の式（１１）が成立する際の制御力（ｕ）は、式（１１）を展開することで、下記式（１２）が導出される。
【００６５】
【数１２】
0006551011.tif 000013
【００６６】
式（１２）により、トルクロッド２００の検出値に対して速度フィードバックゲイン（Ｋｆｂ）をかけつつ、制御力（ｕ）をアクチュエータ１００に与えることで、トルクロッド２００の振動速度（ｘ１）に減衰を付与することができる。このとき、ゲイン（Ｋｆｂ）を調整することで、トルクロッド２００の振動速度（ｘ１）に付与する減衰を自由に調整できる。さらに、調整パラメータ（ε１、ε２）の値を調整することで、アクチュエータ１００の減衰、剛性を変更することもできる。その結果として、ＤＶＦＢ制御の安定化を図りつつ、振動特性における安定領域を広げることができる。
【００６７】
なお、下記（１３）の関係を満たす場合に、式（１２）は下記式（１４）で表すこともできる。
【００６８】
【数１３】
0006551011.tif 000014
【数１４】
0006551011.tif 000015
【００６９】
以下、振動低減装置の構成のうち、アクチュエータ１００及びトルクロッド２００以外の他の構成について、図７を用いて説明する。図７は本実施形態に係る振動低減装置のブロック図である。なお、図７ではトルクロッド２００の図示を省略している。
【００７０】
振動低減装置は、アクチュエータ１００及びトルクロッド２００以外の他の構成として、コントローラ６００及びアンプ７００を備えている。
【００７１】
コントローラ６００は、振動低減装置の全体を制御するための制御回路である。コントローラ６００は、トルクロッド２００の所定方向（シャフト９１の軸方向）への変位の速度に比例した力を、アクチュエータ１００から発生させるように、アンプ７００を介して制御信号をアクチュエータ１００に出力する。コントローラ６００は、トルクロッド２００の状態量及びアクチュエータ１００の状態量に対して、上記式（１２）で示した制御力（ｕ）を出力できるように、補償器６０１及び積分器６０２を有した制御モデルで表すことができる。補償器６０１で設定される速度フィードバックゲイン（Ｋｆｂ）はマス領域の減衰効果を得るために、高い値に設定されている。補償器６０１のパラメータ（ε１、ε２）は、上記式（６）に示す伝達特性が安定化できるように、式（６）の２つの極の実部を負にするパラメータに設定されている。また、補償器６０１のパラメータ（ε１、ε２）は、アクチュエータ１００の減衰及び剛性に応じて設定されている。
【００７２】
コントローラ６００は、センサ４００を用いて、トルクロッド２００の状態量を検出している。コントローラ６００は、センサ４００の検出値に基づき、アクチュエータ１００の状態量を推定している。具体的には、コントローラ６００は、トルクロッド２００の状態量に対して、カルマンフィルタを用いた演算を行うことで、アクチュエータ１００の状態量を推定する。そして、コントローラ６００は、トルクロッド２００の状態量及びアクチュエータ１００の状態量に基づき、式（１２）を用いて、制御信号を演算する。トルクロッド２００の状態量はセンサ４００の検出値に相当し、アクチュエータ１００の状態量はコントローラ６００による推定値（演算値）に相当する。
【００７３】
アンプ７００は、入力される制御信号を増幅しつつ、ＰＷＭ制御により矩形波信号に変換する。アンプ７００の出力側は、コイル２３に配線で接続されている。アンプ７００には、デジタルアンプ又はアナログアンプを使用する。アンプ７００にデジタルアンプを使用した場合には、小型で電力効率のよいアンプを用いることができるため、車両で消費される電力を抑制できる。また、アンプ７００にアナログアンプを使用した場合に、離散化誤差などが含まれないため、制御信号のＳ／Ｎ比を改善し、振動低減装置における制御のロバスト性を高めることができる。
【００７４】
次に、図８を用いて、コントローラ６００の制御フローを説明する。図８は、コントローラ６００の制御フローを示すフローチャートである。
【００７５】
ステップＳ１にて、コントローラ６００はアクチュエータ１００に制御信号を送信することで、アクチュエータ１００を駆動させる。コントローラ６００は、センサ４００の検出値を取得することで、トルクロッド２００の状態量を検出する。状態量は、検出対象の振動加速度、振動速度、又は振動変位である。
【００７６】
ステップＳ３にて、コントローラ６００は、センサ４００の検出値に基づき、アクチュエータ１００の状態を推定する。コントローラ６００は、カルマンフィルタによりアクチュエータ１００の状態量を演算する際に、観測出力（観測値）として、トルクロッド２００の検出値を用いている。
【００７７】
トルクロッド２００の状態量を観測出力とする場合に、カルマンフィルタの状態方程式は、式（１５）及び式（１６）で定義される。
【数１５】
0006551011.tif 000016
【数１６】
0006551011.tif 000017
【００７８】
例えば、トルクロッド２００の振動速度（ｄｘ１／ｄｔ）を観測出力として用いた場合には、式（１６）は、下記式（１７）で表すことができる。
【数１７】
0006551011.tif 000018
【００７９】
式（１５）において、（ｄｘ０／ｄｔ、ｘ０、ｘ１）の３つの状態量が推定される状態量となり、（ｄ２ｘ０／ｄｔ２、ｄｘ０／ｄｔ、ｄｘ１／ｄｔ）の３つの状態量が推定される状態量の一階微分値となる。上記式より、カルマンフィルタにより３つの状態量（ｄｘ０／ｄｔ、ｘ０、ｘ１）を推定できるため、アクチュエータの状態量（ｄｘ０／ｄｔ、ｘ０）を推定できる。
【００８０】
トルクロッド２００の振動変位（ｘ１）を観測出力する場合には、式（１６）で示す行列式のうち、左辺が振動変位（ｘ１）で表される式を用いて、アクチュエータの状態量（ｄｘ０／ｄｔ、ｘ０）を推定できる。このように、コントローラ６００は、センサ４００を用いてトルクロッド２００の変位又は速度を検出できれば、カルマンフィルタを用いた演算により、アクチュエータの状態量（ｄｘ０／ｄｔ、ｘ０）を推定できる。
【００８１】
ステップＳ４にて、コントローラ６００は、調整パラメータ（ε１、ε２）を用いて、フィードバックゲインによる制御信号を演算し、アクチュエータ１００に制御信号を出力する。ステップＳ５にて、コントローラ６００は、アクチュエータ１００の駆動を終了させるか否かを判定する。アクチュエータ１００の駆動を継続する場合には、コントローラ６００はステップＳ１の制御フローを実行する。アクチュエータ１００の駆動を終了する場合には、コントローラ６００は制御フローを終了する。
【００８２】
次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態に係る振動低減装置のイナータンス特性と位相特性を、比較例と比較しつつ説明する。図９は、イナータンス特性を示すグラフであって、（ａ）は比較例の特性を示し、（ｂ）は、本実施形態に係る振動低減装置の特性を示す。図９において、グラフｄＯＦＦは、ＤＶＦＢ制御を行わなかった場合の特性を示し、グラフＡ（ｄＯＮ）は、ＤＶＦＢ制御を行った場合の特性を示し、グラフＢは、調整パラメータを設定しつつ、ＤＶＦＢ制御を行った場合の特性を示す。
【００８３】
図９（ａ）に示すように、ゲイン（Ｋｆｂ）を高めただけでは、低周波数帯域で、制御が発散する。一方、図９（ｂ）に示すように、調整パラメータを設定しつつ、高ゲインのＤＶＦＢ制御を実行させることで、低周波数帯域での制御発散を抑制できる。
【００８４】
図１０は、位相特性を示すグラフであって、（ａ）は比較例の特性を示し、（ｂ）は、本実施形態に係る振動低減装置の特性を示す。
【００８５】
図１０（ａ）に示すように、ゲイン（Ｋｆｂ）を高めただけでは、低周波数帯域における位相特性が、安定領域（位相が−９０度から９０度の範囲）から大きく逸脱している。一方、図１０（ｂ）に示すように、調整パラメータを設定しつつ、高ゲインのＤＶＦＢ制御を実行させることで、位相特性を安定領域（位相が−９０度から９０度の範囲）内に収めることができる。
【００８６】
上記のように、本実施形態では、ロッド２００の振動加速度、振動速度、振動変位のいずれか一つをセンサ４００により検出し、センサ４００の検出値に基づきアクチュエータ１００の振動加速度、振動速度、振動変位のいずれか一つを推定し、補償器６０１を有したコントローラ６００により、トルクロッド２００の状態量を示すセンサ４００の検出値、及び、アクチュエータ１００の状態量を示す推定値に基づき、アクチュエータ１００の駆動を制御する制御信号を演算し、制御信号によりアクチュエータ１００を駆動させる。これにより、アクチュエータ１００とトルクロッド２００の物理特性（質量、剛性、減衰係数）で決まってしまう制御の安定性を向上させることが可能となり、制御発散を抑制しつつ、大きな制御効果を得ることができる。
【００８７】
また本実施形態では、アクチュエータ１００の変位量とトルクロッド２００の変位量の比で表される伝達特性において、２つの極の実部を負にするためのパラメータを、補償器６０１の調整用パラメータとして設定する。これにより、フィードバックゲインを大きくした場合に、補償器により制御の安定性を向上させるようなパラメータを設定できるので、制御の発散を抑制しつつ、大きな制御効果を得ることができる。
【００８８】
また本実施形態では、トルクロッド２００の状態量に対してゲイン（Ｋｆｂ）をかけつつ、少なくとも第１調整パラメータと第２調整パラメータを含んだパラメータを、補償器６０１の調整用パラメータとして設定する。これにより、フィードバックゲインを大きくした場合に、補償器により制御の安定性を向上させるようなパラメータを設定できるので、制御の発散を抑制しつつ、大きな制御効果を得ることができる。
【００８９】
また本実施形態において、調整パラメータ（ε１）及び調整パラメータ（ε２）は０より大きい値である。これにより、アクチュエータの減衰と剛性の両方を調整することができ、判別安定化式をゼロより大きくし易くなるため、制御のロバスト性が向上する。また、大きなフィードバックゲイン（Ｋｆｂ）を設定できるため制御効果が向上する。
【００９０】
また本実施形態では、センサ４００の検出値に対して、カルマンフィルタを用いた演算を行うことで、アクチュエータ１００の状態量を推定している。これにより、アクチュエータ１００の状態を検出するためのセンサを用いることなく、アクチュエータ１００の状態を把握することができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、調整パラメータ（ε１）及び調整パラメータ（ε２）をゼロより大きい値にしたが、調整パラメータ（ε１）及び調整パラメータ（ε２）のうち、いずれか一方のパラメータをゼロにし、他方のパラメータをゼロより大きい値にしてもよい。これにより、剛性をさらに小さくすることができる。また、式（１２）の項数が減るため、制御信号を算出する際の演算負荷を軽減することができる。
【００９２】
なお、本実施形態に係る振動低減装置は、アクチュエータ１００の可動方向の固有値がトルクロッド２００の固有値以下になるように、設計されている。これにより、制御力の特性が一定の周波数域（マス領域）で、アクチュエータ１００を使用することができるため、制御信号の演算負荷を軽減できコントローラ６００のコストを抑制できる。
【００９３】
なお、コントローラ６００は、制御周波数と異なる周波数の信号をカットするフィルタを有してもよい。これにより、制御対象周波数以外のモードを励起することがなくなるため、よりロバストな制御の実現を実現できる。
【００９４】
なお、本実施形態に係る振動低減装置の変形例として、センサ３００は、図１２に示すように、アクチュエータ収容室の上面及び下面にそれぞれ設けられてもよい。
【００９５】
なお、本実施形態において、式（１５）及び式（１６）は、電流制御モデルにおけるカルマンフィルタの状態方程式を表している。カルマンフィルタの制御力を電流とする場合には、カルマンフィルタによる演算の際には、式（１５）、式（１６）を用いて、アクチュエータ１００の状態量を演算すればよい。
【００９６】
一方、カルマンフィルタの制御力を電圧にする場合には、カルマンフィルタの状態方程式は、下記式（１８）及び式（１９）で表される。なお、式（１８）及び式（１９）は、電圧制御モデルにおけるカルマンフィルタの状態方程式を表している。
【数１８】
0006551011.tif 000019
【数１９】
0006551011.tif 000020
【００９７】
ただし、Ｋｃは推進定数を示し、Ｒｃはアクチュエータコイルの抵抗を示し、Ｌｃはアクチュエータコイルのインダクタンスを示し、ｒはシャント抵抗を示し、Ｉｃはアクチュエータ１００に流れる電流を示す。
【００９８】
電圧制御モデルでは、コントローラ６００は、式（１８）及び式（１９）で定義されるカルマンフィルタを用いた演算により、アクチュエータ１００の状態量を推定する。
【００９９】
なお、コントローラ６００は、アクチュエータ１００の状態量として、アクチュエータ１００の振動躍度（振動加速度を時間で微分したもの）又は振動加速度を推定してよく、振動速度等と同様に用いることができる。また、コントローラ６００は、トルクロッド２００の検出値として、センサを用いて、トルクロッド２００の振動躍度又は振動加速度を検出してもよく、振動速度等と同様に用いることができる。
【０１００】
上記センサ４００が本発明に係る「第１検出手段」に相当し、コントローラ６００が本発明に係る「推定手段」及び「制御手段」に相当する。
【符号の説明】
【０１０１】
２…インナ部材
２１…積層鋼板
２２…ボビン
２３、２４、２５、２６…コイル
２７、２８…磁石
３…アウタ部材
４、５…板バネ
６、７…フランジ
８…ボルト
９１…シャフト
９２…ナット
１００…アクチュエータ
２００…トルクロッド
４００…センサ
６００…コントローラ
６０１…補償器
６０２…積分器
７００…アンプ
【図１】
0006551011.tif 000027
【図２】
0006551011.tif 000028
【図３】
0006551011.tif 000029
【図４】
0006551011.tif 000030
【図５】
0006551011.tif 000031
【図６】
0006551011.tif 000032
【図７】
0006551011.tif 000033
【図８】
0006551011.tif 000034
【図９】
0006551011.tif 000035
【図１０】
0006551011.tif 000036