(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンのロール共振による振動の、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、
エンジン上に固定され、前記ロール共振方向の加速度を検知する１個以上の加速度センサと、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）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、適応ディジタルフィルタ（以下「ＡＤＦ」という）を用いて、車両の走行に伴って変動する前記加速度信号からロール共振以外の振動成分を除去した前処理済み信号をリアルタイムに生成する前処理部と、この前処理済み信号、および、予め設定された固定のフィードバックフィルタマトリックスに基づいて、前記複数個のＡＣＭのそれぞれの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する制御信号演算部とを具え、
前記ＡＤＦは、除去対象とするロール共振以外の振動成分に相関する信号を入力し、この入力信号をフィルタリングパラメータでフィルタリングして出力信号を生成するとともに、前記加速度信号信号からこの出力信号を差し引いた誤差信号が最小になるように前記フィルタリングパラメータを更新するよう構成され、前記前処理部は、前記誤差信号を前記前処理済み信号として出力するよう構成されてなるエンジン制振システム。
【請求項２】
前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、エンジン回転に同期する１次および／もしくは高次の信号とする請求項１に記載のエンジン制振システム。
【請求項３】
前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、前記加速度信号を所定の位相だけ遅延させた信号とする請求項１に記載のエンジン制振システム。
【請求項４】
前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、ロール共振以外の振動成分を検知することのできる位置に設けられたセンサによって検知された信号とする請求項１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ロール共振による振動の、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、車体への伝搬を効果的に抑制することのできるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両に搭載されたエンジンのロール共振による振動の、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に基づいて、前記ＡＣＭの制振力を制御するエンジン制振システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２５１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術を用いてエンジンを制振した場合、エンジンの表面に取り付けられた加速度センサで検知する振動成分は、エンジンのロール共振による振動成分以外に、例えばエンジン回転に伴うその回転数に同期した振動成分も含まれているので、このような振動成分もＡＣＭにフィードバックされ、ＡＣＭは制御対象以外のモードでもエンジンを加振することになり、その結果、制御対象以外の周波数で振動が悪化したり、ＡＣＭに加えるエネルギーが制御対象以外の振動を抑えるために消費されることにより肝心のロール共振を制御できなくなったりするという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、エンジンのロール共振による振動を効果的に抑制することに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】
【０００５】
＜１＞は、車両に搭載されたエンジンのロール共振による振動の、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、
エンジン上に固定され、前記ロール共振方向の加速度を検知する１個以上の加速度センサと、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）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、適応ディジタルフィルタ（以下「ＡＤＦ」という）を用いて、車両の走行に伴って変動する前記加速度信号からロール共振以外の振動成分を除去した前処理済み信号をリアルタイムに生成する前処理部と、この前処理済み信号、および、予め設定された固定のフィードバックフィルタマトリックスに基づいて、前記複数個のＡＣＭのそれぞれの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する制御信号演算部とを具え、
前記ＡＤＦは、除去対象とするロール共振以外の振動成分に相関する信号を入力し、この入力信号をフィルタリングパラメータでフィルタリングして出力信号を生成するとともに、前記加速度信号信号からこの出力信号を差し引いた誤差信号が最小になるように前記フィルタリングパラメータを更新するよう構成され、前記前処理部は、前記誤差信号を前記前処理済み信号として出力するよう構成されてなるエンジン制振システムである。
【０００６】
＜２＞は、＜１＞において、前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、エンジン回転に同期する１次および／もしくは高次の信号とするエンジン制振システムである。
【０００７】
＜３＞は、＜１＞において、前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、前記加速度信号を所定の位相だけ遅延させた信号とするエンジン制振システムである。
【０００８】
＜４＞は、＜１＞において、前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、ロール共振以外の振動成分を検知することのできる位置に設けられたセンサによって検知された信号とするエンジン制振システムである。なお、ここで、ロール共振以外の振動成分を検知することのできる位置に設けられたセンサとしては、加速度センサの他、例えば、変位センサ、角度センサ等を用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
＜１＞によれば、前記制御部は、前記複数個のＡＣＭのそれぞれの制振力を制御する信号をリアルタイムに算出する制御信号演算部に入力する信号として、加速度センサで検知した加速度信号を直接入力するのではなく、適応ディジタルフィルタ（以下「ＡＤＦ」という）を用いてロール共振以外の振動成分を除去したあとの前処理済み信号を入力するよう構成されているので、制御対象とするロール共振以外の振動成分をＡＣＭにフィードバックすることはなく、その結果、制御対象以外の振動が悪化したり、エネルギーが制御対象以外の振動抑制に消費されて制御対象とするロール共振を制御することができなかったりする問題を解消することができる。
【００１０】
＜２＞によれば、ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、エンジン回転に同期する１次および／もしくは高次の信号としたので、もっとも振動レベルの高いエンジン回転に同期する振動が制御対象以外の系に入り込むのを防止することができる。
【００１１】
＜３＞によれば、前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、前記加速度信号を所定の位相だけ遅延させた信号としたので、例えば、エンジンの回転検出器なしでもＡＤＦを機能させることができ、低コストなエンジン制御システムとすることができる。
【００１２】
＜４＞によれば、前記ＡＤＦに入力する、ロール共振以外の振動成分と相関する信号を、ロール共振以外の振動成分を検知することのできる位置に設けられたセンサによって検知された信号としたので、センサで振動を検知できる成分であれば何でもこれを除去することができ、種々のノイズに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、この発明の実施形態に係るエンジンの平面配置を示す模式図であり、図２は、図１のA−A矢視に対応するエンジンの側面を示す模式図であり、エンジン１は、車体２に対して、2個のＡＣＭ３ａ、３ｂおよび２個のエンジンマウント５（アクティブコントロールなし）によって支持され、複数個（図示の場合は２個）のＡＣＭ３ａ、３ｂ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。
【００１４】
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のロール共振の加速度成分を検知するよう設定されている。
【００１５】
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複数個のＡＣＭ３ａ、３ｂと、エンジン１表面上の相互に異なる位置に固定された複数個の加速度センサ４ａ、４ｂと、加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号に基づいて、ＡＣＭ３ａ、３ｂの制振力を制御する制御部１１とを具える。
【００１６】
制御部１１は、適応ディジタルフィルタ（以下「ＡＤＦ」という）を用いて、車両の走行に伴って変動する加速度信号αからロール共振以外の振動成分を除去した前処理済み信号δをリアルタイムに生成する前処理部１２と、この前処理済み信号δ、および、予め設定された固定のフィードバックフィルタマトリックスに基づいて、ＡＣＭ３ａ、３ｂのそれぞれ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制御信号演算部９とを具える。
【００１７】
制御部１１には、また、加速度信号αを得るために、加速度センサ４ａ、４ｂからの加速度信号α1、α2を増幅するアンプ７、および、アナログ信号をディジタル化するとともに加速度信号α1、α2の相互の差を算出して加速度信号α（以降、「加速度差信号α」という）を出力するＡ／Ｄコンバータが設けられ、さらに、制御信号演算部９からの出力信号をβ1、β2をＤＡ変換するＡ／Ｄコンバータ、および、その出力信号を増幅してＡＣＭ３ａ、３ｂに入力するアンプ６が配設される。
【００１８】
ここで、加速度信号α1、α2の差の信号αをＡＣＭ３ａ、３ｂの制御用いるのは、加速度信号α1、α2の中に含まれるロール共振成分と並進成分とのうちロール共振成分だけを抽出するためであり、これは、加速度センサ４ａ、４ｂをエンジン１のドライブシャフト軸線ＳＴに関し対称に配置しておくことにより実現することができる。すなわち、加速度差信号αには、これらのセンサ４ａ、４ｂからの加速度信号α1、α2中のロール共振成分は、大きさは同じであるが互いに反対向きであるため足し合わされるのに対して、並進成分は大きさも向きも同じためキャンセルされるからである。
【００１９】
本発明の特徴は、ＡＣＭ３ａ、３ｂを制御する信号β1、β2を生成するに際し、加速度差信号αを直接入力するのではなく、前処理部１２にて、加速度差信号αからロール共振以外の振動成分、例えば、エンジン回転に同期する振動成分を除去した前処理済み信号δをリアルタイムに生成して、これを制御信号演算部９に入力して信号β、β2を生成する点にあり、このことによって、ロール共振以外の種々のノイズ成分を効果的に除去することができる。
【００２０】
前処理部１２には、ロール共振以外の振動成分を除去するため、ＡＤＦが用いられており、ＡＤＦは、除去対象とするロール共振以外の振動成分に相関する信号を入力し、この入力信号をフィルタリングパラメータでフィルタリングして出力信号を生成するとともに、前記加速度信号信号からこの出力信号を差し引いた誤差信号が最小となるように前記フィルタリングパラメータを更新するよう構成され、前処理部１２は、前記誤差信号を前記前処理済み信号として出力するよう構成されている。以下にその実施形態を例示する。
【００２１】
なお、本発明において、エンジン１に固定された加速度センサの数は、図１に示した例では２個としたが、これは１個以上としてもよく、また、前処理部１２に入力する信号の数も加速度差αの１個としたが複数個でもよい。次に説明する、前処理部の例においては、１個の加速度差信号αを入力して１個の前処理済み信号δを出力する場合の例を示す。
【００２２】
図４は、第一の実施形態の前処理部の処理ロジックを示すブロック線図であり、この実施形態は、エンジン１の回転を検出する信号を用いることによって確実にエンジン１の回転に同期する振動をノイズとして除去するよう構成されたものであり、前処理部１２には、加速度信号αの他、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転検出器１５からの回転同期信号γが入力され、これらの入力に基づいて前処理済み信号δが出力される。
【００２３】
また、前処理部１２内には、ｎ段のＡＤＦと、１次〜ｎ次コサイン生成部とが設けられ、これらの１次〜ｎ次コサイン生成部において、前処理部１２に入力された回転同期信号γから、１〜ｎ次の余弦波が生成され、ｉ次の余弦波はレファレンス信号としてｉ段目のＡＤＦ（ｉ）に入力され、それぞれのＡＤＦ（ｉ）のフィルタリングパラメータでフィルタリング処理されて出力された出力信号τiは、１次のものからｎ次のものまで互いに足し合わされ、これらの合計Στiが加速度信号から差し引かれこれらの差である誤差信号が前処理済み信号δとして次の制御信号演算部９に入力される。
【００２４】
この前処理済み信号δは、各ＡＤＦ（ｉ）にフィードバックされ前処理済み信号δが最小となるようフィルタリングパラメータが更新される。
【００２５】
図５は、図４におけるＡＤＦ（ｉ）の例として２タップフィルタで構成したものを示すブロック線図であり、ＡＤＦ（ｉ）は、これに入力されるｉ次の余弦波cos(iθ)から、「90°遅れ」回路を用いて90度位相を遅らせた正弦波sin(iθ)を生成し、余弦波cos(iθ)、正弦波sin(iθ)にそれぞれ、フィルタリングパラメータＷcos、Ｗsinを掛けたものを足し合わせて出力信号τiとするよう構成される。ここで、フィルタリングパラメータＷcos、Ｗsinのそれぞれを、前処理済み信号δが最小となるように、LMSアルゴリズムなどを使用して適応させている。
【００２６】
フィルタリングパラメータを更新するのに用いるアルゴリズムとしては、上記LMSアルゴリズムの他、ニュートン法あるいは最急下法などの適応アルゴリズムを用いることができる、また、その他好適に利用できる適応アルゴリズムとして、複素LMSアルゴリズム（Complex Leasl Mean Square Algorithm）、Nomalized LMSアルゴリズム（Nomalized Least Mean Square Algorithm）、射影アルゴリズム（Projection Algorithm）、SHARFアルゴリズム（Simple Hyperstable Adaptive Recursive Filter Algorithm）RLSアルゴリズム（Recursive Least Square Algorithm）、FLMSアルゴリズム（Fast Least Mean Square Algorithm）、DCTを用いた適応フィルタ（Adaptive Filter using Discrete cosine Transform）、SANフィルタ（Single Frequency Adaptive Notch Filter）、ニューラルネットワーク（Neural Network）、遺伝的アルゴリズム（Genetic Algorithm）を用いることができる。
【００２７】
図６は、第二の実施形態の前処理部の処理ロジックを示すブロック線図であり、この実施形態は、エンジン回転に同期する信号を用いることなくエンジン回転に相関する振動をノイズとして除去するよう構成されたものであり、前処理部１２Ａには、加速度信号αだけが入力され、この入力に基づいて前処理済み信号δが出力される。
【００２８】
前処理部１２Ａ内には、「DELAY（遅れ）」回路と、ＡＤＦとが設けられ、入力された加速度信号αは「DELAY（遅れ）」回路によって遅延されたあと必要に応じてフィルタを通過したあとＡＤＦに入力され、ＡＤＦのフィルタリングパラメータでフィルタリング処理されて出力信号τiが出力される。この出力信号τiは加速度信号から差し引かれこれらの差である誤差信号が前処理済み信号δとして次の制御信号演算部９に入力される。ＡＤＦのフィルタリングパラメータは、前処理済み信号δが最小となるよう更新される。
なお、第二の実施形態の前処理部１２Ａに代えて、図７にブロック線図で示した前処理部１２Ｂを用いることもできる。
【００２９】
図８は、第三の実施形態の前処理部の処理ロジックを示すブロック線図であり、この実施形態の前処理部１２Ｃは、エンジン回転以外の、例えば、サスペンションや車体の共振成分等の除去したい成分の振動をノイズとして除去するよう構成されたものであり、前処理部１２には、除去対象とする振動成分を検知する加速度センサからの加速度等の信号η1、η2、・・・ηnを入力し、これらの信号をフィルタ（１）、フィルタ（２）、・・・フィルタ（ｎ）でフィルタリングしたあと、それぞれ、ＡＤＦ（１）、ＡＤＦ（２）・・・ＡＤＦ（ｎ）に入力され、これらのフィルタリングパラメータでフィルタリング処理されて処理済み信号σ1、σ2・・・σn、として出力され、これらの出力信号は足し合わされ、これらの合計Στiが加速度信号αから差し引かれこれらの差である誤差信号が前処理済み信号δとして次の制御信号演算部９に入力される。
【００３０】
この前処理済み信号δは、各ＡＤＦ（ｉ）にフィードバックされこれが最小となるようフィルタリングパラメータが更新される。
【００３１】
次に、制御信号演算部９について、図３を参照して説明を加える。制御信号演算部９では、前処理済み信号δを基に、フィードバックフィルタマトリックスを用いて式（１）により、ＡＣＭ３ａ、３ｂの制振力を制御する信号をβ1、β2を出力する。
0005074158.tif 000002
【００３２】
ここで、Δ(s)、B1(s)、B2(s)は、それぞれ、δ、β1、β2をラプラス変換したものである。
【００３３】
また、フィードバックフィルタマトリックスを構成するK1、K2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９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。
【００３４】
ここで、図９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、式（１）のK1、K2よりなるフィードバックマトリックスであり、また、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。
【実施例】
【００３５】
図１、図２に示したエンジン配置、および、図３〜図５に示したブロック線図に示した前処理部１２を搭載した車両を、ドライアスファルトの路面を時速100km/hで走行させた状態からＡＢＳの作動下でフルブレーキングをかけて停止させ、この間の加速度センサ４ａ、４ｂが固定されている点の加速度データα1、α2をそれぞれ取得し、これらのデータの差αを前処理前信号として、この前処理前信号を、図３〜図５に示した前処理部１２に入力して前処理したあと前処理済み信号を出力した。図１０は、前処理前信号の時間変化を表すグラフを、図１１は、前処理後信号の時間変化を表すグラフをそれぞれ示す。
【００３６】
図１０、図１１において、ブレーキングは1.5ｓ付近で始まり、5s付近で車両は完全に停止しており、図１１の1.5ｓ〜5sの間のデータを見て明らかなように、アイドリング時のエンジンの回転に伴うアイドリング信号は除去されロール共振成分だけを効果的に抽出できることがわかる。
【００３７】
なお、試験に用いた車両は、2500ccのディーゼルエンジンを搭載した車重約2トンのミニバンであった。また、図６、図７に示したデータは、グラフを見やすくするため、元の信号を30Hzのローパスフィルタでフィルタリングしたものを用いている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの平面配置を示す模式図である。
【図２】図１のA−A矢視に対応するエンジンの側面を示す模式図である。
【図３】本発明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る。
【図４】第一実施形態の前処理部の処理ロジックを示すブロック線図である。
【図５】第一実施形態の前処理部に設けられたＡＤＦの構成を例示するブロック線図である。
【図６】第二実施形態の前処理部の処理ロジックを示すブロック線図である。
【図７】第二実施形態の前処理部の変形例の処理ロジックを示すブロック線図である。
【図８】第三実施形態の前処理部の処理ロジックを示すブロック線図である。
【図９】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１０】対をなす加速度センサで検出した加速度の互いの差の時間変化を示すグラフである。
【図１１】加速度差信号を前処理部で処理したあとの前処理済み信号の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１    エンジン
２    車体
３ａ、３ｂ    ＡＣＭ
４ａ、４ｂ    加速度センサ
５    エンジンマウント
６、７    アンプ
９    制御信号演算部
１０    エンジン制振システム
１１    制御部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ    前処理部
１３    Ａ／Ｄコンバータ
１４    Ｄ／Ａコンバータ
１５    エンジン回転検出器
ＳＴ    ドライブシャフト軸線
【図１】
0005074158.tif 000003
【図２】
0005074158.tif 000004
【図３】
0005074158.tif 000005
【図４】
0005074158.tif 000006
【図５】
0005074158.tif 000007
【図６】
0005074158.tif 000008
【図７】
0005074158.tif 000009
【図８】
0005074158.tif 000010
【図９】
0005074158.tif 000011
【図１０】
0005074158.tif 000012
【図１１】
0005074158.tif 000013