JP2005249013A - 能動型防振支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 能動型防振支持装置の防振機能を損なうことなく、その電力消費量を最小限に抑える。
【解決手段】 エンジンの振動が車体に伝達するのを抑制する能動型防振支持装置は、クランクパルスの時間間隔からエンジン振動の大きさを算出し、エンジン振動が所定値未満の場合には、車載のバッテリの１２Ｖの電圧を昇圧することなくアクチュエータを駆動し、エンジン振動が所定値以上の場合には、前記バッテリ電圧を昇圧回路で２４Ｖに昇圧してアクチュエータを駆動する。このようにエンジンの振動が小さいために能動型防振支持装置の防振機能が充分である場合に電源電圧の昇圧を行わず、振動体の振動が大きいために能動型防振支持装置の防振機能が不充分である場合に電源電圧の昇圧を行うことで、能動型防振支持装置の防振機能を損なうことなく、昇圧回路による電力の損失を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、振動体の荷重を支承するとともに、制御手段の制御により振動体の振動状態に応じた電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置に関する。

かかる能動型防振支持装置は、下記特許文献１により公知である。

この能動型防振支持装置は、クランクシャフトの所定回転角毎に出力されるクランクパルスの時間間隔からクランク角速度を算出し、クランク角速度を時間微分したクランク角加速度からクランクシャフトのトルクを算出し、トルクの変動量としてエンジンの振動状態を推定し、エンジンの振動状態に応じてアクチュエータのコイルへの通電を制御して防振機能を発揮させるようになっている。
特開２００３−１１３８９２号公報

ところで、従来の能動型防振支持装置のアクチュエータは車載の１２Ｖのバッテリを電源としているが、１２Ｖのバッテリ電圧ではアクチュエータに充分な駆動力を発生させることが難しいため、昇圧回路でバッテリ電圧を昇圧してアクチュエータを駆動していた。しかしながら、エンジンの振動が小さいときには必要となるアクチュエータの駆動力も小さくなるため、１２Ｖのバッテリ電圧をそのまま使用しても支障がないにも関わらず、それを昇圧する昇圧回路で電力の損失が発生する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、能動型防振支持装置の防振機能を損なうことなく、その電力消費量を最小限に抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、振動体の荷重を支承するとともに、制御手段の制御により振動体の振動状態に応じた電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置において、前記制御手段は、所定の電源電圧でアクチュエータを駆動する低振動モードと、前記所定の電源電圧を昇圧してアクチュエータを駆動する高振動モードとを、振動体の振動状態に基づいて切り替えることを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

尚、実施例のエンジンＥは本発明の振動体に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、振動体の振動状態に基づいて、所定の電源電圧でアクチュエータを駆動する低振動モードと、前記所定の電源電圧を昇圧してアクチュエータを駆動する高振動モードとを切り替えるので、振動体の振動が小さいために能動型防振支持装置の駆動力が充分である場合に電源電圧の昇圧を行わず、振動体の振動が大きいために能動型防振支持装置の駆動力が不充分である場合に電源電圧の昇圧を行うことで、能動型防振支持装置の防振機能を損なうことなく、電源電圧の昇圧に伴う電力の損失を最小限に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の要部拡大図、図５はアクチュエータの制御ルーチンのフローチャート、図６はアクチュエータの電源電圧選択ルーチンのフローチャートである。

図１〜図４に示す能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント：ＡＣＭ）は、自動車のエンジンＥを車体フレームＦに弾性的に支持するためのもので、車載の１２ＶのバッテリＢに昇圧回路Ｃ１および駆動回路Ｃ２を介して接続される。エンジンＥのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａが接続された電子制御ユニットＵは、昇圧回路Ｃ１および駆動回路Ｃ２を介して能動型防振支持装置Ｍの作動を制御する。昇圧回路１０は、バッテリＢの１２Ｖの電圧を、例えば２４Ｖに昇圧して出力する。エンジンＥのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

能動型防振支持装置Ｍは軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、エンジンＥに結合される板状の取付ブラケット１１に溶接した内筒１２と、この内筒１２の外周に同軸に配置された外筒１３とを備えており、内筒１２および外筒１３には厚肉のゴムで形成した第１弾性体１４の上端および下端がそれぞれが加硫接着により接合される。中央に開口１５ｂを有する円板状の第１オリフィス形成部材１５と、上面が開放した樋状の断面を有して環状に形成された第２オリフィス形成部材１６と、同じく上面が開放した樋状の断面を有して環状に形成された第３オリフィス形成部材１７とが溶接により一体化されており、第１オリフィス形成部材１５および第２オリフィス形成部材１６の外周部が重ね合わされて前記外筒１３の下部に設けたカシメ固定部１３ａに固定される。

膜状のゴムで形成された第２弾性体１８の外周が第３オリフィス形成部材１７の内周に加硫接着により固定されており、この第２弾性体１８の内周に加硫接着により固定されたキャップ部材１９が、軸線Ｌ上に上下動可能に配置された可動部材２０に圧入により固定される。外筒１３のカシメ固定部１３ａに固定されたリング部材２１にダイヤフラム２２の外周が加硫接着により固定されており、このダイヤフラム２２の内周に加硫接着により固定されたキャップ部材２３が前記可動部材２０に圧入により固定される。

しかして、第１弾性体１４および第２弾性体１８間に液体が封入された第１液室２４が区画され、第２弾性体１８およびダイヤフラム２２間に液体が封入された第２液室２５が区画される。そして第１液室２４および第２液室２５は、第１〜第３オリフィス形成部材１５，１６，１７により形成された上部オリフィス２６および下部オリフィス２７によって相互に連通する。

上部オリフィス２６は第１オリフィス形成部材１５および第２オリフィス形成部材１６間に形成される環状の通路であって、その一部に設けられた隔壁２６ａの一側において第１オリフィス形成部材１５に連通孔１５ａが形成され、前記隔壁２６ａの他側において第２オリフィス形成部材１６に連通孔１６ａが形成される。従って、上部オリフィス２６は、第１オリフィス形成部材１５の連通孔１５ａから第２オリフィス形成部材１６の連通孔１６ａまでの略１周の範囲に亘って形成される（図２参照）。

下部オリフィス２７は第２オリフィス形成部材１６および第３オリフィス形成部材１７間に形成される環状の通路であって、その一部に設けられた隔壁２７ａの一側において第２オリフィス形成部材１６に前記連通孔１６ａが形成され、前記隔壁２７ａの他側において第３オリフィス形成部材１７に連通孔１７ａが形成される。従って、下部オリフィス２７は、第２オリフィス形成部材１６の連通孔１６ａから第３オリフィス形成部材１７の連通孔１７ａまでの略１周の範囲に亘って形成される（図３参照）。

以上のことから、第１液室２４および第２液室２５は、直列に接続された上部オリフィス２６および下部オリフィス２７によって相互に連通する。

外筒１３のカシメ固定部１３ａには、能動型防振支持装置Ｍを車体フレームＦに固定するための環状の取付ブラケット２８が固定されており、この取付ブラケット２８の下面に前記可動部材２０を駆動するためのアクチュエータ２９の外郭を構成するアクチュエータハウジング３０が溶接される。

アクチュエータハウジング３０にはヨーク３２が固定されており、ボビン３３に巻き付けられたコイル３４がアクチュエータハウジング３０およびヨーク３２に囲まれた空間に収納される。環状のコイル３４の内周に嵌合するヨーク３２の筒状部３２ａに有底円筒状のベアリング３６が嵌合する。コイル３４の上面に対向する円板状のアーマチュア３８がアクチュエータハウジング３０の内周面に摺動自在に支持されており、このアーマチュア３８の内周に形成した段部３８ａがベアリング３６の上部に係合する。アーマチュア３８はボビン３３の上面との間に配置した皿ばね４２で上方に付勢され、アクチュエータハウジング３０に設けた係止部３０ａに係合して位置決めされる。

ベアリング３６の内周に円筒状のスライダ４３が摺動自在に嵌合しており、可動部材２０から下方に延びる軸部２０ａが、ベアリング３６の上底部を緩く貫通してスライダ４３の内部に固定したボス４４に接続される。ベアリング３６の上底部とスライダ４３との間にコイルばね４１が配置されており、このコイルばね４１でベアリング３６は上向きに付勢され、スライダ４３は下向きに付勢される。

アクチュエータ２９のコイル３４が消磁状態にあるとき、ベアリング３６に摺動自在に支持されたスライダ４３にはコイルばね４１の弾発力が下向きに作用するとともに、ヨーク３２の底面との間に配置したコイルばね４５の弾発力が上向きに作用しており、スライダ４３は両コイルばね４１，４５の弾発力が釣り合う位置に停止する。この状態からコイル３４を励磁してアーマチュア３８を下方に吸引すると、段部３８ａに押されてベアリング３６が下方に摺動することによりコイルばね４１が圧縮される。その結果、コイルばね４１の弾発力が増加してコイルばね４５を圧縮しながらスライダ４３が下降するため、スライダ４３にボス４４および軸部２０ａを介して接続された可動部材２０が下降し、可動部材２０に接続された第２弾性体１８が下方に変形して第１液室２４の容積が増加する。逆にコイル３４を消磁すると、可動部材２０が上昇して第２弾性体１８が上方に変形し、第１液室２４の容積が減少する。

しかして、自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンＥから入力される荷重で第１弾性体１４が変形して第１液室２４の容積が変化すると、上部オリフィス２６および下部オリフィス２７を介して接続された第１液室２４および第２液室２５間で液体が行き来する。第１液室２４の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第２液室２５の容積が縮小・拡大するが、この第２液室２５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、上部オリフィス２６および下部オリフィス２７の形状および寸法、並びに第１弾性体１４のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ２９は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンＥのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室２４および第２液室２５を接続する上部オリフィス２６および下部オリフィス２７内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ２９を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ２９を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてコイル３４に対する通電を制御する。

次に、電子制御ユニットＵによる能動型防振支持装置Ｍの制御について説明する。

図５のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンＥのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンＥのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンＥを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ８で、アクチュエータ２９のコイル３４に印加する電流のデューティ波形およびタイミング（位相）を決定する。

図６のフローチャートのステップＳ１１で、前記ステップＳ７で算出した振幅、つまりエンジンＥの振動が所定値未満であれば、ステップＳ１２で電子制御ユニットＵは昇圧回路Ｃ１によるバッテリ電圧の昇圧を禁止し、バッテリＢの１２Ｖの電圧でアクチュエータ２９を駆動する（低振動モード）。一方、ステップＳ１１でエンジンＥの振動が所定値以上であれば、ステップＳ１３で電子制御ユニットＵは通常どおり昇圧回路Ｃ１によりバッテリ電圧を１２Ｖから２４Ｖに昇圧し、その２４Ｖの電圧でアクチュエータ２９を駆動する（高振動モード）。

このように、エンジンＥの振動が大きいときには、昇圧回路Ｃ１により昇圧した電圧でアクチュエータ２９を駆動するので、能動型防振支持装置Ｍに充分な防振機能を発揮させてエンジンＥの振動を効果的に遮断することができる。またエンジンＥの振動が小さく、能動型防振支持装置Ｍに大きな防振機能を発揮させる必要がないときには、昇圧回路Ｃ１の作動を禁止してバッテリＢの電圧をそのまま使用するので、昇圧回路Ｃ１における電力の損失を最小限に抑えることが可能となる。しかして、本実施例によれば、能動型防振支持装置Ｍの防振機能を確保しながら消費電力を節減することができ、これによりエンジンＥによるジェネレータの駆動負荷を軽減して燃料消費量の節減に寄与することができる。

次に、図７に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第１実施例ではエンジンＥの実際の振動状態に応じてアクチュエータ２９の電源電圧を切り替えているが、第２実施例ではエンジンＥが気筒休止領域にあるか否かによって電源電圧を切り替えている。

即ち、ステップＳ２１でエンジンＥが気筒休止領域でなければ、エンジンＥの振動が小さいと推定されるため、ステップＳ２２で電子制御ユニットＵは昇圧回路Ｃ１によるバッテリ電圧の昇圧を禁止し、バッテリＢの１２Ｖの電圧でアクチュエータ２９を駆動する。一方、ステップＳ２１でエンジンＥが気筒休止領域であれば、エンジンＥの振動が大きいと推定されるため、ステップＳ２３で電子制御ユニットＵは通常どおり昇圧回路Ｃ１によりバッテリ電圧を１２Ｖから２４Ｖに昇圧し、その２４Ｖの電圧でアクチュエータ２９を駆動する。

この第２実施例によっても、上述した第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では自動車のエンジンＥを支持する能動型防振支持装置Ｍを例示したが、本発明の能動型防振支持装置Ｍは自動車以外のエンジンの支持に適用することができる。

また実施例では１２Ｖの電源電圧を昇圧回路Ｃ１で２４Ｖに昇圧しているが、それらの電圧は適宜設定可能である。

また能動型防振支持装置Ｍは液体を封入したものに限定されず、ピエゾ素子を用いたものであっても良い。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 図１の要部拡大図 アクチュエータの制御ルーチンのフローチャート アクチュエータの電源電圧選択ルーチンのフローチャート 第２実施例に係るアクチュエータの電源電圧選択ルーチンのフローチャート

符号の説明

Ｅ エンジン（振動体）
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
２９ アクチュエータ

Claims (1)

1. 振動体（Ｅ）の荷重を支承するとともに、制御手段（Ｕ）の制御により振動体（Ｅ）の振動状態に応じた電流でアクチュエータ（２９）を周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置において、
   前記制御手段（Ｕ）は、所定の電源電圧でアクチュエータ（２９）を駆動する低振動モードと、前記所定の電源電圧を昇圧してアクチュエータ（２９）を駆動する高振動モードとを、振動体（Ｅ）の振動状態に基づいて切り替えることを特徴とする能動型防振支持装置。
   

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