JP4806479B2 - 能動型防振支持装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するエンジンを能動型防振支持装置を介して車体に支持し、制御手段が前記エンジンの振動状態に応じた電流で前記能動型防振支持装置を周期的に伸縮させることで、前記エンジンの振動が前記車体に伝達されるのを抑制する能動型防振支持装置の制御装置に関する。

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能動型防振支持装置が，下記特許文献１により公知である。
特開２００５−３１５６号公報

ところで、エンジンの通常運転時における振動状態は上述したクランクパルス信号を用いる手法で検出することが可能であるが、エンジンをクランキングして始動する際の初爆（燃焼室における最初の混合気の爆発）によるエンジンのロール振動は非定常な一過性のものであるため、このロール振動を能動型防振支持装置により抑制することは行われていなかった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンの始動時の初爆によるロール振動を能動型防振支持装置により抑制す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、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するエンジンを能動型防振支持装置を介して車体に支持し、制御手段が前記エンジンの振動状態に応じた電流で前記能動型防振支持装置を周期的に伸縮させることで、前記エンジンの振動が前記車体に伝達されるのを抑制する能動型防振支持装置の制御装置において、前記能動型防振支持装置はクランクシャフトを挟んで両側に配置され、前記制御手段は、前記エンジンの始動時の初爆を判定したときに、前記クランクシャフトの回転方向と逆方向の前記エンジンのロール振動を抑制するように、前記初爆に伴う前記ロール振動により圧縮される側の能動型防振支持装置を収縮駆動することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記制御手段は、前記クランクシャフトの角速度の増加率が所定値以上になったときに前記エンジンの始動時の初爆を判定することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置が提案される。

尚、実施の形態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、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するエンジンの振動を抑制すべく能動型防振支持装置の作動を制御する制御手段が、エンジンの始動時の初爆を判定したときにクランクシャフトの回転方向と逆方向のエンジンのロール振動を抑制するように能動型防振支持装置の作動を制御するので、エンジンの始動時に発生するロール振動を能動型防振支持装置によって抑制することができる。特にクランクシャフトを挟んで両側に配置された能動型防振支持装置のうち、エンジンの初爆の伴うロール振動により圧縮される側の能動型防振支持装置を収縮駆動するので、エンジンの始動時のロール振動を能動型防振支持装置によって効果的に抑制することができる。

また請求項２の構成によれば、クランクシャフトの角速度の増加率が所定値以上になったときにエンジンの初爆を判定するので、特別のセンサを必要とせずに初爆を精度良く判定することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の実施の形態を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３は能動型防振支持装置によるエンジンの支持形態を示す図、図４はエンジンの縦断面図、図５は通常運転時におけるアクチュエータの制御手法を示すフローチャート、図６は図５のフローチャートのステップＳ５の説明図である。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる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）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、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持リング１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａが図示せぬエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが図示せぬ車体フレームに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体２７の外周部は 第２弾性体支持リング１５と後述するヨーク４４との間に挟持され、その先端の環状の肉厚部がシール機能を発揮する。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、固定コア４２およびヨーク４４間に配置されたコイル４６と、コイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

コイルカバー４７の上面とヨーク４４の下面との間にシール部材４９が配置され、コイル４６の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置される。これらのシール部材４９，５０によって、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃからアクチュエータ４１の内部空間に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ヨーク４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４２の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５に対し、ナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａ内で上下位置を調整されて締結されており、この開口４２ａはゴム製のキャップ６０で閉塞される。

このように構成された能動型防振支持装置Ｍは、エンジンの振動状態に応じて電子制御ユニットＵにより制御される。

電子制御ユニットＵは、エンジンのクランクシャフトの回転に伴って、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回出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａと、クランクシャフトの１回転につき３回、つまり各気筒の上死点毎とに１回出力されるカム角センサＳｂに接続されている。電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａおよびカム角センサＳｂの出力に基いてエンジンの振動状態を推定し、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。

アクチュエータ４１のコイル４６は、電子制御ユニットＵからの通電制御により励磁され、可動コア５４を吸引して可動部材２８を下側に移動させる。この可動部材２８の移動に伴い、第２液室３１を区画する第２弾性体２７が下方に変形して該第２液室２７の容積が増加する。逆にコイル４６を消磁すると、第２弾性体２７が自己の弾性により上方に変形し、可動部材２８および可動コア５４が上昇し、第２液室３１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、エンジンから入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室２５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５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、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９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、エンジンから車体フレーム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４１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、エンジンの気筒の一部を休止してエンジンを駆動する気筒休止運転時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２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４１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４１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、カム角センサＳｂ、エンジン回転数センサＳｃおよびエンジンＥＣＵ１０からの信号に基づいてコイル４６に対する通電を制御する。

図３に示すように、Ｖ型のエンジンＥはフロントバンクＢｆおよびリヤバンクＢｒを備えており、そのフロント側およびリヤ側がそれぞれ前記能動型防振支持装置Ｍ，Ｍによって支持される。そして、フロント側およびリヤ側の能動型防振支持装置Ｍ，Ｍのアクチュエータ４１，４１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アクチュエータ４１，４１に対する通電を制御する。

図４に示すように、エンジンＥはシリンダ６１に摺動自在に嵌合するピストン６２を、コネクティングロッド６３を介してクランクシャフト６４に連結しており、燃焼室６５において発生した混合気の爆発の圧力ｆは、コネクティングロッド６３方向の成分ｆ１とシリンダ６１側壁に直交する方向の成分ｆ２（シリンダ側圧）とに分解される。図示した例ではクランクシャフト６４は時計方向に回転し、シリンダ側圧ｆ２によりクランクシャフト６４まわりに発生するロールモーメント（ロール振動）は、前記クランクシャフト６４の回転方向と逆方向の反時計方向となる。エンジンＥが多気筒であり、その何れの気筒で初爆が発生しても、初爆によるロール振動の方向は常にクランクシャフト６４の回転方向と逆方向になる。

次に、上記構成を備えた能動型防振支持装置Ｍの制御について説明する。エンジンＥはフロントバンクＢｆ側およびリヤバンクＢｒ側がそれぞれ能動型防振支持装置Ｍ，Ｍによって支持されており、両能動型防振支持装置Ｍ，Ｍは独立して制御される。

先ず、図５のフローチャートに基づいて、エンジンＥの始動時を除く通常の運転状態での制御を説明する。

予め、エンジンＥＣＵ１０からの情報に基づきエンジンの気筒のうち、一部を休止している気筒休止運転状態か、エンジンの全ての気筒が運転する全筒運転状態かを判定する。本実施の形態では４サイクルＶ型６気筒のエンジンとして説明する。全筒運転時にはクランクシャフトが２回転する間に６回の爆発が起きるため、その振動周期のクランクアングルは１２０°となる。この振動周期において、クランクアングルの１５°毎に８個のクランクパルスが出力される。また片方のバンクの気筒の運転を休止する気筒休止運転時には、クランクシャフトが２回転する間に３回の爆発が起きるため、その振動周期のクランクアングルは２４０°となり、その間に１６個のクランクパルスが出力される。

例えば、エンジンが全筒運転状態であると判断された場合には、先ずステップＳ１でエンジンの振動周期Ｔに対するクランクアングル（この場合は１２０°）を決定する。続くステップＳ２で振動周期Ｔにおける８個のクランクパルスを読み込み、クランクパルスの時間間隔を演算する。図６に示すように、振動周期Ｔの間に８個のクランクパルスが出力され、それらの時間間隔ｔｎ（ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔ８）はクランクシャフトの角速度の変動に応じて変動する。

即ち、エンジンの爆発行程ではクランク角速度ωが増加して時間間隔ｔｎが短くなり、エンジンの圧縮行程ではクランク角速度ωが減少して時間間隔ｔｎが長くなるが、それ以外にエンジン回転数Ｎｅが増加する過程ではクランク角速度ωの増加により時間間隔ｔｎが短くなり、エンジン回転数Ｎｅが減少する過程ではクランク角速度ωの減少により時間間隔ｔｎが長くなる。従って、図６に示すクランクパルスの時間間隔ｔｎは、エンジンの各振動周期Ｔ内の振動に伴うクランク角速度ωの変動に起因する要素と、エンジン回転数Ｎｅの増減に伴うクランク角速度ωの変動に起因する要素とを含むものとなる。

上記二つの要素のうち、能動型防振支持装置Ｍの制御に影響を与えるのは前者の要素（振動に伴うクランク角速度ωの変動）であり、能動型防振支持装置Ｍの制御に影響を与えない後者（エンジン回転数Ｎｅの増減に伴うクランク角速度ωの変動）の要素を排除する必要がある。

続くステップＳ３でクランクパルスの８個の時間間隔ｔｎの累積時間Σｔｎ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋…＋ｔ８を算出する。この累積時間Σｔｎは振動周期Ｔに相当する。

続くステップＳ４で８個の時間間隔ｔｎの平均累積時間を算出する。図６から明らかなように累積時間のラインはＳ字状にカーブしているが、平均累積時間のラインは、累積時間のラインの始点と終点とを結ぶ直線となる。つまり、平均累積時間は、クランク角速度ωが一定である場合の累積時間に相当し、その値はクランクアングルが１５°増加する毎にＴ／８ずつ増加する。

続くステップＳ５でクランクアングルの１５°おきの各位置において、累積時間から平均累積時間を減算することにより、８個の偏差Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３，…，Δｔ８を算出する。図６の下側のＳ字状にカーブするラインは偏差Δｔｎを表すもので、このラインはエンジン回転数Ｎｅの変動の影響を取り除いたクランクパルスの時間間隔ｔｎの変動波形、つまりクランク角速度ωが一定である場合のクランクパルスの時間間隔ｔｎに対するずれに相当する。

エンジン振動が存在しないと仮定した場合、エンジン回転数Ｎｅが一定であれば、時間間隔ｔｎの累積時間は平均累積時間と同じように直線状に増加するが、エンジン回転数Ｎｅが増減する場合には、時間間隔ｔｎの累積時間は直線状の平均累積時間から外れることになる。しかしながら本実施の形態では、実際には変動するエンジン回転数Ｎｅを平均化した直線状の平均累積時間を基準とし、その平均累積時間からの偏差Δｔｎを算出することで、エンジン回転数Ｎｅの変動の影響を排除してエンジンの振動だけに起因する偏差Δｔｎを得ることができる。このことは、クランクシャフトの平均角速度に対する実角速度の偏差を求めることに外ならない。

続くステップＳ６で偏差Δｔｎの最大値と最小値とを判定し、その最大値と最小値との偏差に基づいてクランク速度の変動量ＶＡＰＰを算出し、ステップＳ７でカム角センサＳｂの出力タイミングと最小値までの時間ｎに基づき振動の位相を推定する。そしてステップＳ８で電子制御ユニットＵに予め保存された変動量ＶＡＰＰとエンジン回転数とのマップに基づき振動の振幅を算出してアクチュエータ４１に印加する電流波形を決定するとともに、位相とエンジン回転数とのマップに基づきアクチュエータ４１に印加する電流波形の出力タイミングを決定する。

尚、エンジンが気筒休止運転状態であると判断された場合には、前記振動周期Ｔにおける１６個のクランクパルスを読み込み、全筒運転状態と同じ手順でアクチュエータ４１に印加する電流波形とその出力タイミングとを決定する。

以上のように、エンジンが振動すると、その振動の振幅および位相に応じて、エンジンの上下動に追従するように能動型防振支持装置Ｍを伸縮させることで、エンジンの振動が車体フレームに伝達されるのを抑制して防振機能を発揮させることができる。

以上のように、エンジンＥが振動すると、その振動の振幅および位相に応じて、エンジンＥの上下動に追従するように能動型防振支持装置Ｍを伸縮させることで、エンジンＥの振動が車体フレームに伝達されるのを抑制して防振機能を発揮させることができる。

さて、エンジンＥの通常運転時には上述した手法でエンジンＥの振動を抑制することが可能であるが、エンジンＥの始動時における初爆によるエンジンのロール振動は非定常な一過性のものであるため、この初爆によるロール振動を上述した手法で抑制することはできない。

図４で説明したように、初爆によるエンジンＥのロール振動の方向は常にクランクシャフト６４の回転方向と逆方向になるため、前記ロール振動によりフロント側の能動型防振支持装置Ｍが圧縮され、リヤ側の能動型防振支持装置Ｍが収縮されることになる。能動型防振支持装置Ｍはアクチュエータ４１への通電により収縮する構造であるため、エンジンＥの初爆にタイミングを合わせて、圧縮力が作用するフロント側の能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に通電し、その能動型防振支持装置Ｍを収縮駆動することで、前記ロール振動が車体フレームに伝達されるのを抑制することができる。

エンジンＥの初爆は、次のようにして判定される。エンジンＥのクランキング中のクランク角速度は比較的に小さい値に維持されるが、エンジンＥの初爆に伴ってクランク角速度は急激に増加する。このクランク角速度の急激な増加をクランクパルスセンサＳａが出力するクランクパルスの時間間隔から検出することで、つまりクランクシャフト６４の角速度の増加率が所定値以上になったのを検出することで、エンジンＥの初爆を判定することができる。このときの能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１への通電電流の電流波形は、初爆によるロール振動の振動波形を予め実験的に求めておき、この振動波形を打ち消すような電流波形として電子制御ユニットＵに予め記憶されている。

以上のように、電子制御ユニットＵがエンジンＥの始動時の初爆を判定したときに、クランクシャフト６４の回転方向と逆方向のエンジンＥのロール振動を抑制するように能動型防振支持装置Ｍの作動を制御するので、エンジンＥの始動時に発生する一過性のロール振動を能動型防振支持装置Ｍによって抑制することができる。

またエンジンＥの初爆の判定に既存のクランクパルスセンサＳａを利用するので、特別のセンサを必要とせずに初爆を精度良く判定することができる。

以上、本発明の実施の形態を詳述したが、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、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部拡大図 能動型防振支持装置によるエンジンの支持形態を示す図 エンジンの縦断面図 通常運転時におけるアクチュエータの制御手法を示すフローチャート 図５のフローチャートのステップＳ５の説明図

Ｅ エンジン
Ｍ 能動型防振支持装置
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
４１ アクチュエータ
６２ ピストン
６４ クランクシャフト

Claims (2)

1. ピストン（６２）の往復運動をクランクシャフト（６４）の回転運動に変換するエンジン（Ｅ）を能動型防振支持装置（Ｍ）を介して車体に支持し、制御手段（Ｕ）が前記エンジン（Ｅ）の振動状態に応じた電流で前記能動型防振支持装置（Ｍ）を周期的に伸縮させることで、前記エンジン（Ｅ）の振動が前記車体に伝達されるのを抑制する能動型防振支持装置の制御装置において、
   前記能動型防振支持装置（Ｍ）はクランクシャフト（６４）を挟んで両側に配置され、前記制御手段（Ｕ）は、前記エンジン（Ｅ）の始動時の初爆を判定したときに、前記クランクシャフト（６４）の回転方向と逆方向の前記エンジン（Ｅ）のロール振動を抑制するように、前記初爆に伴う前記ロール振動により圧縮される側の能動型防振支持装置（Ｍ）を収縮駆動することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置。
2. 前記制御手段（Ｕ）は、前記クランクシャフト（６４）の角速度の増加率が所定値以上になったときに前記エンジン（Ｅ）の始動時の初爆を判定することを特徴とする、請求項１に記載の能動型防振支持装置の制御装置。

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