JP5146747B2 - 制振装置及び加振指令テーブルの製造方法 - Google Patents
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Description
制振装置の制御部は,自動車の振動特性がエンジン回転数によって決まるため,エンジン回転数に応じてアクチュエータへの電流指令すなわち電流の振幅と周波数を算出し出力する。また,前述した機械系は,アクチュエータへの指令電流から可動子の振幅までの伝達特性を考えた場合,共振周波数で最もゲインが高く,共振周波数より周波数が高くなるほどゲインが小さくなる。そのため,たとえばアイドリング時のエンジン回転周波数が車体フレームの共振周波数と一致している場合,前述した理由から,アクチュエータの機械系の共振周波数は,車体フレームの共振周波数と一致させることになる。
ここで,エンジン回転周波数が高い走行時の場合,アクチュエータは機械系の共振周波数よりも高い周波数で動作するため,制振に必要な反力を得るために大きな電流指令が必要になる。すなわち,必要な反力を得るためには可動子の変位振幅がある値以上必要であるが,アクチュエータの駆動周波数が高くなるほど同じ電流振幅で発生できる可動子の変位振幅が小さくなるため,必要な変位振幅を得るために大きな電流振幅が必要になるのである。
一方,自動車のエンジン回転数は,走行時・停止時を問わず,軽くアクセルを踏んだり緩めたりするだけで大きく変動する。そのため,たとえば車両の急停止によってエンジンがアイドリング状態に急変した場合,過渡状態では,非共振時の大きな電流振幅のまま機械系の共振状態に推移するため,アクチュエータの可動子が過大な変位振幅で振動することになる。このとき,可動子に付与された補助質量が車体フレームやアクチュエータのストッパ等に衝突したり,弾性支持部に弾性限度以上の変位が発生するため,アクチュエータが破損する。
また,可動子が過大な変位振幅で振動している場合,アクチュエータは制振ではなく加振状態となるため,かえって自動車の乗り心地を悪化させる原因となる。
なお,上記の現象は,自動車がアイドリング状態あるいは走行状態であるかどうかによらず,機械系の共振を利用して発生反力を増加させるアクチュエータを用いた制振装置で発生する。
なお、状態量とは、たとえば力、加速度、速度、変位等の時間によって変化する物理量を示す。また、加振指令の制限値とは、加振指令振幅の上限値を意味する。
上記構成により、加振手段に入力する加振指令を、加振指令から固定部材に対する可動部材の相対状態量までの伝達関数に基づいて周波数ごとに定められた上限値によって制限できるので、制振対象の振動の周波数が急激に変化した場合であっても、加振手段の固定部材が過大に振動することを防止できる。そのため、過大な振動によって加振手段が破損したり、可動部材が制振対象に衝突することによって制振対象に損傷を与えることを防止できる。
なお,共振周波数近傍とは,共振周波数の1/10倍の周波数から10倍の周波数までの範囲を示す。
上記構成により,弾性部材と可動部とからなる機械系の共振周波数近傍の加振指令を制限できるので,制振対象の共振周波数と機械系の共振周波数とを一致させ,制御対象が非共振周波数で駆動している状態から共振周波数で駆動している状態に変化した場合であっても,加振手段の可動部材が過大に振動するのを防止できる。
なお,相対変位の最大値とは,加振手段の固定部材に対して可動部材が可動しうる最大の変位量を示す。
上記構成により、許容される駆動電流を許容最大変位と、周波数と、伝達関数とから事前に求めて電流上限テーブルを作成することができる。
上記構成により、許容最大変位と、前記アクチュエータの駆動周波数と、前記アクチュエータの駆動電流の指令値から前記補助質量の加速度までの伝達特性とを用いて、振動周波数毎に許容される電流指令値を求め、電流上限テーブルを作成することができる。
以下,本発明の第1の実施形態による制振装置を図面を参照して説明する。図1は,同実施形態の構成を示すブロック図である。符号1は,制振対象である制御対象機器4に設置する加振部である。なお,制御対象機器4は,たとえば自動車の車体フレームや,座席シートや,エンジン等である。また,加振部1は特許文献2に示したリニアアクチュエータであり,以下,レシプロモータと称する。
可動部の振動が,加速度振幅Ap,角周波数ωの正弦波で近似できると仮定すると,加速度aはa=Apsinωtとなるので,変位xはx=(−AP/ω2)sinωtで表される。すなわち,変位xの最大振幅LpはLp=AP/ω2である。このLpが,2つのストッパ16の間隔2Lsの半分より小さくなるように(Lp<Ls)電流指令の振幅の上限値を決定する。
以上のように,電流上限クランプテーブル23は,周波数fに対する変位xの最大振幅Lpと伝達関数Gとから得られる電流振幅の上限値Ipが記憶されたテーブルであり,周波数指令値が入力されると印加電流生成部に電流振幅の上限値Ipを出力することができる。
たとえば,加振部1がレシプロモータであることは本発明の必須条件ではない。すなわち,加振部1は,固定部に対し可動部を相対的に運動させて制御対象機器4に反力を作用させることが可能なアクチュエータであれば良く,たとえばボイスコイルモータやソレノイド等の他の磁気式モータ,あるいは,たとえば圧電素子を用いたピエゾアクチュエータ等のような磁気以外の原理で動作するモータでも良い。
また,加振部1の固定部材および可動部材は,必ずしもアクチュエータの固定子および可動子と一致している必要はない。すなわち,本実施例では永久磁石と図示しないコイルとを備えた固定子12を固定部材として,また,可動子13,軸15,補助質量11からなる可動部を可動部材としているが,これとは逆に,軸15を介して可動子13を制御対象機器4に固定する固定部材とし,この可動子13に対して相対的に運動可能な固定子12を可動部材としても良い。このような構成を取ることにより,固定子12本体と,永久磁石と,図示しないコイルとを可動部材の質量として利用できる。そのため,本実施形態のように反力を増加させるための補助質量11を別途設ける必要がなくなるので,加振部1をコンパクトにできるとともにコストの低減化が図れる。
また,本実施例では制御対象機器4の状態値としてエンジン回転数を検出しているが,抑制しようとする制御対象機器の振動周波数と対応可能な他の信号でも良い。たとえばエンジン点火タイミング信号など制御対象機器4が出力可能な他の状態値を検出しても良く,また,制御対象機器4に加速度センサ等の検出器を設置することによって状態値を検出しても良い。
また,電流上限クランプテーブル23は,少なくとも一部の周波数帯域について電流振幅の上限値Ipが記憶されたテーブルであっても良い。すなわち,たとえばアクチュエータの機械系の共振周波数近傍のみ電流振幅の上限を制限するようにし,それ以外の周波数帯域については電流振幅を制限しないようにしても良い。
その他の構成も,本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
Claims (3)
- 固定部材が制振対象の制振するべき位置に設けられ、該固定部材に対して制振対象の振動方向に往復動可能であるように弾性部材によって支持された可動部材とからなる加振手段を備え、前記制振対象の振動に基づいて、前記加振手段に前記制振するべき位置での振動を打ち消す制振力を発生させるための加振指令を出力するように構成した制振装置であって、
前記制振対象の状態値が入力され、電流の振幅指令値及び周波数指令値からなる前記加振指令を演算によって求めて出力する指令値生成部と、
前記加振指令から前記固定部材に対する前記可動部材の相対状態量までの伝達特性に基づいて予め周波数ごとに電流振幅の上限値を記憶し、且つ前記指令値生成部が出力した前記加振指令のうち前記周波数指令値を入力して前記加振指令の前記振幅指令値の上限値を出力する加振指令上限テーブルとを備え、
前記加振指令上限テーブルは、前記相対状態量である相対変位の最大値と、前記状態値である前記制振対象の振動周波数から求まる前記可動部材の振動周波数の2乗との積を、前記加振指令から前記固定部材に対する前記可動部材の相対加速度までの伝達関数で除した値を前記上限値として記憶したものであり、
前記指令値生成部が出力した前記周波数指令値、前記振幅指令値および前記加振指令上限テーブルが出力した前記振幅指令値の上限値に基づいて、前記加振手段の駆動周波数ごとに前記加振手段の可動部が所定の可動範囲になるように電流振幅を制限した加振指令を出力するように構成していることを特徴とする制振装置。 - 前記加振指令上限テーブルは、少なくとも前記弾性部材と前記可動部材とからなる機械系の共振周波数近傍の前記加振指令を制限することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。
- 固定部材が制振対象の制振するべき位置に設けられ、該固定部材に対して制振対象の振動方向に往復動可能であるように弾性部材によって支持された可動部材とからなる加振手段を備え、前記制振対象の振動に基づいて、前記加振手段に前記制振するべき位置での振動を打ち消す制振力を発生させるための加振指令を出力するように構成した制振装置に使用される加振指令上限テーブルの製造方法であって、
前記制振装置が、
前記制振対象の状態値を入力して、電流の振幅指令値及び周波数指令値からなる前記加振指令を演算によって求めて出力する指令値生成部と、
前記加振指令から前記固定部材に対する前記可動部材の相対状態量までの伝達特性に基づいて予め周波数ごとに電流振幅の上限値を記憶し、且つ前記指令値生成部が出力した前記加振指令のうち前記周波数指令値を入力して前記加振指令の前記振幅指令値の上限値を出力する加振指令上限テーブルとを備え、
前記指令値生成部が出力した前記周波数指令値、前記振幅指令値および前記加振指令上限テーブルが出力した前記振幅指令値の上限値に基づいて、前記加振手段の駆動周波数ごとに前記加振手段の可動部が所定の可動範囲になるように電流振幅を制限した加振指令を出力するように構成したものであり、
前記加振手段に出力する前記加振指令から前記固定部材に対する前記可動部材の相対加速度までの伝達特性を測定する過程と、
前記相対状態量である相対変位の最大値と、前記状態値である前記制振対象の振動周波数から求まる前記可動部材の振動周波数の2乗との積を、前記過程により測定された伝達特性で除した値を前記上限値として求めることにより加振指令上限テーブルを生成する過程とを有することを特徴とする加振指令上限テーブルの製造方法。
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