主动减振装置、车辆、主动减振装置的控制方法.pdf

一种主动减振装置(X)，利用由驱动器(2)驱动辅助质量(1)时的反力来抑制减振对象(T)的振动，该主动减振装置(X)具备刚性衰减控制部(5)，其控制特性为：将驱动器(2)的位移、动作速度乘以刚性增益k1a和衰减增益c1a并反馈，由此减振装置机械系统(X1)的固有振动频率与减振对象(T)的起振频率ω一致，消除减振装置机械系统(X1)的衰减，在该刚性衰减控制部(5)中构成为根据变动的起振频率ω来调整刚性增益k1a和衰减增益c1a，由此即使在起振频率产生变动的情况下，也能够适当地抑制该起振频率成分的振动。

权利要求书一种主动减振装置，具备辅助质量以及驱动该辅助质量并且在驱动状态下产生弹簧力和衰减力的驱动器，利用由该驱动器驱动上述辅助质量时的反力来抑制与起振源的起振频率成分相应的减振对象的振动，该主动减振装置的特征在于，
还具备刚性衰减控制部，该刚性衰减控制部反馈刚性衰减控制信号，由此跟随上述起振频率的变化来变更该主动减振装置的刚性特性和衰减特性，其中，该刚性衰减控制信号包括将检测或者估计出的上述驱动器的位移乘以刚性增益而得到的值以及将检测或者估计出的上述驱动器的动作速度乘以衰减增益而得到的值，
该刚性衰减控制部根据关于与上述起振源的驱动状态相应地变动的起振频率的信息即起振频率信息，与上述起振频率同步地调整上述刚性增益和上述衰减增益，以使该主动减振装置的固有振动频率与上述减振对象的起振频率一致，并且能够消除该主动减振装置的衰减。
一种车辆，其特征在于，具备根据权利要求1所述的主动减振装置。
一种主动减振装置的控制方法，该主动减振装置具备辅助质量以及驱动上述辅助质量并且在驱动状态下产生弹簧力和衰减力的驱动器，利用由该驱动器驱动上述辅助质量时的反力来抑制与起振源的起振频率成分相应的减振对象的振动，该控制方法的特征在于，
具备刚性衰减控制步骤，在该刚性衰减控制步骤中，反馈刚性衰减控制信号，由此跟随上述起振频率的变化来变更上述主动减振装置的刚性特性和衰减特性，其中，该刚性衰减控制信号包括将检测或者估计出的上述驱动器的位移乘以刚性增益而得到的值以及将检测或者估计出的上述驱动器的动作速度乘以衰减增益而得到的值，
在该刚性衰减控制步骤中，根据关于与上述起振源的驱动状态相应地产生变动的起振频率的信息即起振频率信息，与上述起振频率同步地调整上述刚性增益和上述衰减增益，以使上述主动减振装置的固有振动频率与上述减振对象的起振频率一致，并且能够消除该主动减振装置的衰减。

说明书主动减振装置、车辆、主动减振装置的控制方法
技术领域
本发明涉及例如抑制由于汽车车辆等产生的振动的主动减振装置、具备该主动减振装置的车辆以及主动减振装置的控制方法。
背景技术
以往，作为抑制振动的减振装置，已知包括重锤等的辅助质量、弹簧元件以及减振器元件的被动式动力减振器。被动式动力减振器具有以下优点：具有简单的结构，并且使动力减振器单体的固有振动频率与起振频率一致而衰减为0，由此能够使减振对象所产生的起振频率成分的振动在理论上为0。
然而，为了通过被动式动力减振器获得良好的减振性能，需要精密地调整弹簧元件、减振器元件的弹簧常数、衰减系数的作业。
因此，考虑以下主动减振装置：通过驱动器使弹簧、减振器产生作用，由此不需要对弹簧元件本身或者减振器元件本身进行机械调整，容易地对弹簧常数、衰减系数进行调整而能够产生期望的刚性特性和衰减特性，从而实际应用。目前，本申请人也提出了以下主动减振装置：利用由进行往复运动的线性运动驱动器驱动辅助质量时的反力，能够抑制与起振源(引擎等)的起振频率成分相应的减振对象的振动(专利文献1等)。
专利文献1：国际公开第2007‑129627号
发明内容
发明要解决的问题
另外，在以往的主动减振装置中，预先假定(确定)要抑制的起振频率成分的振动，适当地调整减振装置本身的弹簧常数和衰减系数，由此能够从整体上平稳地抑制该起振频率成分的振动和接近于该起振频率成分的频率成分的振动。
然而，例如在随着起振源(例如引擎等)的驱动状态的变化而减振对象的振动成为与假定(确定)的起振频率大不相同的起振频率成分的振动的情况下，无法有效地抑制该振动。
本发明是关注这种问题而完成的，主要目的在于，提供一种即使在起振频率发生变化的情况下也能够适当地抑制与该起振频率成分相应的减振对象的振动的主动减振装置、其控制方法以及具备该主动减振装置的车辆。
用于解决问题的方案
即，本发明涉及一种主动减振装置，该主动减振装置具备辅助质量以及驱动辅助质量并且在驱动状态下产生弹簧力和衰减力的驱动器，利用由驱动器驱动上述辅助质量时的反力，来抑制与起振源的起振频率成分相应的减振对象的振动。在此，“减振对象”不管是否为设备只要根据起振源的起振频率成分来振动即可。另外，“减振对象”可以是“设备整体”或者也可以是“设备中的某一特定的区域、部分”。另外，“起振源”不特别进行限定，但是在本发明的主动减振装置中，在驱动状态(工作状态)能够发生较大变化的装置、例如引擎、马达、发电机等的旋转设备为起振源的情况下，能够发挥特别良好的作用效果。
而且，本发明所涉及的主动减振装置的特征在于，具备刚性衰减控制部，该刚性衰减控制部将包括将检测或者估计出的上述驱动器的位移乘以刚性增益而得到的值以及将检测或者估计出的上述驱动器的动作速度乘以衰减增益而得到的值的刚性衰减控制信号进行反馈，由此跟随上述起振频率的变化来变更该主动减振装置的刚性特性和衰减特性，该刚性衰减控制部根据关于与上述起振源的驱动状态相应地产生变动的起振频率的信息即起振频率信息，与上述起振频率同步地调整上述刚性增益和上述衰减增益，以使该主动减振装置的固有振动频率与上述减振对象的起振频率一致，并且能够消除该主动减振装置的衰减。
在本发明的主动减振装置中，驱动器的位移、动作速度可以是通过位移传感器、速度传感器等检测部件来直接进行检测得到的值，或者也可以是根据其它值(也可以是检测值或者估计值中的任一个)通过规定的运算处理来估计(计算)出的值。另外，本发明中的“起振频率信息”包含能够根据起振频率本身、或者起振源的动作状况(旋转脉冲信号、驱动脉冲信号)、规格(如果起振源为引擎则气缸数、点火气缸数、引擎型式等)等的信息来算出起振频率的信息整体。
而且，在本发明中，通过对主动减振装置本身的刚性特性和衰减特性进行调整的刚性衰减控制部，与起振频率同步地调整刚性增益和衰减增益，作为包括将该刚性增益乘以驱动器的位移而得到的值以及将衰减增益乘以驱动器的动作速度而得到的值的刚性衰减控制信号而进行反馈。因而，在根据该刚性衰减控制信号来驱动驱动器的情况下，主动减振装置的固有振动频率与起振频率相等，使得衰减接近0，因此能够使减振对象所产生的起振频率成分的振动接近0，从而能够适当地进行抑制。特别是，即使在随着起振源的工作状态的变化而起振频率发生较大变化的情况下，根据起振频率信息与其变化后的起振频率对应地调整刚性增益和衰减增益，将根据该调整后的刚性增益和衰减增益来决定的刚性衰减控制信号进行反馈，由此使主动减振装置的固有振动频率与变化后的起振频率一致，能够消除衰减，因此对变化后的起振频率成分的振动也发挥良好的减振效果。
这样，本发明的主动减振装置在起振频率发生变化的情况下，采用跟随该变化来变更刚性特性和衰减特性这种新颖的减振控制，由此即使对在以往的减振装置那样固定了固有振动频率的减振控制中无法发挥适当的减振效果的情况、即从预先假定(确定)的起振频率发生较大变化的起振频率成分的振动也发挥良好的减振效果。
另外，本发明所涉及的车辆的特征在于具备具有上述结构的主动减振装置。本发明的主动减振装置在如上所述那样驱动状态(工作状态)能够发生较大变化的引擎为起振源的情况下，能够发挥特别良好的作用效果，如果是搭载了这种主动减振装置的车辆，则主动减振装置即使对变化的起振频率成分的振动也发挥良好的减振效果，由此驾驶员或者同行乘客能够得到良好的乘坐舒适感。
另外，在本发明的主动减振装置的控制方法中，该主动减振装置具备辅助质量以及驱动辅助质量并且在驱动状态下产生弹簧力和衰减力的驱动器，利用由驱动器驱动辅助质量时的反力，来抑制与起振源的起振频率成分相应的减振对象的振动，该控制方法的特征在于，具备刚性衰减控制步骤，将包括将检测或者估计出的上述驱动器的位移乘以刚性增益而得到的值以及将检测或者估计出的上述驱动器的动作速度乘以衰减增益而得到的值的刚性衰减控制信号进行反馈，由此跟随起振频率的变化来变更主动减振装置的刚性特性和衰减特性，其中，在该刚性衰减控制步骤中，根据关于与起振源的驱动状态相应地产生变动的起振频率的信息即起振频率信息，与起振频率同步地调整刚性增益和上述衰减增益，以使主动减振装置的固有振动频率与减振对象的起振频率一致，并且能够消除该主动减振装置的衰减。
根据这种主动减振装置的控制方法，与起振频率同步地调整刚性增益和衰减增益而变更刚性特性和衰减特性，因此与上述主动减振装置中的作用效果同样地，即使在起振频率发生变化的情况下也能够降低该起振频率成分的振动。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种即使在起振源的工作状态等中起振频率发生变动的情况下，也与该起振频率同步地调整对刚性特性和衰减特性进行决定的刚性增益和衰减增益，由此能够适当地抑制该变动的起振频率成分的振动的主动减振装置、其控制方法以及具备了能够最佳抑制变动的起振频率成分的振动的主动减振装置的车辆。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的主动减振装置的功能框图。
图2是将该实施方式所涉及的主动减振装置安装到减振对象的状态的动作原理图。
图3是该状态的框线图。
图4的该实施方式中的驱动器的示意图。
图5是该驱动器的动作原理图。
图6是该驱动器的动作原理图。
图7是该实施方式所涉及的主动减振装置单体的框线图。
图8是该实施方式所涉及的主动减振装置的流程图。
图9是该实施方式所涉及的主动减振装置的一个变形例的图3对应图。
图10是该实施方式所涉及的主动减振装置的一个变形例的图3对应图。
图11是该实施方式所涉及的主动减振装置的一个变形例的图3对应图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一个实施方式。
如图1和图2所示，本实施方式所涉及的主动减振装置X(下面，有时还称为“减振装置X”)具备辅助质量1以及驱动辅助质量1的驱动器2，利用由驱动器2驱动辅助质量1时的反力来抑制减振对象T的振动。
将这种减振装置X固定(安装)到减振对象T，减振对象T所产生的振动为，在使辅助质量1和驱动器2进行驱动的状态下，如将该状态模型化得到的示意图的图2以及该状态的框线图的图3所示，形成减振对象T的振动系统(下面称为“减振对象主系统T1”)以及减振装置X的振动系统(下面称为“减振装置机械系统X1”)，通过驱动器2在消除减振对象T的振动的方向上移动辅助质量1，由此减振装置X产生减振效果。这种减振装置X也被称为主动动力减振器(Active dynamic damper)。此外，图2和图3的“m0”“k0”“c0”分别表示减振对象T的质量(主系统质量)、减振对象主系统T1的弹簧常数、减振对象主系统T1的衰减系数，“m1”“k1”“c1”分别表示辅助质量1、减振装置机械系统X1的弹簧常数、减振装置机械系统X1的衰减系数。另外，图3中的附图标记2表示驱动器中的特别是电系统。
在本实施方式中，具有以下结构：将减振装置X例如安装到车辆的车架T，使驱动器2产生减振力(起振力)，能够通过减振装置X抑制车架T所产生的上下方向(重力方向)的振动。此外，在车辆上搭载引擎E，该引擎E是车架T所产生的振动的发生源(起振源、振动发生源)。此外，除了车架T以外，例如还在座椅、引擎支座附近、散热器附近、后部的货箱下部或者行李箱下部等多处存在由于引擎E的驱动而振动的部件、部分，在对这些各部安装本实施方式所涉及的减振装置X的情况下也能够起到有效的减振效果。
辅助质量1例如是重锤等，如图2所示，被弹簧元件k和衰减元件c支承(保持)。在本实施方式中，构成驱动器2(后述的往复式马达M)的部件作为弹簧元件k、衰减元件c而发挥功能。
如图1所示，本实施方式所涉及的减振装置X除了具备辅助质量1和驱动器2以外，还具备：电流检测部3，其检测对驱动器2进行驱动的电流(驱动电流)；速度估计部4，其根据从电流检测部3输出的电流值Ia和对功率放大器7的电流指令等来估计驱动器2的动作速度(移动速度)；刚性衰减控制部5，其将作为速度估计部4的输出值的估计速度值的积分值乘以刚性增益k1a得到的值以及将估计速度值乘以衰减增益c1a得到的值作为刚性衰减控制信号而进行反馈，由此将减振装置机械系统X1的刚性特性和衰减特性控制为期望的特性；施加电流指令生成部6，其根据从刚性衰减控制部5输出的刚性衰减控制信号等，求出并输出与要使驱动器2产生的力相应地要施加到驱动器2的电流的指令值；以及功率放大器7，其将与施加电流指令生成部6的输出值(电流指令值)相应的用于驱动驱动器2的电流提供给驱动器2。
在本实施方式的主动减振装置X中，作为驱动器2应用使辅助质量1进行往复运动的线性运动驱动器。作为线性运动驱动器还能够应用音圈21c马达，但是在本实施方式中，应用了利用电磁力的往复式马达M。
如图4至图6所示，该往复式马达M具备：定子21，其固定减振对象T(车架T)；可动元件22，其相对于定子21能够往复运动；轴23，其被配置于定子21和可动元件22的同一轴心上，能够与可动元件22一体地往复运动；以及板簧24，其通过自己弹性变形，以可动元件22和轴23能够相对于定子21往复运动的方式支承可动元件22和轴23。定子21具有：层叠芯21a，其呈内部具有允许可动元件22的移动的空间的筒状，是在轴23的长方向(轴方向)上层叠环状的钢板而得到的；永磁体21b，其配置于层叠芯21a中的能够与可动元件22面对的区域；以及卷绕于层叠芯21a的规定部分的线圈21c(参照图5)。在此，配置设定为在轴方向上邻接的永磁体21b彼此的极性不同以及隔着可动元件22而相对置的永磁体21b彼此的极性不同。另外，可动元件22是层叠环状的钢板而得到的，以适当的方式固定于轴23。在本实施方式中，通过轴23将可动元件22与辅助质量1进行接合，以减振对象T的要抑制的振动的方向与可动元件22的往复运动方向(推力方向)一致的方式，将定子21固定于减振对象T(参照图4)。
而且，在使规定方向(正方向)的电流流过线圈21c的情况下，由于线圈21c和永磁体21b等的作用，形成图5的箭头Φ1所示的磁通路径，可动元件22朝与重力相反的方向(向上方向、箭头Fl方向)移动，在使与规定方向相反的方向(负方向)的电流流过线圈21c的情况下，形成图6的箭头Φ2所示的磁通路径，可动元件22向重力方向(向下方向、箭头F2方向)移动。这样，根据流过线圈21c的电流的方向来决定作用于可动元件22的推力的方向F1、F2。因此，使正方向和负方向的电流交替地流过线圈21c，由此能够使可动元件22在沿着轴方向的一条直线上往复驱动(振动)。由此，能够通过轴23使由板簧24保持的辅助质量1往复驱动。
可动元件22所受的推力的大小与流过线圈21c的电流的大小成比例，在本实施方式的减振装置X中，构成为根据从施加电流指令生成部6输出到功率放大器7的电流指令值，来对可动元件22和辅助质量1的加速度进行控制，由此减小减振对象T的振动。此外，图4示出的线性运动驱动器2不是以使轴23滑动来能够往复运动的方式支承轴23，而是以板簧24在轴23的上端侧和下端侧这两处保持可动元件22，由于板簧24自身弹性变形而使可动元件22能够在轴方向上往复运动的方式支承可动元件22，因此可动元件22不产生磨损或者滑动阻力，即使在经过长时间使用之后，对轴23的支承精度也不会下降，从而能够得到高可靠性，并且不会产生由于滑动阻力引起的消耗电力的损失而能够实现性能的提高。
电流检测部3是例如使用电流传感器而构成的，检测从功率放大器7提供给驱动器2的电流Ia。具体地说，利用功率放大器7如图3所示那样将来自施加电流指令生成部6的输出值(电流指令值)乘以规定的功率放大器增益GPA*而得到的指令电压输出到驱动器2这一点以及提供与输入到驱动器2的线圈21c(L表示电感，R表示电阻，s表示拉普拉斯运算符(微分运算符))的来自功率放大器7的输出值(指令电压)相应的电流(将指令电压乘以驱动器2的推力常数KT而得到的电流)这一点，电流检测部3检测提供给驱动器2的电流Ia，将其检测值Ia*输出到速度估计部4。另外，本实施方式的减振装置X具备电流反馈控制部8，该电流反馈控制部8使将由电流检测部3检测出的电流值Ia*乘以规定的反馈增益Gc得到的值(电流反馈指令值)返回到功率放大器7的输入侧。通过进行电流反馈控制，即使是高频率也能够得到充分的应答性。
如作为减振装置X单体的框线图的图7所示，速度估计部4根据感应电动势eT*来估计驱动器2的动作速度v1*。在本实施方式中，构成为从驱动器2的线圈和指令电压估计感应电动势eT*，将该感应电动势eT*除以驱动器2的推力常数KT*，由此估计驱动器2的动作速度v1*。将输入到功率放大器7的电流指令值乘以功率放大器增益GPA*，由此能够求出指令电压。此外，也可以分开设置对驱动器2的端子电压进行检测的电压检测部，利用由该电压检测部检测出的电压值来估计感应电动势eT*。另一方面，将提供给驱动器2的电流(在本实施方式中由电流检测部3检测出的电流值Ia*)乘以线圈21c的逆特性“L*s+R*”，由此能够求出驱动器2的线圈端子电压。而且，该速度估计部4将估计出的估计速度值v1*输出到刚性衰减控制部5。
此外，作为速度估计部4还能够使用具有以下结构的速度估计部：根据指令电压和驱动器2的端子电压来求出感应电动势，根据该感应电动势来估计驱动器2(可动元件22)的动作速度。
如图7所示，刚性衰减控制部5将作为速度估计部4的输出值的估计速度值v1*的积分值即位移x(驱动器2的位移x1)乘以刚性增益k1a而得到的值、估计速度值v1*乘以衰减增益c1a而得到的值作为刚性衰减控制信号而进行反馈，由此调整减振装置X的刚性特性和衰减特性。具体地说，该刚性衰减控制部5根据从引擎E或者未图示的引擎控制部件输入的起振频率信息，与起振频率ω同步地调整刚性增益k1a和衰减增益c1a，以使减振装置机械系统X1的固有振动频率与减振对象T的起振频率ω一致，并且消除减振装置机械系统X1的衰减，将基于这些调整后的刚性增益k1a和衰减增益c1a的刚性衰减控制信号输出到施加电流指令生成部6。输入到刚性衰减控制部5的起振频率信息也可以是起振频率本身，但是也可以是能够根据该信息来求出起振频率的信息、例如包括引擎E的基本起振频率成分、即每个时间的引擎点火次数(点火周期)以及其高次成分(两倍、三倍等)的信息。在后者的情况下，根据起振频率信息通过适当的运算处理等来求出起振频率ω的处理能够构成为由刚性衰减控制部5进行、或者在比刚性衰减控制部5更靠上级(引擎E侧)进行。此外，在起振频率信息中除了包括引擎E的点火周期以外，还可以代替引擎E的点火周期，或者还包括旋转脉冲、点火脉冲、气缸数、点火气缸数、引擎E的类型，与这些全部或者多个或者与一个有关的信息，根据该信息求出起振频率ω。
而且，本实施方式的刚性衰减控制部5利用能够通过来求出减振装置机械系统X1的固有振动频率这一情况，利用以下式1来求出刚性增益k1a。
[式1]