振動制御装置

【課題】 振動制御手段の出力を低減することができ、小型の振動制御手段で実現できる効率的な振動制御装置を提供する。
【解決手段】 荷重支持部10と、カウンタバランス部30と、振動制御部20とを備えた振動制御装置1において、荷重支持部10は、設置部Fと荷重支持部10の間に配設され、荷重支持部10の移動を鉛直方向に規制する第1移動案内手段11,12を有し、カウンタバランス部30は、カウンタバランス部30と荷重支持部10を相対移動させる第2移動案内手段31,32を備え、一端33aを設置部Fに回動可能に支持され、他端33bを第2移動案内手段31,32を介して荷重支持部10に回動可能に結合され、一端33aと他端33bの間の結合部33cを負荷に応じた付勢力を付勢する付勢手段35に結合されたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、座席、荷物等の搭載部、特に移動体等に設置される座席等の搭乗部に加わる振動を抑制、又は低減する振動制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、振動加速度に応じて 座席下の直動型電動アクチュエータを動作制御して座席に加わる振動を抑制する座席用振動制御装置がある(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平11−180202号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、図13(a)に示すように、座席Sの支持をアクチュエータ121のみでする場合、停止状態を含め常にアクチュエータ121の出力が必要となる。また、図13(b)に示すように、座席Sの支持をアクチュエータ121とトーションスプリング122でする場合、停止状態ではアクチュエータ121の出力を0とすることができるが、座席Sの振動を制御する場合、トーションスプリング122のバネ力が反力となってしまい、振動制御分の出力の他にバネの反力分の出力がアクチュエータ121に必要となり、大きな出力が要求されていた。
【0004】
本発明は、上記課題を解決するものであって、座席、荷物等の搭載部、特に、例えば、車両、船や飛行機などの移動体等に設置される座席等の搭乗部に加わる振動を抑制、又は低減する振動制御装置に対して、振動制御手段の出力を低減することができ、小型の振動制御手段で実現できる効率的な振動制御装置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】
そのために本発明は、設置部に設置された荷重支持部と、前記荷重支持部と連結され荷重と釣り合う負荷を与えるカウンタバランス部と、前記荷重支持部の前記設置部に対する振動を制御する振動制御手段を有する振動制御部とを備えた振動制御装置において、前記荷重支持部は、前記設置部と前記荷重支持部の間に配設され、前記荷重支持部の移動を鉛直方向に規制する第1移動案内手段を有し、前記カウンタバランス部は、該カウンタバランス部と前記荷重支持部を相対移動させる第2移動案内手段を備え、一端を前記設置部に回動可能に支持され、他端を該第2移動案内手段を介して前記荷重支持部に回動可能に結合され、一端と他端の間の結合部を前記負荷に応じた付勢力を付勢する付勢手段に結合されたことを特徴とする。
【0006】
また、前記結合部は、前記カウンタバランス部の一端と他端を通る直線に対して前記付勢手段と戦記設置部との設置点の反対側に配置されることを特徴とする。
【0007】
また、前記付勢手段を複数備えたことを特徴とする。
【0008】
また、前記カウンタバランス部は、前記結合部と前記他端の間に伸縮可能な調整手段を備え、該調整手段の伸縮により前記付勢力を調節することを特徴とする。
【0009】
また、前記荷重支持部上の荷重又は加速度を検知する検知手段を備え、前記検知手段で検知した状態に応じて前記調整手段を作動する制御手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
請求項1記載の発明によれば、設置部に設置された荷重支持部と、前記荷重支持部と連結され荷重と釣り合う負荷を与えるカウンタバランス部と、前記荷重支持部の前記設置部に対する振動を制御する振動制御手段を有する振動制御部とを備えた振動制御装置において、前記荷重支持部は、前記設置部と前記荷重支持部の間に配設され、前記荷重支持部の移動を鉛直方向に規制する第1移動案内手段を有し、前記カウンタバランス部は、該カウンタバランス部と前記荷重支持部を相対移動させる第2移動案内手段を備え、一端を前記設置部に回動可能に支持され、他端を該第2移動案内手段を介して前記荷重支持部に回動可能に結合され、一端と他端の間の結合部を前記負荷に応じた付勢力を付勢する付勢手段に結合されたので、振動制御手段の出力を低減することができると共に、天秤部の全長を短くでき、重量を低減し、小型の振動制御手段で実現できる効率的で低コストな振動制御装置を提供することができる。また結合部は設置部へ直接設置される為、支柱が不要となり部品点数、重量を低減できる。
【0011】
請求項2記載の発明によれば、前記結合部は、前記カウンタバランス部の一端と他端を通る直線に対して前記付勢手段と戦記設置部との設置点の反対側に配置されるので、高さを低くすることができ、小さいスペースに配置することができる。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、前記付勢手段を複数備えたので、付勢手段によるモーメントを様々な特性で設定することができ、設計の自由度が大きくなる
請求項4記載の発明によれば、前記カウンタバランス部は、前記結合部と前記他端の間に伸縮可能な調整手段を備え、該調整手段の伸縮により前記付勢力を調節するので、カウンタウエイト等の重量物を適用する必要がなくなる。
【0013】
請求項5記載の発明によれば、前記荷重支持部上の荷重又は加速度を検知する検知手段を備え、前記検知手段で検知した状態に応じて前記調整手段を作動する制御手段を備えたので、初期荷重の変化に対して適切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】
【0014】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態における振動制御装置1を示す。図中、1は振動制御装置、10は荷重支持部、11は第1案内手段の一例としての第1スライダレール、12は第1移動手段の一例としての第1スライダ、13は荷重支持部材、20は振動制御部、21は振動制御手段の一例としての制振用アクチュエータ、22は検知手段の一例としての荷重センサ、23は検知手段の一例としての加速度センサ、30はカウンタバランス部、31は第2案内手段の一例としての第2スライダレール、32は第2移動手段の一例としての第2スライダ、33は第2移動手段支持部の一例としての第2スライダ支持部、34は調整手段の一例としてのプリロード調整用アクチュエータ、35は付勢手段の一例としてのスプリング、Fは設置部の一例としての移動体のキャビン、Sは搭載部の一例としての座席である。本発明では、付勢手段として弾性部材であるスプリングを用い、スプリングによる弾性力を付勢手段の付勢力として用いているが、この実施例に制限されるものではない。本発明においては、第1案内手段としての第1スライダレール11と第1移動手段としての第1スライダ12をまとめて第1移動案内手段とする。同様に、第2案内手段としての第2スライダレール31と第2移動手段としての第2スライダ32もまとめて第2移動案内手段とする。
【0015】
振動制御装置1は、荷重支持部10により床等の設置部Fに設置され、振動制御部20で振動制御装置1上の座席S等の荷重の振動をアクティブに制御すると共に、カウンタバランス部30で荷重に対する力の釣り合いを設定するものである。
【0016】
荷重支持部10は、設置部Fに設置された第1スライダレール11、荷重支持部材13に設けた第1スライダ12及び座席Sを支持する荷重支持部材13等を有する。第1スライダレール11は、設置部Fに設置され、第1スライダ12及び荷重支持部材13を上下(鉛直)方向に案内(規制)する。第1スライダ12は、荷重支持部材13に設けられ、第1スライダレール11により上下(鉛直)方向に案内(規制)される。荷重支持部材13は、座席Sの下方に設置され、第1スライダレール11により上下方向に案内される第1スライダ12を有し、振動制御部20及びカウンタバランス部30に載置されている。
【0017】
振動制御部20は、ボイスコイルモータ等の制振用アクチュエータ21、ロードセル等の荷重センサ22、加速度センサ23等を有する。制振用アクチュエータ21は、下部を設置部Fに設置、上部を荷重支持部材13に当接され、荷重センサ22や加速度センサ23等からの荷重信号により、上下動可能に制御される。荷重センサ22は、特に座席Sと荷重支持部材13の間に備えるとよい。
【0018】
カウンタバランス部30は、第2スライダレール31、第2スライダ32、天秤部33、プリロード調整用アクチュエータ34、スプリング35等を有する。第2スライダレール31は、荷重支持部材13に設置され、第2スライダ32を移動可能に案内する。第2スライダ32は、天秤部33の一端に連結されると共に、第2スライダレール31に案内され、荷重支持部材13に対して移動可能なものである。すなわち、荷重支持部13は、カウンタバランス部30と第2移動案内手段としての第2スライダと第2スライダレールを介して荷重支持部13とカウンタバランス部30は、相対移動可能に連結される。
【0019】
天秤部33は、一端33aを支点として、設置部Fに対して回動するように結合され、他端33bを作用点として、第2スライダ32に回動可能に結合され、一端33aと他端33bの間の結合部33cを力点として、スプリング35の他端に回動可能に結合される。
【0020】
プリロード調整用アクチュエータ34は、長さを変更することができるもので、すなわち、伸縮可能である。そして、プリロード調整用アクチュエータ34は、連結部33cとスプリング35の他端33bの間に備えられ、天秤部33に含まれる。そして、プリロード調整用アクチュエータ34により連結部33cとスプリング35の他端間の長さを変更することによって、付勢手段としてのスプリング35の付勢力を調節する。スプリング35は、一端を設置部Fに結合され、他端を天秤部33の結合部33cに結合されている。
【0021】
このように、支点を天秤部33の一端33aに配置することにより、支点から作用点までの距離と支点から力点までの距離が重なり、天秤部33の全長を短くすることができる。
【0022】
図2は、このような構造の振動制御装置1のブロック図を示す。加速度センサ23及び荷重センサ22からの入力信号を制御手段としてのECU40に入力し、制振用アクチュエータ21及びプリロード調整用アクチュエータ34を制御することで、荷重にあわせてアクティブに振動を制御する。
【0023】
次に、プリロード調整制御について説明する。図3は、プリロード調整制御のフローチャートを示す。まず、ステップ1で、振動のない停止時における荷重を荷重センサ22により検出する(ST1)。次に、ステップ2で、検出した荷重値の一定時間分をECU40に読み込む(ST2)。続いて、ステップ3で、一定時間分の荷重値から例えば平均値を計算して基準荷重値を算出する(ST3)。次に、ステップ4で、算出した基準荷重値にあわせてプリロード調整用アクチュエータ34を作動制御する(ST4)。
【0024】
図4は、プリロード調整制御後の振動制御装置1の状態を示すものである。図1に示すプリロード調整制御前の状態から、例えば乗員Pが座席Sに座り、初期荷重に乗員Pの荷重が足されると、カウンタバランス部30の天秤部33が時計方向に回転し、スプリング35に負荷がかかる。そこで、図4に示すように、プリロード調整用アクチュエータ34を作動させ、天秤部33の長さを変えることにより、荷重とスプリング35による負荷とを釣り合わせる。
【0025】
このように、プリロード調整用アクチュエータ34を作動させることにより、荷重がキャンセルされ、その状態から振動制御をすることができるようになる。
【0026】
次に、本実施形態の振動制御について説明する。図5は、振動制御のフローチャートを示す。まず、ステップ11で、振動時の加速度を加速度センサ23により検出する(ST11)。次に、ステップ12で、ECU40において制振用アクチュエータ21の推力を計算する(ST12)。推力計算は、例えば、加速度×フリクション×ゲイン×(−1)等の計算式やあらかじめ加速度に対応する推力の値を記憶しておくことにより実行する。ここで、計算式におけるゲインは制御の遅れ分、−1は向きの反転を表す。続いて、ステップ13で、ステップ12において計算した推力を制振用アクチュエータ21に指示する。
【0027】
なお、図6は、他の振動制御のフローチャートを示す。まず、ステップ21で、振動時の荷重を荷重センサ22により検出する(ST21)。次に、ステップ22で、検出した荷重値がプリロード調整制御で求めた基準荷重値と同じか比較する(ST22)。同じ場合、制振用アクチュエータ21を作動せず、振動制御を終了する。同じでない場合、ステップ23で、検出した荷重値がプリロード調整制御で求めた基準荷重値より大きいか判断する(ST23)。検出した荷重値がプリロード調整制御で求めた基準荷重値より大きい場合、ステップ24で、制振用アクチュエータ21を縮ませる(ST24)。検出した荷重値がプリロード調整制御で求めた基準荷重値より小さい場合、ステップ25で、制振用アクチュエータ21を伸ばす(ST25)。
【0028】
図7及び図8は、振動制御の状態を示すもので、図7は制振用アクチュエータ21を収縮した状態、図8は制振用アクチュエータ21を伸張した状態を示すものである。
【0029】
図7は、ステップ13に対応する加速度から求めた推力指示が制振用アクチュエータ21の収縮の場合又はステップ24に対応する検出した荷重値がプリロード調整制御で求めた基準荷重値より大きい場合であり、座席S上の振動を0にするため制振用アクチュエータ21を収縮すると、スライダ32が前方に移動すると共に、カウンタバランス部30の天秤部33が時計方向に回転する。この時、スプリング35は収縮するが、その傾斜角度が変更されるため、スプリング35の収縮による反力の鉛直成分はほぼキャンセルされ、荷重とスプリング35による負荷は、ほぼ釣り合い状態を保持することができる。
【0030】
図8は、ステップ13に対応する加速度から求めた推力指示が制振用アクチュエータ21の収縮の場合又はステップ25に対応する検出した荷重値がプリロード調整制御で求めた基準荷重値より小さい場合であり、座席S上の振動を0にするため制振用アクチュエータ21を伸張すると、スライダ32が後方に移動すると共に、カウンタバランス部30の天秤部33が反時計方向に回転する。この時、スプリング35は伸張するが、その傾斜角度が変更されるため、スプリング35の伸張による反力の鉛直成分はほぼキャンセルされ、荷重とスプリング35による負荷は、ほぼ釣り合い状態を保持することができる。
【0031】
このように、荷重とスプリング35による負荷は、常にほぼ釣り合い状態を保持することができるので、制振用アクチュエータ21の出力を小さくすることができる。
【0032】
図9は、本実施形態の振動制御装置1を用いた場合と、図11に示す従来技術の場合とをシミュレーションで比較した結果を示す。シミュレーションは、振幅25mm周期750mmの波状路を速度70km/hで走行する条件で、荷重の振動を0にするために必要な制振用アクチュエータを求めた。
【0033】
図9(a)は、図13(a)に示すように、座席の支持をアクチュエータのみでする場合、図9(b)は、図13(b)に示すように、座席の支持をアクチュエータとスプリングでする場合、図9(c)は、本実施形態の場合である。
【0034】
このように、本実施形態の振動制御装置1は、アクチュエータの出力を低減することができ、小型のアクチュエータで実現できる効率的なものである。
【0035】
図10は、第2実施形態における振動制御装置1を示す。本実施形態では、第1実施形態における天秤部33をスプリング35との結合部33cで折り曲げる構造としたものである。
【0036】
天秤部33は、天秤部33の一端33aと他端33bを通る直線に対して、結合部33cがスプリング35と設置部Fとの設置点の反対側に配置されるように、一端33a側に対して他端33b側を結合部33cで屈曲させている。これによって、天秤部33を配置するためのスペースが小さくなる。なお、天秤部33の形状は、結合部33cでの屈曲に限らず、他の部分で屈曲させたり、湾曲形状としてもよい。
【0037】
また、図11は、第3実施形態における振動制御装置1を示す。本実施形態では、第1実施形態におけるスプリング35を複数用いる構造としたものである。
【0038】
スプリング35は、第1スプリング35a及び第2スプリング35bを有し、第1スプリング35a及び第2スプリング35bは、一端を設置部Fに結合され、他端を天秤部33の結合部33cに結合されている。第1スプリング35aと第2スプリング35bとは、バネ定数や取付位置等の特性が異なるものを使用するのが好ましい。
【0039】
ここで、本実施形態の第1スプリング35a及び第2スプリング35bの特性について説明する。図12は本実施形態の第1スプリング35a及び第2スプリング35bの特性を示すグラフである。グラフ内の実線は天秤部33の支点33aを中心とした制御対象となる荷重によるモーメントを示し、点線は第1スプリング35a及び第2スプリング35bをあわせたものによるモーメントを示す。また、一点鎖線は第1スプリング35aによるモーメントを示し、一点鎖線は第2スプリング35bによるモーメントを示す。そして、横軸は釣り合い位置からのシート変位、縦軸はモーメント量を示す。
【0040】
本実施形態では、図3に示したプリロード調整制御によって求めた荷重によるモーメントと第1スプリング35a及び第2スプリング35bによるモーメントとの釣り合い位置を横軸の0とした場合、荷重によるモーメントと、第1スプリング35a及び第2スプリング35bによるモーメントとの釣り合いの状態から荷重支持部材11が変位しても、第1スプリング35a及び第2スプリング35bによるモーメントと荷重によるモーメントがほぼ同一になるように、第1スプリング35a及び第2スプリング35bの特性を設定する。
【0041】
したがって、荷重支持部材11が変位しても、第1スプリング35a及び第2スプリング35bによるモーメントと荷重によるモーメントがほぼ同一になるように、第1スプリング35a及び第2スプリング35bの特性を設定するので、振動時の制振用アクチュエータ21をほぼ釣り合いの状態から動作させることができ、釣り合い位置付近での制振用アクチュエータ21の推力を小さいものとすることができる。
【0042】
このように、本実施形態の振動制御装置1は、設置部Fに設置された荷重支持部10と、荷重支持部10と連結され荷重と釣り合う負荷を与えるカウンタバランス部30と、荷重支持部10の設置部Fに対する振動を制御する制振用アクチュエータ21を有する振動制御部20とを備えた振動制御装置において、荷重支持部10は、設置部Fと荷重支持部10の間に配設され、荷重支持部10の移動を鉛直方向に規制する第1移動案内手段11,12を有し、カウンタバランス部30は、カウンタバランス部30と荷重支持部10を相対移動させる第2移動案内手段31,32を備え、一端33aを設置部Fに回動可能に支持され、他端33bを第2移動案内手段31,32を介して荷重支持部10に回動可能に結合され、一端33aと他端33bの間の結合部33cを負荷に応じた付勢力を付勢するスプリング35に結合されたので、制振用アクチュエータ21の出力を低減することができると共に、天秤部33の全長を短くでき、重量を低減し、小型の制振用アクチュエータ21で実現できる効率的で低コストな振動制御装置1を提供することができる。また結合部33cは設置部Fへ直接設置される為、支柱が不要となり部品点数、重量を低減できる。
【0043】
また、結合部33cは、カウンタバランス部30の一端と他端を通る直線に対してスプリング35と設置部Fとの設置点の反対側に配置されるので、高さを低くすることができ、小さいスペースに配置することができる。
【0044】
また、スプリング35を複数備えたので、スプリング35によるモーメントを様々な特性で設定することができ、設計の自由度が大きくなる
また、カウンタバランス部30は、結合部33cと他端33bの間に伸縮可能なプリロード調整用アクチュエータ34を備え、プリロード調整用アクチュエータ34の伸縮により付勢力を調節するので、カウンタウエイト等の重量物を適用する必要がなくなる。
【0045】
また、荷重支持部材11上の荷重又は加速度を検知する荷重センサ22又は加速度センサ23等を備え、荷重センサ22又は加速度センサ23等で検知した状態に応じてプリロード調整用アクチュエータ34を作動するECU40を備えたので、初期荷重の変化に対して適切に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】第1実施形態の振動制御装置を示す図である。
【図2】振動制御装置のシステム構成を示したブロック図である。
【図3】プリロード調整制御のフローチャートを示す図である。
【図4】プリロード調整制御時の振動制御装置の状態を示す図である。
【図5】振動制御のフローチャートを示す図である。
【図6】他の振動制御のフローチャートを示す図である。
【図7】振動制御時の振動制御装置の状態を示す図である。
【図8】振動制御時の振動制御装置の状態を示す図である。
【図9】本実施形態の振動制御装置と従来の技術とを比較したシミュレーションを示す図である。
【図10】第2実施形態を示す図である。
【図11】第3実施形態を示す図である。
【図12】第3実施形態のスプリングの特性を示す図である。
【図13】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
【0047】
1…振動制御装置、10…荷重支持部、11…ガイド(第1案内手段)、12… 第1スライダ(第1移動手段)、13…荷重支持部材、20…振動制御部、21…制振用アクチュエータ(振動制御手段)、22…荷重センサ(検知手段)、23…加速度センサ(検知手段)、30…カウンタバランス部、31…第2スライダレール(第2案内手段)、32…第2スライダ(第2移動手段)、33…天秤部、34…プリロード調整用アクチュエータ(調整手段)、35…スプリング(付勢手段)、40…ECU(制御手段)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
設置部に設置された荷重支持部と、前記荷重支持部と連結され荷重と釣り合う負荷を与えるカウンタバランス部と、前記荷重支持部の前記設置部に対する振動を制御する振動制御手段を有する振動制御部とを備えた振動制御装置において、
前記荷重支持部は、前記設置部と前記荷重支持部の間に配設され、前記荷重支持部の移動を鉛直方向に規制する第1移動案内手段を有し、
前記カウンタバランス部は、該カウンタバランス部と前記荷重支持部を相対移動させる第2移動案内手段を備え、一端を前記設置部に回動可能に支持され、他端を該第2移動案内手段を介して前記荷重支持部に回動可能に結合され、一端と他端の間の結合部を前記負荷に応じた付勢力を付勢する付勢手段に結合されたことを特徴とする振動制御装置。
【請求項2】
前記結合部は、前記カウンタバランス部の一端と他端を通る直線に対して前記付勢手段と戦記設置部との設置点の反対側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の振動制御装置。
【請求項3】
前記付勢手段を複数備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の振動制御装置。
【請求項4】
前記カウンタバランス部は、前記結合部と前記他端の間に伸縮可能な調整手段を備え、該調整手段の伸縮により前記付勢力を調節することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の振動制御装置。
【請求項5】
前記荷重支持部上の荷重又は加速度を検知する検知手段を備え、前記検知手段で検知した状態に応じて前記調整手段を作動する制御手段を備えたことを特徴とする請求項4に記載の振動制御装置。




【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【公開番号】特開2009−8227(P2009−8227A)
【公開日】平成21年1月15日(2009.1.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−172267(P2007−172267)
【出願日】平成19年6月29日(2007.6.29)
【出願人】(591261509)株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Fターム(参考)】