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。
【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）
【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。
【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】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【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）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【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）】
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