車両用防振装置
【課題】アクチュエータの駆動電力を低減できる車両用防振装置を提供する。
【解決手段】一端部１２がエンジン１に固定され、他端部１３が車体に固定されるロッド１１と、前記ロッドに支持された慣性マス１５と、前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータ１７と、前記アクチュエータを駆動する電力制御手段２６と、前記電力制御手段に電力を供給する蓄電手段２６と、を有する車両用防振装置において、前記電力制御手段は、前記アクチュエータの非駆動時には、前記慣性マスの振動を電力に変換して前記蓄電手段に蓄電する。
【解決手段】一端部１２がエンジン１に固定され、他端部１３が車体に固定されるロッド１１と、前記ロッドに支持された慣性マス１５と、前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータ１７と、前記アクチュエータを駆動する電力制御手段２６と、前記電力制御手段に電力を供給する蓄電手段２６と、を有する車両用防振装置において、前記電力制御手段は、前記アクチュエータの非駆動時には、前記慣性マスの振動を電力に変換して前記蓄電手段に蓄電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動源であるエンジンから車体側へ伝達される振動を抑制する車両用防振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから車体側へ伝達される振動を抑制する防振装置として、トルクロッドの剛体共振周波数をエンジンの共振周波数より低く設定するとともに、トルクロッドの軸方向変位の速度に比例した力をアクチュエータに発生させるように構成した防振装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の防振装置では、アクチュエータの駆動電力は車両に搭載されたバッテリから供給されるため、駆動電力のぶんだけ車両の燃費が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、トルクロッドの外部からアクチュエータへ供給される駆動電力を低減できる車両用防振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アクチュエータの非駆動時は、慣性マスの振動をアクチュエータにより電力に変換して蓄電手段に蓄電する一方で、アクチュエータの駆動時は蓄電手段に蓄電された電力を用いて慣性マスを駆動制御することによって、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
エンジンの振動によって慣性マスも振動するので、防振機能を停止している間はこの慣性マスの振動エネルギをアクチュエータにより電力に変換して蓄電することができる。そして、防振機能が必要な場合は蓄電された電力によりアクチュエータを駆動することができるので、蓄電された量だけ、トルクロッドの外部からアクチュエータへ供給される駆動電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態に係る防振装置を車両のエンジンに適用した例を示す正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの平面図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂの分解斜視図である。
【図３】図１Ｂのアッパトルクロッドを示す断面図である。
【図４Ａ】図１Ｂのアッパトルクロッドを示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのアッパトルクロッドを反対側から見た斜視図である。
【図５Ａ】図４Ａ，図４Ｂのアッパトルクロッドを示す四面図（正面図，左側面図，右側面図，平面図）である。
【図５Ｂ】図５Ａのアッパトルクロッドから基板を取り外した状態を示す斜視図及び正面図である。
【図５Ｃ】図５Ａの基板を示す斜視図及び正面図である。
【図６Ａ】図４Ａ，図４Ｂのアッパトルクロッドのエンジンへの装着例を示す平面図である。
【図６Ｂ】図４Ａ，図４Ｂのアッパトルクロッドのエンジンへの他の装着例を示す平面図である。
【図７】エンジンの振動状態を説明するための図である。
【図８Ａ】アッパトルクロッドの駆動時及び非駆動時における振動特性を示すグラフである。
【図８Ｂ】本発明の一実施の形態に係る車両用防振装置の制御領域と蓄電領域の切り換え例を示す図である。
【図８Ｃ】アイドル運転状態におけるアッパトルクロッドの慣性マスの振動エネルギと制御モードにおけるアクチュエータの消費電力を示すグラフである。
【図９】２重防振の効果が得られる構成による伝達力の周波数特性図である。
【図１０】トルクロッドのブッシュの剛性の設定例を示すグラフである。
【図１１】トルクロッドの加速度センサを用いてエンジンの回転速度を求める一例を説明するためのグラフである。
【図１２】トルクロッドの加速度センサを用いてエンジンの回転速度を求める他の例を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に本発明の一実施の形態に係る車両用防振装置を適用する、いわゆるペンデュラム方式エンジンについて説明する。ペンデュラム方式によるエンジン１の支持構造とは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、エンジン１の慣性主軸Ｌを、車両の幅方向（進行方向と直交する方向，車両左右方向ともいう）と平行に向けて配置された、いわゆる横置きエンジン１に対して、エンジン１を支持する２個の支持点Ｐ１，Ｐ２が、図１Ｂの平面視においては、エンジン１の慣性主軸Ｌの近傍の、重心Ｇを挟んで互いに軸方向反対側に位置し、図１Ａの側面視においては、ともに慣性主軸Ｌの車両上方に位置するように設けられた支持構造である。なお、２個の支持点Ｐ１，Ｐ２は、図２に示すように左右それぞれのエンジンマウント３，４により構成される。
【００１０】
ペンデュラム方式エンジンの支持構造は、エンジン１を振り子のように吊り下げて支持するとともに、それらの支持点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線の周りを揺動するエンジン重心Ｇを、車体に取り付けられたトルクロッド５，６のような棒状部材で抑えるよう構成され、少ない点数の部品で従来と同様の制振効果が得られるといったメリットがある。すなわち、ペンデュラム方式でマウントされたエンジン１では、エンジン１の運転時に回転慣性力によって２つの支持点Ｐ１，Ｐ２を結んだ軸の回りにエンジン１が傾く。この傾きを防止してエンジン１を支持するため、エンジン１のほぼ上半分と車体側部材とを連結する第１のトルクロッド（アッパトルクロッド）５と、エンジン１の残り下半分と車体側部材とを連結する第２のトルクロッド（ロアトルクロッド）６とを備える。アッパトルクロッド５が車両右上側からエンジン１に、もう一つのロアトルクロッド６が車両下側からエンジン１に連結され、これら２つのトルクロッド５，６により、ペンデュラム方式のエンジン１が傾くことを防止している。
【００１１】
上記のエンジン１は、たとえば２次バランサつきの直列４気筒やＶ型６気筒エンジンである。２次バランサつきの４気筒エンジンやＶ型６気筒エンジンでは、エンジン回転の基本次数で不平衡慣性力が小さいので、主にエンジントルク変動の反力がエンジン１に作用する。したがってエンジン回転の基本次数では、トルクを支持している上記２つのトルクロッド５，６からの入力によって主に車内音・車内振動が発生することが本発明者によって知見されている。さらに、車両の主に加速時に、基本次数の高次数で構成される約１０００Ｈｚまでの車内音が乗員にとって問題となることが知られている。
【００１２】
既述したとおり、本例の車両用防振装置は、２つのトルクロッド５，６を備える。アッパトルクロッド５は、図１Ｂに示すようにエンジン１の上部と車体との間に装着される。これに対し、ロアトルクロッド６は、図１Ａ，図１Ｂ及び図２に示すように、エンジン１の下部とサブフレーム２との間に装着される。本例のアッパトルクロッド５とロアトルクロッド６とは基本構成が同じであるため、アッパトルクロッド５の構成について説明し、ロアトルクロッド６の構成はこれを援用してその説明を省略する。
【００１３】
図２及び図３に示すアッパトルクロッド５は、内部の構造を説明するために、図４Ａなどに示すハウジング２０を取り除いた状態を示すが、実際のアッパトルクロッド５は図４Ａ〜図６Ｂに示すようにハウジング２０などを備えた構造とされている。アッパトルクロッド５は、図２及び図３に示すように、一端部のブッシュ１２がエンジン１の上部に固定され、他端部のブッシュ１３が車体に固定されるロッド１１と、ロッド１１に支持された慣性マス１５と、慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動させるアクチュエータ１７とを有する。
【００１４】
図３はアッパトルクロッド５の要部断面図であり、棒状のロッド１１の両端に一対のブッシュ１２，１３が溶接により固定されている。エンジン側に固定されるブッシュ１２は、円筒状の外筒１２ａと、外筒１２ａと同心の円筒状の内筒１２ｂと、これら外筒１２ａと内筒１２ｂとを連結する弾性体（防音材）１２ｃとからなる。内筒１２ｂに対して図３で紙面に直交する向きに挿通されるボルト（図示しない）によってブッシュ１２はエンジン１に固定される。
【００１５】
一方、車体側に固定されるブッシュ１３も、上記ブッシュ１２と同様に、円筒状の外筒１３ａと、外筒１３ａと同心の円筒状の内筒１３ｂと、これら外筒１３ａと内筒１３ｂとを連結する弾性体（防音材）１３ｃとからなる。内筒１３ｂに対して図３で紙面に直交する向きに挿通されるボルト（図示しない）によってブッシュ１３は車体側の部材に固定される。
【００１６】
なお、図３に示す実施形態は、ブッシュ１２をエンジン１に固定し、ブッシュ１３を車体側に固定する構成であるが、これに限らず、ブッシュ１２を車体側に固定し、ブッシュ１３をエンジン１に固定してもよい。また、図３に示すアッパトルクロッド５は、ブッシュ１２，１３の内筒１２ｂ，１３ｂに挿通される２つのボルトが平行に配置される例を示すが、図２，図４Ａ〜図６Ｂに示すアッパトルクロッド５は、ブッシュ１２，１３の内筒１２ｂ，１３ｂに挿通される２つのボルト１８，１９が互いに直交する向きに配置された例を示す。こうしたブッシュ１２，１３の固定方向は、車体側の固定部及びエンジン１の固定部の形状に応じて適宜変更することができる。
【００１７】
本例の弾性体（防音材）１２ｃ，１３ｃは、ばねと減衰の機能を兼ね備えた部材であり、例えば弾性ゴムを用いることができる。
【００１８】
本例のアッパトルクロッド５では、ブッシュ１２，１３の外筒及び内筒の径を相違させている。すなわち、ブッシュ１３の外筒１３ａ、内筒１３ｂの径を、対応するブッシュ１２の外筒１２ａ、内筒１２ｂの径よりも相対的に小さくすると共に、さらに、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性を、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性よりも相対的に大きくする。一対のブッシュ１２、１３の弾性体１２ｃ、１３ｃの剛性を異ならせることで、２つの異なる周波数において２重防振に適したロッド軸方向のエンジン剛体共振とロッド剛体共振とを生じさせている。
【００１９】
すなわち、図９に実線で示したように、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性から定まるロッド軸方向のエンジン剛体共振Ａがほぼゼロに近い周波数ｆ１［Ｈｚ］で生じ、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性から定まるロッド軸方向のロッド剛体共振Ｂが２００Ｈｚに近い周波数ｆ２［Ｈｚ］で生じている。分かり易さのため、エンジン剛体共振とロッド剛体共振を極めて単純化したばねマス系に基づいて説明すれば、エンジン剛体共振Ａは、エンジン質量と、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性（ばね定数）で決まり、ロッド剛体共振Ｂは、ブッシュ１２の弾性体１２ｃとブッシュ１３の弾性体１３ｃの間の質量であるロッド１１（および各ブッシュの外筒部分）の質量と、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性（ばね定数）で決まる。
【００２０】
エンジン１単体での曲げ、捩りの１次の共振周波数ｆ３は、一般的な車両用エンジンでは２８０Ｈｚ〜３５０Ｈｚ程度なので、本例のようにエンジン剛体共振Ａをほぼゼロ（０Ｈｚ）とし、ロッド剛体共振Ｂを約２００Ｈｚとすれば、エンジン１の曲げ、捩りの共振振動の車体への伝達が、高周波数側（防振域内）で効果的に抑えられる（２重防振される）ことになる。
【００２１】
以上より、エンジン剛体共振Ａおよびロッド剛体共振Ｂが、エンジンの曲げ、捩りの共振周波数ｆ３より小さな周波数となるように、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性（ばね定数）、およびブッシュ１２の弾性体１２ｃとブッシュ１３の弾性体１３ｃの間の質量であるロッド１１（および各ブッシュの外筒部分）の質量、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性（ばね定数）を定めればよい。このように、エンジン剛体共振Ａおよびロッド剛体共振Ｂを２つの異なる周波数で、つまり低周波域の周波数ｆ１と、中周波数域の周波数ｆ２との２箇所で生じさせてエンジン１から車体側に伝達される振動を防止する効果が得られるのが２重防振の効果である。ただし、本発明の防振装置ではブッシュ１２，１３の外筒及び内筒の径を相違させるのは必須ではなく、ブッシュ１２，１３を同じ構造としてもよい。
【００２２】
図３に戻り、本例のアッパトルクロッド５は、磁性を有する金属等からなる慣性マス１５と、アクチュエータ１７と、加速度センサ２１と、バンドパスフィルタ２２と、電圧増幅回路２３とを備える。
【００２３】
慣性マス１５は、ロッド１１の周囲にロッド１１と同軸で設けられている。ロッド１１の軸方向に見た慣性マス１５の断面は、ロッド１１の中心（重心）を中心にした点対称な形であると共に、慣性マス１５の重心がロッド１１の中心に一致している。慣性マス１５は、図２及び図５Ｃに示されているように角筒型とされ、慣性マス１５のロッド軸方向の両端（図３で上下端）がそれぞれ弾性支持バネ１６を介してロッド１１に連結されている。弾性支持バネ１６は、たとえば比較的小さな剛性を有する板バネである。慣性マス１５の内壁１５ａはその一部が後述するアクチュエータ１７の永久磁石１７ｃに向けて凸設されている。
【００２４】
本例のアッパトルクロッド５は、図３に示すように慣性マス１５とロッド１１との間の空間にアクチュエータ１７が設けられている。アクチュエータ１７は、角筒状のコア１７ａと、コイル１７ｂと、永久磁石１７ｃとを含むリニアタイプ（直線運動型）のアクチュエータで、慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動するものである。
【００２５】
コイルの磁路を構成するコア１７ａは積層鋼鈑から構成されており、ロッド１１に固設されている。コア１７ａは、アッパトルクロッド５の組立前には複数個の部材に分割されており、これら複数個の部材を接着剤で棒状のロッド１１の周囲に接着することにより、全体として角筒状のコア１７ａを形成している。コイル１７ｂは、この角筒状のコア１７ａに巻装されている。永久磁石１７ｃは、コア１７ａの外周面に設けられている。
【００２６】
アクチュエータ１７は、このような構成であるので、コイル１７ｂと永久磁石１７ｃとが発生する磁界によるリアクタンストルクによって慣性マス１５をリニアに、つまり慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動するように駆動することとなる。逆に、エンジン１の振動が伝わって慣性マス１５がロッド１１の軸方向に往復動すると、電磁誘導作用によってコイル１７ｂに交流電流が生じることになる。すなわちアクチュエータ１７は発電機としても機能するので、本例の車両用防振装置では、この発電電力を利用してアクチュエータ１７を駆動する。この詳細は後述する。
【００２７】
ブッシュ１２，１３の間であってロッド１１の軸心を通る水平面と平行な面上には、ロッド１１の略軸心位置での軸方向の振動の加速度を、エンジン１からロッド１１に伝達される振動の加速度として検出する加速度センサ２１が取り付けられている。具体的には、図５Ｃに示すようにハウジング２０の開口部２０Ａに装着される基板２４に実装されている。そして、加速度センサ２１からのロッド軸方向加速度の信号は、バンドパスフィルタ２２を介して電圧増幅回路２３に入力され、この電圧増幅回路２３で増幅された信号はアクチュエータ１７のコイル１７ｂに印加される（電圧の制御を行なう）。電圧増幅回路２３は例えばオペアンプから構成することができる。これらバンドパスフィルタ２２及び電圧増幅回路２３も、図５Ｃに示すようにハウジング２０の開口部２０Ａに装着される基板２４に実装されている。
【００２８】
慣性マス１５は比較的柔らかい板バネ（弾性支持バネ１６）で支持され、例えば慣性マス１５のロッド１１に対するロッド軸方向の共振は１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの低い周波数で生じるものとされている。例えば４気筒エンジンのアイドル回転速度２次の振動周波数は約２０Ｈｚであることから、慣性マス１５の共振周波数を１０Ｈｚにすることができれば、エンジン１の運転条件によらず慣性マス１５が共振するのを抑えることができる。
【００２９】
一方、慣性マス１５の共振周波数を１０Ｈｚといったこのような低周波数に設定しようとすると、慣性マス１５が大きくなりすぎてそのような設定が困難な場合には、抑制しようとするロッド剛性共振Ｂ（実施形態では２００Ｈｚ）の約１／２の周波数より低く設定しておけば、互いの共振周波数が十分に離れ、振動伝達の抑制が十分に行なわれる。
【００３０】
また、加速度センサ２１で検出した加速度信号をバンドパスフィルタ２２に通すことによって、余分な周波数での制御を行なわないようにして、制御安定性を高めるとともに、余分な電力消費を抑えつつ狙いの周波数範囲での確実な伝達力の抑制を図ることができる。ロッド剛体共振Ｂに対する防振域は、図９に示したようにロッド剛体共振Ｂの共振周波数ｆ２に対して所定値（≒１．４）を乗じて求まる周波数ｆ５以上の周波数範囲であるので、バンドパスフィルタ２２としては、慣性マス１５のロッド軸方向の共振周波数（１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの低い周波数）を含みこの共振周波数より、ロッド剛体共振Ｂに対する防振域の周波数範囲までの信号を通過するフィルタであって、防振域のうち制御が発散しない範囲の上限（例えば４００Ｈｚとする）までの信号を通過するフィルタを選定する。
【００３１】
そして、制御対象であるロッド１１の減衰を増大する速度フィードバック制御が行われるように、バンドパスフィルタ２２で通過している周波数帯において、加速度センサ２１により検出した振動のロッド軸方向速度に略比例した力を逆符合とした力をアクチュエータ１７から発生させる。
【００３２】
次にハウジング２０及び基板２４について説明する。
本例のハウジング２０は、図４Ａ〜図６Ｂに示すように、ブッシュ１２，１３の外筒１２ａ，１３ａに固定又は一体形成された剛体からなり、ロッド１１の軸方向及びピッチ方向の振動が同等に伝達される。また、ハウジング２０のブッシュ１２，１３の間の位置には開口部２０Ａが形成され、この開口部２０Ａを気密又は水密にシールするように基板２４が装着されている。ハウジング２０の内部には、図３に示す慣性マス１５及びアクチュエータ１７が収容され、基板２４によって外部からの水などが掛からないように保護されている。
【００３３】
図５Ｃに示すように、基板２４の主面には、上述した加速度センサ２１と、バンドパスフィルタ２２及び電圧増幅回路２３を含む制御回路２５と、電力変換回路を含む二次電池２６とが実装されている。
【００３４】
このうちの加速度センサ２１は、ブッシュ１２，１３の間であって、ロッド１１の軸心（トルクを支持する軸）を通る水平面と平行な面上に位置するように基板２４に実装されている。４気筒エンジン等は、図７に示すように、上下方向に不平衡慣性力が作用した振動が発生し、ロッド１１のトルクを支持する軸方向に対して上方にずれた位置に加速度センサ２１を配置すると、エンジン１の上下振動によって、トルクロッドにはピッチ方向の振動が発生するが、本例では、加速度センサ２１を、トルク支持軸を通り水平面と平行な面に配置しているので、ピッチ方向の振動に感度が小さくなる。すなわち、軸方向の振動検出精度が向上する。その結果、図１０に示すようにロッド１１の軸方向の剛体共振を大幅に下げた場合であっても、ピッチ方向の剛体共振のノイズは殆んど検出しないので、従来のように、ピッチ方向の剛体共振が常用域まで下がるのを加速度センサ２１が検出し、これにより制御電力を増大させるといった不具合現象を抑制することができる。
【００３５】
特に、加速度センサ２１をブッシュ１２，１３の間に配置しているので、ロッド１１のピッチ方向の剛体共振の節が存在する領域に加速度センサ２１を配置することになり、ピッチ方向の感度がより小さくなる。
【００３６】
さて、上記構成のアッパトルクロッド５をエンジン１及び車体の間に装着し、エンジン回転速度２０００〜６０００ｒｐｍでエンジンを駆動した場合に、アッパトルクロッド５のアクチュエータ１７を駆動制御した場合と駆動制御しない場合とで車両前後方向の振動の状況を観察したところ図８Ａのようになった。この結果から、エンジン回転速度が高回転領域、同図に示す結果では３５００ｒｐｍ以上の領域においてはアッパトルクロッド５のアクチュエータ１７を駆動制御した方が駆動制御しない場合に比べて振動低減効果が大きいが、エンジン回転速度が低回転領域、同図に示す結果では３５００ｒｐｍ以下の領域においてはアッパトルクロッド５のアクチュエータ１７を駆動制御してもしなくても振動の大きさはさほど変わらないことが知見できた。
【００３７】
そこで、本例の車両用防振装置では、図８Ｂに示すように、エンジン回転速度が３５００ｒｐｍ未満の運転状態においてはアッパトルクロッド５のアクチュエータ１７に電力を供給することなく非駆動とし、慣性マス１５の振動エネルギをアクチュエータ１７により交流電力に変換し、二次電池２６に含まれる電力変換回路（インバータ回路など）によってこの交流電力を直流電力に変換し、さらにこの直流電力を二次電池２６に蓄電するように制御する。
【００３８】
一方、エンジン回転速度が３５００ｒｐｍ以上の運転状態においては、二次電池２６に蓄電された直流電力を電力変換回路で交流電力に変換したのち、アッパトルクロッド５のアクチュエータ１７に供給し、上述したように慣性マス１５を振動制御することで防振機能を発揮させる。図８Ｃは、エンジン１がアイドル回転状態である場合に慣性マス１５の振動エネルギを測定した結果（左の棒グラフ）と、アッパトルクロッド５のアクチュエータ１７に電力を供給して車両前後方向の共振を抑制するための制御を行った場合の消費電力を測定した結果（右の棒グラフ）であり、ほぼ同等の電力となった。したがって、一般的な運転状態においては、外部から電力を供給することなく慣性マス１５の振動エネルギだけで自給自足が可能となる。
【００３９】
なお、アクチュエータ１７を発電機として機能させるか防振機として機能させるかの閾値であるエンジン回転速度は、エンジン１に設けられた回転速度センサからの検出信号を取り込めばよい。ただし、本例のアッパトルクロッド５では、これ以外に外部との配線を必要としないので、加速度センサ２１を用いてアッパトルクロッド５の内部で演算することもできる。たとえば、図１１の左図に示す加速度センサ２１の検出信号に対し、フーリエ変換演算を実行するＩＣ回路を基板２４に設け、このＩＣ回路にてフーリエ変換演算を行い、同図の右図に示すように最大レベルとなる周波数を検出する。そして、この周波数に６０を乗算し、さらにそのエンジンの回転基本次数（４気筒エンジンであれば２）で除算すればエンジン回転速度が求められる。
【００４０】
またこれに代えて、図１２に示すように、加速度センサ２１の検出信号に対し、制御領域である３５００〜６０００ｒｐｍのバンドパスフィルタをかけた信号の大きさを、アクチュエータ１７を発電機として機能させるか防振機として機能させるかの閾値としてもよい。
【００４１】
上述したとおり、本例の車両用防振装置では、アクチュエータ１７の非駆動時には慣性マス１５の振動エネルギを電力に変換して二次電池２６へ蓄電し、アクチュエータ１７の駆動時には二次電池２６に蓄電された電力を用いて防振制御を行うので、外部からの電力供給が不要となり総合的に消費電力を低減することができる。また、二次電池２６とアクチュエータ１７とがトルクロッド内に近接して設けられているため、配線による電圧降下が小さく、これによっても電力損失を低減することができる。さらに、制御回路２５や二次電池２６をトルクロッド内に設けているので慣性マス１５の機能をも有し、トルクロッドの車両前後方向の剛体共振周波数を下げることができる。
【００４２】
特に、本例の車両用防振装置はトルクロッド５，６の剛体共振周波数を制御するものであり、この周波数とエンジンの高回転領域で基本次数が近くなる運転条件で防振制御を実行する必要がある一方、エンジン１の低回転領域ではエンジン１からエンジンの支持部に伝わる振動が大きくなる。したがって、エンジン１が低回転領域で運転している場合は蓄電モードとし、高回転領域で運転している場合は制御モードとすることにより電力の自給自足が可能となる。
【００４３】
本例の車両用防振装置において、エンジン１の低回転領域は、少なくともアイドル回転状態又は車両がハイブリッド車両である場合の充電状態（例えば車両停車中であって、バッテリを充電するためにエンジンを運転している状態など）を含むことが好ましい。こうしたエンジン１の運転状態ではエンジン１の支持部に伝達される振動が大きくなるため、二次電池２６への蓄電量を大きくすることができる。
【００４４】
また、少なくともエンジン１の回転基本次数と慣性マス１５の軸方向の固有振動周波数とが一致している場合に、蓄電モードとすることが好ましい。エンジン1の回転基本次数と慣性マス１５の固有振動周波数が一致すると慣性マス１５の変位が大きくなるため、二次電池２６への蓄電量が大きくなり、効率的に蓄電することができる。
【００４５】
逆に、少なくともトルクロッド５，６の前後方向の共振周波数とエンジン１の回転基本次数が等しい場合には、制御モードとすることが好ましい。車内音を悪化させるトルクロッド５，６の剛体共振を抑制できるため、車内音を低減することができる。
【００４６】
また、蓄電を効率的に行うためには、エンジン１の振動をトルクロッド５，６へ可能な限り伝え、車両の静粛性を確保するために、エンジン１の振動を車両には伝達したくない。したがって、少なくとも蓄電モードにおいて、エンジン側に固定されたブッシュ１２のトルク支持方向の剛性が、車体側に固定されたブッシュ１３のトルク軸方向の剛性より高くなるようにブッシュ１２，１３の剛性を設定することが好ましい。エンジン側のブッシュ１２の剛性が高いことにより、エンジン１の振動がトルクロッド５，６に伝わり効率的な蓄電を行うことができる一方で、車両側のブッシュ１３の剛性が低いことにより、車両への振動伝達を遮断でき、車両の静粛性を保つことができる。
【００４７】
また本例の車両用防振装置では、加速度センサ２１や、バンドパスフィルタ２２及び電圧増幅回路２３を含む制御回路２５を基板２４に実装しているため、配線の取り廻しなどの作業が不要となってコストを低減することができる。
【００４８】
また、本例の基板２４は、図６Ｂに示すようにブッシュ１２がボルト１８により固定されるエンジン１のブラケット１ａに対し、エンジン１側の面に固定することができる。ただし、図６Ａに示すようにエンジン１のブラケット１ａに対し、エンジン１とは反対側のエンジン１から離れた側の側面に固定することがより好ましい。
【００４９】
本例の車両用防振装置では、図１０に示すようにアッパトルクロッド５の車体側ブッシュ１２の剛性を従来のアッパトルクロッドと比較して大幅に下げているため、例えば車両旋回時においてアッパトルクロッド自身の加速度によりアッパトルクロッドが車両の左右方向に対して大きく揺動する。したがって、従来のアッパトルクロッドと比較し、エンジン１とアッパトルクロッド５とのクリアランスＣを大きく設定する必要がある（図６Ａ，Ｂ参照）。
【００５０】
一方で、不平衡慣性力に起因する力は、エンジン１の重心Ｇよりエンジン前方に作用し、モーメントを発生させる。したがって、エンジン１の先端の方が、エンジンの上下変位の振動が大きくなる。したがって、図６Ａに示す例のように、加速度センサ２１の配置位置をエンジン１とは反対側のエンジン１から離れた側のアッパトルクロッド５のハウジング２０の面に配置する方が、アッパトルクロッド５とエンジン１とのクリアランスＣを短くでき、アッパトルクロッド５に伝わるエンジン１の上下振動を小さくできる。同様に、アッパトルクロッド５とエンジン１とのクリアランスＣを短くできるため、エンジン１側のトルクロッドの締結に関係する部品を小さくでき、締結に関係する部品の固有値を高めることができる。
【００５１】
また、本例の車両用防振装置では、アッパトルクロッド５が熱源であるアクチュエータ１７を備え、加速度センサ２１への熱伝達が問題になるが、エンジン１とは反対側で、車両前方からの風が流れる位置に加速度センサ２１を配置できるため、放熱性能も有利となる。
【００５２】
上記二次電池２６は本発明に係る蓄電手段及び電力制御手段に相当し、上記加速度センサ２１は本発明に係る振動検出手段に相当する。
【符号の説明】
【００５３】
１…エンジン
２…サブフレーム
３，４…エンジンマウント
Ｐ１，Ｐ２…支持点
５…アッパトルクロッド
６…ロアトルクロッド
１１…ロッド
１２，１３…ブッシュ
１５…慣性マス
１７…アクチュエータ
１８，１９…ボルト
２０…ハウジング
２０Ａ…開口部
２１…加速度センサ
２２…バンドパスフィルタ
２３…電圧増幅回路
２４…基板
２５…制御回路
２６…二次電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動源であるエンジンから車体側へ伝達される振動を抑制する車両用防振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから車体側へ伝達される振動を抑制する防振装置として、トルクロッドの剛体共振周波数をエンジンの共振周波数より低く設定するとともに、トルクロッドの軸方向変位の速度に比例した力をアクチュエータに発生させるように構成した防振装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の防振装置では、アクチュエータの駆動電力は車両に搭載されたバッテリから供給されるため、駆動電力のぶんだけ車両の燃費が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、トルクロッドの外部からアクチュエータへ供給される駆動電力を低減できる車両用防振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アクチュエータの非駆動時は、慣性マスの振動をアクチュエータにより電力に変換して蓄電手段に蓄電する一方で、アクチュエータの駆動時は蓄電手段に蓄電された電力を用いて慣性マスを駆動制御することによって、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
エンジンの振動によって慣性マスも振動するので、防振機能を停止している間はこの慣性マスの振動エネルギをアクチュエータにより電力に変換して蓄電することができる。そして、防振機能が必要な場合は蓄電された電力によりアクチュエータを駆動することができるので、蓄電された量だけ、トルクロッドの外部からアクチュエータへ供給される駆動電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態に係る防振装置を車両のエンジンに適用した例を示す正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの平面図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂの分解斜視図である。
【図３】図１Ｂのアッパトルクロッドを示す断面図である。
【図４Ａ】図１Ｂのアッパトルクロッドを示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのアッパトルクロッドを反対側から見た斜視図である。
【図５Ａ】図４Ａ，図４Ｂのアッパトルクロッドを示す四面図（正面図，左側面図，右側面図，平面図）である。
【図５Ｂ】図５Ａのアッパトルクロッドから基板を取り外した状態を示す斜視図及び正面図である。
【図５Ｃ】図５Ａの基板を示す斜視図及び正面図である。
【図６Ａ】図４Ａ，図４Ｂのアッパトルクロッドのエンジンへの装着例を示す平面図である。
【図６Ｂ】図４Ａ，図４Ｂのアッパトルクロッドのエンジンへの他の装着例を示す平面図である。
【図７】エンジンの振動状態を説明するための図である。
【図８Ａ】アッパトルクロッドの駆動時及び非駆動時における振動特性を示すグラフである。
【図８Ｂ】本発明の一実施の形態に係る車両用防振装置の制御領域と蓄電領域の切り換え例を示す図である。
【図８Ｃ】アイドル運転状態におけるアッパトルクロッドの慣性マスの振動エネルギと制御モードにおけるアクチュエータの消費電力を示すグラフである。
【図９】２重防振の効果が得られる構成による伝達力の周波数特性図である。
【図１０】トルクロッドのブッシュの剛性の設定例を示すグラフである。
【図１１】トルクロッドの加速度センサを用いてエンジンの回転速度を求める一例を説明するためのグラフである。
【図１２】トルクロッドの加速度センサを用いてエンジンの回転速度を求める他の例を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に本発明の一実施の形態に係る車両用防振装置を適用する、いわゆるペンデュラム方式エンジンについて説明する。ペンデュラム方式によるエンジン１の支持構造とは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、エンジン１の慣性主軸Ｌを、車両の幅方向（進行方向と直交する方向，車両左右方向ともいう）と平行に向けて配置された、いわゆる横置きエンジン１に対して、エンジン１を支持する２個の支持点Ｐ１，Ｐ２が、図１Ｂの平面視においては、エンジン１の慣性主軸Ｌの近傍の、重心Ｇを挟んで互いに軸方向反対側に位置し、図１Ａの側面視においては、ともに慣性主軸Ｌの車両上方に位置するように設けられた支持構造である。なお、２個の支持点Ｐ１，Ｐ２は、図２に示すように左右それぞれのエンジンマウント３，４により構成される。
【００１０】
ペンデュラム方式エンジンの支持構造は、エンジン１を振り子のように吊り下げて支持するとともに、それらの支持点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線の周りを揺動するエンジン重心Ｇを、車体に取り付けられたトルクロッド５，６のような棒状部材で抑えるよう構成され、少ない点数の部品で従来と同様の制振効果が得られるといったメリットがある。すなわち、ペンデュラム方式でマウントされたエンジン１では、エンジン１の運転時に回転慣性力によって２つの支持点Ｐ１，Ｐ２を結んだ軸の回りにエンジン１が傾く。この傾きを防止してエンジン１を支持するため、エンジン１のほぼ上半分と車体側部材とを連結する第１のトルクロッド（アッパトルクロッド）５と、エンジン１の残り下半分と車体側部材とを連結する第２のトルクロッド（ロアトルクロッド）６とを備える。アッパトルクロッド５が車両右上側からエンジン１に、もう一つのロアトルクロッド６が車両下側からエンジン１に連結され、これら２つのトルクロッド５，６により、ペンデュラム方式のエンジン１が傾くことを防止している。
【００１１】
上記のエンジン１は、たとえば２次バランサつきの直列４気筒やＶ型６気筒エンジンである。２次バランサつきの４気筒エンジンやＶ型６気筒エンジンでは、エンジン回転の基本次数で不平衡慣性力が小さいので、主にエンジントルク変動の反力がエンジン１に作用する。したがってエンジン回転の基本次数では、トルクを支持している上記２つのトルクロッド５，６からの入力によって主に車内音・車内振動が発生することが本発明者によって知見されている。さらに、車両の主に加速時に、基本次数の高次数で構成される約１０００Ｈｚまでの車内音が乗員にとって問題となることが知られている。
【００１２】
既述したとおり、本例の車両用防振装置は、２つのトルクロッド５，６を備える。アッパトルクロッド５は、図１Ｂに示すようにエンジン１の上部と車体との間に装着される。これに対し、ロアトルクロッド６は、図１Ａ，図１Ｂ及び図２に示すように、エンジン１の下部とサブフレーム２との間に装着される。本例のアッパトルクロッド５とロアトルクロッド６とは基本構成が同じであるため、アッパトルクロッド５の構成について説明し、ロアトルクロッド６の構成はこれを援用してその説明を省略する。
【００１３】
図２及び図３に示すアッパトルクロッド５は、内部の構造を説明するために、図４Ａなどに示すハウジング２０を取り除いた状態を示すが、実際のアッパトルクロッド５は図４Ａ〜図６Ｂに示すようにハウジング２０などを備えた構造とされている。アッパトルクロッド５は、図２及び図３に示すように、一端部のブッシュ１２がエンジン１の上部に固定され、他端部のブッシュ１３が車体に固定されるロッド１１と、ロッド１１に支持された慣性マス１５と、慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動させるアクチュエータ１７とを有する。
【００１４】
図３はアッパトルクロッド５の要部断面図であり、棒状のロッド１１の両端に一対のブッシュ１２，１３が溶接により固定されている。エンジン側に固定されるブッシュ１２は、円筒状の外筒１２ａと、外筒１２ａと同心の円筒状の内筒１２ｂと、これら外筒１２ａと内筒１２ｂとを連結する弾性体（防音材）１２ｃとからなる。内筒１２ｂに対して図３で紙面に直交する向きに挿通されるボルト（図示しない）によってブッシュ１２はエンジン１に固定される。
【００１５】
一方、車体側に固定されるブッシュ１３も、上記ブッシュ１２と同様に、円筒状の外筒１３ａと、外筒１３ａと同心の円筒状の内筒１３ｂと、これら外筒１３ａと内筒１３ｂとを連結する弾性体（防音材）１３ｃとからなる。内筒１３ｂに対して図３で紙面に直交する向きに挿通されるボルト（図示しない）によってブッシュ１３は車体側の部材に固定される。
【００１６】
なお、図３に示す実施形態は、ブッシュ１２をエンジン１に固定し、ブッシュ１３を車体側に固定する構成であるが、これに限らず、ブッシュ１２を車体側に固定し、ブッシュ１３をエンジン１に固定してもよい。また、図３に示すアッパトルクロッド５は、ブッシュ１２，１３の内筒１２ｂ，１３ｂに挿通される２つのボルトが平行に配置される例を示すが、図２，図４Ａ〜図６Ｂに示すアッパトルクロッド５は、ブッシュ１２，１３の内筒１２ｂ，１３ｂに挿通される２つのボルト１８，１９が互いに直交する向きに配置された例を示す。こうしたブッシュ１２，１３の固定方向は、車体側の固定部及びエンジン１の固定部の形状に応じて適宜変更することができる。
【００１７】
本例の弾性体（防音材）１２ｃ，１３ｃは、ばねと減衰の機能を兼ね備えた部材であり、例えば弾性ゴムを用いることができる。
【００１８】
本例のアッパトルクロッド５では、ブッシュ１２，１３の外筒及び内筒の径を相違させている。すなわち、ブッシュ１３の外筒１３ａ、内筒１３ｂの径を、対応するブッシュ１２の外筒１２ａ、内筒１２ｂの径よりも相対的に小さくすると共に、さらに、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性を、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性よりも相対的に大きくする。一対のブッシュ１２、１３の弾性体１２ｃ、１３ｃの剛性を異ならせることで、２つの異なる周波数において２重防振に適したロッド軸方向のエンジン剛体共振とロッド剛体共振とを生じさせている。
【００１９】
すなわち、図９に実線で示したように、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性から定まるロッド軸方向のエンジン剛体共振Ａがほぼゼロに近い周波数ｆ１［Ｈｚ］で生じ、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性から定まるロッド軸方向のロッド剛体共振Ｂが２００Ｈｚに近い周波数ｆ２［Ｈｚ］で生じている。分かり易さのため、エンジン剛体共振とロッド剛体共振を極めて単純化したばねマス系に基づいて説明すれば、エンジン剛体共振Ａは、エンジン質量と、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性（ばね定数）で決まり、ロッド剛体共振Ｂは、ブッシュ１２の弾性体１２ｃとブッシュ１３の弾性体１３ｃの間の質量であるロッド１１（および各ブッシュの外筒部分）の質量と、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性（ばね定数）で決まる。
【００２０】
エンジン１単体での曲げ、捩りの１次の共振周波数ｆ３は、一般的な車両用エンジンでは２８０Ｈｚ〜３５０Ｈｚ程度なので、本例のようにエンジン剛体共振Ａをほぼゼロ（０Ｈｚ）とし、ロッド剛体共振Ｂを約２００Ｈｚとすれば、エンジン１の曲げ、捩りの共振振動の車体への伝達が、高周波数側（防振域内）で効果的に抑えられる（２重防振される）ことになる。
【００２１】
以上より、エンジン剛体共振Ａおよびロッド剛体共振Ｂが、エンジンの曲げ、捩りの共振周波数ｆ３より小さな周波数となるように、ブッシュ１２の弾性体１２ｃの剛性（ばね定数）、およびブッシュ１２の弾性体１２ｃとブッシュ１３の弾性体１３ｃの間の質量であるロッド１１（および各ブッシュの外筒部分）の質量、ブッシュ１３の弾性体１３ｃの剛性（ばね定数）を定めればよい。このように、エンジン剛体共振Ａおよびロッド剛体共振Ｂを２つの異なる周波数で、つまり低周波域の周波数ｆ１と、中周波数域の周波数ｆ２との２箇所で生じさせてエンジン１から車体側に伝達される振動を防止する効果が得られるのが２重防振の効果である。ただし、本発明の防振装置ではブッシュ１２，１３の外筒及び内筒の径を相違させるのは必須ではなく、ブッシュ１２，１３を同じ構造としてもよい。
【００２２】
図３に戻り、本例のアッパトルクロッド５は、磁性を有する金属等からなる慣性マス１５と、アクチュエータ１７と、加速度センサ２１と、バンドパスフィルタ２２と、電圧増幅回路２３とを備える。
【００２３】
慣性マス１５は、ロッド１１の周囲にロッド１１と同軸で設けられている。ロッド１１の軸方向に見た慣性マス１５の断面は、ロッド１１の中心（重心）を中心にした点対称な形であると共に、慣性マス１５の重心がロッド１１の中心に一致している。慣性マス１５は、図２及び図５Ｃに示されているように角筒型とされ、慣性マス１５のロッド軸方向の両端（図３で上下端）がそれぞれ弾性支持バネ１６を介してロッド１１に連結されている。弾性支持バネ１６は、たとえば比較的小さな剛性を有する板バネである。慣性マス１５の内壁１５ａはその一部が後述するアクチュエータ１７の永久磁石１７ｃに向けて凸設されている。
【００２４】
本例のアッパトルクロッド５は、図３に示すように慣性マス１５とロッド１１との間の空間にアクチュエータ１７が設けられている。アクチュエータ１７は、角筒状のコア１７ａと、コイル１７ｂと、永久磁石１７ｃとを含むリニアタイプ（直線運動型）のアクチュエータで、慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動するものである。
【００２５】
コイルの磁路を構成するコア１７ａは積層鋼鈑から構成されており、ロッド１１に固設されている。コア１７ａは、アッパトルクロッド５の組立前には複数個の部材に分割されており、これら複数個の部材を接着剤で棒状のロッド１１の周囲に接着することにより、全体として角筒状のコア１７ａを形成している。コイル１７ｂは、この角筒状のコア１７ａに巻装されている。永久磁石１７ｃは、コア１７ａの外周面に設けられている。
【００２６】
アクチュエータ１７は、このような構成であるので、コイル１７ｂと永久磁石１７ｃとが発生する磁界によるリアクタンストルクによって慣性マス１５をリニアに、つまり慣性マス１５をロッド１１の軸方向に往復動するように駆動することとなる。逆に、エンジン１の振動が伝わって慣性マス１５がロッド１１の軸方向に往復動すると、電磁誘導作用によってコイル１７ｂに交流電流が生じることになる。すなわちアクチュエータ１７は発電機としても機能するので、本例の車両用防振装置では、この発電電力を利用してアクチュエータ１７を駆動する。この詳細は後述する。
【００２７】
ブッシュ１２，１３の間であってロッド１１の軸心を通る水平面と平行な面上には、ロッド１１の略軸心位置での軸方向の振動の加速度を、エンジン１からロッド１１に伝達される振動の加速度として検出する加速度センサ２１が取り付けられている。具体的には、図５Ｃに示すようにハウジング２０の開口部２０Ａに装着される基板２４に実装されている。そして、加速度センサ２１からのロッド軸方向加速度の信号は、バンドパスフィルタ２２を介して電圧増幅回路２３に入力され、この電圧増幅回路２３で増幅された信号はアクチュエータ１７のコイル１７ｂに印加される（電圧の制御を行なう）。電圧増幅回路２３は例えばオペアンプから構成することができる。これらバンドパスフィルタ２２及び電圧増幅回路２３も、図５Ｃに示すようにハウジング２０の開口部２０Ａに装着される基板２４に実装されている。
【００２８】
慣性マス１５は比較的柔らかい板バネ（弾性支持バネ１６）で支持され、例えば慣性マス１５のロッド１１に対するロッド軸方向の共振は１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの低い周波数で生じるものとされている。例えば４気筒エンジンのアイドル回転速度２次の振動周波数は約２０Ｈｚであることから、慣性マス１５の共振周波数を１０Ｈｚにすることができれば、エンジン１の運転条件によらず慣性マス１５が共振するのを抑えることができる。
【００２９】
一方、慣性マス１５の共振周波数を１０Ｈｚといったこのような低周波数に設定しようとすると、慣性マス１５が大きくなりすぎてそのような設定が困難な場合には、抑制しようとするロッド剛性共振Ｂ（実施形態では２００Ｈｚ）の約１／２の周波数より低く設定しておけば、互いの共振周波数が十分に離れ、振動伝達の抑制が十分に行なわれる。
【００３０】
また、加速度センサ２１で検出した加速度信号をバンドパスフィルタ２２に通すことによって、余分な周波数での制御を行なわないようにして、制御安定性を高めるとともに、余分な電力消費を抑えつつ狙いの周波数範囲での確実な伝達力の抑制を図ることができる。ロッド剛体共振Ｂに対する防振域は、図９に示したようにロッド剛体共振Ｂの共振周波数ｆ２に対して所定値（≒１．４）を乗じて求まる周波数ｆ５以上の周波数範囲であるので、バンドパスフィルタ２２としては、慣性マス１５のロッド軸方向の共振周波数（１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの低い周波数）を含みこの共振周波数より、ロッド剛体共振Ｂに対する防振域の周波数範囲までの信号を通過するフィルタであって、防振域のうち制御が発散しない範囲の上限（例えば４００Ｈｚとする）までの信号を通過するフィルタを選定する。
【００３１】
そして、制御対象であるロッド１１の減衰を増大する速度フィードバック制御が行われるように、バンドパスフィルタ２２で通過している周波数帯において、加速度センサ２１により検出した振動のロッド軸方向速度に略比例した力を逆符合とした力をアクチュエータ１７から発生させる。
【００３２】
次にハウジング２０及び基板２４について説明する。
本例のハウジング２０は、図４Ａ〜図６Ｂに示すように、ブッシュ１２，１３の外筒１２ａ，１３ａに固定又は一体形成された剛体からなり、ロッド１１の軸方向及びピッチ方向の振動が同等に伝達される。また、ハウジング２０のブッシュ１２，１３の間の位置には開口部２０Ａが形成され、この開口部２０Ａを気密又は水密にシールするように基板２４が装着されている。ハウジング２０の内部には、図３に示す慣性マス１５及びアクチュエータ１７が収容され、基板２４によって外部からの水などが掛からないように保護されている。
【００３３】
図５Ｃに示すように、基板２４の主面には、上述した加速度センサ２１と、バンドパスフィルタ２２及び電圧増幅回路２３を含む制御回路２５と、電力変換回路を含む二次電池２６とが実装されている。
【００３４】
このうちの加速度センサ２１は、ブッシュ１２，１３の間であって、ロッド１１の軸心（トルクを支持する軸）を通る水平面と平行な面上に位置するように基板２４に実装されている。４気筒エンジン等は、図７に示すように、上下方向に不平衡慣性力が作用した振動が発生し、ロッド１１のトルクを支持する軸方向に対して上方にずれた位置に加速度センサ２１を配置すると、エンジン１の上下振動によって、トルクロッドにはピッチ方向の振動が発生するが、本例では、加速度センサ２１を、トルク支持軸を通り水平面と平行な面に配置しているので、ピッチ方向の振動に感度が小さくなる。すなわち、軸方向の振動検出精度が向上する。その結果、図１０に示すようにロッド１１の軸方向の剛体共振を大幅に下げた場合であっても、ピッチ方向の剛体共振のノイズは殆んど検出しないので、従来のように、ピッチ方向の剛体共振が常用域まで下がるのを加速度センサ２１が検出し、これにより制御電力を増大させるといった不具合現象を抑制することができる。
【００３５】
特に、加速度センサ２１をブッシュ１２，１３の間に配置しているので、ロッド１１のピッチ方向の剛体共振の節が存在する領域に加速度センサ２１を配置することになり、ピッチ方向の感度がより小さくなる。
【００３６】
さて、上記構成のアッパトルクロッド５をエンジン１及び車体の間に装着し、エンジン回転速度２０００〜６０００ｒｐｍでエンジンを駆動した場合に、アッパトルクロッド５のアクチュエータ１７を駆動制御した場合と駆動制御しない場合とで車両前後方向の振動の状況を観察したところ図８Ａのようになった。この結果から、エンジン回転速度が高回転領域、同図に示す結果では３５００ｒｐｍ以上の領域においてはアッパトルクロッド５のアクチュエータ１７を駆動制御した方が駆動制御しない場合に比べて振動低減効果が大きいが、エンジン回転速度が低回転領域、同図に示す結果では３５００ｒｐｍ以下の領域においてはアッパトルクロッド５のアクチュエータ１７を駆動制御してもしなくても振動の大きさはさほど変わらないことが知見できた。
【００３７】
そこで、本例の車両用防振装置では、図８Ｂに示すように、エンジン回転速度が３５００ｒｐｍ未満の運転状態においてはアッパトルクロッド５のアクチュエータ１７に電力を供給することなく非駆動とし、慣性マス１５の振動エネルギをアクチュエータ１７により交流電力に変換し、二次電池２６に含まれる電力変換回路（インバータ回路など）によってこの交流電力を直流電力に変換し、さらにこの直流電力を二次電池２６に蓄電するように制御する。
【００３８】
一方、エンジン回転速度が３５００ｒｐｍ以上の運転状態においては、二次電池２６に蓄電された直流電力を電力変換回路で交流電力に変換したのち、アッパトルクロッド５のアクチュエータ１７に供給し、上述したように慣性マス１５を振動制御することで防振機能を発揮させる。図８Ｃは、エンジン１がアイドル回転状態である場合に慣性マス１５の振動エネルギを測定した結果（左の棒グラフ）と、アッパトルクロッド５のアクチュエータ１７に電力を供給して車両前後方向の共振を抑制するための制御を行った場合の消費電力を測定した結果（右の棒グラフ）であり、ほぼ同等の電力となった。したがって、一般的な運転状態においては、外部から電力を供給することなく慣性マス１５の振動エネルギだけで自給自足が可能となる。
【００３９】
なお、アクチュエータ１７を発電機として機能させるか防振機として機能させるかの閾値であるエンジン回転速度は、エンジン１に設けられた回転速度センサからの検出信号を取り込めばよい。ただし、本例のアッパトルクロッド５では、これ以外に外部との配線を必要としないので、加速度センサ２１を用いてアッパトルクロッド５の内部で演算することもできる。たとえば、図１１の左図に示す加速度センサ２１の検出信号に対し、フーリエ変換演算を実行するＩＣ回路を基板２４に設け、このＩＣ回路にてフーリエ変換演算を行い、同図の右図に示すように最大レベルとなる周波数を検出する。そして、この周波数に６０を乗算し、さらにそのエンジンの回転基本次数（４気筒エンジンであれば２）で除算すればエンジン回転速度が求められる。
【００４０】
またこれに代えて、図１２に示すように、加速度センサ２１の検出信号に対し、制御領域である３５００〜６０００ｒｐｍのバンドパスフィルタをかけた信号の大きさを、アクチュエータ１７を発電機として機能させるか防振機として機能させるかの閾値としてもよい。
【００４１】
上述したとおり、本例の車両用防振装置では、アクチュエータ１７の非駆動時には慣性マス１５の振動エネルギを電力に変換して二次電池２６へ蓄電し、アクチュエータ１７の駆動時には二次電池２６に蓄電された電力を用いて防振制御を行うので、外部からの電力供給が不要となり総合的に消費電力を低減することができる。また、二次電池２６とアクチュエータ１７とがトルクロッド内に近接して設けられているため、配線による電圧降下が小さく、これによっても電力損失を低減することができる。さらに、制御回路２５や二次電池２６をトルクロッド内に設けているので慣性マス１５の機能をも有し、トルクロッドの車両前後方向の剛体共振周波数を下げることができる。
【００４２】
特に、本例の車両用防振装置はトルクロッド５，６の剛体共振周波数を制御するものであり、この周波数とエンジンの高回転領域で基本次数が近くなる運転条件で防振制御を実行する必要がある一方、エンジン１の低回転領域ではエンジン１からエンジンの支持部に伝わる振動が大きくなる。したがって、エンジン１が低回転領域で運転している場合は蓄電モードとし、高回転領域で運転している場合は制御モードとすることにより電力の自給自足が可能となる。
【００４３】
本例の車両用防振装置において、エンジン１の低回転領域は、少なくともアイドル回転状態又は車両がハイブリッド車両である場合の充電状態（例えば車両停車中であって、バッテリを充電するためにエンジンを運転している状態など）を含むことが好ましい。こうしたエンジン１の運転状態ではエンジン１の支持部に伝達される振動が大きくなるため、二次電池２６への蓄電量を大きくすることができる。
【００４４】
また、少なくともエンジン１の回転基本次数と慣性マス１５の軸方向の固有振動周波数とが一致している場合に、蓄電モードとすることが好ましい。エンジン1の回転基本次数と慣性マス１５の固有振動周波数が一致すると慣性マス１５の変位が大きくなるため、二次電池２６への蓄電量が大きくなり、効率的に蓄電することができる。
【００４５】
逆に、少なくともトルクロッド５，６の前後方向の共振周波数とエンジン１の回転基本次数が等しい場合には、制御モードとすることが好ましい。車内音を悪化させるトルクロッド５，６の剛体共振を抑制できるため、車内音を低減することができる。
【００４６】
また、蓄電を効率的に行うためには、エンジン１の振動をトルクロッド５，６へ可能な限り伝え、車両の静粛性を確保するために、エンジン１の振動を車両には伝達したくない。したがって、少なくとも蓄電モードにおいて、エンジン側に固定されたブッシュ１２のトルク支持方向の剛性が、車体側に固定されたブッシュ１３のトルク軸方向の剛性より高くなるようにブッシュ１２，１３の剛性を設定することが好ましい。エンジン側のブッシュ１２の剛性が高いことにより、エンジン１の振動がトルクロッド５，６に伝わり効率的な蓄電を行うことができる一方で、車両側のブッシュ１３の剛性が低いことにより、車両への振動伝達を遮断でき、車両の静粛性を保つことができる。
【００４７】
また本例の車両用防振装置では、加速度センサ２１や、バンドパスフィルタ２２及び電圧増幅回路２３を含む制御回路２５を基板２４に実装しているため、配線の取り廻しなどの作業が不要となってコストを低減することができる。
【００４８】
また、本例の基板２４は、図６Ｂに示すようにブッシュ１２がボルト１８により固定されるエンジン１のブラケット１ａに対し、エンジン１側の面に固定することができる。ただし、図６Ａに示すようにエンジン１のブラケット１ａに対し、エンジン１とは反対側のエンジン１から離れた側の側面に固定することがより好ましい。
【００４９】
本例の車両用防振装置では、図１０に示すようにアッパトルクロッド５の車体側ブッシュ１２の剛性を従来のアッパトルクロッドと比較して大幅に下げているため、例えば車両旋回時においてアッパトルクロッド自身の加速度によりアッパトルクロッドが車両の左右方向に対して大きく揺動する。したがって、従来のアッパトルクロッドと比較し、エンジン１とアッパトルクロッド５とのクリアランスＣを大きく設定する必要がある（図６Ａ，Ｂ参照）。
【００５０】
一方で、不平衡慣性力に起因する力は、エンジン１の重心Ｇよりエンジン前方に作用し、モーメントを発生させる。したがって、エンジン１の先端の方が、エンジンの上下変位の振動が大きくなる。したがって、図６Ａに示す例のように、加速度センサ２１の配置位置をエンジン１とは反対側のエンジン１から離れた側のアッパトルクロッド５のハウジング２０の面に配置する方が、アッパトルクロッド５とエンジン１とのクリアランスＣを短くでき、アッパトルクロッド５に伝わるエンジン１の上下振動を小さくできる。同様に、アッパトルクロッド５とエンジン１とのクリアランスＣを短くできるため、エンジン１側のトルクロッドの締結に関係する部品を小さくでき、締結に関係する部品の固有値を高めることができる。
【００５１】
また、本例の車両用防振装置では、アッパトルクロッド５が熱源であるアクチュエータ１７を備え、加速度センサ２１への熱伝達が問題になるが、エンジン１とは反対側で、車両前方からの風が流れる位置に加速度センサ２１を配置できるため、放熱性能も有利となる。
【００５２】
上記二次電池２６は本発明に係る蓄電手段及び電力制御手段に相当し、上記加速度センサ２１は本発明に係る振動検出手段に相当する。
【符号の説明】
【００５３】
１…エンジン
２…サブフレーム
３，４…エンジンマウント
Ｐ１，Ｐ２…支持点
５…アッパトルクロッド
６…ロアトルクロッド
１１…ロッド
１２，１３…ブッシュ
１５…慣性マス
１７…アクチュエータ
１８，１９…ボルト
２０…ハウジング
２０Ａ…開口部
２１…加速度センサ
２２…バンドパスフィルタ
２３…電圧増幅回路
２４…基板
２５…制御回路
２６…二次電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部がエンジンに固定され、他端部が車体に固定されるロッドと、
前記ロッドに支持された慣性マスと、
前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電力制御手段と、
前記電力制御手段に電力を供給する蓄電手段と、を有する車両用防振装置において、
前記電力制御手段は、前記アクチュエータの非駆動時には、前記慣性マスの振動を電力に変換して前記蓄電手段に蓄電する車両用防振装置。
【請求項２】
前記ロッドの軸方向の振動を検出する振動検出手段をさらに有し、
前記振動検出手段は、前記電力制御手段及び前記蓄電手段とともに基板に実装され、前記ロッドに装着されている請求項１に記載の車両用防振装置。
【請求項３】
前記基板は、前記エンジンとは離れた側の前記ロッドに配置されている請求項１又は２に記載の車両用防振装置。
【請求項４】
前記ロッド、前記ロッドの一端部及び他端部を覆い、前記慣性マス及び前記アクチュエータを収容するハウジングをさらに有し、
前記基板は、前記ハウジングの開口部に装着されて前記アクチュエータを気密又は水密に収容する請求項２又は３に記載の車両用防振装置。
【請求項５】
前記振動検出手段は、前記ロッドの前記一端部と前記他端部との間であって、前記ロッドのトルク支持軸を通り水平面と平行な面に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項６】
前記電力制御装置は、前記エンジンが所定値より低回転速度の場合に前記蓄電手段へ蓄電し、前記エンジンが前記所定値以上の高回転速度の場合に前記蓄電手段に蓄電された電力を前記アクチュエータへ供給する請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項７】
前記エンジンがアイドル回転状態又はハイブリッド車両におけるエンジンの充電状態の場合に、前記蓄電手段へ蓄電する請求項６に記載の車両用防振装置。
【請求項８】
少なくとも、前記エンジンの回転基本次数と前記慣性マスの軸方向の固有振動周波数とが一致している場合に、前記蓄電手段へ蓄電する請求項６に記載の車両用防振装置。
【請求項９】
少なくとも、前記ロッドの前後方向の共振周波数と前記エンジンの回転基本次数が等しい場合に、前記蓄電手段に蓄電された電力を前記アクチュエータへ供給する請求項６〜８のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項１０】
前記蓄電手段へ蓄電する場合には、前記エンジン側に固定されたロッドの一端部のトルク支持方向の剛性が、前記車体側に固定されたロッドの他端部のトルク軸方向の剛性より高い請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項１】
一端部がエンジンに固定され、他端部が車体に固定されるロッドと、
前記ロッドに支持された慣性マスと、
前記慣性マスを前記ロッドの軸方向に往復動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電力制御手段と、
前記電力制御手段に電力を供給する蓄電手段と、を有する車両用防振装置において、
前記電力制御手段は、前記アクチュエータの非駆動時には、前記慣性マスの振動を電力に変換して前記蓄電手段に蓄電する車両用防振装置。
【請求項２】
前記ロッドの軸方向の振動を検出する振動検出手段をさらに有し、
前記振動検出手段は、前記電力制御手段及び前記蓄電手段とともに基板に実装され、前記ロッドに装着されている請求項１に記載の車両用防振装置。
【請求項３】
前記基板は、前記エンジンとは離れた側の前記ロッドに配置されている請求項１又は２に記載の車両用防振装置。
【請求項４】
前記ロッド、前記ロッドの一端部及び他端部を覆い、前記慣性マス及び前記アクチュエータを収容するハウジングをさらに有し、
前記基板は、前記ハウジングの開口部に装着されて前記アクチュエータを気密又は水密に収容する請求項２又は３に記載の車両用防振装置。
【請求項５】
前記振動検出手段は、前記ロッドの前記一端部と前記他端部との間であって、前記ロッドのトルク支持軸を通り水平面と平行な面に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項６】
前記電力制御装置は、前記エンジンが所定値より低回転速度の場合に前記蓄電手段へ蓄電し、前記エンジンが前記所定値以上の高回転速度の場合に前記蓄電手段に蓄電された電力を前記アクチュエータへ供給する請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項７】
前記エンジンがアイドル回転状態又はハイブリッド車両におけるエンジンの充電状態の場合に、前記蓄電手段へ蓄電する請求項６に記載の車両用防振装置。
【請求項８】
少なくとも、前記エンジンの回転基本次数と前記慣性マスの軸方向の固有振動周波数とが一致している場合に、前記蓄電手段へ蓄電する請求項６に記載の車両用防振装置。
【請求項９】
少なくとも、前記ロッドの前後方向の共振周波数と前記エンジンの回転基本次数が等しい場合に、前記蓄電手段に蓄電された電力を前記アクチュエータへ供給する請求項６〜８のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【請求項１０】
前記蓄電手段へ蓄電する場合には、前記エンジン側に固定されたロッドの一端部のトルク支持方向の剛性が、前記車体側に固定されたロッドの他端部のトルク軸方向の剛性より高い請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用防振装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２８３０３（Ｐ２０１３−２８３０３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６５３７（Ｐ２０１１−１６６５３７）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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