CN101678745B - 防振装置 - Google Patents

Abstract

在车辆(14)上安装有一种防振装置(10)以进一步提高车辆(14)的驾驶稳定性。该车辆(14)设置有车体架(2)，在车体架(2)中安装有驱动单元(11)和驱动轴(12)。驱动单元(11)包括引擎(11a)，驱动轴(12)接收从引擎(11a)传递来的转矩并且在轴方向的两个端部处连接有轮胎(13)。防振装置(10)包括：连接部件(16)，用于将驱动单元(11)和车体架相连接；检测部件(17)，用于检测从驱动单元(11)传递至驱动轴(12)的转矩的变化；以及控制部(18)，用于基于来自检测部件(17)的检测信号而操作连接部件(16)，来控制驱动单元(11)的振动行为中的至少驱动单元(11)的滚动振动。

Description

防振装置

技术领域

本发明涉及例如汽车、工业机械等车辆中所安装的防振装置。

背景技术

将这种类型的防振装置安装在车体架中设置有具有引擎的驱动单元的车辆中，以供使用。传统上，已经给出了各种提议，以抑制在驱动单元中产生的振动传递至车体架，从而实现例如良好的乘坐舒适性和驾驶稳定性(例如，参见日本特开平11-325165)。

发明内容

发明要解决的问题

近年来，针对进一步提高驾驶稳定性的需求不断增加。本发明的发明人已认真研究如何应对这种需求。结果，揭示出，无论在直线行驶期间还是转弯期间，由于驱动单元的振动或者更具体地由于驱动单元自身的振动行为，通过驱动轴传递至轮胎的转矩变化，由此，例如在该轮胎的接地面和地面之间所产生的推力等变化，这成为使驾驶稳定性劣化的因素。

考虑到如上所述的这类事实而作出了本发明，并且本发明的目的在于提供能够进一步提高驾驶稳定性的防振装置。

用于解决问题的方案

为了解决前述问题并实现如上所述的目的，本发明的防振装置是一种用于车体架中设置有具有引擎的驱动单元的车辆的防振装置，所述防振装置包括：连接部，用于将所述驱动单元 和所述车体架相连接；检测部件，用于检测所述驱动单元相对于接地面的振动；以及控制器，用于通过基于来自所述检测部件的检测信号而操作所述连接部，来控制所述驱动单元的振动行为中的至少滚动振动。

根据本发明，提供了以下控制器，所述控制器用于通过基于来自所述检测部件的检测信号而操作所述连接部，来控制所述驱动单元的振动行为中的至少滚动振动。因此，可以抑制因驱动单元自身的振动行为所引起的从驱动单元传递至驱动轴的转矩的变化，由此可以使传递至轮胎的转矩稳定。结果，例如，可以抑制在轮胎的接地面和地面之间所产生的推力等的变化，并且可以提高驾驶稳定性。

在本发明中，所述检测部件可被配置为检测从所述驱动单元传递至在轴方向的两个端部处连接有轮胎的驱动轴的转矩的变化。根据该结构，可以进一步精确地检测传递至轮胎的转矩的变化。

此外，所述连接部是用于将所述驱动单元和所述车体架弹性连接的支架部或转矩杆。在这种结构中，可以抑制驱动单元的振动传递至车体架，由此提供良好的乘坐舒适性，并且可以容易地实现通过操作连接部来控制驱动单元的振动行为。

此外，所述连接部可设置在所述驱动单元的在水平方向上将曲轴夹在中间的两个侧部中的每个侧部处。在这种情况下，由于连接部设置在驱动单元的在水平方向上将曲轴夹在中间的两个侧部中的每个侧部处，因此可以通过如上所述操作连接部容易且可靠地抑制前述滚动振动。

此外，所述检测部件设置在所述驱动单元中的构成所述驱动单元的外部轮廓的壳体的外表面和曲轴至少之一处。在检测部件设置在构成驱动单元的外部轮廓的壳体的外表面处的情况下，可以防止检测部件例如被地面上的石子击中或被暴露至恶劣的天气。

在检测部件设置在曲轴处的情况下，可以高度精确地检测从驱动单元传递至驱动轴的转矩的变化。

此外，所述控制器被配置为至少控制所述驱动单元的滚动振动中5Hz以上50Hz以下的频率分量。在这种情况下，可以可靠地展现操作中的前述效果。

附图说明

图1是示出将根据本发明实施例的防振装置安装在车辆中的状态的示意结构图。

图2是示出根据本发明实施例的引擎的平面布置的示意图。

图3是示出沿图1中A-A的箭头方向观看到的引擎的侧面的示意图。

图4是示出根据本发明实施例的防振装置的控制系统的框图。

图5是示出在设计反馈矩阵时所使用的系统的框图。

图6是示出加速度传感器被固定的位置的位移的振幅的频率依赖性的图。

2车体架

3a、3b ACM

4a、4b加速度传感器

10防振装置

11驱动单元

11a引擎

11b传动装置

11c曲轴

12驱动轴

13轮胎

14车辆

16连接部

17检测部件

18控制器

18a第一放大器

18b滤波器

18c高速运算装置

18e第二放大器

O滚动轴线

具体实施方式

在下文将参考图1来说明根据本发明的防振装置的实施例。将防振装置10安装在车体架2中设置有具有引擎11a的驱动单元11和驱动轴12的车辆14中，以供使用，其中，轮胎13连接至驱动轴12的沿轴方向的两个端部处，并且转矩从引擎11a传递至驱动轴12。防振装置10包括用于将驱动单元11和车体架2相连接的连接部16。

将驱动单元11设置在车体架2内部的车辆14的前侧，并且包括引擎11a、传动装置11b和曲轴11c等。曲轴11c被设置为沿车辆14的左右方向延伸。

驱动轴12被设置为在沿车辆14的前后方向远离曲轴11c的位置处沿车辆14的左右方向延伸。在图示的例子中，驱动轴12相对于曲轴11c设置在车辆14的后侧。构造驱动轴12，使得经由传动装置11b将曲轴11c的转矩传递至驱动轴12。

将设置在车辆14的前侧的一对左右侧轮胎13独立连接至驱 动轴12的两个端部，使得在驱动轴12绕其轴线旋转时，轮胎13旋转。

驱动单元11自身的振动行为主要包括驱动单元沿车辆14的上下方向、左右方向和前后方向的振动，以及绕驱动单元11的滚动轴线O的滚动振动。在本实施例的车辆14中，在驱动单元的这些振动中，滚动振动使从驱动单元11传递至驱动轴12的转矩变化最大。

滚动轴线O是由连接部16的性能和布置位置等产生的驱动单元11的惯性力矩所确定的虚拟轴线，并且存在于曲轴11c和驱动轴12之间。

此外，在本实施例中，防振装置10配置有：检测部件17，用于检测驱动单元11相对于接地面的振动；以及控制器18，用于基于来自检测部件17的检测信号来操作连接部16，控制驱动单元11的前述滚动振动(例如，5～50Hz)。

在所示出的例子中，检测部件17是加速度传感器，其安装在构成驱动单元11的外部轮廓的壳体中的引擎11a的壳体的外表面上，并被配置为能够通过测量驱动单元11沿车辆的前后方向的加速度，来检测从驱动单元11传递至驱动轴12的转矩的变化。将检测部件17安装在引擎11a的壳体的外表面中的上端部处。

连接部16是用于从下侧弹性支持驱动单元11的支架部。在本实施例中，将连接部16设置在驱动单元11的在水平方向上从与曲轴11c的延伸方向垂直的方向将曲轴11c夹在中间的两个侧部处。在所示例子中，将连接部16设置在驱动单元11的沿车辆14的前后方向的两个侧部处，使得各连接部形成一对连接部。将一个连接部16布置在车辆14上位于曲轴11c前侧的位置处，并且将另一个连接部16布置在车辆14上位于滚动轴线O后侧的位 置处。

此外，设置各连接部16，使得连接部与例如液压缸等相连接，并且能够沿车辆14的上下方向上升/下降。

控制器18包括：第一放大器18a，用于放大来自检测部件17的检测信号；滤波器18b，用于从由第一放大器18a处理后的检测信号中选择性地保留与驱动单元11的滚动振动相关的特定频带，并且去除其它的频率分量(例如，车辆自身的加速/减速时的加速度分量)；高速运算装置18c，用于基于由滤波器18b处理后的检测信号，来在上述两个连接部16中指定要控制的连接部16，并确定连接部16的控制量；以及第二放大器18e，用于放大连接部的控制量的数据。

通过基于控制器18中的计算结果单独操作一对连接部16中的各连接部，来抑制驱动单元11的前述滚动振动。

具体地，在图1中，例如在驱动单元11绕滚动轴线O顺时针旋转时，对一对连接部16中位于车辆14的后侧的连接部16施加用于将驱动单元11的位于车辆14的后侧的侧部向上推的驱动力，而对位于车辆14的前侧的连接部16施加用于将驱动单元11的位于车辆14的前侧的侧部向下拉的驱动力。相反，当驱动单元11绕滚动轴线O逆时针旋转时，对一对连接部16中位于车辆14的前侧的连接部16施加用于将驱动单元11的位于车辆14的前侧的侧部向上推的驱动力，而对位于车辆14的后侧的连接部16施加用于将驱动单元11的位于车辆14的后侧的侧部向下拉的驱动力。

如上所述，根据本实施例的防振装置10，设置有控制器18，控制器18用于通过基于来自检测部件17的检测信号来操作连接部16，来控制驱动单元11的前述滚动振动，由此可以抑制因驱动单元11自身的振动行为所引起的、从驱动单元11传递至驱动 轴12的转矩的变化，并由此使传递至轮胎13的转矩稳定。结果，例如，可以抑制在轮胎13的接地面和地面之间产生的推力等的变化，并且可以提高驾驶稳定性。

此外，在本实施例中，连接部16是用于将驱动单元11与车体架2弹性相连接的支架部。因此，可以抑制驱动单元11的振动传递至车体架2，由此提供了良好的乘坐舒适性，并且可以容易地实现通过操作连接部16来控制驱动单元11的振动行为。

此外，在本实施例中，将连接部16设置在驱动单元11的在水平方向上将曲轴11c夹在中间的两个侧部上。因此，可以通过如上所述操作连接部，容易且可靠地抑制前述滚动振动。此外，将检测部件17设置在驱动单元11中的构成该驱动单元的外部轮廓的壳体的外表面处。因此，可以防止检测部件17例如被地面上的石子击中或被暴露至恶劣的天气。

针对本实施例，以下将示例说明能够更有效地控制滚动振动并提高驾驶稳定性的控制方法。图2是示出实现该控制方法的引擎11a的平面图布置的示意图。图3是示出沿图2中A-A的箭头方向观看到的引擎的侧面的示意图，其中，由构成连接部16的多个(所示例子中为两个)ACM即主动控制支架(active controlmount)3a、3b相对于车体架2支持引擎11a。这些ACM 3a、3b支持引擎并向引擎11a主动施加振动抑制力，由此用于抑制振动传递至车体。

此外，将构成检测部件17的加速度传感器4a、4b固定在引擎11a的表面(在附图所示的例子中为该引擎的上表面)上的多个位置(在附图所示的例子中为2个位置)处，使得加速度传感器实时检测引擎11a上各位置处的加速度。设置加速度传感器4a、4b，使得这些传感器各自检测绕滚动轴线O的旋转分量，即沿引擎11a的滚动旋转方向(车辆的前后方向)的加速度。

图4是示出本实施例的防振装置10的控制结构的框图。防振装置10相对于车体架2支持引擎11a，并且包括：多个ACM 3a、3b，用于抑制振动；多个加速度传感器4a、4b，其固定在引擎11a的表面上彼此不同的位置处；以及控制器18，用于基于来自加速度传感器4a、4b的加速度信号，控制ACM 3a、3b的振动抑制力。

控制器18包括高速运算装置18c，该高速运算装置18c用于对用于控制多个ACM 3a、3b各自的振动抑制力的信号β₁和β₂进行实时计算，其中该计算基于预设的固定反馈滤波器矩阵以及来自多个加速度传感器4a、4b的在车辆被驱动时变化的加速度信号α₁和α₂。控制器18还配置有：第一放大器18a，用于放大来自加速度传感器4a、4b的信号以获得加速度信号α₁和α₂；以及第二放大器18e，用于放大来自高速运算装置18c的输出信号β₁和β₂，以将放大后的信号输入至ACM 3a、3b。

本发明的主要目的是抑制引擎的滚动共振模式中的振动。在这种情况下，滤波器18b优选是仅允许包括普通引擎的共振频率的10～20Hz的范围内的频率通过的滤波器。

根据以下公式(1)，通过使用反馈滤波器矩阵，可以基于加速度信号α₁和α₂来获得输出信号β₁和β₂。

$\left[\begin{array}{c}{B}_1\left(s\right)\\ B_2\left(s\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{K}_{11}\left(s\right)& K_{12}\left(s\right)\\ K_{21}\left(s\right)& K_{22}\left(s\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{A}_1\left(s\right)\\ A_2\left(s\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

在公式(1)中，通过对α₁、α₂、β₁和β₂进行拉普拉斯(Laplace)变换，获得A₁(s)、A₂(s)、B₁(s)和B₂(s)。

此外，例如，可以如下设计构成反馈滤波器矩阵的K₁₁、K₁₂、K₂₁和K₂₂。首先，将K₁₁、K₁₂、K₂₁和K₂₂的设计作为使用输入端干扰的H∞控制中的混合灵敏度问题来理解。然后，在图5所示的系统中，分别获得与干扰w₁、w₂到控制量z₁、z₂的转换 有关的传递函数W_sM的H∞范数以及与干扰w₁、w₂到控制量z₃、z₄的转换有关的传递函数W_tT的H∞范数。由于这些传递函数W_sM和W_tT中的M和T分别是控制器K的函数，因此可以通过设计整个系统、使得这些传递函数W_sM和W_tT的H∞范数减小来获得控制器K。

在图5所示的例子中，P表示通过对从ACM到加速度传感器的实际系统中的传递函数进行测量并建模所获得的结果，K表示要设计的控制器中包括公式(1)中的K₁₁、K₁₂、K₂₁和K₂₂的反馈矩阵，w₁和w₂各自表示干扰输入，w₃表示观察噪声，并且W_s和W_t各自表示加权函数。通过利用反复试验(trial and error)修改W_s和W_t以减小传递函数，来设计控制器K。应当注意，在系统的实际控制中，将控制器K转换成状态方程式，并且在时域中实时地实行控制。

上述本发明的特征在于，将多个位置处的加速度信号作为用于控制ACM的振动抑制力的信号来反馈。由于该特征，本发明可以解决以下问题，如果反馈来自仅一个位置处的加速度信号，则仅在受控位置处能够抑制振动，但是其它位置处的振动将增大。

特别地，在本发明中，由引擎自身的驱动所产生的在绕滚动轴线O的滚动旋转方向上的振动被抑制。在这种情况下，尽管在其它位置处很可能出现平移分量的振动，但如上所述，通过将多个位置处的加速度信号作为用于控制ACM的振动抑制力的信号来反馈，可以有效地抑制平移分量的这种振动。

对于加速度传感器4a、4b的位置，在要抑制沿引擎的滚动方向的振动的情况下，优选选择引擎上离滚动轴线O最远的位置作为第一位置，并且优选选择引擎上在进行使第一位置处的振动最小的控制时振动大的其它位置作为第二位置。优选加速 度传感器的第一位置和第二位置位于同一平面上。

实施例

在如图2和3所示的引擎的布置中，由振动器对安装有车辆的基座进行振动，并且基于由加速度传感器3a检测到的加速度信号，将加速度传感器3a被固定的各位置的位移的振幅的频率依赖性标绘成图。图6示出这些结果。在图6中，由实线所示的实施例1示出在通过将来自加速度传感器3a、3b的两个加速度信号反馈至两个ACM来实行控制时所获得的结果，由虚线所示的实施例2示出在通过仅将来自一个加速度传感器3a的加速度信号反馈至两个ACM来实行控制时所获得的结果，并且由双点线所示的比较例示出在没有控制ACM时所获得的结果。

如从图6显而易见，与比较例相比，实施例1和2两者均示出可以在要控制的10～15Hz的频率范围内，非常有效地抑制振动。结果，可以极大提高驾驶稳定性。此外，与实施例2相比，实施例1示出不仅在要控制的10～15Hz的频带范围内实现与实施例2的控制结果等同的控制结果，而且在超出要控制的范围的带宽中也成功地抑制了振动。即，实施例1示出还可以通过将多个位置处的加速度信号作为用于控制ACM的振动抑制力的信号来反馈，在没有牺牲提高驾驶稳定性的效果的情况下，极大改善驾驶舒适性。

测试中所使用的车辆上安装有2500cc的柴油发动机。针对振动施加的条件，仅将前轮设置在振动器基座上，利用先从5Hz连续增加至20Hz、然后从20Hz连续降低至5Hz的频率来使振动器基座振动。在将排挡设置在空档位置、并且只有侧制动器正在工作的状态下，进行施加振动。对于ACM，使用配置有电磁致动器的ACM。

本发明的技术范围不局限于前述实施例，并且可以添加各 种变形例，除非这些变形例背离本发明的精神。例如，尽管在本实施例中将加速度传感器作为检测部件17示出、并将该检测部件17安装在构成驱动单元11的外部轮廓的壳体的外表面处，然而，代替加速度传感器而采用旋转角传感器，并将该旋转角传感器设置在曲轴11c上，这是可接受的。

在以上变形例中，可以通过根据由旋转角传感器测得的曲轴11c的旋转角的数据而计算角加速度，来检测从驱动单元11传递至驱动轴12的转矩的变化。

此外，代替上述实施例的检测部件17，采用以下检测部件是可接受的，该检测部件包括用于对轮胎13的外表面照射光的光源和用于检测来自轮胎13的外表面的反射光的光电传感器。在该变形例中，可以根据由光电传感器以预定的时间间隔检测到的前述反射光的光波振幅或光波频率的差，来检测上述转矩的变化。

此外，可以采用具有上述旋转角传感器和如图1所示的加速度传感器这两者作为检测部件17的结构。

此外，可以将加速度传感器安装在驱动单元11的壳体中传动装置11b的壳体的外表面处。

此外，尽管在上述实施例中将能够弹性支持驱动单元11自身的重量的支架部作为连接部16示出，然而代替该支架部，采用具有杆的转矩杆是可接受的，其中，作为圆筒部的第一圆筒部和第二圆筒部连接至该杆的两个端部，一个圆筒部连接至驱动单元11，并且另一个圆筒部连接至车体架。

此外，尽管在上述实施例中将驱动单元11与车体架2弹性相连接的结构作为连接部16示出，然而代替该结构，采用液压缸等致动器是可接受的。

此外，尽管在前述实施例中将驱动单元11设置在车体架2 内部的车辆14的前侧，然而可选地，将驱动单元11设置在车体架2内部的车辆14的后侧是可接受的。此外，本发明可应用于FF车辆或FR车辆。

此外，尽管在上述实施例中示出通过操作连接部16来控制驱动单元11的振动行为的前述滚动振动的结构，然而除该滚动振动以外，通过以与前述实施例中的方式类似的方式操作连接部16来控制沿车辆14的前后方向和/或车辆14的上下方向的振动，这是可接受的。

此外，尽管在上述实施例中示出设置能够沿车辆14的上下方向上升/下降的结构作为连接部16，然而可选地，采用以下结构是可接受的：在该结构中，各连接部16包括橡胶状弹性体，并且各橡胶状弹性体在车辆14的上下方向上的刚度基于控制器18中的计算结果而变化。

具体地，在图1中，例如在驱动单元11绕滚动轴线O顺时针旋转时，通过操作一对连接部16中的各连接部以增加连接部16中的橡胶状弹性体在车辆14的上下方向上的刚度，驱动单元11的位于车辆14后侧的侧部被位于车辆14后侧的连接部16向上推，并且驱动单元11的位于车辆14前侧的侧部被位于车辆14前侧的连接部16向下拉。相反，当驱动单元11绕滚动轴线O逆时针旋转时，通过以与上述方式类似的方式增加连接部16的各连接部中的橡胶状弹性体在车辆14的上下方向上的刚度，驱动单元11的位于车辆14前侧的侧部被位于车辆14前侧的连接部16向上推，并且驱动单元11的位于车辆14后侧的侧部被位于车辆14后侧的连接部16向下拉。

此外，采用以下结构作为连接部16是可接受的：在该结构中，至少包括：外筒；位于该外筒的轴方向上的一端侧的支架部；以及橡胶弹性部，用于将支架部与外筒弹性相连接，并且 关闭该外筒的轴方向上的一个端部处的开口部，其中，液体被密封蓄积在外筒内部。

在该变形例中，可以通过基于控制器18中的计算结果而控制外筒内部的液压来抑制驱动单元11的振动，从而抑制从驱动单元11传递至驱动轴12的转矩的变化。

此外，要由控制器18控制的前述滚动振动的频率分量不限于实施例中的频率分量。

Claims (6)

1.一种用于车体架中设置有具有引擎的驱动单元的车辆的防振装置，所述防振装置包括：

连接部，用于将所述驱动单元和所述车体架相连接；

检测部件，用于检测所述驱动单元相对于轮胎接地面的绕该驱动单元的滚动轴线的滚动振动，即沿该驱动单元的滚动旋转方向的加速度；以及

控制器，用于通过基于来自所述检测部件的检测信号而操作所述连接部，来控制所述驱动单元的振动行为中的至少滚动振动，

其中，所述检测部件固定于所述驱动单元的表面。

2.根据权利要求1所述的防振装置，其特征在于，所述检测部件被配置为检测从所述驱动单元传递至在轴方向的两个端部处连接有轮胎的驱动轴的转矩的变化。

3.根据权利要求1或2所述的防振装置，其特征在于，所述连接部由将所述驱动单元和所述车体架弹性连接并且具有能够控制的振动抑制力的主动控制支架构成，并且作为所述连接部的所述主动控制支架各自设置在所述驱动单元的沿车辆的前后方向的两个侧部处。

4.根据权利要求1或2所述的防振装置，其特征在于，所述连接部设置在所述驱动单元的在水平方向上将曲轴夹在中间的两个侧部中的每个侧部处。

5.根据权利要求1或2所述的防振装置，其特征在于，所述检测部件设置在所述驱动单元中的构成所述驱动单元的外部轮廓的壳体的外表面和曲轴至少之一处。

6.根据权利要求1或2所述的防振装置，其特征在于，所述控制器被配置为至少控制所述驱动单元的滚动振动中5Hz以上50Hz以下的频率分量，并且所述检测部件设置在第一位置处以及第二位置处，其中，所述第一位置为所述引擎上离滚动轴线最远的位置，所述第二位置为所述引擎上在进行使所述第一位置处的振动最小的控制时振动大的位置。