专利名称：有源振动隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源振动隔离器，尤其涉及一种用于有源地阻止振动产生源(例如车辆发动机)的振动的传播的有源振动控制器。
背景技术：
例如，日本未审专利公开(KOKAI)2001-117644披露了一种配备有电磁体的常规的有源振动隔离器。所述电磁体被设置在所谓的发动机架内部，并产生振动力，以便阻止发动机的振动的传播。特别是，通过根据发动机的振动控制电磁体的电源的接通和断开来阻止振动的传播。
不过，常规的有源振动隔离器当接通的电磁体的电源被断开时可能产生异常的噪声。
发明内容
本发明是针对上述的情况作出的。因此本发明的目的在于，提供一种有源振动隔离器，其通过例如禁止到电磁致动器(例如电磁体)的接通的电源被断开，可以抑制异常噪声的产生。
按照本发明的一种有源振动隔离器包括电磁致动器，用于通过使一个电流源成为可变的来产生振动力；用于根据从车辆的振动产生源输出的周期脉冲信号产生周期控制信号的装置，所述周期控制信号有源地禁止车辆的特定部件振动；以及用于根据所述周期控制信号使到电磁致动器的电流源成为可变的来驱动电磁致动器的装置。
本发明的有源振动隔离器的特有的配置之一是，电磁致动器驱动装置包括包括非对称的半桥电路和用于输出致动信号的装置。此处注意，所述非对称的半桥电路是一种这样的电路，其包括和电磁致动器的正端侧相连的高侧开关，以及相对于所述高侧开关非对称地设置的、和电磁致动器的负端侧相连的低侧开关。例如，所述非对称的半桥电路可以是H桥式电路。H桥式电路是这样一种电路，其包括一对臂，设置在所述一对臂之一的上侧上的高侧开关，以及设置在所述一对臂的另一个臂的低侧上的低侧开关。此外，H桥式电路还包括多个二极管，其中之一设置在所述一对臂之一的低侧上，另一个设置在所述一对臂的所述另一个上的上侧上，从而只有在H桥式电路中反向流过(或再生)电流时才在所述一对臂中流过电流。此外，通过使高侧开关和低侧开关导通或截止，使电流流过电磁致动器。
此外，致动信号输出装置输出致动信号，所述致动信号当所述周期控制信号分别是正或负时互不相同。具体地说，致动信号输出装置根据当周期控制信号是正的时的周期控制信号，对高侧开关和低侧开关的一个输出导通致动信号，而对其中的另一个输出脉宽调制的(下文缩写为PWM)致动信号。或者，致动信号输出装置根据当周期控制信号是正的时的周期控制信号对高侧开关和低侧开关两者输出PWM致动信号。在另一方面，致动信号输出装置根据当周期控制信号是负的时的周期控制信号，对高侧开关和低侧开关中的一个输出截止致动信号，而对其中的另一个输出PWM致动信号。
即，致动信号输出装置这样操作，使得当周期控制信号是正时，增加流过电磁致动器的电流。在另一方面，致动信号输出装置这样操作，使得当周期控制信号是负时，减少流过电磁致动器的电流。
本发明的有源振动隔离器根据周期控制信号切断高侧开关和低侧开关中的一个，并利用一个PWM致动信号致动高侧开关和低侧开关中的另一个。当高侧开关和低侧开关两者都截止时，流入电磁致动器的电流可能快速地减少，使得电流值可能等于0。不过，当本发明的有源振动隔离器操作时，高侧开关和低侧开关的一个被截止，而其中的另一个由PWM致动信号致动时，流入电磁致动器的电流以减少的下降速率减少。因此，可以控制电磁致动器，使得不使流入电磁致动器的电流的值等于零。因而，这种有源振动隔离器可以禁止电磁致动器的导通的电源被截止。因而，这种有源振动隔离器可以抑制异常噪声的产生。
当结合附图和详细的说明书参阅下面的详细说明而更好地理解本发明时，可以更容易地获得本发明及其许多优点的更全面的理解，附图和说明书都构成本发明公开的部分。
图1是表示按照本发明的一个例子的有源振动隔离器1的总体配置的示意图；图2表示配备有振动器的发动机架20的局部截面图；图3是用于表示模式转换器12的处理操作的流程图；图4是用于表示图控制器14的配置的方块图；图5分别用于表示关于图滤波器142输出的低频控制信号C1的一次频率分量S1，二次频率分量S3和三次分量S3；图6用于表示低频控制信号C1，其中图5所示的各阶的频率分量被合成了；图7是用于表示自适应的控制器15的配置的方决图；图8表示自适应滤波器151产生的高频控制信号，其在校正之前处于正弦波的状态；图9表示自适应滤波器151输出的高频控制信号C2；图10是用于表示驱动器16的配置的方块图；图11是用于表示致动信号输出装置161的处理操作的流程图；图12是用于表示和各个开关Q1，Q2的操作有关的在非对称半桥电路中流动的电流的图；图13表示在图控制模式下在振动器17的线圈中流动的电流的值；图14表示在自适应控制模式下在振动器17中流动的电流的值；图15分别用于表示关于图滤波器142输出的低频控制信号C3的一次频率分量P1，二次频率分量S3和三次分量S3；
图16用于表示低频控制信号C3，其中图15所示的各阶的频率分量被合成了；以及图17表示当根据低频控制信号C3驱动器16被致动时在振动器17的线圈中流动的电流的值。
具体实施模式在一般性地描述了本发明之后，通过参看这里提供的特定的优选实施例可以获得进一步的理解，这些实施例只是用于说明本发明，并不限制所附权利要求的范围。
下面以本发明的特定实施例为例详细说明本发明。如上所述，本发明的有源振动隔离器包括电磁致动器，控制信号产生装置，和驱动装置。
(1)周期控制信号注意，周期控制信号是控制信号产生装置产生的，其优选地在不同情况之间互不相同，一种情况是周期脉动信号的频率是一个预定的频率或者小于所述预定频率，另一种情况是周期脉动信号的频率大于所述预定频率。具体地说，当周期脉动信号的频率是一个预定频率或者小于所述预定频率时，周期控制信号优选地可以包括低频控制信号，其通过合成相对于周期脉动信号的频率的一次(primary)频率分量和高阶(high order)频率分量而被产生。此外，当周期脉动信号的频率大于所述预定的频率时，周期控制信号优选地可以包括高频控制信号，其只由一次频率分量构成。
下面参照一个例子说明本发明，在这个例子中，本有源振动隔离器用于阻止由发动机引起的振动的传播。即使当本有源振动隔离器只用于阻止发动机产生的一次频率分量的传播时，由发动机即振动产生源产生的振动的高阶分量也可以和发动机框架的固有频率一致。如果是这种情况，则发动机框架可能谐振于由发动机产生的振动的较高阶的频率，最终引起相当大的振动。因而，优选的是，不仅考虑发动机振动的一次频率，而且考虑振动的高阶频率来建立周期控制信号。即，当通过把发动机振动的高阶频率也考虑进去来建立周期控制信号时，可以阻止高阶频率振动的传播。因而，即使当发动机振动的高阶频率和发动机框架的固有频率一致时，也可以显著地阻止发动机框架的振动。不过，当发动机振动的一次频率分量高于发动机框架的固有频率时，则发动机框架根本不会谐振于发动机振动的高阶频率。因此，在上述的优选的例子中，所述预定频率(在此频率下低频控制信号被从高频控制信号转换，或反之)可以是周期脉动信号的频率，在此频率下，周期脉动信号的频率的二次频率分量大于发动机框架的固有频率。具体地说，例如当发动机框架的固有频率是100Hz时，预定频率可以大于50Hz。
此外，低频控制信号的一次频率分量优选地可以包括正弦波信号。即，低频控制信号的一次频率分量，一种正弦波信号，具有和实际发动机的振动的一次频率分量的波形实质上相同的波形。因而，本有源振动隔离器可以更合适地阻止由振动产生源(例如发动机)产生的振动的传播。结果，本有源振动隔离器可以产生明显高的寂静。
此外，低频控制信号的一次频率分量优选地可以包括矩形波信号，其根据正弦波信号被计算。当低频控制信号的一次频率分量包括矩形波信号时，能够增强一次频率分量的阻止振动传播的能力。此外，当低频控制信号的一次频率分量包括矩形波信号时，可以提高这种有源振动隔离器的响应。换句话说，即使使用响应慢的电磁致动器，这种有源振动隔离器也可以确保阻止由振动产生源(例如发动机)产生的振动的传播。
此外，高频控制信号优选地可以包括矩形波信号，其根据一次频率分量被计算。在由振动产生源例如发动机产生的振动的频率是高的区域内，要求电磁致动器具有高的响应。因而，包括矩形波信号的高频控制信号可以增强电磁致动器的响应。因而，这种有源振动隔离器可以确保在高频范围内阻止振动的传播。
(2)致动信号输出装置如上所述，致动信号输出装置根据周期控制信号是负或者是正不同地致动非对称半桥电路的高侧开关和低侧开关。此处注意，致动信号输出装置还可以根据周期脉动信号的频率是一个预定频率或小于所述预定频率或者是否高于所述预定频率，不同地致动非对称半桥电路的高侧开关和低侧开关。
具体地说，当周期控制信号为负且周期脉动信号的频率等于或小于预定频率时，致动信号输出装置可以优选地根据所述周期控制信号向高侧开关和低侧开关中的一个输出截止致动信号，并可以优选地向另一个开关输出PWM致动信号。在另一方面，当周期控制信号为负且周期脉动信号的频率高于预定频率时，致动信号输出装置可以优选地对高侧开关和低侧开关输出截止致动信号。
即，当周期控制信号为负时，只有周期脉动信号的频率等于或小于预定频率时，这种有源振动隔离器才切断高侧开关和低侧开关中的一个，并借助于脉宽调制致动另一个。当高侧开关和低侧开关中的一个被截止而其中的另一个因而借助于脉宽调制被致动时，流入电磁致动器的电流以减少的下降速率降低。因此，这种有源振动隔离器可以控制电磁致动器，不使流入其中的电流等于零。因而，这种有源振动隔离器可以禁止电磁致动器的导通的电源被截止。因而，这种有源振动隔离器可以抑制异常噪声的产生。
在另一方面，当周期脉动信号的频率高于预定频率时，这种有源振动隔离器使高侧开关和低侧开关都截止。随着周期脉动信号的频率的增加，由发动机产生的噪声变大。因而，当周期脉动信号的频率高时，如果导通的电磁致动器的电源截止时产生噪声，则是无关紧要的。因而，当周期脉动信号的频率大于预定频率时，这种有源振动隔离器切断高侧和低侧开关，以便使高侧和低侧开关的控制比较容易。
(3)控制信号产生装置周期控制信号产生装置根据由车辆的振动产生源输出的周期脉动信号产生周期控制信号，如上所述，周期控制信号实际上阻止车辆的特定部件的振动。周期控制信号产生装置可以根据周期脉动信号的频率是等于或小于或者大于预定频率不同地产生周期控制信号。
具体地说，当周期脉动信号的频率等于或小于预定频率时，周期控制信号产生装置优选地可以根据预先存储的数据图和处于振动控制下的车辆的驱动条件计算周期控制信号。在另一方面，当周期脉动信号的频率大于预定频率时，周期控制信号产生装置可以优选地根据一个自适应控制算法计算周期控制信号。
当周期脉动信号的频率等于或小于预定频率时，使用一个图控制(其使用一个数据图来控制电磁体致动器)可以使得这种有源振动隔离器的响应是满意的。注意，从自适应能力来看，图控制不如自适应控制。不过，因为当发动机的转速低时，没多少信号不和发动机相关，能够足以阻止由发动机产生的振动的传播。在另一方面，当周期脉动信号的频率高于预定频率时，使用自适应方法可以充分地阻止受各种驱动条件影响的振动的传播。
例子下面以特定的例子详细说明这种有源振动隔离器。
(1)有源振动隔离器1的总体布置按照本发明的一个例子的有源振动隔离器1的总体布置将参照图1进行说明。图1是用于说明有源振动隔离器1的总体布置的方块图。有源振动隔离器1是一种用于有源地阻止安装在车辆上的发动机E/G产生的振动向车辆的部件传播的设备。如图所示，有源振动隔离器1包括频率计算器11，模式转换器12，驱动条件信号输出装置13，图控制器14，自适应控制器15，驱动器16，振动器17，和加速度传感器18。
(1-1)频率计算器11频率计算器11从用于检测发动机E/G的转动的转动检测器(未示出)接收周期脉动信号。然后，频率计算器11根据输入的周期脉动信号计算周期脉动信号的频率f。
(1-2)模式转换器12模式转换器12接收频率计算器11计算的周期脉动信号的频率。然后，模式转换器12根据周期脉动信号的输入频率f判断从图控制模式向自适应控制模式的转换，或者反之亦然。模式转换器12选择图控制模式和自适应控制模式中的一个或另一个。注意，模式转换处理，图控制模式和自适应控制模式将在后面详细说明。
(1-3)驱动条件信号输出装置13驱动条件信号输出装置13在图控制期间被使用。驱动条件信号输出装置13向图控制器14输出车辆驱动条件，例如传动装置的轴位置(例如向前“D”，中间“N”和反向“R”)，并接通或断开空调开关。
(1-4)图控制器14(即控制信号输出装置)当模式转换器把自适应控制模式转换到图控制模式时，图控制器14操作。即，当自适应控制模式被转换到图控制模式时，图控制器14接收周期脉动信号的频率f，该频率是由频率计算器11计算的，并接收驱动条件信号，该信号是由驱动条件信号输出装置13输出的。然后，图控制器14根据周期脉动信号的输入频率f和输入的驱动条件信号、以及存储在后面说明的图数据存储器中的图数据来计算周期控制信号。注意，图控制器14将在后面被详细说明。
(1-5)自适应控制器15(即控制信号输出装置)在另一方面，当模式转换器12把图控制模式转换成自适应控制模式时，自适应控制器15操作。即，当图控制模式被转换成自适应控制模式时，自适应控制器15接收周期脉动信号的频率f，其是频率计算器11计算的，并接收加速度信号，其是在后面将要说明的加速度传感器18检测的。然后，自适应控制器15根据周期脉动信号的输入频率f和输入的加速度信号利用自适应控制方法计算周期控制信号。注意，自适应控制器15将在后面详细说明。
(1-6)驱动器16(即驱动装置)驱动器16根据图控制器14或自适应控制器15输出的周期信号致动后面将要说明的振动器17。驱动器16接收模式转换器12选择的关于控制模式的信息。即，当模式转换器12把自适应控制模式转换成图控制模式时，驱动器16根据图控制器14输出的周期控制信号致动振动器17。在另一方面，当模式转换器12把图控制模式转换成自适应控制模式时，驱动器16根据自适应控制器15输出的周期控制信号致动振动器17。注意，驱动器16将在后面详细说明。
(1-7)振动器17(即电磁致动器)振动器17是被安装在发动机架上的电磁线圈(未示出)。当向其线圈供电时，电磁线圈，即振动器17产生振动力。即，控制对电磁线圈即振动器17的电流供应可以改变振动力。此外，当发动机E/G的振动和振动器17产生的振动相互抵消时，发动机E/G的振动便不会传递到车辆侧。注意，振动器17将在后面详细说明。
(1-8)加速度传感器18加速度传感器18被安装在发动机架的一个固定部件上，发动机架通过这个固定部件被固定到发动机框架上。即，加速度传感器18检测该固定部件处的振动，所述固定部件是发动机架的一个部件。具体地说，加速度传感器18检测通过合成借助于传动系统C传递的发动机E/G的振动和由振动器17产生的振动而产生的振动。合成的振动被转换成所谓的误差信号。此外，加速度传感器18向自适应控制器15输出该误差信号。
(2)配备有一个振动器并包括振动器17和加速度传感器18的发动机架的详细布置下面参照图2详细说明配备有一个振动器并包括振动器17和加速度传感器18的发动机架的详细布置。图2表示配备有一个振动器的发动机架20的局部截面图。如图所示，配备有振动器的发动机架20包括圆柱形的壳体21，绝缘橡胶22，固定装置24，振动器17，和加速度传感器18。绝缘橡胶22被设置在壳体21内。此外，绝缘橡胶22被固定在壳21的内壁上，在一个相对侧上，其被设置在振动器17的一侧上。此外，绝缘橡胶22配备有止动件22a，其面对壳体21的相对端之一被设置，从而在其中容纳固定装置24的相对端安装部件。即，绝缘橡胶22在所述相对端的另一个上被安装到固定装置24上，其相对于振动器17被相对地设置。
固定装置24包括安装部件和固定轴25。固定轴25被设置在绝缘橡胶22相对于安装部件的相对侧上，并且相对于安装部件被相反地指向。此外，固定装置24通过通孔21a伸出，所述通孔形成在壳体21的相对端之一上，在固定轴25的引导端一侧。此外，固定轴25被固定到发动机E/G上。
振动器17包括线圈(未示出)和铁心(未示出)。线圈沿振动器17的周向缠绕。铁心被保持在线圈内，并被设置在线圈的中心轴线的周围。此外，通过对线圈供给可变电流使铁心往复运动。往复运动的铁心产生振动力。此外，壳体21的相对侧的另一个配备有固定轴26。固定轴26被安装在发动机框架E/F上。
加速度传感器18被固定在壳体21的外周边上。即，加速度传感器18测量配备有振动器的发动机架20的壳体21的振动。
(3)模式转换器12的处理操作首先，参照图3说明上述的模式转换器12的处理操作。图3是用于说明模式转换器12的处理操作的流程图。如图所示，由频率计算器11计算的周期脉动信号的频率f在步骤S1被输入到模式转换器12。接着，模式转换器12在步骤S2判断输入的周期脉动信号的频率f是否等于或小于50Hz。当周期脉动信号的频率f等于或小于50Hz时，在步骤S3，模式转换器12把自适应控制模式转换成图控制模式。在另一方面，当周期脉动信号的频率f大于50Hz时，模式转换器12在步骤S4把图控制模式转换成自适应控制模式。即，当周期脉动信号的频率f是低频时，自适应控制模式被转换成图控制模式；当周期脉动信号的频率f是高频时，图控制模式被转换成自适应控制模式。
下面简要说明把转换控制模式的频率设置为50Hz的理由。如上所述，当频率等于或小于50Hz时，模式转换器12把自适应控制模式转换成图控制模式；当频率f大于50Hz时，把图控制模式转换成自适应控制模式。注意，当频率f低时进行的图控制模式实际上在考虑到由发动机E/G引起的一次频率分量和高阶频率分量两者的同时，阻止振动的传播，如后所述。在另一方面，当频率f是高时进行的自适应控制模式，实际上只考虑由发动机E/G引起的振动的一次频率分量来阻止振动的传播。
不过，用于安装发动机E/G的发动机框架E/F的固有频率处于大约80到100Hz的范围内。即，当频率f等于或小于50Hz时，由发动机E/G引起的振动的高阶频率分量可能和发动机框架E/F的固有频率一致。如果它们一致，则谐振作用可能引起发动机框架E/F相当大的振动。在另一方面，当频率f大于50Hz时，则由发动机E/G产生的振动的高阶频率分量根本和发动机框架E/F的固有频率不一致。
即，当频率f等于或小于50Hz时，除非发动机框架E/F谐振于由发动机E/G产生的振动的高阶频率分量，则有源振动隔离器1执行图控制，其中只考虑高阶频率分量。
(4)图控制器14的详细布置和低频控制信号C1(4-1)图控制器14的详细布置第二，下面参照图4说明图控制器14的详细布置。图4是用于表示图控制器14的配置的方块图。如图所示，图控制器14包括图数据存储器141和图滤波器142。如上所述，当模式转换器12把自适应控制模式转换成图控制模式时，图控制器14操作。
图数据存储器141预先存储滤波器系数，其和周期脉动信号的频率f以及驱动条件有关。其中滤波器系数包括幅值a，其相当于滤波器系数的增益，以及相位值φ，其相当于滤波器系数的相位。频率计算器11计算的周期脉动信号的频率f以及驱动条件信号输出装置13输出的驱动条件信号被输入到图滤波器142中。此外，图数据存储器141把和周期脉动信号的输入频率f和输入的驱动条件信号对应的滤波器系数输入到图滤波器142中。图滤波器142根据这些输入信息进行幅值和相位补偿，从而产生周期控制信号(即低频控制信号)C1。此外，图滤波器142把产生的低频控制信号C1输入到驱动器16。
(4-2)低频控制信号C1下面参照图5和图6说明图滤波器142产生的低频控制信号C1。图5分别用于表示关于图滤波器142输出的低频控制信号C1的一次频率分量S1，二次频率分量S3和三次分量S3。图6用于表示低频控制信号C1，其是通过合成图5所示的各阶频率分量而被产生的。注意，图5和图6表示其频率f是30Hz的周期脉动信号的低频控制信号C1，并这样表示最大值，使得其等于1。
根据下式(1)计算由图滤波器142产生的低频控制信号C1。因为其中的阶数k被限制于3次，在式(1)中，k＝3。此外，如式(1)所示，低频控制信号C1是通过合成频率为f的周期脉动信号的一次频率分量S1，二次频率分量S2和三次频率分量S3而产生的信号。此外，其中的一次频率分量S1，二次频率分量S2和三次频率分量S3分别是正弦波信号。注意，其中的“offset”是一个根据车辆而预先被设置的值。
式(1)y(n)=Σk=1K(ak(n)/2)·sin(kω·ΔT·n+φk(n))+ak(n)/offset]]>其中a(n)幅值(或滤波器系数的增益)φ(n)相位值(或滤波器系数的相位)ω测量的角频率ΔT采样周期N采样数量(时间)k频率阶次(k＝1，2，3)offset对于输出的计算值的偏移这样，根据式(1)产生的低频控制信号C1的一次、二次和三次频率分量S1，S2，S3的信号的波形如图5所示。此外，通过合成一次、二次和三次频率分量S1，S2，S3而产生的低频控制信号C1的信号波形如图6所示。
(5)自适应控制器15的详细配置和高频控制信号C2(5-1)自适应控制器15的详细配置第三，下面参照图7说明自适应控制器15的详细配置。图7是用于表示自适应的控制器15的配置的方块图。其中的自适应控制器15使用一种自适应控制方法，该方法利用一个延迟的谐波合成器最小平均平方滤波器(下面称为“DXHS-LMS”)执行。注意，当模式转换器12把图控制模式转换成自适应控制模式时，自适应控制器15工作，如上所述。
如图7所示，自适应控制器15包括自适应滤波器151，传递函数估算器152，以及滤波器系数更新器153。频率计算器11计算的周期脉动信号的频率f和滤波器系数更新器153更新的滤波器系数被输入到自适应滤波器151。此外，自适应滤波器151根据输入的信息执行幅值和相位补偿，以便产生周期控制信号(即高频控制信号)C2。此外，自适应控制器151向驱动器16输出产生的高频控制信号C2。
传递函数估算器152计算一个估算值G^(下面称为“估算的传递函数G^)，用于自适应滤波器151的输出控制系统传递函数G。此处的输出控制系统包括驱动器16和振动器17。滤波器系数适配器153根据加速度传感器18的输出信号和估算的传递函数G^，更新DXHS-LMS滤波器的滤波器系数。其中，滤波器系数包括相当于滤波器系数增益的幅值a，和相当于滤波器系数相位的相位值φ。
即，自适应控制器15更新滤波器系数，使得加速度传感器18的输出信号，在观测点的误差，等于零。此外，自适应控制器15根据更新的滤波器系数输出高频控制信号C2，其被进行幅值和相位补偿。
(5-2)高频控制信号C2下面参照图8和图9说明自适应滤波器151产生的高频控制信号C2。图8表示自适应滤波器151产生的高频控制信号S1，其在校正之前呈正弦波信号的形式。图9表示自适应滤波器151输出的高频控制信号C2。注意，图8和图9表示其频率f为100Hz的周期脉动信号的高频控制信号C2，并把最大值表示为1。
自适应滤波器151产生的、校正之前的高频控制信号S1首先根据下式(2)被计算。因为这里阶次k只限于一次，在式(2)中k＝1。即，校正之前的高频控制信号S1是一个正弦波信号，其只包括频率为f的周期脉动信号的一次谐波分量S1。校正之前的高频控制信号S1是如图8所示的正弦波。
式(2)
y(n)=Σk=1K(ak(n)/2)·sin(kω·ΔT·n+φk(n))+ak(n)/offset]]>接着，按照式(3)对这样计算的校正之前的高频控制信号S1进行校正。经过校正的高频控制信号C2是要向驱动器16输出的信号。即，式(3)把校正之前的正弦波信号转换成矩形波信号。呈矩形波形式的校正之后的高频控制信号C2如图9所示。
式(3)当y(n)≥0时，y(n)＝ak(n)；以及当y(n)＜0时，y(n)＝-0.15(6)驱动器16的详细配置第四，下面参照图10说明驱动器16的详细配置。图10是用于表示驱动器16的配置的方块图。如图所示，驱动器16包括致动信号输出装置161和非对称半桥电路162。
(6-1)致动信号输出装置161的配置致动信号输出装置161根据模式转换器12输出的控制模式和图控制器14或自适应控制器15输出的周期控制信号C1或C2，输出用于致动后面要说明的高侧开关Q1和低侧开关Q2的致动信号。具体地说，致动信号输出装置161输出用于致动高侧开关Q1和低侧开关Q2的栅极电压。
(6-2)半桥电路162的配置非对称半桥电路构成所谓的H桥式电路。第一二极管D1被设置在第一上臂，低侧开关Q2被设置在第一下臂上。高侧开关Q1被设置在第二上臂上，第二二极管D2被设置在第二下臂上。其中高侧开关Q1和低侧开关Q2使用FET(即场效应晶体管)。
具体地说，第一二极管D1的阴极侧和正端侧相连，第一二极管D1的阳极侧和低侧开关Q2的漏极侧相连，低侧开关Q2的源极侧和负端侧相连。此外，高侧开关Q1的漏极侧和正端侧相连，高侧开关Q1的源极侧和第二二极管D2的阴极侧相连，第二二极管D2的阳极侧和负端侧相连。注意，高侧开关Q1和低侧开关Q2的栅极侧和致动信号输出装置161相连。即，高侧开关Q1和低侧开关Q2根据致动信号输出装置161输出的栅极电压导通和截止。
此外，非对称半桥电路162的输出侧和振动器17相连。具体地说，第一二极管D1和低侧开关Q2之间的中间部分以及高侧开关Q1和第二二极管D2之间的中间部分分别和电磁线圈(即振动器17)的相对端的两侧相连。
(6-3)驱动器16的处理操作下面参照图11-14说明具有上述配置的驱动器16的处理操作。
(6-3-1)致动信号输出装置161的处理操作首先参照图11说明致动信号输出装置161的处理操作。图11是用于表示致动信号输出装置161的处理操作的流程图。
如图11所示，模式转换器12首先在步骤S11向致动信号输出装置161输入控制模式。接着，在步骤S12致动信号输出装置161判断输入的控制模式是否是图控制模式。当输入的控制模式是图控制模式时，即，当在步骤S12的回答是肯定的时，图控制器14在步骤S13向致动信号输出装置161输入低频控制信号C1。低频控制信号C1包括图6所示的信号。
接着，在步骤S14致动信号输出装置161判断图控制器14向其输入的低频控制信号C1是正或是负。当低频控制信号C1是正时，即当在步骤S14的回答是肯定的时，致动信号输出装置161在步骤S15分别向高侧开关Q1和低侧开关Q2输出致动信号。输出的致动信号中的一个用于使高侧开关Q1导通，而另一个借助于带有占空比的脉宽调制来致动低侧开关Q2，所述占空比是根据低频控制信号C1计算的。具体地说，致动信号输出装置161以图6所示的间隔(除了其中用“T1”规定的间隔)输出上述的致动信号。
在另一方面，当图控制器14向致动信号输出装置161输入的低频控制信号C1为负时，即当在步骤S14的回答是否定的时，致动信号输出装置161在步骤S16计算低频控制信号C1的绝对值。此后，致动信号输出装置161在步骤S17分别向高侧开关Q1和低侧开关Q2输出致动信号。输出的致动信号中的一个用于使高侧开关Q1截止，而另一个用于借助于带有占空比的脉宽调制来致动低侧开关Q2，所述占空比是根据低频控制信号C1的绝对值计算的。具体地说，致动信号输出装置161以图6的“T1”指定的间隔输出上述的致动信号。
此外，当输入的控制模式不是图控制模式时，即当在步骤S12的回答是否定的时，自适应控制器15在步骤S18向致动信号输出装置161输入高频控制信号C2。高频控制信号C2包括图9所示的信号，如上所述。然后，致动信号输出装置161在步骤S19判断自适应控制器15向其输入的高频控制信号C2是正或是负。当高频控制信号C2是正时，即，当在步骤S19的回答是肯定的时，致动信号输出装置161在步骤S20分别向高侧开关Q1和低侧开关Q2输出致动信号。输出的致动信号中的一个用于使高侧开关Q1导通，而另一个用于借助于带有占空比的脉宽调制来致动低侧开关Q2，所述占空比是根据高频控制信号C2计算的。具体地说，致动信号输出装置161以图9所示的间隔(除去图9用“T2”规定的间隔)输出上述的致动信号。
在另一方面，当自适应控制器15输入到致动信号输出装置161的高频控制信号C2为负时，即当在步骤S19的回答是否定的时，致动信号输出装置161在步骤S21分别向高侧开关Q1和低侧开关Q2输出致动信号。输出的致动信号中的一个用于使高侧开关Q1截止，而另一个用于使低侧开关Q2截止。具体地说，致动信号输出装置161以图9的“T2”规定的间隔输出上述的致动信号。
(6-3-2)非对称半桥电路162的操作下面参照图12-14说明非对称半桥电路162的操作。图12(a)，(b)和(c)是用于表示依赖于高侧开关Q1以及低侧开关Q2操作的在非对称半桥电路中流动的电流的图。图13表示在图控制模式下在振动器17的线圈中流动的电流的值。图14表示在自适应控制模式下在振动器17中流动的电流的值。下面说明对于每种控制模式、和对于高侧开关Q1和低侧开关Q2的每个操作的非对称半桥电路的操作。
(6-3-2-1)在图控制模式下低频控制信号C1为正时首先参照图12(a)和图13说明当低频控制信号C1为正时非对称半桥电路162的操作。在这种情况下，高侧开关Q1导通，低侧开关Q2借助于脉宽调制被致动。在这种情况下在非对称半桥电路162中，电流按照图12(a)所示的箭头流动。具体地说，电流从正端侧沿着朝向高侧开关Q1、振动器17的线圈、低侧开关Q2和负端侧的方向这个顺序流动。注意，因为低侧开关Q2借助于脉宽调制被致动，流过的电流和脉宽调制的占空比成比例。
具体地说，如图6和图13所示，当低频控制信号C1的值大时，在振动器17的线圈中流动的电流增大；当低频控制信号C1的值小时，在振动器17的线圈中流动的电流减小。注意由振动器17产生的振动力和在线圈中流动的电流成比例。因此，当低频控制信号C1为正时，振动器17可以产生一个振动力，该振动力是当考虑到频率为f的周期脉动信号的一次频率分量S1、二次频率分量S2和三次频率分量S3而被产生的。
(6-3-2-2)在图控制模式下当低频控制信号C1为负时第二，参照图12(b)和图13说明当低频控制信号C1为负时非对称半桥电路162的操作。在这种情况下，高侧开关Q1截止，低侧开关Q2借助于脉宽调制被致动。在这种情况下在非对称半桥电路162中，一个环流的电流如图12(b)的箭头所示流动。具体地说，所述环流电流从第二二极管D2沿着朝向振动器17的线圈、低侧开关Q2、负端侧的方向这个顺序回到第二二极管D2。振动器17的线圈的电感的作用引起这个环流电流的流动。因此，随着时间的推移，环流电流逐渐减少。更具体地说，在振动器17的线圈中流动的电流在图13的“T1”规定的间隔减小，如图13所示。
下面说明利用脉宽调制致动低侧开关Q2的理由。和高侧开关Q1以及低侧开关Q2都截止的情况相比，可以产生这样一个后果，即当高侧开关Q1被截止并且低侧开关Q2借助于脉宽调制被致动时，在振动器17的线圈中流动的电流以较小的减少速率被减少。结果，借助于脉宽调制致动低侧开关Q2，可以保持流过振动器17的线圈的电流的值不为零。因而，保持电流值不为零可以阻止振动器17的线圈的导通的电源被截止。即，能够抑制异常噪声的产生，该噪声是由振动器17的线圈的导通的电源的截止引起的。
(6-3-2-3)在自适应控制模式下当高频控制信号C2为正时第三，参照图12(a)和图14说明当高频控制信号C2为正时非对称半桥电路162的操作。在这种情况下，高侧开关Q1导通，低侧开关Q2借助于脉宽调制被致动。在这种情况下在非对称半桥电路162中，电流按照图12(a)的箭头所示的路径流动。其中，高频控制信号C2包括如图9所示的矩形波信号。因此，低侧开关Q2根据恒定的占空比通过脉宽调制被致动。即当高频控制信号C2为正时，电流值按照固定的时间常数上升，如图14所示。此外，把高频控制信号C2转换成矩形波信号可以增大在振动器17的线圈中流动的电流值的上升速率。结果，非对称半桥电路使得振动器17产生更大的振动力。
(6-3-2-4)在自适应控制模式下当高频控制信号C2为负时第四，参照图12(c)和14说明当高频控制信号C2为负时非对称半桥电路162的操作。在这种情况下，高侧开关Q1和低侧开关Q2都被截止。在这种情况下在非对称半桥电路162中，一个再生电流按照图12(c)所示的路径流动。具体地说，再生电流从负端侧朝向第二二极管D2、振动器17的线圈、第一二极管D1和正端侧的方向这个顺序流动。在这种情况下，电流值根据一个固定的时间常数快速地减少到0，如图14所示。
(7)优点(7-1)由图控制模式产生的优点在图控制模式中，振动器17根据低频控制信号C1产生振动力，其中具有频率f的周期脉动信号的高阶频率分量被考虑进去。即，有源振动隔离器1可以合适地阻止由发动机引起的振动的高阶频率分量的传播。结果，即使当由发动机引起的振动的高阶频率分量和发动机框架的固有频率一致时，有源振动隔离器1也能够合适地阻止振动的传播而不会使高阶频率分量谐振于所述固有频率。
此外，有源振动隔离器1这样控制在振动器17的线圈中流动的电流，使得其不为0。即，有源振动隔离器1可以禁止振动器17的导通的电源被截止。因此，有源振动隔离器I可以抑制当振动器17的导通的电源截止时产生的异常噪声。
(7-2)由自适应控制模式产生的优点在自适应控制模式中，有源振动隔离器1根据被校正为矩形波信号的高频控制信号C2而致动振动器17。因而，有源振动隔离器1可以呈现改进后的响应，并且可以使振动器17产生大的振动力。因而，即使发动机在高转速下操作时，有源振动隔离器1也能合适地阻止由发动机引起的振动的传播。
(8)修改的版本(8-1)另一种低频控制信号C3和由其产生的在振动器17中流动的电流的值(8-1-1)低频控制信号C3的概要说明在上述的例子中，低频控制信号C1是包括正弦波、具有频率f的周期脉动信号的一次频率分量S1、二次频率分量S2和三次频率分量S3的信号。不过，有源振动隔离器1可以使用后面说明的另一种低频控制信号C3。注意按照本例的有源振动隔离器1可以产生明显高的寂静，这是因为在本例中使用的低频控制信号C1可以使振动器17产生小的振动力，然而可以使振动器17产生合适地适应于由发动机产生的振动的振动力。在另一方面，下面的低频控制信号C3可以使振动器17产生较大的振动力。
(8-1-2)低频控制信号C3的详细说明下面参照图15和16说明低频控制信号C3。图15分别用于表示关于图滤波器142输出的低频控制信号C3的一次频率分量P1，二次频率分量S3和三次分量S3。图16用于表示通过合成图15所示的各阶的频率分量而产生的低频控制信号C3。注意图15和图16表示对于其频率f为30Hz的周期脉动信号的低频控制信号C3，并且其中把最大值表示为1。
图滤波器142产生的低频控制信号C3根据下面的式(4)-(6)进行计算。式(4)表示低频控制信号C3的一次频率分量P1。这个一次频率分量P1是一个矩形波信号如图15所示。式(5)表示低频控制信号C3的二次频率分量和三次频率分量。二次频率分量S2和三次频率分量S3是正弦波信号，如图15所示。此外，式(6)表示低频控制信号C3。低频控制信号C3是一个通过合成一次频率分量P1(其是一个被转换成矩形波的信号)，和二次频率分量以及三次频率分量S2，S3(其中S2和S3是正弦波信号)而产生的信号。不过，注意低频控制信号C3的最大值被设置为a1。
式(4)当k＝1时，y1(n)＝(a1(n)/2)·sin(kω·ΔT·n+φ1(n))+a1(n)/offset不过，当y1(n)≥0时，y1(n)＝a1(n)；以及当y1(n)＜0时，y1(n)＝-a1/offset2a(n)幅值(或滤波器系数的增益)φ(n)相位值(或滤波器系数的相位)ω测量的角频率ΔT采样周期N采样数量(时间)K频率的阶次Offset和offset2对于输出的计算值的偏移式(5)当k＝2，3时yk(n)＝(ak(n)/2)·sin(kω·ΔT·n+φk(n))+ak(n)/offset式(6)y(n)＝y1(n)+y2(n)+y3(n)不过，当y(n)≥a1时，y(n)＝a1；(8-1-3)由低频控制信号C3产生的在振动器17中流动的电流的值下面参照图17说明当根据上述的低频控制信号C3致动驱动器16时，在振动器17中流动的电流的值。图17表示所述的电流的值。驱动器16的处理操作和上述的按照本例的驱动器16的处理操作相同。即，在低频控制信号C3为正时，在图控制模式下，驱动器16导通高侧开关Q1，并借助于脉宽调制致动低侧开关Q2。在另一方面，在自适应控制模式下，当低频控制信号C3为负时，驱动器16切断高侧开关Q1，并借助于脉宽调制致动低侧开关Q2。
此外，当驱动器16根据上述的低频控制信号C3被致动时，在振动器17的线圈中流动的电流如图17所示。具体地说，当低频控制信号C3为正时所述电流的值增加，当低频控制信号C3为负时所述电流的值减小。此外，当根据上述的低频控制信号C3致动驱动器16时，和根据低频控制信号C1致动驱动器16时相比，在振动器17的线圈中流动的电流较大。即，根据上述的低频控制信号C3致动驱动器16可以使得振动器17产生较大的振动力。此外，当低频控制信号C3为负时，在线圈中流动的电流减小，但是不会达到0。即，按照这种修改版本的有源振动隔离器1可以禁止振动器17的导通的电源被截止。因此，按照这种修改版本的有源振动隔离器1可以抑制由于振动器17的导通的电源被截止而产生异常噪声。
(8-2)致动信号输出装置161的另一种致动信号输出在上述的例子中，采用当低频控制信号C1和高频控制信号C2为正时，使高侧开关Q1导通和借助于脉宽调制致动低侧开关Q2的致动信号。可以采用当低频控制信号C1和高频控制信号C2为正时借助于脉宽调制致动高侧开关Q1和低侧开关Q2的致动信号。在这种情况下，用于高侧开关Q1的PWM信号和用于低侧开关Q2的PWM信号可以同步地致动高侧开关Q1和低侧开关Q2，或者可以用不同相的模式致动它们。
在图控制模式下，当低频控制信号C1为负时采用使高侧开关Q1截止和借助于脉宽调制致动低侧开关Q2的致动信号。在图控制模式下，在低频控制信号C1为负时可以采用借助于脉宽调制致动高侧开关Q1和截止低侧开关Q2的致动信号。在这些情况下，有源振动隔离器1也能很好地产生上述的优点。
(8-3)由模式转换器12进行的另一种模式转换处理在上述的例子中，模式转换器12只根据特定的周期脉动信号的频率f，选择地使控制模式从图控制模式转换成自适应控制模式，或者反之。不过，模式转换器12可以同时不仅考虑频率f，而且考虑车辆的速度来转换控制模式。例如，模式转换器12可以在频率f低时和车速低时从自适应控制模式转换成图控制模式，在频率f高时和车速高时，从图控制模式转换到自适应控制模式。
(8-4)模式转换器12的转换频率在上述的例子中，模式转换器12从图控制模式转换成自适应控制模式(反之亦然)所在的特定的周期脉动信号的频率f，被设置为50Hz。不过，可以把频率f改变为任何合适的频率。此外，除去发动机框架的固有频率之外，可以考虑其它的车辆部件的固有频率。此外，除去车辆零部件的固有频率之外，可以考虑各种条件来设置模式转换器12改变控制模式的频率f。
(8-5)低频控制信号C1考虑到频率为f的周期脉动信号的一次到三次频率分量确定低频控制信号C1。不过，可以考虑更高的频率分量来设置低频控制信号C1。因而，有源振动隔离器1可以禁止阶次更高的振动的传播。
现在充分地说明了本发明，显然，对于本领域技术人员，不脱离包括权利要求在内提出的本发明的范围和构思，可以作出许多改变和改型。
权利要求
1.一种有源振动隔离器，包括电磁致动器，用于通过使一个电流源可变化来产生振动力；用于根据从车辆的振动产生源输出的周期脉动信号产生周期控制信号的装置，所述周期控制信号有源地禁止车辆的特定部件的振动；以及用于根据所述周期控制信号、使到电磁致动器的电流源成为可变化的来驱动电磁致动器的装置，所述装置包括非对称的半桥电路，其包括一个和电磁致动器的正端侧相连的高侧开关，以及一个相对于所述高侧开关非对称地设置的、并和电磁致动器的负端侧相连的低侧开关；以及用于输出致动信号的装置，当周期控制信号是正时，该装置根据周期控制信号对高侧开关和低侧开关之一输出导通致动信号，而对其中的另一个输出脉宽调制的致动信号，或者根据周期控制信号对高侧开关和低侧开关二者都输出脉宽调制的致动信号；当周期控制信号为负时，则根据周期控制信号对高侧开关和低侧开关之一输出截止致动信号，而对其中的另一个输出脉宽调制的致动信号。
2.如权利要求1所述的有源振动隔离器，其中当周期脉动信号的频率等于或小于一个预定频率时，所述周期控制信号包括一个低频控制信号，其是通过合成关于脉动信号的周期频率的一次频率分量和高阶频率分量而被产生的；以及当周期脉动信号的频率高于所述预定频率时，所述周期控制信号包括只由一次频率分量构成的一个高频控制信号。
3.如权利要求2所述的有源振动隔离器，其中所述低频控制信号的一次频率分量包括正弦波信号。
4.如权利要求2所述的有源振动隔离器，其中低频控制信号的一次频率分量包括矩形波信号，其根据正弦波信号被计算。
5.如权利要求2所述的有源振动隔离器，其中所述高频控制信号包括矩形波信号，其根据所述一次频率分量被计算。
6.如权利要求1所述的有源振动隔离器，其中当周期控制信号为负且周期脉动信号的频率等于或小于一个预定频率时，所述致动信号输出装置根据周期控制信号向高侧开关和低侧开关之一输出截止致动信号，以及向另一个输出脉宽调制致动信号；以及当周期控制信号为负且周期脉动信号的频率高于所述预定频率时，致动信号输出装置向高侧开关和低侧开关输出截止致动信号。
7.如权利要求1所述的有源振动隔离器，其中当所述周期脉动信号的频率等于或小于一个预定频率时，所述周期控制信号产生装置根据预先存储的数据图和在振动控制下车辆的驱动条件来计算周期控制信号；以及当所述周期脉动信号的频率大于所述预定频率时，所述周期控制信号产生装置根据一种自适应控制方法计算周期控制信号。
全文摘要
本发明披露了一种有源振动隔离器，其包括电磁致动器，周期控制信号输出装置和电磁致动器驱动器。电磁致动器驱动器包括非对称半桥电路和致动信号输出装置。当周期控制信号是正时，致动信号输出装置根据周期控制信号输出装置输出的周期控制信号输出用于使非对称半桥电路的高侧开关和低侧开关之一导通的信号，并输出脉宽调制致动信号以用于借助于脉宽调制致动高侧开关和低侧开关中的另一个，或者输出用于借助于脉宽调制致动高侧开关和低侧开关两者的脉宽调制致动信号。此外，当周期控制信号为负时，致动信号输出装置输出用于使低侧开关和高侧开关之一截止的信号，并输出用于借助于脉宽调制使低侧开关和高侧开关中的另一个致动的脉宽调制致动信号。
文档编号G05D19/02GK1727721SQ20051008769
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月30日
发明者市川浩幸, 伏见武彦 申请人:东海橡胶工业株式会社, 爱信精机株式会社