专利名称：减振装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及减轻从发动机向车体传递的振动的减振装置。
背景技术：
日本国专利厅1997年公布的JP-H09-273586-A2，为了减轻从发动机向车体的振动，在将橡胶部分隔为两个部分的中间板上连结振动板。由此，通过分隔出的外侧橡胶部和内侧橡胶部使共振点不同。由此得到双重防振的效果。
发明内容
在得到双重防振效果的结构中，因为在共振点附近的频率处从发动机传递至车体的传递力增大，所以为了进一步减轻从发动机向车体的振动，必须抑制共振。在这种情况下，如果使橡胶部的阻尼增大，则在共振点附近的频率处的传递力减小，共振得到抑制。但是，在大于或等于共振频率的高频区域，与使阻尼增大之前相比，传递力反而增大，高频区域侧的向车体侧部件的传递特性恶化。为了抑制共振而使橡胶部的阻尼单增，会使双重防振的效果恶化。因此本发明的目的是提供一种不降低双重防振效果而可以抑制共振的装置。为了实现该目的，本发明涉及的减振装置包含发动机安装部和车体安装部，并且包含杆部，其杆刚体的共振频率低于发动机的扭转共振频率；弹性部件，其设置在杆部， 且利用作用在杆部的轴向上的力进行变形；由弹性部件支撑的惯性块；以及致动器，其产生与杆部的轴向速度成正比的力，使上述惯性块沿杆部的轴向往复运动。本发明的具体内容与其他特征及优点同样地，在说明书后面的记载中说明，并且在附图中表示。
图1是表示将本发明应用的减振装置的第1实施方式应用于摆动方式的发动机搭载构造的状态的概略斜视图。图2是表示可以得到双重防振效果的扭力杆的俯视图。图3是根据可以得到双重防振效果的结构的传递力的频率特性凸。图4是表示扭力杆11的物理模型的图。图5是从上方观察车载状态的扭力杆组件的俯视图。图6是功能性地表现电压放大电路23和致动器17的框图。图7是将在大端部112处产生发动机刚体共振时的大端部112的外筒11 的变形放大的图。图8是表示第1实施方式的扭力杆组件的物理模型的图。图9是由第1实施方式的扭力杆组件得到的传递力的频率特性图。图10是表示第1实施方式的加速时噪音的效果的特性图。
图11是表示用于设定第1实施方式的共鸣音降低用的起振力的曲线的一个例子的表。图12是表示第1实施方式的共鸣音的效果的特性图。图13A至13B是第2实施方式的扭力杆组件的斜视图。图14是第3实施方式扭力杆组件的概略俯视图。图15是表示以第3实施方式的扭力杆组件作为1个自由度振动系统的物理模型的图。图16是第3实施方式的控制器的概略结构图。
具体实施例方式下面参照附图，对用于实施本发明的实施方式进行说明。(第1实施方式)图1是表示将本发明涉及的减振装置的第1实施方式应用于摆动(pendulum)方式的发动机搭载构造的状态的概略斜视图。发动机1在发动机旋转的基本次数下不作用不平衡惯性力，主要仅作用发动机扭矩变动的反作用力。这种发动机存在例如带2次平衡器的4气缸发动机或V型6气缸发动机。发动机1是使曲轴沿车辆的左右方向设置的横置型。而且，在本实施方式中，车辆右侧是发动机前侧。减轻从发动机1传递的振动的构造，是支撑发动机1的构造的一部分。发动机1 的与重心相比上方的两个位置，由右侧发动机搭载部3和左侧发动机搭载部4支撑。右侧发动机搭载部3从车辆右侧支撑发动机1。左侧发动机搭载部4从车辆左侧支撑发动机1。 这种支撑方法被称为摆动方式。在摆动方式的发动机搭载构造中，发动机1通过运转中的旋转惯性力而围绕连结 2个搭载点的轴倾斜。为了防止这种倾斜，设置上侧杆部11-1和下侧杆部11-2。上侧杆部 11-1设置在车辆右上侧，一端与发动机连结，另一端与车体2连结。上侧杆部11-1，其杆轴部111水平安装。下侧杆部11-2设置在车辆下侧，一端与发动机1连结，另一端与车体2 连结。下侧杆部11-2，其杆轴部111也水平安装。对于带2次平衡器的4气缸发动机或V型6气缸发动机来说，在发动机旋转的基本次数下不作用不平衡惯性力，而主要仅作用发动机扭矩变动的反作用力。因此，本发明的发明人发现，在基本次数下，由于将扭矩经由支撑的扭力杆传递至车体的振动，会产生车内噪音 车内振动。此外，本发明的发明人发现，主要在车辆加速时由基本次数中的高次构成的至大约1000Hz的车内噪音对于乘客来说成为问题。因此，本发明的发明人提出一种新的扭力杆组件，其为了减轻从发动机1经由上侧杆部11-1及下侧杆部11-2传递至车体的振动，在已有双重防振效果的结构的基础上，增加可以进一步减轻振动的构造。此外，上侧杆部11-1及下侧杆部11-2的基本构造相同。因此，下面在没有特别需要的时候作为杆部11进行说明。(关于具有双重防振效果的结构)图2是表示具有双重防振效果的扭力杆的俯视图。
即使是图2中所示的扭力杆11，由于双重防振效果，也可以期待某种程度的防振效果。对于这一点进行说明。扭力杆11，其杆轴部111的两端是大端部112及小端部113。大端部112包含外筒112a、内筒11 和弹性体112c。外筒11 与杆轴部111焊接。内筒112b与外筒11 同心。内筒112b如图1所示插入螺栓18而固定在发动机 1上。弹性体112c安装在外筒11 和内筒112b之间。弹性体112c例如是弹性橡胶。 弹性体112c不仅具有弹性，还同时具有阻尼性。小端部113的基本构造与大端部112相同。S卩，小端部113包含与杆轴部111焊接的外筒113a ；与外筒112a同心的内筒113b ；安装在外筒11 和内筒112b之间的弹性体 113c。在本实施方式中，在大端部112和小端部113处，外筒及内筒的直径不同。即，小端部113的外筒113a的直径与大端部112的外筒11 的直径相比较小。小端部113的内筒 113b的直径与大端部112的内筒112b的直径相比较小。而且，小端部113的弹性体113c 的刚性与大端部112的弹性体112c的刚性相比较大。如上所述，大端部外筒11 及小端部外筒113a焊接在杆轴部111上，即刚体结合。因此，下面将在杆轴部111上焊接大端部外筒11 及小端部外筒113a的结构适当地称为杆刚体110。在这种扭力杆上，如图3中实线所示，出现2个共振点。一个是发动机刚体共振A。所谓发动机刚体，是在发动机上刚体结合大端部内筒 112b的结构。发动机刚体共振A的共振频率由发动机质量和大端部弹性体112c的特性决定。另一个是杆刚体共振B。杆刚体共振B的共振频率由杆刚体110的质量(即杆轴部111、大端部外筒11 和小端部外筒113a的质量)和小端部弹性体113c的特性决定。通常的车辆用发动机，弯曲、扭转的1次共振频率f3是^OHz至350Hz左右。因此，设定大端部弹性体112c的特性、杆轴部111和大端部外筒11 和小端部外筒113a的质量、及小端部弹性体113c的特性，以使得发动机刚体共振A的共振频率及杆刚体共振B 的共振频率小于发动机的弯曲、扭转共振频率f3。在本实施方式中，如图3所示，发动机刚体共振A的共振频率调整为大致接近于零的频率[Hz]。杆刚体共振B的共振频率调整为接近于200Hz的频率f2 [Hz]。如果这样调整，则发动机的弯曲、扭转共振振动首先利用第1衬套防止。然后利用第2衬套防止。因此，发动机1的弯曲、扭转共振得到双重防振，抑制向车体的传递。由此，即使是扭力杆11，利用双重防振的效果，也可以期待一定程度的防振效果。 但是，很难得到进一步的防振效果。对于这一点进行说明。为了利用扭力杆11得到进一步的防振效果，考虑抑制杆刚体共振B。并且，忽略发动机刚体共振A。要抑制杆刚体共振B可以增大小端部弹性体113c的阻尼项。但是，如果使小端部弹性体113c的阻尼项增大，则如图3虚线所示，在杆刚体共振 B附近，传递力减小，杆刚体共振B被抑制，但在高频区域传递力反而增大，传递特性恶化。
其机理如下。图4是表示扭力杆11的物理模型的图表。根据图示的模型，杆部的运动方程为下式⑴。(-mr ω 2+cri ω +kr) xr = Fe ... (1)其中mr 杆刚体的质量xr:杆刚体的轴向位移ω 角频率kr 小端部的杆轴向的弹性系数cr 小端部的杆轴向的阻尼系数i 虚数单位Fe 经由大端部的来自发动机的输入另外，从杆部11向车体2的输入Ft成为下式O)。Ft = krxr+cri ωχΓ ...⑵其中，xr:杆部的轴向位移ω 角频率kr 小端部的杆轴向的弹性系数cr 小端部的杆轴向的阻尼系数i 虚数单位扭力杆11的向车体2的传递特性根据式(1)及式O)，利用下式(3)表示。
Ft cm + km—=——；…⑶
re -mra> + crim + kr在杆刚体共振B附近的频率处，因为πν ω2的绝对值与b的绝对值接近而使-πν ω2 与&相互抵消，所以向车体2的传递特性取决于式(3)右边的分母中的阻尼系数(^。因此，如果阻尼系数Cr较大，则如图3中虚线所示，在杆刚体共振B附近，传递力下降，杆刚体共振B被抑制。式(3)右边的分子由小端部的杆轴向的刚性系数&和小端部的杆轴向的阻尼系数q决定。在具有通常的双重防振效果程度的阻尼中，阻尼系数q小，刚性系数&是决定性的。但是，如果使分母中的阻尼系数q较大，抑制杆刚体共振B，则分子中的阻尼系数q 也联动。而且，如图3中虚线所示，在超过杆刚体共振B的共振频率f2的频率区域，向车体 2的传递力反而增大，在高频区域侧的向车体2的传递特性恶化。(第1实施方式)基于以上说明，参照图5说明本发明涉及的减振装置的第1实施方式。而且，图5 是从上方观察车载状态的扭力杆组件的俯视图。减振装置100包含扭力杆组件10 ；加速度传感器21 ；带通滤波器22 ；和电压放大电路23ο扭力杆组件10包含扭力杆11、板弹簧16、惯性块15、和致动器17。扭力杆组件10 一端与发动机1连结，另一端与车体2连结。扭力杆组件10以杆轴部111成为水平的方式
7安装。板弹簧16在杆轴部111的发动机侧及车体侧设置2个。板弹簧16是弹性部件。 板弹簧16的刚性较小。惯性块15设置在杆轴部111的周围。惯性块15如图1所示为方筒形。惯性块15 与杆轴部111同轴。惯性块15如图5所示，固定在板弹簧16的左右两端。在惯性块15的侧壁的车体侧端固定车体侧的板弹簧。在惯性块15的侧壁的发动机侧端固定发动机侧的板弹簧。即，板弹簧16和惯性块15的固定部分从纸面前侧向内侧延伸。即，其与重力方向平行。惯性块15是带有磁性的金属体。惯性块15的剖面左右对称并且上下对称。惯性块 15的重心与杆部11的中心一致。惯性块15的内壁15a的一部分朝向致动器17的永磁体 17c凸出。因为惯性块15由刚性较小的板弹簧16支撑，所以杆轴方向(图5中的上下方向) 的共振频率是从IOHz至IOOHz的较低范围。因为4气缸发动机的空转速度的2次振动频率大约是20Hz，所以如果惯性块15的共振频率是10Hz，则无论发动机1的运转条件如何， 惯性块15不会共振。但是，要使惯性块15的共振频率达到10Hz，惯性块15将非常重。在增大惯性块15重量困难的情况下，如果与杆刚体共振B (在本实施方式中为200Hz)的大约一半的频率相比，将惯性块15的共振频率设定得较低，则彼此的共振频率充分远离，可以充分抑制后述的振动传递。致动器17是使惯性块15沿杆轴方向(图5中的上下方向)往复运动的直线运动型致动器。致动器17如后所述，根据通过电压放大电路23放大并取相反符号后得到的信号，产生力。由此，进行增大作为控制对象的杆部11的阻尼的速度反馈控制。致动器17设置在惯性块15与杆轴部111之间的空间中。致动器17包含铁芯17a、 线圈17b、永磁体17c。铁芯17a是方筒形状。铁芯17a固定在杆轴部111上。铁芯17a由多个层叠钢板构成。铁芯17a构成线圈17b的磁路。铁芯17a利用粘接剂将钢板固定在杆轴部111的周围，作为整体成为方筒形状的铁芯17a。线圈17b卷绕在铁芯17a上。永磁体17c设置在铁芯17a的外周面。致动器17因为是这种结构，所以利用由线圈17b和永磁体17c产生的磁场引起的致动扭矩，使惯性块15沿杆轴方向往复运动。加速度传感器21检测杆部11的轴向振动的加速度。加速度传感器21安装在杆部11的轴线上的小端部113的前端。这种方式的原因如后所述。带通滤波器22使从加速度传感器21输入的信号中规定频率的信号通过，截断其他频率的信号。具体地说，带通滤波器22使至少包含杆刚体共振B的共振频率f2的防振区域的下限频率f5通过。此外，防振区域的下限频率是传递率达到1倍的频率，具体地说， 是杆刚体共振B的共振频率f2乘以规定值(V2 )求出的频率。此外，更优选带通滤波器22 使至控制不发散的上限(例如400Hz)的信号通过。换言之，带通滤波器22不使超过控制不发散的上限(例如400Hz)频率的信号通过。另外，带通滤波器22使大于或等于惯性块15的杆轴方向的共振频率的频率通过。 换言之，带通滤波器22不使低于惯性块15的杆轴方向的共振频率的频率通过。此外，惯性块15的杆轴方向的共振频率由惯性块15的质量和板弹簧16的刚性决定，是从IOHz至 IOOHz左右。而且，如上所述，因为4气缸发动机的空转速度的2次振动频率大约是20Hz， 所以如果使惯性块15的杆轴方向的共振频率为20Hz，则存在耦合的可能性。因此，更加优选带通滤波器22的通过频率设定为避免耦合。因为如上所述，所以在本发明中对于多余的频率不控制。因此，可以提高控制稳定性，并且可以抑制多余的电力消耗，并在目标频率范围内可靠地抑制传递力。电压放大电路23将从带通滤波器22输入的信号放大。即，电压放大电路23使由加速度传感器21检测到的振动的杆轴方向速度增大。并且，电压放大电路23向致动器17 的线圈17b施加电压，进行电压控制。电压放大电路23例如是运算放大器。对此进一步进行说明。图6是从功能角度表现电压增幅电路23和致动器17的框图。杆部11的轴向加速度^通过加速度传感器21检测。电压放大电路23将轴向加速度完乘以增益-G而输出-Gi。在致动器17中，线圈17b作为积分器起作用。因此，致动器17输出-G完。其结果是，致动器17产生的力！^与:^成正比，方向与加速度相反。即，进行增大作为控制对象的杆部11的阻尼的速度反馈控制。图7是将在大端部112上产生发动机刚体共振A时的大端部112的外筒11 的变形放大的图。发动机刚体共振A的共振频率如上所述与零接近。在这种情况下，大端部外筒 11 变形很大。杆部11的振动与大端部外筒11 的振动不一致。因此，如果在杆部11的轴线上的大端部112的前端安装加速度传感器21，受到大端部外筒11 的较大变形的影响，控制会发散。与之相对，小端部外筒113a与大端部外筒11 相比刚性较大，不易变形。因此， 在本实施方式中，将加速度传感器21配置在小端部外筒113a。图8是表示扭力杆组件的物理模型的图。在本发明中，考虑抑制杆刚体共振B，发动机刚体共振A忽略。另外，惯性块15的实际安装点在图5中是C点、D点2个位置，但在图8的物理模型中，将作为平均C点和D点的位置的E点作为“惯性块15的安装点”进行处理。根据图示的模型，关于杆部的运动方程式成为下式(4)。(-mr ω 2+cri ω +kr) xr = Fe+Fa ...(4)其中，mr :杆刚体的质量Xr 杆刚体的轴向位移ω 角频率kr 小端部的杆轴向的弹性系数cr 小端部的杆轴向的阻尼系数i:虚数单位Fe 经由大端部的来自发动机的输入Fa:致动器产生的力
另外，从杆部11向车体2的输入Ft成为下式(5)。Ft = krxr+cri ωχΓ ...(5)其中，χ,:杆刚体的轴向位移ω 角频率kr 小端部的杆轴向的弹性系数cr 小端部的杆轴向的阻尼系数i 虚数单位另外，在本实施方式中，致动器17产生由下式(6)表示的力Fa。Fa = -Gicoxr ...(6)其中，X^杆刚体的轴向位移ω 角频率i 虚数单位G 速度反馈增益根据式(6)判断，致动器产生力Fa与杆部的轴向位移&的一阶微分值即杆部的轴向速度成正比。如果将式(6)代入式，可以得到下式(7)。{-mr ω2+ (cr+G) i ω +kr} xr = Fe ... (7)根据式(7)，判断杆部的阻尼项从c,增大为c,+G。由此，根据本实施方式，使用在具有双重防振效果的扭力杆上追加惯性块15及致动器17后的扭力杆组件10。并且，利用带通滤波器22及电压放大电路23进行速度反馈控制。这时向车体2的传递特性，根据式(5)及式(7)成为下式(8)。
权利要求
1.一种减振装置，其特征在于，具有杆刚体(lll、112a、113a)，其分别经由弹性体(112cU13c)支撑在发动机(1)和车体 (2)之间，共振频率设定得低于发动机刚体共振频率；弹性部件(16)，其设置在上述杆刚体(111、11加、113幻上，利用作用在上述杆刚体 (lllU12aU13a)的轴向上的力而进行变形；惯性块(15)，其由上述弹性部件(16)支撑；以及致动器(17)，其产生与上述杆刚体(lll、llh、113a)的轴向速度成正比的力，使上述惯性块(15)在杆刚体(111、11加、113a)的轴向往复运动。
2.如权利要求1所述的减振装置，其特征在于，还具有滤波器(22)，其使上述杆刚体(lll、llh、113a)的轴向加速信号或速度信号中至少包含杆刚体共振的共振频率在内的规定频率范围的信号通过，而不使该范围以外的信号通过，上述致动器(17)根据通过上述滤波器0 的信号，产生与上述杆刚体(lll、112a、 113a)的轴向速度成正比的力。
3.如权利要求2所述的减振装置，其特征在于，上述规定频率范围包含与上述杆刚体共振的共振频率相比处于高频侧的防振区域的频率。
4.如权利要求2或3所述的减振装置，其特征在于，上述规定频率范围包含与上述杆刚体共振的共振频率相比处于低频侧的惯性块(15) 的杆轴方向共振频率。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的减振装置，其特征在于，具有加速度传感器(21)，其设置在上述杆刚体(lll、llh、113a)的轴线上，且设置在发动机安装部(112)和车体安装部(113)中刚性较高一侧，检测杆刚体(111、11加、113幻的轴向加速度；以及电压放大电路(23)，其对上述加速度传感器的信号进行放大，上述致动器(17)是直线运动型致动器，其包含固定设置在上述杆刚体(lll、112a、 113a)的轴部(111)上的铁芯(17a)；设置在铁芯(17a)的外周面上的永磁体(17c)；以及线圈(17b)，其卷绕在铁芯(17a)上，并且被施加由上述电压放大电路03)放大后的信号， 上述致动器(17)根据由电压放大电路放大后的信号使上述惯性块(1 沿杆轴方向往复运动。
6.如权利要求1所述的减振装置，其特征在于，具有观测器(41)，其根据上述惯性块(1 的杆轴方向加速度和上述致动器(17)的控制力， 推定至少包含上述杆刚体(111、11加、113a)的轴向速度在内的上述惯性块(1 及上述杆刚体(111、11加、113幻的杆轴方向位移的状态量；杆部输入生成部(43)，其生成将从上述观测器输出的速度信号乘以增益并取相反符号后得到的力，作为杆部输入；以及致动器控制力计算部(44)，其根据由上述杆部输入生成部生成的杆部输入、由上述观测器Gl)推定的惯性块(1 及杆刚体(lll、llh、113a)的轴向位移的状态量、和上述弹性部件(16)的杆轴方向的阻尼及刚性，计算上述致动器(17)的控制力。
7.如权利要求6所述的减振装置，其特征在于，上述惯性块(1 的杆轴方向加速度根据上述致动器(17)的逆电动势检测。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的减振装置，其特征在于，上述弹性部件(16)的弹性系数确定为，使得上述惯性块(1 的共振频率小于杆刚体共振频率的1/2。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的减振装置，其特征在于，设定上述杆刚体(111、11加、113幻的质量和上述弹性体(112c、113c)的特性，以使得上述杆刚体(lll、llh、113a)的共振频率低于发动机刚体共振频率。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的减振装置，其特征在于，上述杆刚体(lll、llh、113a)的轴部包含粗直径部分和细直径部分，该细直径部分相对于该粗直径部而隔着台阶部形成，且具有外螺纹部分(Illa)， 还具有与上述外螺纹部分(Illa)螺合的螺母(50)， 通过上述螺母(50)进行紧固，从而将上述致动器(17)按压在台阶部上。
11.如权利要求1至权利要求10中任意一项所述的减振装置，其特征在于， 安装在以摆动方式装配的发动机(1)上。
12.如权利要求1至权利要求11中的任意一项所述的减振装置，其特征在于， 上述杆刚体(111、11加、113&)的杆轴水平地载置在车辆上。
全文摘要
减振装置具有杆刚体，其在发动机和车体之间，分别经由弹性体支撑，共振频率设定得低于发动机的弯曲、扭转的1次共振频率；弹性部件，其设置在杆刚体上，利用向杆刚体的轴向作用的力而进行变形；惯性块，其由弹性部件支撑；以及致动器，其产生与杆刚体的轴向速度成正比的力，使惯性块在杆刚体的轴向往复运动。由此，不降低双重防振效果而抑制共振本身。
文档编号F16F15/08GK102472359SQ20108002990
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月2日 优先权日2009年7月2日
发明者佐藤裕介, 金堂雅彦 申请人:日产自动车株式会社