JPH0569853A - サブフレームの振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボディに発生する振動及び騒音を低減させる
ことができ、振動及び騒音が大きく悪化する周波数域が
生じることのないサブフレームの振動制御装置を得る。 【構成】 サブフレーム１０の支持部５８は車両前後方
向に伸び、車両前方側の連結部６６及び車両後方側の連
結部６８を介してボディ７０に連結されている。支持部
５８には支持部５８の車両後方側の振動を検出する振動
検出器１１６が設けられており、制御回路は、支持部５
８の車両前方側が振動検出器１１６によって検出された
支持部５８の車両後方側の振動に対して略逆相に振動す
るように、支持部５８の車両前方側に設けられたピエゾ
アクチュエータ９４を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサブフレームの振動制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、特にサスペンションが取付けられ
た部位の剛性を向上させることを目的として、ボディを
部分的に補強するサブフレームをボディに連結し、ボデ
ィの変形等を抑えるようにした車両が存在する。例とし
て図７に示すように、サブフレーム１５０は車両前後方
向に伸びる一対の支持部１５０Ａ（一方の支持部は図示
省略）を備え、この一対の支持部１５０Ａが連結されて
構成されている。支持部１５０Ａにはサスペンション１
５１を構成するアーム１５２、１５４、ラジアスロッド
１５６がブラケット等を介して連結されている。また支
持部１５０Ａの車両前後方向に沿った両端にはゴムブッ
シュ等が取付けられた連結部１５８、１６０が設けられ
ており、各連結部１５８、１６０のゴムブッシュ等を介
して図示しないボディに連結されている。このような車
両では、路面の凹凸等によって発生する振動がタイヤ１
６２、サスペンション１５１で緩衝され、減衰された後
にサブフレーム１５０に入力され、低周波の振動、騒音
として前記連結部を介してボディへ伝達されることにな
る。

【０００３】しかしながら、サブフレームの共振周波数
付近の周波数の振動がサブフレームに入力された場合に
は、サブフレームが共振することによりボディに伝達さ
れる振動、騒音が非常に大きくなるという問題があっ
た。例えば図７に示すサスペンション１５１が連結され
たサブフレーム１５０では、特にサブフレーム１５０の
共振周波数付近の周波数の振動が入力された場合に車両
前方側へ延びるラジアスロッド１５６の先端が連結され
た部分を支点として支持部１５０Ａの車両後端側が浮き
上がり、かつ支持部１５０Ａが大きな振幅で振動する。
これにより、連結部を介してボディに伝達される振動、
騒音が非常に大きくなり、乗員に不快感を与えることが
あった。

【０００４】このため、サブフレームとボディとの連結
部分のゴムブッシュ等のばね定数を低くしてボディに伝
達される振動、騒音を低減させることが考えられる。し
かしながら、ゴムブッシュ等のばね定数を低くすると、
サブフレームとボディとの変位量が大きくなり前後のサ
スペンションのアライメントが狂う等の理由によって車
両の操縦安定性に悪影響を及ぼす。これを解決するため
に、サブフレームの共振周波数付近の周波数の振動が入
力されたときのサブフレームの振動を抑制するダイナミ
ックダンパをサブフレームに設けたもの（例として特開
昭６１−１８３７０６号公報）が提案されている。これ
によれば、サブフレームの共振周波数が変化し従来の共
振周波数における振動の振幅が小さくなるので、車両の
乗り心地を向上させることができる。なお、共振周波数
ｆに対応するダイナミックダンパのばね定数及び質量は
次の（１）式から求められる。

【０００５】

【数１】 但し、ｋ：ばね定数 ｍ：ダイナミックダンパの質量

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイナ
ミックダンパは一般的に耐久性をもたせるためにばね定
数ｋを一定値とするが、サブフレームの振動のように低
周波の振動を対象とするダイナミックダンパは、（１）
式からも明らかなように質量を大きくする必要がある。
このため、ダイナミックダンパが大型になるので搭載ス
ペースを確保することが困難であり、さらに前記ダイナ
ミックダンパを搭載することによって車両重量が増加す
るという問題があった。

【０００７】また、サブフレームにダイナミックダンパ
を設けた場合、サブフレーム単体の共振周波数ｆ₀ にお
ける振動は減衰するが、共振周波数ｆ₀ と異なる複数の
周波数域で共振が発生しボディに伝達される振動及び騒
音が大きく悪化する。

【０００８】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、ボディに発生する振動及び騒音を低減させることが
でき、振動及び騒音が大きく悪化する周波数域が生じる
ことのないサブフレームの振動制御装置を得ることが目
的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るサブフレームの振動制御装置は、車両前
後方向に伸び車両前方側及び車両後方側が各々ボディに
連結された支持部を備えたサブフレームの振動を制御す
るサブフレームの振動制御装置であって、前記支持部の
車両後方側の振動を検出する検出手段と、前記支持部の
車両前方側を変位させるアクチュエータと、支持部の車
両前方側が前記検出手段によって検出された支持部の車
両後方側の振動に対して略逆相に振動するように前記ア
クチュエータを制御する制御手段と、を有している。

【００１０】

【作用】本発明では、サブフレームの支持部の車両後方
側の振動を検出し、支持部の車両前方側が車両後方側の
振動に対して略逆相に振動するようにアクチュエータを
制御している。これにより、サブフレームの支持部にお
いて、ボディに連結された車両後方側よりボディへ伝達
される振動と、ボディに連結された車両前方側よりボデ
ィへ伝達される振動と、が逆相となって互いに打ち消し
合うので、ボディに発生する振動及び騒音を低減させる
ことができる。

【００１１】また、サブフレームの共振周波数近傍の周
波数の振動が入力された場合にも振動及び騒音を低減す
ることができる。例えば図７に示すようなサスペンショ
ンにおいてサブフレームの共振周波数の振動が入力さ
れ、車両前端側のラジアスロッド１５６の先端を支点と
して支持部１５０Ａの車両後端側が浮き上がりかつ大き
な振幅で振動する場合にも、本発明ではアクチュエータ
を支持部１５０Ａの車両前方側に設けるので支持部１５
０Ａの車両前方側を車両後方側に対して逆相に振動させ
ることができる。これによりサブフレームの振動が、従
来のサブフレームの車両前端側を節とする振動からサブ
フレームの車両前後方向中間部を節とする振動、すなわ
ち高次の振動モードの振動となり、支持部の車両後方側
よりボディへ伝達される振動と、支持部の車両前方側よ
りボディへ伝達される振動と、が逆相となって互いに打
ち消し合うことになり、ボディに発生する振動及び騒音
を低減させることができる。このように本発明では、ボ
ディに発生する振動及び騒音を低減することができ、振
動及び騒音が大きく悪化する周波数域が生じることはな
い。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１には、車両のリアサスペンションと、
このリアサスペンションに連結され本発明に係るサブフ
レームの振動制御装置によって振動が制御されるサブフ
レーム１０と、が示されている。

【００１３】リアサスペンションの一部を構成するリア
アクスル１２、１４は、ベース部としてのアクスルキャ
リアと、ブレーキのディスクロータ１６、１８が取付け
られ前記アクスルキャリアに回転可能に軸支された回転
部と、から構成されている。リアアクスル１２、１４の
回転部からはボルト２０が突出しており、タイヤ１２２
が取付けられたホイール１３０（図２参照）の図示しな
い孔に前記ボルト２０が挿入され、さらに図示しないナ
ットがボルト２０に螺合され締め付けされることによ
り、前記タイヤ１２２及びホイール１３０がリアアクス
ル１２、１４の回転部に固定される。また、リアアクス
ル１２、１４の回転部には各々ドライブシャフト２２ま
たは２４の一端が連結されている。ドライブシャフト２
２、２４の他端は図示しないディファレンシャルギアに
連結されており、図示しないエンジンの駆動力が伝達さ
れて回転部及び回転部に固定された前記タイヤ１２２、
ホイール１３０を回転させる。

【００１４】また、リアアクスル１２のアクスルキャリ
アには、アッパーアーム２６、ロアーアーム２８、３
０、ラジアスロッド３２の一端がボールジョイント等を
介して回動可能に連結されている。同様にリアアクスル
１４のアクスルキャリアには、アッパーアーム３４、２
本のロアーアーム（ロアーアーム３６のみ図示）、ラジ
アスロッド（図示せず）の一端がボールジョイント等を
介して回動可能に連結されている。各アッパーアーム及
びロアーアームは平行リンクを形成するようにゴムブッ
シュ等を介してサブフレーム１０の支持部（後述）に回
動可能に連結されている。従って、リアアクスル１２、
１４は各々略車両上下方向に沿ってサブフレーム１０に
対して移動可能とされている。また各ラジアスロッドは
車両前方へ延長されており、各ラジアスロッドの他端も
ゴムブッシュ等を介してサブフレーム１０の支持部に連
結されている。

【００１５】また、リアアクスル１２、１４には各々シ
ョックアブソーバ４２、４４の一端が取付けられてい
る。ショックアブソーバ４２、４４の他端は図示しない
ボディに取付けられている。また、ショックアブソーバ
４２、４４の他端側には、圧縮コイルばね４８、５０が
取付けられている。リアアクスル１２、１４をショクア
ブソーバ４２、４４を圧縮させる力がタイヤ１２２、ホ
イール１３０を介して加わると、前記圧縮コイルばね４
８、５０も圧縮変形されてこの変形に抗する付勢力を発
生し、前記圧縮力を減衰させる付勢力を発生する。また
ショックアブソーバ４２、４４も前記圧縮力を減衰させ
ると共に、圧縮変形後の伸び方向への力を減衰させ、圧
縮コイルばね４８、５０の変形及びリアアクスル１２、
１４の変位を短時間で収束させるようになっている。

【００１６】また、ロアアーム３０の中間部にはリンク
を介してスタビライザー５２の一端が取付けられてお
り、スタビライザー５２の他端はリンクを介してリアア
クスル１４側のロアーアームに取付けられている。スタ
ビライザー５２の中間部はブラケット５４、５６を介し
て図示しないボディに取付けられており、リアアクスル
１２、１４の変位を抑制し、コーナリング時等における
車両のロールを低減させている。

【００１７】サブフレーム１０は、左右のリアサスペン
ションに対応して車両前後方向に沿って設けられ各ロッ
ドが連結された支持部５８、６０と、一対の支持部５
８、６０間に掛け渡されたベース部６２、６４と、から
構成される。図２に示すようにサブフレーム１０は、各
々の支持部５８、６０の車両前後方向に沿った２箇所に
配置された連結部６６、６８を介してボディ７０に連結
されている。連結部６６、６８は図３に示すように構成
される。なお図３には例として連結部６６を示すが、連
結部６８も同様の構成である。

【００１８】すなわち、ボディ７０の連結部６６に対応
する部位にはベースプレート７２が取付けられており、
ボディ７０とサブフレーム１０との間には、前記ベース
プレート７２に設けられたアッパストッパ７４と、アッ
パストッパ７４に対応してサブフレーム１０に取付けら
れたフロントボディマウントゴム７６と、が介在されて
いる。また、ベースプレート７２からはロッド７８が突
出しており、サブフレーム１０にはロッド７８に対応し
て孔８０が設けられている。ロッド７８は孔８０を貫通
し、さらに支持プレート８２及びワッシャ８４の図示し
ない孔を貫通している。支持プレート８２にはロアスト
ッパ８６が設けられている。また、ロッド７８の先端部
にはボルト８８が設けられており、ボルト８８に螺合す
るナット９０は一定のトルクで締めつけられている。こ
れによって、ロアストッパ８６はサブフレーム１０に加
圧接触され、かつアッパストッパ７４とフロントボディ
マウントゴム７６とが加圧接触されることによって、サ
ブフレーム１０がボディ７０に連結されている。

【００１９】また、連結部６６よりも車両前端側には、
ボルト９２を介してピエゾアクチュエータ９４のピスト
ンロッド９６の一端が設けられている。ピエゾアクチュ
エータ９４のシリンダ９８の上端はマウントゴム１００
及びマウントゴム金具１０２を介してボディ７０に連結
されている。ピエゾアクチュエータ９４のシリンダ９８
内にはブロック１０４とブロック１０６とが対向配置さ
れており、前記ピストンロッド９６の他端はブロック１
０６に取付けられている。ブロック１０６には皿ばね１
０８が当接しており、ブロック１０６は皿ばね１０８に
よってブロック１０４と接近する方向へ付勢されてい
る。

【００２０】また、ブロック１０４とブロック１０６と
の間にはピエゾ素子が集積されて構成されたアクチュエ
ータ１１０が介在されている。アクチュエータ１１０は
ピエゾ素子の逆圧電効果を利用したもので、電圧を印加
すると変位して長手方向寸法が大きくされるようになっ
ている。アクチュエータ１１０は、図４に示されたサブ
フレームの振動制御装置９３の制御回路１１２の一部を
構成する増幅回路１１４に接続されており、増幅回路１
１４から供給された駆動信号の電圧レベルに応じて変位
する。これに伴ってブロック１０４、１０６間の寸法が
変更され、ピストンロッド９６が移動される。なお支持
部６０にも支持部５８と同様の部位にピエゾアクチュエ
ータ９４が設けられている。

【００２１】また、図２に示すようにサブフレーム１０
の車両後端側には、圧電加速度計等によって構成される
振動検出器１１６が取付けられている。振動検出器１１
６はサブフレーム１０の車両後端側に入力される振動を
検知し、前記振動の振幅の大きさに応じて電圧レベルが
変動する検出信号を出力する。図４に示すように、振動
検出器１１６は制御回路１１２の共振周波数検出回路１
１８に接続されている。共振周波数検出回路１１８は振
動検出器１１６から入力された検出信号の周波数、位
相、電圧レベルを検出する。共振周波数検出回路１１８
の出力端には位相補正回路１２０が接続されている。位
相補正回路１２０は、共振周波数検出回路１１８から出
力された信号の位相を１８０°変更し、逆相の信号を出
力する。位相補正回路１２０から出力された信号は増幅
回路１１４で増幅され、駆動信号として支持部５８及び
支持部６０の各々のピエゾアクチュエータ９４のアクチ
ュエータ１１０に供給される。

【００２２】次に本実施例の作用を説明する。車両走行
時、路面の凹凸等に起因してタイヤ１２２、ホイール１
３０を介してサスペンションに振動が伝達される。リア
サスペンションではリアアクスル１２、１４を変位させ
てタイヤ１２２を路面の凹凸に追従させると共に、伝達
された振動を圧縮コイルばね４８、５０及びショックア
ブソーバ４２、４４によって減衰させる。サスペンショ
ンに伝達された振動の一部はアッパーアーム、ロアーア
ーム及びラジアスロッドの各々を介してサブフレーム１
０に伝達される。サブフレーム１０に振動が伝達される
と、サブフレーム１０の車両後方側における振動が、サ
ブフレームの振動制御装置９３の振動検出器１１６で検
出され、振動に応じた検出信号が制御回路１１２に入力
される。

【００２３】制御回路１１２では入力された信号の周波
数、位相及びレベルを共振周波数検出回路１１８によっ
て検出し、位相補正回路１２０で信号の位相を反転させ
て逆相とし、増幅回路１１４で増幅した駆動信号をピエ
ゾアクチュエータ９４に供給する。これにより、駆動信
号の電圧レベルが高いときには、逆圧電効果によりピエ
ゾアクチュエータ９４のアクチュエータ１１０の長手方
向寸法が皿ばね１０８の付勢力に抗して大きくなり、ピ
エゾアクチュエータ９４の全長が伸長される。また、駆
動信号の電圧レベルが低いときには、皿ばね１０８の付
勢力によってピエゾアクチュエータ９４の全長が縮小さ
れる。このように、ピエゾアクチュエータ９４の全長が
伸縮されることにより、サブフレーム１０の車両前方側
が振動される。

【００２４】また前述のように、駆動信号の位相はサブ
フレーム１０の車両後方側の振動の位相に対して逆位相
とされているので、サブフレーム１０の車両前方側は車
両後方側の振動に対して逆位相で振動する。これによ
り、サブフレーム１０の支持部５８、６０において、車
両後方側の連結部６８を介してボディ７０へ伝達される
振動と、車両前方側の連結部６６を介してボディ７０へ
伝達される振動と、が逆相となって互いに打ち消し合う
ので、ボディ７０に発生する振動及び騒音を低減させる
ことができる。

【００２５】また、サブフレーム１０の共振周波数近傍
の周波数の振動が入力され、サブフレームの支持部５
８、６０が車両前端側のラジアスロッドとの連結部を支
点として車両後端側が浮き上がりかつ大きな振幅で振動
される場合にも、ピエゾアクチュエータ９４によって支
持部５８、６０の車両前方側を車両後方側に対して逆相
に振動させるので、支持部５８、６０の振動が支持部５
８、６０の車両前後方向中間部を節とする振動となり、
サブフレーム１０から車両後方側の連結部６８を介して
ボディ７０へ伝達される振動と、サブフレーム１０から
車両前方側の連結部６６を介してボディ７０へ伝達され
る振動と、が逆相となって互いに打ち消し合うので、ボ
ディ７０に発生する振動及び騒音を低減させることがで
きる。

【００２６】このように本実施例では、サブフレーム１
０の車両後方側の振動を振動検出器１１６で検出し、振
動検出器１１６から出力される信号の位相を反転した後
に増幅して駆動信号としてピエゾアクチュエータ９４に
供給し、サブフレーム１０の車両後方側の振動に対して
逆相となるようにサブフレーム１０の車両前方側を振動
させるようにしたので、ボディ７０に発生する振動及び
騒音を低減させることができ、振動及び騒音が大きく悪
化する周波数域が生じることはない。

【００２７】次に、本発明と従来とでボディに発生する
騒音を比較した実験の実験結果を説明する。図５に示す
ように、本実験ではタイヤ１２２からサブフレーム１０
に伝達される振動をシェーカ１２４によって発生させ、
ピエゾアクチュエータによる振動をシェーカ１２６よっ
て発生させている。また、シェーカ１２４とシェーカ１
２６とを同期させ、シェーカ１２６によって発生させる
振動をシェーカ１２４によって発生させる振動と逆位相
としている（位相を１８０°異ならせている）。シェー
カ１２４のみを駆動してサブフレーム１０に振動を入力
し、かつ入力する振動の周波数を変化させたときに、図
６に破線で示すようにサブフレーム１０の共振周波数ｆ
₀ 付近の振動がサブフレーム１０に入力された場合、車
室内に大きな騒音が発生し、（Ａ）に示すようにサブフ
レーム１０が車両前端側を節として大きく振動する。

【００２８】しかしながら、シェーカ１２４を駆動して
サブフレーム１０に振動を入力すると共に、シェーカ１
２６を駆動して前記振動と逆位相の振動をサブフレーム
１０に入力した場合には、図６の（Ｂ）に示すように、
サブフレーム１０の振動が車両前後方向中間部を節とし
て振動する振動モードとなり、振幅のレベルも小さく抑
えられる。また図６に実線で示すように、共振周波数ｆ
₀ 付近の振動がサブフレーム１０に入力された場合の車
室内の騒音のレベルも低減される。図６では周波数ｆ₁
付近の振動が入力された場合に騒音のピークが生じてい
るが、その音圧レベルは従来と殆ど変わらないレベルま
で低く抑制されていることが明らかである。

【００２９】なお、本発明は図１に示すような形式のサ
スペンションに連結されたサブフレームにのみ適用され
るものではなく、例えばラジアスロッドが省略されたサ
スペンションに連結されたサブフレームに適用すること
も可能である。

【００３０】また、本実施例ではリアサスペンションに
連結されたサブフレーム１０に本発明を適用した場合を
例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、フロントサスペンションに連結されたサブフレーム
に本発明を適用することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、サブフ
レームの支持部の車両後方側の振動を検出し、支持部の
車両前方側が車両後方側の振動に対して略逆相に振動す
るようにアクチュエータを制御したので、振動及び騒音
が大きく悪化する周波数域が生じることがない、という
優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る振動制御装置によって振動が制
御されるサブフレーム及びサスペンションの概略構成を
示す斜視図である。

【図２】サブフレームとボディとの連結を示す概略側面
図である。

【図３】連結部及びピエゾアクチュエータを示す側面図
である。

【図４】振動制御装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図５】音圧レベルを測定する実験における実験装置の
概略構成図である。

【図６】実験結果を説明する線図である。

【図７】サブフレームの振動を説明するためのサブフレ
ームの平面図である。

【符号の説明】

１０ サブフレーム ５８ 支持部 ６０ 支持部 ６６ 連結部 ６８ 連結部 ９３ サブフレームの振動制御装置 ９４ ピエゾアクチュエータ １１２ 制御回路 １１６ 振動検出器 １２０ 位相補正回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両前後方向に伸び車両前方側及び車両
   後方側が各々ボディに連結された支持部を備えたサブフ
   レームの振動を制御するサブフレームの振動制御装置で
   あって、前記支持部の車両後方側の振動を検出する検出
   手段と、前記支持部の車両前方側を変位させるアクチュ
   エータと、支持部の車両前方側が前記検出手段によって
   検出された支持部の車両後方側の振動に対して略逆相に
   振動するように前記アクチュエータを制御する制御手段
   と、を有するサブフレームの振動制御装置。