(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024047992
(43)【公開日】2024-04-08
(54)【発明の名称】シリンダ装置
(51)【国際特許分類】
B60G 17/015 20060101AFI20240401BHJP
F15B 21/14 20060101ALI20240401BHJP
【ＦＩ】
B60G17/015 B
F15B21/14 A
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022153802
(22)【出願日】2022-09-27
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-02-15
(71)【出願人】
【識別番号】000000929
【氏名又は名称】カヤバ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100122323
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 憲
(72)【発明者】
【氏名】菅原 央道
(72)【発明者】
【氏名】久保 大和
【テーマコード（参考）】
3D301
3H089
【Ｆターム（参考）】
3D301DA01
3D301DA28
3D301DA33
3D301DB35
3D301DB43
3D301DB45
3D301EB12
3D301EB16
3D301EC01
3H089AA02
3H089AA35
3H089BB04
3H089CC02
3H089DA02
3H089DA14
3H089DB13
3H089EE36
3H089FF07
3H089GG02
3H089JJ12
(57)【要約】
【課題】本発明は、モータの動作点を回生効率最大直線上へ移動させ得る状況を見極めて、実際に回生電力を最大とすることができるシリンダ装置の提供を目的とする。
【解決手段】シリンダ装置Ａは、シリンダ２と、シリンダ２内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン３と、並列して作動室同士Ｒ１，Ｒ２を連通する第１流路４と第２流路５と、第１流路４に設けられた第１可変絞り弁６と、第２流路５に直列に設けられる第２可変絞り弁７およびモータ８によって駆動される双方向吐出型のポンプ９とを有する液圧シリンダ１と、第１可変絞り弁６、第２可変絞り弁７およびモータ８を制御するコントローラ１１とを備え、コントローラ１１は、モータ８の回転速度と液圧シリンダ１の推力とに基づいてモータ８の動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁７の目標絞り係数を求め、第２可変絞り弁７を制御する。
【選択図】図５
【解決手段】シリンダ装置Ａは、シリンダ２と、シリンダ２内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン３と、並列して作動室同士Ｒ１，Ｒ２を連通する第１流路４と第２流路５と、第１流路４に設けられた第１可変絞り弁６と、第２流路５に直列に設けられる第２可変絞り弁７およびモータ８によって駆動される双方向吐出型のポンプ９とを有する液圧シリンダ１と、第１可変絞り弁６、第２可変絞り弁７およびモータ８を制御するコントローラ１１とを備え、コントローラ１１は、モータ８の回転速度と液圧シリンダ１の推力とに基づいてモータ８の動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁７の目標絞り係数を求め、第２可変絞り弁７を制御する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダと、前記シリンダ内に移動自在に挿入されて前記シリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、互いに並列して前記作動室同士を連通する第１流路と第２流路と、前記第１流路に設けられた第１可変絞り弁と、前記第２流路に直列に設けられる第２可変絞り弁およびモータによって駆動される双方向吐出型のポンプとを有する液圧シリンダと、
前記第１可変絞り弁、前記第２可変絞り弁および前記モータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記モータの動作点が第２象限と第４象限にあると前記モータの動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系において、前記モータの動作点が前記第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域に位置している場合、或いは、前記モータの動作点が前記第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に位置している場合、前記モータの回転速度と前記液圧シリンダが発生している推力とに基づいて前記モータの動作点を前記回生効率最大直線上に乗せる前記第２可変絞り弁の目標絞り係数を求め、前記第２可変絞り弁を制御する
ことを特徴とするシリンダ装置。
前記第１可変絞り弁、前記第２可変絞り弁および前記モータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記モータの動作点が第２象限と第４象限にあると前記モータの動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系において、前記モータの動作点が前記第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域に位置している場合、或いは、前記モータの動作点が前記第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に位置している場合、前記モータの回転速度と前記液圧シリンダが発生している推力とに基づいて前記モータの動作点を前記回生効率最大直線上に乗せる前記第２可変絞り弁の目標絞り係数を求め、前記第２可変絞り弁を制御する
ことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項2】
前記コントローラは、
前記モータの回転速度とトルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
前記モータの回転速度とトルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリンダ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のシリンダ装置としては、たとえば、車両の車体と車軸との間に介装されるアクティブサスペンション等に適用され、具体的には、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、ピストンに連結されるロッドと、並列して二つの作動室を連通する第１流路および第２流路と、第１流路に設けられた第１可変絞り弁と、第２流路に直列に設けられた第２可変絞り弁および双方向吐出型のポンプと、ポンプを駆動するモータとを有する油圧シリンダと、第１可変絞り弁、第２可変絞り弁およびモータを制御する制御装置とを備えて構成されている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
そして、従来のシリンダ装置は、アクティブサスペンションとして使用される場合、シリンダが車体と車軸の一方に連結されるとともに、ロッドが車体と車軸の他方に連結され、ポンプをモータによって駆動することによって推力を発生して、車体の振動を抑制できる。
【0004】
さらに、従来のシリンダ装置では、油圧シリンダが外力によって強制的に伸縮させられる場合、第２流路を流れる作動油によってポンプが回転させられるため、モータが制動領域で使用されて発電して回生電力が発生する。このようにモータが制動領域で使用される場合、モータが発生するトルクによってポンプが作動油の流れに抵抗を与える。そのため、油圧シリンダは、外力による油圧シリンダの伸縮を妨げる推力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００９－１９６５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のシリンダ装置では、第１可変絞り弁の絞り係数と第２可変絞り弁の絞り係数の調整によって、ポンプを通過する作動油量の調整とモータが負担するトルクを調整できる。なお、絞り係数は、単位時間当たり流量を圧力で割った値であり、絞り係数を小さくすれば可変絞り弁における抵抗が大きくなることを示している。
【0007】
モータが制動状態にある場合、モータのトルクを縦軸に採り、モータの回転速度を横軸に採ったグラフ上で、原点を通ってモータを短絡した際のトルクと回転速度との関係を示す短絡曲線に接する直線の傾きの２分の１の傾きを持つ直線（回生効率最大直線）上に、モータが出力しているトルクとモータの回転速度との交点（モータの動作点）があると回生効率が最大となる。
【0008】
そのため、従来のシリンダ装置では、モータが制動状態にある場合、モータが出力しているトルクとモータの回転速度との交点が回生効率最大直線上に配置されるように、第１可変絞り弁における絞り係数と第２可変絞り弁における絞り係数とを調整するとしている。
【0009】
しかしながら、従来のシリンダ装置では、具体的に、どのようにモータがどのような状況になればモータの動作点を回生効率最大直線上に移動させ得るのかについても、どのように第１可変絞り弁と第２可変絞り弁とを制御してモータの動作点を回生効率最大直線上に配置させるかについても開示されていない。
【0010】
そこで、本発明は、モータの動作点を回生効率最大直線上へ移動させ得る状況を見極めて、実際に回生電力を最大とすることができるシリンダ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、本発明の課題解決手段におけるシリンダ装置は、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、互いに並列して作動室同士を連通する第１流路と第２流路と、第１流路に設けられた第１可変絞り弁と、第２流路に直列に設けられる第２可変絞り弁およびモータによって駆動される双方向吐出型のポンプとを有する液圧シリンダと、第１可変絞り弁、第２可変絞り弁およびモータを制御するコントローラとを備え、コントローラは、モータの動作点が第２象限と第４象限にあるとモータの動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系において、モータの動作点が第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域に位置している場合、或いは、モータの動作点が第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に位置している場合、回転速度と液圧シリンダが発生している推力とに基づいてモータの動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁の目標絞り係数を求め、第２可変絞り弁を制御する。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータが制動状態になって電力回生が可能となって、第２可変絞り弁の絞り係数の制御でモータの動作点を回生効率最大直線上へ移動させ得る状況となると、モータの動作点を回生効率最大直線上へ移動させる。
【0012】
また、シリンダ装置におけるコントローラは、モータの回転速度とトルクとに基づいてモータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部を備えてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータの回転速度とトルクとに基づいて回転速度トルク座標系においてモータの動作点が制動状態となる第２象限と第４象限に存在していることを精度よく判定でき、第２可変絞り弁の絞り係数を調整して回生効率を向上させる回生制御を実行する１つの条件の見極めを正確に行える。
【発明の効果】
【0013】
以上より、本発明のシリンダ装置によれば、モータの動作点を回生効率最大直線上へ移動させ得る状況を見極めて、実際に回生電力を最大とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるシリンダ装置Ａは、図１に示すように、液圧シリンダ１と、コントローラ１１とを備えて構成されている。
【0016】
以下、シリンダ装置Ａの各部について詳細に説明する。液圧シリンダ１は、図１に示すように、シリンダ２と、シリンダ２内に移動自在に挿入されてシリンダ２内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン３と、互いに並列して作動室Ｒ１，Ｒ２同士を連通する第１流路４と第２流路５と、第１流路４に設けられた第１可変絞り弁６と、第２流路５に直列に設けられる第２可変絞り弁７およびモータ８によって駆動される双方向吐出型のポンプ９とを備えて構成され、シリンダ２内には液体が充填され密閉されている。また、ピストン３はシリンダ２内に移動自在に挿通されるロッド１０に連結されており、この液圧シリンダ１の場合、シリンダ２の両端からロッド１０が突出する、いわゆる、両ロッド型のシリンダ装置とされている。
【0017】
そして、液圧シリンダ１を車両に適用する場合、シリンダ２を車両のばね上部材およびばね下部材のうち一方に連結し、ロッド１０をばね上部材およびばね下部材のうち他方に連結して、ばね上部材とばね下部材との間に介装すればよい。液圧シリンダ１は、車両に適用されて使用される場合、発揮する推力によってばね上部材である車両の車体とばね下部材である車両の車輪の振動を抑制する。
なお、本書では、ロッド１０がピストン３とともにシリンダ２に対して図１中上方へ移動する場合に液圧シリンダ１が伸長作動すると言い、反対に、ロッド１０がピストン３とともにシリンダ２に対して図１中下方へ移動する場合に液圧シリンダ１が収縮作動すると言う。なお、液圧シリンダ１は、図示したところでは、両ロッド型に設定されているが、片ロッド型に設定されてもよい。
なお、本書では、ロッド１０がピストン３とともにシリンダ２に対して図１中上方へ移動する場合に液圧シリンダ１が伸長作動すると言い、反対に、ロッド１０がピストン３とともにシリンダ２に対して図１中下方へ移動する場合に液圧シリンダ１が収縮作動すると言う。なお、液圧シリンダ１は、図示したところでは、両ロッド型に設定されているが、片ロッド型に設定されてもよい。
【0018】
シリンダ２内は、前述したようにピストン３によって図１中上方の伸側の作動室Ｒ１と図１中下方の圧側の作動室Ｒ２とに区画されており、各作動室Ｒ１，Ｒ２内には作動油等の液体が充填されている。液体は、作動油の他にも水や水溶液といった他の液体であってもよい。なお、液圧シリンダ１は、前述したように両ロッド型の液圧シリンダとされており、シリンダ２に対してロッド１０がピストン３とともに図１中上下方向に移動してもシリンダ２内でロッド１０が押し退ける容積が変化しないため、ロッド１０がシリンダ２内に出入りする体積の補償をするリザーバを備えていないが、液体の温度変化による体積変化を補償するためにシリンダ２内に連通されるアキュムレータを備えていてもよい。
【0019】
ポンプ９は、双方向吐出型に設定され、たとえば、ベーンポンプ、ギアポンプやアキシャルポンプ等、図示しない回転軸を備えて当該回転軸の回転によって流体を吸込んで吐出することができるとともに、逆に流体の流れによって回転軸を強制的に駆動することができるものであればよい。さらに、ポンプ９の回転軸は、モータ８に接続されており、モータ８は、通電によって駆動することができるとともに、ポンプ９側からの入力によって強制的に回転駆動させられると発電してポンプ９の回転を抑制するトルクを発生するモータであればよく、直流、交流を問わず、種々の形式のモータ、たとえば、ブラシレスモータ、誘導モータ、同期モータ等を採用することができる。
【0020】
液圧シリンダ１は、モータ８によってポンプ９を回転駆動して液体を伸側の作動室Ｒ１から圧側の作動室Ｒ２へ、あるいは、圧側の作動室Ｒ２から伸側の作動室Ｒ１へ第２流路５を介して送り込むことで、自発的に伸縮できるとともに、望む方向へ推力を発生することができる。また、液圧シリンダ１は、液圧シリンダ１が外部入力によって強制的に伸縮させられる場合、伸側の作動室Ｒ１から圧側の作動室Ｒ２へ、あるいは、圧側の作動室Ｒ２から伸側の作動室Ｒ１へ、第２流路５を介して移動する液体の流れにモータ８のトルクが伝達されるポンプ９で抵抗を与えて伸縮を妨げる方向に推力を発生することができる。
【0021】
さらに、液圧シリンダ１が強制的に伸縮させられる場合、第２流路５を行き来する液体の流れによってポンプ９を介してモータ８が強制的に駆動されるため、モータ８によって液体の運動エネルギが電気エネルギに変換されて電力回生できる。なお、モータ８によって回生した電力は、外部機器へ送電してもよいし、蓄電器に蓄電するようにしてもよい。
【0022】
転じて、第１可変絞り弁６は、ポンプ９を迂回して作動室Ｒ１，Ｒ２同士を連通する第１流路４に設けられており、第２可変絞り弁７は、ポンプ９とともに第２流路５に設けられている。よって、第１可変絞り弁６は、第２可変絞り弁７およびポンプ９に対して並列に配置されている。これら第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７は、開度や弁通路長を変更することで、圧力損失に対する通過流量の比である絞り係数を変更することができるようになっており、具体的にはたとえば、可変チョークや可変オリフィスといった種々の弁を使用することができ、また、図示しない弁体をソレノイドやモータ等の駆動源で駆動することによって絞り係数を変更できるようになっている。これら第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７における絞り係数を変更する駆動源はコントローラ１１によって制御される。
【0023】
なお、ポンプ９と第２可変絞り弁７の配置関係であるが、ポンプ９は作動室Ｒ１と作動室Ｒ２のいずれに側に配置してもよい。また、シリンダ２内に充填される流体は、たとえば、油、水、水溶液、気体等、どのような流体を使用しても良い。
【0024】
さて、このように構成された液圧シリンダ１は、モータ８にコントローラ１１側から電力供給してポンプ９を駆動させる場合には、自ら伸縮するアクチュエータとして機能することができるが、反対に、外力を受けて液圧シリンダ１が伸縮させられる場合、モータ８のトルクでポンプ９の回転を抑制する、すなわち、モータ８を制動領域で使用してモータ８にポンプ９の回転方向とは逆のトルクを発生させるようにし、モータ８、第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７とで協働して減衰力を発生できる。そして、モータ８を制動領域で使用する際、これら第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７の絞り係数を調節することによってモータ８の回転速度とトルクをコントロールすることが可能である。
【0025】
なお、モータ８に電流を与えてポンプ９を駆動する、つまり、モータ８を力行領域で使用して、液圧シリンダ１をアクチュエータとして機能させる場合、第１可変絞り弁６を全閉として第１流路４を介しての作動室Ｒ１，Ｒ２同士が連通されないようにしつつ、第２可変絞り弁７を全開として第２可変絞り弁７によって液体の流れに無用な抵抗を与えてエネルギ損失を生じないようにする。
【0026】
ここで、液圧シリンダ１が外力で伸縮させられる場合におけるモータ８の負荷（回転速度とトルク）のコントロールについて、図２に示すモデル図を使用して説明する。なお、ポンプ９は、モータ８から伝達されるトルクによって液体の流れに抵抗を与え、液体通過時に圧力損失を生じさせることから、可変絞り弁と同等に取り扱うことができるため、図２中では、モータ８およびポンプ９を一つの可変絞り弁Ｍとして記載している。
【0027】
そして、液圧シリンダ１の伸縮時における一方の作動室Ｒ１と他方の作動室Ｒ２との差圧をΔＰとし、一方の作動室Ｒ１から流出する流体の単位時間当たりの流量（以下、単に流量という）をＱとし、第１可変絞り弁６を通過する流体の流量ｑ１を第１可変絞り弁６で生じる差圧（圧力損失）ΔＰで除した比である絞り係数をＣ１とし、第２可変絞り弁７を通過する流体の流量ｑ２を第２可変絞り弁７で生じる差圧（圧力損失）Δｐ２で除した比である絞り係数をＣ２とし、モータ８とポンプ９でなる可変絞り弁Ｍを通過する流体の流量ｑ２を可変絞り弁Ｍで生じる差圧（圧力損失）Δｐｍで除した比である絞り係数をＣ３とすると、下記式１が得られる。
【0028】
【数1】
【0029】
ここで、Ｃ＝Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ２＋Ｃ３）とおくと、式１は下記式２と書くことができる。
【0030】
【数2】
【0031】
さらに、全体の流量Ｑ＝ｑ１＋ｑ２が成り立ち、第１可変絞り弁６で生じる差圧ΔＰは、第２可変絞り弁７とモータ８とポンプ９でなる可変絞り弁Ｍの全体で生じる差圧に等しいので、以下の式３が成立する。
【0032】
【数3】
【0033】
式３を式２に代入してまとめると、以下の式４を得る。
【0034】
【数4】
【0035】
そして、上記式４から理解できるように、流量Ｑおよび差圧ΔＰを変化させない場合、絞り係数Ｃ１を変更することで、流量ｑ２を変更することができる。
【0036】
つまり、絞り係数Ｃ１を変更することによってポンプ９を迂回する第１可変絞り弁６における流量ｑ１を調整することで、可変絞り弁Ｍを通過する流量ｑ２を変更することができ、たとえば、第１可変絞り弁６を全閉状態から全開状態に移行する場合、流量ｑ２を増減させて、モータ８の回転速度を増減させることができる。
【0037】
また、第２可変絞り弁７と可変絞り弁Ｍにおける流量はｑ２であり、全体の差圧はΔＰであり、可変絞り弁Ｍにおける差圧（圧力損失）はΔｐｍであり、第２可変絞り弁７と可変絞り弁Ｍの合成絞り係数Ｃは、上述のようにＣ＝Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ２＋Ｃ３）となるため、第２可変絞り弁７と可変絞り弁Ｍにのみ着目して整理すると、下記式５を得る。
【0038】
【数5】
【0039】
そして、上記式５から理解できるように、流量ｑ２および差圧ΔＰを変化させない場合、絞り係数Ｃ２を変更することで、可変絞り弁Ｍにおける差圧Δｐｍを変更することができる。
【0040】
つまり、絞り係数Ｃ２を変更することによってポンプ９を流体が通過する際に生じる差圧Δｐｍを変更することができ、たとえば、第２可変絞り弁７を全閉状態から全開状態に移行する場合、差圧Δｐｍを増減させて、モータ８で負担すべきトルクを増減させることができる。
【0041】
以上のことを、流量Ｑおよび差圧ΔＰを一定にした状態において、モータ８の回転速度をポンプ９の通過流量に対応させるとともに、モータ８のトルクを流体がポンプ９を通過する際の差圧（圧力損失）に対応させた図３に示すグラフを参照して説明すると、第２可変絞り弁７の絞り係数Ｃ２を変更することでモータ８の負担すべきトルク（負担トルク）を縦軸に沿って調節でき、第１可変絞り弁６の絞り係数Ｃ１を変更することでモータ８の回転速度を横軸に沿って調節することができるということになる。モータ８の負担トルクは、モータ８とポンプ９との間で作用するトルクであり、シリンダ装置Ａが所望の推力を出力するためにモータ８からポンプ９に加える必要があるトルクと看做すことができる。なお、本書では、液圧シリンダ１が自発的に伸縮している場合であっても負担トルクという名称を用いる。
【0042】
詳しくは、図３中の点ａは、第２可変絞り弁７を全開にして絞り係数Ｃ２を最大にし、第１可変絞り弁６を全閉にして絞り係数Ｃ１を最小にした状態におけるモータ８の回転速度と負担トルクとの関係を示し、点ｂは、第２可変絞り弁７を全開にして絞り係数Ｃ２を最大にし、第１可変絞り弁６を全開にして絞り係数Ｃ１を最大にした状態におけるモータ８の回転速度と負担トルクとの関係を示し、点ｃは、第２可変絞り弁７を全閉にして絞り係数Ｃ２を最小にし、第１可変絞り弁６を全閉にして絞り係数Ｃ１を最小にした状態におけるモータ８の回転速度と負担トルクとの関係を示し、点ｄは、第２可変絞り弁７を全閉にして絞り係数Ｃ２を最小にし、第１可変絞り弁６を全開にして絞り係数Ｃ１を最大にした状態におけるモータ８の回転速度と負担トルクとの関係を示している。すなわち、第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７における絞り係数Ｃ１，Ｃ２を変更することで点ａ，ｂ，ｃ，ｄで囲まれる範囲でモータ８の回転速度と負担トルクを調節することができる。
【0043】
具体的には、モータ８の回転速度と負担トルクの交点（モータの動作点）が点ａにあるときに、第１可変絞り弁６における絞り係数Ｃ１を大きくしていくと、点ｂ側へシフトさせることができ、第２可変絞り弁７における絞り係数Ｃ２を小さくしていくと、点ｃ側へシフトさせることができ、第１可変絞り弁６における絞り係数Ｃ１を大きくし第２可変絞り弁７における絞り係数Ｃ２を小さくしていくと点ｄ側へシフトさせることができるのである。つまり、第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７の絞り係数を制御することで、モータ８の回転速度と負担トルクをコントロールすることができるのである。
【0044】
なお、図３の説明において流量Ｑおよび差圧ΔＰを一定にした状態を仮定しているため、モータ８の負担トルクが０であるのに回転している状態や回転速度が０であるのに負担トルクがある状態は生じないので、点ｂと点ｄを結ぶ線および点ｄと点ｃを結ぶ線は、モータ８の動作点が採りえる範囲の境界を示しており、モータ８の動作点は、上記線上の値を採ることは無い。
【0045】
ところで、モータ８の任意の回転速度に対して出力することが可能な負担トルク範囲は、図４に示すように、負担トルクを縦軸に採り回転速度を横軸に採った回転速度トルク座標系において、第１象限および第２象限にて、横軸に平行な直線と直線に連なる曲線とでなる出力限界線ｚ１と、第３象限および第４象限にて、横軸に平行な直線と直線に連なる曲線とでなる出力限界線ｚ２とで囲まれた領域となる。なお、出力限界線ｚ１，ｚ２における直線は、モータ８の負担トルクの上限を示しており、コントローラ１１内に設けられる図示しない電流リミッタによって電流が制限されることに起因して生じる境界である。出力限界線ｚ１，ｚ２における曲線もまた、その時の回転速度において発生可能な負担トルク領域と発生不可能な負担トルク領域とを仕切る線であり、図示しない電源電圧、モータ８の誘起電力等の特性によって決せられる境界線である。モータ８が正転方向のトルクの符号を正とするとともに逆転方向のトルクの符号を負とし、モータ８が正転方向に回転する場合の回転速度の符号を正とするとともに逆転方向のトルクの符号を負としている。
【0046】
この図４から理解できるように、モータ８は、各象限にて回転速度が高くなればなるほど出力可能な負担トルクの上限が小さくなる。すなわち、第１可変絞り弁６を閉弁して第１流路４を遮断して作動室Ｒ１，Ｒ２を行き交う液体の全流量をポンプ９に流す場合、液圧シリンダ１の伸縮速度が高くなればなるほど、モータ８の回転速度も高くなりモータ８の出力可能な負担トルクが小さくなることになる。
【0047】
また、第２象限の回転速度が負で負担トルクが正である領域および第４象限の回転速度が正で負担トルクが負である領域では、モータ８は電力回生を行うことができる制動領域で動作しており、第１象限の回転速度が正で負担トルクが正である領域および第３象限の回転速度が負で負担トルクが負である領域では、モータ８は、電力を消費して力行する力行領域で動作していることを示している。よって、モータ８は、制動領域で動作している場合に制動状態にあり、力行領域で動作している場合に力行状態にある。
【0048】
図４中でモータ８が制動状態となる第２象限と第４象限を通る破線は、モータ８の回生電力を最大とする回転速度とトルクとの関係を示す回生効率最大直線であり、原点を通ってモータ８の短絡特性を描く短絡曲線に接する直線となっている。回生効率最大直線は、モータ８が制動状態で動作しており、或る回転速度で回転している場合に、当該回転速度とモータ８の回生電力を最大とする回生最大トルクとの関係を示しており、当該回生効率最大直線上にモータ８の動作点がある場合にその時の回転速度において回生電力が最大となる。このようにモータ８の回転速度を一定とするのであれば、モータ８の動作点を回生効率最大直線上に配置することによって回生効率が最大となる。
【0049】
よって、モータ８の動作点が第２象限と第４象限にあるとモータ８の動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系におけるモータ８の動作点が第２象限中の回生効率最大直線よりも上方の出力限界線ｚ１と縦軸とで囲まれたハッチングで示した領域Ｘに位置している場合、或いは、モータ８の動作点が第４象限中の回生効率最大直線よりも下方のハッチングで示した領域Ｙに位置している場合、第２可変絞り弁７の絞り係数を小さくして第２可変絞り弁７の流路を小さくすれば、第２可変絞り弁７における圧力損失が大きくなってモータ８が負担するトルクが減って、モータ８の回転速度を変えずに負担するトルクのみを小さくすることができる。そして、第２可変絞り弁７の絞り係数を適切に調整すれば、モータ８の動作点を回生効率最大直線上に配置してモータ８の回生電力の最大化を図ることができる。
【0050】
そこで、コントローラ１１は、図５に示すように、上位の制御装置からの液圧シリンダ１の目標推力を指示する推力指令を受けてモータ８を制御する推力制御部２０の他に、第２可変絞り弁７の絞り係数を制御してモータ８の回生効率を向上させる回生制御部２１を備えている。
【0051】
推力制御部２０は、上位の制御装置から液圧シリンダ１の目標推力を指示する推力指令を受けるとモータ８に供給すべき目標電流を求めて当該目標電流を指示する電流指令を出力する電流指令生成部２０ａと、電流指令生成部２０ａが生成した電流指令を受け取るとモータ８に流れる電流をフィードバックしてモータ８に流れる電流を目標電流通りに制御するモータ制御部２０ｂとを備えている。本実施の形態では、液圧シリンダ１を車両に適用して、上位の制御装置は、主としてばね上部材としての車体の振動の抑制と目的して液圧シリンダ１に発生するべき推力を求める。なお、推力指令は、車体の振動の低減のみならずばね下部材としての車輪の振動の抑制の低減も可能となるように求められてもよい。また、推力制御部２０は、上位の制御装置から推力指令を入手するのではなく、車両における車体、或いは車体および車輪の振動情報を検知するか、或いはこれらの振動情報を車両から受け取って、自ら推力指令を求めてもよい。
【0052】
電流指令生成部２０ａは、たとえば、液圧シリンダ１が発生している実推力をフィードバックして、推力指令が指示する目標推力と実推力との制御偏差を比例積分微分補償して、モータ８に出力させるべきトルクに応じた目標電流を求める演算処理を行う。なお、液圧シリンダ１の推力は、作動室Ｒ１の圧力を検知する圧力センサ２５ａと、作動室Ｒ２の圧力を検知する圧力センサ２５ｂと、作動室Ｒ１の圧力と作動室Ｒ２の圧力との差にピストン３の受圧面積を乗じて液圧シリンダ１が発生している推力を求める演算部２５ｃとを備えた実推力検知部２５から電流指令生成部２０ａに入力される。電流指令生成部２０ａは、推力指令から目標電流を求めて電流指令を生成できる限りにおいて、どのように構成されてもよい。また、液圧シリンダ１が発生する推力は、ロッド１０に設けられれる荷重の検知によって把握できるので、実推力検知部２５はロッド１０に作用する荷重を検知するセンサとされてもよい。また、推力制御部２０は、実際に液圧シリンダ１が出力している推力を検知するのではなく、前述の圧力や荷重の検知に代えて、たとえば、第１可変絞り弁６、第２可変絞り弁７における絞り係数、モータ８の回転速度、トルクといった液圧シリンダ１の状態量を検知して、当該状態量から液圧シリンダ１の推力を推定するオブザーバを備えてもよい。また、車体と車軸とに取り付けられた加速度センサの情報から液圧シリンダ１の実推力を推定してもよく、シリンダ装置Ａの制御以外の用途に使用されるセンサの情報を用いて液圧シリンダ１の実推力を推定してもよい。この場合、電流指令生成部２０ａはオブザーバが推定した推力をフィードバックして目標電流を求めてもよい。モータ制御部２０ｂは、モータ８の形式によってモータ８の電流制御に適した駆動回路を備えて、電流指令に従ってモータ８の電流を制御可能であればよい。
【0053】
回生制御部２１は、第１可変絞り弁６の絞り係数を制御する第１可変絞り弁制御部２２と、第２可変絞り弁７の絞り係数を制御する第２可変絞り弁制御部２３とを備え、モータ８の回転速度とトルクとを監視しつつ第２可変絞り弁７を制御する。モータ８の回転速度については、モータ８が図示しないロータの回転位置を検知可能なレゾルバ等のセンサを備えている場合には、当該センサが検知するロータの回転位置情報から得ればよい。モータ８の回転速度をサスペンションのストローク変位の情報から推定してもよい。モータ８のトルクについてはモータ８をＤＣモータ或いはＤＣモータと等価なモータとする場合にはモータ８に流れる電流に比例するから電流をそのままトルクと看做すことができ、モータ８の電流を検知するセンサをモータ制御部２０ｂが備えているので、モータ制御部２０ｂから電流値を入手してモータ８のトルクとして利用すればよい。なお、回生制御部２１は、モータ８の回転速度を検知するセンサと、モータ８のトルクを検知するセンサ或いはモータ８の電流を検知するセンサを個別に備えていてもよい。回生制御部２１は、モータ８の回転速度とトルクとを所定の演算周期で順次取り込み、取り込んだ回転速度とトルクとを処理する。回生制御部２１は、モータ８のトルクを処理するが、前述したように、モータ８に流れる電流をトルクと看做すことができるので、モータ８に流れる電流をトルクとして取り扱って処理すればよい。
【0054】
ここで、モータ８が制動状態で動作している場合には、モータ８の回転速度が高い方がモータ８の回生電力が大きくなるので、極力、第１可変絞り弁６における流路面積を小さくして第２流路５を通過する液体の流量を多くする方がよい。また、モータ８が力行状態で動作している場合には、第１可変絞り弁６の流路面積が大きいと作動室Ｒ１と作動室Ｒ２の圧力差が小さくなって液圧シリンダ１が発生する推力が小さくなるとともにポンプ９で消費するエネルギも高くなってしまうため、極力、第１可変絞り弁６における流路面積を小さくして第２流路５を通過する液体の流量を多くする方がよい。このように、モータ８の動作状態が制動状態であるか力行状態であるかによらず第１可変絞り弁６の流路面積は小さい方が好ましい。そこで、第１可変絞り弁制御部２２は、基本的には、モータ８の動作状態によらず第１可変絞り弁６の絞り係数を所定の小さな値に固定して、第１可変絞り弁６を閉弁或いは流路面積を小さくするように制御して、第１流路４を通過する液体の流量を０或いはごく少量に制限させる。
【0055】
第２可変絞り弁制御部２３は、モータ８の動作状態が制動状態であり、モータ８の動作点が第２象限中にあって回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域Ｘに位置していること、或いは、モータ８の動作点が第４象限中にあって回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域Ｙに位置していることを条件として、当該条件に合致する状況となると、モータ８の動作点が回生効率最大直線上に配置されるように第２可変絞り弁７の絞り係数を小さする回生制御を行う。他方、第２可変絞り弁制御部２３は、制動状態でも回生制御を行う条件が整っていない場合、および、モータ８が力行状態である場合、第２可変絞り弁７がポンプ９の動作に対して抵抗となってしまうので、ポンプ９が吐出する液体の通過を妨げないように、第２可変絞り弁７の絞り係数を最大とする。
【0056】
そのため、第２可変絞り弁制御部２３は、モータ８の回転速度からばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第１フィルタ３０ａとモータ８のトルクからばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第２フィルタ３０ｂとを備えたフィルタ処理部３０と、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ８が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部３１と、モータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙにあるか否かを判定する動作点位置判定部３２と、制動状態判定部３１の判定結果と動作点位置判定部３２の判定結果とモータ８の回転速度と液圧シリンダ１の推力とに基づいて第２可変絞り弁７の絞り係数を求める絞り係数演算部３３と、絞り係数演算部３３が求めた絞り係数を指示する指令を受けて第２可変絞り弁７における図外の駆動源に供給する電流を制御する駆動回路３４とを備えて構成されている。
【0057】
フィルタ処理部３０は、モータ８の回転速度のばね下共振周波数帯以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第１フィルタ３０ａと、モータ８のトルクのばね下共振周波数帯以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第２フィルタ３０ｂとを備えている。フィルタ処理部３０は、順次入力されるモータ８の回転速度とトルクを処理してフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクの信号を出力する。
【0058】
ここで、液圧シリンダ１が車両におけるばね上部材である車体とばね下部材である車輪との間に介装されて使用される場合、液圧シリンダ１は、車体と車輪との相対移動によって伸縮するため、液圧シリンダ１には車体および車輪の振動が入力される。液圧シリンダ１に入力される振動によって、第２流路５におけるポンプ９を通過する液体の流量も変化するので、モータ８の回転速度およびトルクも変動する。よって、フィルタ処理部３０で処理する前のモータ８の回転速度およびトルクには、車輪の共振周波数帯の高周波成分や高周波ノイズが重畳している。
【0059】
そのため、フィルタ処理部３０による処理を行わない場合、モータ８の動作点は、高周波で振動的に推移するので、後に続く、モータ８の動作状態の判定等の処理でハンチングが生じる可能性がある。そのため、第１フィルタ３０ａおよび第２フィルタ３０ｂは、本実施の形態では、ばね上部材の共振周波数成分の抽出が可能なようにバンドパスフィルタとされている。ばね上部材の共振周波数帯は、１Ｈｚ～２Ｈｚ程度であるので、第１フィルタ３０ａおよび第２フィルタ３０ｂは、１Ｈｚ～２Ｈｚの成分を抽出できる特性となるように設定される。
【0060】
このように、本実施の形態のシリンダ装置Ａでは、モータ８の回転速度およびトルクがフィルタ処理部３０によって処理されてモータ８の回転速度およびトルクから高周波のばね下共振周波数以上の成分が除去されるので、車両におけるばね上部材の振動に応じてモータ８の制動状態を精度良く把握できるようになり、第２可変絞り弁制御部２３による第２可変絞り弁７の絞り係数を適切に制御できるようになる。なお、フィルタ処理部３０における第１フィルタ３０ａおよび第２フィルタ３０ｂは、ばね上共振周波数帯の成分を抽出するフィルタとされているが、少なくともばね下共振周波数帯以上の成分を除去可能なローパスフィルタであってもよい。このように、第１フィルタ３０ａおよび第２フィルタ３０ｂがばね下共振周波数帯以上の成分を除去可能なローパスフィルタとされても、ばね下部材の振動やノイズを回転速度およびトルクの信号から取り除いて、モータ８の制動状態を精度良く把握できるようになり、第１可変絞り弁制御部２２による第１可変絞り弁６の絞り係数を適切に制御できるようになる。なお、フィルタ処理部３０における第１フィルタ３０ａおよび第２フィルタ３０ｂを設けることで、モータ８の制動状態を精度良く把握できるようになるが、第１フィルタ３０ａおよび第２フィルタ３０ｂを省略することも可能である。
【0061】
つづいて、制動状態判定部３１は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ８が制動状態であるか否かを判定する。具体的には、制動状態判定部３１は、フィルタ処理後回転速度の符号とフィルタ処理後トルクの符号とから、モータ８の動作点が図４中でどの象限にあるのかを判断して、モータ８が制動状態と力行状態の何れであるのかを判定する。制動状態判定部３１は、モータ８の動作状態を判定した後、判定結果を絞り係数演算部３３に入力する。
【0062】
詳細には、制動状態判定部３１は、フィルタ処理後回転速度が正であってフィルタ処理後トルクが正である場合、つまり、フィルタ処理後回転速度をωｆとし、フィルタ処理後トルクをＴｆとすると、ωｆ≧０かつＴｆ≧０である場合、モータ８の動作点が図４中第１象限の力行領域にあると判断して、モータ８の動作状態を第１象限における力行状態であると判定する。
【0063】
また、制動状態判定部３１は、フィルタ処理後回転速度が負であってフィルタ処理後トルクが正である場合、つまり、ωｆ＜０かつＴｆ≧０である場合、モータ８の動作点が図４中第２象限の制動領域にあると判断して、モータ８の動作状態を第２象限における制動状態であると判定する。
【0064】
さらに、制動状態判定部３１は、フィルタ処理後回転速度が負であってフィルタ処理後トルクが負である場合、ωｆ＜０かつＴｆ＜０である場合、モータ８の動作点が図４中第３象限の力行領域にあると判断して、モータ８の動作状態を第３象限における力行状態であると判定する。
【0065】
そして、制動状態判定部３１は、フィルタ処理後回転速度が正であってフィルタ処理後トルクが負である場合、つまり、ωｆ≧０かつＴｆ＜０である場合、モータ８の動作点が図４中第４象限の制動領域にあると判断して、モータ８の動作状態を第４象限における制動状態であると判定する。
【0066】
このように、制動状態判定部３１は、ωｆの値が正である負であるか、およびＴｆの値が正であるか負であるのかを判断して、モータ８の動作点が４つの象限の何れに当てはまるのかを判断して、モータ８の動作状態が制動状態であるか力行状態であるかを判断する。
【0067】
動作点位置判定部３２は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙにあるか否かを判定して、判定結果を絞り係数演算部３３に入力する。
【0068】
ここで、モータ８をブラシレスＤＣモータとして、モータ８の巻線に印可されるｑ軸電圧をｖｐとし、モータ８の巻線のｑ軸電流をｉｐとし、モータ８の巻線のインダクタンスをＬとし、モータ８の巻線の抵抗をＲとし、モータ８のトルク定数をＫｍとし、モータ８の回転速度から角速度へ変換する係数をＫωとし、モータ８の回転速度をωｍとし、モータ８の発生トルクをＴｍとし、モータ８の負担トルクをＴｌとし、モータ８の粘性抵抗をＣｍとし、モータ８が定常状態であって回転速度に変化がないものとすると、モータ８における回転方程式、トルク方程式および運動方程式は、それぞれ、以下の式６、式７および式８で表すことができる。
【0069】
【数6】
【0070】
【数7】
【0071】
【数8】
【0072】
また、図外の電源からモータ８に入力される電力Ｐは、以下の式９で表される。
【0073】
【数9】
【0074】
電力Ｐの符号が正である場合、モータ８は電力を消費することを表し、ここで、式９に式６を代入すると式１０を得る。
【0075】
【数10】
【0076】
式１０を変形して平方完成すると式１１が得られる。
【0077】
【数11】
【0078】
上述の式１１から、式１１中の第１項が０になるとき電力Ｐの値が最小になって負の値を採ることが解る。電力Ｐの値が負となるということは、モータ８が発電して電力回生している状態となっているということである。つまり、モータ８の回転速度がωｍであるときにモータ８の回生電力を最大化する電流ｉｑｍａｘは以下の式１２のように求まる。
【0079】
【数12】
【0080】
式１２を式１１に代入すると、或る回転速度での回生電力の最大値Ｐｍａｘを以下の式１３によって求めることができる。
【0081】
【数13】
【0082】
さらに、式７および式１２を式８に代入すると、モータ８の負担トルクＴｍとモータ８の回転速度との関係が以下の式１４で表される。
【0083】
【数14】
【0084】
式１４は、回生電力を最大とする場合のモータ８の回転速度と負担トルクとの関係を示しており、回生効率最大直線を示す式に他ならない。つまり、式１４の左辺の負担トルクは、その時のモータ８の回転速度において、回生電力を最大とする回生最大トルクとなる。よって、モータ８の回転速度とトルクの実測値を式１５に代入して、式１５が成り立つ場合、モータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在していること示している。
【0085】
【数15】
【0086】
よって、動作点位置判定部３２は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとを式１５に代入して、式１５が成り立つ場合、モータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在すると判定する。
【0087】
絞り係数演算部３３は、制動状態判定部３１の判定結果がモータ８の動作状態が制動状態であって、動作点位置判定部３２の判定結果がモータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在しているとの判定である場合、モータ８の回転速度と液圧シリンダ１が発生している推力とに基づいて、モータ８の動作点を回生効率最大直線上に配置するために必要な第２可変絞り弁７の絞り係数を求める。
【0088】
モータ８が定常状態であるとして、モータ８の回転速度に変化がないものとし、ポンプ９の押し退け容積をＶｐとし、液圧シリンダ１の上方の作動室Ｒ１の圧力をｐｕとし、液圧シリンダ１の下方の作動室Ｒ２の圧力をｐｌとし、第２可変絞り弁７の絞り係数をｆｖ２とし、モータ８の巻線に流れる電流をｉｍとすると、以下の式１６が成り立つ。
【0089】
【数16】
【0090】
また、液圧シリンダ１が発生する推力をｆａとし、ピストン３の受圧面積をＡとすると、推力ｆａは以下の式１７で表すことができる。
【0091】
【数17】
【0092】
式１６に式１２と式１７を代入して変形すると、モータ８の動作点が回生効率最大直線上に乗る絞り係数ｆｖ２を求める式１８が得られる。
【0093】
【数18】
【0094】
式１８中のモータ８の回転速度ωｍおよび液圧シリンダ１が発生している推力ｆａ以外の値は既知であるから、絞り係数ｆｖ２の値は、回転速度ωｍおよび推力ｆａをパラメータとして変化することが理解できる。よって、回転速度ωｍおよび推力ｆａを検知することによってモータ８の動作点が回生効率最大直線上に乗る絞り係数ｆｖ２を求めることができる。そして、第２可変絞り弁７の絞り係数が前述のようにして求めた絞り係数ｆｖ２に一致させると、モータ８のトルクが回生最大トルクに一致するようになって、モータ８の動作点が回生効率最大直線上に乗って回生効率を最大にすることができる。
【0095】
よって、絞り係数演算部３３は、制動状態判定部３１の判定結果がモータ８の動作状態が制動状態であって、動作点位置判定部３２の判定結果がモータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在しているとの判定である場合、モータ８の回転速度と、実推力検知部２５が求めた推力とを式１８に代入して、モータ８の動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁７の絞り係数ｆｖ２を求める。そして、絞り係数演算部３３は、モータ８の動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁７の絞り係数ｆｖ２を求めると、求めた絞り係数ｆｖ２を第２可変絞り弁７の目標絞り係数に設定する。
【0096】
他方、絞り係数演算部３３は、制動状態判定部３１の判定結果がモータ８の動作状態が力行状態である場合、或いは、動作点位置判定部３２の判定結果がモータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在していないと判定される場合、絞り係数演算部３３は、ポンプ９の駆動の妨げにならないように第２可変絞り弁７の制御上で採りえる最大の絞り係数を目標絞り係数に設定する。
【0097】
絞り係数演算部３３が求めた目標絞り係数は、駆動回路３４に入力される。駆動回路３４は、第２可変絞り弁７の絞り係数を目標絞り係数通りになるように第２可変絞り弁７の図外の駆動源に電流を与えて第２可変絞り弁７の絞り係数を調整する。
【0098】
このように、モータ８の動作状態が制動状態であり、モータ８の動作点が第２象限中にあって回生効率最大直線よりも上方の領域Ｘに位置しているか、或いは、モータ８の動作点が第４象限中にあって回生効率最大直線よりも下方の領域Ｙに位置している場合、回生制御部２１は、回生制御を行って第２可変絞り弁７の絞り係数を小さくする。回生制御部２１が回生制御を行って第２可変絞り弁７の絞り係数を小さくすると、モータ８の回転速度が一定のまま、モータ８のトルクが減少して回生最大トルクに一致するようになり、モータ８の動作点が回生効率最大直線に乗ることになる。そして、回生制御部２１の回生制御によってモータ８の動作点が回生効率最大直線に乗ると、モータ８の回生電力がその時の回転速度で最大となって回生効率が向上する。
【0099】
以上のように構成されたコントローラ１１は、図６に示したフローチャートにしたがって、第２可変絞り弁７の絞り係数の制御を行う。まず、コントローラ１１は、モータ８の回転速度とモータ８に流れるトルクとを検知する（ステップＦ１）。つづいて、コントローラ１１は、モータ８の回転速度とトルクとをフィルタ処理して、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとを得る（ステップＦ２）。
【0100】
さらに、コントローラ１１は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとからモータ８の動作状態が制動状態であるか否かを判定する（ステップＦ３）。つづいて、モータ８の動作状態が制動状態である場合、コントローラ１１は、モータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在しているか否かを判定する（ステップＦ４）。そして、ステップＦ３およびステップＦ４の判定で、モータ８が制動状態であって、かつ、モータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在していると判定される場合、コントローラ１１は、モータ８の動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁７の絞り係数を求めて（ステップＦ５）、目標絞り係数を求めた絞り係数に設定する（ステップＦ６）。ステップＦ３およびステップＦ４の判定で、モータ８が力行状態であるか、或いは、モータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在していないと判定される場合、コントローラ１１は、第２可変絞り弁７が制御上採りえる最大の絞り係数を目標絞り係数に設定する（ステップＦ７）。目標絞り係数の設定が完了すると、コントローラ１１は、駆動回路３４から電流を第２可変絞り弁７の駆動源に供給して第２可変絞り弁７の絞り係数が目標絞り係数となるように制御する（ステップＦ８）。
【0101】
コントローラ１１は、以上までの処理を繰り返して実行して、モータ８が制動状態における回生電力を大きくなるように、第２可変絞り弁７の絞り係数を制御する。
【0102】
なお、コントローラ１１は、推力制御部２０における駆動回路、実推力検知部２５における圧力センサ２５ａ，２５ｂ、第１可変絞り弁制御部２２における駆動回路および第２可変絞り弁制御部２３における駆動回路３４を除き、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、推力指令、モータ８の回転速度およびトルク（電流）およびシリンダ２内の圧力の信号を取り込むためのインターフェースと、モータ８、第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７を制御するのに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、前記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置と、前記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、コントローラ１１における推力制御部２０および回生制御部２１の各部は、ＣＰＵの前記プログラムの実行により実現できる。また、コントローラ１１は、ＣＰＵの前記プログラムの実行による実現にかえて、アナログの電子回路によって実現されてもよい。
【0103】
以上、本実施の形態のシリンダ装置Ａは、シリンダ２と、シリンダ２内に移動自在に挿入されてシリンダ２内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン３と、互いに並列して作動室同士Ｒ１，Ｒ２を連通する第１流路４と第２流路５と、第１流路４に設けられた第１可変絞り弁６と、第２流路５に直列に設けられる第２可変絞り弁７およびモータ８によって駆動される双方向吐出型のポンプ９とを有する液圧シリンダ１と、第１可変絞り弁６、第２可変絞り弁７およびモータ８を制御するコントローラ１１とを備え、コントローラ１１は、モータ８の動作点が第２象限と第４象限にあるとモータ８の動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系において、モータ８の動作点が第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域Ｘに位置している場合、或いは、モータ８の動作点が第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域Ｙに位置している場合、モータ８の回転速度と液圧シリンダ１が発生している推力とに基づいてモータ８の動作点を回生効率最大直線上に乗せる第２可変絞り弁７の目標絞り係数を求め、第２可変絞り弁を制御する。このように構成されたシリンダ装置Ａによれば、モータ８が制動状態になって電力回生が可能となって、第２可変絞り弁７の絞り係数の制御でモータ８の動作点を回生効率最大直線上へ移動させ得る状況となると、第２可変絞り弁７の絞り係数を目標可変絞り係数に調整して、モータ８の動作点を回生効率最大直線上へ移動させる。よって、シリンダ装置Ａによれば、モータ８の動作点を回生効率最大直線上へ移動させ得る状況を見極めて、実際に回生電力を最大とすることができる。
【0104】
また、本実施の形態のシリンダ装置Ａにおけるコントローラ１１は、モータ８の回転速度とトルクとに基づいてモータ８が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部３１を備えている。このように構成されたシリンダ装置Ａによれば、モータ８の回転速度とトルクとに基づいて回転速度トルク座標系においてモータ８の動作点が制動状態となる第２象限と第４象限に存在していることを精度よく判定できるので、第２可変絞り弁７の絞り係数を調整して回生効率を向上させる回生制御を実行する１つの条件の見極めを正確に行える。
【0105】
また、本実施の形態のシリンダ装置Ａでは、コントローラ１１は、モータ８の回転速度から車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去する第１フィルタ３０ａと、モータ８のトルクから車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去する第２フィルタ３０ｂと、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ８が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部３１と、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ８の動作点が領域Ｘ或いは領域Ｙに存在している否かを判定する動作点位置判定部３２とを備えている。このように構成されたシリンダ装置Ａによれば、モータ８の回転速度およびトルクから高周波のばね下共振周波数以上の成分が除去されるので、車両におけるばね上部材の振動に応じてモータ８の制動状態と動作点の位置を精度良く把握できるようになり、第２可変絞り弁７の絞り係数を適切に制御できるようになる。
【0106】
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。
【符号の説明】
【0107】
１・・・液圧シリンダ、２・・・シリンダ、３・・・ピストン、４・・・第１流路、５・・・第２流路、６・・・第１可変絞り弁、７・・・第２可変絞り弁、８・・・モータ、９・・・ポンプ、１１・・・コントローラ、３１・・・制動状態判定部、Ａ・・・シリンダ装置、Ｒ１，Ｒ２・・・作動室
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-12-06
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダと、前記シリンダ内に移動自在に挿入されて前記シリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、互いに並列して前記作動室同士を連通する第１流路と第２流路と、前記第１流路に設けられた第１可変絞り弁と、前記第２流路に直列に設けられる第２可変絞り弁およびモータによって駆動される双方向吐出型のポンプとを有する液圧シリンダと、
前記第１可変絞り弁、前記第２可変絞り弁および前記モータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記モータの動作点が第２象限と第４象限にあると前記モータの動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系において、前記モータの動作点が前記第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域に位置している場合、或いは、前記モータの動作点が前記第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に位置している場合、前記モータの回転速度と前記液圧シリンダが発生している推力とに基づいて前記モータの動作点を前記回生効率最大直線上に乗せる前記第２可変絞り弁の目標絞り係数を求め、前記第２可変絞り弁を制御する
ことを特徴とするシリンダ装置。
前記第１可変絞り弁、前記第２可変絞り弁および前記モータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記モータの動作点が第２象限と第４象限にあると前記モータの動作状態が制動状態となる回転速度トルク座標系において、前記モータの動作点が前記第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域に位置している場合、或いは、前記モータの動作点が前記第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に位置している場合、前記モータの回転速度と前記液圧シリンダが発生している推力とに基づいて前記モータの動作点を前記回生効率最大直線上に乗せる前記第２可変絞り弁の目標絞り係数を求め、前記第２可変絞り弁を制御する
ことを特徴とするシリンダ装置。
【請求項2】
前記コントローラは、
前記モータの回転速度とトルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
前記モータの回転速度とトルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
【請求項3】
前記コントローラは、
前記モータの回転速度から車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第１フィルタと、
前記モータのトルクから前記車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第２フィルタと、
前記フィルタ処理後回転速度と前記フィルタ処理後トルクとに基づいて前記モータの動作点が前記第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域、或いは、前記第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に存在している否かを判定する動作点位置判定部とを備え、
前記制動状態判定部は、前記フィルタ処理後回転速度と前記フィルタ処理後トルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
前記モータの回転速度から車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第１フィルタと、
前記モータのトルクから前記車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第２フィルタと、
前記フィルタ処理後回転速度と前記フィルタ処理後トルクとに基づいて前記モータの動作点が前記第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域、或いは、前記第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に存在している否かを判定する動作点位置判定部とを備え、
前記制動状態判定部は、前記フィルタ処理後回転速度と前記フィルタ処理後トルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0012】
また、シリンダ装置におけるコントローラは、モータの回転速度とトルクとに基づいてモータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部を備えてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータの回転速度とトルクとに基づいて回転速度トルク座標系においてモータの動作点が制動状態となる第２象限と第４象限に存在していることを精度よく判定でき、第２可変絞り弁の絞り係数を調整して回生効率を向上させる回生制御を実行する１つの条件の見極めを正確に行える。さらに、シリンダ装置におけるコントローラは、モータの回転速度から車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第１フィルタと、モータのトルクから車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第２フィルタと、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータの動作点が第２象限中の回生効率最大直線よりもトルクの大きい領域、或いは、第４象限中の回生効率最大直線よりもトルクの小さい領域に存在している否かを判定する動作点位置判定部とを備え、制動状態判定部は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータが制動状態であるか否かを判定してもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータの回転速度およびトルクから高周波のばね下共振周波数以上の成分が除去されるので、車両におけるばね上部材の振動に応じてモータの制動状態と動作点の位置を精度良く把握できるようになり、第２可変絞り弁の絞り係数を適切に制御できるようになる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0043】
具体的には、モータ８の回転速度と負担トルクの交点（モータの動作点）が点ａにあるときに、第１可変絞り弁６における絞り係数Ｃ１を大きくしていくと、前記交点を点ｂ側へシフトさせることができ、第２可変絞り弁７における絞り係数Ｃ２を小さくしていくと、前記交点を点ｃ側へシフトさせることができ、第１可変絞り弁６における絞り係数Ｃ１を大きくし第２可変絞り弁７における絞り係数Ｃ２を小さくしていくと前記交点を点ｄ側へシフトさせることができるのである。つまり、第１可変絞り弁６および第２可変絞り弁７の絞り係数を制御することで、モータ８の回転速度と負担トルクをコントロールすることができるのである。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0068】
ここで、モータ８をブラシレスＤＣモータとして、モータ８の巻線に印加されるｑ軸電圧をｖｐとし、モータ８の巻線のｑ軸電流をｉｑとし、モータ８の巻線のインダクタンスをＬとし、モータ８の巻線の抵抗をＲとし、モータ８のトルク定数をＫｍとし、モータ８の回転速度から角速度へ変換する係数をＫωとし、モータ８の回転速度をωｍとし、モータ８の発生トルクをＴｍとし、モータ８の負担トルクをＴｌとし、モータ８の粘性抵抗をＣｍとし、モータ８が定常状態であって回転速度に変化がないものとすると、モータ８における回転方程式、トルク方程式および運動方程式は、それぞれ、以下の式６、式７および式８で表すことができる。