JP2024053184A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生可能な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の途中に設けられた第１可変絞り弁６と、第２流路５の途中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が制動状態であって電圧指令が飽和していると、第1可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数の一方または両方を制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、シリンダ装置に関する。

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）。

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。

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、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。前述のように、従来のシリンダ装置では、モータを力行領域で使用して油圧シリンダを積極的に伸縮させる場合の他に、モータが制動領域で使用される場合もモータが発生するトルクを制御することによりシリンダ装置が発生する推力を調整できる。

特開２００９－１９６５９７号公報

ここで、シリンダ装置の機械的な共振周波数ｆｍは、第１可変絞り弁の絞り係数をｆｖ１、第２可変絞り弁の絞り係数をｆｖ２、流体の体積弾性係数をＫｏ、ポンプの押しのけ容積をＶｐ、モータのロータの慣性モーメントをＩｍ、上下室の初期体積をＶ_０とすると、以下の式１で表すことができる。

他方、モータの電気的な共振周波数をｆｅとし、巻線の抵抗をＲとし、巻線のインダクタンスをＬとし、ロータの電気角速度をφとすると、共振周波数は以下の式２で表すことができる。式２からモータの電気的な共振周波数ｆｅは、ロータの電気角速度φに応じて変化し、モータの回転速度が高くなればなるほど共振周波数ｆｅの値も高くなることが解る。

モータの回転速度が高速になって、電気的な共振周波数ｆｅの値が機械的な共振周波数ｆｍの値に近づくと、互いの振動を励起して発振を引き起こすような振動モードが現れ、シリンダ装置が発生する推力が安定せずに振動的に変化する現象が生じる。なお、この現象は、特開２００８－６７５８１に開示されているように、モータが制動状態であること、モータの電圧指令が飽和状態であること、およびシリンダ装置の機械的な共振周波数とモータの電気的な共振周波数が近づくことという３つの条件がすべてそろった場合に発生することが知られている。

ところが、従来のシリンダ装置では、前述したように、外力によって伸縮してモータが制動領域で使用される場面が多くある。よって、従来のシリンダ装置では、外力の作用で非常に高速で伸縮する場合にモータが制動状態で動作し、かつ、モータの回転速度が高くなって、電気的な共振周波数ｆｅの値が機械的な共振周波数ｆｍの値に接近してモータが発振する振動モードが発生して発生推力が振動的に変動する可能性がある。

そこで、本発明は、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生可能なシリンダ装置の提供を目的とする。

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、モータが制動状態であって、モータの電圧指令が飽和していると判定すると、モータの回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置の機械的な共振周波数を変更するか、或いは、モータの回転速度或いはトルクの一方または両方を低下させるように第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一方または両方を制御する。

このように構成されたシリンダ装置によれば、モータが制動状態であり、かつ、モータの電圧指令が飽和していると判定することで、モータが発振する可能性があることを把握でき、モータの回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置の機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータの回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータを制御可能な状態に復帰させることで、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生させることができる。

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と、モータのｑ軸の電圧指令とｄ軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータの電圧指令の飽和を判定する飽和判定部とを備えてもよい。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、また、ｑ軸の電圧指令とｄ軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータの電圧指令の飽和を判定しているのでモータの電圧指令が飽和しているか否かを容易に判定でき、発振防止制御を実行する条件の見極めを正確かつ容易に行える。

以上より、本発明のシリンダ装置によれば、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生できる。

図１は、一実施の形態におけるシリンダ装置の概念図である。 図２は、一実施の形態におけるシリンダ装置の流量と差圧の関係を示したモデル図である。 図３は、モータの回転速度をポンプの通過流量に対応させるとともに、モータのトルクを液体がポンプを通過する際の差圧（圧力損失）に対応させたグラフである。 図４は、モータの回転速度と出力可能なトルクの範囲を示す図である。 図５は、コントローラの構成を示した図である。 図６は、発振防止制御部の構成を示した図である。

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。

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。

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。

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。

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、本実施の形態では３相ブラシレスＤＣモータとされており、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できる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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３が得られる。

ここで、Ｃ＝Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ２＋Ｃ３）とおくと、式３は下記式４と書くことができる。

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５が成立する。

式５を式４に代入してまとめると、以下の式６を得る。

そして、上記式６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。

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。

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７を得る。

そして、上記式７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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象限における横軸に平行な直線ｊ１と、直線ｊ１に連なる曲線ｋ１，ｋ２と、第３象限および第４象限における横軸に平行な直線ｊ２と、直線ｊ２に連なる曲線ｋ３，ｋ４と、で囲まれた領域となる。なお、直線ｊ１，ｊ２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。曲線ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４もまた、その時の回転速度においてモータ８が出力可能な負担トルクの領域と出力不可能な負担トルクの領域とを仕切る線であり、図外の電源の電圧、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。なお、図４では、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。

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出力可能な負担トルクが小さくなることになる。

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。

そして、直線ｊ１と直線ｊ１に連なる曲線ｋ１，ｋ２とでなる線と、直線ｊ２と直線ｊ２に連なる曲線ｋ３，ｋ４とでなる線とは、回転速度トルク座標系においてモータ８の出力限界を示しており、第２象限および第４象限の制動領域においてモータ８の回転速度とトルクの交点である動作点が出力限界を超える領域Ｘにあると、モータ８が制御不能な状態となっていることを示している。また、モータ８の動作点が制動領域であって出力限界内の領域Ｙにある場合には、モータ８がその時の回転速度において所望のトルクを発生可能であるので、モータ８は制御可能な状態となっていることを示している。

ここで、図３に示すように、第１可変絞り弁６の絞り係数を大きくすることによりモータ８の回転速度を低下させることができ、第２可変絞り弁７の絞り係数を小さくすることによりモータ８が負担するトルクを低下させることができる。よって、モータ８が第２象限および第４象限にあってモータ８が制動状態であって、モータ８の動作点が出力限界を超えて領域Ｘにあってモータ８を正常に制御できない場合、第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数の一方または両方を調整することで、モータ８の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Ａの機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータ８の回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータ８を制御可能な状態に復帰させることで、モータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止し、シリンダ装置Ａに安定した推力を発生させ得る。このことは、式１中でシリンダ装置Ａの機械的な共振周波数ｆｍが第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数をパラメータして変更できるので、前述したように、第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数の一方または両方を調整することで、モータ８の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Ａの機械的な共振周波数を変更することによってモータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止できることが理解できよう。また、詳細には説明しないが、モータ８の電流入力からシリンダ装置Ａの推力までの伝達関数から、第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数の組み合わせよってシリンダ装置Ａの減衰比を変更可能である。

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１可変絞り弁６の絞り係数および第２可変絞り弁７の絞り係数を制御してモータ８の発振を防止する発振防止制御部３０を備えている。

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２１と、電流指令生成部２１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べく電圧指令を生成する電流ループ２２と、電流ループ２２からの電圧指令の入力によってモータ８に電力供給する駆動回路２３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。

電流指令生成部２１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ＰＩＤ（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。また、電流指令生成部２１は、３相を２相に変換して固定座標を回転座標に変換することでロータの電気角に無関係にトルクを発生するためのｑ軸電流と磁束を発生するためのｄ軸電流に分解してモータ８を制御するベクトル制御を行って、モータ８のｑ軸電流指令ｉｑ^＊とｄ軸電流指令ｉｄ^＊とを求める。

なお、液圧シリンダ１の実推力は、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２１は、推力指令から目標電流を求めてｑ軸電流指令ｉｑ^＊とｄ軸電流指令ｉｄ^＊と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、図示はしないが、実推力検知部２５に代えて、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液圧シリンダ１の実推力を推定する実推力推定部を備えていてもよい。実推力推定部は、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の実推力を推定するオブザーバ、或いは、車体の変位と速度といったシリンダ装置Ａが搭載されたシステムの状態量を検知して当該状態量から液圧シリンダ１の実推力を推定するオブザーバとされてもよい。また、実推力推定部は、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、このように実推力推定部は、シリンダ装置Ａの制御以外の用途に使用されているセンサ情報から実推力を推定してもよい。そして、電流指令生成部２１は実推力推定部が推定した実推力をフィードバックして目標電流を求めてもよい。

電流ループ２２は、モータ８の３相の巻線に流れる電流のうち、少なくとも２相の電流の情報からモータ８のｑ軸電流ｉｑとｄ軸電流ｉｄとの情報を得て、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊とｑ軸電流ｉｑとのｑ軸電流偏差をＰＩＤ補償してｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を生成するとともに、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊とｄ軸電流ｉｄとのｄ軸電流偏差をＰＩＤ補償してｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊を生成する。そして、本実施の形態の電流ループ２２は、電流指令としてｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とを求めて、これらの２相の各電圧指令Ｖｑ^＊，Ｖｄ^＊をモータ８の実際のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへ変換して駆動回路２３へ入力する。また、電流ループ２２は、求めたｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とを後述する発振防止制御部３０へ入力する。なお、電流ループ２２は、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊からｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を求める制御パスと、ｑ軸電流指令ｉｄ^＊からｑ軸電圧指令Ｖｄ^＊を求める制御パスとにおいて、ＰＩＤ補償ではなくＰＩ補償を行ってもよい。

なお、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をベクトル制御するので、最大トルク制御や弱め界磁制御といった回転速度トルク特性を向上させる制御を行ってもよい。

駆動回路２３は、３相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを受け取ると、電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが指示するデューティ比にしたがってモータ８の３相の巻線に電圧を印可してモータ８をＰＷＭ駆動する。なお、駆動回路２３は、モータ８の３相の巻線に流れる電流を検知するセンサを備えており、電流ループ２２の処理で必要となるモータ８の巻線に流れる電流の情報を電流ループ２２へフィードバックとして入力する。なお、電流ループ２２は、駆動回路２３からモータ８の巻線に流れる電流の情報を得ているが、別途、モータ８の巻線に流れる電流を検知するセンサを備えていてもよい。

つづいて、発振防止制御部３０は、モータ８の回転速度、トルクおよび推力制御部２０における電圧指令を監視しつつ第１可変絞り弁６および第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。また、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が３相ブラシレスＤＣモータとなっているので、ｄ軸電流を０にした場合はモータ８のトルクがｑ軸電流ｉｑに比例するからｑ軸電流ｉｑをそのままトルクと看做すことができ、電流ループ２２からｑ軸電流ｉｑ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、発振防止制御部３０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。発振防止制御部３０は、モータ８の回転速度、トルクおよび電圧指令を所定の演算周期で順次取り込み、取り込んだ回転速度、トルクおよび電圧指令を処理する。発振防止制御部３０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ｑ軸電流ｉｑをトルクと看做すことができるので、モータ８のｑ軸電流ｉｑをトルクとして取り扱って処理すればよい。

発振防止制御部３０は、モータ８の動作状態が制動状態であり、電流ループ２２が生成する電流指令が飽和状態となっていることを条件として、モータ８の回転速度或いはトルク或いは回転速度とトルクを低下させてモータ８の発振を防止する発振防止制御を行う。他方、モータ８が力行状態であるか或いは制動状態でも電流ループ２２が生成する電流指令が飽和しておらず発振防止制御を行う条件が整っていない場合、モータ８を正常に制御可能な状態であるにもかかわらず、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モータ８で消費するエネルギも高くなってしまう。よって、発振防止制御を行う条件が整っていない場合、発振防止制御部３０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の絞り係数を最小の値或いは極小さな値である第１初期値に固定して、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。また、第２可変絞り弁７は、ポンプ９と直列に第２流路５に設けられておりポンプ９の動作に対して抵抗となってしまうため、発振防止制御を行う条件が整っていない場合には、発振防止制御部３０は、ポンプ９が吐出する液体の通過を第２可変絞り弁７が妨げないように、第２可変絞り弁７の絞り係数を最大の値である第２初期値とする。

以下、発振防止制御部３０について詳細に説明する。発振防止制御部３０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３１ａ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３１ｂとを備えたフィルタ処理部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が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部３２と、モータ８の電圧指令が飽和状態であるか否かを判定する飽和判定部３３と、制動状態判定部３２の判定結果と飽和判定部３３の判定結果とに基づいて第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数とを求める目標絞り係数設定部３４と、目標絞り係数設定部３４が求めた目標絞り係数を指示する指令を受けて第１可変絞り弁６における図外の駆動源と第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３５とを備えて構成されている。

フィルタ処理部３１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３１ａ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３１ｂとを備えている。フィルタ処理部３１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。

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３１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。

そのため、フィルタ処理部３１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３１ａおよび第２フィルタ３１ｂ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３１ａおよび第２フィルタ３１ｂ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。

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、発振防止制御部３０による第１可変絞り弁６の絞り係数および第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３１における第１フィルタ３１ａおよび第２フィルタ３１ｂ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３１ａおよび第２フィルタ３１ｂ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、発振防止制御部３０による第１可変絞り弁６と第２可変絞り弁７とを適切に制御できるようになる。なお、フィルタ処理部３１における第１フィルタ３１ａおよび第２フィルタ３１ｂ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３１ａおよび第２フィルタ３１ｂを省略することも可能である。

つづいて、制動状態判定部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３２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３２は、モータ８の動作状態を判定した後、判定結果を目標絞り係数設定部３４に入力する。

詳細には、制動状態判定部３２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（力行判定）する。

また、制動状態判定部３２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（制動判定）する。

さらに、制動状態判定部３２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（力行判定）する。

そして、制動状態判定部３２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（制動判定）する。

このように、制動状態判定部３２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。

飽和判定部３３は、電流ループ２２が求めたｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とでなる電圧指令が飽和しているか否かを判定する。モータ８の巻線には、モータ８に電力供給する図外の電源の電圧を超える電圧を印可することができないので、電圧指令と電源電圧を基準とした飽和電圧とを比較することで、電圧指令が飽和しているか否かを判定すればよい。駆動回路３５に入力される３相の電圧指令で飽和判定を行う場合、飽和判定が面倒になるが、本実施の形態のシリンダ装置Ａでは、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とでなる電圧指令の大きさはｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊と合成ベクトル長さで把握でき、ｑ軸とｄ軸とが互いに直交しているので、前記合成ベクトル長さの値の演算も容易であり、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊と合成ベクトル長さと飽和電圧との比較によって電圧指令が飽和しているか否かを直ちに判定できる。

よって、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊の合成ベクトル長さと飽和電圧Ｖｓとを比較して、電圧指令が飽和しているか否かを判定すればよい。

そこで、飽和判定部３３は、具体的には、電流ループ２２が求めたｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊の合成ベクトル長さの二乗の値（Ｖｑ^＊２＋Ｖｄ^＊２）と飽和電圧Ｖｓの二乗の値とを比較して、合成ベクトル長さの二乗の値が飽和電圧Ｖｓの二乗の値を超えている場合にモータ８に対する電圧指令が飽和していると判定（飽和判定）し、合成ベクトル長さの二乗の値が飽和電圧Ｖｓの二乗の値以下である場合にモータ８に対する電圧指令が飽和していないと判定（非飽和判定）する。

つまり、飽和判定部３３は、（Ｖｑ^＊２＋Ｖｄ^＊２）＞Ｖｓ^２である場合に電圧指令が飽和していると判定し、（Ｖｑ^＊２＋Ｖｄ^＊２）≦Ｖｓ^２である場合に電圧指令が飽和していないと判定する。なお、上記判断の基準となる飽和電圧Ｖｓは、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相巻線の端子間電圧を図外の電源の電圧まで上昇させることができ得るような制御を実施する場合には１／√２を電源電圧に乗じた値とすればよく、また、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相巻線に正弦波電圧を印加するように制御する場合には、√６／４を電源電圧に乗じた値とすればよい。

このように、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊の合成ベクトル長さの二乗の値、すなわち、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊の二乗の値とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊の二乗の値とを足し合わせた加算値（Ｖｑ^＊２＋Ｖｄ^＊２）と飽和電圧Ｖｓの二乗とを比較して、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊の合成ベクトル長さ（Ｖｑ^＊２＋Ｖｄ^＊２）^１／２が飽和電圧Ｖｓを超えているかを判断するようにしているので、この判断に必要な演算にルート演算を行わずに済み、演算時間の短縮に寄与することができる。そして、飽和判定部３３は、判定結果を目標絞り係数設定部３４へ入力する。

目標絞り係数設定部３４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、飽和判定部３３の判定結果がモータ８の電圧指令が飽和しているとの判定である場合、モータ８の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Ａの機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータ８の回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータ８を制御可能な状態に復帰させることで、シリンダ装置Ａの発振を防止する。目標絞り係数設定部３４は、力行判定或いは非飽和判定の場合、シリンダ装置Ａの推力が発振する恐れがないため発振防止制御を行わず、第１可変絞り弁６の目標絞り係数を第１初期値として第１可変絞り弁６の流路面積を最小或いは極小さくするように制御し、第２可変絞り弁７の目標絞り係数を最大として第２可変絞り弁７の流路面積を最大となるように制御する。他方、目標絞り係数設定部３４は、制動判定かつ飽和判定の場合、モータ８の回転速度とトルクとを制御できず、モータ８の回転速度が高速になって電気的な共振周波数が機械的な共振周波数に接近するとモータ８が発振する可能性がある状態となっているため発振防止する発振防止制御を行う。目標絞り係数設定部３４は、発振を防止する場合、第１可変絞り弁６の流路面積を大きくしてモータ８の回転速度を低下させるか、或いは、第２可変絞り弁７の流路面積を小さくしてモータ８の負担トルクを低下させるか、或いは、それらの両方を行う。目標絞り係数設定部３４が発振防止制御を行ってモータ８の回転速度を低下させる場合には、モータ８の電気的な共振周波数が低下してより高周波側に存在するモータ８の機械的な共振周波数から遠ざかると同時にモータ８の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させ、モータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生させることができる。また、目標絞り係数設定部３４が発振防止制御を行ってモータ８のトルクを低下させる場合には、モータ８の動作点をモータ８の制御が可能な領域Ｙに収めることにより、モータ８を正常に制御できるようになり、モータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止し、シリンダ装置Ａに安定した推力を発生させ得る。また、モータ８の電流入力からシリンダ装置Ａの推力までの伝達関数から、第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数との組み合わせよってシリンダ装置Ａの減衰比を変更可能であるので、シリンダ装置Ａの減衰比を変更することでモータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止してもよい。

第１可変絞り弁６の絞り係数を制御する場合、目標絞り係数設定部３４は、制動状態判定部３１の判定結果が制動判定であって飽和判定部３３の判定結果が飽和判定となると、第１可変絞り弁６の絞り係数を第１初期値からモータ８の回転速度の十分に低下させ得る第１所定値を第１可変絞り弁６の目標絞り係数に設定する。制動判定かつ飽和判定となる前には、第１可変絞り弁６の目標絞り係数が第１初期値となっているので、目標絞り係数設定部３４は、制動判定かつ飽和判定になると、第１可変絞り弁６の目標絞り係数を第１初期値から第１所定値へ変更する。また、制動判定かつ飽和判定となって第１可変絞り弁６の目標絞り係数が第１所定値に設定された後に、判定結果が力行判定或いは非飽和判定になると、目標絞り係数設定部３４は、第１可変絞り弁６の目標絞り係数を第１初期値から第１所定値へ変更する。なお、第１初期値と第１所定値との差が大きな場合には第１可変絞り弁６の目標絞り係数が第１初期値から第１所定値に或いは第１所定値から第１初期値に変更されると目標絞り係数が急変してモータ８の回転速度が急変する場合がある。そこで、本実施の形態のシリンダ装置Ａでは、目標絞り係数設定部３４の後段に第１可変絞り弁６の目標絞り係数をローパスフィルタ処理して第１可変絞り弁６の目標絞り係数の急変を緩和する第１緩和処理部３６を設けており、これによってモータ８の回転速度の急変を緩和している。

また、第２可変絞り弁６の絞り係数を制御する場合、目標絞り係数設定部３４は、制動状態判定部３１の判定結果が制動判定であって飽和判定部３３の判定結果が飽和判定となると、第２可変絞り弁７の絞り係数を最大からモータ８のトルクを十分に低下させ得る第２所定値を第２可変絞り弁７の目標絞り係数に設定する。制動判定かつ飽和判定となる前には、第２可変絞り弁７の目標絞り係数が第２初期値となっているので、目標絞り係数設定部３４は、制動判定かつ飽和判定になると、第２可変絞り弁７の目標絞り係数を第２初期値から第２所定値へ変更する。また、制動判定かつ飽和判定となって第２可変絞り弁７の目標絞り係数が第２所定値に設定された後に、判定結果が力行判定或いは非飽和判定になると、目標絞り係数設定部３４は、第２可変絞り弁７の目標絞り係数を第２初期値から第２所定値へ変更する。なお、第２初期値と第２所定値との差が大きな場合には第２可変絞り弁７の目標絞り係数が第２初期値から第２所定値に或いは第２所定値から第２初期値に変更されると目標絞り係数が急変してモータ８の回転速度が急変する場合がある。そこで、本実施の形態のシリンダ装置Ａでは、目標絞り係数設定部３４の後段に第２可変絞り弁７の目標絞り係数をローパスフィルタ処理して第２可変絞り弁７の目標絞り係数の急変を緩和する第２緩和処理部３７を設けており、これによってモータ８のトルクの急変を緩和している。

また、目標絞り係数設定部３４は、制動判定かつ飽和判定となった際に、第１可変絞り弁６の目標絞り係数を大きくし、かつ、第２可変絞り係数７の目標絞り係数を小さくして、モータ８の回転速度とトルクとの双方を小さくして、モータ８の電気的な共振周波数を機械的な共振周波数から遠ざけつつ、モータ８の動作点を制御可能な領域Ｙに移動させてモータ８の発振を防止してもよい。

第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数との両方を変化させる場合、目標絞り係数設定部３４は、第１可変絞り弁６の目標絞り係数を予め決めておいた第１初期値よりも大きな第１目標値に設定するとともに、第２可変絞り弁７の目標絞り係数を予め決めたおいた第２初期値よりも小さな第２目標値に設定してもよいし、制動判定かつ飽和判定された時のモータ８の回転速度とトルクの値に応じて最適となる第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数の組み合わせをマップ化しておき、当該マップを用いてモータ８の回転速度とトルクとから第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数とを求めてもよい。

他方、目標絞り係数設定部３４は、前述したように、制動状態判定部３１の判定結果が力行判定である場合、或いは、飽和判定部３３の判定結果が非飽和判定である場合、第１可変絞り弁６の目標絞り係数を第１初期値に設定してモータ８のエネルギ消費を少なくし、第２可変絞り弁７の目標絞り係数を第２初期値に設定してポンプ９の駆動の妨げにならないように第２可変絞り弁７の流路面積を最大とする。

このように、目標絞り係数設定部３４が求めた目標絞り係数は、駆動回路３５に入力される。駆動回路３５は、第１可変絞り弁６の絞り係数と第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１可変絞り弁６の図外の駆動源および第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。

第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数と両方を制御する場合、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１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数との制御を行う。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）。

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を制御する推力制御部２０が求める電圧指令が飽和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の動作状態について制動判定であって、かつ、電圧指令について飽和判定である場合、コントローラ１１は、モータ８が制御不能であってモータ８が発振する恐れがあるので、モータ８の回転速度とトルクとを低下させる第１所定値および第２所定値をそれぞれ第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数とに設定する（ステップＦ５）。ステップＦ３およびステップＦ４の判定で、モータ８の動作状態について力行判定であるか、或いは、電圧指令について非飽和判定である場合、コントローラ１１は、モータ８が制御可能な状態でモータ８が発振する恐れが無いので、第１初期値および第２初期値をそれぞれ第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数とに設定する（ステップＦ６）。目標絞り係数の設定後、目標絞り係数の急変を緩和するために第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数とをローパスフィルタ処理する（ステップＦ７）。各目標絞り係数のローパスフィルタ処理後、コントローラ１１は、駆動回路３５から電流を第１可変絞り弁６の駆動源と第２可変絞り弁７の駆動源とに供給して第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数とがそれぞれ対応する目標絞り係数となるように制御する（ステップＦ８）。

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、第１可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数とを制御する。

なお、コントローラ１１は、推力制御部２０における駆動回路２３、実推力検知部２５における圧力センサ２５ａ，２５ｂ、発振防止制御部３０における駆動回路３５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および発振防止制御部３０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。

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が制動状態であって、モータ８の電圧指令が飽和していると判定すると、モータ８の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Ａの機械的な共振周波数を変更するか、或いは、モータ８の回転速度或いはトルクの一方または両方を低下させるように第1可変絞り弁６の絞り係数と第２可変絞り弁７の絞り係数の一方または両方を制御する。

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が制動状態であり、かつ、モータ８の電圧指令が飽和していると判定することで、モータ８が発振する可能性があることを把握でき、モータ８の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Ａの機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータ８の回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータ８を制御可能な状態に復帰させることで、モータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止できる。このように、本実施の形態のシリンダ装置Ａによれば、モータ８とシリンダ装置Ａが互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生できる。

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３２と、モータ８のｑ軸の電圧指令とｄ軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータ８の電圧指令の飽和を判定する飽和判定部３３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、また、ｑ軸の電圧指令とｄ軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータ８の電圧指令の飽和を判定しているので、モータ８の電圧指令が飽和しているか否かを容易に判定でき、発振防止制御を実行する条件の見極めを正確かつ容易に行える。

さらに、本実施の形態のシリンダ装置Ａでは、コントローラ１１は、第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数との急変を緩和する第１緩和処理部３６と第２緩和処理部３７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、発振防止制御部３０によって第１可変絞り弁６の目標絞り係数と第２可変絞り弁７の目標絞り係数とが変更されても、各目標絞り係数の急変が緩和されるためにシリンダ装置Ａの推力変動を抑制できる。なお、第１緩和処理部３６と第２緩和処理部３７とは、それぞれ対応する目標絞り係数をローパスフィルタで処理をして目標絞り係数の急変を緩和しているが、ローパスフィルタ処理に代えて変更前の目標絞り係数の値から変更後の目標絞り係数の値に時間の経過とともに段階的に或いは連続的に徐々に変化させる処理を行ってもよい。

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３１ａ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３１ｂ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３２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の制動状態を精度良く把握できるようになり、第１可変絞り弁６の絞り係数と第２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。

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。

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、３２・・・制動状態判定部、３３・・・飽和判定部、Ａ・・・シリンダ装置、Ｒ１，Ｒ２・・・作動室

Claims (2)

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、前記モータが制動状態であって、前記モータの電圧指令が飽和していると判定すると、前記モータの回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時に前記シリンダ装置の機械的な共振周波数を変更するか、或いは、前記モータの回転速度或いはトルクの一方または両方を低下させるように前記第1可変絞り弁の絞り係数と前記第２可変絞り弁の絞り係数の一方または両方を制御する
   ことを特徴とするシリンダ装置。
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と、
   前記モータのｑ軸の電圧指令とｄ軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいて前記モータの前記電圧指令の飽和を判定する飽和判定部とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。

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