JP2024044933A - Cylinder Unit - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、回生電力を向上させて効率よく回生を行えるシリンダ装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明のシリンダ装置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が制動状態となると、モータ8の回転速度を高くするように第1可変絞り弁6における絞り係数を制御する。【選択図】図1[Problem] The present invention aims to provide a cylinder device that can improve regenerative power and perform regeneration efficiently. [Solution] The cylinder device A of the present invention includes a hydraulic cylinder 1 having a cylinder 2, a piston 3 that is movably inserted into the cylinder 2 and divides the inside of the cylinder 2 into two working chambers R1, R2, a first flow path 4 and a second flow path 5 that are parallel to each other and communicate the working chambers R1, R2, a first variable throttle valve 6 provided in the first flow path 4, a second variable throttle valve 7 provided in series in the second flow path 5, and a bidirectional discharge pump 9 driven by a motor 8, and a controller 11 that controls the first variable throttle valve 6 and the motor 8, and when the motor 8 is in a braking state, the controller 11 controls the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 so as to increase the rotation speed of the motor 8. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、シリンダ装置に関する。 The present invention relates to a cylinder device.
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流路の途中に設けられた第1可変絞り弁と、第2流路の途中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)。 A conventional cylinder device is, for example, applied to an active suspension interposed between the body and axle of a vehicle, and is specifically configured to include a cylinder, a piston movably inserted into the cylinder to divide the inside of the cylinder into two working chambers, a rod connected to the piston, a first flow path and a second flow path that connect the two working chambers in parallel, a first variable throttle valve provided in the first flow path, a second variable throttle valve and a bidirectional discharge pump provided in series in the second flow path, a hydraulic cylinder having a motor that drives the pump, and a control device that controls the first variable throttle valve, the second variable throttle valve, and the motor (for example, see Patent Document 1).
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。 When a conventional cylinder device is used as an active suspension, the cylinder is connected to one of the vehicle body and the axle, and the rod is connected to the other of the vehicle body and the axle. The pump is driven by a motor to generate thrust, thereby suppressing vibration of the vehicle body.
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。 Furthermore, in conventional cylinder devices, when the hydraulic cylinder is forcibly expanded or contracted by an external force, the pump is rotated by the hydraulic oil flowing through the second flow path, so the motor is used in the braking area to generate and regenerate electric power. occurs. When the motor is thus used in a braking region, the pump provides resistance to the flow of hydraulic oil due to the torque generated by the motor. Therefore, a thrust force is generated in the hydraulic cylinder that prevents the hydraulic cylinder from expanding and contracting due to external force.
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。 In the conventional cylinder device, by adjusting the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve, the amount of hydraulic fluid passing through the pump and the torque borne by the motor can be adjusted. Note that the throttling coefficient is a value obtained by dividing the flow rate per unit time by the pressure, and indicates that the smaller the throttling coefficient, the greater the resistance in the variable throttle valve.
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(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。 When the motor is in a braking state, on a graph with motor torque on the vertical axis and motor rotation speed on the horizontal axis, the regenerative efficiency is maximized when the intersection (motor operating point) of the torque output by the motor and the motor rotation speed is on a straight line (maximum regenerative efficiency line) that passes through the origin and is tangent to the short-circuit curve that shows the relationship between torque and rotation speed when the motor is short-circuited.
よって、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している。 Therefore, in the conventional cylinder device, when the motor is in a braking state, the first variable throttle valve is adjusted so that the intersection of the torque output by the motor and the rotational speed of the motor is located on the straight line with maximum regeneration efficiency. The throttle coefficient and the throttle coefficient in the second variable throttle valve are adjusted.
このように従来のシリンダ装置では、モータが制動状態にある場合にモータの回生効率を最大とすることを狙っているのであるが、回生効率最大直線は同一回転速度における消費電力特性において回生効率を最大とする直線であって、モータの同一トルクでの消費電力特性における回生電力の大小について何ら考慮していないため、モータの動作点が制動領域内にある場合に、回生効率最大直線上に動作点を誘導すると、却って回生電力が低下してしまう場合があった。 In this way, conventional cylinder devices aim to maximize the regenerative efficiency of the motor when it is in a braking state, but the maximum regenerative efficiency line is a line that maximizes the regenerative efficiency in the power consumption characteristics at the same rotation speed, and does not take into account the magnitude of the regenerative power in the power consumption characteristics at the same torque of the motor. Therefore, when the operating point of the motor is within the braking region, guiding the operating point onto the maximum regenerative efficiency line may actually result in a decrease in regenerative power.
そこで、本発明は、回生電力を向上させて効率よく回生を行えるシリンダ装置の提供を目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a cylinder device that can improve regenerative power and perform regeneration efficiently.
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流路に設けられるとともに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、モータが制動状態となると、モータの回転速度を高くするように第1可変絞り弁における絞り係数を制御する。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータが電力回生を行える状態になると、第1可変絞り弁の絞り係数をモータの回転速度を高くするように制御するので、従来のシリンダ装置に比較してモータが回生する電力を増加させて効率よく回生を行える。 In order to achieve the above object, the cylinder device in the problem-solving means of the present invention includes a hydraulic cylinder having a cylinder, a piston movably inserted into the cylinder to divide the inside of the cylinder into two working chambers, a first flow path and a second flow path that are parallel to each other and communicate the working chambers, a first variable throttle valve provided in the first flow path, and a bidirectional discharge pump provided in the second flow path and driven by a motor, and a controller that controls the first variable throttle valve and the motor, and when the motor is in a braking state, the controller controls the throttle coefficient of the first variable throttle valve so as to increase the rotation speed of the motor. With the cylinder device configured in this way, when the motor is in a state where it can regenerate power, the throttle coefficient of the first variable throttle valve is controlled to increase the rotation speed of the motor, so that the power regenerated by the motor can be increased and regeneration can be performed more efficiently than with conventional cylinder devices.
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する第2フィルタと、第1フィルタで処理されたフィルタ処理後回転速度と、第2フィルタで処理された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する制動状態判定部と、制動状態判定部の判定結果が制動判定であると第1可変絞り弁における絞り係数を制動時絞り係数に設定する絞り係数演算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を精度良く把握できるようになり、第1可変絞り弁の絞り係数を適切に制御できるようになる。 The controller in the cylinder device also includes a first filter that removes a component higher than the unsprung resonance frequency of the vehicle from the rotational speed of the motor, and a second filter that removes a component higher than the unsprung resonance frequency of the vehicle from the motor torque. , a braking state determination unit that determines whether the motor is in a braking state based on the filtered rotational speed processed by the first filter and the filtered torque processed by the second filter; The vehicle may also include a throttle coefficient calculation unit that sets the throttle coefficient of the first variable throttle valve to the braking throttle coefficient when the determination result of the determination unit is a braking determination. According to the cylinder device configured in this way, components higher than the high-frequency unsprung resonance frequency are removed from the rotational speed and torque of the motor, so the braking state of the motor can be accurately controlled in accordance with the vibrations of the sprung members in the vehicle. This makes it possible to understand the situation better and to appropriately control the throttling coefficient of the first variable throttle valve.
さらに、シリンダ装置におけるコントローラは、フィルタ処理後回転速度に基づいてモータの回転加速度を求める回転加速度演算部を有し、絞り係数演算部は、制動状態判定部の判定結果が力行判定であって、モータの動作点が第1象限にあって回転加速度が0未満であって回転加速度の絶対値が閾値以上である場合、および、モータの動作点が第3象限にあって回転加速度が0以上であって回転加速度の絶対値が閾値以上である場合、第1可変絞り弁の流路を徐々に減少させるように第1可変絞り弁の目標絞り係数を設定してもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータが制動状態に遷移しそうになると、力行状態にある時から第1可変絞り弁の絞り係数を徐々に減少させる漸減処理を行うので、モータが制動状態に遷移する時にはモータの回生電力を増加させるように第1可変絞り弁の絞り係数を変化させて効率的に回生電力を向上させ得る。 Furthermore, the controller in the cylinder device includes a rotational acceleration calculation unit that calculates the rotational acceleration of the motor based on the rotational speed after filter processing, and the aperture coefficient calculation unit is configured to determine that the determination result of the braking state determination unit is power running; When the operating point of the motor is in the first quadrant, the rotational acceleration is less than 0, and the absolute value of the rotational acceleration is greater than or equal to the threshold, and when the operating point of the motor is in the third quadrant, and the rotational acceleration is greater than or equal to 0. If the absolute value of the rotational acceleration is equal to or greater than the threshold value, the target throttle coefficient of the first variable throttle valve may be set so as to gradually decrease the flow path of the first variable throttle valve. According to the cylinder device configured in this way, when the motor is about to transition to the braking state, a gradual reduction process is performed to gradually reduce the throttling coefficient of the first variable throttle valve from when it is in the power running state, so that the motor is not in the braking state. When the state changes, the throttling coefficient of the first variable throttle valve is changed so as to increase the regenerative power of the motor, thereby making it possible to efficiently improve the regenerative power.
また、シリンダ装置におけるコントローラは、モータが力行状態から制動状態へ移行する際に回転速度が0となった時のトルクであるゼロクロストルクを推定するトルク推定部を有し、絞り係数演算部は、ゼロクロストルクからモータの回生電力を大きくする制動時絞り係数を求め、制動時絞り係数に基づいて第1可変絞り弁の目標絞り係数を求めてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータのゼロクロストルクから逆算して制動時絞り係数をモータの回転速度が0となった際に液圧シリンダの実推力を変化させないような値に設定できるので、モータが制動状態にあって回生電力を大きくする制御を行っても液圧シリンダの実推力の変動を抑制できる。 Further, the controller in the cylinder device includes a torque estimating section that estimates a zero cross torque that is the torque when the rotational speed becomes 0 when the motor transitions from the powering state to the braking state, and the aperture coefficient calculating section includes: A braking throttle coefficient that increases the regenerative power of the motor may be determined from the zero cross torque, and a target throttle coefficient of the first variable throttle valve may be determined based on the braking throttle coefficient. According to the cylinder device configured in this way, the throttling coefficient during braking is calculated backward from the zero cross torque of the motor and set to a value that does not change the actual thrust of the hydraulic cylinder when the rotational speed of the motor becomes 0. Therefore, even if the motor is in a braking state and the regenerative power is controlled to be increased, fluctuations in the actual thrust of the hydraulic cylinder can be suppressed.
さらに、シリンダ装置における絞り係数演算部は、制動状態判定部の判定結果が制動判定から力行判定に移行すると、第1可変絞り弁の絞り係数を徐々に増加させて制動時絞り係数よりも流路を大きくする初期値に変化させてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータが制動状態から力行状態に遷移すると漸増処理を行って徐々に第1可変絞り弁の絞り係数をモータが力行状態において液圧シリンダの推力の制御に適する初期値にまで増加させるので、第1可変絞り弁の絞り係数の急変が緩和され、第1可変絞り弁の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダの推力変動を抑制できる。 Furthermore, the throttle coefficient calculation unit in the cylinder device may gradually increase the throttle coefficient of the first variable throttle valve to an initial value that increases the flow path larger than the throttle coefficient during braking when the braking state determination unit transitions from a braking determination to a powering determination. With this cylinder device configured in this way, when the motor transitions from a braking state to a powering state, a gradual increase process is performed to gradually increase the throttle coefficient of the first variable throttle valve to an initial value suitable for controlling the thrust of the hydraulic cylinder when the motor is in a powering state, so that sudden changes in the throttle coefficient of the first variable throttle valve are mitigated, and thrust fluctuations of the hydraulic cylinder caused by fluctuations in the throttle coefficient of the first variable throttle valve can be suppressed.
そして、シリンダ装置における絞り係数演算部は、第1可変絞り弁の絞り係数を変更し始めてから経過した時間の二乗の値に基づいて、第1可変絞り弁における絞り係数を漸減させてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、漸減処理において、漸減処理開始時点から経過した時間の二乗に比例して変化させるので、目標絞り係数の変化が二次曲線を描くようになり、モータの動作状態が力行状態から制動状態に遷移する際に、第1可変絞り弁の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力の急変を緩和できる。 The throttle coefficient calculation unit in the cylinder device may gradually reduce the throttle coefficient of the first variable throttle valve based on the square of the time that has elapsed since the throttle coefficient of the first variable throttle valve began to be changed. With a cylinder device configured in this way, the gradual reduction process changes the throttle coefficient in proportion to the square of the time that has elapsed since the gradual reduction process started, so that the change in the target throttle coefficient follows a quadratic curve, and it is possible to mitigate a sudden change in the thrust of the hydraulic cylinder 1 caused by fluctuations in the throttle coefficient of the first variable throttle valve when the operating state of the motor transitions from a powering state to a braking state.
以上より、本発明のシリンダ装置によれば、回生電力を向上させて効率よく回生を行える。 As described above, according to the cylinder device of the present invention, regenerated power can be improved and regeneration can be performed efficiently.
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。
The present invention will be described below based on the embodiment shown in the figures. As shown in FIG. 1, the cylinder device A in one embodiment is configured with a hydraulic cylinder 1 and a
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。
Each part of the cylinder device A will be described in detail below. As shown in FIG. 1, the hydraulic cylinder 1 operates in parallel with a
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。
When the hydraulic cylinder 1 is applied to a vehicle, the
In this specification, the hydraulic cylinder 1 is said to extend when the
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。
As described above, the
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。
The
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。
The hydraulic cylinder 1 rotates a
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。
Furthermore, when the hydraulic cylinder 1 is forcibly expanded or contracted, the
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。
In other words, the first
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。
Regarding the arrangement relationship between the
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。
Now, the hydraulic cylinder 1 configured in this way can function as an actuator that expands and contracts by itself when power is supplied to the
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。
Note that when applying current to the
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。
Here, we will use the model diagram shown in Figure 2 to explain how to control the load (rotational speed and torque) of the
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P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)P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)p2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)pmで除した比である絞り係数をCmとすると、下記(1)式が得られる。
Let P be the differential pressure between one working chamber R1 and the other working chamber R2 when the hydraulic cylinder 1 expands and contracts, and the flow rate (hereinafter simply referred to as flow rate) of the fluid flowing out from one working chamber R1 per unit time. ) is Q, the throttle coefficient which is the ratio of the flow rate q1 of the fluid passing through the first
ここで、C=C2×Cm/(C2+Cm)とおくと、(1)式は下記(2)式と書くことができる。 Here, if we set C = C2 x Cm/(C2 + Cm), equation (1) can be written as equation (2) below.
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P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(3)式が成立する。
Furthermore, the total flow rate Q = q1 + q2 holds true, and the differential pressure P generated at the first
(3)式を(2)式に代入してまとめると、以下の(4)式を得る。 When formula (3) is substituted into formula (2) and summarized, the following formula (4) is obtained.
そして、上記(4)式から理解できるように、流量Qおよび差圧P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。 And, as can be seen from the above equation (4), if the flow rate Q and the differential pressure P are not changed, the flow rate q2 can be changed by changing the restriction coefficient C1.
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。
That is, by adjusting the flow rate q1 in the first
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Pであり、可変絞り弁Mにおける差圧(圧力損失)はpm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×Cm/(C2+Cm)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(5)式を得る。
Further, the flow rate in the second
そして、上記(5)式から理解できるように、流量q2および差圧P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pmを変更することができる。 As can be understood from the above equation (5), when the flow rate q2 and the differential pressure P are not changed, the differential pressure pm at the variable throttle valve M can be changed by changing the throttle coefficient C2.
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pm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pm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。
In other words, by changing the throttling coefficient C2, the differential pressure pm that occurs when the fluid passes through the
以上のことを、流量Qおよび差圧Pを一定にした状態において、モータ8の回転速度にポンプ9の通過流量に対応させるとともに、モータ8のトルクに流体がポンプ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る。
In a state where the flow rate Q and the differential pressure P are kept constant, the rotational speed of the
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。
In detail, point a in FIG. 3 shows the relationship between the rotation speed and the load torque of the
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。
Specifically, when the intersection of the rotation speed and the load torque of the motor 8 (the operating point of the motor) is at point a, increasing the throttling coefficient C1 of the first
なお、図3の説明において流量Qおよび差圧P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。
In the explanation of Figure 3, we assume that the flow rate Q and the differential pressure P are constant, so there is no state in which the
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のグラフにおいて、各象限にて横軸に平行な直線と、直線に連なる曲線とで囲まれたハッチングで示した領域となる。なお、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。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。
By the way, the load torque range that can be output for any given rotational speed of the
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の出力負担トルクが小さくなることになる。なお、図4中に示した破線は、回生効率が最大となる回転速度と負担トルクとの関係を示す回生効率最大直線であり、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回生効率が最大となる。
As can be understood from FIG. 4, the higher the rotational speed of the
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。
In addition, in the second quadrant, where the rotation speed is negative and the burden torque is positive, and in the fourth quadrant, where the rotation speed is positive and the burden torque is negative, the
そして、モータ8が制動領域で動作している場合であって、図4中であって回生効率最大直線よりも横軸側にある点gと点hとを比較すると、回転速度が高い点hの方がモータ8の回生電力が大きくなる。回生効率最大直線は、モータ8の回転速度と回生効率を最大とするトルクとの関係を示す直線であり、モータ8の動作点が回生効率最大直線上にあると、その時の回転速度において回生効率が最大となる。このように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のであるが、モータ8の回転速度をより高速にすれば回生電力を大きくできる余地がある。よって、モータ8が制動領域で動作している場合、出力範囲内で可能な限り回転速度を高くすれば従来のシリンダ装置に比して回生電力を大きくすることができるのである。
When the
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と、第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7を制御する絞り弁制御部21とを備えている。絞り弁制御部21は、第1可変絞り弁6の絞り係数を制御する第1制御部22と、第2制御部23とを備えている。
As shown in FIG. 5, the
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。
The
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く、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。
The current
絞り弁制御部21は、モータ8の回転速度とトルクとを監視して、第1可変絞り弁6の絞り係数を制御する第1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制御部23とを備えている。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、絞り弁制御部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。絞り弁制御部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第1制御部22と第2制御部23とによって処理する。絞り弁制御部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。
The throttle
第2制御部23は、第2可変絞り弁7の駆動源へ通電するための駆動回路を含み、基本的には、第2可変絞り弁7の絞り係数を最大として第2可変絞り弁7の流路面積を制御上最大とする。第2可変絞り弁7は、ポンプ9が吐出する液体の通過を妨げ、液圧シリンダ1がアクチュエータとして動作する際には抵抗となってしまうので、第2制御部23は、モータ8の動作中は、第2可変絞り弁7の絞り係数を最大とする。なお、第2可変絞り弁7は、第2流路5を通過する液体の流れに抵抗を与えるため、絞り係数の増減によってモータ8が負担するトルクを増減させ得る。よって、第2制御部23は、モータ8の回転速度とトルクとを監視して、モータ8の動作点が発生不可能な負荷トルク領域にならないように、第2可変絞り弁7の絞り係数を増加させてモータ8で負担するトルクを減少させるようにするとよい。
The
第1制御部22は、モータ8が制動状態で動作している場合には、モータ8の回転速度を高くするように第1可変絞り弁6の絞り係数を小さくする回生制御を行うとともに、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の絞り係数を予め設定される初期値にするように制御する。初期値は、モータ8が力行状態で動作している際に、液圧シリンダ1の推力制御に適する値に設定されている。
When the
そのため、第1制御部22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、フィルタ処理後回転速度に基づいてモータ8の回転加速度を演算する回転加速度演算部32と、モータ8が力行状態から制動状態へ移行する際に回転速度が0となった時のゼロクロストルクを推定するトルク推定部33と、制動状態判定部31の判定結果とモータ8の回転加速度とゼロクロストルクとに基づいて第1可変絞り弁6の絞り係数を求めて第1可変絞り弁6を制御する絞り係数演算部34と、絞り係数演算部34が求めた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。
Therefore, the
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。
The
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。
When the hydraulic cylinder 1 is used by being interposed between the vehicle body, which is the sprung member of the vehicle, and the wheels, which are the unsprung members, the hydraulic cylinder 1 expands and contracts due to the relative movement between the vehicle body and the wheels, and vibrations of the vehicle body and wheels are input to the hydraulic cylinder 1. The vibrations input to the hydraulic cylinder 1 also change the flow rate of liquid passing through the
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。
Therefore, if processing by the
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1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。
In this way, in the cylinder device A of the present embodiment, the rotational speed and torque of the
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、判定結果をトルク推定部33および絞り係数演算部34に入力する。
Subsequently, the braking
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Mvとし、フィルタ処理後トルクをTmとすると、Mv≧0かつTm≧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。
Specifically, the braking
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、Mv<0かつTm≧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。
In addition, when the filtered rotation speed is negative and the filtered torque is positive, that is, when Mv<0 and Tm≧0, the braking
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、Mv<0かつTm<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。
Furthermore, if the filtered rotational speed is negative and the filtered torque is negative, and Mv<0 and Tm<0, the braking
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、Mv≧0かつTm<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。
Then, when the filtered rotation speed is positive and the filtered torque is negative, that is, when Mv≧0 and Tm<0, the braking
このように、制動状態判定部31は、Mvの値が正である負であるか、およびTm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。
In this way, the braking
回転加速度演算部32は、第1フィルタ30aから入力されるフィルタ処理後回転速度に基づいてモータ8の回転加速度を演算する。回転加速度演算部32は、フィルタ処理後回転速度を微分或いはハイパスフィルタ処理してフィルタ処理後加速度を求める。回転加速度演算部32は、フィルタ処理後回転速度の微分に代えて、演算処理の周期毎に1つ前に得られたフィルタ処理後回転速度と今回得られたフィルタ処理後回転速度との差を演算して、当該差を回転加速度としてもよい。そして、回転加速度演算部32は、求めた回転加速度をトルク推定部33および絞り係数演算部34に入力する。
The rotational
トルク推定部33は、図5に示すように、フィルタ処理後回転速度と、フィルタ処理後トルクと、制動状態判定部31の判定結果と、回転加速度演算部32が求めたモータ8の回転加速度とに基づいて、モータ8が力行状態から制動状態へ動作を移行する際に回転速度が0となる際のゼロクロストルクを推定する。
As shown in FIG. 5, the
具体的には、トルク推定部33は、制動状態判定部31によってモータ8の動作状態が第1象限力行状態或いは第3象限力行状態にあると判定された場合、モータ8の回転加速度が以下の条件を満たすとゼロクロストルクを推定する。トルク推定部33は、モータ8が第1象限力行状態にある場合、モータ8の回転加速度が負になり、モータ8の回転加速度の絶対値が閾値α以上になることを条件として、条件が成就すると、条件が成就した時点以降で当該時点から最も早く得られたフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとをパラメータとするゼロクロストルクを推定する式を用いてゼロクロストルクを求める。
Specifically, when the braking
また、トルク推定部33は、モータ8が第3象限力行状態にある場合、モータ8の回転加速度が正になり、モータ8の回転加速度の絶対値が閾値α以上になることを条件として、条件が成就すると、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとをパラメータとするゼロクロストルクを推定する式を用いてゼロクロストルクを求める。
Further, the
モータ8の回転加速度をdω/dtとし、フィルタ処理後回転速度をωm1とし、フィルタ処理後トルクをTm1とし、ゼロクロストルクをTm2とすると、トルク推定部33は、モータ8が第1象限力行状態である場合、dω/dt<0かつ|dω/dt|≧αを満たす場合、Tm2=Tm1-Kt・ωm1の式にフィルタ処理後回転速度をωm1とフィルタ処理後トルクをTm1の値を代入してゼロクロストルクTm2を求める。式中のKtは、任意の係数である。また、トルク推定部33は、モータ8が第3象限力行状態である場合、dω/dt≧0かつ|dω/dt|≧αを満たす場合、Tm2=Tm1-Kt・ωm1の式にフィルタ処理後回転速度をωm1とフィルタ処理後トルクをTm1の値を代入してゼロクロストルクTm2を求める。
If the rotational acceleration of the
つまり、トルク推定部33は、モータ8が力行状態であって、回転加速度がモータ8の回転速度を減速させる方向に作用して、モータ8の回転速度を減速させる回転加速度が或る程度大きくなることを条件として、ゼロクロストルクを求めるようになっている。そして、トルク推定部33は、モータ8が力行状態にあって減速する場合に回転速度が0を跨いでモータ8の動作状態が力行状態から制動状態へ遷移する前の時点のモータ8の動作点を起点として、将来、動作点が回転速度0のポイントを直線近似によって求める。図6中の実線で示した、モータ8が力行状態から制動状態へ遷移する際の動作点の軌跡に対して、ゼロクロスする時間よりも前のある時点t1のモータ8の実際の動作点を通る図6中破線で示す直線を考える。後述する絞り係数演算部34は、前記した条件が成就した時点t1を起点として第1可変絞り弁6の絞り係数を小さくする制御を開始する。モータ8の動作点が力行領域から制動領域へ遷移する際に回転速度が0になる時点より前の時点t1から第1可変絞り弁の絞り係数が小さくなっていくため、モータ8の動作点の軌跡は前記条件が成就してから回転速度が0になるまで直線的に推移して回転速度に対して比例してトルクが減少するような軌跡となる。よって、前記した直線の傾きを適当に選べば、直線がゼロクロスする点Xにおけるトルクは、実際のゼロクロス時のトルクに近似する値となる。よって、ゼロクロスする動作点より前に通過する実際の動作点の情報であるフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクからゼロクロストルクを精度よく推定できるのである。
In other words, the
ゼロクロストルクを推定するために利用するフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクは、モータ8の動作状態が力行状態から制動状態へ遷移する直前であることが好ましい。減速させるトルクが或る程度大きくなると回転速度が大きく減速されてモータ8の動作状態が力行状態から制動状態へ遷移する可能性があるので、本実施の形態のトルク推定部33では、回転加速度が回転速度を減速しており、かつ、回転加速度の絶対値が閾値αよりも大きいことを条件として、条件が成就した時点でのモータ8の動作点におけるフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとの値からゼロクロストルクを求めている。このようにトルク推定部33は、ゼロクロストルクを求めることによって、実際にモータ8の動作点が回転速度0のラインを横切るよりも前の時点でゼロクロストルクを精度よく推定することができる。
It is preferable that the rotational speed after filtering and the torque after filtering used to estimate the zero cross torque are set immediately before the operating state of the
なお、トルク推定部33は、ゼロクロストルクの推定にあたって、前記条件が成就した時点におけるモータ8の動作点の傾きを求めて、近似直線の傾きを示すKに代入して、ゼロクロストルクを求めてもよいし、モータ8の回転速度が減速してモータ8の回転速度の絶対値が0の近傍の値に設定される閾値以下になった時点におけるモータ8のトルクをゼロクロストルクとしてもよい。ただし、前述したように、モータ8の動作状態が第1象限力行状態或いは第3象限力行状態にあり、回転加速度が回転速度を減速しており、かつ、回転加速度の絶対値が閾値αよりも大きいことを条件とし、条件が成就した時点でのモータ8の動作点におけるフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとの値からゼロクロストルクを求めると、簡単な演算式を用いてゼロクロストルクを精度よく推定できる利点を享受できる。
In estimating the zero-cross torque, the
つづいて、絞り係数演算部34は、前述したトルク推定部33がゼロクロストルクを推定するトリガとなる条件を成就した時点から第1可変絞り弁6の絞り係数を減少させるように目標絞り係数を設定するとともに、モータ8の動作状態が制動状態から力行状態に遷移することを条件として、モータ8が制動状態となって小さくした目標絞り係数を元の初期値に戻すように設定する。絞り係数演算部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の図外の駆動源に電流を与えて第1可変絞り弁6の絞り係数を調整する。
Subsequently, the throttling
絞り係数演算部34は、詳しくは、制動状態判定部31がモータ8の動作状態を力行状態であると判定する場合、第1可変絞り弁6の絞り係数を予め定められた初期値になるように漸増処理を行う。詳しくは後述するが、モータ8が制動状態にあると、絞り係数演算部34は、目標絞り係数を減少させる処理を行って駆動回路35が第1可変絞り弁6の絞り係数を減少させるため、モータ8が力行状態である時よりもモータ8が制動状態である時の方が第1可変絞り弁6の絞り係数が小さくなっている。そこで、絞り係数演算部34は、モータ8が制動状態から力行状態に遷移すると、低下させた第1可変絞り弁6の絞り係数をモータ8が制動状態の時の絞り係数よりも大きな値に設定されている初期値に戻す漸増処理を行う。
In detail, when the braking
絞り係数演算部34における漸増処理について詳細に説明すると、絞り係数演算部34は、モータ8の動作状態が制動状態から力行状態に切換ることを条件として、この条件が成就すると漸増処理を行う。漸増処理を行う前、つまりモータ8が制動状態である場合、絞り係数演算部34は、前記初期値よりも小さな値に設定される制動時絞り係数を目標絞り係数に設定しているので、第1可変絞り弁6の絞り係数が制動時絞り係数になっている。よって、絞り係数演算部34は、漸増処理を行う条件が成就すると、フィルタ処理前絞り係数をCrefとし、制動時絞り係数をClowとし、dtを漸増処理の開始後に経過した時間とし、漸増レートをKcgとすると、式Cref=Clow+Kcg・dt2を演算する。つづいて、絞り係数演算部34は、求めたフィルタ処理前絞り係数Crefをローパスフィルタ処理して、目標絞り係数Cref*を求める。
The gradual increase process in the throttle
絞り係数演算部34は、漸増処理を開始すると、毎に前記式とローパスフィルタ処理を繰り返して、目標絞り係数Cref*の値を順次更新して、目標絞り係数Cref*の値を時間の経過に伴って徐々に大きくしていく。そして、絞り係数演算部34は、目標絞り係数Cref*の値が初期値以上になると、目標絞り係数Cref*の値を初期値にクランプし、第1可変絞り弁6の絞り係数を初期値になるように制御する。そして、絞り係数演算部34は、モータ8の動作状態がそのまま力行状態を継続していると、トルク推定部33がゼロクロストルクを推定するトリガとなる条件が成就するまでは、目標絞り係数を初期値のままに維持する。つまり、図7に示すように、モータ8の動作点が制動領域から力行領域に遷移すると、絞り係数演算部34は、第1可変絞り弁6の絞り係数を制動時絞り係数から徐々に大きくして初期値にするように目標絞り係数を徐々に大きくする漸増処理を行って、そのままモータ8が力行状態にあると以下の漸減処理を開始するまでは目標絞り係数を初期値にしたまま維持し、第1可変絞り弁6の絞り係数を初期値にしたまま維持する。図7中の実線は、モータ8の動作点の軌跡を示しており、矢印は、モータ8の動作点が遷移する方向を示している。なお、絞り係数演算部34は、漸増処理において、目標絞り係数Cref*の演算にあたり、前回の演算で得られた目標絞り係数である前回目標絞り係数をCpref*とし、演算周期をΔtとすると、式Cref*=Cpref*+Kcg・Δt2を用いてもよい。この場合、漸増処理を開始する際の前回目標絞り係数Cref*は制動時絞り係数Clowになっているので、前述した漸増処理を開始後に経過した時間dtを利用した場合と同じ値の目標絞り係数Cref*の値を得ることができる。また、このようにすると、漸増処理を介する際に目標絞り係数が制動時絞り係数になっていない場合に、目標絞り係数Cref*の値が急変するのを回避できる。
When the gradual increase process is started, the restriction
図7に示すように、モータ8の動作点が力行領域から制動領域に遷移しそうになると、絞り係数演算部34は、第1可変絞り弁6の絞り係数を徐々に減少させる漸減処理を開始する。絞り係数演算部34は、モータ8が第1象限力行状態にある場合、モータ8の回転加速度が負になり、モータ8の回転加速度の絶対値が閾値α以上になることを条件として、条件が成就すると、目標絞り係数を徐々に減少させ、第1可変絞り弁6の絞り係数をトルク推定部33が求めたゼロクロストルクから求めた制動時絞り係数まで減少させる漸減処理を行う。また、絞り係数演算部34は、モータ8が第3象限力行状態にある場合、モータ8の回転加速度が正になり、モータ8の回転加速度の絶対値が閾値α以上になることを条件として、条件が成就すると、目標絞り係数を徐々に減少させ、第1可変絞り弁6の絞り係数をトルク推定部33が求めたゼロクロストルクから求めた制動時絞り係数まで減少させる漸減処理を行う。
As shown in FIG. 7, when the operating point of the
絞り係数演算部34は、漸減処理を始める条件とトルク推定部33がゼロクロストルクを求める条件とが同じであるので、トルク推定部33からゼロクロストルクの入力を受けると漸減処理を始めるようにすればよいが、前記条件が成就したか否かをトルク推定部33とは別に判定してもよい。
The throttle
絞り係数演算部34は、トルク推定部33からゼロクロストルクの入力を受けると図8に示すように、ゼロクロストルクから制動時絞り係数を求めるマップを参照して、ゼロクロストルクの値からマップ演算によって制動時絞り係数を求める。制動時絞り係数の値は、初期値よりも小さな値に設定される。制動時絞り係数は、ゼロクロストルクが大きければ大きいほど、小さな値に設定されてポンプ9が設置された第2流路5を通過する流量を多くするように設定される。マップにおけるゼロクロストルクと制動時絞り係数との特性は、モータ8のゼロクロストルクから逆算して制動時絞り係数がモータ8の回転速度が0となった際に液圧シリンダ1の実推力を変化させないような値になるように設定される。ゼロクロストルクは、液圧シリンダ1が発生する推力指令に応じて制御されているモータ8が力行状態から制動状態に遷移する際に出力しているトルクであるから、このように制動時絞り係数を求めて、モータ8が制動状態にある場合の第1可変絞り弁6の絞り係数を制動時絞り係数とするように制御すると、回生電力を大きくする制御を行っても液圧シリンダ1の実推力の変動を抑制できる。
When the aperture
絞り係数演算部34は、ゼロクロストルクから制動時絞り係数を求めると、目標絞り係数を制動時絞り係数へ徐々に減少させる。具体的には、モータ8が力行状態であって、漸減処理を行う条件が成就するまでは、絞り係数演算部34は、制動時絞り係数よりも大きな値の初期値を目標絞り係数に設定しているので、第1可変絞り弁6の絞り係数が制動時絞り係数になっている。よって、絞り係数演算部34は、漸減処理を行う条件が成就すると、フィルタ処理前絞り係数をCrefとし、初期値をCiniとし、dtを漸増処理の開始後に経過した時間とし、漸増レートをKcdとすると、式Cref=Cini-Kcd・dt2を演算する。つづいて、絞り係数演算部34は、求めたフィルタ処理前絞り係数Crefをローパスフィルタ処理して、目標絞り係数Cref*を求める。
After determining the braking aperture coefficient from the zero cross torque, the aperture
絞り係数演算部34は、漸減処理を開始すると、毎に前記式とローパスフィルタ処理を繰り返して、目標絞り係数Cref*の値を順次更新して、目標絞り係数Cref*の値を時間の経過に伴って徐々に小さくしていく。そして、絞り係数演算部34は、目標絞り係数Cref*の値が制動時絞り係数以下になると、目標絞り係数Cref*の値を制動時絞り係数の値にクランプし、第1可変絞り弁6の絞り係数を制動時絞り係数に一致するように制御する。そして、絞り係数演算部34は、モータ8の動作状態がそのまま制動状態を継続していると、モータ8の動作状態が制動状態から力行状態に遷移するまでは、目標絞り係数を制動時絞り係数のままに維持する。つまり、図7に示すように、モータ8の動作状態が力行状態であって、前記した漸減処理を開始する条件が成就すると、絞り係数演算部34は、第1可変絞り弁6の絞り係数を初期値から徐々に小さくして制動時絞り係数にするように目標絞り係数を徐々に小さくする漸減処理を行って、モータ8の動作状態が力行状態から制動状態へ遷移して、そのままモータ8が制動状態にあると、モータ8が力行状態になるまでは、目標絞り係数を制動時絞り係数にしたまま維持する。絞り係数演算部34は、モータ8の動作点における回転速度が0になるまでに漸減処理によって目標絞り係数を制動時絞り係数にまで減少させるようにすると、モータ8の動作状態が制動状態になった時点から回生電力を高めることができるので好ましいが、漸減処理の終了時点がモータ8の動作点が制動領域に入ってからであってもよい。なお、絞り係数演算部34は、漸減処理において、目標絞り係数Cref*の演算にあたり、前回の演算で得られた目標絞り係数である前回目標絞り係数をCpref*とし、演算周期をΔtとすると、式Cref*=Cpref*-Kcd・Δt2を用いてもよい。この場合、漸減処理を開始する際の前回目標絞り係数Cref*は初期値Ciniになっているので、前述した漸減処理を開始後に経過した時間dtを利用した場合と同じ値の目標絞り係数Cref*の値を得ることができる。また、このようにすると、漸減処理を介する際に目標絞り係数が初期値になっていない場合に、目標絞り係数Cref*の値が急変するのを回避できる。
When the gradual decrease process is started, the restriction
よって、モータ8が制動状態にあると、コントローラ11によって第1可変絞り弁6の絞り係数が初期値よりも小さな制動時絞り係数となるように制御されて、ポンプ9を通過する液体の流量を増加させてモータ8の回転速度を高くする電力回生を向上する制御が行われる。そして、このようにモータ8が制動状態にあると、シリンダ装置Aは、モータ8の回転速度を高くする電力回生を向上する制御が行うので、従来のシリンダ装置に比較してモータ8が回生する電力が増加し、効率よく回生を行うことができる。
Therefore, when the
また、絞り係数演算部34は、モータ8が制動状態に遷移しそうになると、力行状態にある時から漸減処理を行うので、モータ8が制動状態に遷移する時にはモータ8の回生電力を増加させるように第1可変絞り弁6の絞り係数が変化しているので、より効率的に回生電力を向上させ得る。
In addition, when the
さらに、絞り係数演算部34は、漸減処理を行って徐々に第1可変絞り弁の絞り係数をモータ8の回生電力を向上させる制動時絞り係数にまで減少させるので、電力回生を行う際に第1可変絞り弁6の絞り係数の急変が緩和される。よって、シリンダ装置Aによれば、モータ8の動作状態が力行状態から制動状態へ遷移して回生制御が実行される際に、第1可変絞り弁6の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力変動を抑制できる。
Furthermore, the throttle
そして、さらに、絞り係数演算部34は、モータ8が制動状態から力行状態に遷移すると、漸増処理を行って徐々に第1可変絞り弁6の絞り係数をモータ8が力行状態において液圧シリンダ1の推力の制御に適する初期値にまで増加させるので、第1可変絞り弁6の絞り係数の急変が緩和される。よって、シリンダ装置Aによれば、モータ8の動作状態が制動状態から力行状態へ遷移する際に、第1可変絞り弁6の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力変動を抑制できる。
Furthermore, when the
また、絞り係数演算部34は、漸増処理及び漸減処理において、漸減処理開始時点から経過した時間の二乗に比例して変化させるので、目標絞り係数の変化が二次曲線を描くようになる。よって、シリンダ装置Aによれば、モータ8の動作状態が制動状態から力行状態へ遷移する際および力行状態から制動状態に遷移する際に、第1可変絞り弁6の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力の急変を緩和できる。なお、絞り係数演算部34は、漸増処理において、Cref=Clow+Kcg・dtを演算してフィルタ処理前絞り係数を求めて目標絞り係数を時間に比例して変化させてもよいし、漸減処理において、Cref=Cini-Kcd・dtを演算してフィルタ処理前絞り係数を求めて目標絞り係数を時間に比例して変化させてもよい。
Further, in the gradual increase process and the gradual decrease process, the aperture
さらに、本実施の形態の絞り係数演算部34は、フィルタ処理前絞り係数をローパスフィルタ処理して目標絞り係数を求めるので、目標絞り係数の急変を緩和できるので、第1可変絞り弁6の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力の急変をより一層緩和できる。
In addition, the throttle
以上のように構成されたコントローラ11は、図9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)。
The
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、目標絞り係数Cref*が制動時絞り係数Clow以上であるか否かを判断し(ステップF4)、目標絞り係数Cref*が制動時絞り係数Clowよりも大きい場合には、モータ8が制動状態になっても目標絞り係数Cref*が制動時絞り係数Clowまで減少していないため、漸減処理を行って目標絞り係数Cref*を減少させる(ステップF5)。他方、コントローラ11は、ステップF4の判断で、求めた目標絞り係数Cref*が制動時絞り係数Clow以下である場合、目標絞り係数Cref*を制動時絞り係数Clowとする(ステップF6)。
Further, the
また、コントローラ11は、ステップF3の判断でモータ8が制動状態ではなく力行状態であると判断すると、つづいて、前回の演算周期でのモータ8の動作状態の判定結果が制動状態であるか否かを判断する(ステップF7)。ステップF7の判断で、前回の演算周期でのモータ8の動作状態が制動状態である場合、モータ8が制動状態のときに実行された漸減処理によって第1可変絞り弁6の絞り係数が初期値以下になっている場合、目標絞り係数Cref*を初期値Ciniまで増加させる増加処理を行う必要がある。そこで、コントローラ11は、目標絞り係数Cref*が初期値Ciniより小さいか否かを判断する(ステップF8)。そして、ステップF8の判断で、目標絞り係数Cref*が初期値Cini未満である場合、漸増処理を行って目標絞り係数Cref*の値を増加させる処理を行う(ステップF9)。他方、ステップF8の判断で、目標絞り係数Cref*が初期値Cini以上である場合、漸増処理が不要であるので目標絞り係数Cref*を初期値Ciniとする(ステップF10)。
Further, when the
コントローラ11は、ステップF7の判断で、前回の演算周期でのモータ8の動作状態の判定結果が制動状態ではなく力行状態であると判断した場合、モータ8の回転速度とトルクの値からモータ8の動作点が第1象限にあるか否かを判断する(ステップF11)。そして、コントローラ11は、ステップF11の判断の結果、モータ8の動作点が第1象限にあると判断した場合、ステップF12へ移行して、モータ8の回転加速度が0未満であって、かつ、回転加速度の絶対値が閾値α以上であるか否かを判断する。
If the
コントローラ11は、ステップF12の判断で、モータ8の回転加速度が0未満であって、かつ、回転加速度の絶対値が閾値α以上であると判断した場合、ゼロクロストルクを求めて、漸減処理を行って目標絞り係数Cref*を減少させる処理を実行する(ステップF13)。また、コントローラ11は、ステップF11の判断の結果、モータ8の動作点が第1象限ではなく第3象限にあると判断した場合、ステップF14へ移行して、モータ8の回転加速度が0以上であって、かつ、回転加速度の絶対値が閾値α以上であるか否かを判断する。コントローラ11は、ステップF14の判断で、モータ8の回転加速度が0以上であって、かつ、回転加速度の絶対値が閾値α以上であると判断した場合、ゼロクロストルクを求めて、漸減処理を行って目標絞り係数Cref*を減少させる処理を実行する(ステップF13)。
If the
また、コントローラ11は、ステップF12の判断でモータ8の回転加速度が0以上或いは回転加速度の絶対値が閾値α未満であると判断した場合、および、ステップF14の判断でモータ8の回転加速度が0未満或いは回転加速度の絶対値が閾値α未満であると判断した場合、ステップF15に移行して、目標絞り係数Cref*を初期値Ciniに設定する。
In addition, if the
目標絞り係数Cref*の値の設定が完了すると、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の駆動源に供給して第1可変絞り弁6の絞り係数が目標絞り係数Cref*となるように制御する。
When the setting of the value of the target aperture coefficient Cref * is completed, the
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1可変絞り弁6の絞り係数を制御する。
The
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、駆動回路35および第2制御部23における駆動回路を除き、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および絞り弁制御部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。
In addition, except for the drive circuit in the
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に設けられるとともにモータ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が制動状態となると、モータ8の回転速度を高くするように第1可変絞り弁6における絞り係数を制御する。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が電力回生を行える状態になると、第1可変絞り弁6の絞り係数をモータ8の回転速度を高くするように制御するので、従来のシリンダ装置に比較してモータ8が回生する電力を増加させて効率よく回生を行える。よって、シリンダ装置Aによれば、回生電力を向上させて効率よく回生を行える。
As described above, the cylinder device A of this embodiment includes a hydraulic cylinder 1 having a
前述したように、本実施の形態のシリンダ装置1では、第1可変絞り弁6の絞り係数を制御することでモータ8の回生電力を向上している。よって、本実施の形態のシリンダ装置1では、第2流路5にポンプ9と直列に第2可変絞り弁7を設けているが、第2可変絞り弁7を廃止してもよく、第2可変絞り弁7を廃止しても本発明の効果は失われない。ただし、第2可変絞り弁7を設けると、第2可変絞り弁7の絞り係数を適宜制御することでモータ8の動作点が発生不可能な負荷トルク領域にならないようにできる利点を享受できる。
As described above, in the cylinder device 1 of this embodiment, the regenerative power of the
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、第1フィルタ30aで処理されたフィルタ処理後回転速度と、第2フィルタ30bで処理された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、制動状態判定部31の判定結果が制動判定であると第1可変絞り弁6における絞り係数を制動時絞り係数Clowに設定する絞り係数演算部34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の絞り係数を適切に制御できるようになる。
Further, in the cylinder device A of the present embodiment, the
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、フィルタ処理後回転速度に基づいてモータ8の回転加速度を求める回転加速度演算部32を有し、絞り係数演算部34は、制動状態判定部31の判定結果が力行判定であって、モータ8の動作点が第1象限にあって回転加速度が0未満であって回転加速度の絶対値が閾値α以上である場合、および、モータ8の動作点が第3象限にあって回転加速度が0以上であって回転加速度の絶対値が閾値α以上である場合、第1可変絞り弁6の流路を徐々に減少させるように第1可変絞り弁6の目標絞り係数を設定する。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が制動状態に遷移しそうになると、力行状態にある時から第1可変絞り弁6の絞り係数を徐々に減少させる漸減処理を行うので、モータ8が制動状態に遷移する時にはモータ8の回生電力を増加させるように第1可変絞り弁6の絞り係数を変化させて効率的に回生電力を向上させ得る。
Furthermore, in the cylinder device A of the present embodiment, the
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が力行状態から制動状態へ移行する際に回転速度が0となった時のゼロクロストルクを推定するトルク推定部33を有し、絞り係数演算部34は、ゼロクロストルクからモータ8の回生電力を大きくする制動時絞り係数を求め、制動時絞り係数に基づいて第1可変絞り弁6の目標絞り係数を求める。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のゼロクロストルクから逆算して制動時絞り係数をモータ8の回転速度が0となった際に液圧シリンダ1の実推力を変化させないような値に設定できるので、モータ8が制動状態にあって回生電力を大きくする制御を行っても液圧シリンダ1の実推力の変動を抑制できる。
In addition, in the cylinder device A of this embodiment, the
さらに、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、絞り係数演算部34は、制動状態判定部31の判定結果が制動判定から力行判定に移行すると、第1可変絞り弁6の絞り係数を徐々に増加させて制動時絞り係数よりも流路を大きくする初期値に変化させる。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が制動状態から力行状態に遷移すると漸増処理を行って徐々に第1可変絞り弁6の絞り係数をモータ8が力行状態において液圧シリンダ1の推力の制御に適する初期値にまで増加させるので、第1可変絞り弁6の絞り係数の急変が緩和され、第1可変絞り弁6の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力変動を抑制できる。
Furthermore, in the cylinder device A of this embodiment, when the judgment result of the braking
そして、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、絞り係数演算部34は、第1可変絞り弁6の絞り係数を変更し始めてから経過した時間の二乗の値に基づいて、第1可変絞り弁6における絞り係数を漸減させる。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、漸減処理において、漸減処理開始時点から経過した時間の二乗に比例して変化させるので、目標絞り係数の変化が二次曲線を描くようになり、モータ8の動作状態が力行状態から制動状態に遷移する際に、第1可変絞り弁6の絞り係数の変動によって生じる液圧シリンダ1の推力の急変を緩和できる。
In the cylinder device A of the present embodiment, the throttle
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が回転加速度演算部32、トルク推定部33を備えており、絞り係数演算部34が回転加速度演算部32およびトルク推定部33からモータ8の動作状況についての情報を得て、モータ8の動作状態が制動状態から力行状態に遷移する際に第1可変絞り弁6の目標絞り係数を漸増させ、モータ8の動作状態が力行状態から制動状態へ遷移する際に第1可変絞り弁6の目標絞り係数を漸減させているので、モータ8の回生電力を高める制御を行っても液圧シリンダ1の実推力の変動を抑制できるが、モータ8の回生電力を向上させるという本願発明の目的を達成する上では、モータ8が回生できる制動状態にあるか否かの判断ができればよい。したがって、コントローラ11は、制動状態判定部31と絞り係数演算部34のみを備えて、絞り係数演算部34では、電力回生を向上させるモータ8の動作状態が制動状態である場合に予め決められた制動時絞り係数を目標絞り係数とするように制御してもよいし、モータ8の回転速度が0になった時点のトルクの大きさの反比例する制動時絞り係数を目標絞り係数とするように制御してもよい。
In addition, in the cylinder device A of this embodiment, the
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。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, modifications, variations, and changes are possible without departing from the scope of the claims.
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、30a・・・第1フィルタ、30b・・・第2フィルタ、31・・・制動状態判定部、32・・・回転加速度演算部、33・・・トルク推定部、34・・・絞り係数演算部、A・・・シリンダ装置、R1,R2・・・作動室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Hydraulic cylinder, 2... Cylinder, 3... Piston, 4... First flow path, 5... Second flow path, 6... First variable throttle valve, 7... ...Second variable throttle valve, 8...Motor, 9...Pump, 11...Controller, 30a...First filter, 30b...Second filter, 31...Braking state determination section , 32...Rotational acceleration calculation unit, 33...Torque estimation unit, 34...Aperture coefficient calculation unit, A...Cylinder device, R1, R2...Working chamber
Claims (6)
前記第1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となると、前記モータの回転速度を高くするように前記第1可変絞り弁における絞り係数を制御する
ことを特徴とするシリンダ装置。 a hydraulic cylinder including a cylinder, a piston movably inserted into the cylinder to divide the inside of the cylinder into two working chambers, a first flow passage and a second flow passage arranged in parallel to each other and communicating the working chambers with each other, a first variable throttle valve provided in the first flow passage, and a two-way discharge pump provided in the second flow passage and driven by a motor;
a controller for controlling the first variable throttle valve and the motor,
The cylinder device according to claim 1, wherein the controller controls a throttle coefficient of the first variable throttle valve so as to increase a rotation speed of the motor when the motor is in a braking state.
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する第1フィルタと、
前記モータのトルクから車両における前記ばね下共振周波数以上の成分を除去する第2フィルタと、
前記第1フィルタで処理されたフィルタ処理後回転速度と、前記第2フィルタで処理された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制動状態判定部と、
前記制動状態判定部の判定結果が制動判定であると前記第1可変絞り弁における前記絞り係数を制動時絞り係数に設定する絞り係数演算部とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。 The controller includes:
a first filter that removes a component higher than the unsprung resonance frequency of the vehicle from the rotational speed of the motor;
a second filter that removes a component higher than the unsprung resonance frequency of the vehicle from the torque of the motor;
a braking state determination unit that determines whether the motor is in a braking state based on the filtered rotational speed processed by the first filter and the filtered torque processed by the second filter;
and a throttle coefficient calculating unit that sets the throttle coefficient in the first variable throttle valve to a braking throttle coefficient when the determination result of the braking state determining unit is a braking determination. cylinder device.
前記フィルタ処理後回転速度に基づいて前記モータの回転加速度を求める回転加速度演算部を有し、
前記絞り係数演算部は、前記制動状態判定部の判定結果が力行判定であって、前記モータの動作点が第1象限にあって前記回転加速度が0未満であって前記回転加速度の絶対値が閾値以上である場合、および、前記モータの動作点が第3象限にあって前記回転加速度が0以上であって前記回転加速度の絶対値が閾値以上である場合、前記第1可変絞り弁の流路を徐々に減少させるように前記第1可変絞り弁の目標絞り係数を設定する
ことを特徴とする請求項2に記載のシリンダ装置。 The controller includes:
a rotational acceleration calculation unit that calculates rotational acceleration of the motor based on the filtered rotational speed;
The aperture coefficient calculation unit is configured to determine that the determination result of the braking state determination unit is power running, that the operating point of the motor is in a first quadrant, that the rotational acceleration is less than 0, and that the absolute value of the rotational acceleration is If the operating point of the motor is in the third quadrant, the rotational acceleration is 0 or more, and the absolute value of the rotational acceleration is greater than or equal to the threshold, the flow rate of the first variable throttle valve is The cylinder device according to claim 2, wherein a target throttle coefficient of the first variable throttle valve is set so as to gradually decrease the flow rate.
前記モータが力行状態から制動状態へ移行する際に回転速度が0となった時のトルクであるゼロクロストルクを推定するトルク推定部を有し、
前記絞り係数演算部は、前記ゼロクロストルクから前記モータの回生電力を大きくする前記制動時絞り係数を求め、前記制動時絞り係数に基づいて前記第1可変絞り弁の前記目標絞り係数を求める
ことを特徴とする請求項3に記載のシリンダ装置。 The controller:
a torque estimating unit that estimates a zero cross torque, which is a torque when a rotation speed of the motor becomes zero when the motor transitions from a powering state to a braking state;
4. The cylinder device according to claim 3, wherein the throttle coefficient calculation unit calculates the braking throttle coefficient that increases the regenerative power of the motor from the zero cross torque, and calculates the target throttle coefficient of the first variable throttle valve based on the braking throttle coefficient.
ことを特徴とする請求項4に記載のシリンダ装置。 5. The cylinder device according to claim 4, wherein, when a determination result of the braking state determination unit transitions from a braking determination to a powering determination, the throttle coefficient calculation unit gradually increases the throttle coefficient of the first variable throttle valve to change it to an initial value that makes the flow path larger than the braking throttle coefficient.
ことを特徴とする請求項3に記載のシリンダ装置。 The cylinder device according to claim 3, characterized in that the throttle coefficient calculation unit gradually reduces the throttle coefficient of the first variable throttle valve based on a square of a time that has elapsed since a change in the throttle coefficient of the first variable throttle valve was started.
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