JP2015204685A - 駆動装置 - Google Patents

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尚志 濱谷
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Abstract

【課題】昇圧コンバータを備えるものにおいて、モータの相電流を検出する電流センサの故障時でもモータを駆動可能とする。【解決手段】学習条件が成立したときには、高圧側電力ラインの電圧VHが所定電圧VH1で保持されるよう昇圧コンバータを制御する電圧保持制御を実行しながら(S130)、モータのトルク指令Tm*と電流センサにより検出されたV相,W相の電流Iv,Iwとを用いてインバータを制御する通常PWM制御を実行して(S140)、指令値関係を学習する(指令値関係マップを更新する)(S150〜S180)。そして、電流センサの少なくとも1つが故障しているときには、電圧保持制御を実行しながら、指令値関係マップにモータのトルク指令Tm*を適用してd軸、q軸の電圧指令Vd*,Vq*を設定してインバータを制御する故障時PWM制御を実行する。【選択図】図2

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、三相交流モータと、三相交流モータを駆動するインバータと、バッテリと、バッテリが接続された低圧側電力ラインの電力を昇圧してインバータが接続された高圧側電力ラインに供給可能な昇圧コンバータと、三相交流モータとインバータとを接続する3つの接続ラインのうち少なくとも2つに設けられた電流センサと、を備える駆動装置に関する。
従来、この種の駆動装置としては、電動モータと、電動モータに三相交流電流を供給するインバータ回路と、インバータ回路を介して電動モータに電力を供給するバッテリと、電動モータの各相の相電流を検出するモータ電流検出部と、を備え、モータ電流検出部の異常を検出していないときには、モータ電流検出部により検出されたモータ電流検出値と電流指令値とに基づいて電動モータを駆動制御し、モータ電流検出部の異常を検出したときには、電動モータの抵抗−インダクタンスモデルを用いてモータ電流を推定する電流オブザーバにより推定されたモータ電流推定値と電流指令値とに基づいて電動モータを駆動制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、こうした処理により、2相以上の電流センサに故障が発生したときでも、モータ電流を推定して電動モータを駆動できるようにしている。
特開2009−89552号公報
上述のハード構成に加えて、バッテリからの電力を昇圧してインバータ回路に供給可能な昇圧コンバータを備える駆動装置でも、上述の駆動装置と同様に、電流センサに故障が発生したときでも電動モータを駆動可能とすることが要請されている。しかしながら、昇圧コンバータを備える駆動装置では、インバータ回路に供給する電圧を変更可能であることから、電流センサが故障したときのための備え(準備)および電流センサが故障したときの対処(モータの駆動)をどのように行なうかが課題となる。
本発明の駆動装置は、昇圧コンバータを備えるものにおいて、モータの相電流を検出する電流センサの故障時でもモータを駆動可能とすることを主目的とする。
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の駆動装置は、
三相交流モータと、前記三相交流モータを駆動するインバータと、バッテリと、前記バッテリが接続された低圧側電力ラインの電力を昇圧して前記インバータが接続された高圧側電力ラインに供給可能な昇圧コンバータと、前記三相交流モータと前記インバータとを接続する3つの接続ラインのうち少なくとも2つに設けられた電流センサと、前記電流センサにより検出された電流値と前記三相交流モータのトルク指令とに基づいてd軸,q軸の電圧指令を設定して前記インバータを制御する通常インバータ制御を実行すると共に前記高圧側電力ラインの電圧が調節されるよう前記昇圧コンバータを制御する電圧調節制御を実行する制御手段と、を備える駆動装置であって、
前記制御手段は、所定学習条件が成立したときには、前記高圧側電力ラインの電圧が所定電圧となるよう前記昇圧コンバータを制御する電圧保持制御を行ないながら前記通常インバータ制御を実行して、前記トルク指令と前記d軸,q軸の電圧指令との関係である指令値関係を学習する手段であり、
更に、前記制御手段は、前記電流センサの故障時には、前記電圧保持制御を行ないながら、前記指令値関係に前記トルク指令を適用して前記d軸,q軸の電圧指令を設定して前記インバータを制御する故障時インバータ制御を実行する手段である、
ことを特徴とする。
この本発明の駆動装置では、基本的には、電流センサにより検出された電流値と三相交流モータのトルク指令とに基づいてd軸,q軸の電圧指令を設定してインバータを制御する通常インバータ制御を実行すると共に、高圧側電力ラインの電圧が調節されるよう昇圧コンバータを制御する電圧調節制御を実行する。そして、所定学習条件が成立したときには、高圧側電力ラインの電圧が所定電圧となるよう昇圧コンバータを制御する電圧保持制御を行ないながら通常インバータ制御を実行して、トルク指令とd軸,q軸の電圧指令との関係である指令値関係を学習する。さらに、電流センサの故障時には、電圧保持制御を行ないながら、指令値関係にトルク指令を適用してd軸,q軸の電圧指令を設定してインバータを制御する故障時インバータ制御を実行する。これにより、昇圧コンバータを備えるものにおいて、電流センサの故障時には、高圧側電力ラインの電圧を所定電圧に保持しながらモータを駆動制御することができる。ここで、所定学習条件は、前回に指令値関係を学習してからのトリップ数(システム起動からシステム停止までを1トリップとする)が閾値以上で且つ電流センサが故障していない条件などを用いることができる。
本発明の一実施例としての駆動装置20の構成の概略を示す構成図である。 モータ32のトルク指令Tm*と電圧指令Vd*,Vq*との関係である指令値関係を学習する(指令値関係を示す指令値関係マップを更新する)ために実施例の電子制御ユニット50により実行される指令値関係学習ルーチンである。 実施例の電子制御ユニット50により実行される駆動制御ルーチンである。 指令値関係マップの一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての駆動装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置20は、電気自動車やハイブリッド自動車,燃料電池自動車などに搭載され、図示するように、例えば回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成された走行用のモータ32と、モータ32を駆動するためのインバータ34と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ36と、インバータ34が接続された電力ライン(以下、高圧側電力ラインという)42とバッテリ36が接続された電力ライン(以下、低圧側電力ラインという)44とに接続されて高圧側電力ライン42の電圧VHを調節すると共に高圧側電力ライン42と低圧側電力ライン44との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ40と、高圧側電力ライン42に取り付けられてこの電力ラインの電圧を平滑する高圧側コンデンサ46と、低圧側電力ライン44に取り付けられてこの電力ラインの電圧を平滑する低圧側コンデンサ48と、モータ32やインバータ34,昇圧コンバータ40を冷却する冷却装置60と、駆動装置全体をコントロールする電子制御ユニット50と、を備える。
冷却装置60は、冷却水(LLC(ロングライフクーラント))と外気との熱交換を行なうラジエータ62と、ラジエータ62とモータ32とインバータ34と昇圧コンバータ40とを冷却水が循環する循環流路64と、冷却水が循環流路64を循環するよう冷却水を圧送する電動ポンプ66と、を備える。
電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU52の他に処理プログラムを記憶するROM54と、データを一時的に記憶するRAM56と、記憶したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ58と、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット50には、モータ32のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ32aからのモータ32のロータの回転位置θmや、モータ32とインバータ34とを接続する3つの電力ラインのうち2つ(モータ32のV相,W相に接続された電力ライン)に取り付けられた電流センサ33v,33wからのモータ32のV相,W相の相電流Iv,Iw,バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサからの端子間電圧Vb,バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサからの充放電電流Ib,バッテリ36に取り付けられた温度センサからの電池温度Tb,高圧側コンデンサ46の端子間に取り付けられた電圧センサ46aからの高圧側コンデンサ46の電圧(高圧側電力ライン42の電圧)VH,低圧側コンデンサ48の端子間に取り付けられた電圧センサ48aからの低圧側コンデンサ48の電圧(低圧側電力ライン44の電圧)VL,冷却装置60の循環流路64におけるラジエータ62より上流側(図1ではモータ32と電動ポンプ66との間)に取り付けられた温度センサ68からの冷却水温Tw,その他、車両の駆動制御に必要な信号、例えば、イグニッションスイッチ(スタートスイッチ)からのイグニッション信号,シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジション,アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度,ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション,車速センサからの車速などが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50からは、インバータ34のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ40のスイッチング素子へのスイッチング制御信号,冷却装置60の電動ポンプ66への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aにより検出されたモータ32のロータの回転位置θmに基づいてモータ32のロータの電気角θeや回転数Nmを演算したり、電流センサにより検出されたバッテリ36の充放電電流Ibに基づいてそのときのバッテリ36から放電可能な電力量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと温度センサからの電池温度とに基づいてバッテリ36を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。
こうして構成された実施例の駆動装置20では、電子制御ユニット50は、バッテリ36の入出力制限Win,Woutの範囲内でモータ32から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm*を設定すると共に設定したトルク指令Tm*でモータ32が駆動されるようインバータ34のスイッチング素子をスイッチング制御する。ここで、インバータ34の制御は、モータ32の電圧指令と三角波(搬送波)電圧との比較によってスイッチング素子のオン時間の割合を調節するパルス幅変調制御(PWM制御)によって行なわれる。具体的には、回転位置検出センサ32aにより検出されたモータ32の回転位置θmに基づく電気角θeを用いて電流センサ33v,33wにより検出されたV相,W相の電流Iv,Iwをd軸,q軸の電流指令Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)し、モータ32のトルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*との関係を予め定めたマップにモータ32のトルク指令Tm*を適用してd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定し、d軸,q軸の電流Id,Iqが電流指令Id*、Iq*となるようにするための電流フィードバック制御によってd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を設定し、モータ32の電気角θeを用いてd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*をモータ32のU相,V相,W相に印加すべき電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(2相−3相変換)し、座標変換した電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をインバータ34のスイッチング素子をスイッチングするためのPWM信号に変換してインバータ34に出力する、ことによって行なわれる。以下、このようにモータ32のトルク指令Tm*と電流センサ33v,33wにより検出されたV相,W相の電流Iv,Iwとを用いてインバータ34を制御する制御を通常PWM制御という。
また、電子制御ユニット50は、高圧側電力ライン42の電圧VHがモータ32のトルク指令Tm*と回転数Nmとに応じた目標電圧VHtagとなるよう昇圧コンバータ40のスイッチング素子をスイッチング制御する。以下、この昇圧コンバータ40の制御を電圧調節制御という。
次に、こうして構成された実施例の駆動装置20の動作について説明する。図2は、モータ32のトルク指令Tm*と電圧指令Vd*,Vq*との関係である指令値関係を学習する(指令値関係を示す指令値関係マップを更新する)ために実施例の電子制御ユニット50により実行される指令値関係学習ルーチンであり、図3は、実施例の電子制御ユニット50により実行される駆動制御ルーチンである。図2のルーチンは、システム起動直後に実行され、図3のルーチンは、図2のルーチンの実行後に所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。以下、まず、指令値関係マップについて説明し、その後、図2のルーチン、図3のルーチンの順に説明する。
図4は、指令値関係マップの一例を示す説明図である。指令値関係マップは、電子制御ユニット50のフラッシュメモリ58に記憶されており、モータ32のトルクTmの値0から最大値TmaxまでがエリアE1〜E10に分割され、各エリアにおける指令値関係(トルク指令値Tm*とd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*との関係)が設定されている。この各エリアにおける指令値関係は、初期値としては工場出荷時などの値が設定されており、その後、図2の指令値関係学習ルーチンの実行により更新されると、更新値が設定される。なお、エリア数は10に限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、実施例では、インバータ34のスイッチング素子の特性などを考慮して、冷却装置60の冷却水温Tw毎(例えば、通常温度範囲,低温範囲,高温範囲の3つなど)の指令値関係マップを用いるものとするが、冷却水温Twに拘わらず1つの指令値関係マップを用いるものとしてもよい。
次に、図2の指令値関係学習ルーチンについて説明する。このルーチンが実行されると、電子制御ユニット50は、前回に指令値関係を学習(指令値関係マップを更新)してからのトリップ数(システム起動からシステム停止までを1トリップとする)Tを閾値Trefと比較する(ステップS100)。ここで、閾値Trefは、指令値関係マップの更新間隔として用いられ、例えば、15や20,25などの値を用いることができる。トリップ数Tが閾値Tref未満のときには、トリップ数Tを値1だけインクリメントして(ステップS110)、指令値関係を学習せずに(指令値関係マップを更新せずに)本ルーチンを終了し、図3の駆動制御ルーチンの実行を開始する。
トリップ数Tが閾値Tref以上のときには、電流センサ33v,33wの少なくとも1つが故障しているか否かを判定する(ステップS120)。この判定は、例えば、電流センサ33v,33wからの信号が途絶しているか否かをなどによって行なうことができる。電流センサ33v,33wの少なくとも1つが故障しているときには、指令値関係を学習せずに(指令値関係マップを更新せずに)本ルーチンを終了し、図3の駆動制御ルーチンの実行を開始する。
電流センサ33v,33wが共に故障していない(正常である)ときには、高圧側電力ライン42の電圧VHが所定電圧VH1(例えば450Vや500V,550Vなど)で保持されるよう昇圧コンバータ40を制御する電圧保持制御を実行し(ステップS130)、モータ32のトルク指令Tm*と電流センサ33v,33wにより検出されたV相,W相の電流Iv,Iwとを用いてインバータ34を制御する上述の通常PWM制御を実行し(ステップS140)、このときの指令値関係を、冷却水温Twに応じた指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10のうち対応するエリアの指令値関係の欄に仮設定する(ステップS150)。ここで、所定電圧VH1は、実施例では、電圧センサ46aの公差が比較的小さくなる値を用いるものとした。
そして、冷却水温Twに応じた指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10の全ての指令値関係の欄を仮設定した(指令値関係を仮設定していない欄がない)か否かを判定し(ステップS160,S170)、未だエリアE1〜E10のうち指令値関係を仮設定していない欄があるときには、ステップS120に戻る。こうしてステップS120〜S170の処理を繰り返し実行して、冷却水温Twに応じた指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10の全ての指令値関係の欄を仮設定したときに、指令値関係マップを更新してフラッシュメモリ58に記憶させて(ステップS180)、トリップ数Tを値0にリセットして(ステップS190),本ルーチンを終了する。このようにしてトリップ数Tが閾値Tref以上に至る毎に指令値関係マップを更新するから、各エリアにおける指令値関係を、モータ32(インダクタンスなど)やインバータ34(スイッチング素子の遅延など),電流センサ33v、33w(検出精度),電圧センサ46a(検出精度)などの個体差や経年変化を踏まえた値とすることができる。
次に、図3の駆動制御ルーチンについて説明する。駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50は、まず、電流センサ33v,33wの少なくとも1つが故障しているか否かを判定し(ステップS200)、電流センサ33v,33wが共に故障していない(正常である)ときには、上述の電圧調節制御と通常PWM制御とを実行して(ステップS210,S220)、本ルーチンを終了する。
一方、電流センサ33v,33wの少なくとも1つが故障しているときには、図2の指令値関係学習ルーチンのステップS130の処理と同様に電圧保持制御を実行し(ステップS230)、冷却水温Twに応じた指令値関係マップにモータ32のトルク指令Tm*を適用してd軸、q軸の電圧指令Vd*,Vq*を設定すると共に設定したd軸,q軸の電圧指令を用いて通常PWM制御と同様にU相,V相,W相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の設定やPWM信号の設定を行なってインバータ34を制御する故障時PWM制御を実行して(ステップS240)、本ルーチンを終了する。これにより、電流センサ33v,33wの故障時には、高圧側電力ライン42の電圧VHを所定電圧VH1に保持しながらモータ32を駆動制御して走行することができる。しかも、実施例では、所定電圧VH1として電圧センサ46aの公差が比較的小さくなる値を用いるものとしたから、この走行時に、モータ32をより適正に駆動制御することができる。
以上説明した実施例の駆動装置20によれば、学習条件が成立したときには、高圧側電力ライン42の電圧VHが所定電圧VH1で保持されるよう昇圧コンバータ40を制御する電圧保持制御を実行しながら、モータ32のトルク指令Tm*と電流センサ33v,33wにより検出されたV相,W相の電流Iv,Iwとを用いてインバータ34を制御する通常PWM制御を実行して、指令値関係を学習し(指令値関係マップを更新し)、電流センサ33v,33wの少なくとも1つが故障しているときには、電圧保持制御を実行しながら、指令値関係マップにモータ32のトルク指令Tm*を適用してd軸、q軸の電圧指令Vd*,Vq*を設定してインバータ34を制御する故障時PWM制御を実行するから、電流センサ33v,33wの故障時には、高圧側電力ライン42の電圧VHを所定電圧VH1に保持しながらモータ32を駆動制御して走行することができる。
実施例の駆動装置20では、指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10の全ての指令値関係の欄を仮設定したときに、指令値関係マップを更新してフラッシュメモリ58に記憶させるものとしたが、指令値関係マップが仮完成していないときでも、所定時間が経過したときなどには、指令値関係マップを更新する(仮設定していない欄については前回の更新時の値を保持する)ものとしてもよい。
実施例の駆動装置20では、指令値関係マップを更新する際には、電圧保持制御を実行しながら通常PWM制御を実行してこのときの指令値関係を指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10のうち対応するエリアの指令値関係の欄に仮設定し、指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10の全ての指令値関係の欄を仮設定したときに、指令値関係マップを更新するものとしたが、電圧保持制御を実行しながら通常PWM制御を実行してこのときの指令値関係を指令値関係マップにおけるエリアE1〜E10のうち対応するエリアの指令値関係の欄に本設定(この欄を更新)するものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「三相交流モータ」に相当し、インバータ34が「インバータ」に相当し、バッテリ36が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ40が「昇圧コンバータ」に相当し、電流センサ33v,33wが「電流センサ」に相当し、電子制御ユニット50が「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
20 駆動装置、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、33v,33w 電流センサ、34 インバータ、36 バッテリ、40 昇圧コンバータ、42 高圧側電力ライン、44 低圧側電力ライン、46 高圧側コンデンサ、46a,48a 電圧センサ、48 低圧側コンデンサ、50 電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、58 フラッシュメモリ、60 冷却装置、62 ラジエータ、64 循環流路、66 電動ポンプ、68 温度センサ。

Claims (1)

  1. 三相交流モータと、前記三相交流モータを駆動するインバータと、バッテリと、前記バッテリが接続された低圧側電力ラインの電力を昇圧して前記インバータが接続された高圧側電力ラインに供給可能な昇圧コンバータと、前記三相交流モータと前記インバータとを接続する3つの接続ラインのうち少なくとも2つに設けられた電流センサと、前記電流センサにより検出された電流値と前記三相交流モータのトルク指令とに基づいてd軸,q軸の電圧指令を設定して前記インバータを制御する通常インバータ制御を実行すると共に前記高圧側電力ラインの電圧が調節されるよう前記昇圧コンバータを制御する電圧調節制御を実行する制御手段と、を備える駆動装置であって、
    前記制御手段は、所定学習条件が成立したときには、前記高圧側電力ラインの電圧が所定電圧となるよう前記昇圧コンバータを制御する電圧保持制御を行ないながら前記通常インバータ制御を実行して、前記トルク指令と前記d軸,q軸の電圧指令との関係である指令値関係を学習する手段であり、
    更に、前記制御手段は、前記電流センサの故障時には、前記電圧保持制御を行ないながら、前記指令値関係に前記トルク指令を適用して前記d軸,q軸の電圧指令を設定して前記インバータを制御する故障時インバータ制御を実行する手段である、
    ことを特徴とする駆動装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108382269A (zh) * 2018-02-27 2018-08-10 北京新能源汽车股份有限公司 一种电机输出扭矩的控制方法、装置及电动汽车
KR102676718B1 (ko) * 2018-03-14 2024-06-19 현대자동차주식회사 모터 회전속도 제어방법 및 제어시스템

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