JP2017109622A - 電動車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させる。【解決手段】車両1が下り坂を走行している場合、勾配抵抗により車速が目標車速よりも速くなった際には、クラッチ10を切り離し、回生運転を積極的に取り入れて(回生量を増加させて)走行力を大きく制限し、車速が目標車速になるように車速を低下させる(加速度を弱くする)。【選択図】図1
Description
本発明は、走行用モータにより駆動力を得る電動車両の制御装置に関する。
近年、電動車両として、走行用モータで駆動輪を駆動させる車両(EV)や、走行用モータとエンジンとを組み合わせて車両の駆動力を得るようにしたハイブリッド車両が開発され、実用化が進んでいる。ハイブリッド車両としては、発電機をエンジンにより駆動させて発電し、走行用モータに給電を行うバッテリを充電する車両(HEV)だけでなく、バッテリを外部の商用電源でも充電可能な車両(PHEV)の開発、実用化が進んでいる。
上述した電動車両は、制動時等に駆動輪側から走行用モータに回生力が得られた場合、走行用モータにより発電が行われ、発電電力がバッテリに充電されるようになっている(回生運転)。回生運転が行われる場合、車両は走行用モータによる力行は行われず、回生運転により走行力が制限されて電力が発電される。
ところで、アクセルペダルの踏込み量に対応した車速を目標車速として、車両の速度を所定の速度(目標車速)に調整する技術が従来から知られている(例えば、特許文献1)。電動車両で、車速を目標車速に調整して走行する場合、路面状況(上り坂、平地、下り坂)により車速が変化することになるため、エンジンの出力等を制御して車速が調整され、路面状況に拘わらず目標車速が維持されるようになっている。
エンジンが搭載されていない電動車両において、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させる場合、走行用モータの出力を制御すると共に、制動装置を制御することにより目標車速が維持されるよう制御することが考えられる。また、ハイブリッド車両において、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させる場合、エンジンの出力等を制御して目標車速が維持されるようになっているのが現状であった。
このように、電動車両は、回生運転により走行力が制限されて電力が発電される運転モードを有しているにも拘らず、アクセルペダルの踏込み量に対応して車両を所定の速度で走行させる場合、特に下り坂を走行する場合、制動装置を動作させたり、エンジンの出力を低下させたりして、複雑な制御を実施して、車速を所定の速度に制御することが考えられる。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、走行用モータにより回生力を得る電動車両において、回生運転を制御することにより、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させることができるようにした電動車両の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の電動車両の制御装置は、バッテリから電力が供給されて車両の駆動輪に駆動力を伝えると共に、前記駆動輪の回転力により回生発電を行う走行用モータと、アクセル開度に基づいて前記車両の速度を目標車速に制御する速度調整手段とを備え、前記速度調整手段は、前記駆動輪の回転力により発電を行う回生運転の制御により、前記車両の速度を目標車速に制御することを特徴とする。
請求項1に係る本発明では、アクセルペダルの踏込み量、即ち、アクセル開度に基づいた目標車速で車両を走行させる場合、路面の状況に応じて車速が変化しても(車速が増加しても)、回生運転を制御して走行力の制限の状況を調整し、車両の速度を目標車速に制御する。回生運転を実施することにより得られた電力は、原則的に、バッテリに充電される。
目標車速で車両を走行させる場合の車両の速度の制御としては、車速自体を調整して車速を目標車速に一致させる制御、加速度の状態を調整して車速を目標車速に一致させる制御を含む。アクセル開度に基づいた目標車速で車両の速度を制御する一例としては、運転者がその時のアクセル開度の車速を目標車速として設定して、車両の走行を制御するオートクルーズ制御が挙げられる。
例えば、車両が下り坂を走行している場合、勾配抵抗により車速が目標車速よりも速くなることがある。この場合、回生運転を積極的に取り入れて(回生量を増加させて)走行力を大きく制限し、車速が目標車速になるように車速を低下させる(加速度を弱くする)。高速走行中に減速運転が実施されたり、目標車速よりも速い車速で牽引運転が実施されたりした場合も、回生運転の制御により、車両の速度を目標車速に制御することができる。
従って、走行用モータにより回生力を得る電動車両において、回生運転を制御することにより、複雑な制御を実施することなく、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させることができる。
そして、請求項2に係る本発明の電動車両の制御装置は、請求項1に記載の電動車両の制御装置において、前記車両は、エンジンの出力軸が前記駆動輪に選択的に接続される車両であり、前記バッテリの充電割合を検出する充電状況検出手段を備え、前記速度調整手段は、前記充電状況検出手段により所定以上の充電度合いが検出された時に、前記エンジンへの燃料の供給を停止して前記エンジンの出力軸を前記駆動輪に接続することを特徴とする。
請求項2に係る本発明では、充電状況検出手段によりバッテリが所定以上の充電度合いであることが検出された時には(所定値を超えているとされた場合には)、例えば、バッテリが満充電(SOC:90%等)を超えていることが検出された時には、回生運転による電力の充電に代えて、エンジンへの燃料の供給を停止してエンジンの出力軸を駆動輪に接続し、フリクションを増大させて走行を制限する。バッテリの所定の充電度合いは、例えば、満充電よりも少し低い充電量(SOC:80%等)に設定することも可能である。
バッテリが所定以上の充電度合いであることが検出された時に、エンジンを接続してフリクションを増大させて運転することで、エンジンの暖機状態を保つことができる。このため、燃料を供給してエンジンの運転を行う場合に、燃費を低下させずに運転を行うことができる。動力機構の各部の温度条件が規定範囲を超えた場合や、動力機構の不具合があった場合に、エンジンを接続してフリクションを増大させて運転することができる。
また、請求項3に係る本発明の電動車両の制御装置は、請求項2に記載の電動車両の制御装置において、前記エンジンのフリクションを増大させる増大機能が備えられ、前記速度調整手段は、前記充電状況検出手段により検出された充電度合いが大きくなるにつれて前記増大機能を動作させることを特徴とする。
請求項3に係る本発明では、充電度合いが大きくなるにつれて増大機能によりフリクションを増大させることで走行力の制限を維持する。
また、請求項4に係る本発明の電動車両の制御装置は、請求項3に記載の電動車両の制御装置において、前記増大機能は、前記エンジンの燃焼室を開閉するバルブのバルブリフト量を制御する機能であることを特徴とする。
請求項4に係る本発明では、燃焼室を開閉するバルブのバルブリフト量を制御することで、即ち、バルブリフト量を多くすることで、エンジンのフリクションを増大させることができる。
また、請求項5に係る電動車両の制御装置は、請求項3もしくは請求項4に記載の電動車両の制御装置において、前記増大機能は、スロットルバルブの開閉を制御する機能であることを特徴とする。
請求項5に係る本発明では、スロットルバルブの開閉を制御することで、即ち、エンジンの回転速度に応じてスロットルバルブを開閉することで、エンジンのフリクションを増大させることができる。尚、スロットルバルブの開閉は、原則的には燃料が停止されている運転時に実施されるが、運転領域によっては、燃料の供給と併用することも可能である。
本発明の電動車両の制御装置は、走行用モータにより回生力を得る電動車両において、回生運転を制御することにより、複雑な制御を実施することなく、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させることが可能になる。
本発明の電動車両の制御装置は、走行用モータにより回生力を得る電動車両において、運転者のアクセルペダルの踏込み量の操作に基づいた(アクセル開度に基づいた)目標車速に対して、車両の速度を目標車速に制御する場合、路面環境により(下り坂を走行して)車両の速度が変化しても(車速が増加しても)、回生運転を制御して走行力の制限状況を調整し(制限を増加させ)、車両の速度を(低下させて)目標車速に制御するようにした装置である。
車両の速度の制御としては、車速自体を調整して車速を目標車速に一致させる制御や、加速度の状態を調整して車速を目標車速に一致させる制御が、単独、もしくは、組み合わせで適用される。アクセル開度に基づいて車両の速度を目標車速に制御する一例としては、運転者がその時のアクセル開度の車速を目標車速として設定して、車両の走行を制御するオートクルーズ制御が挙げられる。
例えば、車両が下り坂を走行している場合、勾配抵抗により車速が目標車速よりも速くなることがある。この場合、力行側の駆動力を低減していき駆動力が0となった後は、回生運転を積極的に取り入れて(回生量を増加させて)走行力を大きく制限し、車速が目標車速になるように車速を低下させる(加速度を弱くする)。
これにより、走行用モータにより回生力を得る電動車両において、回生運転を制御することにより、複雑な制御を実施することなく、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させることが可能になる。
図1、図2に基づいて本発明の制御装置が搭載された電動車両の全体の概略構成を説明する。
図1(a)には回生運転を行っている場合の本発明の一実施例に係る制御装置が搭載された電動車両の全体の概略構成、図1(b)にはエンジンを接続した場合の本発明の一実施例に係る制御装置が搭載された電動車両の全体の概略構成、図2には本発明の一実施例に係る制御装置が搭載された電動車両が下り坂を走行している状況の概念を示してある。図に示した電動車両は、電動モータとエンジンが併用されたハイブリッド車両を適用した例である。
図1に示すように、電動車両(ハイブリッド車両:車両)1には、駆動輪2に動力を伝える走行用モータ3、及び、エンジン4が備えられている。走行用モータ3の駆動力は伝達機構5を介して駆動輪2に伝達される。走行用モータ3にはインバータ等の回路を介してバッテリ7が接続されている。乗員のペダル操作に応じた電力が、バッテリ7から回路を介して走行用モータ3に供給される。
エンジン4には発電機9が接続され、発電機9は回路を介してバッテリ7(及び走行用モータ3)に接続されている。エンジン4は発電機9に接続される一方で、クラッチ10を介して伝達機構5に接続されている。
車両1の運転状態に応じてエンジン4が運転されると、エンジン4の駆動力が出力系8を介して発電機9に伝達される。発電機9はエンジン4の運転により回転して(駆動されて)発電が実施される。発電機9で発電された電力はバッテリ7、走行用モータ3に供給される。車両1の運転状態に応じてクラッチ10により出力系8と伝達機構5が接続されると、エンジン4の駆動力が発電機9、及び、駆動輪2に伝達される。
車両1には各種装置を総括的に制御する制御装置11が設けられ、制御装置11には、エンジン4の回転速度の情報、車速センサー12の情報が入力される。バッテリ7にはバッテリ7の充電状況(充電容量:SOC)を検出する充電状況検出手段としての容量センサー13(後述する図3参照)が備えられ、容量センサー13の情報が制御装置11に入力される。
また、車両1には、アクセルポジションセンサー(APS)14が備えられ、APS14の検出情報(アクセル開度の情報)が制御装置11に入力される。また、制御装置11には、車両1の重量の情報、即ち、乗員を検出するセンサーや荷物の有無を検出するセンサーの情報が入力され、更に、走行路面の勾配の情報、例えば、勾配センサーの情報が入力される。
上記構成の車両1は、走行用モータ3を車両走行の動力源とするEVモードと、走行用モータ3を車両走行の動力源とし、エンジン4を発電機9の動力源として用いるシリーズモードを有している。更に、走行用モータ3及びエンジン4を車両走行用の動力源とするパラレルモードを有している。それぞれの運転モードは、車両1の走行状態に応じて適宜選択されて切換えられる。
図2に示すように、電動車両(ハイブリッド車両:車両)1は、運転者のアクセルペダルの踏込み量の操作であるアクセル開度に基づいた目標車速に対して、車両の速度が目標車速に制御されている場合に、下り坂を走行すると、空気抵抗、転がり抵抗、加速抵抗に対して、勾配抵抗が下り方向に大きく働き、車両1が加速する状態になる。この時の勾配抵抗の力は、車両1の速度、加速度、路面の勾配、車両1の重量により決定される。
車両1が加速する状態になった場合、走行用モータ3の駆動力は、前進側の力行になり、走行用モータ3の回生力は回生量となる。本実施例では、回生運転を行って(回生量を増加させて)走行の制限を大きくして車速を低下させ、車両1の速度を目標車速に制御する。
図3に基づいて本発明の電動車両の制御装置の実施例を具体的に説明する。図3には本発明の一実施例に係る電動車両の制御装置のブロック構成を示してある。
図に示すように、制御装置11には、APS14の検出情報(アクセル開度の情報)、車速センサー12の検出情報、容量センサー13の検出情報(バッテリ7のSOCの情報)、車両1の重量の情報、路面の傾斜状態の情報が入力される。制御装置11には、目標車速設定手段21が備えられ、目標車速設定手段21では、運転者のアクセルペダルの踏込み量の操作であるアクセル開度(APS14の検出情報)に基づいた目標車速が設定される。
車両1の速度を目標車速に制御している時に、下り坂を走行すると、図2に示したように車速が増加する。このため、制御装置11には、車速を目標車速に調整する速度調整手段22が備えられている。速度調整手段22では、回生運転を制御して(回生量を増やして)走行力の制限度合いを増加させ、車両1の速度を低下させて目標車速に制御するようにしている。
つまり、伝達機構5とエンジン4の接続を離すようにクラッチ10に動作指令が出力され(図1(a)参照)、駆動輪2からの動力により走行用モータ3が発電される状態にして回生力を発生させ、走行力が制限されて車両1の速度が低下する。回生により得られた発電電力はバッテリ7に充電される。
そして、制御装置11には、回生運転が行えない状況にある時に(例えば、バッテリ7が、所定以上の充電度合いである満充電の状態で充電が行えない時に)、エンジン4を接続してフリクションを増大させて走行力を制限するフリクション増大手段23が備えられている。つまり、充電度合いが大きくなるにつれて回生運転が行えない状況になった時に、フリクション増大手段23を動作させる。
フリクション増大手段23からは、エンジン4への燃料の供給を停止する指令が出力され、伝達機構5とエンジン4を接続するようにクラッチ10に動作指令が出力される(図1(b)参照)。これにより、駆動輪2とエンジン4が接続され、エンジン4の機械的なフリクションにより走行力が制限されて車両1の速度が低下する(エンジンブレーキ)。
エンジン4を接続してフリクションを増大しても、車速の低下が不十分な場合、フリクション増大手段23からは、燃焼室を開閉するバルブのリフト量を増大させるバルブリフト増大手段24に動作指令が出力される。また、車速の低下が不十分な場合、フリクション増大手段23からは、スロットルバルブの開度を変更するスロットル開度変更手段25に動作指令が出力される。
エンジン4を接続しても車速の低下が不十分な場合、バルブのリフト量が増大されてエンジン4のフリクションが増加し、また、スロットルバルブが、例えば、開き状態にされてエンジン4のフリクションが増加し、車両1の走行力が制限されて車両1の速度が低下する。
図4から図7に基づいて、上述した電動車両の制御装置の処理の具体的な流れを説明する。
図4には本発明の一実施例に係る電動車両の制御装置における下り坂走行時のタイムチャートを示してあり、図4(a)はアクセル開度の経時変化、図4(b)は車速の経時変化、図4(c)は回生量の経時変化、図4(d)は車両が走行している路面の勾配を表してある。また、図5には本発明の一実施例に係る電動車両の制御装置の処理の流れを説明するフローチャート、図6にはエンジン4のフリクショントルクとバルブリフト量との関係を表すグラフ、図7にはフリクショントルクとエンジン回転速度との関係を表すグラフを示してある。
図4に基づいて処理の概略を説明する。図4(d)に示すように、車両は平坦路から時刻tの時点で下り坂にさしかかる状況を説明する。
図4(a)に示すように、運転者がアクセルペダルを踏込むとアクセル開度が開き、例えば、時刻tで、その時のアクセル開度に基づいた目標車速V1(図4(b)中破線背示してある)が設定される。車両1が下り坂を走行する場合、実車速が増加するが、図4(b)に破線で示す目標車速V1に追従させるため、実車速を一定に制御すべくモータの回生量を増加させていく。図4(c)に示すように、時刻tから回生量を増加させるようにモータを制御し、車両1の走行力の制限度合いを増加させて速度を低下させ、実車速が目標車速V1になるようにする(図4(b)中実線で示した状態)。
図5から図7に基づいて処理の流れを具体的に説明する。
アクセル開度に基づいた目標車速で走行している際、下り坂を走行している時、図5に示すように、ステップS1で現在の車速が目標車速を超えているか否かが判断される。ステップS1で現在の車速が目標車速を超えていると判断された場合、ステップS2でバッテリ7の充電容量(SOC)が所定の充電度合いであるX%(例えば、満充電の状態である90%)以下であるかが判断される。ステップS1で現在の車速が目標車速以下(目標車速)であると判断された場合、処理は終了となる。
尚、バッテリ7の充電容量(SOC)の所定度合いを、例えば、満充電の状態である90%に設定したが、例えば、満充電よりも少し低い充電量(SOC:80%等)に設定することも可能である。この場合、後述するエンジン4のフリクションを増大させる制御時に、回生運転により発電を実施し、発電電力をバッテリ7に充電することが可能になる。
ステップS2でバッテリ7の充電容量(SOC)がX%以下であると判断された場合、ステップS3でクラッチ10を切り離して伝達機構5とエンジン4の接続を離す(図1(a)参照)。ステップS4で駆動輪2からの動力により走行用モータ3が発電される状態にして回生力を発生させ(回生運転)、走行力を制限して車両1の速度を低下させ、車速が目標車速になるようにする。回生により得られた発電電力は、ステップS5でバッテリ7に充電され、処理が終了となる。
一方、ステップS2でバッテリ7の充電容量(SOC)がX%を超えていると判断された場合(所定以上の充電度合いが検出された場合)、バッテリ7には充電ができない状況なので、回生運転によらず、エンジン4のフリクションを増大させて車両1の走行力を制限し、速度を低下させて車速が目標車速になるようにする。
即ち、ステップS2でバッテリ7の充電容量(SOC)がX%を超えていると判断された場合、ステップS6でエンジン4への燃料の供給が停止される。ステップS7でクラッチ10が接続され、伝達機構5と燃料供給が停止されたエンジン4が接続される(図1(b))参照)。これにより、エンジン4の出力軸が駆動輪2に接続され、フリクションが増大して走行力が制限され、車両1の速度が低下する(エンジンブレーキ)。
バッテリ7の充電容量(SOC)がX%を超えていると判断された場合、エンジン4を接続して運転することで、エンジン4の暖機状態を保つことができる。このため、燃料を供給してエンジン4の運転を行う場合に、燃費を低下させずに運転を行うことができる。エンジン4を接続してフリクションを増大させて運転する場合、動力機構の各部の温度条件が規定範囲を超えた場合や、動力機構の不具合があった場合に適用することも可能である。
ステップS7でクラッチ10が接続されてエンジン4が伝達機構5に接続された後、ステップS8で現在の車速が目標車速を超えているか否かが判断される。ステップS8で現在の車速が目標車速を超えていると判断された場合、走行力の制限が不足しているため、ステップS9でバルブリフト量を増加させる、もしくは、アクセル開度を制御して(または、両者を併用して)、フリクションを増大させて走行力を制限し、不足している分を補って車両1の速度を低下させる。ステップS8で現在の車速が目標車速を超えていないと判断された場合、処理が終了となる。
つまり、図6に示すように、燃焼室を開閉するバルブのバルブリフト量を増加させることで、フリクショントルクが増加する。このため、エンジン4が伝達機構5に接続されている時に、バルブリフト量を増加させることで、エンジン4のフリクションを増加させて、車両1の走行力を制限することができる。
また、図7に示すように、例えば、エンジン回転速度(Ne)が所定の回転速度Xに達するまでは、スロットルバルブを開いた状態(図中点線で示す)に対し、スロットルバルブを閉じた状態(図中実線で示す)のフリクショントルクが高くなる。また、エンジン回転速度(Ne)が所定の回転速度Xを超えると、スロットルバルブを閉じた状態(図中実線で示す)に対し、スロットルバルブを開いた状態(図中点線で示す)のフリクショントルクが高くなる。
このため、エンジン4が伝達機構5に接続されている時に、エンジン4の回転速度に応じてスロットルバルブの開閉を制御することで、エンジン4のフリクションを増加させて、車両1の走行力を制限することができる。尚、スロットルバルブの制御を行ってエンジン4のフリクションを増加させる場合、走行状況等運転領域によっては燃料が供給されることも考えられる。
ステップS9でエンジン4のフリクションを増大させて走行力を制限し、不足している分を補って車両1の速度を低下させた後、処理が終了となる。
尚、ステップS5で充電を実施した後、もしくは、ステップS9でエンジン4のフリクションを増大させた後、目標車速と車速を比較し、現在の車速が目標車速となるまで走行力を制限する動作を繰り返すことも可能である(フィードバック制御)。
上述した電動車両の制御装置は、車両1が下り坂を走行している場合、勾配抵抗により車速が目標車速よりも速くなっても、回生運転を積極的に取り入れて(回生量を増加させて)走行力を大きく制限し、車速が目標車速になるように車速を低下させることができる(加速度を弱くすることができる)。
従って、走行用モータ3により回生力を得る車両1において、回生量を制御して回生運転による負荷により車両1の走行力を制限するので、複雑な制御を実施することなく、アクセルペダルの踏込み量に対応した目標車速で車両を走行させることが可能になる。また、バッテリ7の充電が行えない状況の場合、エンジン4の出力軸を伝達機構5に接続してフリクションを増大させて車両1の走行力を制限することができる。
本発明は、電動車両の制御装置の産業分野で利用することができる。
1 電動車両(車両)
2 駆動輪
3 走行用モータ
4 エンジン
5 伝達機構
7 バッテリ
9 発電機
10 クラッチ
11 制御装置
12 車速センサー
13 容量センサー
14 アクセルポジションセンサー(APS)
21 目標車速設定手段
22 速度調整手段
23 フリクション増大手段
2 駆動輪
3 走行用モータ
4 エンジン
5 伝達機構
7 バッテリ
9 発電機
10 クラッチ
11 制御装置
12 車速センサー
13 容量センサー
14 アクセルポジションセンサー(APS)
21 目標車速設定手段
22 速度調整手段
23 フリクション増大手段
Claims (5)
- バッテリから電力が供給されて車両の駆動輪に駆動力を伝えると共に、前記駆動輪の回転力により回生発電を行う走行用モータと、アクセル開度に基づいて前記車両の速度を目標車速に制御する速度調整手段とを備え、
前記速度調整手段は、
前記駆動輪の回転力により発電を行う回生運転の制御により、前記車両の速度を目標車速に制御する
ことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項1に記載の電動車両の制御装置において、
前記車両は、エンジンの出力軸が前記駆動輪に選択的に接続される車両であり、
前記バッテリの充電割合を検出する充電状況検出手段を備え、
前記速度調整手段は、
前記充電状況検出手段により所定以上の充電度合いが検出された時に、前記エンジンへの燃料の供給を停止して前記エンジンの出力軸を前記駆動輪に接続する
ことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項2に記載の電動車両の制御装置において、
前記エンジンのフリクションを増大させる増大機能が備えられ、
前記速度調整手段は、
前記充電状況検出手段により検出された充電度合いが大きくなるにつれて、前記増大機能を動作させる
ことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項3に記載の電動車両の制御装置において、
前記増大機能は、前記エンジンの燃焼室を開閉するバルブのバルブリフト量を制御する機能である
ことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項3もしくは請求項4に記載の電動車両の制御装置において、
前記増大機能は、スロットルバルブの開閉を制御する機能である
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
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