JP4781321B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に発生する振動を制御する装置に関し、特に、車両に伝達される動力に基づいて車両を制御する車両制御装置に関する。
従来から、車両が走行するために用いるトルクを発生させるエンジンとモータとを備え、エンジン効率が低い走行条件においてはモータが発生させるトルクを用いて走行し、そうでない場合にはエンジンが発生させるトルクを用いて走行することでエネルギー効率を向上させたハイブリッド車両が知られている。
またハイブリッド車両は、走行条件が変化する毎にエンジンの停止と始動とを繰り返すため、ハイブリッド車両が備えるエンジンをジェネレータが始動させることで生じる振動を抑制できるジェネレータの制御方法が知られている(例えば、非特許文献1)。
この制御方法は、ジェネレータがエンジンを始動させるためにクランキングすることで生じるエンジントルクの脈動を予測し、予測したエンジントルクの脈動を抑制するトルクをジェネレータが発生させるトルクに対して補償することで、車両に生じる振動を抑制することを特徴とする。
戸村修二、他3名、「ハイブリッド車両におけるエンジン始動時の制振制御」、自動車技術講演会前刷集、No122−04、20045752、265
ところでハイブリッド車両において、エンジンをクランキングするジェネレータが発生させたトルク等の動力は、例えば、トーショナルダンパ等の緩衝装置を介してエンジンに伝達される。尚、トーショナルダンパは弾性体を有し、弾性体はジェネレータが発生させたトルクをエンジンに伝達する際に生じる衝撃を弾性力をもって緩衝する装置である。
このため上記のような制御方法では、トーショナルダンパが有する弾性体の経時変化又は公差による弾性定数の変化又は誤差によってトルクの予測精度が低下するために、予測したトルクに基づいて車両に発生する振動を十分に抑制できないという問題があった。
よって、本発明の目的とするところは、緩衝装置が有する弾性体の弾性定数を検出することで、緩衝装置を介して車両に伝達される動力を精度良く予測できるだけでなく、予測した動力に基づいて車両に生じる振動を抑制するように精度良く車両を制御できる車両制御装置を提供することにある。
本発明に係る車両制御装置は、車両を走行させるための動力を発生させるエンジンと、エンジンを始動させるための動力を発生させる始動装置と、エンジンが車両に対して動力を伝達する際に発生する衝撃を弾性により緩衝する弾性体の弾性定数を検出する検出手段と、検出手段が検出した弾性定数に基づいてエンジンから車両に伝達される動力を推定する推定手段と、推定手段が推定した動力が車両に発生させる振動を抑制する動力を発生するように始動装置を制御する制御手段と、を備え、エンジンは、発生させた動力を伝達する第1のシャフトを有し、第1のシャフトは、車両に対してエンジンが発生させた動力を伝達する第2のシャフトと弾性体を介して捩動可能に接続し、第2のシャフトは、始動装置が発生させた動力を弾性体を介して第1のシャフトへ伝達し、検出手段は、第2のシャフトに対する第1のシャフトの捩れ角度に関する情報に基づいて弾性体の弾性定数を検出し、捩れ角度に関する情報は、弾性体の共振周波数を含む所定範囲の周波数の振動により定まる捩れ角度の振れ幅を表す情報を含むことを特徴としている。
上記構成において、検出手段は、エンジンが発生させる動力に関する情報及び始動装置が発生させる動力に関する情報のいずれか1つ以上と、動力により生じる捩れ角度に関する情報とに基づいて弾性体の弾性定数を検出する構成を採用できる。
請求項1の構成によれば、衝撃を弾性により緩衝する弾性体の弾性定数を検出することで、弾性体を介して車両に伝達される動力を精度良く推定できるだけでなく、推定した動力に基づいて車両に生じる振動を抑制するように車両を精度良く制御できる。
請求項2の構成によれば、第1のシャフトと第2のシャフトとが捩れた角度に関する情報に基づいて、第1のシャフトと第2のシャフトとを接続する弾性体の弾性定数を精度良く検出できる。
請求項3の構成によれば、エンジンが発生させる動力の影響が少ないために弾性体が共振し易いだけでなく、共振した弾性体により定まる捩れ角度の振れ幅に基づいて精度良く弾性体の弾性定数を検出できる。
請求項4の構成によれば、始動装置が発生させる動力を制御することで、エンジンが発生させる動力により車両に生じる振動を精度良く抑制できる。
請求項5の構成によれば、捩れた角度に関する情報のみならず、捩れをもたらす動力に関する情報に基づいて弾性体の弾性定数を検出するため、精度良く弾性定数を検出できる。
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の車両制御装置を搭載した車両の一実施形態を示す構成図である。
図1に示す車両1000は、例えば、乗用自動車車両で構成される。車両1000は、車両制御装置1100、エンジン1200、トーショナルダンパ1300、電気モータ1400、動力分配機1500、始動装置1600、減速機1700、車輪1801から1804、及びドライブシャフト1805を備える。尚、車両制御装置1100については後述する。
エンジン1200は、例えば、レシプロエンジンで構成され、。エンジン1200は、車両制御装置1100及びトーショナルダンパ1300、及び図示を省略するが、燃料タンクに接続している。
エンジン1200は、トルクを含む動力を受けて回転するクランクシャフト1210(第1のシャフト)、並びに図示を省略するが、クランクシャフト1210によりシリンダ内を運動するピストンとを有する。
クランクシャフト1210は、トーショナルダンパ1300及びピストンに接続する。クランクシャフト1210は、トーショナルダンパ1300によって始動装置1600が発生させた動力を伝達される。
動力を伝達されたクランクシャフト1210は、回転運動を行うことで接続するピストンをシリンダに沿って運動させる。これによって、始動装置1600は、エンジン1200をクランキングすることで始動させる。
始動したエンジン1200は、燃料タンクに蓄積された燃料を取得し、取得した燃料をシリンダ内で燃焼させる。これによってエンジン1200は、車両1000を走行させるための動力を発生させる。具体的には、エンジン1200は、発生させた動力によりピストンをシリンダ内で上下運動させてクランクシャフト1210を回転させる。回転したクランクシャフト1210は、トーショナルダンパ1300を介して車両1000へ動力を伝達する。
尚、エンジン1200は、図示を省略するが、クランクシャフト1210の回転数及び回転角度を計測する回転センサ、及びエンジン1200の温度を計測する温度センサを有する。
エンジン1200は、センサが計測した計測値を表す情報を車両制御装置1100へ出力する。以下単に、センサが計測した計測値を表す情報を計測情報という。計測情報は、クランクシャフト1210の回転数及び回転角度、並びにエンジン1200の温度を表す情報を含む。
トーショナルダンパ1300は、クランクシャフト1210及びインプットシャフト1310(第2のシャフト)に接続する。トーショナルダンパ1300は、クランクシャフト1210がエンジン1200で発生した動力をインプットシャフト1310へ伝達する際に生じる衝撃、及びインプットシャフト1310が始動装置1600で発生した動力をクランクシャフト1210へ伝達する際に生じる衝撃を緩衝する。
ここで図2を参照して、トーショナルダンパ1300の一構成例について説明する。図2は、トーショナルダンパ1300の一構成例について説明するための図である。
トーショナルダンパ1300は、表側ハブ1320、ケーシング部1330、ダンパーマス1340、弾性体1351から1355、及び裏側ハブ1360を有している。
表側ハブ1320の形状は円盤形状である。表側ハブ1320の外周面は、ケーシング部1330に固定されている。表側ハブ1320の中心部は、クランクシャフト1210が挿通する穴が設けられている。表側ハブ1320は、中心部に設けられた穴によってクランクシャフト1210の回転軸と表側ハブ1320の中心とが略一致するようにクランクシャフト1210を固定する。
これによりクランクシャフト1210が回転することで、クランクシャフト1210に固定された表側ハブ1320のみならずケーシング部1330も同時に回転をする。
ケーシング部1330の形状は円筒形状であり、内周面において表側ハブ1320及びダンパーマス1340の外周面を固定する。これにより、表側ハブ1320が回転することで、表側ハブ1320に固定されたケーシング部1330のみならずダンパーマス1340も同時に回転する。
ダンパーマス1340の形状は円盤形状であり、裏側ハブ1360を取り付けるための穴が中心部に設けられている。ダンパーマス1340には、互いの中心が略一致するように裏側ハブ1360を中心部に設けられた穴に取り付ける。
ダンパーマス1340の内周面は、例えば、圧縮ばねで構成される弾性体1351から1355を回転方向に対して伸縮可能に装着するための凹部が形成され、凹部には弾性体1351から1355が装着されている。
裏側ハブ1360の形状は円盤形状である。裏側ハブ1360の外周面には、ダンパーマス1340の内周面と同様の凹部が形成され、凹部には弾性体1351から1355が装着されている。
裏側ハブ1360の中心部は、表側ハブ1320と同様に、インプットシャフト1310を挿通するための穴が設けられている。裏側ハブ1360は、中心部に設けられた穴によってインプットシャフト1310の回転軸と裏側ハブ1360の中心とが略一致するようにインプットシャフト1310を固定する。
ここでダンパーマス1340が回転を始めた場合、裏側ハブ1360は慣性により停止を続けるため、ダンパーマス1340とケーシング部1330及び表側ハブ1320を介して固定されるクランクシャフト1210と、裏側ハブ1360に固定されるインプットシャフト1310とが捩れる。
つまり、クランクシャフト1210は、車両1000に対して動力を伝達するインプットシャフト1310と弾性体1351から1355を介して捩動可能に接続する。
よって、クランクシャフト1210の回転角度とインプットシャフト1310の回転角度とが相違する。尚、インプットシャフト1310の回転角度とクランクシャフト1210の回転角度との相違を、以下単に、捩れ角度という。
ここで弾性体1351から1355は、ダンパーマス1340が回転を始めると、ダンパーマス1340と裏側ハブ1360とから力を受けて圧縮される。その後、弾性体1351から1355は、圧縮により生じる変位と、例えば、バネ定数等の弾性定数とで定まる復元力を、ダンパーマス1340のみならず裏側ハブ1360へ及ぼす。
つまり、弾性体1351から1355は、クランクシャフト1210を介して伝達されるエンジン1200で発生させたトルクをインプットシャフト1310を介して車両1000へ伝達する際に生じる衝撃を弾性により緩衝する。
またこれにより、弾性体1351から1355は、振動しながら裏側ハブ1360を回転させる。よって捩れ角度もまた、弾性体1351から1355の弾性定数に基づいて振動を行う。
逆に、インプットシャフト1310が回転することで裏側ハブ1360が同時に回転する。次に、裏側ハブ1360が回転をすることで、裏側ハブ1360と弾性体1351から1355を介して接続するダンパーマス1340、ケーシング部1330、表側ハブ1320、及びクランクシャフト1210が回転を始める。
つまり、弾性体1351から1355は、後述するように、インプットシャフト1310を介して伝達される始動装置1600で発生させたトルクをクランクシャフト1210を介してエンジン1200へ伝達する際に生じる衝撃を弾性力によって緩衝する。
ここで図1に戻り、車両1000の構成について引き続き説明する。
インプットシャフト1310は、トーショナルダンパ1300及び動力分配機1500に接続する。
インプットシャフト1310は、エンジン1200が始動している場合において、エンジン1200が発生させたトルクを動力分配機1500に伝達する。尚、エンジン1200は、例えば、所定の速度を超えて車両1000が走行する等のエンジン効率の高い走行条件で始動する。
また逆に、エンジンを始動させる必要がある場合には、インプットシャフト1310は、始動装置1600が発生させた動力を動力分配機1500を介して伝達され、伝達された動力をトーショナルダンパ1300を介してエンジン1200へ伝達する。
電気モータ1400は、車両制御装置1100、動力分配機1500、及び図示を省略するが、バッテリに接続する。電気モータ1400は、車両制御装置1100から制御情報を取得し、取得した情報に従ってバッテリから電力を取得する。
その後、電気モータ1400は、取得した電力に基づいて動力を発生させる。電気モータ1400が発生させた動力は、動力分配機1500へ伝達される。
また電気モータ1400は、電気モータ1400の回転角度を測定するセンサであるレゾルバを有し、レゾルバが計測した回転角度を表す情報を車両制御装置1100へ出力する。尚、電気モータ1400の回転角度を表す情報は、計測情報に含まれる。
動力分配機1500は、インプットシャフト1310、電気モータ1400、始動装置1600、及び減速機1700に接続する。動力分配機1500は、遊星歯車機構を有する。
遊星歯車機構は、自転する太陽歯車(sun gear)と、太陽歯車の自転により太陽歯車に接しながら自転及び公転する複数の遊星歯車(planetary gear)と、遊星歯車を公転及び自転可能に支える遊星キャリア(planetary carrier)と、遊星歯車の自転及び公転により遊星歯車と外接しながら回転する外輪歯車(outer gear)とで構成される。
なお逆に、外輪歯車が回転することで遊星歯車が自転及び公転し、遊星歯車が自転及び公転することで太陽歯車が自転することも可能であり、遊星キャリアが遊星歯車を公転させることで、太陽歯車が自転し、外輪歯車が回転すること可能である。
太陽歯車は始動装置1600と接続し、遊星歯車を支える遊星キャリアはインプットシャフト1310に固定され、外輪歯車は電気モータ1400及び減速機1700に接続する。
よってエンジン1200が始動している場合には、動力分配機1500は、この機構により、エンジン1200が発生させた動力を始動装置1600及び減速機1700へ分配して伝達する。
具体的には、動力分配機1500は、インプットシャフト1310に固定された遊星キャリアによりエンジン1200が発生させた動力が伝達され、伝達された動力を遊星歯車及び太陽歯車を介して始動装置1600、及び外輪歯車を介して減速機1700(及び電気モータ1400)へ分配する。
また、エンジンを始動させる必要がある場合には、動力分配機1500は、始動装置1600がエンジン1200を始動させるために発せさせた動力をインプットシャフト1310へ伝達する。
また、エンジンを始動させる必要がない場合には、動力分配機1500は、電気モータ1400が発生させた動力を減速機1700へ伝達する。
始動装置1600は、例えば、ジェネレータで構成され、動力分配機1500、車両制御装置1100、及び図示を省略するが、例えば、鉛蓄電池等のバッテリに接続する。
始動装置1600は、車両制御装置1100から制御情報を取得し、取得した制御情報に従ってバッテリから電力を取得してエンジン1200を始動するための動力を発生させる。または、始動装置1600は、始動したエンジン1200で発生した動力を用いて発電し、発電した電力をバッテリへ蓄積する。
また始動装置1600は、始動装置1600の回転角度を計測するレゾルバを有し、レゾルバが計測した回転角度を表す情報を車両制御装置1100へ出力する。尚、始動装置1600の回転角度を表す情報は、計測情報に含まれる。
減速機1700は、例えば、ハーモニックドライブ減速機、 内接式遊星歯車、サイクロ減速機、ウォーム減速機、ボール減速機、又は不思議遊星歯車で構成される。減速機1700は、動力分配機1500及びドライブシャフト1805に接続する。
減速機1700は、動力分配機1500から伝達されたトルクを増幅し、増幅したトルクをデファレンシャルギア及びドライブシャフト1805を介して車輪1801及び1802に伝達する。
車輪1801は、ドライブシャフト1805との接点を中心に路面に接した状態で動力を受けて回転運動を行う。これにより、車輪1801を備える車両1000が路面上を移動して加速又は減速する。尚、車輪1802から1804の構成、接続、及び機能は、車輪1801の構成、接続、及び機能とほぼ同様であるので説明を省略する。
車両制御装置1100は、例えば、ECU(Electronic Control Unit)で構成される。車両制御装置1100は、エンジン1200、電気モータ1400、及び始動装置1600に接続している。車両制御装置1100は、エンジン1200、電気モータ1400、及び始動装置1600が有するセンサから計測情報を取得し、取得した計測情報に基づいて車両1000を制御する。
具体的には、車両制御装置1100は、エンジン効率の高い走行条件を満足する等の理由によりエンジン1200を始動させる必要がある場合には、始動装置1600及びエンジン1200に対してエンジン1200を始動させるよう命じる制御情報を出力する。
また、車両制御装置1100は、エンジン効率の高い走行条件を満足しない等の理由によりエンジン1200を停止させる必要がある場合には、エンジン1200に対して停止するよう命じる制御情報を出力し、電気モータ1400に対して始動するよう命じる制御情報を出力する。
特に、車両制御装置1100は、エンジン1200を始動させるよう命じる制御情報を出力した後に、エンジン1200が発生させた車両1000に伝達される動力を推定し、推定した動力によって生じる振動を抑制するよう車両1000を制御する。
ここで図3を参照して、車両制御装置1100の構成について説明する。図3は、車両制御装置1100の一構成例を表す機能ブロック図である。
車両制御装置1100は、取得部1110、記憶部1120、検出部1130、決定部1140、推定部1150、及び制御部1160で構成される。取得部1110、記憶部1120、検出部1130、決定部1140、推定部1150、及び制御部1160が有する各機能は、車両制御装置1100が実行するソフトウェア制御により実現される。
ここで、図4を参照して、ソフトウェア制御を実行するための車両制御装置1100のハードウェア構成について説明する。図4は、このソフトウェア制御を実現するための車両制御装置1100のハードウェア構成例を表す図である。
車両制御装置1100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算部1101、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)又はEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の読み出し専用メモリであるROM1102(Read-Only Memory )、並びにDRAM(Dynamic RAM)又はSRAM(Static RAM)等の揮発性メモリ及びNVRAM(Non Volatile RAM)等の不揮発性メモリで構成されるRAM1103(Random Access Memory)で構成され、演算部1101、ROM1102、及びRAM1103は互いにバス1005によって接続している。
ソフトウェア制御は、ROM1102に格納したプログラムを演算部1101が読込み、読込んだプログラムに従って演算部1101が演算を行うことにより上記各部の機能を実現する。なお、RAM1103には、演算結果のデータが書き込まれ、特にNVRAMには、電源オフ時にバックアップが必要なデータが保存される。
ここで図3に戻り、車両制御装置1100の構成について引き続き説明する。
取得部1110は、エンジン1200、電気モータ1400、及び始動装置1600に接続する。
取得部1110は、エンジン1200、電気モータ1400、及び始動装置1600が有するセンサが出力する電気信号から計測情報を取得する。その後、取得部1110は、取得した計測情報と情報を取得した時刻とを関連付けて記憶部1120に記憶させる。
また取得部1110は、計測情報に含まれる電気モータ1400の回転角度又は始動装置1600の回転角度と、動力分配機1500のギヤ比とに基づいてインプットシャフト1310の回転角度を取得する。
次に、取得部1110は、計測情報に含まれるクランクシャフト1210の回転角度と取得したインプットシャフト1310の回転角度との差を算出することで捩れ角度を算出する。その後、取得部1110は、捩れ角度と捩れの発生した時刻とを関連付けて記憶部1120に記憶させる。
記憶部1120は、例えば、RAM1103で構成される。記憶部1120は、取得部1110、検出部1130、決定部1140、及び推定部1150に接続する。
記憶部1120は、取得部1110、検出部1130、及び決定部1140により情報を取得して記憶する。また記憶部1120は、設計により定まる値を予め記憶する。記憶部1120が記憶する情報は、検出部1130、決定部1140、及び推定部1150によって参照される。尚、記憶部1120が記憶する情報については後述する。
検出部1130は、記憶部1120に接続する。検出部1130は、後述する検出処理を実行することで、弾性体1351から1355の弾性定数を検出する。
ここで、検出部1130が実行する検出処理について概説する。図5は、検出部1130が実行する検出処理を概説するための図である。
検出部1130は、インプットシャフト1310に対するクランクシャフト1210の捩れ角度に関する情報と、始動装置1600が発生させる動力に関する情報とに基づいて弾性体1351から1355の弾性定数を検出する。
始動装置1600が発生させる動力に関する情報は、始動装置1600であるジェネレータが発生させたトルクを表す情報を含み、捩れ角度に関する情報は、始動装置1600がエンジン1200をクランキングする際に生じる絶対捩れ角度を含む。
よって以下、絶対捩れ角度について説明する。尚、検出部1130は、始動装置1600がエンジン1200をクランキングする度に検出処理を繰り返す。
図5(a)は、クランキング時におけるクランクシャフト1210の回転数の推移を表すグラフであり、図5(b)は、同じくクランキング時における捩れ角度の推移を表すグラフである。
図5(a)に示すように、時刻Tkまでの間、エンジン1200は停止しているためにクランクシャフト1210は回転をしていない。このため、図5(b)に示すように、クランクシャフト1210とインプットシャフト1310とには捩れが発生していない。
次に、時刻Tkにおいて、始動装置1600は、エンジン1200を始動させるための動力を発生させてエンジン1200をクランキングする。始動装置1600が発生させた動力は、順にインプットシャフト1310、トーショナルダンパ1300、及びクランクシャフト1210を介してエンジン1200へ伝達される。
これによって、インプットシャフト1310とクランクシャフト1210との間に捩れが生じる。検出部1130は、このクランキング時に生じる捩れ角度の最大値の絶対値を取得し、取得した値を絶対捩れ角度Δθとする。
その後、始動したエンジン1200は、自ら動力を発生させてクランクシャフト1210を回転させる。エンジン1200が発生させた動力は、クランキング時とは逆の順に、クランクシャフト1210、トーショナルダンパ1300、及びインプットシャフト1310を介して車両1000へ伝達される。
これによって、インプットシャフト1310とクランクシャフト1210との間に生じていた捩れは、エンジン1200によって発生する動力が増加するに従って解消する。やがてエンジン1200で発生する動力が始動装置1600で発生する動力を上回ると、クランキング時に生じる捩れ角度と逆の角度に捩れる。
よって検出部1130は、記憶部1120が記憶する捩れ角度と捩れが生じた時刻とを表す情報を参照することで、絶対捩れ角度Δθを算出する。
次に検出部1130は、以下に記載する数式1を用いて、インプットシャフト1310とクランクシャフト1210とを捩動可能に接続する弾性体1351から1355の弾性定数を検出できる。
Figure 0004781321
尚、始動装置1600であるジェネレータが発生させた動力であるトルクをTgとし、トルクをTgを受けて生じた絶対捩れ角度をΔθ、数式1で定まる弾性体1351から1355の弾性定数であるバネ定数を粗バネ定数K'とする。
尚、粗バネ定数K'に対して補正係数αを乗算することで補正された値をバネ定数Kiとする。また、バネ定数Kiは、検出部1130がi番回目に実行した検出処理で検出したバネ定数を表す。尚、後述する決定部1140は、複数のバネ定数Kiに基づいて統計的にバネ定数Kを決定する。
ここで図6を参照して、検出部1130が実行する検出処理について説明する。図6は、検出部1130が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、検出部1130は、記憶部1120から捩れ角度の推移を取得する(ステップST0001)。次に、検出部1130は、ステップST0001で取得した捩れ角度の推移に基づいて、絶対捩れ角度Δθを取得する(ステップST0002)。その後、検出部1130は、ジェネレータトルクTgを参照する(ステップST0003)。
尚、検出部1130は、後述する制御部1160が出力した制御情報から始動装置1600に対して出力するよう命じたトルクを参照する構成を採用できるが、これに限定される訳ではなく、ジェネレータトルクTgを参照するために用いられる他の公知の構成を採用できる。
次に、検出部1130は、数式1を用いて、粗バネ定数K'を算出する(ステップST0004)。その後、検出部1130は、粗バネ定数K' に対して補正係数αを加味してバネ定数 Ki を検出する(ステップST0005)。
次に、検出部1130は、検出したバネ定数 Kiを記憶部1120へ記憶させる(ステップST0006)。その後、検出部1130は、検出処理の実行を終了する。
この構成によれば、クランクシャフト1210とインプットシャフト1310とが捩れた角度に関する情報に基づいて、クランクシャフト1210とインプットシャフト1310とを接続する弾性体1351から1355の弾性定数Kiを精度良く検出できる。
この構成によれば、捩れた角度に関する情報のみならず、捩れをもたらす動力に関する情報に基づいて弾性体1351から1355の弾性定数Kiを検出するため、精度良く弾性定数Kiを検出できる。
次に図3に戻り、車両制御装置1100の構成について引き続き説明を行う。
決定部1140は、記憶部1120に接続する。決定部1140は、後述する決定処理を実行することで、検出部1130が検出したバネ定数Kiに対して統計処理を行ってバネ定数Kを決定する。
ここで図7を参照して、決定部1140が実行する決定処理について説明する。図7は、決定部1140が実行する決定処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、記憶部1120が記憶するバネ定数Kiを参照する(ステップST0101)。その後、決定部1140は、バネ定数Kiに対して、例えば、平均化等の統計処理を実行することでバネ定数Kを決定する(ステップST0102)。
次に、決定部1140は、決定したバネ定数Kを記憶部1120に記憶させる(ステップST0103)。その後、決定部1140は決定処理の実行を終了する。
次に図3に戻り、車両制御装置1100の構成について引き続き説明を行う。
推定部1150は、記憶部1120及び制御部1160に接続する。推定部1150は、始動装置1600がエンジン1200を始動する際に、後述する推定処理を実行することで検出部1130が検出した弾性定数Kに基づいて、エンジン1200が発生させた車両1000に伝達される動力を推定する。
ここで図8を参照して、推定部1150が実行する推定処理について説明する。図8は、推定部1150が実行する推定処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、推定部1150は、記憶部1120が記憶するバネ定数Kを参照する(ステップST0201)。推定部1150は、記憶部1120が記憶する慣性モーメントIeを参照する(ステップST0202)。
尚、この慣性モーメントIeは、エンジン1200の慣性モーメントを含む。また、慣性モーメントIeの値は、設計により定まる値であり、予め記憶部1120が記憶する値である。
次に、推定部1150は、クランクシャフトの角加速度を算出する(ステップST0203)。ここで、クランクシャフト1210の角加速度は、記憶部1120が記憶する計測情報に含まれるクランクシャフト1210の速度の推移に基づいて算出される。
その後、推定部1150は、記憶部1120からトーショナルダンパ1300の捩れ角度を取得する(ステップST0204)。次に、推定部1150は、記憶部1120からエンジン1200の温度を取得する(ステップST0205)。
その後、推定部1150は、記憶部1120からエンジン1200の回転数を取得する(ステップST0206)。次に、推定部1150は、記憶部1120が記憶するマップを参照する(ステップST0207)。
ステップST0207において推定部1150が参照するマップは、エンジン1200の温度及び回転数とエンジン1200のフリクショントルクとを対応図ける情報であり、予め記憶部1120が記憶する情報である。
次に、推定部1150は、ステップST0207において参照したマップにおいて、ステップST0205及びST0206で取得したエンジン1200の温度及び回転数と対応付けたフリクショントルクを取得する(ステップST0208)。
その後、推定部1150は、以下に示す数式2に基づいて、車両1000に伝達される動力を推定する(ステップST0209)。
Figure 0004781321
次に、推定部1150は、制御部1160へ推定した動力を出力する(ステップST0210)。その後、推定部1150は、推定処理の実行を終了する。
次に図3に戻り、車両制御装置1100の構成について引き続き説明を行う。
制御部1160は、推定部1150及び始動装置1600に接続する。
制御部1160は、推定部1150から推定された動力を取得し、取得した動力が車両1000に発生させる振動を抑制するように車両1000を制御する。
この構成によれば、衝撃を弾性により緩衝する弾性体1351から1355の弾性定数Kiを検出することで、弾性体1351から1355を介して車両1000に伝達される動力を精度良く推定できるだけでなく、推定した動力に基づいて車両1000に生じる振動を抑制するように車両を精度良く制御できる。
具体的には、制御部1160は、推定部1150が推定した動力によって生じる振動を抑制する動力を発生するように始動装置1600を制御する制御情報を出力する。
この構成によれば、始動装置1600が発生させる動力を制御することで、エンジン1200が発生させる動力により車両1000に生じる振動を精度良く抑制できる。
本実施例においては、検出部1130が検出手段に相当し、推定部1150が推定手段に相当し、制御部1160が制御手段に相当し、第1のシャフトがクランクシャフト1210に相当し、第2のシャフトがインプットシャフト1310に相当する。
第2の実施例においては、検出部が実行する検出処理の他例を説明する。
実施例2における検出処理は、始動装置が発生させるトルクではなく、エンジンが発生させるトルク(以下単に、エンジントルクという)を用いる点で実施例1と異なる。
また、実施例2における検出処理は、エンジントルクの変動の振幅f0を表す情報と捩れ角度の振幅x0を表す情報とを用いて弾性定数Kiを検出する処理である。尚、エンジントルクの変動の振幅f0及び捩れ角度の振幅x0については後述する。
また、実施例2及び後述する実施例3から5における検出処理は、実施例1で説明した検出処理と同様に、エンジンが始動する状態において弾性体の弾性定数を検出するが、これに限定される訳ではなく、エンジンが停止した状態及びエンジンが有する複数のシリンダ(気筒)内の1つ以上が停止した状態のいずれか1つ以上の状態において弾性体の弾性定数を検出する構成を採用できる。
この構成によれば、エンジンが発生させる動力の影響が少ないために弾性体が共振し易いだけでなく、共振した弾性体により定まる捩れ角度の振幅に基づいて精度良く弾性体の弾性定数を検出できる。
実施例2における車両の構成は、実施例1で説明した車両1000の構成とほぼ同様であるため、以下主に、相違点について説明する。また、説明の便宜のため、実施例2における車両及び車両を構成する各部については、実施例1で用いた番号と同じを用いて説明する。
ここで図9を参照して、実施例2において検出部1130が実行する検出処理について概説する。図9は、検出部1130が実行する検出処理を概説するための図である。
検出部1130は、インプットシャフト1310に対するクランクシャフト1210の捩れ角度に関する情報と、エンジン1200が発生させる動力に関する情報とに基づいて弾性体1351から1355の弾性定数Kiを検出する。
エンジン1200が発生させる動力に関する情報は、エンジン1200が発生させたトルク変動の振幅f0を表す情報を含み、捩れ角度に関する情報は、捩れ角度の振幅x0を表す情報を含む。
よって以下、捩れ角度の振幅x0について説明する。ここで図9(a)及び図9(b)は、図5(a)及び図5(b)の図と同じであるため説明を省略する。
図9(c)は、図9(b)に示したクランキング時における捩れ角度の推移を表す波形に対して、所定の信号処理を行った結果を表すグラフである。ここで所定の処理とは、例えば、所定の周波数バンドを透過するバンドパスフィルタをかける処理を含む。
ここで検出部1130は、捩れ角度の推移に対して信号処理を施し、予め設定により定まる共振付近の周波数を抽出する。尚。共振周波数は、例えば、設計により定まる値として記憶部1120が予め記憶する構成を採用できる。しかしこれに限定される訳ではなく、共振周波数を取得するために用いられる他の公知な構成を採用できる。
また、共振付近とは、共振周波数を含む所定の範囲をいう。所定の範囲については、例えば、実験又は設計により定まる範囲とする構成を採用できる。
次に、検出部1130は、共振付近の周波数における捩れ角度の振幅x0を算出する。また、検出部1130は、振幅x0を算出する際に用いた捩れ角度が発生した時刻におけるエンジントルク変動の振幅f0を参照する。
エンジントルク変動の振幅f0を参照する方法は、例えば、記憶部1120が記憶する図9(a)に表すクランクシャフト1210の回転数の推移、エンジン1200の温度の推移、及び回転数と温度とトルクを対応付けたマップとを用いて定まるエンジントルク変動を参照する構成を採用できる。しかし、これに限定される訳ではなく、エンジントルク変動の振幅f0を参照するための他の公知な構成を採用できる。
次に検出部1130は、以下に記載する数式3を用いて、弾性体1351から1355の粗バネ定数K'を検出する。
Figure 0004781321
尚、x0は捩れ角度の振幅を、f0はエンジントルク変動の振幅を、K'は粗バネ定数を表す。
ここで図10を参照して、実施例2において検出部1130が実行する検出処理について説明する。図10は、実施例2において検出部1130が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、検出部1130は、記憶部1120からクランクシャフト1210の回転数の推移を取得する(ステップST0301)。次に、検出部1130は、記憶部1120から捩れ角度の推移を取得する(ステップST0302)。
その後、検出部1130は、信号処理により共振付近の周波数を抽出する(ステップST0303)。次に、検出部1130は、抽出した信号処理後の捩れ角度の振幅x0を算出する(ステップST0304)。
その後、検出部1130は、振幅x0に対応するエンジントルク変動の振幅f0を参照する(ステップST0305)。次に、検出部1130は、ステップST0304で算出した捩れ角度の振幅x0及びステップST0305で参照したエンジントルク変動の振幅f0を数式3に代入することで粗バネ定数K'を検出する(ステップST0306)。
その後、検出部1130は、粗バネ定数K' に対して補正係数αを加味してバネ定数 Ki を検出する(ステップST0307)。
その後、検出部1130は、検出したバネ定数 Kiを記憶部1120へ記憶させる(ステップST0308)。その後、検出部1130は、検出処理の実行を終了する。
この構成によれば、捩れた角度に関する情報のみならず、捩れをもたらす動力に関する情報に基づいて弾性体1351から1355の弾性定数Kiを検出するため、精度良く弾性定数Kiを検出できる。
第3の実施例においては、検出部が実行する検出処理の他例を説明する。
実施例3における検出処理は、始動装置が発生させるトルクではなく、エンジンが発生させるトルクを用いる点で実施例1と異なる。
また、実施例3における検出処理は、エンジントルクの変動の振幅f0を表す情報、及び捩れ角度の振幅x0を表す情報のみならず、クランクシャフトの回転数(回転角速度)ωを用いて弾性定数を検出する処理である。
実施例3における車両の構成は、実施例1で説明した車両1000の構成とほぼ同様であるため、以下主に、相違点について説明する。また、説明の便宜のため、実施例3における車両及び車両を構成する各部については、実施例1で用いた番号と同じを用いて説明する。
ここで再度図9を参照して、実施例3において検出部1130が実行する検出処理について概説する。
実施例2において説明したように、検出部1130は、共振付近の周波数を抽出し、抽出した周波数における捩れ角度の振幅x0を算出し、振幅x0に対応するエンジントルクの変動の振幅f0を参照する。
次に、検出部1130は、図9(a)及び(c)に示すように、振幅x0を算出する基礎とした捩れ角度の発生した時刻におけるクランクシャフト1210の回転数ωを取得する。また、検出部1130は、エンジン往復慣性質量mを取得する。
尚、エンジン往復慣性質量mは、予め設計で定まる値として記憶部1120が記憶する構成を採用できるが、これに限定される訳ではなく、エンジン往復慣性質量mを取得するために用いられる他の公知の構成を採用することができる。
その後、検出部1130は、以下に記載する数式4を用いて、弾性体1351から1355の粗バネ定数K'を検出する。
Figure 0004781321
尚、x0はダンパ捩れ角度の振幅を、f0はエンジントルク変動の振幅を、mはエンジン往復慣性質量を、ωはクランクシャフトの回転数を、K'は粗バネ定数を表す。
ここで図11を参照して、実施例3において検出部1130が実行する検出処理について説明する。図11は、実施例3において検出部1130が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、検出部1130は、ステップST0401からST0405の処理を実行する(ステップST0401からST0405)。ステップST0401からST0405の処理は、図10を参照して説明したステップST0301からST0305の処理とほぼ同様であるので説明を省略する。
ステップST0405の処理を実行した後に、検出部1130は、ステップSTS0404で算出した振幅x0に対応した角速度ωを取得する(ステップST0406)。
次に、検出部1130は、エンジン往復慣性質量mを取得する(ステップST0407)。次に、検出部1130は、ステップST0404で算出した捩れ角度の振幅x0、ステップST0405で参照したエンジントルク変動の振幅f0、ステップST0406で取得した角速度ω、ステップST0407で取得したエンジン往復慣性質量mを数式4に代入することで粗バネ定数K'を検出する(ステップST0408)。
その後、検出部1130は、粗バネ定数K' に対して補正係数αを加味してバネ定数 Ki を検出する(ステップST0409)。
その後、検出部1130は、検出したバネ定数 Kiを記憶部1120へ記憶させる(ステップST0410)。その後、検出部1130は、検出処理の実行を終了する。
第4の実施例においては、検出部が実行する検出処理の他例を説明する。
実施例4における検出処理は、始動装置が発生させるトルクではなく、エンジンが発生させるトルクを用いる点で実施例1と異なる。
また、実施例4における検出処理は、捩れ角度の振幅x0が最大となった時刻に対応するクランクシャフトの回転数ωを用いて弾性定数Kiを検出する処理である。
実施例4における車両の構成は、実施例1で説明した車両1000の構成とほぼ同様であるため、以下主に、相違点について説明する。また、説明の便宜のため、実施例4における車両及び車両を構成する各部については、実施例1で用いた番号と同じを用いて説明する。
ここで図12を参照して、実施例4において検出部1130が実行する検出処理について概説する。図12は、実施例4において検出部1130が実行する検出処理について概説するための図である。
図12(a)から(c)は、波形が異なるが、図9(a)から(c)とほぼ同様の図である。相違点は、図12(c)において顕著に示されるように、信号処理後の捩れ角度の振幅x0は、クランキング開始時刻Tkの後に徐々に増加し、時刻Tmaxにおいて最大となり、その後に徐々に減衰する点である。
ここで、弾性体1351から1355が共振すると捩れ角度の振幅x0が増大するため、所定の閾値Rを適切に設定することで、捩れ角度x0が所定の閾値Rを超えるか否かに基づいて弾性体1351から1355が共振しているか否かを判断できる。
本実施例において、検出部1130は、捩れ角度の振幅x0が所定の範囲Rを超え、かつ最大の値となった時刻 Tmax におけるクランクシャフトの回転数ωに基づいて弾性定数Kiを検出するとして説明を行う。尚、検出部1130は、信号処理における遅れ時間を考慮してクランクシャフトの回転数ωを取得するとする。
その後、検出部1130は、以下に記載する数式5を用いて、弾性体1351から1355の粗バネ定数K'を検出する。
Figure 0004781321
尚、ωはクランクシャフトの角速度を、mはエンジン往復慣性質量を、K'は粗バネ定数を表す。
ここで図13を参照して、実施例4において検出部1130が実行する検出処理について説明する。図13は、実施例4において検出部1130が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、検出部1130は、ステップST0501からST0504の処理を実行する(ステップST0501からST0504)。ステップST0501からST0504の処理は、図10を参照して説明したステップST0301からST0304の処理とほぼ同様であるので説明を省略する。
ステップST0504の処理を実行した後に、検出部1130は、ステップSTS0504で算出した振幅x0が最大となる時刻Tmaxを算出する(ステップST0505)。
次に、検出部1130は、時刻Tmaxにおけるクランクシャフト1210の角速度ωを算出する(ステップST0506)。その後、検出部1130は、エンジン往復慣性質量mを取得する(ステップST0507)。
次に、検出部1130は、ステップST0506で算出した角速度ω、ステップST0507で取得エンジン往復慣性質量mを数式5に代入することで粗バネ定数K'を検出する(ステップST0508)。
その後、検出部1130は、粗バネ定数K' に対して補正係数αを加味してバネ定数 Ki を検出する(ステップST0509)。
次に、検出部1130は、検出したバネ定数 Kiを記憶部1120へ記憶させる(ステップST0510)。その後、検出部1130は、検出処理の実行を終了する。
この構成によれは、捩れ角度の振幅x0が所定の範囲Rを超え、かつ最大の値となった時刻 Tmax におけるクランクシャフトの回転数ωに基づいて弾性定数Kiを検出するため、弾性体1351から1355の共振を引き起こしたクランクシャフトの回転数ωに基づいて精度良く弾性定数Kiを検出できる。
第5の実施例においては、検出部が実行する検出処理の他例を説明する。
実施例5における検出処理は、始動装置が発生させるトルクではなく、エンジンが発生させるトルクを用いる点で実施例1と異なる。
また、実施例5における検出処理は、エンジンの爆発周波数に対する捩れ角度の位相の遅れを用いて弾性定数を検出する処理である。
実施例5における車両の構成は、実施例1で説明した車両1000の構成とほぼ同様であるため、以下主に、相違点について説明する。また、説明の便宜のため、実施例5における車両及び車両を構成する各部については、実施例1で用いた番号と同じを用いて説明する。
ここで図14を参照して、実施例5において検出部1130が実行する検出処理について説明する。図14は、実施例5において検出部1130が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、検出部1130は、記憶部1120から捩れ角度の推移を取得する(ステップST0601)。次に、検出部1130は、エンジン1200の爆発周波数の位相を取得する(ステップST0602)。
ここで、検出部1130は、車両制御装置1100が、エンジン1200に対して出力する制御情報であって、点火タイミングを定める情報から爆発周波数の位相を取得する構成を採用できる。しかしこれに限定される訳ではなく、エンジン1200の爆発周波数の位相を取得するために用いられる他の公知の構成を採用できる。
次に、検出部1130は、爆発周波数に対する捩れ角度の位相遅れを算出する(ステップST0603)。
尚、捩れ角度の位相は、実施例2で説明したように、捩れ角度の推移に対して所定のバンドパスフィルタをかけることで算出する構成を採用できるが、これに限定される訳ではなく、捩れ角度の位相を算出するための他の公知の構成を採用できる。
その後、検出部1130は、記憶部1120が予め記憶する位相遅れと粗バネ定数K'とを対応付けたマップを参照する(ステップST0604)。次に、ステップST0603で算出した位相遅れと、ステップST0604で参照したマップとに基づいて粗バネ定数 K'を算出する(ステップST0605)。
その後、検出部1130は、粗バネ定数K' に対して補正係数αを加味してバネ定数 Ki を検出する(ステップST0606)。次に、検出部1130は、検出したバネ定数 Kiを記憶部1120へ記憶させる(ステップST0607)。その後、検出部1130は、検出処理の実行を終了する。
車両制御装置1100は、演算部1101がROM1102及びRAM1103の少なくともひとつに格納されたプログラムを実行することによって実現される。また、このプログラムは、磁気ディスクや光ディスク、半導体メモリ、その他の記録媒体に格納して配布したり、ネットワークを介して配信したりすることにより提供できる。
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
上記実施例において、車両1000は、乗用車車両で構成されるとして説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、バス及びトラック等の自動車、原動機付自転車、軽車両、及びトロリーバス、戦車及び装甲車等の軍用車両、汽車、列車、並びに電車で構成される実施例を採用できる。
本実施例では、エンジン1200は、レシプロエンジンで構成されるとして説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、ロータリーエンジン、ロケットエンジン、タービンエンジン、及びガスタービンエンジン、若しくは蒸気機関で構成することが可能である。
上記実施例において、車両制御装置1100は、推定された動力に基づいて車両1000に生じる振動を抑制するように制御するとして説明したが、これに限定される訳はない。例えば、推定された動力に基づいてエンジン1200の失火を検出し、検出した失火に基づいて車両1000を制御する構成を採用できる。
この構成によれば、精度良く推定した動力に基づいて、エンジン1200の失火を精度良く検出できるだけでなく、検出した失火に基づいて車両1000を精度良く制御できる。
また、車両制御装置1100は、エンジン1200を構成するシリンダ毎に発生させるトルクの変動を検出し、検出したトルクの変動に基づいてシリンダへの燃料の噴射及び点火をフィードバック制御する構成を採用できる。
この構成によれば、精度良く推定したトルクに基づいてエンジン1200を構成するシリンダ毎に発生するトルクの変動を精度良く検出できるだけでなく、検出したトルクの変動に基づいてシリンダへの燃料の噴射及び点火を精度良く制御できる。
また、車両制御装置1100は、エンジン1200に対してトーショナルダンパ1300よりも下流側のトルク変動を、捩れ角度と弾性体1351から1355の弾性定数Kとを用いて推定する構成を採用できる。
尚、エンジン1200に対してトーショナルダンパ1300よりも下流側のトルクとは、電気モータ1400及び始動装置1600が発生させるトルク、並びに電気モータ1400、始動装置1600、減速機1700、及びタイヤ1802に伝達されるトルクを含む。
この構成によれば、下流側のトルク変動を捩れ角度と弾性定数Kとを用いて推定するため、推定に要する計算量を軽減できるだけでなく、精度良く検出した弾性定数Kに基づいて精度良く下流側のトルク変動を推定できる。
本発明の車両制御装置を搭載した車両の一実施形態を示す構成図である。 トーショナルダンパの一構成例について説明するための図である。 車両制御装置の一構成例を表す機能ブロック図である。 車両制御装置のハードウェア構成例を表す図である。 検出部が実行する検出処理を概説するための図である。 検出部が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。 決定部が実行する決定処理の一例を表すフローチャートである。 推定部が実行する推定処理の一例を表すフローチャートである。 実施例2において検出部が実行する検出処理を概説するための図である。 実施例2において検出部が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。 実施例3において検出部が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。 実施例4において検出部が実行する検出処理について概説するための図である。 実施例4において検出部が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。 実施例5において検出部が実行する検出処理の一例を表すフローチャートである。
符号の説明
1000…車両
1100…車両制御装置
1101…演算部
1102…ROM
1103…RAM
1105…バス
1110…取得部
1120…記憶部
1130…予測部(予測手段)
1140…決定部
1150…推定部(推定手段)
1160…制御部(制御手段)
1200…エンジン
1210…クランクシャフト(第1のシャフト)
1300…トーショナルダンパ
1310…インプットシャフト(第2のシャフト)
1320…表側ハブ
1330…ケーシング部
1340…ダンパーマス
1351〜5…弾性体
1360…裏側ハブ
1400…電気モータ
1500…動力分配機
1600…始動装置
1700…減速機
1801〜4…車輪
1805…ドライブシャフト
R…所定の範囲
Tk…クランキング開始時刻
Tmax…信号処理後の捩れ角度が最大となる時刻
Δθ…絶対捩れ角度

Claims (2)

  1. 車両を走行させるための動力を発生させるエンジンと、
    前記エンジンを始動させるための動力を発生させる始動装置と、
    前記エンジンが前記車両に対して動力を伝達する際に発生する衝撃を弾性により緩衝する弾性体の弾性定数を検出する検出手段と、
    前記検出手段が検出した弾性定数に基づいて前記エンジンから前記車両に伝達される動力を推定する推定手段と、
    前記推定手段が推定した動力が前記車両に発生させる振動を抑制する動力を発生するように前記始動装置を制御する制御手段と、を備え、
    前記エンジンは、発生させた動力を伝達する第1のシャフトを有し、
    前記第1のシャフトは、前記車両に対して前記エンジンが発生させた動力を伝達する第2のシャフトと前記弾性体を介して捩動可能に接続し、
    前記第2のシャフトは、前記始動装置が発生させた動力を前記弾性体を介して前記第1のシャフトへ伝達し、
    前記検出手段は、前記第2のシャフトに対する前記第1のシャフトの捩れ角度に関する情報に基づいて前記弾性体の弾性定数を検出し、
    前記捩れ角度に関する情報は、前記弾性体の共振周波数を含む所定範囲の周波数の振動により定まる前記捩れ角度の振れ幅を表す情報を含むことを特徴とする車両制御装置。
  2. 前記検出手段は、前記エンジンが発生させる動力に関する情報及び前記始動装置が発生させる動力に関する情報のいずれか1つ以上と、前記動力により生じる前記捩れ角度に関する情報とに基づいて前記弾性体の弾性定数を検出することを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
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