JP5391746B2 - 駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両などに適用される駆動制御装置に関する。
エンジンに加えて、モータジェネレータを動力源として備えるハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両では、エンジンを可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキの過不足を電動機又はモータジェネレータで補う。
例えば、特許文献1には、車速に基づいて第1モータの目標回転数に応じてエンジン回転数をF/B制御するハイブリッド車両において、エンジントルクが所定値以下の場合にはエンジントルクを増加補正してエンジン回転数を減少補正することで、第1モータの過回転数を抑制することが提案されている。また、特許文献2には、駆動輪トルクがトルク指令値になるように、電動機のトルクを制御することが提案されている。
特開2007−55287号公報 特開平11−150807号公報
しかしながら、上記した特許文献1に記載された技術では、基本的には、第1モータ(MG1)の回転数が所定回転数を超えないと予測されるような場合には、エンジン回転数を減少補正することはできないが、実際にはエンジンの出力軸やモータの軸は車軸と連結しているため、エンジンやモータの目標回転数が、車軸の回転数変動による影響を受けてしまう場合があった。なお、特許文献2には、このような回転数変動による影響を抑制する方法についての記載はない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車軸の回転数変動による影響を適切に抑制することが可能な駆動制御装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの観点では、内燃機関の出力軸及び/又はモータジェネレータの出力軸が車軸と連結している車両に適用され、前記内燃機関の目標回転数と前記車軸の回転数とに基づいて前記モータジェネレータの目標回転数を求めて、前記モータジェネレータの目標回転数と前記モータジェネレータの実際の回転数とに基づいて前記内燃機関の回転数をフィードバック制御する駆動制御装置は、前記車軸の回転数変動が大きくなるような場合に、前記内燃機関及び/又は前記モータジェネレータの回転数における変動を抑制するための制御を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記車軸の回転数における変動が所定値以上である場合に、前記フィードバック制御において用いられる回転数の信号に含まれる高周波成分を、前記車軸の回転数における変動が前記所定値未満である場合よりも多くカットする処理を行う
上記の駆動制御装置は、内燃機関の出力軸及び/又はモータジェネレータの出力軸が車軸と連結している車両(例えばハイブリッド車両)に適用され、内燃機関の目標回転数と車軸の回転数とに基づいてモータジェネレータの目標回転数を求めて、モータジェネレータの目標回転数とモータジェネレータの実際の回転数とに基づいて内燃機関の回転数をフィードバック制御する。制御手段は、車軸の回転数変動が大きくなるような場合に、内燃機関及び/又はモータジェネレータの回転数における変動を抑制するための制御を行う。具体的には、制御手段は、車軸の回転数における変動が所定値以上である場合に、フィードバック制御において用いられる回転数の信号に含まれる高周波成分を、車軸の回転数における変動が所定値未満である場合よりも多くカットする処理を行う。これにより、車軸の回転数変動による影響を適切に抑制することが可能となる。例えば、車両挙動が不安定になることや、失火の誤検出などを抑制することが可能となる。
本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図を示す。 動力分割機構の概略構成を示す図である。 一般的に行われるエンジン回転数のF/B制御を説明するための図である。 第1実施例における制御方法を具体的に説明するための図である。 第1実施例における制御処理を示すフローチャートである。 第2実施例における制御方法を具体的に説明するための図である。 第2実施例における制御処理を示すフローチャートである。 第3実施例における制御方法を具体的に説明するための図である。 第3実施例の第1の例における制御処理を示すフローチャートである。 第3実施例の第2の例における制御処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
[装置構成]
図1は、本実施形態における駆動制御装置が適用されたハイブリッド車両の概略構成図を示す。なお、図中の破線矢印は、信号の入出力を示している。
ハイブリッド車両100は、主に、エンジン(内燃機関)1と、車軸(出力軸)2と、車輪(駆動輪)3と、第1のモータジェネレータMG1と、第2のモータジェネレータMG2と、動力分割機構4と、インバータ5a、5bと、バッテリ6と、ECU(Electronic Control Unit)50と、を備える。
車軸2は、エンジン1及び第2のモータジェネレータMG2の動力を車輪3に伝達する動力伝達系の一部である。車輪3は、ハイブリッド車両100の車輪であり、説明の簡略化のため、図1では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンとして構成され、ハイブリッド車両100の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン1は、ECU50によって種々の制御が行われる。
第1のモータジェネレータMG1は、主としてバッテリ6を充電するための発電機、或いは第2のモータジェネレータMG2に電力を供給するための発電機として機能するように構成されており、エンジン1の出力により発電を行う。第2のモータジェネレータMG2は、主としてエンジン1の出力をアシスト(補助)する電動機として機能するように構成されている。これらのモータジェネレータMG1、MG2は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。なお、以下では、第1のモータジェネレータMG1及び第2のモータジェネレータMG2を区別しないで用いる場合には、適宜「モータジェネレータMG」と表記する。
動力分割機構4は、サンギヤやリングギヤなどを有して構成されるプラネタリギヤ(遊星歯車機構)に相当し、エンジン1の出力を第1のモータジェネレータMG1及び車軸2へ分配することが可能に構成されている。
図2を参照して、動力分割機構4の具体的な構成について説明する。図示のように、動力分割機構4は、主に、リングギヤ4R、サンギヤ4S、及びキャリア4Cを備え、遊星歯車機構として構成されている。エンジン動力は、動力分割機構4により2分され、その出力軸の一方を第2のモータジェネレータMG2と車軸2とに、もう一方を第1のモータジェネレータMG1に接続し、機械的なものと電気的なものとの2つの経路によって伝達される。キャリア4Cの回転軸とエンジン1とは連結しており、ピニオンギヤを通じて外周のリングギヤ4R及び内側のサンギヤ4Sに動力を伝達する。このリングギヤ4Rの回転軸は第2のモータジェネレータMG2と直結しており、車輪3に駆動力を伝達する。また、サンギヤ4Sの回転軸は第1のモータジェネレータMG1に連結している。
インバータ5aは、バッテリ6と第1のモータジェネレータMG1との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機であり、インバータ5bは、バッテリ6と第2のモータジェネレータMG2との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ5aは、第1のモータジェネレータMG1によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ6に供給し、インバータ5bは、バッテリ6から取り出した直流電力を交流電力に変換して第2のモータジェネレータMG2に供給する。
バッテリ6は、第1のモータジェネレータMG1及び/又は第2のモータジェネレータMG2を駆動するための電源として機能することが可能に構成されると共に、第1のモータジェネレータMG1及び/又は第2のモータジェネレータMG2が発電した電力を充電可能に構成された蓄電池である。
ECU50は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)などを備え、ハイブリッド車両100内の各構成要素に対して種々の制御を行う。具体的には、ECU50は、エンジン1、第1のモータジェネレータMG1、及び第2のモータジェネレータMG2に対して制御を行う。詳細は後述するが、ECU50は、本発明における駆動制御装置に相当し、制御手段として機能する。
なお、本発明は、図1乃び図2に示したような構成を有するハイブリッド車両への適用に限定はされない。
[制御方法]
次に、本実施形態においてECU50が行う制御方法について説明する。本実施形態では、ECU50は、車軸2の回転数変動が大きくなるような場合に、エンジン1及び/又はモータジェネレータMGの回転数(目標回転数を含む)における変動を抑制するための制御を行う。
このような制御を行う理由は、以下の通りである。図2に示したように、車輪3からエンジン1やモータジェネレータMGまで、ギヤを介して直結している。そのため、悪路を走行したり失火したりすることで駆動トルクが変動した場合、当該変動により車輪速(一義的に、車軸2の回転数及び第2のモータジェネレータMG2の回転数に相当する)や、第1のモータジェネレータMG1の回転数が変動する傾向にある。この場合には、車軸2の回転数(以下、「ペラ軸回転数」と表記する。)と第1のモータジェネレータMG1の回転数(以下、「MG1回転数」と表記する。)とに基づいて行われるエンジン回転数のF/B制御(フィードバック制御)にも影響を与え、駆動トルクが変動する可能性がある。その結果、車両の制御が発散したり(つまり車両挙動が不安定となったり)、エンジン1の失火検出に悪影響を及ぼしたりする可能性がある。
図3は、上記したような問題点を具体的に説明するための図である。図3では、一般的にハイブリッド車両において行われる、エンジン回転数のF/B制御を模式的に示している。一般的には、例えば、目標エンジン回転数とペラ軸回転数とに基づいて目標MG1回転数が求められ、当該目標MG1回転数とMG1回転数とに基づいてエンジン回転数のF/B制御が行われる。この場合、ペラ軸回転数やMG1回転数は、センサの計測値などが用いられる。そのため、このような計測値が大きく変動した場合には(ペラ軸回転数が変動した場合には目標MG1回転数が変動することとなる)、図3中の矢印Aで示すように、F/B制御における入力も変動することで、エンジン回転数F/Bにおいて変動が生じる傾向にある。
この他にも、図示は省略するが、エンジン回転数の変動によりMG1回転数が変動したりする。また、このような変動に起因して、第1のモータジェネレータMG1のトルクや、第2のモータジェネレータMG2のトルクも変動する傾向にある。
したがって、本実施形態では、車軸2の回転数変動が大きくなるような場合に、エンジン1及び/又はモータジェネレータMGの回転数(目標回転数を含む)における変動を抑制するための制御を行う。これにより、車両挙動が不安定になることや、失火の誤検出などを抑制することが可能となる。
以下では、本実施形態においてECU50が行う制御方法の実施例(第1実施例〜第3実施例)について、具体的に説明する。
(第1実施例)
第1実施例では、ECU50は、回転数F/B制御の入力となる回転数計測値が大きく変動した場合に、当該計測値をフィルタ処理する際に用いるフィルタを変更することで、回転数F/Bが変動することを抑制する。具体的には、ECU50は、計測などによって得られたペラ軸回転数が大きく変動した場合に、当該ペラ軸回転数をフィルタ処理する際に用いるフィルタを変更して、エンジン回転数のF/B制御を行う。詳しくは、ECU50は、ペラ軸回転数の変動が所定値以上である場合と所定値未満である場合とでフィルタを切り替え、ペラ軸回転数の変動が所定値以上である場合には、信号における高周波成分が適切にカットされるようなフィルタを選択する。
図4は、第1実施例における制御方法を具体的に説明するための図である。図4では、第1実施例におけるエンジン回転数のF/B制御を模式的に示している。このF/B制御は、前述したECU50によって実行される。
ECU50は、まず、目標エンジン回転数に対して、ギヤ比などにより定まる係数を積算する。この処理と同時に、ECU50は、センサなどからペラ軸回転数(又は車輪速)を取得し、当該ペラ軸回転数に対してフィルタ処理を行って、当該フィルタ処理より得られた値に対してギヤ比などにより定まる係数を積算する。この場合、図4中の白抜き矢印で示すように、ECU50は、ペラ軸回転数の変動の大きさに基づいてフィルタを選択し、選択されたフィルタを用いてペラ軸回転数に対してフィルタ処理を行う。具体的には、ECU50は、ペラ軸回転数の変動が所定値以上である場合と所定値未満である場合とで、使用するフィルタを切り替える。この場合、ECU50は、ペラ軸回転数の変動が所定値以上である場合には、ペラ軸回転数の変動が所定値未満である場合に比して、より高周波の成分がカットされるようなフィルタを選択する。なお、フィルタ処理では、例えばローパスフィルタが用いられる。
そして、ECU50は、上記のように処理された目標エンジン回転数及びペラ軸回転数に基づいて、目標MG1回転数を求める。具体的には、ECU50は、目標エンジン回転数からペラ軸回転数を減算することで、目標MG1回転数を求める。この後、ECU50は、MG1回転数を取得して、目標MG1回転数からMG1回転数を減算した値に基づいてエンジン回転数のF/B制御を実施することで、フィードバックトルクを出力する。
図5は、第1実施例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ECU50によって繰り返し実行される。
まず、ステップS101では、ECU50は、ペラ軸回転数変動が所定値以上であるか否かを判定する。この判定に用いる所定値は、固定にしても良いし、運転条件により可変にしても良い。
ペラ軸回転数変動が所定値以上である場合(ステップS101;Yes)、処理はステップS102に進む。ステップS102では、ECU50は、ペラ軸回転数の信号に含まれる高周波成分が適切にカットされるようなフィルタ(以下、「第1フィルタ」と呼ぶ。)を選択する。つまり、カットオフ周波数が比較的高いようなフィルタを選択する。そして、処理はステップS104に進む。
これに対して、ペラ軸回転数変動が所定値未満である場合(ステップS101;No)、処理はステップS103に進む。ステップS103では、ECU50は、通常用いられるフィルタ(以下、「第2フィルタ」と呼ぶ。)を選択する。つまり、通常時(ペラ軸回転数変動がそれほど大きくない場合)において、ペラ軸回転数の信号に含まれるノイズ成分を適切に除去可能なフィルタを選択する。そして、処理はステップS104に進む。なお、上記した第1フィルタ及び第2フィルタは、予め設定されて、ECU50内に記憶されている。
ステップS104では、ECU50は、ステップS102又はS103で選択されたフィルタを用いてペラ軸回転数に対してフィルタ処理を行う。そして、処理はステップS105に進む。
ステップS105では、ECU50は、ステップS104でフィルタ処理された値に基づいて、エンジン回転数のF/B制御を実施する。そして、処理は終了する。
以上説明した第1実施例によれば、車両挙動が不安定になることや、失火の誤検出などを適切に抑制することが可能となる。
(第2実施例)
次に、第2実施例について説明する。第2実施例でも、ペラ軸回転数の変動が大きいような場合に、ペラ軸回転数に対して用いるフィルタを変更する点で、第1実施例と同様である。しかしながら、第1実施例では、計測されたペラ軸回転数を直接用いて、ペラ軸回転数の変動に基づいてフィルタを変更していたが、第2実施例では、エンジン1の失火判定に基づいてフィルタを変更する。つまり、第2実施例では、ECU50は、失火の検出の有無に応じてフィルタを変更する。こうするのは、失火時には、駆動トルクが変動してペラ軸回転数(又は車輪速)が大きく変動することで、回転数F/Bが変動する可能性が高いからである。したがって、第2実施例では、ECU50は、失火を検出した場合には前述した第1フィルタを選択し、これに対して、失火を検出しなかった場合には前述した第2フィルタを選択する。
図6は、第2実施例における制御方法を具体的に説明するための図である。図6では、第2実施例におけるエンジン回転数のF/B制御を模式的に示している。このF/B制御は、前述したECU50によって実行される。
図6に示すF/B制御は、基本的には図4に示したF/B制御と同様であるため、ここでは、異なる部分についてのみ説明を行う。第2実施例では、ECU50は、図6中の白抜き矢印で示すように、ECU50は、エンジン1の失火判定に基づいてフィルタを選択し、選択されたフィルタを用いてペラ軸回転数に対してフィルタ処理を行う。具体的には、ECU50は、失火している場合と失火していない場合とで、使用するフィルタを切り替える。この場合、ECU50は、失火を検出した場合には、失火を検出しなかった場合に比して、より高周波の成分がカットされるようなフィルタ(前述した第1フィルタ)を選択する。なお、フィルタ処理では、例えばローパスフィルタが用いられる。
図7は、第2実施例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ECU50によって繰り返し実行される。なお、ステップS202〜S205の処理は、前述したステップS102〜S105の処理と同様であるため、その説明を省略する。
ステップS201では、ECU50は、エンジン1において失火が生じているか否かを判定する。この場合、ECU50は、既知の方法により失火の検出を行う。例えば、ECU50は、エンジン回転数変動などに基づいて、失火を検出する。
失火が生じていると判定された場合(ステップS201;Yes)には、処理はステップS202に進み、ECU50は第1フィルタを選択する。これに対して、失火が生じていないと判定された場合(ステップS201;No)には、処理はステップS203に進み、ECU50は第2フィルタを選択する。
以上説明した第2実施例によっても、車両挙動が不安定になることや、失火の誤検出などを適切に抑制することが可能となる。
また、基本的にはフィルタを切り替えるとF/B制御において遅れが生じる傾向にあるが、第2実施例によれば、失火時にのみフィルタを切り替えるので(具体的には、失火時にのみ、第1フィルタへの切り替えを行う)、第1実施例と比較して、当該フィルタの切り替えに起因するF/B制御の遅れが生じにくいと言える。なお、第1実施例においてペラ軸回転数変動を判定する際に用いる所定値(図5のステップS101参照)を、失火時に発生し得るペラ軸回転数変動値に設定した場合には、第2実施例と同様の効果が得られる。つまり、前記のF/B制御の遅れは生じにくいと言える。
なお、上記した第1及び第2実施例では、ペラ軸回転数に対して用いるフィルタを変更する例を示したが、これ以外の値に対して用いるフィルタも同様にして変更することができる。例えば、エンジン回転数や、車輪速や、MG1回転数などの計測値に対して用いるフィルタを、同様の方法により変更することができる。
(第3実施例)
次に、第3実施例について説明する。前述した第1及び第2実施例では、ペラ軸回転数の変動が大きいような場合に、ペラ軸回転数に対して用いるフィルタを変更していた。これに対して、第3実施例では、ペラ軸回転数の変動が大きいような場合に、フィルタの代わりに、F/B制御を変更する。具体的には、第3実施例では、ECU50は、F/B制御におけるゲイン特性や位相特性などを変える。例えば、ECU50は、F/B制御がPID制御であれば、比例ゲインや、積分ゲインや、微分ゲインを変える。これにより、F/B制御のゲイン特性や位相特性が変わるので、適切なゲインを選べば、フィードバックトルクのハンチングや発散を抑制することが可能となる。
図8は、第3実施例における制御方法を具体的に説明するための図である。図8では、第3実施例におけるエンジン回転数のF/B制御を模式的に示している。このF/B制御は、前述したECU50によって実行される。
図8に示すF/B制御は、基本的には図4に示したF/B制御などと同様であるため、ここでは、異なる部分についてのみ説明を行う。第3実施例では、ペラ軸回転数をフィルタ処理するためのフィルタを変更しない(つまり、固定のフィルタを用いる)。その代わりに、第3実施例では、ECU50は、図8中の白抜き矢印で示すように、ペラ軸回転数の変動の大きさや失火判定に基づいて、F/B制御を切り替える。具体的には、ECU50は、ペラ軸回転数の変動が大きい場合、若しくは失火を検出した場合には、F/B制御において入力される信号の高周波成分が適切にカットされるようにゲイン特性や位相特性を変える。
図9は、第3実施例の第1の例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ECU50によって繰り返し実行される。
まず、ステップS301では、ECU50は、ペラ軸回転数変動が所定値以上であるか否かを判定する。この判定に用いる所定値は、固定にしても良いし、運転条件により可変にしても良い。そして、処理はステップS302に進む。
ペラ軸回転数変動が所定値以上である場合(ステップS301;Yes)、処理はステップS302に進む。ステップS302では、ECU50は、F/B制御において入力される信号に含まれる高周波成分が適切にカットされるようなF/Bゲイン(以下、「第1F/Bゲイン」と呼ぶ。)を選択する。そして、処理はステップS304に進む。
これに対して、ペラ軸回転数変動が所定値未満である場合(ステップS301;No)、処理はステップS303に進む。ステップS303では、ECU50は、通常用いられるF/Bゲイン(以下、「第2F/Bゲイン」と呼ぶ。)を選択する。つまり、F/B制御において通常時(ペラ軸回転数変動がそれほど大きくない場合)に入力される信号を適切に処理可能なF/Bゲインを選択する。そして、処理はステップS304に進む。なお、上記した第1F/Bゲイン及び第2F/Bゲインは、予め設定されて、ECU50内に記憶されている。
ステップS304では、ステップS302又はS303で選択されたF/Bゲインを用いて、エンジン回転数のF/B制御を実施する。そして、処理は終了する。
次に、図10は、第3実施例の第2の例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ECU50によって繰り返し実行される。なお、ステップS402〜S404の処理は、前述したステップS302〜S304の処理と同様であるため、その説明を省略する。
ステップS401では、ECU50は、エンジン1において失火が生じているか否かを判定する。この場合、ECU50は、既知の方法により失火の検出を行う。失火が生じていると判定された場合(ステップS401;Yes)には、処理はステップS402に進み、ECU50は第1F/Bゲインを選択する。これに対して、失火が生じていないと判定された場合(ステップS401;No)には、処理はステップS403に進み、ECU50は第2F/Bゲインを選択する。
以上説明した第3実施例によっても、車両挙動が不安定になることや、失火の誤検出などを適切に抑制することが可能となる。
(変形例)
上記した実施例では、ペラ軸回転数に基づいてフィルタ若しくはF/Bゲインの選択を行う例を示したが(図5のステップS101や図9のステップS301など参照)、ペラ軸回転数の代わりに、目標エンジン回転数や、車輪速や、MG1回転数や、エンジン回転数の変動に基づいて、このようなフィルタ若しくはF/Bゲインの選択を行っても良い。
また、上記では、2つのフィルタ(第1フィルタと第2フィルタ)を切り替える例、及び2つのF/Bゲイン(第1F/Bゲインと第2F/Bゲイン)を切り替える例を示したが、他の例では、2つ以上のフィルタ若しくはF/Bゲインを用いて切り替えを行っても良い。更に他の例では、例えばペラ軸回転数に応じて、フィルタ若しくはF/Bゲインを連続的に変化させてもしても良い。
1 エンジン
2 車軸
3 車輪
4 動力分割機構
6 バッテリ
5a、5b インバータ
50 ECU
100 ハイブリッド車両
MG1 第1のモータジェネレータ
MG2 第2のモータジェネレータ

Claims (1)

  1. 内燃機関の出力軸及び/又はモータジェネレータの出力軸が車軸と連結している車両に適用され、前記内燃機関の目標回転数と前記車軸の回転数とに基づいて前記モータジェネレータの目標回転数を求めて、前記モータジェネレータの目標回転数と前記モータジェネレータの実際の回転数とに基づいて前記内燃機関の回転数をフィードバック制御する駆動制御装置であって、
    前記車軸の回転数変動が大きくなるような場合に、前記内燃機関及び/又は前記モータジェネレータの回転数における変動を抑制するための制御を行う制御手段を備え
    前記制御手段は、前記車軸の回転数における変動が所定値以上である場合に、前記フィードバック制御において用いられる回転数の信号に含まれる高周波成分を、前記車軸の回転数における変動が前記所定値未満である場合よりも多くカットする処理を行うことを特徴とする駆動制御装置。
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