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JP2010269714A - 電動機のトルク制御装置 - Google Patents

電動機のトルク制御装置 Download PDF

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JP2010269714A JP2009123971A JP2009123971A JP2010269714A JP 2010269714 A JP2010269714 A JP 2010269714A JP 2009123971 A JP2009123971 A JP 2009123971A JP 2009123971 A JP2009123971 A JP 2009123971A JP 2010269714 A JP2010269714 A JP 2010269714A
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Abstract

【課題】蓄電器の出力可能な電力範囲内で、電動機の回転数に応じて適切なトルクを設定することが可能なトルク制御装置を提供する。
【解決手段】電動機のトルク制御装置は、電動機の回転数を取得する回転数取得部と、回転数取得部により取得された回転数を補正する回転数補正部と、内燃機関の始動状態では、回転数補正部により補正された回転数に基づき前記電動機の回転数が目標回転数に到達するために要する電動機の要求トルクを算出する要求トルク算出部と、内燃機関の始動状態では、回転数補正部により補正された回転数に基づき電動機のトルク制限値を算出するトルク制限値算出部と、を備え、回転数補正部は、回転数取得部による取得から要求トルク算出部による算出までの時間遅れに応じて、回転数取得部により取得された回転数を補正し、要求トルクが前記トルク制限値を超える場合には、前記トルク制限値に基づいて電動機を駆動することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、電動機のトルク制御装置に関する。
従来、ハイブリッド車両において、内燃機関の始動時には、蓄電器により駆動される電動機によって内燃機関の出力軸をクランキングし、回転数を上昇させている。出力軸をクランキングするためのクランキングトルクは、例えば、蓄電器が出力可能な最大電力と、クランキング時におけるエネルギーロスと、内燃機関の出力軸の回転数と、から求めることが知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2005−180230号公報
上記特許文献1によれば、回転数に応じたクランキングトルクの算出が可能である。しかしながら、電動機の制御を行う部分と内燃機関の制御を行う部分は、それぞれ分離されて構成される場合がある。この場合には、例えば、回転数を取得する部分と、クランキングトルクを算出する部分との間では通信が行われ、通信による時間遅れが生じる可能性がある。この時間遅れによって、取得された回転数と、クランキングトルクを算出する時点での回転数との間に誤差が生じた場合、蓄電器の許容電力を超えるクランキングトルクを指示してしまう可能性がある。
このような事態を回避するため、従来、蓄電池の能力を実際の能力よりも低く見積もることによって、回転数の誤差による過大なクランキングトルクの指示に備えた制御が行われていた。しかしながら、蓄電池の能力を実際の能力よりも低く見積もることにより、例えば、蓄電池により電動機を始動可能な温度が実際よりも高く設定されるため、低温での始動ができなくなってしまう等の問題がある。従って、誤差のない回転数に基づいて算出されたクランキングトルクにより電動機のトルクを制御し、蓄電器の能力を最大限利用することが望まれている。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電器の出力可能な電力の範囲内で、電動機の回転数に応じて適切なトルクを設定することが可能な電動機のトルク制御装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、蓄電器(例えば、後述の実施形態における蓄電器101)から供給される電力によりクランク軸(例えば、後述の実施形態におけるクランク軸109)を回転させて内燃機関(例えば、後述の実施形態における内燃機関107)を始動可能な電動機(例えば、後述の実施形態における電動機105)のトルク制御装置において、前記電動機の回転数を取得する回転数取得部(例えば、後述の実施形態におけるMOT回転数取得部121)と、前記回転数取得部により取得された回転数を補正する回転数補正部(例えば、後述の実施形態におけるMOT回転数補正部131)と、前記内燃機関の始動状態では、前記回転数補正部により補正された回転数に基づき、前記電動機の回転数が目標回転数に到達するために要する前記電動機の要求トルクを算出する要求トルク算出部(例えば、後述の実施形態における要求トルク算出部133)と、前記内燃機関の始動状態では、前記回転数補正部により補正された回転数に基づき、前記電動機のトルク制限値を算出するトルク制限値算出部(例えば、後述の実施形態におけるトルク制限値算出部135)と、を備え、前記回転数補正部は、前記回転数取得部による取得から前記要求トルク算出部による算出までの時間遅れに応じて、前記回転数取得部により取得された回転数を補正し、前記要求トルクが前記トルク制限値を超える場合には、前記トルク制限値に基づいて前記電動機を駆動することを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の電動機のトルク制御装置において、前記内燃機関の始動状態であるか否かを判断する始動状態判断部(例えば、後述の実施形態における始動状態判断部139)と、前記クランク軸の回転角度を取得する回転角度取得部(例えば、後述の実施形態におけるクランク回転角度取得部141)と、を備え、前記内燃機関が始動状態であると判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転数補正部により補正された回転数に基づきトルク制限値を算出し、前記内燃機関が始動状態でないと判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転角度取得部により取得された回転角度に基づきトルク制限値を算出することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の電動機のトルク制御装置において、前記内燃機関の始動状態であるか否かを判断する始動状態判断部と、前記内燃機関が始動状態であると判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転数補正部により補正された回転数に基づきトルク制限値を算出し、前記内燃機関が始動状態でないと判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転数取得部により取得された回転数に基づきトルク制限値を算出することを特徴とする。
請求項4に係る発明は、蓄電器から供給される電力によりクランク軸を回転させて内燃機関を始動可能な電動機のトルク制御装置において、前記電動機の回転数を取得する回転数取得部と、前記回転数取得部により取得された回転数を補正する回転数補正部と、前記回転数取得部により取得された回転数に基づき、前記電動機のトルク制限値を算出するトルク制限値算出部と、前記内燃機関の始動状態では、前記回転数補正部により補正された回転数に基づき、前記電動機の回転数が目標回転数に到達するために要する前記電動機の要求トルクを算出する要求トルク算出部と、を備え、前記回転数補正部は、前記回転数の取得から前記要求トルクの算出までの時間遅れに応じて、前記回転数取得部により取得された回転数を補正し、前記要求トルクが前記トルク制限値を超える場合には、前記トルク制限値に基づいて前記電動機を駆動することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1から4のいずれかに記載の電動機のトルク制御装置において、前記時間遅れは、前記回転数取得部と前記要求トルク算出部との間の通信により生じることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項1から4のいずれかに記載の電動機のトルク制御装置において、前記時間遅れは、前記回転数取得部による取得と前記要求トルク算出部による算出の処理タイミングの相違により生じることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、内燃機関の始動状態では、回転数補正部により補正された回転数に基づいて要求トルク及びトルク制限値が算出されるので、適切にトルクを設定することができる。また、要求トルクがトルク制限値を超える場合には、電動機がトルク制限値に基づき駆動されるので、蓄電器の出力電力の範囲内で制御を行うことができる。
請求項2、3の発明によれば、所定時間における電動機の回転数の上昇が特に大きい、内燃機関の始動状態において、電動機の回転数に応じて適切にトルクを設定することができる。
請求項4の発明によれば、回転数補正部により補正された回転数に基づいて要求トルクが算出されるので、適切にトルクを設定することができる。また、要求トルクがトルク制限値を超える場合には、電動機がトルク制限値に基づき駆動されるので、蓄電器の出力電力の範囲内で制御を行うことができる。
請求項5の発明によれば、回転数取得部と要求トルク算出部とがそれぞれ別のECUに設けられ、回転数取得部と要求トルク算出部との間で通信が行われる場合であっても、適切にトルクを設定することができる。
請求項6の発明によれば、回転数取得部の処理のタイミングと、要求トルク算出部の処理タイミングとが異なる場合であっても、適切にトルクを設定することができる。
第1実施形態にかかる電動機のトルク制御装置を示すブロック図である。 第1実施形態にかかる電動機のトルク制御装置の動作を示すフローチャートである。 回転数補正部による回転数の補正の動作を示すフローチャートである。 第1実施形態により補正された回転数とこれに基づき算出された要求トルクを、補正を行わない従来の場合と比較して示すグラフである。 第1実施形態により設定されたトルクによる蓄電器の消費電力を、回転数の補正を行わない従来の場合と比較して示すグラフである。 変形例にかかる電動機のトルク制御装置を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態における電動機のトルク制御装置について、図1〜5を参照しながら以下に説明する。本実施形態の車両は、HEV(Hybrid Electrical Vehicle:ハイブリッド電気自動車)であり、当該車両は、電動機及び/又は内燃機関の駆動力によって走行する。
図1は、本実施形態における電動機のトルク制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図1において、車両1は、蓄電器(BATT)101、電動機(MOT)105、内燃機関(ENG)107、モータECU(MOT ECU)117、エンジンECU(ENG ECU)119、を備える。車両1の一部もしくは全体が、電動機のトルク制御装置として機能する。
蓄電器101は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば100〜200Vの高電圧を供給する。蓄電器101からの出力電力は、電動機105に供給され、電動機105を駆動する。
電動機105は、例えば発電電動機であり、蓄電器101の出力電力によってクランク軸109を回転させ、内燃機関107を始動させる。また、モータECU117のMOT回転制御部123からのトルク指令値に基づいて電動機20が駆動することで、車両1は電動走行を行う。MOT回転数センサ111により検出された電動機105の回転数を示す信号は、モータECU117のMOT回転数取得部121に送られる。
内燃機関107は、原動機として動作するものであり、始動スイッチ116に従い、電動機105によって始動される。内燃機関107は、ENG回転制御部141からの燃料噴射指令及び点火指令に応じて、インジェクタから噴射供給される燃料を燃焼することで、車両が走行するための動力(トルク)を発生する。電動機105の図示しない回転軸と内燃機関107のクランク軸109とは直結されている。内燃機関107で発生したトルクは、クランク軸109を介して不図示の駆動輪の駆動軸に伝達される。クランク軸109の回転角度は、クランク回転角度センサ113により所定の角度ごとに検出される。クランク回転角度センサ113によって検出されたクランク回転角度を示す信号は、エンジンECU119のクランク回転角度取得部141に送られる。
モータECU117は電動機105を制御するものであり、MOT回転数取得部121と、MOT回転制御部123と、を備える。MOT回転数取得部121は、MOT回転数センサ111から送られる回転数センサ信号から、電動機105の回転数を取得して、エンジンECU119のMOT回転数補正部131に送る。MOT回転制御部123は、エンジンECU119の最終トルク値設定部137から送られる最終トルク値に基づいて、電動機105を制御する。
エンジンECU119は、内燃機関107を制御するものであり、MOT回転数補正部131と、要求トルク算出部133と、トルク制限値算出部135と、最終トルク値設定部137と、始動状態判断部139と、クランク回転角度取得部141と、ENG回転制御部143と、を備える。
MOT回転数補正部131は、前回の最終トルク値及び時間遅れに基づき、MOT回転数取得部121が取得した回転数を補正する。要求トルク算出部133は、MOT回転数補正部131により補正された回転数やアクセル信号115に基づき、要求トルクを算出する。トルク制限値算出部135は、MOT回転数補正部131により補正された回転数やクランク回転角度取得部141により取得されたクランク回転角度に基づき、トルク制限値を算出する。最終トルク値設定部137は、電動機105を制御するための最終トルク値を設定する。始動状態判断部139は、始動スイッチ116とクランク回転角度に基づき、内燃機関107が始動状態であるか否かを判断する。ENG回転制御部143は、各気筒におけるスロットルバルブの開閉制御及び燃料噴射制御、クランク軸109の回転数を制御する。
以下、本実施形態に係る電動機のトルク制御装置の動作に関して詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る電動機のトルク制御装置の動作を示すフローチャートである。図2に示すように、まず、始動状態判断部139は、内燃機関が始動状態にあるかどうかを判断する(ステップS1)。ここで、内燃機関の始動状態とは、始動スイッチ(イグニッションスイッチ)116がオンにされてから、クランク軸の回転数が目標回転数まで上昇するまでの状態である。従って、始動状態判断部139は、始動スイッチ116の状態とクランク回転角度取得部141の取得したクランク回転角度により、内燃機関107が始動状態にあるかどうかを判断する。
内燃機関107が始動状態であると判断された場合、MOT回転数取得部121は、MOT回転数センサ111の回転数センサ信号から、電動機105の回転数を取得する(ステップS2)。本実施形態において、電動機105の図示しない回転軸と内燃機関107のクランク軸109とは直結されているため、電動機105の回転数は、内燃機関107のクランク軸109の回転数と等しい。MOT回転数取得部121により取得された電動機105の回転数は、MOT回転数補正部131に送られる。
本実施形態において、MOT回転数取得部121がモータECU117に設けられているのに対し、要求トルク算出部133とトルク制限値算出部135は、エンジンECU119に設けられている。このため、MOT回転数取得部121により取得された電動機105の回転数は、通信によってエンジンECU119へと送られる。この通信状態や、処理のタイミングによっては、回転数の取得から要求トルク及びトルク制限値の算出までに時間的な遅れが生じてしまい、取得された回転数と、算出時点での回転数との間に誤差が生じてしまう。特に、回転数を0から目標回転数に到達させる内燃機関の始動状態時においては、回転数の上昇度合が大きいため、時間的遅れにより生じる誤差が大きい。このような誤差が発生するのを回避するため、本実施形態においては、MOT回転数補正部131が、MOT回転数取得部121により取得された回転数を補正する(ステップS3)。
図3は、回転数を補正する動作を説明するフローチャートである。まず、MOT回転数補正部131は、MOT回転数取得部121からMOT回転数Ndetを取得する(ステップS21)。次いで、MOT回転数補正部131は、現在電動機105を駆動しているトルクである最終トルク前回値をイナーシャで割り、通信による時間遅れを乗じることによって、通信により遅れた時間内に上昇してしまう回転数Nadjを算出する(ステップS22)。ここで、イナーシャは、電動機105の回転子の慣性による回転のし易さであり、電動機105の回転子の材質や形状により設計的に求められる値である。最後に、MOT回転数補正部131は、MOT回転数NdetにNadjを加えることにより、補正された回転数Nを算出する(ステップS23)。
図2に戻って、要求トルク算出部133は、補正された回転数Nに基づき、クランク軸109の回転数を目標回転数に到達させるのに必要な要求トルクを算出する(ステップS4)。トルク制限値算出部135は、蓄電器101の最大出力電力及び補正された回転数Nに基づき、トルク制限値を算出する(ステップS5)。
図4は、本実施形態により補正された回転数と、これに基づき算出された要求トルクを、補正を行わない従来の場合と比較して示すグラフである。図中、Ndetは、内燃機関107を始動させてからの時間経過に対応する、MOT回転数取得部121により取得された回転数を示し、NはMOT回転数補正部131により補正された回転数を示す。また、TdetはNdetに基づいて算出された要求トルクを示し、TはNに基づいて算出された要求トルクを示す。図4から、補正を行わない場合の要求トルクTdetは、補正を行った場合の要求トルクTよりも大きく算出されてしまうことがわかる。
ステップS1において内燃機関107が始動状態でないと判断された場合、クランク軸109の回転数は、既に目標回転数にまで上昇している。このような場合、要求トルクは、アクセルペダルの踏み込み量に応じた車両の駆動を行うために算出される。従って、要求トルク算出部133は、アクセルペダルの踏み込み量を示すアクセル信号115に基づき、要求トルクを算出する(ステップS6)。
トルク制限値算出部135は、クランク回転角度取得部141が取得したクランク回転角度に基づき、トルク制限値を算出する(ステップS7)。クランク角度センサ113は、クランク軸109の回転角度を所定の回転角度ごとに検出するため、クランク軸109の回転数が小さく、所定時間内の回転数の上昇度合いが高い内燃機関107の始動状態時においては、検出のタイミングにより誤差が生じる可能性がある。しかしながら、クランク軸109の回転数が目標回転数まで上昇した後は、クランク角度センサ113によっても安定した検出が行えるようになる。また、クランク回転角度取得部141はエンジンECU119に設けられており、通信による時間遅れが発生しないため、内燃機関107が始動状態でないと判断された場合には、クランク回転角度に基づいてトルク制限値を算出する。
要求トルク算出部133及びトルク制限値算出部135により要求トルク及びトルク制限値が算出された後、最終トルク値設定部137は、要求トルク≦トルク制限値であるかどうかの判断を行う(ステップS8)。要求トルク≦トルク制限値である場合には、要求トルクを最終トルク値として設定する(ステップS9)。反対に、要求トルク>トルク制限値である場合には、トルク制限値を最終トルク値として設定する(ステップS10)。最終トルク値設定部137は、設定された最終トルク値を、モータECU117のMOT回転制御部123に送る(ステップS11)。MOT回転制御部123は、最終トルク値により電動機105の制御を行う。なお、最終トルク値は次回の回転数補正時に使用されるので、MOT回転数補正部131にも送られる。
図5は、本実施形態により設定されたトルクによる蓄電器の消費電力Pを、補正を行わない従来の場合の消費電力Pdetと比較して示すグラフである。Pdetは、時間遅れにより誤差が生じている回転数に基づき算出されたトルクにより電動機を駆動する場合の消費電力であり、蓄電器101の許容出力電力を超えてしまっている。これに対し、本実施形態では、補正された回転数に基づき要求トルクとトルク制限値を算出し、要求トルクがトルク制限値を超える場合にはトルク制限値によって電動機105を駆動するため、Pは蓄電器101の許容出力電力の範囲内である。
以上説明したように、本実施形態に係る電動機のトルク制御装置によれば、所定時間における電動機105の回転数の上昇が特に大きい、内燃機関107の始動状態において、MOT回転数補正部131により補正された回転数に基づいて要求トルク及びトルク制限値が算出されるので、適切にトルクを設定することができる。また、MOT回転数取得部121と要求トルク算出部133及びトルク制限値算出部135とがそれぞれ別のECUに設けられ、MOT回転数取得部121と要求トルク算出部133及びトルク制限値算出部135との間で通信が行われる場合であっても、要求トルク及びトルク制限値を適切に算出することができる。また、要求トルクがトルク制限値を超える場合に、電動機105がトルク制限値により駆動されるので、蓄電器101の出力電力の範囲内で制御を行うことができる。
なお、本実施形態において、内燃機関107が始動状態でないと判断された場合には、クランク回転角度取得部141が取得したクランク回転角度に基づきトルク制限値を算出したが、これに替わって、MOT回転数取得部121により取得された回転数に基づきトルク制限値を算出してもよい。クランク軸109の回転数が目標回転数まで上昇し、内燃機関が始動状態でなくなった後は、電動機105の回転数はそれ程大きく変動せず、時間遅れによる誤差が減少する。従って、内燃機関107が始動状態でないと判断された場合に、トルク制限値算出部135は、MOT回転数取得部121により取得された回転数に基づき、適切にトルク制限値を算出することができる。
また、本実施形態において、MOT回転数補正部131による回転数の補正は、内燃機関107が始動状態である場合にのみ行われているが、内燃機関107が始動状態であるか否かにかかわらず、常に補正された回転数に基づいてトルク制限値を算出してもよい。
(変形例)
図6は、本実施形態の変形例に係る電動機のトルク制御装置のブロック図を示す。なお、本変形例は、トルク制限値算出部135、最終トルク値設定部137の構成において、第1実施形態と異なる。第1実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
本変形例において、トルク制限値算出部135は、モータECU117に設けられているため、同じくモータECU117に設けられているMOT回転数取得部121との間に通信による時間遅れが発生しない。そのため、本変形例において、トルク制限値算出部135は、内燃機関107が始動状態であるか否かにかかわらず、常にMOT回転数取得部121により取得された回転数に基づいてトルク制限値を算出する。
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば本発明は、電動機105の制御と内燃機関107の制御とが1つのECU内で行われる場合であって、MOT回転数取得部121の取得周期等の処理タイミングと、要求トルク算出部133又はトルク制限値算出部135の処理タイミングが異なるために生じる時間遅れにより回転数に誤差が生じるような場合にも適用することができる。
101 蓄電器(BATT)
105 電動機(MOT)
107 多気筒内燃機関(ENG)
109 クランク軸
117 エンジンECU(ENG ECU)
119 モータECU(MOT ECU)
121 MOT回転数取得部
131 MOT回転数補正部
133 要求トルク算出部
135 トルク制限値算出部
139 始動状態判断部
141 クランク回転角度取得部

Claims (6)

  1. 蓄電器から供給される電力によりクランク軸を回転させて内燃機関を始動可能な電動機のトルク制御装置において、
    前記電動機の回転数を取得する回転数取得部と、
    前記回転数取得部により取得された回転数を補正する回転数補正部と、
    前記内燃機関の始動状態では、前記回転数補正部により補正された回転数に基づき、前記電動機の回転数が目標回転数に到達するために要する前記電動機の要求トルクを算出する要求トルク算出部と、
    前記内燃機関の始動状態では、前記回転数補正部により補正された回転数に基づき、前記電動機のトルク制限値を算出するトルク制限値算出部と、を備え、
    前記回転数補正部は、前記回転数取得部による取得から前記要求トルク算出部による算出までの時間遅れに応じて、前記回転数取得部により取得された回転数を補正し、
    前記要求トルクが前記トルク制限値を超える場合には、前記トルク制限値に基づいて前記電動機を駆動することを特徴とする、電動機のトルク制御装置。
  2. 前記内燃機関の始動状態であるか否かを判断する始動状態判断部と、
    前記クランク軸の回転角度を取得する回転角度取得部と、を備え、
    前記内燃機関が始動状態であると判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転数補正部により補正された回転数に基づきトルク制限値を算出し、
    前記内燃機関が始動状態でないと判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転角度取得部により取得された回転角度に基づきトルク制限値を算出することを特徴とする請求項1に記載の電動機のトルク制御装置。
  3. 前記内燃機関の始動状態であるか否かを判断する始動状態判断部と、
    前記内燃機関が始動状態であると判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転数補正部により補正された回転数に基づきトルク制限値を算出し、
    前記内燃機関が始動状態でないと判断された場合、前記トルク制限値算出部は、前記回転数取得部により取得された回転数に基づきトルク制限値を算出することを特徴とする請求項1に記載の電動機のトルク制御装置。
  4. 蓄電器から供給される電力によりクランク軸を回転させて内燃機関を始動可能な電動機のトルク制御装置において、
    前記電動機の回転数を取得する回転数取得部と、
    前記回転数取得部により取得された回転数を補正する回転数補正部と、
    前記回転数取得部により取得された回転数に基づき、前記電動機のトルク制限値を算出するトルク制限値算出部と、
    前記内燃機関の始動状態では、前記回転数補正部により補正された回転数に基づき、前記電動機の回転数が目標回転数に到達するために要する前記電動機の要求トルクを算出する要求トルク算出部と、を備え、
    前記回転数補正部は、前記回転数取得部による取得から前記要求トルクの算出までの時間遅れに応じて、前記回転数取得部により取得された回転数を補正し、
    前記要求トルクが前記トルク制限値を超える場合には、前記トルク制限値に基づいて前記電動機を駆動することを特徴とする、電動機のトルク制御装置。
  5. 前記時間遅れは、前記回転数取得部と前記要求トルク算出部との間の通信により生じることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電動機のトルク制御装置。
  6. 前記時間遅れは、前記回転数取得部による取得と前記要求トルク算出部による算出の処理タイミングの相違により生じることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電動機のトルク制御装置。
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