JP6109378B1 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スロットルアクチュエータの異常時において退避走行する際に走行トルク抑制量を安定的に制御することが可能な内燃機関用制御装置を提供する。【解決手段】スロットル制御系の異常を検出したとき、内燃機関用制御装置のスロットルアクチュエータ(20)のスロットル開度を非通電状態に設定する。このときには、フェイルセーフ機構が働いてスロットル開度を予め設定した値に保持する。そして、ブレーキOFF時で、車速が発電トルク切替車速以下であれば、発電量をブレーキOFF時の低車速用発電量とし、車速が発電トルク切替車速を越えていれば、発電量を、上記の低車速用発電量より小さい、ブレーキOFF時の高車速発電量とすることで、退避走行性能が確保されつつ内燃機関の機関回転数の吹き上がりを防止することができる。【選択図】図6
Description
本発明は、アクセルペダルの踏込量に応じて駆動されるアクチュエータによって設定されるスロットルバルブの開度により内燃機関の出力状態を制御する内燃機関用制御装置に関するものであり、特に、システム異常時の退避走行性能を有する内燃機関用制御装置に関するものである。
従来より、アクセルペダルの踏込量に応じてスロットルアクチュエータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する『電子スロットルシステム』と称される内燃機関のスロットル制御機構が知られている。
このスロットル制御機構における異常時の制御に関わる先行技術としては、スロットル制御機構が異常、すなわち故障した際、アクセル開度センサとスロットル開度センサの信号に基づき減筒制御システムとして内燃機関の運転状態に関わる気筒数を少なくして機関出力を低減し、退避走行を可能とするものがある(例えば、特許文献1参照)。
上記の特許文献1では、電子スロットルシステムを構成するスロットルアクチュエータの異常時における退避走行性能を確保するための手段として内燃機関の運転状態に関わる気筒数を少なくして機関出力を低減しているが、退避走行時の1気筒当たりの走行トルク増減の影響が大きくなるため走行環境によっては走行トルク抑制量にばらつきが発生するという課題があった。
本発明は、上記の課題を解決するために為されたもので、電子スロットルシステムを構成するスロットルアクチュエータの異常時において退避走行する際に走行トルク抑制量を安定的に制御することが可能な内燃機関用制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関用制御装置は、車速を検出する車速センサと、ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、蓄電装置に電力を回生する発電機と、スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、スロットル制御系の異常を検出する異常検出部を含み、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも1つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキペダルの踏込を検出しないときで前記車速が発電トルク切替車速以下であれば、前記発電機の発電量をブレーキOFF時の低車速用発電量とし、前記車速が発電トルク切替車速を越えていれば、前記発電機の発電量を、前記低車速用発電量より小さい、ブレーキOFF時の高車速発電量とする演算部とを備えている。
また、上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関用制御装置は、車速を検出する車速センサと、ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、蓄電装置に電力を回生する発電機と、スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、スロットル制御系の異常を検出する異常検出部、及びブレーキON時及びブレーキOFF時にそれぞれ対応する車速対発電機の発電量のメモリマップを有し、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも1つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを前記非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキON時を示しているか前記ブレーキOFF時を示しているかに応じて前記メモリマップに基づき前記車速に対応する発電量を発生するように前記発電機を制御する演算部とを備えている。
本発明によれば、スロットル制御系に異常が検出されたとき、スロットルアクチュエータのスロットル開度を非通電状態に設定するとともに、ブレーキスイッチがブレーキペダルの踏込を検出しないときで車速が発電トルク切替車速以下であれば、発電量をブレーキOFF時の低車速用発電量とし、車速が発電トルク切替車速を越えていれば、発電量を、低車速用発電量より小さい、ブレーキOFF時の高車速発電量とするように構成したので、内燃機関の走行トルク抑制量を発電機による発電量を用いてきめ細やかに制御することで実走行トルク量が不適切に超過することがないため、安定した走行性能を実現できる効果がある。
以下、本発明に係る内燃機関用制御装置の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図1とその説明は、上記の特許文献1を部分的に引用している。
実施の形態1.
図1において、図示しない内燃機関には吸気通路11を通って空気が供給される。吸気通路11の途中にはスロットルバルブ12が設けられている。このスロットルバルブ12はスロットル軸13に固設され、リターンスプリング14によって常時、全閉側に付勢されている。なお、スロットルバルブ12の全閉位置はスロットル軸13を介して全閉ストッパ15にて規制されている。また、スロットルバルブ12にはスロットル軸13を介してスロットル開度を検出する第1及び第2のスロットル開度センサ16A及び16Bが並列に配設され、2重系のセンサシステムを構成している。
図1において、図示しない内燃機関には吸気通路11を通って空気が供給される。吸気通路11の途中にはスロットルバルブ12が設けられている。このスロットルバルブ12はスロットル軸13に固設され、リターンスプリング14によって常時、全閉側に付勢されている。なお、スロットルバルブ12の全閉位置はスロットル軸13を介して全閉ストッパ15にて規制されている。また、スロットルバルブ12にはスロットル軸13を介してスロットル開度を検出する第1及び第2のスロットル開度センサ16A及び16Bが並列に配設され、2重系のセンサシステムを構成している。
そして、スロットルバルブ12はスロットル軸13を介してオープナ17と係合されている。このため、スロットルバルブ12は、スロットル軸13及びオープナ17を介してオープナスプリング18にて常時、開側に付勢されている。このオープナ17の開位置はオープナストッパ19にて規制されている。更に、DCモータ等から成るスロットルアクチュエータ20がスロットルバルブ12のスロットル軸13に配設されている。
ここで、オープナスプリング18の付勢力は、リターンスプリング14の付勢力に打勝つように設定されている。従って、スロットルアクチュエータ20が非通電状態にあるとき、スロットルバルブ12のスロットル開度は、オープナ17がスロットル軸13を伴ってオープナストッパ19に当接する位置に設定されることになる。従って、スロットルアクチュエータ20の非通電時には一定のスロットル開度が保持されるというフェールセイフ機構が形成されている。
アクセルペダル21には、アクセル開度を検出する第1及び第2のアクセル開度センサ22A及び22Bが並列に配設され、ここでも2重系のセンサシステムを構成している。
ブレーキペダル23にはブレーキスイッチ24が配設されている。このブレーキスイッチ24は、ブレーキペダル23がドライバーによって踏込まれることでOFFからONとなる。
ブレーキペダル23にはブレーキスイッチ24が配設されている。このブレーキスイッチ24は、ブレーキペダル23がドライバーによって踏込まれることでOFFからONとなる。
また、図示しない内燃機関のクランクシャフトには、クランク角を検出する回転数センサ25が配設されている。車速センサ26は車両の4輪のうち少なくとも2輪の回転速度を検出するシステムが設けられている。更に、吸気通路11のスロットルバルブ12の下流側には内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタ(燃料噴射弁)29が配設されている。
発電機28は後述するECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)30から制御され、内燃機関の回転により発電し、ECU30に出力電圧、出力電流、及び発生トルクの情報を送る。また、発電機28で発電された電力は蓄電装置27へ送られて回生される発電制動システムが形成されている。
ECU30には、2重系の第1及び第2のスロットル開度センサ16A及び16Bからの各スロットル開度信号、2重系の第1及び第2のアクセル開度センサ22A及び22Bからの各アクセル開度信号、ブレーキスイッチ24からのON/OFF信号、並びに回転数センサ25からのクランク角信号が入力されている。ECU30は、周知の中央処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)31、制御プログラムを格納したROM32、各種データを格納するRAM33、B/U(バックアップ)RAM34、入力回路35、出力回路36、並びにそれらを接続するバスライン37によって演算部を構成している。
このような構成により、各種センサの出力信号に基づきECU30からスロットルアクチュエータ20に駆動信号が出力され、スロットルバルブ12の開閉位置が設定されて内燃機関側に適切な量の空気が供給される。また、各種センサ信号に基づき、ECU30からインジェクタ29に駆動信号が出力され、内燃機関の運転状態に対応した適切な量の燃料が噴射される。
次に、ECU30に使用されるCPU31において発電トルクを与える発電量の算出手順を図2〜図5のフローチャートに基づいて説明する。
なお、スロットルアクチュエータ20が非通電故障になったときには、スロットルを完全に閉じる構造にすると、高速道路での走行時に道路上で立ち往生するというような危険な状態をもたらすので、路肩に緊急避難する等の退避走行を可能にすることが法的に定められており、スロットルアクチュエータ20が非通電故障になったときにおいて、安定した走行性能をもたらすことが本発明の基本的な考えである。
まず、図2において、ステップS6011で、スロットルアクチュエータ20が通電停止の故障状態であるか否かを判定するフラグXFAIL_Lを読み取る。この故障判定は、アクセルペダル21が踏み込まれてアクセル開度センサ22A,22BからECU30に信号が入力されているにも拘らず、スロットル開度センサ16A,16Bから対応する信号がECU30に入力されないことなどから判定することができる。このようなスロットル制御系の構成要素の異常は、その他にも種々存在し、ECU30内における異常検出部(図示せず)によって検出することができる。
この場合、ECU30は、スロットルアクチュエータ20を非通電状態に設定し、上記のフェイルセーフ機構が働くようにする。
この場合、ECU30は、スロットルアクチュエータ20を非通電状態に設定し、上記のフェイルセーフ機構が働くようにする。
ステップS6011でXFAIL_Lが「0」であり、スロットルアクチュエータ20に異常がないときはステップS6012に移行し、正常制御状態の発電量ALTRQ算出処理Iが実行される。この正常制御状態の発電量ALTRQ算出処理Iは、従来から知られているように、内燃機関に搭載されているバッテリの電流や温度・充電状態と内燃機関の負荷状態等から発電量ALTRQを算出するものである。
一方、スロットルアクチュエータ20が非通電故障状態の場合は、ステップS6011のXFAIL_Lが「1」となり判定条件が成立するので、後述する発電量ALTRQ算出処理IIが実行される。
次に、図3のフローチャートに基づいて、上記のステップS6013における発電量ALTRQ算出処理IIについて具体的に説明する。
まず、ステップS6021で、ブレーキONフラグXBRKが「1」であるか否かが判定される。ステップS6021の判定条件が成立せず、即ち、ブレーキペダル23の踏込みが無くブレーキスイッチ24がOFFであるときには、ブレーキONフラグXBRKが「0」となり(NO)、ステップS6022に移行し、ALTRQMAX算出処理が実行される。すなわち、発電量ALTRQは、ブレーキOFF時の走行トルク抑制発電最大量ALTRQMAXに設定される。
一方、ステップS6021の判定条件が成立し、即ち、ブレーキペダル23の踏込みがありブレーキスイッチ24がONであるときには、ブレーキONフラグXBRKが「1」となり(YES)、ステップS6023に移行し、ALTRQBRK算出処理が実行される。すなわち、発電量ALTRQは、ブレーキON時の発電量ALTRQBRKに設定される。
次に、図4のフローチャートに基づいて、上記のブレーキOFF時でのステップS6022における発電量ALTRQMAX算出処理を具体的に説明する。
まず、ステップS6031で、図1に示した車速センサ26から出力された車速Vspeedがしきい値Xspeedより大きいか否かが判定される。ブレーキペダル23の踏込みがない状態(ブレーキOFF時)でステップS6031の判定条件が成立せず、即ち、車速Vspeed≦しきい値Xspeedの場合(NO)は、ステップS6032に移行し、ブレーキOFF時の発電量ALTRQMAXが低車速発電量ALT_VSLに設定される。
一方、ブレーキペダル23の踏込みが無い状態(ブレーキOFF時)でステップS6031の判定条件が成立、即ち、車速Vspeed>しきい値Xspeedの場合(YES)には、ステップS6033に移行し、ブレーキOFF時の発電量ALTRQMAXが高車速発電量ALT_VSHに設定される。
次に、図5のフローチャートに基づいて、上記のブレーキON時のステップS6023における発電量ALTRQBRK算出処理を具体的に説明する。
まず、ステップS6041で車速Vspeedがしきい値Xspeedより大きいか否かが判定される。ステップS6041の判定条件が成立せず、即ち、車速Vspeed≦しきい値Xspeedの場合(NO)には、ステップS6042に移行し、ブレーキペダル23が踏込まれているブレーキON時の発電量ALTRQBRKが低車速発電量ALT_BRKVSLに設定される。
まず、ステップS6041で車速Vspeedがしきい値Xspeedより大きいか否かが判定される。ステップS6041の判定条件が成立せず、即ち、車速Vspeed≦しきい値Xspeedの場合(NO)には、ステップS6042に移行し、ブレーキペダル23が踏込まれているブレーキON時の発電量ALTRQBRKが低車速発電量ALT_BRKVSLに設定される。
一方、ブレーキペダル23の踏込みがある状態(ブレーキON時)で、ステップS6041の判定条件が成立、即ち、車速Vspeed>しきい値Xspeedより大きい場合(YES)には、ステップS6043に移行し、ブレーキON時の発電量ALTRQBRKが高車速発電量ALT_BRKVSHに設定される。
次に、図6に基づいて、スロットルアクチュエータ20が通電停止の故障状態に陥った場合の走行時の挙動について説明する。
スロットルアクチュエータ20が通電停止の故障状態であると判定された場合において(ステップS6011のYES)、ブレーキがONで車速=0、すなわち停車時には、上記のステップS6042から、ブレーキON時の低車速用発電量ALT_BRKVSLに設定され、発電機28から蓄電装置27には小さな電力しか与えられない。ここでは、ドライバーがブレーキペダル23を踏んだということは、抑制された発電量を発電機28は蓄電装置27に与えればよいことを示している。
その後、車両が停止の状態からブレーキを開放したとき(ブレーキOFF時)には、急発進すると危険であるので、徐々に車両が動き出して車速が上昇するように、走行トルクの抑制を目的として発電量を低車速用発電量ALT_VSLに設定する(ステップS6032)。すなわち、低車速用発電量ALT_VSLは、走行トルクが大きくならないように、大き目の値であり、こうすることで、発電機28から蓄電装置27への回生エネルギーを大きくして走行エネルギーを消費させ、急発進させないようにしている。
このようにして車両が発進した後に車速Vspeedが徐々に上昇して行き、しきい値Xspeedを超えたときは、車速を上げてもよいと判断されるので、発電量を高車速用発電量ALT_VSHに切替える。すなわち、発電量を、上記の低車速用発電量ALT_VSLより小さい高車速用発電量ALT_VSHに設定することで発電機28の発電量を抑える。従って、回生エネルギーを小さくすることで走行トルクを大きく引き出すことができ、図示のように車速Vspeedを上げることができる。なお、発電量を切替えるための車速判定しきい値Xspeedはヒステリシスの幅を持たせてもよい。
その後、ブレーキONになったときは、発電機28の発電量を高車速用発電量ALT_BRKVSHに設定して(ステップS6043)、走行トルクを抑制する。これにより、車速は低下して行く。そして、車速Vspeedがしきい値Xspeed以下になったときには、最初と同様に発電機28の発電量を低車速用発電量ALT_BRKVSLに設定する。
このようにして、走行時の発電量をブレーキの踏込み状態と車速判定により発電量を切替え、走行トルクを制御する。
すなわち、本実施の形態における内燃機関用制御装置は、スロットルアクチュエータが非通電故障と見做される状態において、車両が停止の状態からブレーキを開放して発進する時に低車速用発電量ALT_VSLを設定することで走行トルクを抑え車両の急発進を防止することが出来る。
また、車両が発進した後に車速が上昇してしきい値を超えた場合は発電量を高車速用発電量ALT_VSHに切り替えることで発電量を抑え、走行トルクを引き出し、運転者の走行要求に対するストレスを軽減することが出来る。
実施の形態2.
上記の実施の形態1では、車速Vspeedがしきい値Xspeedより大きいか小さいか否かを判定し、発電量ALTRQを切り替える処理を行っているが、本実施の形態では、車速Vspeed対発電量で構成されたメモリマップをRAM33に予め用意しておき、きめ細やかに発電機28による発電量の制御を行うこともできる。
上記の実施の形態1では、車速Vspeedがしきい値Xspeedより大きいか小さいか否かを判定し、発電量ALTRQを切り替える処理を行っているが、本実施の形態では、車速Vspeed対発電量で構成されたメモリマップをRAM33に予め用意しておき、きめ細やかに発電機28による発電量の制御を行うこともできる。
この場合、メモリマップは、ブレーキスイッチ24の出力に対応してブレーキON時及びブレーキOFF時それぞれの車速対発電機の発電量のメモリマップを構成している。そして、ECU30は、ブレーキスイッチ24がブレーキON時を示しているかブレーキOFF時を示しているかによってメモリマップに基づき車速Vspeedに対応する発電量を発生するように発電機28を制御する。
このように発電量を切替えるためのしきい値Xspeedを持たせずにメモリマップを用いた場合の車速の挙動は、図6において点線で示されている。
従って、車速によるマップを使用することで、車両が発進した後に車速の上昇に伴い発電トルクを徐々に軽減し、走行時に運転者がブレーキを踏込んだ場合にはブレーキ踏込み時のマップに切替え、速やかに車両を停止することが出来るため、きめ細やかに制御することが可能となる。
従って、車速によるマップを使用することで、車両が発進した後に車速の上昇に伴い発電トルクを徐々に軽減し、走行時に運転者がブレーキを踏込んだ場合にはブレーキ踏込み時のマップに切替え、速やかに車両を停止することが出来るため、きめ細やかに制御することが可能となる。
12 スロットルバルブ、14 リターンスプリング、15 全閉ストッパ、16A,16B スロットル開度センサ、17 オープナ、18 オープナスプリング、19 オープナストッパ、20 スロットルアクチュエータ、21 アクセルペダル、22A,22B アクセル開度センサ、23 ブレーキペダル、24 ブレーキスイッチ、25 回転数センサ、26 車速センサ、27 蓄電装置、28 発電機、30 ECU(電子制御ユニット)、31 CPU。
Claims (4)
- 車速を検出する車速センサと、
ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、
蓄電装置に電力を回生する発電機と、
スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、
スロットル制御系の異常を検出する異常検出部を含み、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも1つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキペダルの踏込を検出しないときで前記車速が発電トルク切替車速以下であれば、前記発電機の発電量をブレーキOFF時の低車速用発電量とし、前記車速が発電トルク切替車速を越えていれば、前記発電機の発電量を、前記低車速用発電量より小さい、ブレーキOFF時の高車速発電量とする演算部とを備えた
内燃機関用制御装置。 - 前記演算部は、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキペダルの踏込を検出したときで、前記車速が発電トルク切替車速以下であれば前記発電量をブレーキON時の低車速用発電量とし、前記車速が前記発電トルク切替車速を越えていれば前記発電量を、前記ブレーキON時の低車速用発電量より大きい、ブレーキON時の高車速用発電量とする
請求項1に記載の内燃機関用制御装置。 - 車速を検出する車速センサと、
ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチと、
蓄電装置に電力を回生する発電機と、
スロットルアクチュエータが非通電状態になったときにスロットル開度を予め設定した値に保持するフェイルセーフ機構と、
スロットル制御系の異常を検出する異常検出部、及びブレーキON時及びブレーキOFF時にそれぞれ対応する車速対発電機の発電量のメモリマップを有し、前記異常検出部が、前記スロットル制御系の構成要素のうち少なくとも1つに異常を検出したとき、前記スロットルアクチュエータを前記非通電状態に設定するとともに、前記ブレーキスイッチが前記ブレーキON時を示しているか前記ブレーキOFF時を示しているかに応じて前記メモリマップに基づき前記車速に対応する発電量を発生するように前記発電機を制御する演算部とを備えた
内燃機関用制御装置。 - アクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、
前記スロットル開度を検出するスロットル開度センサとをさらに備え、
前記異常検出部は、前記アクセル開度センサからの入力があっても、これに対応して前記スロットル開度センサからの入力がない場合には前記スロットル制御系に異常があると見做す
請求項1又は3に記載の内燃機関用制御装置。
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