本发明涉及具备将引擎以及电动机的驱动力传递到车轮的辅助模式的车辆用控制装置。
背景技术：
在汽车等车辆中，很多情况下不仅搭载引擎作为动力源，还搭载电动发电机和/或isg(integratedstartergenerator：启动发电一体化电机)等电动机作为动力源(参照专利文献1)。通过利用该电动机对引擎进行辅助，从而能够减少引擎负荷而减少燃料消耗量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-252765号公报
技术实现要素：
技术问题
然而，由于从电池等蓄电体对电动机提供电力，所以在电池的充电状态soc(stateofcharge：充电状态)降低的情况下，即使处于能够获得较好的燃料减少效果的行驶状况，也难以利用电动机来辅助引擎。因此，期望在避免充电状态soc的过度降低的同时，利用电动机来辅助引擎。
本发明的目的是在避免充电状态的过度降低的同时，利用电动机来辅助引擎。
技术方案
本发明的车辆用控制装置是具备将引擎的驱动力传递到车轮的引擎模式、以及将上述引擎和电动机的驱动力传递到上述车轮的辅助模式的车辆用控制装置，所述车辆用控制装置具有：消耗量计算部，其计算执行上述引擎模式时的第一燃料消耗量和执行上述辅助模式时的第二燃料消耗量；减少量计算部，其从上述第一燃料消耗量减去上述第二燃料消耗量，计算通过执行上述辅助模式而减少的燃料减少量；模式控制部，其在上述燃料减少量大于阈值的情况下，执行上述辅助模式，另一方面，在上述燃料减少量小于上述阈值的情况下，执行上述引擎模式；阈值设定部，其在与上述电动机连接的蓄电体的充电状态高的情况下，将上述阈值设定得低，另一方面，在上述蓄电体的充电状态低的情况下，将上述阈值设定得高。
发明效果
根据本发明，在蓄电体的充电状态高的情况下，执行辅助模式的阈值被设定得较低，另一方面，在蓄电体的充电状态低的情况下，执行辅助模式的阈值被设定得较高。由此，能够执行在避免充电状态的过度降低的同时，利用电动机来辅助引擎的辅助模式。
附图说明
图1是表示具备作为本发明的一个实施方式的车辆用控制装置的车辆的概略图。
图2是表示电源电路的一个例子的电路图。
图3是表示车辆用控制装置的控制系统的概略图。
图4是表示将电动发电机控制为燃烧发电状态时的电力供给状况的一个例子的图。
图5是表示将电动发电机控制为发电休止状态时的电力供给状况的一个例子的图。
图6是表示将电动发电机控制为再生发电状态时的电力供给状况的一个例子的图。
图7是表示将电动发电机控制为动力行驶状态时的电力供给状况的一个例子的图。
图8是表示引擎模式以及辅助模式的执行顺序的一个例子的流程图。
图9是表示执行阈值和充电状态之间的关系的图。
图10是表示辅助模式以及怠速停止的执行区域的图。
图11是表示执行阈值和充电状态之间的关系的另一个例子的图。
符号说明
10：车辆用控制装置
12：引擎
16：电动发电机(电动机)
20：车轮
31：锂离子电池(蓄电体)
50：主控制器
53：怠速停止控制部
54：消耗量计算部
55：减少量计算部
56：阈值设定部
57：模式控制部
fa1：辅助前燃料消耗量(第一燃料消耗量)
fa2：辅助后燃料消耗量(第二燃料消耗量)
fr：燃料减少量
soc：充电状态
xa：执行阈值(阈值)
smin：下限值
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细地说明。图1是表示具备作为本发明的一个实施方式的车辆用控制装置10的车辆11的概略图。如图1所示，在车辆11，搭载有具备引擎12的功率单元13。在引擎12的曲柄轴14，经由带机构15而连结有电动发电机(电动机)16。另外，在引擎12经由扭矩转换器17而连结有变速机构18，在变速机构18经由差动机构19等而连结有车轮20。另外，在引擎12的进气歧管21，连接有用于调整吸入空气量的节气门22，并设置有用于喷射燃料的喷射器23。并且，在引擎12，设置有包括点火器和/或点火线圈的点火装置24。
与引擎12连结的电动发电机16是作为发电机以及电动机发挥功能的所谓isg(integratedstartergenerator：启动发电一体化电机)。电动发电机16不仅作为被曲柄轴14驱动的发电机而发挥功能，还作为在怠速停止控制等过程中在使曲柄轴14启动旋转的电动机和/或起步时、加速时等作为对曲柄轴14的旋转进行辅助的电动机发挥功能。电动发电机16具有具备定子线圈的定子25、和具备励磁线圈的转子26。另外，为了控制定子线圈和/或励磁线圈的通电状态，在电动发电机16，设置有包括逆变器、调节器以及微电脑等的isg控制器27。通过isg控制器27控制励磁线圈和/或定子线圈的通电状态，并控制电动发电机16的扭矩等。
[电源电路]
对车辆用控制装置10所具备的电源电路30进行说明。图2是表示电源电路30的一个例子的电路图。如图2所示，电源电路30具备电连接到电动发电机16的锂离子电池(蓄电体)31、和与该锂离子电池并联地电连接到电动发电机16的铅电池32。应予说明，为了使锂离子电池31积极地放电，锂离子电池31的端子电压设计成比铅电池32的端子电压高。另外，为了使锂离子电池31积极地充放电，锂离子电池31的内部电阻设计成比铅电池32的内部电阻小。
在电动发电机16的正极端子16a连接有正极线33，在锂离子电池31的正极端子31a连接有正极线34，在铅电池32的正极端子32a连接有正极线35。这些正极线33～35经由连接点36相互连接。另外，在锂离子电池31的负极端子31b连接有负极线37，在铅电池32的负极端子32b连接有负极线38，在电动发电机16的负极端子16b连接有负极线39。这些负极线37～39连接到基准电位点40。
在锂离子电池31的正极线34，设置有在导通状态与截止状态之间进行切换的开关sw1。另外，在铅电池32的正极线35，设置有在导通状态与截止状态之间进行切换的开关sw2。这些开关sw1、sw2通过后述的电池控制器42和/或主控制器50而控制。另外，开关sw1、sw2是包括mosfet等半导体元件的开关，但也可以是使用电磁力等而使接点机械式开闭的开关。应予说明，开关sw1、sw2也被称为继电器或接触器等。
在电源电路30，设置有电池模块41。在电池模块41，组装有锂离子电池31以及开关sw1。另外，在电池模块41，设置有包括微电脑等的电池控制器42。电池控制器42具有对锂离子电池31的充电状态soc、充放电电流、端子电压、电池单元温度等进行监视的功能、和/或对开关sw1进行控制的功能。另外，在铅电池32的负极线38，设置有电池传感器43。该电池传感器43具有对铅电池32的充电状态、充放电电流、端子电压等进行检测的功能。并且，在铅电池32的正极线35，经由正极线44连接有多个电气设备45。应予说明，在正极线35，设置有保护电气设备45等的熔断器46。
[车辆用控制装置的控制系统]
对车辆用控制装置10的控制系进行说明。图3是表示车辆用控制装置10的控制系统的概略图。如图1以及图3所示，为了控制引擎12和/或电动发电机16等，在车辆用控制装置10，设置有包括微电脑等的主控制器50。该主控制器50具有对引擎12的工作状态进行控制的引擎控制部51、和经由isg控制器27对电动发电机16的工作状态进行控制的isg控制部52。另外，主控制器50和/或上述的各控制器27、42经由can和/或lin等的车载网络60而相互通信自如地连接。主控制器50基于从各种传感器和/或控制器送出的数据，判定车辆走行状况和/或锂离子电池31的充电状态soc，并控制引擎12和/或电动发电机16等的工作状态。
如图3所示，作为与主控制器50连接的传感器，具有检测加速踏板的踩踏量(以下，记载为加速器开度)的加速传感器61、检测制动踏板的踩踏量的制动传感器62、检测节气门22的开度的节气门开度传感器63、检测作为曲柄轴14的旋转速度的引擎转速的引擎转速传感器64、以及检测车速的车速传感器65等。另外，从isg控制器27向主控制器50输送表示电动发电机16的工作状态的数据，从电池控制器42向主控制器50输送锂离子电池31的充电状态soc等数据。应予说明，充电状态soc(stateofcharge：充电状态)是指蓄电量相对于电池的设计容量的比率。
另外，为了执行使引擎12自动地停止而进行再启动的怠速停止控制，在主控制器50，设置有控制引擎12和/或电动发电机16的怠速停止控制部53。怠速停止控制部53在引擎运转过程中在预定的停止条件成立的情况下使引擎12停止，另一方面，在引擎停止过程中在预定的启动条件成立的情况下使引擎12再启动。作为引擎12的停止条件，例如可举出车速小于预定值，并且踩踏制动踏板。另外，作为引擎12的启动条件，例如可以举出解除制动踏板的踩踏，或踩踏加速踏板。应予说明，在通过怠速停止控制来进行引擎再启动时，通过将电动发电机16控制为动力行驶状态，从而进行引擎12的启动旋转。
[电力供给状况]
对伴随着电动发电机16的发电控制和/或力行控制得到的电力供给状况进行说明。图4是表示将电动发电机16控制为燃烧发电状态时的电力供给状况的一个例子的图。图5是表示将电动发电机16控制为发电休止状态时的电力供给状况的一个例子的图。图6是表示将电动发电机16控制为再生发电状态时的电力供给状况的一个例子的图。图7是表示将电动发电机16控制为动力行驶状态时的电力供给状况的一个例子的图。
如图4所示，在锂离子电池31的蓄电量降低的情况下，换言之在锂离子电池31的充电状态soc小于预定的下限值的情况下，由于对锂离子电池31进行充电来提高充电状态soc，所以电动发电机16被控制为燃烧发电状态。在将电动发电机16控制为燃烧发电状态时，电动发电机16的发电电压提升为高于锂离子电池31的端子电压。由此，如图4中实黑箭头所示，从电动发电机16，对锂离子电池31、电气设备45以及铅电池32等提供发电电力。
如图5所示，在锂离子电池31的蓄电量被充分确保的情况下，换言之在锂离子电池31的充电状态soc大于预定的下限值的情况下，由于促进锂离子电池31的放电来减少引擎负荷，所以电动发电机16被控制为发电休止状态。在将电动发电机16控制为发电休止状态时，电动发电机16的发电电压下降为比锂离子电池31的端子电压低。由此，如图5中实黑箭头所示，由于从锂离子电池31对电气设备45等提供电力，所以能够抑制电动发电机16的发电或者使其停止，能够减少引擎负荷。
如前所述，主控制器50基于充电状态soc而将电动发电机16控制为燃烧发电状态和/或发电休止状态，但是减速行驶时需要回收大量的动能而提高油耗性能。因此，在减速行驶时，电动发电机16被控制为再生发电状态，电动发电机16的发电电压大幅度提升。由此，由于能够增加电动发电机16的发电电力，所以能够将动能积极地变换为电能而回收，能够提高车辆11的能源效率而提高油耗性能。
是否将电动发电机16控制为再生发电状态基于加速踏板和/或制动踏板的操作状况等而决定。换言之，在加速踏板的踩踏被解除的滑行行驶时、或在制动踏板被踩踏的车辆制动时，由于处于从减速的车辆11释放出大量的动能的状况，所以电动发电机16被控制为再生发电状态。另一方面，在踩踏加速踏板的加速行驶或稳定行驶过程中，由于没有处于从车辆11释放出大量的动能的状况，所以电动发电机16被控制为燃烧发电状态或发电休止状态。
如图6所示，在将电动发电机16控制为再生发电状态时，电动发电机16的发电电压提升为比上述的燃烧发电状态高，施加到锂离子电池31的发电电压提升为大幅度高于端子电压。由此，如图6中实黑箭头所示，从电动发电机16对锂离子电池31和/或铅电池32提供大量的电流，能够使锂离子电池31和/或使铅电池32迅速地充电。应予说明，锂离子电池31的内部电阻小于铅电池32的内部电阻，由此发电电流大多被提供给锂离子电池31。
如图4～图6所示，在将电动发电机16控制为燃烧发电状态、再生发电状态以及发电休止状态时，开关sw1、sw2被保持为导通状态。换言之，在车辆用控制装置10中，能够不进行开关sw1、sw2的切换控制，而仅控制电动发电机16的发电电压来控制锂离子电池31的充放电。由此，能够简单地控制锂离子电池31的充放电，并且能够提高开关sw1、sw2的耐久性。
另外，如图7所示，在将电动发电机16控制为动力行驶状态时，开关sw2从导通状态被切换为断开状态。换言之，在通过电动发电机16使引擎12启动旋转的情况下，和通过电动发电机16对引擎12进行辅助驱动的情况下，开关sw2从导通状态被切换为断开状态。由此，即使在从锂离子电池31对电动发电机16提供大电流的情况下，也能够防止相对于电气设备45等的瞬时电压降低，能够使电气设备45等正常发挥功能。
[引擎模式以及辅助模式]
接着，对引擎模式以及辅助模式进行说明。图示的车辆11具备将引擎12的驱动力传递到车轮20的引擎模式和将引擎12以及电动发电机16的驱动力传递到车轮20的辅助模式来作为行驶模式。换言之，在执行引擎模式的情况下，电动发电机16被控制为上述的燃烧发电状态、再生发电状态或发电休止状态。另一方面，在执行辅助模式的情况下，电动发电机16被控制为上述的动力行驶状态。应予说明，当然在引擎模式与辅助模式这两种模式下，引擎12均被控制为运转状态。
图8是表示引擎模式以及辅助模式的执行顺序的一个例子的流程图。图8所示的流程图是利用主控制器50按照预定周期而执行。另外，如图3所示，主控制器50为了沿着流程图而执行引擎模式和/或辅助模式而具有消耗量计算部54、减少量计算部55、阈值设定部56、模式控制部57等的各功能部。
如图8所示，在步骤s10中，利用主控制器50读取来自各种传感器和/或控制器的输送数据。作为被主控制器50读取的数据，有充电状态soc、燃料消耗率fc、引擎转速ne、加速器开度、车速等。应予说明，燃料消耗率fc是从引擎转速和/或引擎扭矩求得的引擎12的燃料消耗率，也被称为有效燃料消耗率bsfc(brakespecificfuelconsumption)。
在步骤s11中，判定锂离子电池31的充电状态soc是否大于预定的下限值smin。在步骤s11中，在判定为充电状态soc小于下限值smin的情况下，由于锂离子电池31的蓄电量降低，难以对电动发电机16进行充分的电力供给，所以进入步骤s12，执行将电动发电机16控制为燃烧发电状态等的引擎模式。
另一方面，在步骤s11，在判定为充电状态soc大于下限值smin的情况下，进入步骤s13，利用消耗量计算部54，基于以下的式(1)，计算辅助前燃料消耗量(第一燃料消耗量)fa1。辅助前燃料消耗量fa1是指执行引擎模式时消耗的每单位时间的燃料消耗量的推断值。应予说明，式(1)和/或后述的式(2)中所示的引擎扭矩te是指引擎12中要求的输出扭矩，是基于车速和/或加速器开度等计算的扭矩。
fa1[g/s]＝fc[g/kwh]×te[nm]×ne[rpm]×2π/60/1000/60/60…(1)
在步骤s14中，利用消耗量计算部54，基于以下的式(2)，计算辅助后燃料消耗量(第二燃料消耗量)fa2。辅助后燃料消耗量fa2是指执行了辅助模式时消耗的每单位时间的燃料消耗量的推断值。应予说明，式(2)所示的马达扭矩tm是指在执行辅助模式时电动发电机16所要求的输出扭矩。作为该马达扭矩tm，可以使用预先设定的预定的扭矩值，也可以基于车速和/或加速器开度等计算。如式(2)所示，在计算辅助后燃料消耗量fa2时，由于从引擎扭矩te减去马达扭矩tm，所以辅助后燃料消耗量fa2被计算得比上述的辅助前燃料消耗量fa1少。
fa2[g/s]＝fc[g/kwh]×(te-tm)[nm]×ne[rpm]×2π/60/1000/60/60…(2)
在步骤s15中，利用减少量计算部55，基于以下的式(3)，计算燃料减少量fr。这里，燃料减少量fr是从辅助前燃料消耗量fa1减去辅助后燃料消耗量fa2得到的值。换言之，是通过执行辅助模式而不是引擎模式能够减少的每单位时间的燃料量。
fr[g/s]＝fa1-fa2…(3)
在步骤s16中，利用阈值设定部56，基于充电状态soc设定执行阈值(阈值)xa，接着在步骤s17中，利用模式控制部57，判定燃料减少量fr是否大于执行阈值xa。在步骤s17中，在判定为燃料减少量fr大于执行阈值xa的情况下，由于执行了辅助模式的情况下的燃料减少量多，所以使用锂离子电池31的电力而执行辅助模式。另一方面，在步骤s17中，在判定为燃料减少量fr小于执行阈值xa的情况下，由于执行了辅助模式的情况下的燃料减少量少，所以执行引擎模式而不是辅助模式。
[执行阈值xa]
图9是表示执行阈值xa与充电状态soc之间的关系的图。如图9所示，在充电状态soc高的情况下执行阈值xa被设定得较低，而在充电状态soc低的情况下执行阈值xa被设定得较高。这样，通过基于充电状态soc而增减执行阈值xa，从而能够基于燃料减少效果而适当地执行辅助模式。
在锂离子电池31的充电状态soc高的情况下，换言之在锂离子电池31充分被充电的情况下，如符号α所示，通过减少执行阈值xa而提高辅助模式的执行频率。换言之，在锂离子电池31的充电状态soc高的情况下，能够积极地使用锂离子电池31的电力，由此降低执行阈值xa而提高辅助模式的执行频率。由此，即使处于燃料减少效果差的行驶状况，也能够积极地执行辅助模式而减少燃料，能够改善车辆的油耗性能。
另一方面，在锂离子电池31的充电状态soc低的情况下，换言之在锂离子电池31的蓄电量降低的情况下，如符号β所示，通过提高执行阈值xa而降低辅助模式的执行频率。换言之，在锂离子电池31的充电状态soc低的情况下，提高执行阈值xa而降低辅助模式的执行频率以消除不必要地消耗锂离子电池31的电力。由此，能够仅在燃料减少效果较好的行驶状况下执行辅助模式，能够在利用辅助模式减少燃料的同时避免锂离子电池31的电力耗尽。
这里，图10是表示辅助模式以及怠速停止的执行区域的图。如图10所示，在锂离子电池31的充电状态soc小于下限值smin的区域中，难以从锂离子电池31向电动发电机16提供电力，由此辅助模式以及怠速停止控制的执行被禁止。另一方面，在锂离子电池31的充电状态soc大于下限值smin的区域中，辅助模式以及怠速停止控制的执行被允许。而且，在辅助模式的执行被允许的区域中，随着充电状态soc越接近下限值smin，通过提高执行阈值xa而使辅助模式的执行频率(以下，记载为辅助频率)设定得越低。
即，如图10所示，在充电状态soc低的区域a中，由于辅助频率低且充电状态soc的降低受到抑制，所以能够将充电状态soc保持在比下限值smin高的区域。换言之，能够避免充电状态soc小于下限值smin的过度降低。由此，由于能够在锂离子电池31确保引擎再启动用的电力，所以在有机会执行怠速停止控制的情况下，能够不失去机会地停止引擎12。即，能够避免因电力不足而限制怠速停止控制，从该点出发也能够减少燃料而提高油耗性能。
在图9所示的例子中，根据充电状态soc而使执行阈值xa阶段地变化，但并不限于此，也可以根据充电状态soc而使执行阈值xa连续地变化。这里，图11是表示执行阈值xa与充电状态soc之间的关系的另一个例子的图。图11中如符号l1、l2、l3所示，也可以根据充电状态soc使执行阈值xa连续地变化。在该情况下，通过在充电状态soc高的情况下将执行阈值xa设定得低，另一方面，在充电状态soc低的情况下将执行阈值xa设定得高，由此能够获得与上述的效果相同的效果。
本发明并不限于上述实施方式，当然也可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。在上述的说明中，作为电动机，采用与曲柄轴14连结的电动发电机16，但并不限于此，如果能够对车轮20传递驱动力，则也可以采用任何的电动机。另外，在图9～图11所示的例子中，作为充电状态soc的下限值smin使用20％，但不限于此，也可以是其他的值。另外，在上述的说明中，在主控制器50，设置有怠速停止控制部53、消耗量计算部54、减少量计算部55、阈值设定部56以及模式控制部57等，但相对于其他的控制器，也可以设置有怠速停止控制部53、消耗量计算部54、减少量计算部55、阈值设定部56以及模式控制部57等的一部分或者全部。
在上述的说明中，对电动发电机16连接锂离子电池31以及铅电池32，但并不限于此，也可以对电动发电机16仅连接锂离子电池31。另外，在上述的说明中，作为蓄电体采用锂离子电池31，但并不限于此，也可以采用其他种类的电池和/或电容器。应予说明，在图示的例子中，在锂离子电池31的正极线34设置开关sw1，但并不限于此。例如，如图2中点划线所示，也可以在锂离子电池31的负极线37设置开关sw1。