本申请主张于2017年5月15日提出的日本专利申请2017-096564号的优先权，并在此引用包括其说明书、附图以及摘要的全部内容。
本发明涉及具有主电源和多个系统的辅助电源的供电装置。
背景技术
在日本特开2014－150672号公报中公开了用于向eps(electricpowersteering：电动助力转向装置)用的电动马达的驱动电路供电的供电装置。日本特开2014－150672号公报记载的供电装置具备主电源、单一的辅助电源、充电电路以及切换电路(放电电路)。单一的辅助电源与主电源连接。充电电路基于主电源对辅助电源充电。切换电路切换仅通过主电源对驱动电路供电的通常输出电压模式、以及通过辅助电源的放电利用主电源以及辅助电源双方对驱动电路供电的高输出电压模式。
在eps高负荷时，切换电路将供电状态设定为高输出电压模式。此时，辅助电源成为放电状态。另一方面，在eps低负荷时，切换电路将供电状态设定为通常输出电压模式，并对辅助电源充电。
在电动助力转向装置中，一般马达驱动电路设置于电动助力转向用ecu(eps用ecu)内。在eps用ecu内还设置有用于控制马达驱动电路的微型计算机(微机)以及用于生成微机用的电源的电源ic等。假定对具备这种eps用ecu的电动助力转向装置应用日本特开2014－150672号公报记载的供电装置的情况。在日本特开2014－150672号公报记载的供电装置中，例如，利用eps用ecu的eps可动作最低电压为9[v]程度，主电源的输出电压为13[v]程度。在主电源发生故障时，若想要仅通过辅助电源使eps动作，则辅助电源的输出电压需要为13[v]程度。这样的话，在通常控制时的高输出电压模式中，26v程度的电压施加于电源ic。通常，使用设计成12v系列电压用的ecu作为eps用ecu。然而，在上述那样26[v]程度的电压施加于电源ic时，需要使用设计成24v系列电压用的ecu，因此成本提高。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种供电装置，在主电源异常时，能够仅通过辅助电源向供电目的地供电，在主电源正常时，能够利用主电源以及辅助电源在高输出电压模式下供电，并能够抑制高输出电压模式下的输出电压。
本发明的一个方式的供电装置在结构上的特征在于，包括：主电源；多个系统的辅助电源；第一供电控制单元，其在上述主电源正常时，进行向供电目的地的供电控制；以及第二供电控制单元，其在上述主电源产生异常时，进行向上述供电目的地的供电控制，上述第一供电控制单元在通常输出电压模式和高输出电压模式中，至少具有上述高输出电压模式作为供电模式，其中，上述通常输出电压模式仅通过上述主电源向上述供电目的地供电，上述高输出电压模式将上述多个系统的辅助电源的一部分系统的辅助电源串联连接在上述主电源与上述供电目的地之间，从而通过上述主电源和上述一部分系统的辅助电源向上述供电目的地供电，上述第二供电控制单元构成为，将上述多个系统的辅助电源的全部系统的辅助电源串联连接在接地与上述供电目的地之间，从而通过上述全部系统的辅助电源向上述供电目的地供电。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中，
图1是表示本发明的一个实施方式的电动助力转向装置的简要结构的示意图。
图2是表示图1的电动助力转向装置的电气结构的电路图。
图3a是用于说明电源控制用ecu的动作的流程图的一部分。
图3b是用于说明电源控制用ecu的动作的流程图的一部分。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的一个实施方式的电动助力转向装置的简要结构的示意图。电动助力转向装置(eps：electricpowersteering)1具备方向盘2、转向机构4以及转向操纵辅助机构5。方向盘2是用于操纵车辆的方向的转向操纵部件。转向机构4与该方向盘2的旋转连动而将转向轮3转向。转向操纵辅助机构5辅助驾驶员的转向操纵。方向盘2与转向机构4经由转向轴6以及中间轴7机械地连结。
转向轴6包括与方向盘2连结的输入轴8以及与中间轴7连结的输出轴9。输入轴8与输出轴9经由扭杆10连结为能够相对旋转。在扭杆10的附近配置有扭矩传感器11。扭矩传感器11基于输入轴8与输出轴9的相对旋转位移量检测对方向盘2给予的转向操纵扭矩t。在该实施方式中，由扭矩传感器11检测出的转向操纵扭矩t例如为，用于向右方转向操纵的扭矩作为正值被检测出，用于向左方转向操纵的扭矩作为负值被检测出，并且随着检测值的绝对值变大，转向操纵扭矩的大小变大。
转向机构4由包括小齿轮轴13以及作为转向轴的齿条轴14的齿轮齿条机构构成。在齿条轴14的各端部经由横拉杆15以及转向节臂(省略图示)连结有转向轮3。小齿轮轴13与中间轴7连结。在小齿轮轴13的前端连结有小齿轮16。齿条轴14沿汽车的左右方向直线状延伸。在齿条轴14的轴向的中间部形成有与小齿轮16啮合的齿条17。小齿轮轴13的旋转通过该小齿轮16以及齿条17变换为齿条轴14的轴向移动。通过使齿条轴14在轴向移动，能够将转向轮3转向。
若方向盘2被转向操纵(旋转)，则该旋转经由转向轴6以及中间轴7传递至小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转通过小齿轮16以及齿条17变换为齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3被转向。转向操纵辅助机构5包括用于辅助转向操纵的电动马达18以及用于将电动马达18的输出扭矩传递至转向机构4的减速机19。减速机19由包括蜗杆20以及与该蜗杆20啮合的蜗轮21的蜗轮蜗杆机构构成。
蜗杆20被电动马达18旋转驱动。蜗轮21与转向轴6连结为能够一体旋转。蜗轮21通过蜗杆20被旋转驱动。若蜗杆20被电动马达18旋转驱动，则蜗轮21被旋转驱动，转向轴6旋转。转向轴6的旋转经由中间轴7传递至小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3被转向。即，通过由电动马达18旋转驱动蜗杆20，能够通过电动马达18辅助转向操纵。
在车辆设置有用于检测车速v的车速传感器24。由扭矩传感器11检测出的转向操纵扭矩t、由车速传感器24检测出的车速v等被输入eps用ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)12。eps用ecu12基于上述输入等控制电动马达18，由此进行所谓的辅助控制。
通过主电源31以及辅助电源装置32的任一方或双方，向eps用ecu12内的马达驱动电路42以及电源ic43(参照图2)供电。辅助电源装置32被电源控制用ecu33控制。eps用ecu12与电源控制用ecu33经由通信线路连接。图2是表示电动助力转向装置1的电气结构的电路图。
eps用ecu12包括马达控制电路41、马达驱动电路(逆变器电路)42以及电源ic43。马达控制电路41由微型计算机构成。马达驱动电路42被马达控制电路41控制，向电动马达18供电。电源ic43生成马达控制电路41用的电源。用于检测在电动马达18流动的马达电流的电流传感器44的输出信号被输入eps用ecu12。之后详细叙述马达控制电路41。
辅助电源装置32与主电源31串联连接。辅助电源装置32包括继电器51、充电电路52、放电电路53、第一系统的辅助电源54、第二系统的辅助电源55、第一至第三开关元件56～58、电流传感器59以及第一至第三电压传感器60～62。第一至第三开关元件56～58由n沟道型mosfet构成。
继电器51配置于主电源31的正极侧端子与充电电路52之间。继电器51与充电电路52的连接点用p1表示。充电电路52是用于对第一系统的辅助电源54以及第二系统的辅助电源55充电的电路。充电电路52包括串联连接的一对开关元件52a、52b以及连接在这些开关元件52a、52b的连接点p2与连接点p1之间的升压线圈52c。开关元件52a、52b由n沟道型mosfet构成。
上层侧的开关元件52a的源极与下层侧的开关元件52b的漏极连接。下层侧的开关元件52b的源极被接地。上层侧的开关元件52a的漏极与第二开关元件57的漏极连接，且与第一开关元件56的漏极连接。上层侧的开关元件52a与第二开关元件57的连接点用p3表示。上层侧的开关元件52a与第一开关元件56的连接点用p4表示。
在连接点p1与第一开关元件56的源极之间连接有第一系统的辅助电源54。连接点p1与第一系统的辅助电源54的连接点用p5表示。第一系统的辅助电源54由串联连接的第一电容器c1以及第二电容器c2构成。第一电容器c1的负极侧端子经由连接点p5与连接点p1连接。第一电容器c1的正极侧端子与第二电容器c2的负极侧端子连接。第二电容器c2的正极侧端子与第一开关元件56的源极连接。
在第二电容器c2与第一开关元件56的连接点p6连接有第三开关元件58的源极。在第二开关元件57的源极与第三开关元件58的漏极之间连接有第二系统的辅助电源55。即，第一系统的辅助电源54与第二系统的辅助电源55经由第三开关元件58连接。
第二系统的辅助电源55由串联连接的第三电容器c3以及第四电容器c4构成。第三电容器c3的负极侧端子与第三开关元件58的漏极连接。第三电容器c3的正极侧端子与第四电容器c4的负极侧端子连接。第四电容器c4的正极侧端子与第二开关元件57的源极连接。
在连接点p5与第一开关元件56的漏极(连接点p4)之间连接有放电电路53。放电电路53由串联连接的一对开关元件53a、53b构成。开关元件53a、53b由n沟道型mosfet构成。上层侧的开关元件53a的源极与下层侧的开关元件53b的漏极连接。上层侧的开关元件53a的漏极与连接点p4连接。下层侧的开关元件53b的源极与连接点p5连接。一对开关元件53a、53b的连接点p7与eps用ecu12内的马达驱动电路42以及电源ic43连接。
第一至第三开关元件56～58的切换状态存在以下三个切换状态。
第一切换状态：第一至第三开关元件56～58全部断开
第二切换状态：第一开关元件56接通，第二以及第三开关元件57、58断开
第三切换状态：第一开关元件56断开，第二以及第三开关元件57、58接通
第一切换状态是电源断开时的切换状态。第二切换状态是在使第一系统的辅助电源54放电时或在仅对第一系统的辅助电源54充电时设定的切换状态。第三切换状态是在对第一系统的辅助电源54以及第二系统的辅助电源55双方充电时或在主电源31产生异常时设定的切换状态。
电流传感器59检测主电源31的输出电流(电池电流ib)。第一电压传感器60检测主电源31的端子间电压(电池电压vb)。第二电压传感器61检测第一系统的辅助电源54的端子间电压(第一辅助电源电压vc1)。第三电压传感器62检测第二系统的辅助电源55的端子间电压(第二辅助电源电压vc2)。电流传感器59的检测值以及各电压传感器60～62的检测值被输入电源控制用ecu33。表示点火开关钥匙的状态的点火开关状态检测信号(省略图示)输入电源控制用ecu33。
电源控制用ecu33基于点火开关状态检测信号对继电器51进行接通断开控制。在对点火开关钥匙进行了接通操作时，表示该情况的点火开关状态检测信号(以下称为“点火开关接通状态信号”)被输入电源控制用ecu33。若输入点火开关接通状态信号，则电源控制用ecu33使继电器51接通。另一方面，在对点火开关钥匙进行了断开操作时，表示该情况的点火开关状态检测信号(以下称为“点火开关断开状态信号”)被输入电源控制用ecu33。若输入点火开关断开状态信号，则电源控制用ecu33使继电器51断开。
电源控制用ecu33基于电流传感器59、电压传感器60～62等的检测值对辅助电源装置32内的7个开关元件52a、52b、53a、53b、56～58进行接通断开控制。电源控制用ecu33具有监视是否产生主电源异常的功能。主电源异常是指因主电源31的故障而未从主电源31向eps用ecu12施加适当的电压的状态。
在主电源正常时(以下称为“通常控制时”)，电源控制用ecu33基于主电源电力ps控制7个开关元件52a、52b、53a、53b、56～58。主电源电力ps是指eps用ecu12通过辅助控制消耗的主电源31的实际电力。例如通过运算由电流传感器59检测出的电池电流ib与由第一电压传感器60检测出的电池电压vb的积，来求出主电源电力ps。主电源电力ps是“与供电目的地的耗电对应的值”的一个例子。
具体而言，在主电源电力ps小于预先确定的输出电压切换用阈值ke时，电源控制用ecu33例如将放电电路53内的上层侧的开关元件53a设定为断开，将下层侧的开关元件53b设定为接通。由此，仅通过主电源31向马达驱动电路42供电。这样，存在将仅通过主电源31向eps用ecu12供电的供电状态(供电模式)称为“通常输出电压状态(通常输出电压模式)”的情况。
电源控制用ecu33根据需要将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第二切换状态或第三切换状态，并使充电电路52内的一对开关元件52a、52b交替接通。由此，连接点p1上的输出电压(电池电压)被升压，并施加于第一系统的辅助电源54或第一以及第二系统的辅助电源54、55。由此，仅对第一系统的辅助电源54充电，或对第一系统的辅助电源54以及第二系统的辅助电源55双方充电。
在主电源电力ps为预先确定的输出电压切换用阈值ke以上时，电源控制用ecu33使充电电路52内的一对开关元件52a、52b为断开状态。电源控制用ecu33例如将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第二切换状态，将放电电路53内的上层侧的开关元件53a设定为接通，将下层侧的开关元件53b设定为断开。由此，通过主电源31以及第一系统的辅助电源54双方向马达驱动电路42供电。这样，存在将利用主电源31以及第一系统的辅助电源54双方向eps用ecu12供电的供电状态(供电模式)称为“高输出电压状态(高输出电压模式)”的情况。
在产生主电源异常时(以下称为“主电源异常时”)，电源控制用ecu33如以下那样控制7个开关元件52a、52b、53a、53b、56～58。即，电源控制用ecu33将充电电路52内的上层侧的开关元件52a设定为断开，将下层侧的开关元件52b设定为接通。电源控制用ecu33例如将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第三切换状态，将放电电路53内的上层侧的开关元件53a设定为接通，将下层侧的开关元件53b设定为断开。由此，在连接点p1与连接点p7之间，第一系统的辅助电源54与第二系统的辅助电源55串联连接，连接点p1经由升压线圈52c以及开关元件52b接地。由此，通过第一以及第二系统的辅助电源54、55的串联电路向eps用ecu12供电。因此，即便在主电源异常时，eps用ecu12也能够继续进行辅助控制。
这样，存在将从第一系统的辅助电源54和第二系统的辅助电源55的串联电路向eps用ecu12供电的状态称为“备份供电状态”这一情况。图3a、b是用于说明电源控制用ecu33的动作的流程图。若输入点火开关接通状态信号(步骤s1：是)，则电源控制用ecu33进行初始设定(步骤s2)。在该初始设定中，电源控制用ecu33将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第二切换状态。即，第一开关元件56接通，第二以及第三开关元件57、58断开。在该初始设定中，电源控制用ecu33还使继电器51接通。
接下来，电源控制用ecu33获取由第一至第三电压传感器60～62检测出的电池电压vb、第一辅助电源电压vc1、第二辅助电源电压vc2以及由电流传感器59检测出的电池电流ib(步骤s3)。电源控制用ecu33判别主电源31是否产生异常(步骤s4)。在该实施方式中，电源控制用ecu33通过判别电池电压vb是否小于规定的第一阈值vth1，来判别主电源31是否产生异常。第一阈值vth1例如设定为利用eps用ecu12的eps可动作最低电压(例如9[v])或比该eps可动作最低电压稍大的值。若电池电压vb小于第一阈值vth1，则电源控制用ecu33判别为主电源31产生异常，若电池电压vb为第一阈值vth1以上，则电源控制用ecu33判别为主电源31未产生异常。
在判别为主电源31未产生异常时(步骤s4：否)，参照图3b，电源控制用ecu33判别主电源电力ps是否为输出电压切换用阈值ke以上(步骤s5)。在主电源电力ps小于输出电压切换用阈值ke时(步骤s5：否)，电源控制用ecu33将放电电路53内的上层侧的开关元件53a设定为断开，将下层侧的开关元件53b设定为接通(步骤s6)。由此，在第一系统的辅助电源54的放电处于执行中时，停止该放电。由此，供电状态(供电模式)成为通常输出电压状态(通常输出电压模式)。
之后，电源控制用ecu33判别第一辅助电源电压vc1是否小于第二阈值vth2(步骤s7)。进行该判别是为了防止第一系统的辅助电源54的充电过量。第二阈值vth2设定为与第一系统的辅助电源54的上限电压相等的值或比该上限电压稍小的值。若第一辅助电源电压vc1为第二阈值vth2以上(步骤s7：否)，则电源控制用ecu33将充电电路52内的2个开关元件52a、52b都设定为断开(步骤s8)。然后，电源控制用ecu33判别点火开关断开状态信号是否被输入(步骤s9)。若点火开关断开状态信号未被输入(步骤s9：否)，则电源控制用ecu33返回至步骤s3。
在上述步骤s7中，在判别为第一辅助电源电压vc1小于第二阈值vth2时(步骤s7：是)，电源控制用ecu33判别第二辅助电源电压vc2是否小于第三阈值vth3(步骤s10)。进行该判别是为了防止第二系统的辅助电源55的充电过量。第三阈值vth3设定为与第二系统的辅助电源55的上限电压相等的值或比该上限电压稍小的值。在第二辅助电源电压vc2为第三阈值vth3以上时(步骤s10：否)，电源控制用ecu33将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第二切换状态(步骤s11)。即，第一开关元件56接通，第二以及第三开关元件57、58断开。
然后，电源控制用ecu33开始第一系统的辅助电源54的充电处理(步骤s12)。具体而言，电源控制用ecu33使充电电路52内的一对开关元件52a、52b交替接通。由此，对第一系统的辅助电源54内的电容器c1、c2充电。此外，在从步骤s11移至步骤s12时，当充电处理已经开始时，电源控制用ecu33继续进行充电处理。
之后，电源控制用ecu33移至步骤s9，判别点火开关断开状态信号是否被输入。若点火开关断开状态信号未被输入(步骤s9：否)，则电源控制用ecu33返回至步骤s3。在上述步骤s10中，在判别为第二辅助电源电压vc2小于第三阈值vth3时(步骤s10：是)，电源控制用ecu33将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第三切换状态(步骤s13)。即，第一开关元件56断开，第二以及第三开关元件57、58接通。
然后，电源控制用ecu33开始第一系统以及第二系统的辅助电源54、55的充电处理(步骤s14)。具体而言，电源控制用ecu33使充电电路52内的一对开关元件52a、52b交替接通。由此，对第一系统的辅助电源54内的电容器c1、c2以及第二系统的辅助电源55内的电容器c3、c4充电。此外，在从步骤s13移至步骤s14时，当充电处理已经开始时，电源控制用ecu33继续进行充电处理。此外，此时，充电电路52的输出电压设定为能够在第一系统以及第二系统的辅助电源54、55串联连接的状态下对辅助电源54、55充满电的值。
之后，电源控制用ecu33移至步骤s9，判别点火开关断开状态信号是否被输入。若点火开关断开状态信号未被输入(步骤s9：否)，则电源控制用ecu33返回至步骤s3。在上述步骤s5中，在判别为主电源电力ps为输出电压切换用阈值ke以上时(步骤s5：是)，电源控制用ecu33将充电电路52内的2个开关元件52a、52b都设定为断开(步骤s15)。由此，在充电处理处于执行中时，停止充电处理。
接下来，电源控制用ecu33将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第二切换状态(步骤s16)。即，第一开关元件56接通，第二以及第三开关元件57、58断开。然后，电源控制用ecu33将放电电路53内的上层侧的开关元件53a设定为接通，将下层侧的开关元件53b设定为断开(步骤s17)。由此，供电状态(供电模式)成为高输出电压状态(高输出电压模式)。
之后，电源控制用ecu33移至步骤s9，判别点火开关断开状态信号是否被输入。若点火开关断开状态信号未被输入(步骤s9：否)，则电源控制用ecu33返回至步骤s3。在步骤s9中，在判别为点火开关断开状态信号被输入时(步骤s9：是)，电源控制用ecu33将继电器51断开(步骤s18)。然后，电源控制用ecu33结束本次处理。
返回至图3a，在上述步骤s4中，在判别为主电源31产生异常时(步骤s4：是)，电源控制用ecu33将第一至第三开关元件56～58的切换状态设定为第三切换状态(步骤s19)。即，第一开关元件56断开，第二以及第三开关元件57、58接通。
然后，电源控制用ecu33将充电电路52内的上层侧的开关元件52a设定为断开，将下层侧的开关元件52b设定为接通，将放电电路53内的上层侧的开关元件53a设定为接通，将下层侧的开关元件53b设定为断开(步骤s20)。由此，供电状态成为备份供电状态。由此，通过第一系统的辅助电源54与第二系统的辅助电源55的串联电路向eps用ecu12供电，因此即便在主电源31产生异常时，eps用ecu12也能够继续进行辅助控制。
例如使主电源31的输出电压为13[v]。例如使各电容器c1～c4在放电时的最大输出电压为3.6[v]。另外，使利用eps用ecu12的eps可动作最低电压为9[v]。此时，在上述实施方式中，在主电源异常时，14.4(＝3.6×4)[v]程度的电压(备份电压)施加于eps用ecu12。即，在主电源异常时，eps可动作最低电压以上的备份电压施加于eps用ecu12。
另一方面，在通常控制时的通常输出电压状态下，13[v]程度的电压施加于eps用ecu12。在通常控制时的高输出电压状态下，在主电源31的电压(13[v])上加上比备份电压低的电压(7.2(＝3.6×2)[v])所得到的电压(20.2[v])施加于eps用ecu12。因此，在通常控制时，13[v]程度～20.2[v]程度的电压施加于eps用ecu12。即，在上述实施方式中，能够将在通常控制时(在高输出电压状态时)施加于eps用ecu12的电压抑制到20.2[v]以下。因此，作为eps用ecu12，能够使用12v系列电压用的ecu。
在通常控制时，若想将在主电源31的电压上加上第一系统的辅助电源54与第二系统的辅助电源55的串联电路的电压(与备份电压相同的电压)所得到的电压施加于eps用ecu12，则最大27.4[v](13+3.6×4)的电压供给至eps用ecu12。这样的话，需要将eps用ecu从12v系列电压用的ecu变更为24v系列电压用的ecu。与此相比，在本实施方式中，由于能够抑制在高输出电压状态时施加于eps用ecu12的电压，所以可以不将eps用ecu12变更为高电压规格。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明也能以其他方式来实施。例如，在上述实施方式中，基于电池电压vb是否为第一阈值vth1以上判别主电源31是否产生异常(参照图3a的步骤s4)，但也可以基于eps用ecu12的输入电压是否为规定的阈值以上来判别。
在上述实施方式中，基于主电源电力ps是否为输出电压切换用阈值ke以上切换通常输出电压状态与高输出电压状态(参照图3b的步骤s5)。然而，也可以基于eps用ecu12的耗电(马达驱动电路42的耗电)切换通常输出电压状态与高输出电压状态。eps用ecu12的耗电是“与供电目的地的耗电对应的值”的一个例子。
在上述实施方式中，各系统的辅助电源由多个电容器构成，但也可以由1个电容器构成。各系统的辅助电源也可以由1个或多个除电容器以外的电源元件构成。作为除电容器以外的电源元件，举出全固体电池、锂离子电池等。在上述实施方式中，说明了将本发明的供电装置应用于电动助力转向装置的情况。然而，只要是需要电源备份的装置，本发明也能应用于除电动助力转向装置以外的装置。
除此之外，能够在权利要求书记载的事项的范围实施各种设计变更。