CN103204075A - 车辆电力供给*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆电力供给***（10）。在车辆电力供给***（10）中，主电池（20）将电力提供至驱动用于驱动车辆的主电机（33）的主机器驱动电路（32）和驱动动力转向设备的转向辅助电机（43）的转向辅助驱动电路（42）。并联地设置能够切断对主机器驱动电路（32）的电力供给的主机器开关电路（30）和能够切断对转向辅助驱动电路（42）的电力供给的辅助机器开关电路（40）。只要辅助机器开关电路（40）接通，则即使当主机器开关电路（30）关断时，仍继续为转向辅助驱动电路（42）供电。

Description

车辆电力供给***

技术领域

本发明涉及车辆电力供给***，该***从高压电池供给用于驱动车辆的电力。

背景技术

在现有的电动车辆或混合动力车辆中，电力供给***将电力提供至驱动车辆的主电机。例如，在根据JP 4120310的电力供给***中，设置有主电机电压转换器以将电压输出至主电机的驱动电路，并且***继电器被设置在直流（DC）电源与主电机电压转换器之间。辅助机器负载驱动电路被设置在***继电器与主电机电压转换器之间、相对于DC电源与主电机电压转换器并联。因此，将DC电源的电力进行分割并且通过公共的***继电器将DC电源的电力提供至主电机电压转换器和辅助机器负载驱动电路。以用于动力转向设备或制动设备的驱动电路作为辅助机器负载驱动电路的示例。

通过在不为每个辅助机器驱动电路的驱动电路提供专用电池的情况下共享用于驱动主电机的DC电源，可以减少电池的数量。主电机驱动电池的电压高于为辅助机器专门设置的电池的电压。通过由辅助机器驱动电路使用较高的电压，降低了提供相同功率所需要的电流。结果，减少了与电流平方成比例的电流损耗并且改善了功率效率。

根据JP 4120310，当在主电机或主电机驱动电路发生了故障等时***继电器关断以切断电源时，辅助机器负载的电力供给也被同时切断并且辅助机器不能操作。如果与车辆的转向和停止功能相关的动力转向设备或制动设备不能操作，则不能使用车辆的转向辅助操作和制动操作。如果产生在预定条件下继续保持***继电器处于导通状态的保持信号以确保辅助机器的连续操作，则控制变得复杂并且控制计算负荷增加。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种车辆电力供给***，该***防止由于车辆电力供给***中的主机器的故障导致的电力供给路径的中断或断开连接，而切断转向辅助驱动电路的电力供给，其中从高压电池对电动转向设备的转向辅助驱动电路供电。

根据一个方面，一种车辆电力供给***包括用于驱动车辆的主电机、用于驱动主电机的主驱动电路、用于辅助车辆的转向操作的转向辅助电机、用于驱动转向辅助电机的转向辅助驱动电路以及用于对主机器驱动电路和转向辅助驱动电路供电的电池。

车辆电力供给***还包括主机器开关电路，该主机器开关电路设置在电池与主机器驱动电路之间，并且能够切断从主电池至主机器驱动电路的电力供给。车辆电力供给***还包括辅助机器开关电路，该辅助机器开关电路设置在电池与转向辅助驱动电路之间、相对于电池与主机器驱动电路并联，并且能够切断从电池至转向辅助驱动电路的电力供给。

附图说明

通过参照附图进行的以下具体描述，车辆电力供给***的以上和其它目的、特征以及优点将会变得更加明显。在附图中：

图1是根据第一实施例的车辆电力供给***的示意性框图；

图2是包括图1所示的根据第一实施例的车辆电力供给***的车辆的示意图；

图3是根据第二实施例的车辆电力供给***的示意性框图；

图4是根据第三实施例的车辆电力供给***的示意性框图；

图5是根据第四实施例的车辆电力供给***的示意性框图；以及

图6是根据对比示例的车辆电力供给***的示意性电路图。

具体实施方式

下面将参考在附图中示出的多个实施例描述车辆电力供给***。在以下实施例的描述中，基本上相同的配置用相同的参考标记表示以简化描述。

车辆电力供给***安装在电动车辆或混合动力车辆中，以对执行车辆的“行驶、转向以及停止”的主功能和其它功能的每个设备提供电力。驱动车辆（即执行车辆的“行驶”功能）的设备均被称为主机器。其它设备被称为辅助机器。在辅助机器中，特定地用于将车辆转向和将车辆制动（即用于执行“转向”功能和“停止”功能）的设备被称为特定的辅助机器。具体地，在以下实施例中特定的辅助机器包括电动转向设备和电制动设备。主机器和辅助机器中的每一个通常由例如电机等致动器以及驱动致动器的驱动电路构成。

（第一实施例）

在图1和图2中示出了根据第一实施例的车辆电力供给***。如在图2中所示，车辆电力供给***10包括主电机33、转向辅助电机43、制动电机48以及用于分别驱动这些对应的电机的驱动电路32、42以及47。主机器驱动电路32被配置成驱动主电机33，转向辅助驱动电路42被配置成驱动转向辅助电机43，并且制动驱动电路47被配置成驱动制动电机48（其被设置为制动-致动器）。

如从图1（其中主电机33和制动电机48分别以一个电机示出）所理解的，主机器驱动电路32、转向辅助驱动电路42以及制动驱动电路47相对于主电池20并联连接。主电池20是高电压DC电池，其提供在高电势侧电极21和低电势侧电极22之间的例如288V的电势差的高电压。从主电池20对所有这些驱动电路32、42以及47提供电力。主机器开关电路30设置在主电池20与主机器驱动电路32之间。辅助机器开关电路40设置在主电池20与转向辅助驱动电路42以及制动驱动电路47之间。主机器开关电路30和辅助机器开关电路40能够中断从主电池20至对应的驱动电路的电力供给，其中例如短路等故障出现从而导致过电流。

如在图2中所示，电动转向设备向转向轴92提供通过减速从转向辅助电机43的输出转矩产生的转向辅助转矩（该转向辅助转矩），以对驾驶员的方向盘91的转向操作进行动力辅助。小齿轮96设置在转向轴92的纵向端并且与齿条轴97齿轮啮合。一对胎轮（tire wheel）98通过连接杆等可转动地耦合到齿条轴97的两端。通过小齿轮96，转向轴92的转动运动被转换为齿条轴97的直线运动，以使胎轮对98以与齿条轴97的直线运动的长度对应的角度转向。

转向辅助驱动电路42包括：功率转换器，其通过转换主电池20的DC功率来为转向辅助电机43供电；和转向辅助控制单元，其控制功率转换器的输出功率。例如，在转向辅助电机43是三相交流（AC）无刷电机的情况下，三相逆变器可以用作电功率转换器。替选地，在转向辅助电机43是DC电机的情况下，DC/DC转换器可以用作电功率转换器。

以ECU即电子控制单元来实现转向辅助控制电路。转向辅助控制单元基于由驾驶员施加的转向转矩和当前行驶速度的输入信号以及从转向辅助电机43反馈的转动角的输入信号来计算辅助电流需求值，并且将计算出的需求值输出至功率转换器。电动制动设备通过制动电机48的输出转矩按压对应于胎轮98设置的制动盘99，从而对车辆进行制动。在一些重量重并且需要大的力量来按压制动盘99的车辆中，制动电机48的输出转矩被用于驱动液压泵以通过液压泵的压力来按压制动盘99，从而对车辆进行制动。

在车辆电力供给***10中，用于驱动转向辅助电机43的转向辅助驱动电路42和用于驱动制动电机48的制动驱动电路47不连接至各个专门设置的电池。相反，转向辅助驱动电路42和制动驱动电路47共用主电池20，主电池20主要是为了由主机器驱动电路32驱动主电机33而设置的。这样，可以减少安装在车辆中的电池的数量。在转向辅助驱动电路42连接至为其专门设置的电池的情况下，电池一般输出大约14V的低电压。然而，主电池20输出大约288V。也就是说，主电池20输出比驱动转向辅助电机43所需要的电压高得多的电压。因为转向辅助驱动电路42使用较高的电压，因此减少了获得相同水平的功率所需要的电流。结果，可以减少与电流平方成比例的电流损耗并且改善了功率效率。

主机器开关电路30串联地设置在主电池20与主机器驱动电路32之间。辅助机器开关电路40串联地设置在主电池20与转向辅助驱动电路42以及制动驱动电路47之间。主机器开关电路30和辅助机器开关电路40相对于主电池20并联地连接。

主机器开关电路30由例如作为on/off开关操作的主机器继电器30构成。辅助机器开关电路40由辅助机器继电器41、第一熔断器44以及第二熔断器49构成。主机器继电器31和辅助机器继电器41是on/off开关。第一熔断器44与转向辅助驱动电路42串联地连接。第二熔断器49与制动驱动电路47串联地连接。第一熔断器44和第二熔断器49并联地连接在辅助机器继电器41的输出侧，辅助机器继电器41的输出侧与连接至主电池20的输入侧相对。

通过来自总体控制电路11的电信号，能够将主机器继电器31和辅助机器继电器41切换至导通（on）状态和非导通（off）状态。总体控制电路11主导性地控制车辆电力供给***10中的导通状态和非导通状态。继电器是能够通过电信号在on状态与off状态之间切换的装置（或是例如电路保护器等断路器）。当高于额定电流的电流流过时，第一熔断器44和第二熔断器49分别熔断。一旦熔断，熔断器44和49就不可恢复并且需要用新的熔断器替换。熔断器的成本小于继电器。

主机器继电器31和辅助机器继电器41被配置成通常与车辆的点火开关（未示出）一起接通和关断。当主机器继电器31接通时，从主电池20将电力提供至主电机33，从而能够通过驱动电机33的驱动功率使车辆行驶。当辅助机器继电器41接通并且第一熔断器44未熔断时，电力被提供至转向辅助电机43，从而使驾驶员能够通过使用转向辅助电机43的转向辅助转矩来将车辆转向。当辅助机器继电器41接通并且第二熔断器49未熔断时，电力被提供至制动电机48，从而使驾驶员能够使用由制动电机48增强的制动力对车辆进行制动。

在正常的操作中，电流通过三个路径从主电池20的高电势侧电极21流至低电势侧电极22。第一路径由主机器继电器31和主机器驱动电路32构成。第二路径由辅助机器继电器41、第一熔断器44以及转向辅助驱动电路42构成。第三路径由辅助机器继电器41、第二熔断器49以及制动驱动电路47构成。第二熔断器49和制动驱动电路47从辅助机器继电器41分叉出来，以与其并联。因为当点火开关关断时主机器继电器31和辅助机器继电器41关断，所以防止了从主电池20漏出漏电流。这有利于当车辆长时期不使用时抑制主电池20的功率消耗。

将与在图6中所示的对比示例进行对比来描述如上配置的第一实施例的操作和优点。在根据对比示例的车辆电力供给***19中，在与主电池20相对的主机器开关电路30的一侧，转向辅助驱动电路42和制动驱动电路47通过熔断器44和49与主机器驱动电路32并联连接。也就是说，主机器开关电路30设置在主电池20与三个驱动电路32、42、47之间。当在驱动电路32、42和47中的任意一个中发生例如短路或接地等故障时，主机器开关电路30关断。结果，驱动电路32、42以及47的功能（即车辆的行驶、转向以及停止功能）均被同时地禁用。

相反地，根据第一实施例，主机器开关电路30和辅助机器开关电路40相对于主电池20并联地设置。例如，即使当由于主机器驱动电路32的故障而导致开关电路30关断时，只要辅助机器开关电路40处于接通状态，则电力被继续提供至转向辅助驱动电路42和制动驱动电路47。因此，当出于某种原因主机器开关电路30关断并且主电机33停止转动而车辆正在行驶时，可以在车辆通过惯性行驶时持续使用动力转向设备和制动设备。例如，使用转向辅助转矩，驾驶员可以将车辆驾驶至路肩，通过制动减速并且停止。因为不必需与现有***中一样执行例如产生用于维持***继电器处于导通状态的保持信号等复杂控制，所以可以减轻用于控制计算的处理负荷。

根据第一实施例，辅助机器开关电路40包括第一熔断器44和第二熔断器49。通常，当由于例如负载短路等故障而流过过电流时，熔断器熔断并且断开电流流通路径。然而，因为导致熔断器熔断的电流值变化，所以在电源的电压不是很高并且即使在短路故障时电流最高仅增加至正常电流的几倍的情况下，难以选择合适等级的熔断器。也就是说，如果优先考虑在正常操作中不熔断而选择熔断器，则即使在短路故障的情况下熔断器也可能不熔断。如果优先考虑熔断器在短路故障的情况下一定熔断来选择熔断器，则即使在正常操作中熔断器也可能熔断。出于此原因，有时必需使用例如电路断路器等高成本装置来取代熔断器。

根据第一实施例，主电池20的电压高达大约288V并且远高于动力转向设备和制动设备通常所需要的大约14V的电压。出于此原因，相对于大约几个安培的正常电流，当短路故障时，大约几百安培的电流将流过。这样，可以提供比熔断器的熔断电流的变化范围充分大的电流差别。结果，可以在正常操作时不熔断的情况下使用熔断器，并且能够在故障时必定熔断熔断器。

根据第一实施例，辅助机器继电器41和第一熔断器44串联地连接，并且辅助机器继电器41和第二熔断器49串联地连接。用于关断辅助机器继电器41的阈值电流被设定为远大于用于熔断熔断器44和49的阈值电流。

这样，当辅助机器继电器41和第一熔断器44或第二熔断器49在图1中所示的X点接地时，辅助机器继电器41关断。在这种情况下，可以通过消除接地的原因并且接通辅助机器继电器41来恢复电导通。当在转向辅助驱动电路42或制动驱动电路47中发生接地故障时，在辅助机器继电器41关断之前熔断器44或49熔断。因此，例如当转向辅助驱动电路42发生故障时，仅仅熔断器44熔断并且可以继续对制动驱动电路47的电力供给。

（第二实施例）

根据图3中所示的第二实施例，总体控制电路11物理上远离主机器驱动电路32、转向辅助驱动电路42以及制动驱动电路47放置，并且经由通信装置15连接。通信装置15可以是物理上连接远距离装置的电信号线，以及使用光、磁、无线电波的各种无线装置。

如果假定在主机器驱动电路32中发生例如短路或接地等故障并且过电流流过，则主机器继电器31（即，主机器开关电路30）关断。总体控制电路11通过通信装置15从主机器驱动电路32接收信号并且识别出主机器开关电路30关断。总体控制电路11通过通信装置15从转向辅助驱动电路42和制动驱动电路47接收信号并且识别出驱动电路42和47正常。因此，辅助机器继电器41保持其导通状态并且继续将电力提供至转向辅助驱动电路42和制动驱动电路47。

因为总体控制电路11是如此通过通信装置15连接至驱动电路32、42以及47，所以总体控制电路11可以不受限制地位于任何位置。通过将总体控制电路放置在不太受车辆碰撞影响的位置，可以保护总体控制电路免受损坏并且保证***的可靠性。

（第三实施例）

根据图4中所示的第三实施例，总体控制电路11以不同于第二实施例的方式与驱动电路32、42以及47连接。

总体控制电路11和驱动电路32、42以及47一起安装在单个控制单元基体110上并且通过内部信号导体16连接。也就是说，与第二实施例相反，总体控制电路11没有物理上远离。因为电路11、32、42以及47被集成在单个基体上并且未使用第二实施例的通信装置15，所以可以减小物理尺寸并且降低成本。

（第四实施例）

根据图5中所示的第四实施例，辅助机器开关电路40仅由辅助机器继电器41构成，其如通过实线所示专用于转向辅助驱动电路42。辅助机器开关电路40相对于主电池20并联地连接至主机器开关电路30。

根据图4中所示的第三实施例，当在转向辅助驱动电路42中发生例如短路等故障时，关断辅助机器继电器41以使得仅停止与“转向”功能相关的转向辅助设备。在这种情况下，不需要在辅助机器继电器41与转向辅助驱动电路42之间设置熔断器。制动设备不需要共用主电池20，而是可以由为其专门设置的电池来供电。

如图5中的虚线所示，在不仅转向辅助驱动电路42而且制动驱动电路47都连接至主电池20的情况下，为制动驱动电路47专门设置的继电器46构成了另一辅助机器开关电路45。在继电器46与制动驱动电路47之间也不需要设置熔断器。因此，由于当辅助驱动电路42变得异常时仅关断辅助机器继电器41并且当制动驱动电路47变得异常时仅关断继电器46，所以这些驱动电路42和47不互相影响。因为不使用熔断器，所以***可以通过消除异常原因然后接通继电器41和46来恢复其正常操作条件。

（其它实施例）

在上述的实施例中，在车辆电力供给***10中作为保证车辆的“转向和停止”功能的特定的辅助机器，电动转向设备的驱动电路43和制动设备的驱动电路47并联地连接至主电池20。

作为其它实施例，用于除了特定的辅助机器之外的辅助机器的驱动电路可以连接至主电池20。该种除了特定的辅助机器之外的辅助机器可以是例如电动窗、空调风机、雨刷器等。不同于特定的辅助机器，即使在车辆不能行驶的同时丧失该种辅助机器的各自功能，该种辅助机器也不会不利地影响太多。因此，这些辅助机器的驱动电路可以通过例如各自的熔断器连接至主机器继电器31与主机器驱动电路32之间的结点。因此，可以通过便宜的熔断器为每个辅助机器获得切断功能并且减少继电器的数量。

Claims (6)

1.一种车辆电力供给***（10），包括：

主电机（33），用于驱动车辆；

主驱动电路（32），用于驱动所述主电机；

转向辅助电机（43），用于辅助所述车辆的转向操作；

转向辅助驱动电路（42），用于驱动所述转向辅助电机；

电池（20），用于将电力提供至所述主机器驱动电路和所述转向辅助驱动电路；以及，

主机器开关电路（30），设置在所述电池与所述主机器驱动电路之间，并且能够切断从所述主电池至所述主机器驱动电路的电力供给，

其特征在于，所述车辆电力供给***（10）还包括：

辅助机器开关电路（40），设置在所述电池与所述转向辅助驱动电路之间、相对于所述电池与所述主机器驱动电路并联，并且能够切断从所述电池至所述转向辅助驱动电路的电力供给。

2.根据权利要求1所述的车辆电力供给***，其中：

所述电池（20）输出比驱动所述转向辅助电机所需要的电压更高的电压；以及

所述辅助机器开关电路（40）包括熔断器（44）。

3.根据权利要求2所述的车辆电力供给***，其中：

所述辅助机器开关电路（40）包括开关（41），所述开关（41）能够在导通与非导通之间切换；以及

所述熔断器（44）串联地连接在所述开关与所述转向辅助驱动电路之间。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆电力供给***，还包括：

总体控制电路（11），用于控制所述主机器开关电路和所述辅助机器开关电路；

其中，即使当所述主机器开关电路处于非导通状态时，但是只要所述转向辅助驱动电路正常，所述总体控制电路（11）就保持所述辅助机器开关电路的导通，以继续从所述电池至所述转向辅助驱动电路的电力供给。

5.根据权利要求4所述的车辆电力供给***，还包括：

通信装置（15），设置在所述总体控制电路与所述主机器驱动电路以及所述转向辅助驱动电路之间，所述主机器驱动电路和所述转向辅助驱动电路位于物理上远离所述总体控制电路的位置，

其中所述总体控制电路（11）被配置成基于通过所述通信装置所传送的信号，识别出所述主机器开关电路关断和所述转向辅助驱动电路正常。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆电力供给***，还包括：

制动致动器（48），用于对所述车辆进行制动；以及

制动驱动电路（47），相对于所述电池与所述主机器驱动电路和所述转向辅助驱动电路并联地设置，用于驱动所述制动致动器。

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