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技術 電流センサ異常診断装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 柿原貴幸
出願日 2015年7月13日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2015-139677
公開日 2017年1月26日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-022907
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置 電動機の制御一般 交流電動機の制御一般
主要キーワード 学習指令 実施許可 制御用電流 参照温度 通電開始直後 偏差閾値 ダイアグ信号 電流センサ出力
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重要な関連分野

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図面 (9)

課題

温度変化等の影響による誤判定を防止しつつ、異常検出性能を向上させる電流センサ異常診断装置を提供する。

解決手段

電流センサ異常診断装置の学習指令部は、学習基準時における複数の電流センサの出力偏差ΔIoを0にするように複数の電流センサの出力Io1、Io2をオフセット補正する「基準出力学習」の実施を指令する。電流補正部は、基準出力学習以後、複数の電流センサの出力をオフセット補正した補正出力Ic1、Ic2を出力する。異常判定部は、補正出力偏差ΔIcに基づき、複数の電流センサの異常診断を実施する。診断実施許可部は、基準出力学習の完了時からの参照温度Temp_cfの変化が所定の温度範囲ΔTemp_th内である診断許可期間Pdに、異常判定部による異常診断の実施を許可する。これにより、温度特性によって生じる誤判定を防ぐための偏差閾値ΔIthを小さく設定し、異常検出性能を向上させることができる。

概要

背景

従来、同一の電流経路に流れる電流を検出する複数の電流センサの出力を比較し、出力偏差に基づいて、電流センサの異常を診断する装置が知られている。例えば特許文献1に開示された構成では、ハイブリッド自動車モータジェネレータ交流モータ)を駆動制御するインバータ装置において、三相のうち二相相電流を検出する電流センサが一相につき二つずつ設けられている。そして、二つの電流センサの出力偏差が所定の異常判定値を超えたとき、電流センサの異常と判定される。

概要

温度変化等の影響による誤判定を防止しつつ、異常検出性能を向上させる電流センサ異常診断装置を提供する。電流センサ異常診断装置の学習指令部は、学習基準時における複数の電流センサの出力偏差ΔIoを0にするように複数の電流センサの出力Io1、Io2をオフセット補正する「基準出力学習」の実施を指令する。電流補正部は、基準出力学習以後、複数の電流センサの出力をオフセット補正した補正出力Ic1、Ic2を出力する。異常判定部は、補正出力偏差ΔIcに基づき、複数の電流センサの異常診断を実施する。診断実施許可部は、基準出力学習の完了時からの参照温度Temp_cfの変化が所定の温度範囲ΔTemp_th内である診断許可期間Pdに、異常判定部による異常診断の実施を許可する。これにより、温度特性によって生じる誤判定を防ぐための偏差閾値ΔIthを小さく設定し、異常検出性能を向上させることができる。

目的

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、温度変化等の影響による誤判定を防止しつつ、異常検出性能を向上させる電流センサ異常診断装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

同一の電流経路に流れる電流を検出する複数の電流センサ(71/72、73/74)の出力を比較し、出力偏差に基づいて、前記複数の電流センサの異常を診断する電流センサ異常診断装置であって、学習基準時における前記複数の電流センサの出力偏差を0にするように前記複数の電流センサの出力をオフセット補正する基準出力学習の実施を指令する学習指令部(61)と、前記基準出力学習以後、前記基準出力学習での補正に準じて前記複数の電流センサの出力をオフセット補正した補正出力を出力する電流補正部(62)と、前記複数の電流センサの前記補正出力同士の偏差である補正出力偏差に基づき、前記複数の電流センサの異常診断を実施する異常判定部(66)と、前記電流センサの温度が反映された参照温度を取得し、前記基準出力学習の完了時からの前記参照温度の変化が所定の温度範囲内である診断許可期間に、前記異常判定部による異常診断の実施を許可する診断実施許可部(63)と、を備えることを特徴とする電流センサ異常診断装置。

請求項2

前記異常判定部は、前記補正出力偏差が偏差閾値を超えた時間である偏差過大時間の累積値が規定時間に達したとき、前記複数の電流センサのいずれかが異常であると確定することを特徴とする請求項1に記載の電流センサ異常診断装置。

請求項3

前記複数の電流センサは、直流電力多相交流電力に変換するインバータ(30)と負荷(80)との間の電流経路を流れる相電流を検出するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の電流センサ異常診断装置。

請求項4

前記診断実施許可部は、前記負荷が生成する出力が所定値以上のとき、前記異常診断の実施を許可することを特徴とする請求項3に記載の電流センサ異常診断装置。

請求項5

前記インバータの負荷は、交流モータ(80)であることを特徴とする請求項3または4に記載の電流センサ異常診断装置。

請求項6

前記交流モータは、ハイブリッド自動車又は電気自動車動力源として用いられるものであることを特徴とする請求項5に記載の電流センサ異常診断装置。

請求項7

前記基準出力学習は、前記負荷への通電を開始したときの初期処理として実行されることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の電流センサ異常診断装置。

請求項8

前記複数の電流センサのうち少なくとも一つの電流センサは、フィードバック制御に用いられる電流を検出するものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電流センサ異常診断装置。

技術分野

0001

本発明は、電流センサの異常を診断する電流センサ異常診断装置に関する。

背景技術

0002

従来、同一の電流経路に流れる電流を検出する複数の電流センサの出力を比較し、出力偏差に基づいて、電流センサの異常を診断する装置が知られている。例えば特許文献1に開示された構成では、ハイブリッド自動車モータジェネレータ交流モータ)を駆動制御するインバータ装置において、三相のうち二相相電流を検出する電流センサが一相につき二つずつ設けられている。そして、二つの電流センサの出力偏差が所定の異常判定値を超えたとき、電流センサの異常と判定される。

先行技術

0003

特開2005−160136号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1の電流センサ異常検出ルーチンは、モータジェネレータの駆動中、常に実施される。ところで、一般に電流センサの出力特性、すなわち、真の電流値に対するセンサ出力オフセット及びゲイン特性は、温度変化等の外乱による影響を受ける。以下、外乱の例を温度変化として述べる。
同一の電流経路に流れる電流を検出する二つの電流センサの出力は、個体毎の製品ばらつきに加え、環境温度が変化したときの各センサ温度特性のばらつきによって異なる。そのため、通電中の温度変化を考慮せずに異常判定値を設定すると、温度特性によって生じる出力偏差によって、電流センサが正常であるにもかかわらず異常であると誤判定される場合がある。しかし、誤判定を防ぐために異常判定値を過大に設定すると、実際の異常時における異常検出性能が低下するという問題がある。

0005

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、温度変化等の影響による誤判定を防止しつつ、異常検出性能を向上させる電流センサ異常診断装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、同一の電流経路に流れる電流を検出する複数の電流センサの出力を比較し、出力偏差に基づいて、複数の電流センサの異常を診断する電流センサ異常診断装置に係る発明である。この電流センサ異常診断装置は、学習指令部、電流補正部、異常判定部、及び診断実施許可部を備える。

0007

学習指令部は、学習基準時における複数の電流センサの出力偏差を0にするように複数の電流センサの出力をオフセット補正する「基準出力学習」の実施を指令する。
電流補正部は、基準出力学習以後、基準出力学習での補正に準じて複数の電流センサの出力をオフセット補正した補正出力を出力する。
異常判定部は、複数の電流センサの補正出力同士の偏差である補正出力偏差に基づき、複数の電流センサの異常診断を実施する。
診断実施許可部は、電流センサの温度が反映された参照温度を取得し、基準出力学習の完了時からの参照温度の変化が所定の温度範囲内である診断許可期間に、異常判定部による異常診断の実施を許可する。

0008

本発明では、まず、学習指令部の指令により基準出力学習が実施され、学習基準時における複数の電流センサの出力偏差を0にするようにオフセット補正される。これにより、複数の電流センサのオフセット特性及びゲイン特性の公差のうち、オフセット公差を無くすことができる。なお、「出力偏差を0にする」の「0」は、厳密な0に限らず、装置の分解能等を考慮して実質的に0とみなされる範囲の値を意味する。

0009

また、診断実施許可部は、基準出力学習後の補正出力偏差が比較的小さい範囲に収まっている診断許可期間にのみ異常診断の実施を許可するため、異常診断時における温度特性のゲイン特性公差を微小範囲に抑制することができる。
これにより、異常診断時における電流センサ出力特性の公差の要因を、製品ばらつきによるゲイン特性公差のみとすることができる。したがって、誤判定を防ぐための異常判定値を可及的に小さく設定することができる。よって、実際の電流センサの異常を早期に確実に検出することが可能となり、異常検出性能を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の一実施形態による電流センサ異常診断装置が適用されるハイブリッド自動車のモータ駆動システム概略構成図。
(a)基準出力学習を実施しない構成、(b)基準出力学習を実施する構成での二つの電流センサの出力偏差の変化を説明する図。
本発明の一実施形態による電流センサ異常診断装置の制御ブロック図。
本発明の一実施形態による電流センサ異常診断のタイムチャート
比較例の電流センサ異常診断のタイムチャート。
本発明の一実施形態による電流センサ異常診断のフローチャート
基準出力学習を実施しない場合の電流センサ出力の公差を説明する図。
基準出力学習を実施し、且つ診断許可期間を設定した場合の電流センサ出力の公差を説明する図。

実施例

0011

以下、本発明の電流センサ異常診断装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態の電流センサ異常診断装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車動力源であるモータジェネレータを駆動するシステムにおいて、インバータからモータジェネレータへの電流経路に流れる相電流を検出する電流センサの異常を検出する装置である。以下の明細書中、モータジェネレータを「交流モータ」、又は、単に「モータ」という。

0012

(一実施形態)
まず、モータ駆動システム全体の構成について、図1を参照して説明する。ハイブリッド自動車100に搭載されたモータ駆動システム90は、バッテリ20の直流電力をインバータ30で三相交流電力に変換して「負荷」としての交流モータ80(図中「MG」)に供給し、交流モータ80を駆動するシステムである。
バッテリ20は、ニッケル水素電池リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。なお、電池に代えて、電気二重層キャパシタ等を直流電源として用いてもよい。
平滑コンデンサ25は、インバータ入力電圧平滑化する。

0013

インバータ30は、上下アームの6つのスイッチング素子31〜36がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子31、32、33は、それぞれU相、V相、W相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子34、35、36は、それぞれU相、V相、W相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子31〜36は、例えばIGBT絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)で構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオード並列に接続されている。

0014

インバータ30は、PWM制御等により、駆動回路40からの駆動信号UU、VUWU、UL、VL、WLに従ってスイッチング素子31〜36がスイッチング動作することで直流電力を三相交流電力に変換する。
なお、他の実施形態のモータ駆動システムでは、バッテリ20の直流電圧を昇圧する昇圧コンバータを備え、昇圧後電圧がインバータ30に入力されてもよい。

0015

モータ80は、例えば永久磁石式同期型三相交流電動機である。本実施形態では、モータ80は、エンジン91を備えたハイブリッド自動車100に搭載される。モータ80は、ハイブリッド自動車100の駆動輪95を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジン91や駆動輪95から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える「モータジェネレータ」として機能する。
モータ80は、例えば変速機等のギア93を介して車軸94に接続されている。モータ80が発生したトルクは、ギア93を介して車軸94を回転させることにより駆動輪95を駆動する。図1には、一つのモータ80を備えたシステム構成を例示しているが、本実施形態は、二つ以上のモータジェネレータを備えたシステムにも同様に適用可能である。

0016

モータ80のステータには、U相巻線81、V相巻線82、W相巻線83が巻回されている。三相のうち二相の巻線には、制御用電流センサが設けられる。図1の例では、V相巻線82及びW相巻線83に、それぞれ、相電流Iv、Iwを検出し、MG−ECU50のフィードバック(図中、「F/B」)制御部55に出力する制御用電流センサ71、73が設けられている。
回転角センサ85は、例えばレゾルバであり、ロータ電気角θを検出する。

0017

HV−ECU10は、アクセル信号ブレーキ信号シフト信号車速信号等の信号や他のECUからの情報が入力され、取得した情報に基づいて車両の運転状態総合的に判断し、車両の駆動を制御する。他のECUには、モータ80を制御するMG−ECU50の他、バッテリ20を制御するバッテリECUや、エンジン91を制御するエンジンECU等が含まれる。図1では、バッテリECU、エンジンECU等の図示を省略する。

0018

各ECUは、マイコン等により構成され、図示しないCPU、ROM、I/O、及び、これらの構成を接続するバスライン等を内部に備えている。各ECUは、予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

0019

本実施形態のMG−ECU50は、フィードバック制御部55及び電流センサ異常診断装置60を含む。
フィードバック制御部55は、HV−ECU10からのトルク指令trq*、制御用電流センサ71、73からの相電流Iv、Iw、回転角センサ85からの電気角θ等の情報が入力される。相電流について、フィードバック制御部55は、他の一相(この例ではU相)の電流をキルヒホッフの法則により算出し、例えばベクトル制御により、電気角θを用いて三相電流をdq軸電流に変換する。そして、dq軸電流を電流指令に対して電流フィードバックしたり、或いは、dq軸電流から算出した推定トルクをトルク指令に対してトルクフィードバックしたりする。

0020

こうしてフィードバック制御部55は、モータ80に通電する電圧指令演算し、駆動回路40に出力する。駆動回路40は、電圧指令に基づいて駆動信号UU、VU、WU、UL、VL、WLを生成し、インバータ30を駆動する。インバータ30から電力が供給されることにより、モータ80は、トルク指令trq*に応じたトルクを出力する。

0021

このように、MG−ECU50がモータ80の駆動を適切に制御するためには、相電流等の制御情報を正確に取得することが重要である。そこで、制御用電流センサ71、73が故障した場合、異常を早期に確実に検知する必要がある。
そこで、このモータ駆動システム90には、制御用電流センサ71、73の異常を監視する監視用電流センサ72、74がV相巻線82及びW相巻線83に設けられている。

0022

V相の制御用電流センサ71及び監視用電流センサ72は、同一の電流経路であるV相巻線82を流れるV相電流を検出して出力する。W相の制御用電流センサ73及び監視用電流センサ74は、同一の電流経路であるW相巻線83を流れるW相電流を検出して出力する。図1では、制御用電流センサ71、73のセンサ出力をIva、Iwaと記し、監視用電流センサ72、74のセンサ出力をIvb、Iwbと記す。

0023

V相電流を検出する二つの電流センサ71、72、及び、W相電流を検出して出力する二つの電流センサ73、74は、特許請求の範囲に記載の「複数の電流センサ」に相当する。特許請求の範囲では、「複数の電流センサ」の参照符号として、対応する二つの電流センサ71、72を「71/72」、電流センサ73、74を「73/74」というように記載する。
ここで、「制御用」又は「監視用」の電流センサという用語は、あくまで一例の名称に過ぎない。実施例によっては、制御用と監視用の電流センサとが随時入れ替わってもよいし、全ての電流センサが制御用と監視用とを兼ねるようにしてもよい。

0024

電流センサ異常診断装置60は、V相、W相の各相について、制御用電流センサ71、73のセンサ出力Iva、Iwa、及び、監視用電流センサ72、74のセンサ出力Ivb、Iwbを取得して比較する。そして、それらの出力偏差に基づいて、電流センサ71〜74の異常を診断する。詳しくは、出力偏差が所定の偏差閾値を超えたとき異常であると仮判定し、出力偏差が所定の偏差閾値を超えた時間の累積値が規定時間に達したとき、いずれかの電流センサが異常であると判定する。
また、本実施形態では、電流センサ異常診断装置60は、モータ80の通電状態を判断するため、トルク指令trq*を取得する。

0025

さらに電流センサ異常診断装置60は、電流センサ71〜74の温度として参照可能な参照温度Temp_cfを取得する。参照温度Temp_cfは、後述する診断許可期間Pdの設定に用いられる。例えば図1に示すように、電流センサ71〜74の付近に搭載された熱電対サーミスタ等の専用の温度センサ77で検出した環境温度を参照温度Temp_cfとしてもよい。或いは、他のECU等が検出したシステム周辺冷却媒体の温度やシステムの雰囲気温度を電流センサ71〜74の参照温度Temp_cfとして援用してもよい。

0026

次に、同一電流経路に流れる電流を検出する二つの電流センサの出力偏差に基づいて、電流センサの異常を診断する装置の課題について、図2を参照して説明する。以下の説明では、制御用電流センサと監視用電流センサとを区別せず、また、V相電流及びW相電流に対して共通に、同一の電流経路に流れる電流を検出する二つの電流センサの出力を第1電流センサ出力Io1及び第2電流センサ出力Io2と表す。図2では、検出対象の電流が振幅Aの正弦波交流電流である例を想定し、第1電流センサ出力Io1を実線で示し、第2電流センサ出力Io2を破線で示す。

0027

まず、基準出力学習を実施しない構成での出力偏差の変化を図2(a)に示す。
図2(a)にて、初期t0には二つの電流センサ出力Io1、Io2は一致している。その後、通電中の時間経過に伴って環境温度が変化したとき、第1電流センサ出力Io1は温度変化の影響を受けやすく、第2電流センサの出力Io2は温度変化の影響を受けにくい、というように温度特性のばらつきがあると仮定する。

0028

以下、温度変化の例として、温度が次第に上昇する場合について記載する。また、温度上昇連れて、センサ出力はプラス側にシフトすると仮定する。温度が次第に下降する場合や、温度とセンサ信号出力との相関が逆である場合でも技術的思想は全く同様である。
さらに、説明を簡単にするため、第2電流センサの出力Io2は温度変化の影響を全く受けないものとする。したがって、図2(a)に示すように、初期t0以後、第2電流センサ出力Io2は変化しない。一方、第1電流センサ出力Io1は、初期t0以後、振幅の中心B1が次第にプラス側にシフトする。

0029

この場合、二つの電流センサがいずれも正常であっても、センサ出力のずれ、すなわち出力偏差ΔIoは、参照温度Temp_cfの上昇に連れて次第に増加する。そのため、通電中の温度変化を考慮せずに異常判定値を設定すると、温度特性によって生じる出力偏差ΔIoに基づき、いずれかの電流センサが異常であると誤判定される場合がある。
そこで、誤判定を防ぐため、温度特性によって生じ得る最大の出力偏差ΔIoを考慮して、異常判定値を大きく設定する必要がある。しかし、異常判定値を過大に設定すると、実際の電流センサの異常の検出が遅れたり、異常を検出し損なったりするおそれがある。つまり、異常検出性能が低下することとなる。

0030

これに対し、基準出力学習を実施する構成での出力偏差の変化を図2(b)に示す。
図2(b)では、図2(a)と同様に、初期t0からの時間経過に伴って第1電流センサ出力Io1の振幅中心B1がプラス側にシフトし、出力偏差ΔIoが次第に増加する。その後、時刻L0〜L2において、出力偏差ΔIoを0にするように第1電流センサ出力Io1をオフセット補正する「基準出力学習」が実施される。基準出力学習の詳しいプロセスについては、後述する。この基準出力学習が実施されることによって、初期t0から増加した出力偏差ΔIoが一旦0にリセットされた後、新たに補正出力偏差ΔIcが増加し始める。

0031

本実施形態は、図2(b)において、「基準出力学習の実施直後には、補正出力偏差ΔIcが比較的小さい範囲に収まっている」点に着目する。そして、補正出力偏差ΔIcが比較的小さい範囲でのみ異常診断を実施することにより、温度特性によって生じる誤判定を防ぎつつ、異常判定値を可及的に小さく設定することができる点に着目する。
この着眼点に基づき、本実施形態の電流センサ異常診断装置60は、異常判定値を小さく設定するための構成を備えることを特徴とする。

0032

次に、電流センサ異常診断装置60の構成を図3に示す。電流センサ異常診断装置60は、学習指令部61、電流補正部62、診断実施許可部63及び異常判定部66を含む。
まず、図3を参照して、各部の概略機能を簡単に説明する。
学習指令部61は、外部から入力されるモータ通電開始等の信号をトリガとして、後述する「基準出力学習」の実施を指令する。

0033

電流補正部62は、二つの電流センサの出力Io1、Io2が入力される。そして、学習指令部61からの学習指令に基づき、基準出力学習の「反映」段階で、センサ出力偏差ΔIoを0とするように、電流センサの出力Io1、Io2をオフセット補正する。
また、基準出力学習以後、引き続き、基準出力学習の補正に準じて、電流センサの出力Io1、Io2をオフセット補正した補正出力Ic1、Ic2を出力する。

0034

診断実施許可部63は、HV−ECU10からトルク指令trq*を取得する。また、学習指令部61から学習完了イミングを取得すると共に、温度センサ77から参照温度Temp_cfを取得し、それらの情報に基づいて、異常診断の実施を許可する診断許可期間Pdを設定する。そして、異常判定部66に診断許可信号を送信する。

0035

異常判定部66は、電流補正部62から補正出力Ic1、Ic2を取得し、補正出力Ic1、Ic2同士の偏差である補正出力偏差ΔIcを算出する。そして、診断実施許可部63から診断許可信号を受信している期間に、補正出力偏差ΔIcに基づき、二つの電流センサのいずれかが異常であることを判定し、ダイアグ信号を出力する。

0036

本実施形態による電流センサ異常診断について、図4のタイムチャート、及び、図5の比較例のタイムチャートを参照しつつ説明する。
図4及び図5では、図2(b)と同様に、実際には正常である二つの電流センサ出力の出力偏差ΔIoが、参照温度Temp_cfの変化(上昇)に伴って次第に増加する様子を示している。詳しくは、第1電流センサの出力Io1は、温度上昇と共にプラス側にシフトし、第2電流センサの出力Io2は温度によって変化しないものとする。

0037

電流センサ異常診断装置60の学習指令部61は、モータ80を駆動中、基準出力学習の実施を指令する。ここで、「モータ駆動中」には、ハイブリッド自動車のレディオン時のようにモータ80の通電開始直後の状態を含む。例えば、モータ通電開始直後のイニシャルチェック初期処理)の一環として基準出力学習を実施してもよい。或いは、シフトレンジをN(ニュートラルレンジからD(ドライブ)レンジに変更した直後に基準出力学習を実施してもよい。
このような場合、図4及び図5における基準出力学習の直前電流振幅は、0、又は0に近い波形であるのが正しい。ただし、図4及び図5では、基準出力学習直前の電流について、詳細を省略して簡易的に記す。

0038

基準出力学習は、学習基準時L0から中間時L1までの「認識」段階と、中間時L1から完了時L2までの「反映」段階とを含む。認識段階では、学習基準時における二つの電流センサの出力偏差ΔIoが認識される。反映段階では、認識した出力偏差ΔIoを0にするように、電流補正部62が電流センサの出力をオフセット補正する。なお、「出力偏差ΔIoを0にする」の「0」は、厳密な0に限らず、装置の分解能等を考慮して実質的に0とみなされる範囲の値を意味する。

0039

図4図5の例では、第1電流センサ出力Io1を第2電流センサ出力Io2に一致させるようにオフセット補正している。ただし他の実施例では、第1電流センサ出力Io1及び第2電流センサ出力Io2の両方を共通の基準値に一致させるようにオフセット補正してもよい。

0040

基準出力学習以後、電流補正部62は、基準出力学習での補正に準じて電流センサの出力をオフセット補正した補正出力Ic1、Ic2を出力する。図4図5の例では、第2電流センサについては、補正前の出力Io2と同一の補正出力Ic2が出力される。他の実施例では、二つの電流センサについて、それぞれ、補正前の出力Io1、Io2をオフセットした補正出力Ic1、Ic2が出力されるようにしてもよい。
学習完了時L2において、補正出力Ic1、Ic2同士の偏差である補正出力偏差ΔIcは0である。その後、参照温度Temp_cfの変化(上昇)に伴い、補正出力偏差ΔIcは次第に増加する。

0041

先に、図5を参照し、常時、異常診断を実施する比較例の動作を説明する。異常診断では、異常判定部は、補正出力偏差ΔIcが偏差閾値ΔIthを超えた時刻D1に異常であると仮判定し、偏差過大時間Texのカウントを開始する。そして、偏差過大時間Texが規定時間Tlimに達した時刻D2に、異常判定部66は、二つの電流センサのいずれかが異常であると確定し、電流センサが異常であることを示すダイアグ信号を出力する。

0042

また、補正出力偏差ΔIcが偏差閾値ΔIthの上下を変動し、偏差過大時間Texが断続的に現れる場合には、偏差過大時間Texの累積値ΣTexが規定時間Tlimに達したとき、電流センサ異常のダイアグ信号が出力される。なお、瞬間的なノイズを排除する観点から、補正出力偏差ΔIcが所定時間以上連続して偏差閾値ΔIthを超えた時間のみをカウントするようにしてもよい。

0043

このように、比較例では、二つの電流センサは、実際には正常であるにもかかわらず、温度特性の影響により異常であると誤判定される。そこで、誤判定を防止するために異常判定値である偏差閾値ΔIthを過大に設定すると、実際に電流センサが異常となったとき、検出が遅れたり、検出し損ねたりするおそれがある。すなわち、異常検出性能が低下することとなる。

0044

続いて、図4を参照し、本実施形態による異常診断の動作を説明する。
本実施形態の診断実施許可部63は、基準出力学習の完了時における参照温度Temp_0からの温度変化が所定範囲ΔTemp_th内である診断許可期間Pdに、異常判定部66による異常診断の実施を許可する。所定範囲ΔTemp_thは、電流センサの温度特性に影響を与えない温度差に設定される。

0045

ここで、図4時間軸について注記すると、診断許可期間Pdの長さに対し正弦波電流一周期の長さは、現実の長さに比べ数百〜数千倍以上に誇張して長く記載されている。つまり、現実には数〜数十msオーダーである正弦波電流の一周期の長さが、図示の都合上、例えば数〜数十sオーダーである診断許可期間Pdと同程度に記載されている。

0046

異常判定部66は、診断実施許可部63から診断許可信号を受信している診断許可期間Pdにのみ、異常診断を実施する。そのため、仮に基準出力学習以後の温度上昇によって補正出力偏差ΔIcが増加しても、診断許可期間Pd内に偏差閾値ΔIthに到達する可能性はない。したがって、二つの電流センサが実際には正常であるにもかかわらず、異常であると誤判定されることが防止されるため、誤判定を防止するために偏差閾値ΔIthを過大に設定する必要がなくなる。よって、偏差閾値ΔIthを可及的に小さく設定することにより、異常検出性能を向上させることができる。

0047

次に図6のフローチャートを参照し、本実施形態による電流センサ異常診断処理について説明する。フローチャートの説明で、記号「S」はステップを意味する。
この説明では、同一の電流経路を流れる電流を検出する複数の電流センサを「V相の電流センサ71、72」として符号を記載する。
S1では、学習指令部61は、基準出力学習の実施を指令する。電流補正部62は、基準出力学習以後、基準出力学習での補正に準じて電流センサ71、72の出力をオフセット補正した補正出力Ic1、Ic2を出力する。

0048

診断実施許可部63は、基準出力学習後、モータ80が駆動中か、また、トルク指令trq*が所定値以上であるか否か判断する(S2、S3)。モータ80が停止中には電流が0となり、異常診断不能となる。また、モータ80が駆動中であっても、トルク指令trq*が小さいほど、電流出力とノイズとのS/N比が小さく、ノイズの影響を受けやすくなる。そこで、モータ80が停止中(S2:NO)、又は、トルク指令trq*が所定値未満(S3:NO)の場合、S2の前に戻り、ステップを繰り返す。
ここで、トルク指令trq*は実トルクを反映するものであり、実トルクは、特許請求の範囲に記載の「負荷が生成する出力」に相当する。なお、モータ80にトルクセンサが設けられたシステムや、電流値等から推定トルクを演算するシステムでは、S3にて、トルク指令trq*に代え、検出トルクや推定トルクに基づいて判断してもよい。

0049

また、診断実施許可部63は、基準出力学習の完了時L2から診断許可期間Pdのカウントを開始する。モータ80が駆動中(S2:YES)、且つ、トルク指令trq*が所定値以上(S3:YES)のとき、S4にて、診断実施許可部63は、基準出力学習の完了時L2における参照温度Temp_0からの参照温度Temp_cfの変化が所定範囲ΔTemp_th内であるか、すなわち、現在が診断許可期間Pd中であるか判断する。
現在、診断許可期間Pd中である場合(S4:YES)、異常判定部66は、電流センサ71、72の異常診断を実施する(S5)。現在、診断許可期間Pd中でない場合(S4:NO)、異常判定部66は、異常診断を実施しない(S6)。

0050

異常診断では、異常判定部66は、二つの電流センサ71、72の補正出力偏差ΔIcと偏差閾値ΔIthとを比較し、補正出力偏差ΔIcが偏差閾値ΔIthを超えたとき(S7:YES)、異常であると仮判定し、補正出力偏差ΔIcが偏差閾値ΔIthを超えた時間を偏差過大時間Texとしてカウントする(S8)。
そして、偏差過大時間Texの累積値ΣTexが規定時間Tlimに達したとき、すなわち「ΣTex≧Tlim」となったとき(S9:YES)、異常判定部66は、二つの電流センサ71、72のいずれかが異常であると確定する(S10)。

0051

この場合、フェールセーフ優先する思想によれば、モータ80の駆動を全面的に中止シャットダウン)してもよい。また、退避走行を優先する思想によれば、故障した電流センサを特定し、正常な電流センサによる検出値を用いてフィードバック制御を継続してもよい。或いは、V相について、二つの電流センサ71、72の検出値の平均値を用いる制御に切り替えてもよい。また、W相の電流センサ73、74が正常である場合、W相の電流検出値のみを用いる一相制御(特開2013−172591号公報等)に切り替えてもよい。

0052

一方、診断許可期間Pd中に、補正出力偏差ΔIcが偏差閾値ΔIthを超えないとき(S7:NO)、又は、診断許可期間Pd中に、偏差過大時間の累積値ΣTexが規定時間Tlimに達しないとき(S9:NO)、異常判定部66は、二つの電流センサ71、72がいずれも正常であると判定する(S11)。そして、フィードバック制御部55において、制御用電流センサ71の検出値を用いたフィードバック制御が実施される。

0053

(効果)
(1)本実施形態の電流センサ異常診断装置60による第一の効果について、図7図8を参照して説明する。
まず図7に、基準出力学習を実施しない場合の電流センサ出力の公差を示す。公差の要因は、主に製品ばらつきによるものと温度特性によるものとに分けられ、それぞれ、ゲイン特性公差及びオフセット公差が含まれる。製品ばらつきによるゲイン特性公差及びオフセット公差を「Gp、Bp」、温度特性のゲイン特性公差及びオフセット公差を「Gt、Bt」と表す。ここで、オフセット公差については、オフセットの頭文字「O」の誤読を避けるため、ベースシフトの意味で「B」を代用する。

0054

図7(b)に示すように、ゲイン特性公差Gp、Gtは電流値に比例し、オフセット公差Bt、Bpは、電流値によらず一定である。これら4種類の公差の和が電流センサの全体の公差となる。したがって、正常な電流センサを異常と誤判定しないためには、異常判定値を最大電流値における公差の和よりも大きく設定する必要がある。

0055

また、図7(a)に示すように、電流値に対する電流センサ出力特性について、公差を考慮した出力範囲は、理想特性に対しオフセット公差の和(Bp+Bt)、及び、ゲイン特性公差の和(Gp+Gt)を加減算した範囲となる。
仮に監視用電流センサ72、74の出力特性が理想特性に一致している場合、制御用電流センサ71、73と監視用電流センサ72、74との出力偏差ΔIoの範囲がこの公差範囲となる。

0056

次に、図8に、本実施形態により基準出力学習を実施し、且つ異常診断の診断許可期間Pdを設定した場合の電流センサ出力の公差を示す。ここでも、監視用電流センサ72、74の出力特性が理想特性に一致していると仮定し、制御用電流センサ71、73の公差範囲が出力偏差ΔIoの範囲に相当すると考える。
本実施形態では、基準出力学習を実施し、出力偏差ΔIoを0にするようにオフセット補正することで、オフセット公差Bt、Bpは0になる。また、異常判定部66は、基準出力学習後の補正出力偏差ΔIcが比較的小さい範囲に収まっている診断許可期間Pdにのみ異常診断の実施を許可するため、異常診断時における温度特性のゲイン特性公差Gtを微小範囲に抑制することができる。

0057

その結果、図8(b)に示すように、ほぼ、製品ばらつきによるゲイン特性公差Gpのみが電流センサの公差として残る。したがって、図7に示す学習非実施の場合と比べ、誤判定を防ぐための異常判定値(偏差閾値ΔIth)を小さく設定することができる。
また、図8(a)に示すように、電流値に対する電流センサ出力特性について、公差を考慮した出力範囲は、理想特性に対し、製品ばらつきによるゲイン特性公差Gpのみを加減算した範囲となる。

0058

以上のように、本実施形態の電流センサ異常診断装置60は、電流センサの異常診断においてオフセット公差、及び、温度特性によるゲイン特性公差を可及的に排除し、偏差閾値ΔIthを小さく設定することができる。よって、実際の電流センサの異常を早期に確実に検出することが可能となり、異常検出性能を向上させることができる。

0059

加えて、本実施形態のその他の効果(2)〜(4)について説明する。
(2)本実施形態での異常診断の対象である制御用電流センサ71、73は、モータ駆動システム90において、フィードバック制御に用いられる電流を検出するものである。このような形態では、電流センサの検出値がシステムの制御性に直接的に影響するため、電流センサの信頼性に対する要求が高くなる。したがって、上記(1)の効果が有効に発揮される。
中でも、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるモータジェネレータを駆動するシステムでは、車両の運転状況によってモータ80の回転数及び要求トルクが大きく変化する中で良好なドライバビリティを実現するために、特に高精度の制御が要求される。よって、本実施形態を用いて電流センサ71〜74の異常を適確に検出することが特に有効である。

0060

(3)異常診断は、トルク指令trq*が所定値以上であって最低限のS/N比を確保できる領域で実施されるため、異常診断を適正に実施することができる。
(4)診断許可期間Pdは、基準出力学習の完了時L2からの参照温度Temp_cfの変化が所定範囲ΔTemp_th内となる期間に設定される。温度変化を基準とするため、電流センサ71〜74の温度特性に影響を与えない期間を直接的に設定することができる。

0061

(その他の実施形態)
(ア)異常診断の対象となる複数の電流センサは、インバータから供給される交流電流を検出するものに限らず、直流電流を検出するものも含まれる。
また、インバータからの供給電流を電流センサが検出する形態において、インバータの負荷は、ハイブリッド自動車用のモータジェネレータその他の交流モータに限らない。
さらに、電流センサが検出する電流は、フィードバック制御に用いられなくてもよい。

0062

(イ)「同一の電流経路」における複数の電流センサの配置は、図1に示すように隣接していなくてもよい。電気回路において、理論的に同一の大きさの電流が同期して流れる部分については、たとえ距離が離れていても、また、トランスの一次側巻線及び二次側巻線のように物理的に分離していても、「同一の電流経路」と解釈するものとする。

0063

(ウ)本発明が適用されるシステムの性質に応じて、基準出力学習のタイミングや診断許可期間Pdの具体的な長さ等は、適宜設定してよい。
(エ)同一の電流経路に流れる電流を検出する複数の電流センサは、二つに限らず三つ以上でもよい。異常判定部により、三つ以上の電流センサのいずれかが異常であると判定された場合、多数決判定により異常な電流センサを特定し、正常な電流センサの検出値を用いてモータの駆動制御等を継続してもよい。

0064

(オ)基準出力学習以後、電流センサの出力特性に影響を及ぼす要因として、温度変化に限らず、気圧湿度等の外乱も想定可能である。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

0065

30・・・インバータ、
60・・・電流センサ異常診断装置、
61・・・学習指令部、
62・・・電流補正部、
63・・・診断実施許可部、
66・・・異常判定部、
71、73・・・(制御用)電流センサ、
72、74・・・(監視用)電流センサ、
80・・・モータ、交流モータ(負荷)。

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