JP2008221991A - 制御用サブユニットおよび制御用メインユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は車両での利用に適した、制御用サブユニットおよび制御用メインユニットに関し、制御用サブユニットの迅速な制御判断決定と安全稼動の達成および制御用メインユニットの負荷を低減する事を目的とする。
【解決手段】サブユニットが外部ユニットから受け取った指令の実行が可能か否か判断する。実行可能と判断された場合は、その指令を実行する。実行不可能と判断された場合は、実行可能案を外部ユニットに通知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に係り、特に車両における統合的なシステムを構築するために好適な制御用サブユニットおよび制御用メインユニットに関するものである。

車両用制御システムとしては、特開２００４−１３６８１６号公報に示す通り、メインユニットに従属する複数のサブユニットとメインユニットで構成されるものが知られている。このような構成により、メインユニットはサブユニットからの異常検出を効率的に行う事ができる。またこのようなシステム構成により、通信データ量の削減も可能としている。ここで、前述の車両用制御システムは、メインユニットからの指令を複数サブユニットがそれぞれ実行する事によりメインユニットの目的を達成する。メインユニットはメインユニットの目的を達成するためにサブユニットへの指令を決める。このとき、メインユニットからなされた指令がサブユニット側では想定されていない内容である事が起こり得る。

特開２００４−２４９９８０号公報 特開２００４−１３６８１６号公報 特開２００２−６７８３３号公報 特開２００３−１９１７７４号公報 特開２００５−１９９９５１号公報 特開平４−２３８７４５号公報 特開平４−１３１５６１号公報

上記従来の車両用制御システムにおいては、サブユニットに理想的な状態から逸脱する異常が生じた際には、事後的にメインユニットが上記異常を認識する。つまり上記メインユニットとサブユニットを備えるシステムにはサブユニットの異常発生を未然に抑制する機能はない。このような異常発生の一因としては、サブユニットが、メインユニットからの指令を、上記理想的な状態を維持したまま実行できるか否かに関わらず実行してしまう事が挙げられる。このように上記従来のシステムではメインユニットからの指令を選別する事無く全て実行する事により、サブユニットが理想的な状態から逸脱する異常が発生してしまうという問題があった。

またメインユニットとサブユニットを備える車両用制御システムは一般に、サブユニットの異常を認識したときは当該サブユニットの通電を遮断する事で対応している。通電遮断による対応は車両制御における安全停止という目的を達成する。しかしながら、システム全体としては、通電を遮断されたサブユニットからの出力が得られず、所望の出力を達成できないという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サブユニットの想定していない指令の実行を回避する事によりサブユニットを保護し、またサブユニットの可能な範囲内で動作を継続させる事によりメインユニットの目的の出力またはそれに近い出力を達成する事を特徴とする制御用サブユニットおよび制御用メインユニットを提供する事を目的とする。

本発明に係るサブユニットは、上記の目的を達成するために、メインユニットからの指令を受信する指令受信手段と、
メインユニットからの指令がサブユニットにとって実行可能なものであるか否かの判断を行う実行可否判断手段と、
メインユニットからの指令を、実行可否判断手段により実行可能と判断した場合にはその指令を実行するための指令実行手段と、
メインユニットからの指令を、実行可否判断手段により実行不可能と判断した場合には、実行可能案をメインユニットに対し送信する実行可能案通知手段と、
を含む事を特徴とする。

本発明に係るメインユニットは、上記の目的を達成するために、複数のサブユニットに対しそれぞれ指令を発するための指令手段と、
前述の複数のサブユニットから実行可能案が通知されたかを判断する実行可能案認識手段と、
前述の実行可能案認識手段により実行可能案を認識したときは、認識した実行可能案に基づいて、前述の複数サブユニットへの指令を変更する指令変更手段と、
を含む事を特徴とする。

本発明に係るサブユニットは、上記の目的を達成するために、外部ユニットからの複数指令を受信するための複数指令受信手段と、
前述の複数指令受信手段により受信した複数の指令のそれぞれにつき実行可否判断を行う複数指令実行可否判断手段と、
前述の複数指令実行可否判断手段により実行可能と判断された指令を実行する実行手段と、
を含む事を特徴とする。

本発明に係るサブユニットは、上記の目的を達成するために、外部ユニットからの指令を受信するための指令受信手段と、
前述の指令受信手段により受信した指令の実行可否を判断する実行可否判断手段と、
前記実行可否判断手段により実行できないと判断したときは、前記指令受信手段により受信した指令を実行可能な指令に変更する指令変更手段と、
前記実行可否判断手段により実行可能と判断した指令又は、前記実行可能な指令を実行する手段と、
を含む事を特徴とする。

本発明に係るサブユニットは、上記の目的を達成するために、外部ユニットからの指令を受信するための指令受信手段と、
出力可能な最大値を計算する最大値計算手段と、
前述の最大値と前記指令との差に基づき他制御用サブユニットへの要求値を決定するための要求値決定手段と、
前述の要求値を他制御用サブユニットへ送信するための要求値送信手段と、
他制御用サブユニットから要求値を受け取るための要求値受信手段と、
前述の最大値と前記要求値受信手段により受信した要求値のうち、値の小さい方を選択するための実行判断手段と、
前述の実行判断手段で選択した値を発生させるための処理を行う選択値実行手段と、を含む事を特徴とする。

本発明に係るサブユニットは、上記の目的を達成するために、パワー半導体のオフリーク電流を測定するためのオフリーク測定手段と、
パワー半導体の前記オフリーク電流の量に応じて分類するための分類手段と、
前述の分類手段による分類結果に応じて、パワー半導体の駆動条件を変更するための駆動条件変更手段と、
前述の駆動条件変更手段を用いた事に伴う変更された駆動条件を制御用メインユニットに通知するための、駆動条件通知手段と、
を含む事を特徴とする。

本発明によりサブユニットの保護と、システム全体の稼動継続が可能である。

実施の形態１
図１は実施形態１の自動車制御システムを説明するための図である。上記自動車制御システムは制御用メインユニット１０（以後「メインユニット１０」と称する）と制御用サブユニット１３，１４，１６，１８，１９（以後「サブユニット１３，１４，１６，１８，１９」と称する）を備える。メインユニット１０には通信ライン１２が接続されている。この通信ライン１２は、メインユニット１０とサブユニット１３，１４，１６，１８，１９を結び、双方向の通信を可能としている。サブユニット１３，１４，１６，１８，１９はたとえばモータ制御装置、Ａ／ＴＥＣＵ(Automatic Transmission Electric Control Unit)、エンジンＥＣＵ等である。本実施形態でサブユニット１３はモータ制御装置である。サブユニット１３は内部にパワー半導体１５を有する。上記サブユニット１３はハイブリットカーでガソリンエンジンと併用するためのモータ制御を行うものである。

図２は図１に記載されているサブユニット１３の構成を概念的に説明するための図である。サブユニット１３は温度センサー２２、電流センサー２４、電圧センサー ２６を備える。前述した３つのセンサーは半導体駆動装置２０に接続されている。半導体駆動装置２０は、通信用デバイス、モータ用ドライバ回路、制御回路、シミュレータを有する。

図３は図２で示した半導体駆動装置２０のモータ用ドライバ回路の構成を説明するための図である。上記モータ用ドライバ回路は昇降圧を行うコンバータ３０を有する。コンバータ３０はリアクトル３６を有する。リアクトルは巻線を利用した受動素子である。リアクトル３６の後段にはパワーデバイスとダイオードを有するスイッチ回路６０、６２が存在する。スイッチ回路６０、６２はそれぞれ内部に電流計４０、４２を備える。スイッチ回路６０、６２の後段にはコンデンサー３８と電圧計３４が並列に配置されている。前述の電圧計３４によりコンバータ３０で生成された電圧が測定される。

コンバータ３０の後段には３相交流インバータ３２が搭載されている。３相交流インバータ３２はスイッチ回路６４，６５，６６，６７，６８，６９を備える。スイッチ回路６４，６５，６６，６７，６８，６９は上記スイッチ回路６０，６２と同様にパワーデバイスとダイオードを備える。また、上記スイッチ回路６４，６５，６６，６７，６８，６９はそれぞれ電流計４４，４５，４６，４７，４８，４９を内部に有する。上記３相交流インバータによりモータ４１に伝送する電流と周波数が制御される。

上述した構成により電圧、電流、周波数が制御された出力がモータ４１へ伝送される事によりモータ４１を制御している。また、このような構成によると、スイッチ回路６０,６２,６４,６５,６６,６７,６８,６９は各スイッチ回路の電流値を検出する事ができる。さらに電圧計３４により上記各スイッチ回路に印加される電圧も検出する事ができる。

図４は、図３で示したスイッチ回路６０の外観を示す図である。本実施形態ではスイッチ回路６０は一つのチップを構成している。また、前述のチップのパッケージ外壁には温度センサー７０が搭載されている。スイッチ回路６２,６４,６５,６６,６７,６８,６９についてもスイッチ回路６０と同様にチップ外壁に温度センサーを有する。

メインユニットとサブユニットを備える自動車制御システムにおいては、サブユニットは自己の有するセンサーからの情報を受け取る事により自サブユニットの状態を認識する。さらに、サブユニットはメインユニットからの指令を実行する。この際、メインユニットからの指令は、サブユニットの状態を勘案する事無く決定された指令である。つまりメインユニットはサブユニットの状態を考慮する事無く指令を発する。このようなシステムでは、メインユニットの指令を実行する事がサブユニットの理想的な状態を妨げる事がある。ここで、理想的な状態とはサブユニット内のセンサーから得られる値が、サブユニットの正常稼動等を考慮して定められた「規格値」を超えないような稼動状態のことである。より具体的には温度、電流、電圧について、高温、過電流、耐圧の観点からサブユニットを安全に稼動させるために前述の「規格値」が決められる。

サブユニットは前述した理想的な状態から逸脱した場合の処理として、サブユニット内の制御回路の判断により通電を遮断し、停止する事が考えられる。この判断は、システムの安全性等を考慮してなされる。この結果、通電を停止したサブユニットからの出力は得られないため、システム全体としては出力減少または稼動中止に至る場合がある。

本実施形態では、図１に示すサブユニット１３，１４，１６,１８,１９はメインユニット１０からの指令を受け取った時、当該指令実行を留保しメインユニット１０に対し実行可能案を通知する事ができる。この実行可能案の通知は、サブユニット が自己の状態を把握した上でメインユニットからの指令をそのまま実行すると上記理想的な状態から逸脱すると判断したときになされるものである。本実施形態におけるサブユニット１３，１４，１６,１８,１９は前述の手法により上記理想的な状態からの逸脱の原因となる指令の実行を回避する事が出来る。この結果サブユニット１３，１４，１６,１８,１９は上記理想的な状態を継続することが出来る。

また本実施形態のメインユニット１０は上記実行可能案を受け取った際に、その実行可能案の維持を前提としてサブユニット１３，１４，１６,１８,１９へ再指令を行う。ここで、サブユニット１３のみが実行可能案を通知した場合、サブユニット１３への当初の指令と実行可能案との出力の差分を、サブユニット１３以外の指令に加重する再指令がなされる。このような手法により本実施形態のメインユニット１０は実行可能案の維持を前提としながらも、システム全体としては所望の出力を達成するような再指令を行う事が出来る。このような手段でシステムの通電を継続する事は特に寒冷地や砂漠などの過酷な環境下での制御用メインユニット及び制御用サブユニットを搭載した車両の使用を想定した場合に意義を有する。すなわち目標トルク値を変更してシステムの稼動を継続する事により、ドライバーを車両停止による孤立から救済する事ができる。

図５は本実施形態におけるサブユニット１３が実行する処理のフローチャートである。ここではサブユニット１３の説明をするが他のサブユニットもサブユニット１３と同様の処理を実行する。まず、サブユニット１３はメインユニット１０から出力トルクの指令を受け取ったかを判断する（ステップ１００）。このトルク指令の受け取りは図１の通信ライン１２により行われる。サブユニット１３が出力トルクの指令を受け取ったと判断した場合は、サブユニット１３は自サブユニットの状態を把握する（ステップ１０２）。自サブユニットの状態の把握は図２の２２、２４，２６に示すセンサーの情報を得る事により行われる。次にメインユニットからなされた指令の実行を模擬する（ステップ１０４）。上記模擬は図２の半導体駆動装置２０が有するシミュレータにより行われる。前述したシミュレータによる模擬は、ステップ１０２で把握された状態を基礎データとして、指令を実行したときの状態を検証する。

そして、ステップ１０４による模擬の結果、指令実行により発熱値、電流値、電圧値が定められた規格値を超えると予想されるか否かが判断される（ステップ１０６，１０８，１１０）。ここで規格値とは上述した通りシステムの安全稼動のために定められた値である。この規格値は図２の半導体駆動装置２０内部に設定されているものである。ステップ１０６，１０８，１１０のいずれかで、規格値を超えると判断された場合はメインユニットへ実行可能案を通知する（ステップ１１２）。上述の実行可能案とは、サブユニット１３が自己の状態を考慮した上で上記規格値を満たしながら出力可能と判断するトルク値の情報である。サブユニット１３がメインユニット１０に対し実行可能案を通知すると、メインユニットから上記実行可能案の維持を前提とした指令がなされる。指令を受けたサブユニット１３はステップ１００から始まるフローを再度実施する。

サブユニット１３は、受け取った指令がステップ１０６,１０８,１１０において温度、電流、電圧の規格値を超えないと判断した場合にはその指令を実行できる旨をメインユニット１０へ通知する（ステップ１１４）。次にサブユニット１３はメインユニットからなされる指令を受け取る。この指令としては二通りの内容がありえる。ここではそれらを指令Ａ、指令Ｂとして説明する。指令Ａはメインユニットが、サブユニット１３と他のサブユニット全てから図５のステップ１１４に記載する通知を受けた場合に行われる。指令Ａとはステップ１１４により通知した指令の実行を許可する指令である。この指令は最終指令と称する。最終指令は他のサブユニットに対する最終指令と同時になされる。最終指令を受けた場合サブユニット１３はステップ１１４で実行可能である旨の通知を行った指令を実行する（ステップ１１６）。指令Ｂはサブユニット１３以外のサブユニットが実行可能案を通知したことにより、サブユニット１３の指令が変更される場合に行われる。指令Ｂは、ここまでサブユニット１３が模擬し、実行可否を判断した指令と異なる新たな指令の事である。指令Ｂがなされた場合サブユニット１３は再度図５のステップ１００からのルーチンを実行する。

このようにしてサブユニット１３は指令の実行を模擬し自己を安全に稼動できると判断した指令のみ実行する事により理想的な状態からの逸脱を回避し理想的な状態を継続する事ができる。

図６はメインユニット１０がトルク制御のために実行するルーチンを説明するための図である。本実施形態においてサブユニット１３，１４，１６,１８,１９にはトルクに関するものが複数含まれるものとする。まず、メインユニット１０はシステム全体として達成するべき目標出力トルク値を決定する（ステップ１２０）。次に各サブユニットへ指令する出力トルクの割り当てを検討する（ステップ１２２）。前述した出力トルクの割り当ての検討は燃費マップを考慮して行われる。燃費マップとは、燃費効率を向上させるために、サブユニットにどのように指令するべきか判断する際のデータである。前述の燃費マップにより決められたトルク値の指令がトルクに関するサブユニットへそれぞれ通知される（ステップ１２４）。

ステップ１２４により指令を受けたトルクに関するサブユニットはそれぞれ図５のフローに従い応答を行う。メインユニットはこの応答を受信し実行可能案の有無を認識する（ステップ１２６）。メインユニット１０がトルクに関するサブユニットのいずれか又は複数から実行可能案を受け取った場合、当該実行可能案を維持する再指令を行う（ステップ１２８）。再指令の内容は、当該実行可能案の維持を前提とする。そして、当初の指令と上記実行可能案との差分は、実行可能案を通知しなかったサブユニットに加重する。上記加重の際には前述した燃費マップが考慮される。このように、実行可能案を通知したサブユニットがあっても、実行可能案と当初の指令との差分を他のサブユニットが補う事によりシステムの通電継続が可能である。

メインユニット１０が発した指令へのサブユニットの応答が全て前述の指令を実行できる旨のものである場合、メインユニット１０はサブユニットへの最終指令を行う（ステップ１３０）。前述したように、最終指令はサブユニットの指令実行を許可する指令である。最終指令を通知すると図６でメインユニットが実行するルーチンが終了する。
上述してきたように本実施形態のメインユニット１０はサブユニットからの実行可能案を維持した再指令を行う事ができる。

本実施形態ではサブユニットが制御する対象として出力トルクを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。メインユニットとサブユニットを備え、複数のサブユニットが相互に機能を補完しあえる関係にあれば本発明を利用する事ができる。例えばサブユニットとして電動パワーステアリングと車両姿勢制御システムを備え、操舵システムを制御する場合でも同様の効果が得られる。

実施の形態２
本実施形態は実施形態１に記載の制御用メインユニットの制御決定に要する時間を短縮化した制御用メインユニットに関する。
本実施形態の構成は実施形態１と同様である。

実施形態１では、メインユニット１０が実行可能案を認識した時であっても、図６のステップ１２０で決定した目標トルクを維持した再指令を行う。目標トルクを維持した指令を繰り返した場合、サブユニットが実行可能案を出し続ける事により最終指令に至るまでの時間に遅延が生じる事がある。最終指令の通知の遅延は迅速な制御判断の要求されるシステムにおいて問題となる場合がある。

本実施形態では、メインユニットが目標トルクを変更する事ができる。この変更はメインユニットがあらかじめ定められた回数だけ実行可能案を受け取った場合に行われる。ここで、変更された目標トルクの指令は全てのサブユニットが即座に実行可能なものである。従って変更された目標トルクの指令を受けたサブユニットは、メインユニットに実行可能である旨の通知を行い、すみやかに現実の制御が行われる。これにより本実施形態では最終的な制御判断の遅延を防止できる。

図７は本実施形態におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明する図である。図７においてステップ１２０,１２２，１２４,１２６,１２８,１３０は実施形態１で図６を用いて説明した内容と同一であるため説明を簡略化する。まず、ステップ１４０ではカウンターの計数値Ｎが０にリセットされる。ここでカウンターの計数値Ｎとは、メインユニット１０が実行可能案を受け取った回数を表す。すなわち、
カウンターの計数値Ｎとは、いずれかのサブユニットが指令を受け入れなかった回数を示す値である。続いて、目標トルクの決定、サブユニットへの指令内容の検討、サブユニットへの制御指令の順に処理が進められる（ステップ１２０，１２２，１２４）。次にメインユニット１０は実行可能案の有無を判断する（ステップ１２６）。ステップ１２６においてメインユニット１０がすべてのサブユニットから実行可能である旨の通知を受けた場合は実施形態１と同様に最終指令を行い、一連のルーチンを終了する（ステップ１３０）。

一方、ステップ１２６において実行可能案を認識したときは、前述のカウンターの計数値Ｎが０から１にインクリメントされる（ステップ１４２）。次にステップ１４４では、ステップ１４２でインクリメントされたカウンターの計数値Ｎが設定値未満か否かが判断される。設定値とはあらかじめ定められた値である。ステップ１４４でカウンターの計数値Ｎが設定値未満と判断された場合は、ステップ１２６で受け取った実行可能案を維持して再指令を行い前述のフローを繰り返す（ステップ１２８）。他方、ステップ１４４でカウンターの計数値Ｎが設定値以上と認識された場合はステップ１４６へ進む。ステップ１４６では、メインユニットが達成しようとする目標トルク値を変更する。この変更はサブユニットが即座に実行できるように、実行可能案の維持を前提としている。従って、ステップ１４６による目標の変更は制御判断の迅速化とシステムの稼動継続に寄与する。ここで、前述したように目標値を変える事の利点の一例は次のようなものである。寒冷地や砂漠などの過酷な環境下ではメインユニットが当初の目標トルク値を下方修正してでもシステムの稼動を継続しなければならない場合がある。そのような場合にステップ１４６に示すとおり目標値を変更しシステムの稼動を継続する事はドライバーの安全を守るために役立つ。ステップ１４６ではさらに、前述の変更された目標トルク値に基づき決められた指令をサブユニットに指令する。そして、前述の指令は実行可能案を維持しているのでサブユニットはすみやかに指令を実行できる旨の通知を行う。これを受けてメインユニットはステップ１３０において最終指令を行う。その結果、全てのサブユニットで実行可能案による制御が実行される。

本実施形態では上述してきたように、設定値を設ける事によりメインユニットとサブユニットの制御調整回数を制限する。この制限により無駄な制御調整の繰り返しを回避し迅速な最終指令を行う事ができる。ここで、本実施形態では設定値を５としている。これはサブユニットの総数と一致させた数である。設定値を５としてサブユニットの総数と一致させる事は次のような利点がある。すなわち、メインユニットからなされる指令に対して異なるサブユニットが一つずつ実行可能案を返した場合、全てのサブユニットから実行可能案を受け取るのに要する指令回数は５回である。つまり全てのサブユニットが実行可能案を返すために要する指令回数の最大値は５である。全てのサブユニットが実行可能案を返している状況で当初の目標を維持した指令を５回を超えて発しつづけても原則として最終指令に至る事は無い。従って設定値をサブユニットの数と同数にする事により、可能な限り当初の制御目標を貫徹しながらも、無駄な指令は防止し制御判断を迅速化させる事ができる。

本実施形態では設定値を５としたが、設定値は５より小さい値でも良い。設定値は上述した設定値の意義を把握したうえで、制御判断にどの程度の迅速性が要求されるかにより、適宜決めればよい。

本実施形態では設定値によりメインユニット、サブユニット間の制御調整回数を制限したが、全てのサブユニットが実行可能案を返した時点で制御目標値を変更する事としてもよい。これにより、たとえばメインユニットからなされる１回目の指令に対して全てのサブユニットが実行可能案を返す場合に、カウンターの計数値Ｎが設定値に達するまで指令を繰り返す無駄を回避できる。

実施の形態３
本実施形態は、複数指令を処理する事により迅速に制御判断を行う事が出来る制御用サブユニットと、制御用メインユニットに関する。
本実施形態の構成は実施形態１と同様である。

実施形態１では、メインユニットが一つの指令を行い、サブユニットはその一つの指令の実行可否を判断してメインユニットに通知を返す。ここで、指令を一つずつ検討する事は、メインユニット、サブユニット間の通信回数を増やす場合がある。このように、適切な制御判断を行うまでに多数回の通信を要する場合、迅速な制御実現が阻害されることが考えられる。

本実施形態ではメインユニットは一度に複数の指令をサブユニットへ送信する。サブユニットは受け取った複数の指令を検討し、安全に実施できると判断した指令（以後、実行可能指令と称する）をメインユニットへ通知する。前述した実行可能指令を各サブユニットから受け取ったメインユニットは、実行可能指令の範囲内で、最適な組み合わせを算出する。前述の最適な組み合わせは燃費等を考慮して算出される。そして最適な組み合わせは最終指令としてサブユニットへ通知される。その後サブユニットは受け取った最終指令を実行する。このように本実施形態によれば、サブユニットが複数案の実行可否を判断する事によりメインユニット、サブユニット間の通信回数を低減できる。これにより、迅速な制御判断が可能である。また、サブユニットが前述の最適な組み合わせを実行する事により、燃費や制御状態の安全性の観点からも良好な状態を保つ事ができる。

図８は本実施形態におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。まずサブユニット１３はメインユニット１０から複数指令を受け取る（ステップ１５０）。複数指令の受け取り後、サブユニット１３はセンサー２２，２４，２６の読み込みを行い自己の状態を把握する（ステップ１５２）。次に、ここで把握された状態に基づき前述した複数指令をシミュレーションする（ステップ１５４）。シミュレーションは半導体駆動装置２０が内蔵するシミュレータにより行われる。そして、前述したシミュレーションの結果安全に実行できるとする指令（実行可能指令）を認識する（ステップ１５６）。さらに、ステップ１５６で選択した実行可能指令をメインユニットへ通知する（ステップ１５８）。そして、メインユニット１０から特定の１の実行可能指令の実行を許可する旨の最終指令がなされる。そしてサブユニット１３は最終指令を認識、実行しルーチンを終了する（ステップ１６０,１６１）。

図９は本実施形態におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明するための図である。メインユニット１０は、各サブユニットに対し複数指令を送信する（ステップ１６２）。次に図８ステップ１５０〜１５８により決定された実行可能指令を受け取ったか否かが判断される（ステップ１６４）。ステップ１６８により実行指令の受け取りを認識した時は、その実行可能指令のなかで最適な組み合わせを選択する（ステップ１６８）。この選択は高燃費、安全稼動等を達成する事を目的におこなわれる。前述の選択の結果は最終指令としてサブユニットに通知される（ステップ１７０）。

本実施形態では、メインユニットとサブユニットからなるシステムが複数指令を扱う事で、メインユニット、サブユニット間の通信回数を低減することにより制御判断を迅速化させる事ができる。さらに本実施形態では、メインユニットが、受け取った実行可能指令の範囲内で最適な組み合わせを決定するため、すみやかな制御判断を達成している。なお、メインユニット１０が組み合わせ決定の際に当初のトルク目標値を維持できないと判断したときは目標値の変更を行う事で対応する。

本実施形態におけるサブユニットはステップ１５８により実行可能指令をメインユニットへ通知する事としたが、前述の通知を行わなくても良い。前述の通知を行わない場合、サブユニットは実行可能指令を実行する。このように、ステップ１５８による通知を行わない分迅速な制御実現が可能となる。

本実施形態ではメインユニットがステップ１６８において必ず組み合わせを選択する事としたが、組み合わせを選択せずに再度複数指令を通知しても良い。この処理によれば再度の複数指令により、より良好な制御状態を目指す事が出来る。

実施の形態４
本実施形態は、指令の変更を行うことにより制御を安全かつ迅速に行う制御用サブユニットと、制御用メインユニットに関する。
本実施形態の構成は実施形態１と同様である。

実施の形態１〜３におけるサブユニットの制御実行は、原則として、指令を受けたサブユニットが一度メインユニットに対し何らかの回答を行った後になされていた。このように、指令を受けたサブユニットが、現実の制御を行う前に一度メインユニットに対して回答を返す事は、迅速な制御決定を阻害する原因となる。

本実施形態では、サブユニットが指令を受け取ると、メインユニットに回答を返す事無く指令を実行、若しくは制御計画を立案し実行する。そして、サブユニットは前述の制御実行後にメインユニットに対し制御状態を通知する。この通知を受けたメインユニットは必要に応じて、サブユニットに対し再度の指令を行う。このように本実施形態では制御実行の前にメインユニットへの通知を行わないので、現実の制御を迅速に行う事が出来る。さらにサブユニットは安全稼動の観点から制御計画を立案する事が出来るので、サブユニットの安全稼動も担保されている。

図１０は本実施形態におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。サブユニット１３はステップ１８０でメインユニットから指令を受け取った事を認識する。次いで、状態を把握するためにセンサー値の読み込みを行う。そして、読み込まれたセンサー値に基づき指令の実行をシミュレーションする（ステップ１８２）。その後前述したシミュレーション結果から予想された発熱値が規格値を超えるか否かが判断される（ステップ１８４）。ここで規格値とは図５のステップ１０６，１０８，１１０で定義したものと同一である。ステップ１８４で、シミュレーションから得られた発熱値が規格値を超えないと判断したときは指令を維持してステップ１８６に進む。一方、ステップ１８４で、前述した発熱値が規格値を超えると判断された時は、トルク指令は規格値内におさめうる指令に変更される（ステップ１８５）。この場合はステップ１８５で指令が変更されたあと、ステップ１８６へ進む。ステップ１８６では上述した発熱値を電流値に置き換えた処理が行われる。すなわち前述のシミュレーションの結果、電流値が規格値を超えないと判断された時はステップ１８８へ進み、規格値を超えると判断したときはステップ１８７に進み電流を規格内におさめうる指令に変更する。さらにステップ１８８ではステップ１８４の発熱値を電圧値に置き換えた処理が行われる。すなわち前述のシミュレーションの結果、電圧値が規格値を超えないと判断された時はステップ１９０へ進み、規格値を超えると判断したときはステップ１８９に進み電圧値を規格内におさめうる指令に変更しステップ１９０へ進む。

このようにして決められたトルク指令は、ステップ１９０において実行される。ステップ１９０で実行される指令は、ステップ１８４〜１８９の処理によりサブユニットにとって安全に実行できる指令となっている。ステップ１９０により制御を実行した後、実行した内容をメインユニットへ通知する（ステップ１９２）。

図１１は本実施形態におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明するための図である。メインユニット１０は目標トルクを決定する（ステップ１９４）。次いで、その内容を各サブユニットへ指令する（ステップ１９６）。そして、各サブユニットにおいて現実に実行されたトルク値の受信を認識する（ステップ１９８）。ステップ１９８で受信を認識したと判断した後、ステップ１９６で行ったトルク値の指令とステップ１９８で認識したトルク値との間の差分（以後「偏差」と称する）が存在するかを判断する（ステップ２００）。この偏差の有無の判断は各サブユニットに対して行われる。ステップ２００で全てのサブユニットの偏差が０である場合は、ステップ１９６で行った指令が各サブユニットでそのまま実行された事になるのでルーチンを終了する。他方、ステップ２００で偏差が０でないサブユニットを認識した場合はいずれかのサブユニットで当初の指令が実行できていない事になる。このような場合はまず偏差が０であるサブユニットを抽出する（ステップ２０２）。次に、ステップ２００で認識した偏差を、ステップ２０２で抽出した偏差が０であるサブユニットに割り当てた再指令を行う（ステップ２０４）。以後この再指令を対象としてステップ１９８以降の処理を行う。

図１０と図１１を用いて説明してきた通り、本実施形態ではサブユニットが指令を受けるとメインユニットからの再度の指令を待たずに制御を実行する。これによりメインユニットとの通信等に要する時間を省略できるため、迅速な制御実行が可能となる。また、メインユニットからなされた指令がサブユニットにとって安全に実施出来ないときは、自律的に指令内容を変更する事により安全な稼動継続も達成している。さらにメインユニットが必要に応じて再指令を行う事により、可能な限り当初の目標トルクを達成することが出来る。

実施の形態５
本実施形態は、自律的に制御を決定、実行する事により、メインユニットの負荷を低減しうる制御用サブユニットと、このサブユニットと共に用いる制御用メインユニットに関する。
本実施形態の構成は実施形態１と同様である。

実施の形態１〜４においては、サブユニットが実行する制御はメインユニットからの指令に基づいて決められていた。このような制御機構は「マスタースレーブ型」と呼ばれる。マスタースレーブ型制御機構において、サブユニットの数が増大するとメインユニットはより多くの指令等を送受信しなくてはならず、メインユニットの負担が過大となる事が考えられる。

本実施形態におけるサブユニットとメインユニットからなるシステムは、前述のマスタースレーブ型制御機構に代わり「自律分散型」制御機構を採用している。自律分散型とは、システム全体で達成すべき出力の値（以後、全体目標トルクと称する）を把握した上で、複数のサブユニットが自律的に制御方針を決めることを特徴とする。従って自律分散型制御機構ではメインユニットが個々のサブユニットに対し個々のサブユニットで達成するべき目標トルク（以後、個別目標トルクと称する）を通知する事は無いのでメインユニットの負担を抑制できる。

図１２は本実施形態におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。まずサブユニット１３はメインユニット１０から全体目標トルクが発せられたか否かを判断する（ステップ３００）。全体目標トルクの受信が認められたときは、温度センサー２２、電流センサー２４、電圧センサー２６の値が読み込まれる（ステップ３０２）。次いで、読み込んだセンサー値の結果に基づき、実行可能値の決定のための計算が行われる（ステップ３０４）。前述の実行可能値とはサブユニット１３が安全に実行できるトルク値の最大値のことをさす。そして、ステップ３００で受け取った全体目標トルク値と前述した実行可能値との差分から要求値が決定、出力される（ステップ３０６）。ここで要求値とは、前述の差分を各他サブユニットへ割り当てたものとする。サブユニット１３は前述の割り当てを決定するためのマップを備え、そのマップに従って前述の割り当てが決定される。

上述してきたルーチンはサブユニット１３以外の他サブユニットでも実行されている。従ってサブユニット１３は他サブユニットからの要求値（以後、他サブユニット要求値と称する）を受け取る。ステップ３０８では他サブユニット要求値の受信があったかを判断する。他サブユニット要求値の受信を判断したときはステップ３１０へ処理が進められる。ステップ３１０では他サブユニット要求値と実行可能値の大小が判断される。他サブユニット要求値が実行可能値を下回る場合は他サブユニット要求値が実行される（ステップ３１２）。この場合すべてのサブユニットが他サブユニット要求値を実行すれば全体目標トルクを達成する事ができる。一方、他サブユニット要求値が実行可能値を超える場合は実行可能値が実行される（ステップ３１４）。このように、他サブユニット要求値が実行可能値を超えるときは実行可能値を実行する事により、サブユニット１３の安全稼動が継続できる。そしてステップ３１２またはステップ３１４で実行した内容をメインユニット１０へ通知する（ステップ３１６）。

図１３は本実施形態におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明するための図である。まずメインユニット１０は、目標トルクを決定する（ステップ３１８）。次に各サブユニットから実施された制御についての情報を受け取ったことを認識する（ステップ３２０）。ステップ３２０で受け取った情報をもとに、システム全体で達成されているトルク値（以後、実トルクと称する）を算出する（ステップ３２２）。次にステップ３１８で決定した目標トルクと前述の実トルクとの間の偏差の有無及び量が計算される（ステップ３２４）。ステップ３２６では前述の偏差が０であるか否かが判断される。偏差が０と判断された時は、目標トルクが達成されているのでルーチンを終了する。一方、偏差が０でないと判断された時は目標指令が達成できていない事になる。このような場合は調整目標トルクが各サブユニットへ出力される（ステップ３２８）。ここで、調整目標トルクとは、サブユニットに当初の目標トルクを達成させるように、メインユニット１０が調整した目標トルクの事である。調整目標トルクは以下のように決定される。すなわち、調整目標トルクを、目標トルクの達成が見込まれる程度目標トルクよりも高い値とする。このように調整目標トルクを決定する事により結果として、目標トルクの達成が可能である。ステップ３２８により調整目標トルクが出力された後は、再度ステップ３２０に戻り再び前述の処理を繰り返す。

図１２、１３を用いて説明してきた通り、本実施形態によれば、メインユニットが全体目標トルクをサブユニットに対して送信すれば、実際の制御の決定はサブユニットが自律的に行う。これによりメインユニットの負荷が低減できる。また、メインユニットは実トルクと全体目標トルクとの差分を計算し、調整目標トルクを指令する事により目標トルクの実現が可能となっている。さらに、本実施形態のサブユニットは、相互に要求値を送受信する事により、サブユニット全体として全体目標トルクを可能な限り達成すると共に安全稼動も継続できる。

実施の形態６
本実施形態は、優先順位に基づき、他サブユニットからの要求値を選択し実行する事により全体目標トルクを高い確度で実現する制御用サブユニットと、このサブユニットと共に用いる制御用メインユニットに関する。
本実施形態の構成は、前述の優先順位を決定するための装置である神経回路網が各サブユニットに内蔵されている事を除き、実施の形態１と同様である。

実施の形態５で説明したサブユニットは、１の他サブユニット要求値を実行可能値と比較して実行する。つまり、実施の形態５のサブユニットは複数の他サブユニットからの要求値のうち、全体目標トルクを達成するために最も適切な他サブユニット要求値を選択できない。このような場合、サブユニットが適切な他サブユニット要求値を実行できなかったために、全体目標トルクを達成できない事が考えられる。

本実施形態におけるサブユニットは、決定した優先順位に従い、複数の他サブユニットから受け取った他サブユニット要求値のうちから実行すべき他サブユニット要求値を選択、実行する。前述の優先順位とは、サブユニットが、全体目標トルク達成の観点から複数の他サブユニット要求値のうちどの要求値を実行するかを決めるための情報である。優先順位はサブユニットがそれぞれ内蔵する神経回路網により決定される。これにより、サブユニットは全体目標トルクを達成する要求値を実行できる。さらに、本実施形態では、メインユニットが全体目標トルクを達成するために前述の神経回路網の演算方法を修正させる信号（以後、強制信号と称する）を出す。強制信号により、神経回路網は全体目標トルクを達成するための適切な選択を行うことができる状態になる。これにより、本実施形態では全体目標トルクの達成が高い確度で達成できる。

図１４は本実施形態におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。図１４において、ステップ３００，３０２，３０４，３０６，３１４，３１６は実施の形態５で説明したものと同一であるため説明を簡略化する。サブユニット１３はまずメインユニット１０から全体目標トルクの情報を受け取ったかを判断する（ステップ３００）。全体目標トルクを受け取ったと判断した時は、センサー値を読み込み（ステップ３０２）、実行可能値を決定する（ステップ３０４）。そして他サブユニットそれぞれへの要求値を決定し、他サブユニットへ出力する（ステップ３５０）。その後、他サブユニット要求値と車両情報信号を受け取ったかを判断する（ステップ３５０）。車両情報信号とは、他サブユニット要求値のうち優先的に実行するべき他サブユニット要求値を決めるためのパラメーターの情報である。前述のパラメーターは車両の状態に関する情報、すなわち、車両スピードや、ステアリング角や、パワーデバイスの電圧、電流、温度などの情報を含む。

ステップ３５０で他サブユニット要求値と車両情報信号を受け取ったと判断した時、車両情報信号は図１６に示す神経回路網の入力層にインプットされる。次に前述の車両情報信号に基づき優先順位１位の他サブユニット要求値を決定する（ステップ３５２）。優先順位１位の要求値は図１６に示す神経回路網により決定される。神経回路網は入力層、中間層、出力層を備える。入力層では車両情報一つ一つが黒丸で表されている。入力層から中間層への車両情報の伝達の際、車両情報それぞれに重みづけされた関数（以後、関数Ｗ１と称する）が乗ぜられる。なお図１６で入力層―中間層間と中間層―出力層間を繋ぐ線分は重みづけされた関数が乗ぜられた事を表している。関数Ｗ１と後述する関数Ｗ２は車両情報に応じて、全体目標トルク達成の観点から、優先的に実行するべき他サブユニット要求値を決めるように定められている。次に、中間層の値は関数Ｗ２を乗ぜられた後に出力層に伝達される。出力層の値は０か１のいずれかであり、０は実行を保留、１は優先的に実行する事を表す。また、出力層の黒丸はそれぞれ、他サブユニット要求値に対応する出力を表す。したがってサブユニット１３は、出力層で１と表示された他サブユニット要求値を優先順位1位の要求値と判断する。

ステップ３５２で優先順位1位の要求値が決定された後、優先順位１位の要求値と実行可能値の大小が比較される（ステップ３５４）。比較の結果、優先順位1位の要求値が、実行可能値より小さい時は優先順位1位の要求値を実行する（ステップ３５６）。優先順位1位の要求値を実行することにより、システムとしては、全体目標トルクの達成が高い確度で達成できる。他方、優先順位1位の要求値が、実行可能値より大きいときは実行可能値を実行する（ステップ３１４）。このような場合に実行可能値を実行する事により安全稼動が保証されている。最後に実行内容をメインユニット１０へ通知しルーチンを終了する（ステップ３１６）。

図１５は本実施形態におけるメインユニット１０の実行するルーチンを説明するための図である。図１５におけるステップ３１８，３２０，３２２，３２４は図１３の内容と同一であるため記載を簡略化する。メインユニット１０はまず、全体目標トルクを決定する（ステップ３１８）。次いで、各サブユニットから実施値を受け取ったと判断した後に実トルクが算出される（ステップ３２０、３２２）。続いて、全体目標トルクと実トルクの偏差が計算される（ステップ３２４）。次のステップ３６０では、偏差が規定値を超えるサブユニット（以後、偏差大サブユニットと称する）の有無が判断される。規定値とはあらかじめ定められた値で、偏差の大小を判断する基準となるものである。

ステップ３６０において偏差大サブユニットがないと判断した時は、全体目標トルクが満足できる程度に達成できている場合であるため、ルーチンを終了する。一方ステップ３６０において偏差大サブユニットがあると判断した時は、優先順位の決定が適切に行われなかった事が考えられるので、偏差大サブユニッ0トの優先順位決定方法を見直すための処理が行われる。この場合、ステップ３６２の処理が行われる。ステップ３６２では前述の偏差大サブユニットが受け取った他サブユニット要求値と、偏差大サブユニットが神経回路網により決めた優先順位の情報が読み込まれる。そして、ステップ３６２で把握した内容に基づき偏差大サブユニットへの強制信号の送信要否が判断される（ステップ３６４）。ステップ３６４において、偏差大サブユニットが決定した優先順位は全体目標トルク達成のために適切であったと判断した時は、関数Ｗ１、Ｗ２の変更は不要なので、強制信号を出力せずルーチンを終了する。他方、メインユニット１０は、偏差大サブユニットが決定した優先順位は全体目標達成のために適切でなかったと判断した時は、強制信号を偏差大サブユニットへ送信する（ステップ３６６）。強制信号とは、メインユニットが適切と判断した優先順位を表す信号である。ここで、偏差大サブユニットが優先順位を決定した際、神経回路網の入力層に入力された値を偏差大入力と称する。また、前述の偏差大入力に対する出力層の値を偏差大出力と称する。偏差大サブユニットの神経回路網は強制信号を受けると、前述の偏差大入力に対して偏差大出力ではなく強制信号の内容の出力をするように関数Ｗ１、Ｗ２を変更する。従って、偏差大サブユニットは強制信号受信後、偏差大入力と等価の入力があった時には強制信号と同一の出力を行うようになる。上述してきたように、強制信号により神経回路網は全体目標トルク達成のために適切な優先順位決定を行う状態となっている。

本実施形態によれば、サブユニットは車両情報に基づき優先順位1位の他サブユニット要求値を決定し、それを優先的に実行することにより、全体目標トルクの高い確度での達成が可能である。さらに、メインユニットが強制信号を送信し、神経回路網が適切な判断を行うように関数Ｗ１，Ｗ２を変更させる事により、全体目標トルク達成の確度を向上させている。

本実施形態では優先順位決定のために神経回路網を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。優先順位決定の手段は、入力状態に基づき優先順位を決定できるものであればよい。例えばＧＡ（genetic algorithm）を用いて優先順位を決定しても良い。

実施の形態７
本実施形態は、自律的に電力ロスを抑制する制御用サブユニットに関する。
本実施形態の構成は、実施の形態１と同様である。ただし、本発明は図３のコンバータ３０（以後、昇圧システムと称する）に特徴があるので、その部分を説明するための図を図１７に示す。図１７においては説明の便宜上、バッテリー３７０が搭載されている。スイッチ回路６０、６２はそれぞれＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)３７４、３７６を備える。ＩＧＢＴ３７４、３７６にはそれぞれ還流ダイオード（ＦｗＤｉ（Free Wheeling Diode））３７８、３８０が並列に接続されている。これにより回路が保護される。

上述した昇圧システムにおいて、昇圧後の電圧は、ＩＧＢＴ３７６のＯＮ／ＯＦＦ時間の比（以後、デューティ比と称する）で定まる。図１８（Ａ）はＩＧＢＴ３７６のスイッチングの波形である。図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）と等しいデューティ比であるが、図１８（Ａ）よりＯＮ／ＯＦＦの周期が短いスイッチングを行ったときの波形である。ＩＧＢＴ３７６をＯＮとする期間が長いほど高い電圧を生成できる。ＩＧＢＴによるスイッチングでは、メカニカルスイッチと異なり、電流Ｉと電圧Ｖの積が０にならない期間（以後、クロス期間と称する）が生じる。クロス期間は図１８（Ａ），（Ｂ）では黒塗りの部分で表現されており、電力ロスを表す。従って、図１８（Ｂ）のように、スイッチングが短い周期で行われると、電力ロスが増大してしまう懸念がある。

本実施形態のサブユニットは、ＩＧＢＴ３７６の電力ロスの量をシミュレーションする。シミュレーションの結果、電力ロスが定められた量を超えると判断した時は、デューティ比を維持してスイッチングの周期を長くする。これにより所望の昇圧を達成しつつ、電力ロスは低減できる。

図１９は本実施形態におけるサブユニット１３の実行するルーチンを説明するための図である。まず実行するべき指令が決定される（ステップ４００）。次に、サブユニット１３が内蔵するシミュレータにより前述の指令の実行を模擬する（ステップ４０２）。このシミュレーションは電力ロスを見積もるために行われる。次に、このようにして算出された電力ロスが判定値と比較される（ステップ４０４）。判定値とは、システムが許容できる電力ロスの最大値であり、あらかじめ定められた値である。ステップ４０４において電力ロスが判定値を超えると判断された時は、デューティ比を維持してスイッチングの周期を長くする。つまり、図１８（Ｂ）のように短い周期でスイッチングが行われる場合に、図１８（Ａ）のようにデューティ比を維持してスイッチングの周期を長くする。このような長周期化により、電力ロスが低減できる。他方、電力ロスが判定値を超えないと判断された時は、ステップ４００で決定した指令を維持する。本実施形態では、上述してきたように、昇圧システムの電力ロス低減を行う事により、電力ロスに伴う弊害を回避できる。

本実施形態では昇圧システムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。パルスのデューティ比を変化させて制御するものであれば本発明の効果である電力ロス低減が達成される。

実施の形態８
本実施形態は、自律的に素子の耐圧以下での稼動を維持する制御用サブユニットに関する。
本実施形態の構成は、実施の形態７と同様である。本発明は実施の形態７と同様に、昇圧システムに特徴がある。

半導体パワー素子を有するサブユニットにおいて、目標トルクを出力しようとすると、生成するべき電圧が耐圧を超える事がある。

本実施形態のサブユニットは、昇圧システムが昇圧する際に高圧ダメージを受ける可能性があるか否かを判断する。そして、高圧ダメージを受ける事が予想されるときはデューティ比を低減させる。ここでデューティ比とは、図１７におけるＩＧＢＴ３７６の駆動信号のデューティ比をさす。デューティ比を低減することにより、昇圧システムにより生成される電圧は低下するから、昇圧システムを保護できる。

図２０は本実施形態におけるサブユニット１３の実行するルーチンを説明するための図である。まず実行するべき指令が決定される（ステップ４００）。次に、サブユニット１３が内蔵するシミュレータにより前述の指令の実行を模擬する（ステップ４１０）。このシミュレーションは、ステップ４００で決定した指令を実行した時の到達電圧を算出する。到達電圧とは、昇圧システムが生成する電圧の事である。次に、このようにして算出された到達電圧が耐圧と比較される（ステップ４１２）。耐圧とは、素子が許容できる電圧の最大値であり、あらかじめ定められた値である。ステップ４１２において到達電圧が耐圧を超えると判断された時は、デューティ比を低減する（ステップ４１４）。デューティ比を低減すると図１７のリアクトル３６に蓄えられる電圧が下がるため、生成電圧が低下する。デューティ比の低減は図２１（Ａ）（Ｂ）に示すように、図２１（Ａ）のＯＮ期間を図２１（Ｂ）のように短縮化する事により行われる。これによりデューティ比は低減されるため、到達電圧は低下する。他方、到達電圧が耐圧を超えないと判断された時は、ステップ４００で決定した指令を維持する。上述してきたように、本実施形態ではデューティ比を低減することにより、昇圧システムの到達電圧を耐圧以下に制限する。これにより、サブユニット１３前述した高圧ダメージを回避できる。

本実施形態では昇圧システムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。パルスのデューティ比を変化させて制御するものであれば本発明の効果であるパワー半導体の耐圧以下での稼動が達成される。

実施の形態９
本実施形態は、自律的に通電時間を抑制する事により許容温度以下で稼動する制御用サブユニットに関する。
本実施形態の構成は、実施の形態１と同様である。サブユニット１３の構成を示す図３において、３相交流インバータ３２は、その通電時間を増やすとチップ温度上昇を引き起こす。許容温度以上のチップ温度上昇は、サブユニットの安全稼動の観点から回避する必要がある。

本実施形態のサブユニットは、３相交流インバータ３２への所定の通電時間の通電によりチップ温度が許容温度を超えるか否か判断する。チップ温度が許容温度を超えると判断したときは、許容温度を超えない程度まで通電時間を低下させる。許容温度とはサブユニットの安全稼動のためにあらかじめ定められた温度である。本実施形態では許容温度以下でサブユニットの稼動を継続するため、安全稼動が可能である。

図２２は本実施形態におけるサブユニット１３の実行するルーチンを説明するための図である。まず実行するべき指令が決定される（ステップ４００）。次に、サブユニット１３が内蔵するシミュレータによりシミュレーションが行われる（ステップ４１６）。このシミュレーションは、通電可能時間を決めるために行われる。通電可能時間とは、チップ温度が、前述した許容温度を超えない範囲で通電継続できる最長の時間である。通電可能時間の決定方法の概略を図２３（Ａ）（Ｂ）に示す。図２３（Ａ）（Ｂ）の横軸は時間である。図２３（Ａ）（Ｂ）では通電電流が流れ始めるとチップ温度が上昇し、ある時間が経過した時点でチップ温度が許容温度に到達する様子が示されている。図２３（Ｂ）に示す通り、通電開始からチップ温度が許容温度に到達するまでの時間が通電可能時間である。本ステップ４１６では、具体的には、現在のチップ温度を前提としてシミュレーションを実施して通電可能時間を決定する。
次に、ステップ４１６で算出された通電可能時間はステップ４００で決定した指令に含まれる通電時間（以後、指令通電時間と称する）と比較される（ステップ４１８）。比較の結果、通電可能時間が指令通電時間を上回る場合は指令通電時間が維持される。この場合、指令通電時間だけ通電しても許容温度以下で稼動できる。一方、通電可能時間が指令通電時間を下回るときは、通電可能時間が選択される（ステップ４２０）これにより、通電時間は低減されるが、サブユニットの安全稼動が可能である。

本実施形態では３相交流インバータを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。通電時間により制御を実行する装置であれば本発明の効果が得られる。

実施の形態１０
本実施形態は、パワー半導体の通電時間等を低減または通電を停止する事により、パワー半導体の安全稼動を可能とする制御用サブユニットと、このサブユニットと共に用いる制御用メインユニットに関する。

本実施形態の構成は、図１に示される通り、メインユニットと複数のサブユニットからなる。サブユニットとして本実施形態では図２４に示すようなサブユニット５０１を備える。サブユニット５０１は直列に接続されたパワー半導体とリレーを複数有する。すなわちパワー半導体５００とリレー５０４は直列に接続され、パワー半導体５０２とリレー５０８も直列に接続されている。また、パワー半導体５００、リレー５０４とパワー半導体５０２、リレー５０８は並列に接続されている。パワー半導体を並列に接続する事により個々のパワー半導体について切り離しの要否を判断し、必要に応じて切り離す事ができる。ここで切り離しとは、パワー半導体を通電しない状態とする事を表す。パワー半導体５００とパワー半導体５０２は半導体制御装置５１０により制御される。さらに、サブユニット５０１は内部に半導体診断装置５０６を備える。半導体診断装置５０６によるパワー半導体５００、５０２の診断はＯＦＦ時のリーク電流量（以後、リーク量と称する）に基づき行われる。

パワー半導体を有するサブユニットにおいては、パワー半導体のリーク量の増加によりショートに至ることが考えられる。パワー半導体がショートに至るとパワー半導体の通電制御が行えなくなる。また、あるパワー半導体が通電制御不能な場合であってもシステム全体として目標トルクを達成するためには、メインユニットに対しそのパワー半導体が制御不能である事を認識させる必要もある。

本実施形態のサブユニットはパワー半導体のリーク量に基づき、パワー半導体への通電の抑制若しくは通電の中止を実行できる。リーク量の把握はサブユニットが備える半導体診断装置により行われる。これにより、パワー半導体の安全稼動が可能である。さらに、本実施形態のサブユニットは前述の通電の抑制若しくは通電の中止があった際にはその内容をメインユニットに通知する。これによりメインユニットはシステム全体の目標トルク達成のために的確な制御計画を立案できる。

図２５は本実施形態におけるサブユニット５０１に備わる半導体診断装置５０６が実行するルーチンを説明するための図である。まず半導体診断装置５０６はパワー半導体５００のリーク量を読み取る（ステップ６００）。次に、ここで読み込まれたリーク量が規定１と比較される（ステップ６０２）。規定１とはリーク量を「異常なし」とみなすか否かを判断するためのリーク量の値であり、あらかじめ定められている値である。リーク量が規定１を下回る場合、パワー半導体５００のリーク量を「異常なし」とみなしルーチンを終了する（ステップ６０４）。一方パワー半導体５００のリーク量が規定１を上回る場合、前述のリーク量は規定２と比較される（ステップ６０６）。規定２とは、パワー半導体の通電遮断の要否を判断するための基準となるリーク量であり、あらかじめ定められている値である。パワー半導体５００のリーク量が規定２を下回ると判断された時は劣化状態１と判断される（ステップ６０８）。一方パワー半導体５００のリーク量が規定２を上回ると判断された時は劣化状態２と判断される（ステップ６１０）。このようにして半導体診断装置５０６はパワー半導体５００のリーク量に基づきパワー半導体５００を、「異常なし」、「劣化状態１」、「劣化状態２」のいずれかに分類する。サブユニット５０１はこの分類に基づいてパワー半導体への処置を決定する。上述してきた一連のルーチンはパワー半導体５０２に対しても行われる。

図２６は本実施形態におけるサブユニット５０１が実行するルーチンを説明するための図である。まずサブユニット５０１は半導体診断装置５０６からパワー半導体のリーク量についての分類を読み込む（ステップ６１２）。この分類は前述したとおりパワー半導体５００、５０２それぞれについてリーク量が「異常なし」、「劣化状態１」、「劣化状態２」のいずれであるかの情報を含む。次に、ステップ６１２で読み込んだ分類が「異常なし」であったか否かが判断される（ステップ６１４）。ここで「異常なし」であったと判断された時は、メインユニットに要求する事項は無いので、ルーチンを終了する。一方「異常なし」でないと判断された時はステップ６１６へ処理が進められる。ステップ６１６では前述の分類内容が「劣化状態１」であったか否かが判断される。ここで分類内容が「劣化状態１」であったと判断されたときは、実施の形態７〜９に記載した手法により通電時間等を低減した制御を実行する。これによりサブユニットは安全に稼動継続できる。前述した通電時間等を低減した制御の内容はメインユニットへ通知される（ステップ６１８）。この通知によりメインユニットは目標トルク達成のために、実施の形態１〜６に記載した手法を用いて再度指令を行う。他方、ステップ６１６にて「劣化状態１」の分類であると判断しなかった場合はステップ６２０へと処理が進められる。この場合ステップ６１２で読み込んだ分類は「劣化状態２」である。

「劣化状態２」はパワー半導体のリーク量が前述した規定値２を超えており、通電を遮断するべきと判断された事を表す。この場合サブユニット５０１は「劣化状態２」と診断されたパワー半導体について、リレーに信号を与える事により切り離しを行う。（ステップ６２０）。前述したとおりパワー半導体はそれぞれ並列に接続されているから、個々のパワー半導体について切り離しを行う事ができる。さらに、ステップ６２２では切り離しが行われた事とそれに伴う通電量の減少がメインユニットへ通知される。この通知によりメインユニットは目標トルク達成のために、実施の形態１〜６に記載した手法を用いて再度指令を行う。

図２５、２６を用いて説明した通り、本実施形態によればパワー半導体のリーク量に応じてパワー半導体の通電低減若しくは通電の中止を行う事ができる。これにより、可能な限り目標トルクの達成を行うとともにパワー半導体の保護と安全稼動が可能である。

本実施形態ではパワー半導体は２つとしたが、本発明はこれに制限されるものではない。パワー半導体が並列に接続されていれば、パワー半導体の数は幾つであっても本発明の効果を得る事ができる。

本発明の実施の形態１の自動車制御システムを説明するための図 サブユニットの構成を概念的に説明するための図 図２で示した半導体駆動装置２０のモータ用ドライバ回路の構成を説明するための図である。 図３で示したスイッチ回路６０の外観を示す図である 実施の形態１におけるサブユニット１３が実行する処理のフローチャートである。 実施の形態１におけるメインユニット１０がトルク制御のために実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態２におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明する図である。 実施の形態３におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態３におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態４におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態４におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態５におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態５におけるメインユニット１０が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態６におけるサブユニット１３が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態６におけるメインユニット１０の実行するルーチンを説明するための図である。 優先順位決定のための神経回路網を説明するための図である。 実施の形態７のコンバータ３０を説明するための図である。 ＩＧＢＴのスイッチングの波形を説明するための図である。 実施の形態７におけるサブユニット１３の実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態８におけるサブユニット１３の実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態８においてデューティ比の説明をするための図である。 実施の形態９におけるサブユニット１３の実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態９において通電可能時間を決定する方法の説明のための図である。 実施の形態１０においてサブユニット５０１の構成を説明するための図である。 実施の形態１０におけるサブユニット５０１に備わる半導体診断装置５０６が実行するルーチンを説明するための図である。 実施の形態１０におけるサブユニット５０１が実行するルーチンを説明するための図である。

符号の説明

１０ メインユニット
１３ サブユニット

Claims (14)

1. 外部ユニットからの指令を受信するための指令受信手段と、
   前記指令受信手段により受信した指令の実行可否判断を行う実行可否判断手段と、
   前記実行可否判断手段により実行可能と判断された指令を実行する指令実行手段と、
   前記実行可否判断手段により前記指令を実行できないと判断された場合、外部ユニットに対し実行可能案を送信する実行可能案送信手段と、
   を備える事を特徴とする制御用サブユニット。
2. 複数のサブユニットに、それぞれ指令を発する指令手段と、
   前記複数のサブユニットから前記実行可能案が返信されたか否かを認識する実行可能案認識手段と、
   前記実行可能案認識手段により実行可能案を認識した場合は、前記実行可能案に基づいて前記複数のサブユニットへの指令を変更する指令変更手段と、
   を備える事を特徴とする制御用メインユニット。
3. 前記指令変更手段が、
   前記実行可能案を送信したサブユニットを特定するサブユニット認識手段と、
   前記実行可能案を維持し、前記実行可能案を送信していないサブユニットに対する指令を変更する手段と、
   を備える事を特徴とした請求項２に記載の制御用メインユニット。
4. 前記実行可能案認識手段が実行可能案を認識した回数を数えるカウント手段と、
   前記カウント手段により数えられた回数があらかじめ定められた回数に到達した事を認識する回数認識手段と、
   前記回数認識手段があらかじめ定められた回数を認識した場合、サブユニットにとって実現可能な目標値へ目標を変更し指令を発する目標変更手段と、
   を備える事を特徴とする請求項２，３に記載の制御用メインユニット。
5. 外部ユニットからの複数指令を受信するための複数指令受信手段と、
   前記複数指令受信手段により受信した複数の指令のそれぞれにつき実行可否判断を行う複数指令実行可否判断手段と、
   前記複数指令実行可否判断手段により実行可能と判断された指令を実行する実行手段と、
   を備える事を特徴とする制御用サブユニット。
6. 前記複数指令実行可否判断手段により実行可能と判断した指令を外部ユニットに通知する通知手段と、
   前記通知手段による通知に基づき外部ユニットが選択した指令を受信する選択指令受信手段と、
   前記選択指令受信手段により受信した指令を実行する選択指令実行手段と、
   を備える事を特徴とする請求項５に記載の制御用サブユニット。
7. 外部ユニットからの指令を受信するための指令受信手段と、
   前記指令受信手段により受信した指令の実行可否を判断する実行可否判断手段と、
   前記実行可否判断手段により実行できないと判断したときは、前記指令受信手段により受信した指令を実行可能な指令に変更する指令変更手段と、
   前記実行可否判断手段により実行可能と判断した指令又は、前記実行可能な指令を実行する手段と、
   を備える事を特徴とする制御用サブユニット。
8. 外部ユニットからの指令を受信するための指令受信手段と、
   出力可能な最大値を計算する最大値計算手段と、
   前記最大値と前記指令との差に基づき他制御用サブユニットへの要求値を決定するための要求値決定手段と、
   前記要求値を他制御用サブユニットへ送信するための要求値送信手段と、
   他制御用サブユニットから要求値を受け取るための要求値受信手段と、
   前記最大値と前記要求値受信手段により受信した要求値のうち、値の小さい方を選択するための実行判断手段と、
   前記実行判断手段で選択した値を発生させるための処理を行う選択値実行手段と、 を備えることを特徴とする制御用サブユニット。
9. 前記要求値受信手段により受信した要求値のうち、優先して実行すべき要求値を決定するための優先順位決定手段を備え、
   前記実行判断手段は実行する内容を選択する際に、前記優先して実行すべき要求値と前記最大値のうち値の小さい方を選択する、
   事を特徴とする請求項８に記載の制御用サブユニット。
10. 前記優先順位決定手段が優先して実行すべき要求値を決定する際の規則を、外部ユニットの要求に応じて変更するための規則変更手段、
    を備える事を特徴とする請求項９に記載の制御用サブユニット。
11. 前記選択値実行手段がデューティ制御されるパワー半導体を含み、
    前記パワー半導体を駆動するデューティ比を決定するデューティ決定手段と、
    前記パワー半導体が、所定の周波数と前記デューティ比で制御されたときの電力ロスを算出する電力ロス計算手段と、
    前記パワー半導体の前記電力ロスが定められた値を超えるか否かを判断する電力ロス判断手段と、
    前記電力ロス判断手段が、電力ロスが定められた値を超えると判断した時に、前記デューティ制御の周波数を低減する周波数低減手段と、
    を備える事を特徴とする請求項８〜１０に記載の制御用サブユニット。
12. 前記選択値実行手段がデューティ制御されるパワー半導体を含み、
    前記パワー半導体を駆動するデューティ比を決定するデューティ決定手段と、
    前記パワー半導体が、所定の周波数と前記デューティ比で制御されたときの到達電圧を算出する到達電圧計算手段と、
    前記パワー半導体の前記到達電圧が定められた値を超えるか否かを判断する到達電圧判断手段と、
    前記到達電圧計算手段が、到達電圧が定められた値を超えると判断した時に、前記デューティ制御のデューティ比を低減するデューティ比低減手段と、
    を備える事を特徴とする請求項８〜１０に記載の制御用サブユニット。
13. 前記選択値実行手段が、通電時間で制御されるパワー半導体を含み、
    前記パワー半導体の指令通電時間を決定する通電時間決定手段と、
    前記パワー半導体が、許容温度に達するまでの通電可能時間を算出する通電可能時間計算手段と、
    前記指令通電時間が前記通電可能時間を超えるか否かを判断する通電判断手段と、
    前記通電判断手段により、前記指令通電時間が前記通電可能時間を超えると判断した場合、前記指令通電時間を低減する手段と、
    を備える事を特徴とする請求項８〜１０に記載の制御用サブユニット。
14. パワー半導体のオフリーク電流を測定するためのオフリーク測定手段と、
    パワー半導体の前記オフリーク電流の量に応じて分類するための分類手段と、
    前記分類手段による分類結果に応じて、パワー半導体の駆動条件を変更するための駆動条件変更手段と、
    前記駆動条件変更手段を用いた事に伴う変更された駆動条件を制御用メインユニットに通知するための、駆動条件通知手段と、
    を備える事を特徴とする制御用サブユニット。

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