JP2014513912A - 電気機械を制御するためのインバータおよび方法 - Google Patents

Abstract

インバータは、指示されたトルクに基づいて、モータ相電流を生成して電気モータ（３０）に印加するための出力スイッチ（２２）を備える。電流センサ（３４）は、インバータによって、電気モータ（３０）に印加されたモータ相電流を検出するために配置される。電圧センサ（３６）は、インバータによって電気モータ（３０）に印加された電圧を測定するために構成されている。出力ポート（４９）は、車両コントローラによって処理するために、検出されたモータ相電流および測定された電圧の出力信号を出力することができる。出力信号は、オーバーライド制御信号を生成するか否かを決定するために車両コントローラへの入力に適している。入力ポート（４６）は、車両コントローラからのオーバーライド制御信号を受信するために構成されている。入力ポート（４５）は、電気モータ（３０）への電気エネルギーの供給をオフに切り替えるためのオーバーライド入力モジュール（４４）につながれる。

Description

本発明は、電気機械または電気モータを制御するためのインバータおよび方法に関する。

コントローラまたはインバータは、車両用または他の装置用の電気機械または電気モータを制御するための出力信号をもたらす。

インバータまたは電気機械が機能不全になるまたは性能劣化した場合には、インバータの出力信号は、車両データバス（例えば、コントローラエリアネットワークデータバス）を介して供給される指示されたトルクと一致しなくなることがある。特定の従来技術では、機能不全または性能劣化が、接地不良、短絡または断線として検出されない場合には、インバータの診断システムは、機能不全を識別できないことがあり、これにより、インバータまたは電気機械の差し迫った故障が一時的に隠されるまたは目立たなくなることがある。時機を逸したインバータまたは車両駆動システムは、適用可能な信頼性規格または工業安全性規格に準拠しないことがある。したがって、電気モータを制御するためのインバータおよび方法に対する必要性があり、これにより、信頼性の向上を促進させるために車両コントローラまたは他の外部コントローラを介してインバータの制御またはシャットダウンがサポートされる。

一実施形態によれば、インバータは、電気機械または電気モータを制御することができる。データプロセッサは、車両コントローラによって与えられる指示されたトルクを受信するように適合している。インバータは、指示されたトルクに基づいて、モータ相電流を生成して電気モータに印加する出力スイッチを備える。電流センサは、インバータによって、電気モータに印加されたモータ相電流を検出するために配置される。電圧センサは、インバータによって、電気モータに印加された電圧を測定するために構成されている。出力ポートは、車両コントローラによって処理するために、検出されたモータ相電流および測定された電圧の出力信号を出力することができる。出力信号は、オーバーライド制御信号を生成するか否かを決定するために車両コントローラへの入力に適している。入力ポートは、車両コントローラからオーバーライド制御信号を受信するために構成されている。入力ポートは、出力ポートのところで、検出されたモータ相電流および測定された電圧の評価に基づいて（例えば、インバータまたはそのゲートドライバ回路を介して）、電気機械への電気エネルギーの供給をオフに切り替えるためのオーバーライド入力モジュールにつながれている。

機械またはモータを制御するためのインバータを備えたシステムの一実施形態のブロック図である。 機械またはモータを制御するためのインバータを備えたシステムの別の一実施形態のブロック図である。 機械またはモータを制御するための方法の一例の流れ図である。

図１に示した一実施形態によれば、インバータ１０は、電気機械３０（例えば、モータ）を制御することができる。インバータ１０は、１つまたは複数の通信回線（５４、５６、５８、６０、および６２）を介して車両コントローラ５２につながれている。通信回線は、車両データバス５４（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバス、単一導線（例えば、５６）、伝送回線、ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、マルチ導体伝送回線、およびマルチ導体ケーブル（例えば、６０もしくは６２）のうちの１つまたは複数を備えることができる。

インバータ１０は、車両データバス５４によって、車両コントローラ５２を介してトルクコマンドを受信するための正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２を備える。正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２は、データプロセッサ１２のデータポートと通信することができる。入力ポート４５は、オーバーライドシャットダウン入力モジュール４４につながれている。同じく、オーバーライドシャットダウン入力モジュール４４は、データプロセッサ１２のデータポートおよびハードウェアオーバーライドスイッチ１８と通信する。

一代替実施形態では、オーバーライドシャットダウン入力モジュール４４は、ゲートドライバ電源２８を制御する電力遮断スイッチ２６と通信する。ゲートドライバ電源２８は、ゲートドライバ回路２０に電気エネルギーを供給する。

データプロセッサ１２は、アナログ／デジタル変換器１４からデータを受信する１つまたは複数のデータポートを備える。受信したデータは、電気機械３０（例えば、モータ）に関係する電流センサ３４および電圧センサ３６からの検知した電流データおよび検知した電圧データを表す。データプロセッサ１２は、回路を備えたインバータ制御論理回路１６につながれた出力部を備える。データプロセッサ１２は、ゲートドライバ回路２０の変調または動作を制御するインバータ１０制御論理回路１６を制御するために出力信号または出力データを与える。

インバータ制御論理回路１６の出力部は、ゲートドライバ回路２０の入力部につながれている。同じく、ゲートドライバ回路２０の出力部は、多相（例えば、３相）出力スイッチ２２につながれている。出力スイッチ２０がディスエーブルにされるまたはオフに切り替えられる場合には、電気エネルギーが出力スイッチ２２のもう１つの入力端子において利用可能である場合であっても、電気エネルギーは、電気機械３０に供給されない。

ゲートドライバ回路２０は、出力スイッチ２２の駆動電力または制御電力用の変調信号（例えば、低レベル交流信号または変調されたパルス）を与える。一実施形態では、出力スイッチ２２は、スイッチング半導体またはスイッチングトランジスタを含む。ゲートドライバ回路２０は、各出力スイッチの制御端子に制御信号を与えることができ、ここでは制御端子は、例えば、トランジスタのベースまたは電界効果型トランジスタのゲートからなることがある。出力スイッチ２２の出力は、電気機械３０（例えば、モータ）の異なる相に印加される１つまたは複数の交流信号またはパルス幅変調信号を含むことができる。図１に示したように、多相出力スイッチ２２の３つの出力位相が示される。

電流センサ３４および電圧センサ３６は、電気機械３０（例えば、モータ）に関係する電流または電圧の測定のために出力スイッチ２２の出力位相につながれることがある。電流センサ３４が図１では導体３２に誘導結合されたように示されるが、電流センサ３４は、代替実施形態では導体３２に直接接続されることがある。電気機械３０がモータである場合には、電流センサ３４または電圧センサ３６は、それぞれ、モータ３０の巻線に印加される入力電流または入力電圧を測定する。電気機械３０が発電機または同期発電機である場合には、電流センサ３４または電圧センサ３６は、発電機の回転子が回転力によって回転されるときに発電機の巻線から出力されるそれぞれ出力電流または出力電圧を測定する。

電流センサ３４の出力部は、第１の信号調整器３８の入力部につながれている。同様に、電圧センサ３６の出力部は、第２の信号調整器４０の入力部につながれている。各信号調整器（３８、４０）は、雑音除去および検知した電圧信号および電流信号のスケーリングを容易にするためにフィルタリング回路および増幅回路を備える。

第１の信号調整器３８は、第１の出力バッファ４８に調整した信号を与える。第２の信号調整器４０は、第２の出力バッファ５０に調整した信号を与える。第１の出力バッファ４８および第２の出力バッファ５０は、電磁雑音に対する信頼性または妨害排除性を高めるために目標出力レベルまたは出力範囲まで調整した信号（例えば、検知した電流および測定した電圧）の出力レベルを調節するためのアナログ増幅回路またはもう１つの回路を備えることができる。第１の出力バッファ４８および第２の出力バッファ５０は、出力ポート４９につながれている。出力ポート４９は、車両コントローラ５２からの検知した電流および測定した電圧を与えるためのインターフェースを備える。

一実施形態では、データプロセッサ１２は、車両コントローラ５２によって与えられる指示されたトルクを受信するように適合されている。インバータ１０またはデータプロセッサ１２は、指示されたトルクを電気機械３０またはモータへの印加のために対応する電流および電圧へと変換する。インバータ１０は、指示されたトルクに基づいて電気モータ３０への印加用のモータ相電流を生成するための出力スイッチ２２を備える。出力スイッチ２２は、位相ごとに１つの導体などの１つまたは複数の導体３２を介してモータ３０につながれている。電流センサ３４は、インバータ１０によって電気モータ３０に印加されるモータ相電流を検出するために配置される。電圧センサ３６は、インバータ１０によって電気モータ３０に印加される電圧を測定するために構成されている。出力ポート４９は、車両コントローラ５２によって処理するために検知したモータ３０相電流および測定した電圧の出力信号を出力することができる。出力信号は、オーバーライド制御信号を生成するか否かを決定するために（例えば、インバータ１０またはその一部をディスエーブルにするまたはオフに切り替えるために）車両コントローラ５２への入力に適している。入力ポート４５は、車両コントローラ５２からのオーバーライド制御信号を受信するために構成されている。入力ポート４５は、出力ポート４９のところでの検出したモータ相電流および測定した電圧の評価にだけ基づいて（例えば、インバータ１０を介した）電気機械３０への電気エネルギーの供給をオフに切り替えるためのオーバーライドシャットダウン入力モジュール４４につながれている。

一実施形態では、データプロセッサ１２のデータポートは、正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２を介して車両データバス５４（例えば、ＣＡＮデータバス）につながれ、ここではシャットダウンモジュールは、車両データバス５４につながれた車両コントローラ５２から指示されたトルクを受信し、データプロセッサ１２へ指示されたトルクを転送する。一構成では、出力ポート４５は、電気モータ３０の位相ごとに少なくとも１つの導体を有するデータポートを備え、ここでは出力ポート４９がアナログ信号を与える。一方式では、入力ポート４５は、車両データバス５４とは別の１つの導体を備えるが、別の構成が可能であり、別記の特許請求の範囲の範囲内になる。

一実施形態では、インバータ１０内の特定の回路、組み込まれたソフトウェア、またはその両方は、Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ（自動車用安全度水準）準拠（例えば、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ（国際電気技術委員会）（ＩＥＣ）６１５０８）である。ＡＳＩＬ準拠回路（例えば、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠回路またはＩＥＣ６１５０８準拠回路）は、既知の信頼性もしくは試験結果、または軍用仕様書を有する構成部品、または信頼性の向上を促進するための冗長構成を使用することができる。図１は、ＡＳＩＬ準拠回路、ソフトウェア、またはシステム（例えば、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠回路、ソフトウェア、またはシステム）を示し、これらは、（１）検知した電流および電圧出力部４６、（２）正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２、および（３）オーバーライドシャットダウン入力モジュール４４に関係する。

さらに、インバータ１０は、電気モータ３０または電気機械のトルクを直接測定するために何らかのトルクセンサを追加せずにさまざまな安全規格（例えば、ＥＩＣ６１５０８安全規格およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ（国際標準化機構）（ＩＳＯ）２６２６２安全規格）への準拠のためによく適している。その代わりに、インバータ１０は、車両コントローラ５２と協働する入力ポート４５および１つまたは複数の出力ポート４９を有利なことに特徴とし、その結果、車両コントローラ５２は、測定した相電流および測定した相電圧から、トルクもしくは他の電気機械性能パラメータ、またはインバータ診断データを推定することが可能である。

電流および電圧出力用のブロック４６では、第１の信号調整器３８および第２の信号調整器４０は、それぞれ電流センサ３４および電圧センサ３６につながれている。一実施形態では、第１および第２の信号調整器（３８、４０）は、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠回路を用いて検知した電圧および電流をフィルタリングし増幅するように配置される。さらに、一実施形態では、電流センサ３４および電圧センサ３６は、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠回路を含む。

図１に示したように、電源モニタ２４は、電力遮断スイッチ２６につながれている。順に、電力遮断スイッチ２６は、ゲートドライバ電源２８につながれている。

基本構成では、電力遮断スイッチ２６は、出力スイッチ２２を駆動するゲートドライバ回路２０への電気エネルギーの供給を制御するためのスイッチを備える。オーバーライドシャットダウン入力モジュール４４（オーバーライドモジュールとも呼ばれる）は、入力ポート４５およびスイッチ２６につながれている。オーバーライドモジュール４４は、車両データバス５４を介してインバータ１０に入力されたいずれかの指示されたトルクをオーバーライドするためにスイッチ２６を制御する。

図２のシステムが、過電流モジュール６４、温度過上昇モジュール６６、および過電圧モジュール６８をさらに備えることを除いて、図２のシステムは、図１のシステム（例えば、電気運転システム）と同様である。さらに、出力スイッチ１２２は、出力スイッチ２２と同様であるが、温度過上昇モジュール６６にセンサ信号またはデータを与えるための追加の熱センサ７０を有する。図１および図２中の類似の参照番号は、類似の要素を示す。

図２では、電力遮断スイッチ２６は、出力スイッチ２２を駆動するゲートドライバ回路２０への電気エネルギーの供給を制御するためのスイッチを備える。オーバーライドモジュールまたはオーバーライドシャットダウン入力モジュール４４は、入力ポート４５およびスイッチ２６につながれている。さらに、オーバーライドモジュール４４は、インバータ１０内の過電流モジュール６４、過電圧モジュール６８、または温度過上昇モジュール６６（例えば、熱モジュール）によってトリガされるいずれかのシャットダウンとは独立にスイッチ２６を制御する。

一実施形態では、過電流モジュール６４は、電流比較器、または１つまたは複数の測定した相電流を対応する基準電流レベルと比較するためのもう１つの装置を備えることができる。測定した相電流が基準電流レベルを超える場合には、過電流モジュール６４は、論理出力信号、ディスエーブル信号、またはディスエーブルコマンドをトリガする。過電流モジュール６４は、電流センサ３４から測定した相電流の入力を受信する。例えば、過電流モジュール６４は、第１の信号調整器３８を介して測定した相電流の入力を受信する。過電流モジュール６４は、ディスエーブル信号またはディスエーブルコマンドを出力することができ、インバータ１０をディスエーブルにすることができる、またはインバータ１０制御論理回路１６もしくはゲートドライバ回路２０の１つまたは複数の位相をオフに切り替えることができる。

一実施形態では、過電圧モジュール６８は、電圧比較器、差分増幅器、または直流（ＤＣ）バス電圧もしくはインバータ１０への１つの電圧測定値を基準電圧レベルと比較するためのもう１つの装置を備えることができる。測定した電圧が基準電圧レベルを超える場合には、過電圧モジュールは、論理出力信号、ディスエーブル信号、またはディスエーブルコマンドをトリガする。過電圧モジュール６８は、直流バスまたは３相出力スイッチ２２に関係する１つまたは複数の電圧センサ３６から測定した直流バス電圧の入力を受信する。過電圧モジュール６８は、ディスエーブル信号またはディスエーブルコマンドを出力することができ、インバータ１０をディスエーブルにすることができる、またはゲートドライバ回路２０、３相出力スイッチ２２、もしくは両方をオフに切り替えることができる。

一実施形態では、温度過上昇モジュール６６（例えば、熱モジュール）は、サーミスタまたは３相出力スイッチ２２もしくは電気機械３０と関係する他の熱センサ７０を備える。例えば、熱センサ７０は、出力スイッチ２２内の１つまたは複数のスイッチング装置と関係するヒートシンク上の載置されることがある。３相出力スイッチ２２または電気機械３０が、熱センサ７０の信号読値によって指示されるようにあるしきい値温度を超える場合には、温度過上昇モジュール６６は、ディスエーブル信号またはディスエーブルコマンドを生成し、例えば、ゲートドライバ回路２０をディスエーブルにするために３相出力スイッチ２２の１つまたは複数の位相をオフにする。

図３は、電気機械３０または電気モータを制御するための方法についての流れ図を示す。図３の方法は、ステップＳ３００で始まる。

ステップＳ３００では、正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２、データプロセッサ１２、またはインバータ１０は、車両コントローラ５２によって与えられる指示されたトルクを受信する。例えば、指示されたトルクは、基準トルク値または電気モータ３０の最大トルクのパーセント、比率または割合として表現されることがある。車両コントローラ５２は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスなどの車両データバス５４を介してインバータ１０へトルクを伝送することができる。

ステップＳ３０２では、データプロセッサ１２またはインバータ１０は、指示されたトルクに基づいて電気モータ３０へ印加するためのモータ３０相電流を生成する。例えば、データプロセッサ１２は、トルク対速度および印加した電流の相関関係、または他のモータ基準データと矛盾なく電気モータ３０を制御するために、指示されたトルクを等価な電流制御データ、電圧制御データ、または両方に変換することができる。より大きな電流が、例えば、高い回転子速度を維持するよりも、低い回転子速度で誘導モータ３０を始動するために必要とされることがある。モータ基準データは、１つまたは複数のルックアップテーブル、データベース、ファイル、反転ファイルまたは対応する指示されたトルクと関係した生成するモータ相電流を決定することを容易にする他のデータ構造として体系づけられることがある。

ステップＳ３０４では、電流センサ３４またはインバータ１０は、インバータ１０によって電気モータ３０に印加されたモータ相電流を検出する。例えば、電流センサ３４は、電気モータ３０に供給する電源スイッチの出力部につながれていることがある。３相モータ３０に関して、電流センサ３４は、モータ３０への各位相接続部内の電流を検知するために各位相につながれていることがある。電流センサ３４が検知する電流を検知した後で、第１の信号調整器３８は、さらに処理するために検知した電流をフィルタリングする、増幅する、またはそうでなければ調整する。第１の信号調整器３８は、検知した電流をフィルタリングすることができ、無線周波数干渉および雑音または局所的な電気的干渉を減少させるまたは減衰させることができる。局所的な電気的干渉は、例えば、電気モータ３０または電気機械によって生成されることがある。

ステップＳ３０６では、電圧センサ３６は、インバータ１０によって電気モータ３０に印加された電圧を測定する。例えば、電圧センサ３６は、電気モータ３０に供給する電源スイッチ（２２または１２２）の出力部につながれていることがある。３相モータ３０に関して、電圧センサ３６は、モータ３０への各位相接続部内の電圧を検知するために各位相につながれていることがある。電圧センサ３６が検知する電圧を検知した後で、第１の信号調整器３８は、さらに処理するために検知した電圧をフィルタリングする、増幅する、またはそうでなければ調整する。第２の信号調整器４０は、検知した電流をフィルタリングすることができ、無線周波数干渉および雑音または局所的な電気的干渉を減少させるまたは減衰させることができる。局所的な電気的干渉は、例えば、電気モータ３０または電気機械によって生成されることがある。

ステップＳ３０８では、出力バッファ（４８、５０）またはインバータ１０は、車両コントローラ５２によって処理するためにインバータ１０の出力ポート４９のところで、検出したモータ相電流および測定した電圧の出力信号を通信する。出力バッファ（４８、５０）の出力信号は、オーバーライド制御信号を生成するか否かを決定するために車両コントローラ５２への入力に適している。増幅されたまたはバッファされた出力信号は、信号対雑音比が高められているという理由で、より低いレベルの信号よりも電磁干渉、雑音、または局所的な電気的干渉からの破壊に対してより耐性があるまたは影響を受けないことがある。

一実施形態では、出力信号は、アナログ出力信号を含むことができ、その結果、トランジスタ−トランジスタ論理回路についての、相補型金属酸化膜半導体についての、またはこれ以外についてのデジタル信号論理レベルに対して典型的に使用されるものよりもさらに大きな電圧レベルが使用される場合がある。例えば、第１の導体６０および第２の導体６２のところの出力信号は、直流でマイナス１０ボルトからプラス１０ボルトまでの大きさの範囲であることがある、ところがトランジスタ−トランジスタ論理回路は、ゼロから５ボルトまでの電圧を使用することができる。

ステップＳ３０８は、別々にまたは累積的に適用されることがあるさまざまな手順にしたがって実行されることがある。第１の手順の下では、最初に、車両コントローラ５２は、（例えば、第１の出力バッファ４８および第１の導体６０を介して受信する）測定した相電流を対応する測定した横軸電流および測定した直軸電流へと変換する。第２に、車両コントローラ５２は、読み取った指示されたトルクを対応する指示された横軸電流および指示された直軸電流へと変換する。第３に、測定した横軸電流および測定した直軸電流が、しきい値電流偏差以上にそれぞれ指示された横軸電流および指示された直軸電流とは異なる場合には、車両コントローラ５２は、オーバーライド制御信号を生成する。

第２の手順の下では、第１の手順についてのしきい値電流偏差は、指示された横軸電流または指示された直軸電流のほぼ１０パーセントを構成する。「ほぼ」は、任意の所与の値のプラスまたはマイナス５パーセントを意味する。

第３の手順の下では、最初に、車両コントローラ５２は、測定した相電流および測定した相電圧を推定した実際のトルクへと変換する。第２に、車両コントローラ５２は、推定した実際のトルクを指示されたトルクと比較し、推定した実際のトルクが妥当であるかまたは指示されたトルクと矛盾しないかどうかを判断する。指示されたトルクは、典型的にはペダル、スロットル、または他のユーザインターフェースとやりとりする車両運転者に応じて車両コントローラ５２によって与えられる。推定した実際のトルクがトルクしきい値以上に（例えば、指示されたトルクのほぼ１０パーセント）異なる場合には、車両コントローラ５２は、オーバーライド制御信号（例えば、シャットダウンコマンド）を生成することができ、例えば、インバータ１０、ゲートドライバ回路２０、または出力スイッチ（２２または１２２）をシャットダウンする。

第４の手順の下では、インバータ１０またはそのデータプロセッサ１２は、最初に、車両コントローラ５２によって決定される第２の推定したトルク（例えば、車両コントローラ推定トルク）とは独立に第１の推定したトルク（例えば、インバータ推定トルク）を推定することができる。第２に、インバータ１０、またはそのデータプロセッサ１２は、出力ポート４９を介して測定した相電流および測定した相電圧とともに、データバス５４を介して（例えば、正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２を介して）第１の推定したトルクを（車両コントローラ５２）へ伝送する。第３に、インバータ１０およびモータ３０が指示されたトルクまたは他の性能基準から乖離するか否かを判断するために、車両コントローラ５２は、指示されたトルク、第１の推定したトルク、および第２の推定したトルクを使用することができ、ここでは、車両トルクは、測定した相電流および測定した相電圧に基づく。第４に、車両コントローラ５２は、第１の推定したトルクおよび第２の推定したトルクの加重平均もしくは平均または非加重平均を使用することができ、指示されたトルクまたは他の性能基準と比較することができる。第５に、車両コントローラ５２は、平均のまたは加重平均の推定したトルクが、トルクしきい値以上に（例えば、指示されたトルクの１０パーセント）異なるかどうかを決定することができ、車両コントローラ５２は、例えば、インバータ１０、ゲートドライバ回路２０、または出力スイッチ（２２もしくは１２２）をシャットダウンするためのオーバーライド制御信号（例えば、シャットダウンコマンド）を生成することができる。

ステップＳ３１０では、インバータ１０またはオーバーライドシャットダウン入力モジュール４４は、車両コントローラ５２からインバータ１０の入力ポート４５を介してオーバーライド制御信号（またはシャットダウンデータコマンド）を受信する。入力ポート４５は、出力ポート４９のところでの検出したモータ相電流および測定した電圧の評価にだけ基づいて（例えば、インバータ１０を介した）電気機械３０への電気エネルギーの供給をオフに切り替えるためのオーバーライドシャットダウン入力モジュール４４につながれている。ステップＳ３１０は、さまざまな技術にしたがって実行されることがあり、これは交互にまたは累積的に適用されることがある。

第１の技術の下では、推定した実際の動作トルクが読み取った指示されたトルクとは少なくともしきい値偏差だけ異なる場合には、インバータ１０またはオーバーライドシャットダウン入力モジュール４４は、オーバーライド制御信号を受信する、ここでは推定した実際の動作トルクは、下記のうちの１つまたは複数に基づく：（１）（例えば、導体３２のところで測定した）電流センサ３４からの検出したモータ相電流、（２）（例えば、導体３２のところで測定した）電圧センサ３６からの測定した電圧、（３）動作トルク対速度、および（４）動作トルク対電気モータ３０の速度および電流の相関関係。読み取った指示されたトルクは、床ペダル、スロットル、または他のユーザインターフェースとの車両運転者のやりとりに応じて、車両コントローラ５２によって与えられる。

第２の技術の下では、第１の技術において参照したしきい値偏差は、読み取った指示されたトルクのほぼ１０パーセントを構成する。

第３の技術の下では、インバータ１０は、オーバーライド制御信号を受信すると電気機械３０へのまたはインバータ１０のゲートドライバ回路２０への電気エネルギーの供給をオフに切り替えるように構成されている。

第４の技術の下では、オーバーライド制御信号は、車両データバス５４を介して受信したいずれかのトルクをオーバーライドするまたは更新する。

第５の技術の下では、オーバーライド制御信号は、車両データバス５４とは別の単一導体または二重導体ケーブルを介して入力ポート４５への伝送が可能である。

前に記述したように、車両制御ユニットは、車両データバス５４（例えば、ＣＡＮデータバス）を介して正常コマンドおよびシャットダウンモジュール４２へと送られたコマンドを介してインバータ１０をオフに切り替えることができる、または車両コントローラ５２は、入力ポート４５を介してオーバーライドシャットダウン入力モジュール４４へ送られたコマンド信号を介してインバータ１０をオフに切り替えることができる。したがって、車両システム（包括的に、１０、３０および５２）は、インバータ１０をオフに切り替えるために車両コントローラ５２用の２つの独立した経路をサポートし、モータ３０のモータシャフトのトルクをゼロまで減少させる。前者の経路は、ソフトウェアに依存することがある、ところが後者の経路は、モータ３０のモータシャフトのトルクをゼロまで減少させるための直接電子ハードウェア制御シャットダウンであるので、いかなるソフトウェアとも無関係であり得る。インバータ１０が、車両コントローラ５２とは無関係に、過電流状態、熱的な状態、または過電圧状態を検出するという理由で、２つの経路のいずれも、インバータ１０がそれ自体をシャットダウンさせる能力に影響を及ぼさない。

本システムおよび方法は、意図しない加速現象、指示されないトルク現象、または指示されたトルクと任意の所与の瞬間において電気モータ３０によって生成される実際のトルクとの間の他の可能性のある不一致の排除または削減を容易にする。

本システムおよび方法は、統合ＡＳＩＬ準拠（例えば、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠）電気運転システムを形成するためにＡＳＩＬ準拠車両コントローラ５２と容易にやりとりするインバータ１０を提供するために好適である。同様に、本システムおよび方法は、電気運転システム用のＩＥＣ６１５０８安全規格、提案されたＩＳＯ２６２６２安全規格、またトルクをモニタするための付加的なトルクセンサを追加しない電気運転システム用の他の安全規格に対して適用され得る。トルクセンサに対する必要性を排除することは、信頼性を向上させ、電気運転システムについてのコストおよびシステムの複雑性を削減する。

電流測定および電圧測定用の信号は、適切なトルクモニタリング、インバータ診断、故障取扱い判断、およびシャットダウンコマンドが管理される車両コントローラ５２にとって利用しやすいものにされる。電流測定値および電圧測定値は、インバータ１０に集約され、電磁干渉または雑音を削減し、信号強度出力を高めた状態の信号をバッファリングする。したがって、バッファリングされた信号は、車両、電気機械３０、または他の発生源からの無線周波数干渉または雑音に対するより大きな妨害排除能力を有する傾向がある。

「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ／ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓａｆｅｔｙ−ｒｅｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ（電気的／電子的／プログラマブル電子安全性関連システムの機能的安全性）」という名称のＩＥＣ６１５０８規格は、すべての種類の工業的応用製品に対して適用可能な機能的安全性規格である。本規格は、プロセス制御産業部門にその起源を有し、安全性ライフサイクルの全体をカバーする。この規格は、ＳＩＬ１からＳＩＬ４までの４つの安全度水準、すなわちＳＩＬを定義し、ＳＩＬ４が安全度要求の最高水準である。

提案されたＩＳＯ２６２６２規格は、「Ｒｏａｄ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ−−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓａｆｅｔｙ（道路車両−−機能的安全性）」という名称で現在作成中である機能的安全性規格である。ＩＳＯ２６２６２は、Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ（自動車電気／電子システム）用の機能的安全性規格ＩＥＣ６１５０８に多少類似している。例えば、提案されたＩＳＯ２６２６２は、ＡＳＩＬ ＡからＡＳＩＬ Ｄと名前を付けた４つのＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｒｙ Ｌｅｖｅｌｓ（自動車安全度水準）、すなわちＡＳＩＬを定義する。ＡＳＩＬ Ａは、最も緩い要求事項を有するが、ＡＳＩＬ Ｄは、最も厳しい要求事項を有する。（これらのＡＳＩＬ水準は、ＩＥＣ６１５０８規格のＳＩＬ水準１〜４には直接対応しない）。これらの水準は、３つの鍵となる測定基準によって規定され、それらは、システムが安全性目標値に違反するであろう確率（ＰＶＳＧ）、一箇所故障測定基準（ＳＰＦＭ）、および潜在的なまたは隠れた故障測定基準（ＬＦＭ）である。本明細書の準備の時点において、提案されたＩＳＯ２６２６２規格は、まだ公開されていないが、多くの相手先ブランド製品製造業者は、ＡＳＩＬ ＣまたはＡＳＩＬ Ｄ、等を満足するシステム／車両を提供する目標を持っている。

本システムおよび方法用に計画された当初用途のうちの一部が、電気車両に関係するという理由で、与えられた図表および原文記載の一部は、ＩＳＯ２６２６２のＡＳＩＬ水準（および特にＡＳＩＬ Ｃ）を具体的に言及することがある。しかしながら、本システムおよび方法は、工業的用途における電気モータおよびインバータの使用に対して適用される場合があり、同様に、それで、ＩＥＣ６１５０８または他の規格が適用される場合がある。

好ましい実施形態を記載したが、さまざまな変更が、別記の特許請求の範囲に規定されたような本発明の範囲から逸脱せずに行われ得ることは明らかであろう。

Claims (19)

1. 電気モータを制御するための方法であって、
   車両コントローラによって与えられる指示されたトルクを受けるステップと、
   前記指示されたトルクに基づいて、モータ相電流を生成して電気モータに印加するステップと、
   インバータによって、前記電気モータに印加されたモータ相電流を検出するステップと、
   前記インバータによって、前記電気モータに印加された電圧を測定するステップと、
   車両コントローラによって処理するために、インバータの出力ポートで、検出された前記モータ相電流および測定された前記電圧の出力信号を出力するステップであって、前記出力信号はオーバーライド制御信号を生成するか否かを判定するために車両コントローラへの入力に適している、ステップと、
   前記車両コントローラからインバータの入力ポートを介して前記オーバーライド制御信号を受けるステップであり、前記入力ポートは、前記出力ポートでの検出された前記モータ相電流および測定された前記電圧の評価にだけ基づいて前記電気モータへの電気エネルギーの供給をオフに切り替えるためのオーバーライド入力モジュールにつながれている、ステップと
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記受けるステップは、推定した実際の動作トルクが読み取られた前記指示されたトルクとは少なくともしきい値偏差だけ異なる場合に、前記オーバーライド制御信号を受けるステップをさらに含み、前記推定した実際の動作トルクは、検出された前記モータ相電流と、測定された前記電圧と、前記電気モータの動作トルク対電流の相関関係および動作トルク対電圧の相関関係のうちの少なくとも１つとに基づく、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記しきい値偏差が、読み取られた前記指示されたトルクのほぼ１０パーセントを構成する、方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、
   前記オーバーライド制御信号を受けると、前記インバータのゲートドライバ回路への電気エネルギーの供給をオフに切り替えるステップ
   をさらに含む、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記オーバーライド制御信号が、車両データバスを介して受けたいずれかの指示されたトルクをオーバーライドするまたは更新する、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記オーバーライド制御信号が、車両データバスとは別の単一導体または二重導体のケーブルを介して前記入力ポートへ伝送可能である、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   測定された前記相電流を対応する測定された横軸電流および直軸電流へと変換するステップと、
   読み取られた前記指示されたトルクを対応する指示された横軸電流および直軸電流へと変換するステップと、
   測定された前記横軸電流および測定された前記直軸電流が、指示された前記横軸電流および指示された前記直軸電流とはそれぞれしきい値電流偏差よりも大きく異なる場合に、前記オーバーライド制御信号を生成するステップと
   をさらに含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記しきい値電流偏差が、指示された前記横軸電流または指示された前記直軸電流のほぼ１０パーセントを構成する、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記受けるステップは、平均の推定したトルクが読み取られた前記指示されたトルクとは少なくともしきい値偏差だけ異なる場合に、前記オーバーライド制御信号を受けるステップをさらに含み、前記平均の推定したトルクは、前記インバータ内で求められた第１の推定した動作トルクおよび前記車両コントローラ内で求められた第２の推定した動作トルクの加重平均に基づき、前記第１の推定した動作トルクと前記第２の推定した動作トルクの両方は、検出された前記モータ相電流、測定された前記電圧に基づく、方法。
10. 電気モータ用のインバータであって、前記インバータが、
    車両コントローラによって与えられる指示されたトルクを受けるためのデータプロセッサと、
    前記指示されたトルクに基づいて、モータ相電流を生成して電気モータに印加する出力スイッチと、
    インバータによって、前記電気モータに印加されたモータ相電流を検出するための電流センサと、
    前記インバータによって、前記電気モータに印加された電圧を測定するための電圧センサと、
    車両コントローラによって処理するために、検出された前記モータ相電流および測定された電圧の出力信号を出力するための出力ポートであって、前記出力信号はオーバーライド制御信号を生成するか否かを判定するために車両コントローラへの入力に適している、出力ポートと、
    前記車両コントローラから前記オーバーライド制御信号を受けるための入力ポートであって、前記出力ポートで検出された前記モータ相電流および測定された前記電圧の評価にだけ基づいて電気モータへの電気エネルギーの供給をオフに切り替えるためのオーバーライド入力モジュールにつながれている、入力ポートと
    を備えた、インバータ。
11. 請求項１０に記載のインバータであって、
    車両データバスにつながれた車両コントローラから前記指示されたトルクを受けるために前記車両データバスに接続されたデータポート
    をさらに備えた、インバータ。
12. 請求項１０に記載のインバータであって、前記出力データポートが、前記電気モータの位相ごとに少なくとも１つの導体を含み、前記出力データポートが、アナログ信号を供給する、インバータ。
13. 請求項１０に記載のインバータであって、前記入力データポートが、前記車両データバスとは別の単一導体を含む、インバータ。
14. 請求項１０に記載のインバータであって、前記電圧センサおよび前記電流センサにつながれた複数の信号調整器であって、前記信号調整器がＡＳｉＬ−Ｃ準拠回路を用いて検知された電圧および電流をフィルタリングし、増幅する、複数の信号調整器
    をさらに備えた、インバータ。
15. 請求項１０に記載のインバータであって、前記電流センサおよび前記電圧センサが、ＡＳＩＬ−Ｃ準拠回路を備える、インバータ。
16. 請求項１０に記載のインバータであって、
    前記出力スイッチを駆動するゲートドライバ回路への電気エネルギーの供給を制御するためのスイッチと、
    前記入力ポートおよび前記スイッチにつながれたオーバーライドモジュールであって、前記車両データバスを介して前記インバータに入力されるいずれかの指示されたトルクをオーバーライドするように前記スイッチを制御する、オーバーライドモジュールと
    をさらに備えた、インバータ。
17. 請求項１０に記載のインバータであって、
    前記出力スイッチを駆動するゲートドライバ回路への電気エネルギーの供給を制御するためのスイッチと、
    前記入力ポートおよび前記スイッチにつながれたオーバーライドモジュールであって、前記インバータ内の過電流シャットダウンモジュール、過電圧シャットダウンモジュール、または熱シャットダウンモジュールによってトリガされるいずれかのシャットダウンとは独立に前記スイッチを制御する、オーバーライドモジュールと
    をさらに備えた、インバータ。
18. 請求項１０に記載のインバータであって、前記入力ポートは、推定した実際の動作トルクが読み取られた前記指示されたトルクから少なくともしきい値偏差だけ異なる場合に、前記オーバーライド制御信号を受けるように構成され、前記推定した実際の動作トルクは、検出された前記モータ相電流と、測定された前記電圧と、前記電気モータの動作トルク対電流の相関関係および動作トルク対電圧の相関関係のうちの少なくとも１つとに基づく、方法。
19. 請求項１０に記載のインバータであって、前記入力ポートは、平均の推定したトルクが読み取られた前記指示されたトルクから少なくともしきい値偏差だけ異なる場合に、オーバーライド制御信号を受けるように構成され、前記平均の推定したトルクは、前記インバータ内で求められた第１の推定した動作トルクおよび前記車両コントローラ内で求められた第２の推定した動作トルクの加重平均に基づき、前記第１の推定した動作トルクと前記第２の推定した動作トルクの両方は、検出された前記モータ相電流、測定された前記電圧に基づく、インバータ。

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