JP2017022906A - 電流センサ異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【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所定時間が経過するまでの診断許可期間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。
【選択図】図４

Description

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。

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の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、三相のうち二相の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。

特開２００５−１６０１３６号公報

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の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の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。

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。

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。

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、基準出力学習の完了時から所定時間が経過するまでの診断許可期間に、異常判定部による異常診断の実施を許可する。

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。

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。

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の概略構成図。 （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。

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。

（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を平滑化する。

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が並列に接続されている。

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、ＶＵ、ＷＵ、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。

モータ８０は、例えば永久磁石式同期型の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。

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、ロータの電気角θを検出する。

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を総合的に判断し、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。

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。

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。

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を演算し、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。

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。

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。

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。

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。

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を取得してもよい。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や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の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。
なお、本実施形態の電流センサ異常診断装置６０は、参照温度Ｔｅｍｐ＿ｃｆを取得し
て電流センサ７１〜７４の温度変化の状況を把握するのみであり、診断用の情報としては用いない。

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。

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。

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、温度上昇に連れて、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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から学習完了タイミングを取得し、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。

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。

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。

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の電流振幅は、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｌ２から所定時間が経過するまでの診断許可期間Ｐｄに、異常判定部６６による異常診断の実施を許可する。診断許可期間Ｐｄは、その期間に想定され得る最大の温度変化が電流センサの温度特性に影響を与えない程度となる時間に設定される。

ここで、図４の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の一周期の長さは、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。

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。

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。

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。

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、現在、基準出力学習後所定時間以内であるか、すなわち診断許可期間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）。

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）。

この場合、フェールセーフを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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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、基準出力学習完了時Ｌ２から所定時間以内に設定される。時間を基準とするため、期間設定のロジックが単純となる。

（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。

（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。

（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。

（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。

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）。

Claims (8)

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、
   前記基準出力学習の完了時から所定時間が経過するまでの診断許可期間に、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。
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。
3. 前記複数の電流センサは、直流電力を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。
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。
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。
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の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。
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。
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。

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