JP2018129966A - インバータの検証装置及び検証方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションにて前記装置の動作や性能を高精度で模擬可能にする、検証装置及び検証方法を提供する。【解決手段】インバータの検証装置及び検証方法において、相互に通信機能を有する複数のシミュレータであって、第一のシミュレータの内部には、直流電源のモデルと、インバータのモデルと、該２つのモデルの間に接続する電流もしくは電圧のセンサモデルと、インバータのモデルに接続する、Ｙ結線もしくはΔ結線で表されるモータの等価回路モデルとを有し、第二のシミュレータ内部には、該モータの仕様を前記等価回路モデルよりも細部まで模擬するモータモデルを有し、個々のシミュレータによるシミュレーションと、シミュレータ間の協調シミュレーションによって、インバータとモータの動作や性能を模擬することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータの検証装置及び検証方法に関する。

従来、モータを駆動するインバータについて知られており、例えば、特開２００５−１９２３５８号公報には、「モータを駆動するインバータ装置において、１つのシャント抵抗で直流側の電流を検出することによりモータ電流を正確に検出する」という技術が開示されている。

特開２００５−１９２３５８号公報

上記特開２００５−１９２３５８号公報には、モータを駆動するインバータ装置において、１つのシャント抵抗で直流側の電流を検出することによりモータ電流を正確に検出する仕組みが記載されている。

この仕組みを活用したインバータ装置に関し、ＩＳＯ２６２６２もしくはＩＥＣ６１５０８で規定されている機能安全の証明をするためには、インバータ装置の回路素子等の故障発生時の性能評価及び動作検証を実施する必要がある。インバータ装置の実物（以下、実機と記す）を使用しての性能評価及び動作検証を実施する場合は、実機を改造することに加え、試験設備の整備も必要なため、作業負荷や開発コストの増加になり得る。実機の一部を破壊するために、動作の再現が困難になることもある。さらに、実機を使用した試験では、回路素子の開放故障（オープン故障ともいう）や短絡故障（ショート故障ともいう）以外の中間値故障（ドリフト故障ともいう）の模擬や再現が難しい。そのため、回路素子の性能劣化を評価する試験が難しい。また、インバータ装置で高電圧や大電流を扱う場合には、実機の試験は作業者にとって危険なこともある。

これらの課題の解決策として、インバータ装置の性能評価及び動作検証には、インバータ装置の実機を使用せずにシミュレーションにより執り行う、シミュレーション技術の活用を提案する。なお、ＩＳＯ２６２６２の規定では、シミュレーション技術の活用による実機試験の代替が可能である。インバータ装置の性能評価や動作検証をシミュレーションで実現するためには、インバータ装置の仕様や諸元に基づき、シミュレーション用のモデルを、シミュレーション専用のソフトウェアもしくは検証装置（以下、シミュレータと記す）の内部に構築する必要がある。モータを駆動するインバータ装置の性能評価や動作検証用のモデルは、例えば、インバータ、電流センサもしくはシャント抵抗、モータ、モータに繋がる負荷（以下、モータ負荷と記す）等から構成され、それらの構成要素を統合するものである。また、各構成要素の個々のモデルも作成する必要がある。個々のモデルは、各構成要素の仕様や諸元に基づき作成し、求めるシミュレーション結果の精度に応じ、作り込みの度合いが変わる。作り込みの度合いとは、例えば、シミュレーション結果に、より高い精度を求めるならば、仕様や諸元を細部まで模擬する詳細なモデル（以下、詳細モデルと記す）を作成する。逆に、仕様や諸元の一部を省略もしくは簡略化する簡易的なモデル（以下、簡易モデルと記す）で、シミュレーション結果が性能評価や動作検証の意図を満足する精度であるならば、その簡易モデルの作り込みで十分である。

インバータ装置のシミュレーションに関して、複数のシミュレータを用いることが考えられる。個々のシミュレータの内部に、別々の構成要素のモデルを作成し、個々のシミュレータによるシミュレーションと、シミュレータ間の相互通信と、による協調シミュレーションによって、インバータ装置のシミュレーションを実行する。複数のシミュレータを用いる理由は、シミュレータが具備している機能には、シミュレータ各々で差があるため、個々の構成要素のモデリングに適したシミュレータを選択して使用できることである。また、性能評価や動作検証に適した機能を使えるからでもある。

以上のように、インバータ装置をシミュレーションにより性能評価及び動作検証をする場合は、１つ以上のシミュレータの内部に、インバータ装置のモデルを作成もしくは配置して、シミュレーションを実行することで、電流センサもしくはシャント抵抗によるモータ電流の検出を模擬する。

しかし、インバータ装置を模擬するシミュレーションにおいて、複数のシミュレータを用いて協調シミュレーションを実行させる場合、従来の技術では、インバータ、モータ、モータ負荷のそれぞれの詳細モデルを配置したシミュレータを協調させて、１つの電流センサもしくはシャント抵抗に流れるモータ電流を模擬することはできなかった。このことを実現できる技術や仕組みがなかったことが理由である。

そのため、インバータ、モータ、モータ負荷のいずれかの詳細モデルを簡略化するか、あるいは簡易モデルを使用して、同一のシミュレータ内部にインバータのモデルとモータのモデルを、あるいは前記２つのモデルに負荷モデルを加えて配置する。そして、シミュレーションを実行し、モータ電流の検出を模擬する。

このようにすると、インバータ素子のスイッチングによる、モータ出力電流の分流や合流で、該電流が１つの電流センサもしくはシャント抵抗に流れるのを模擬できる。しかし、インバータ装置の構成要素の、いずれかのモデルを簡易モデルにする必要があるため、シミュレーション結果に性能評価や動作検証の意図を満足する結果もしくは精度が得られないことがある。また、構成要素のモデリングに強みのある専用のシミュレータを使えないことがあるため、性能評価や動作検証をするための機能に制約が生じる。例えば、インバータのモデルを簡略化する場合は、インバータを構成するＦＥＴのスイッチングによる寄生振動をシミュレーションで模擬できない。モータモデルを簡略化する場合は、ステータ−ロータ間の動的な磁束変化を考慮したモータ特性（トルク、電圧、電流、回転数等）を模擬できない。また、モータ負荷のモデルを簡略化する場合は、アクチュエータのモータ以外の制御対象部分（バネ、ダンパー、ボールネジ、ギヤ等）や、アクチュエータに繋がる外部環境の動的な振る舞いを模擬できない。また、前記構成要素のいずれかを簡略化することで、簡略化していない要素のシミュレーション結果に影響が生じ、インバータ装置全体の性能評価や動作検証に支障が生じることもある。

ただし、シミュレーションでは電流センサもしくはシャント抵抗を介さずに、モータ電流を検出でき得るために、インバータのスイッチングパターンとモータ電流から、逆に電流センサもしくはシャント抵抗に流れる電流を求められる場合がある。しかし、この場合は、インバータ素子のスイッチング動作をＯＮ、ＯＦＦで簡略化していることが前提である。即ち、インバータのモデルを簡略化していることに相当するため、先述の通りの問題がある。

本発明の目的は、電流センサもしくはシャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションにてインバータ装置の動作や性能を、実機と同程度の精度で模擬可能にする、インバータの検証装置及び検証方法を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するために、相互に通信機能を有する複数のシミュレータを有し、前記複数のシミュレータのうちの第一のシミュレータの内部には、直流電源のモデルである直流電源モデルと、インバータのモデルであるインバータモデルと、前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電流センサのモデルである電流センサモデルもしくは前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電圧センサのモデルである電圧センサモデルと、前記インバータモデルに接続する、Ｙ結線もしくはΔ結線で表されるモータの等価回路モデルであるモータ等価回路モデルと、を有し、前記複数のシミュレータのうちの第二のシミュレータの内部には、前記モータの仕様を前記モータ等価回路モデルよりも細部まで模擬するモデルであるモータモデルを有し、前記複数のシミュレータの個々によるシミュレーションと、前記複数のシミュレータ同士の協調シミュレーションと、によって、前記インバータと前記モータの動作もしくは性能を模擬することで、前記インバータの検証を行う検証部を備えた、ことを特徴とする。

本発明によれば、電流センサもしくはシャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションにてインバータ装置の動作や性能を、実機と同程度の精度で模擬可能にする、インバータの検証装置及び検証方法を提供できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１に関わるインバータ検証装置の構成図。 図１のインバータ検証装置から、複合領域物理シミュレータを抽出して拡大して示す図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１において、電流センサのモデルとして、複数の抵抗のモデルを用いた例を示す図。 図１のインバータのモデル周辺において、直流電源のモデル−インバータのモデル間と、インバータのモデル−モータの等価回路モデル間とに、それぞれ遮断回路のモデルを追加した例を示す図。 図１の例において、モータの等価回路モデルをΔ結線で表した例を示す図。 実施例１に関わるインバータ検証装置の概観の例を示す図。 実施例２に関わるインバータ検証装置の概観の例を示す図。 実施例２に関わるインバータ検証装置の構成図。 図８のインバータ検証装置から、複合領域物理シミュレータを抽出して拡大して示す図。 図８の例において、モータの等価回路モデルをΔ結線で表した例を示す図。

以下、図面を用いて本発明に係るインバータの検証装置及び検証方法について説明する。

本実施例１では、１つの電流センサでモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションによって前記装置の動作や性能を、実機と同程度の精度で摸擬可能にする、インバータ検証装置の例を説明する。

図１は、本実施例１のインバータ検証装置の構成図である。本実施例では、電動パワーステアリングシステムのインバータの検証を対象とした。電動パワーステアリングのことを以下ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）と記す。

インバータ検証装置１００は、マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００と、シミュレータ間のインターフェース２１０、３１０、３１１、４１０と、シミュレータ間の通信線５１０、５２０と、を有する。なお、複合領域をマルチドメインと表現されることもある。マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００と、はそれぞれ１つの筐体をもつ。ただし、マイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００及び複合領域物理シミュレータ４００の３つのシミュレータは、シミュレーションの高速化や実行処理の分散を目的に、それぞれが複数の筐体をもつこともある。

図２は、図１のインバータ検証装置１００から、複合領域物理シミュレータ４００を抽出して拡大して示す図である。図２では、複合領域物理シミュレータ４００内の詳細を示してある。

マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００とは、シミュレータ間のインターフェース２１０、３１０、３１１、４１０と通信線５１０、５２０を介して、相互に通信しながら、協調シミュレーションを実行する。なお、シミュレータ間はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）で接続することもできる。また、シミュレータ間の通信を無線により行う場合は、シミュレータ間の通信線５１０、５２０は必要としない。

マイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００及び複合領域物理シミュレータ４００の３つのシミュレータを用いる理由は、シミュレータが具備している機能には、シミュレータ各々で差があるため、個々の構成要素のモデリングに適したシミュレータを選択して使用できることである。また、性能評価や動作検証に適した機能を使えるからでもある。

マイコンシミュレータ２００は、マイコン及びマイコンの周辺機能のモデリングとシミュレーションの機能を備える。また、マイコンの制御用ソフトウェア（以下、制御ソフトと記す）を、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる電子制御装置に実装されるものと同じファイル形式でロードして、実行することができる。

ただし、マイコンシミュレータ２００は一例であってこれに限定するものではない。例えば、これらの機能を備える統合環境シミュレータを、マイコンシミュレータ２００の替わりに用いることもできる。

マイコンシミュレータ２００の内部には、ＥＣＵで使用されるマイコンの挙動を記述したマイコンモデル２３０と、マイコンシミュレータ２００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル２２０と、が組み込まれる。マイコンモデル２３０は、例えば、Ｃ言語のような高級言語によりマイコンの挙動を記述したソースコードを、マイコンシミュレータ２００で実行可能なバイナリ形式に変換されたものである。

回路シミュレータ３００は、電気回路及び電子回路のモデリングとシミュレーションの機能を備える。ただし、回路シミュレータ３００は一例であってこれに限定するものではない。例えば、これらの機能を備える複合領域物理シミュレータを、回路シミュレータ３００の替わりに用いることもできる。

回路シミュレータ３００の内部には、直流電源のモデル３４０と、インバータのモデル３６０と、電流センサのモデル３５０と、平滑用コンデンサのモデル３４１と、Ｙ結線（スター結線もしくは星型結線ともいう）で表したモータの等価回路モデル３７０と、回路シミュレータ３００−マイコンシミュレータ２００間インターフェースのモデル３２０と、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１と、ドライバ回路のモデル３３０と、電流モニタ回路のモデル３３５と、センサ回路のモデル（不図示）と、等が接続され、組み込まれる。ドライバ回路とは駆動回路を意味する。これらの、回路シミュレータ３００の内部にあるモデル全体を、以下回路モデルと呼ぶ。回路モデルは、ＥＰＳのＥＣＵを構成する回路をモデル化したものである。

インバータのモデル３６０は、直流電源を３相交流に変換するインバータを模擬するモデルであって、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子のモデル３６１と、帰還ダイオードのモデル３６２と、を有する。本実施例ではスイッチング素子のモデル３６１に、ＭＯＳＦＥＴのモデルを用いているため、以下この２つのモデルを同様の意味で記す。インバータのモデル３６０は、スイッチング素子のモデル３６１と帰還ダイオードのモデル３６２を、それぞれ６つずつ有する。

電流センサのモデル３５０としては、シャント抵抗のモデル３５５を用いた。なお、電流センサとして用いる抵抗をシャント抵抗という。電流センサのモデル３５０は、後に説明する同期モータのモデル４４０から、Ｙ結線で表したモータの等価回路モデル３７０を介して、インバータのモデル３６０にフィードバックされるモータ電流を検出するためのモデルである。電流センサのモデル３５０としては、図１に示すような１つの抵抗のモデルに限定されるものではなく、図３に示すような複数の抵抗を直列に接続したモデル３５１（図３（ａ）参照）や、並列に接続したモデル３５２（図３（ｂ）参照）や、あるいは直列、並列の両方の接続方法で接続したモデル３５３（図３（ｃ）参照）など、を使うこともできる。また、抵抗に流れる電流は、抵抗にかかる電圧と抵抗値から変換できるため、抵抗のモデルを電圧センサのモデルとして使ってもよい。電流センサのモデル３５０や抵抗のモデルの替わりに、電流計のモデルあるいは電圧計のモデルを使うこともできる。

なお、インバータのモデル３６０周辺のモデルにおいて、直流電源のモデル３４０−インバータのモデル３６０間と、インバータのモデル３６０−モータの等価回路モデル３７０間に、遮断回路のモデルを設けることがある。図４は、図１のインバータのモデル周辺において、直流電源のモデル３４０−インバータのモデル３６０間と、インバータのモデル３６０−モータの等価回路モデル３７０間に、それぞれ遮断回路のモデル３８０、遮断回路のモデル３８５を追加した一例である。遮断回路は、実機におけるインバータの回路素子の過電流発生時の保護のためであって、モデルにおいてもこのことを模擬する。遮断回路のモデル３８０、３８５は、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング素子のモデル３８１と、帰還ダイオードのモデル３８２と、を有している。

図１の説明に戻る。

Ｙ結線で表したモータの等価回路モデル３７０は、３相交流で駆動するモータを模擬するモデルであって、モータの１相当りの、巻線抵抗のモデル３７１と、インダクタンスのモデル３７２と、逆起電力（誘起電圧ともいう）を模擬する回路素子のモデル３７３と、を有し、それらを１相分ずつ計３相にＹ状に接続したものである。

なお、モータの等価回路モデルとして、Ｙ結線の替わりにΔ（デルタと読む）結線（環状結線ともいう）で表してもよい。図５は、モータの等価回路モデルをΔ結線で表した例である。Δ結線で表したモータの等価回路モデル３９０は、３相交流で駆動するモータを模擬するモデルであって、モータの１相当りの、巻線抵抗と、インダクタンスと、逆起電力を、それぞれ線間値で表した、巻線抵抗のモデル３９１と、インダクタンスのモデル３９２と、逆起電力を模擬する回路素子のモデル３９３と、を有し、それらを３つずつΔ状に接続したものである。

次に、図１あるいは図２を用いて、複合領域物理シミュレータ４００の説明を行う。

複合領域物理シミュレータ４００は、制御、モータ、機械、回路等の複合領域のモデリングとシミュレーションの機能を備える。ただし、複合領域物理シミュレータ４００は一例であってこれに限定するものではない。例えば、本実施例ではモータのシミュレーション機能を必須要件とするため、モータ専用のシミュレータを、複合領域物理シミュレータ４００の替わりに用いることもできる。

複合領域物理シミュレータ４００の内部には、ドライバーのモデル４３０と、同期モータのモデル４４０と、機構のモデル４５０と、車両のモデル４６０と、複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０と、が接続され、組み込まれる。ドライバーとは運転者のことを意味しており、ドライバ回路とは別のことを指す。

ドライバーのモデル４３０は、ドライバーの操舵、アクセル、ブレーキのそれぞれの操作パターンをモデル化したものである。

同期モータのモデル４４０は、永久磁石型同期モータを、等価回路モデル３７０（あるいは図５のモデル３９０）よりも、該モータの設計仕様を細部までモデル化したものである。具体的には、同期モータのモデル４４０には、モータの寸法、巻線抵抗、インダクタンス、回転子の永久磁石の磁極位置、極対数、磁束の大きさ等のモータ諸元と、磁束変化を考慮したモータの回転運動と、がモデル化されている。また、以降で説明する、ＥＰＳの機構と、ＥＰＳ搭載車の車両の動作とを考慮したモータ負荷を、シミュレーションで模擬できる。そのため、複雑な磁束変化や負荷の変動を反映した、モータシミュレーションを実行できる。それにより、実機の精度に近いモータ特性（トルク、回転数、回転角、電流、逆起電力等）を得ることができる。

モータの等価回路モデル３７０と同期モータのモデル４４０とは、２種類のモデルを意味するが、シミュレーション対象である同一のモータを摸擬するモデルであって、別のモータを意味するものではない。同期モータのモデル４４０は、実機の精度に近いモータ特性を得るためのモデルであり、モータの等価回路モデル３７０は、同期モータのモデル４４０で得られるモータ特性の中から、モータ電流とモータ逆起電力を回路シミュレータ３００側に反映するためのモデルである。このことが、インバータ検証装置１００の内部に、モータの等価回路モデル３７０と同期モータのモデル４４０との、２つのモータのモデルが存在する理由である。

なお、本実施例では同期モータのモデルを用いたが、シミュレーション対象のモータが別種のモータの場合は、その種のモータのモデルを用いる。別種のモータとは、例えば、ブラシレスＤＣモータ、誘導モータ（インダクションモータともいう）、ステッピングモータ、スイッチドリラクタンスモータ等である。また、同期モータのモデルの替わりに、ジェネレータのモデルを使う場合がある。シミュレータでは、モータ（電動機ともいう）とジェネレータ（発電機ともいう）のモデルを、同じ回転機のモデルとして区別せずに扱うことが多いことによる。同様に、モータの等価回路モデルの替わりに、ジェネレータの等価回路モデルを使う場合がある。

機構のモデル４５０は、ＥＰＳの機械部分とその機械動作をモデル化したものである。機構のモデル４５０の内部には、ＥＰＳの構成部品（バネ、ダンパー、ボールネジ、ギヤ等）単位で、それを連結したものを有しているため、ＥＰＳの機械動作を高精度で模擬できる。

車両のモデル４６０は、ＥＰＳの搭載車の車両と車両運動をモデル化したものである。これにより、ＥＰＳの実機を実車両に組み付けることなしに車両運動を模擬できる。

次に、３つのシミュレータの内部にある、シミュレータ間インターフェースのモデルについて説明する。マイコンシミュレータ２００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル２２０、回路シミュレータ３００−マイコンシミュレータ２００間インターフェースのモデル３２０、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１、複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０は、それぞれのシミュレータ間の通信で送受信されるデータを設定したモデルである。送受信されるデータについては、後述する、処理３、処理４、処理５、処理６、処理７、処理８、処理９、処理１０、処理１４、で詳しく説明する。

以上で、本実施例のインバータ検証装置１００とその各部の構成を、図１と図２により説明した。該インバータ検証装置１００を構成するマイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００と、には他に、表示装置と入力装置をそれぞれ１つずつもつ。表示装置は、それぞれのシミュレータ内部にあるモデルと、シミュレータやモデルの設定と、シミュレーション結果と、を表示できる。入力装置は、ユーザーからシミュレータを操作する入力を受け付ける。入力装置は、例えば、キーボード、マウス、操作ボタンである。図１および図２では、複合領域物理シミュレータ４００内にモニタ４７０を図示しているが、モニタ４７０については、後述する、処理１で詳しく説明する。

図６は、本実施例１のインバータ検証装置１００の概観の例を示す図である。インバータ検証装置１００は、マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００と、シミュレータ間の通信線５１０、５２０と、で構成される。マイコンシミュレータ２００には、本体である筐体６２００の他に、表示装置６２０５と入力装置６２０７がある。図６では、表示装置６２０５が、本体である筐体６２００の一部となっている例である。また、入力装置６２０７は、キーボードである例である。同様に、回路シミュレータ３００には、本体である筐体６３００の他に、表示装置６３０５と入力装置６３０７があり、複合領域物理シミュレータ４００には、本体である筐体６４００の他に、表示装置６４０５と入力装置６４０７がある。また、表示装置６３０５、６４０５が、それぞれ本体である筐体６３００、６４００の一部となっている例である。実行ボタン等の操作ボタンは、いずれのシミュレータも、入力装置であるキーボードのキーを操作ボタンとして使う。

次に、図１と図２と図６を用いて、インバータ検証装置１００のシミュレーション実行の処理について、以下に処理１〜処理１６で説明する。

処理１．
ユーザー（不図示）は、インバータ検証装置１００を構成するマイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００と、のそれぞれの表示装置６２０５、６３０５、６４０５により表示される、それぞれのシミュレータ内部にあるモデルとそのモデルの設定を見ながら、それぞれの入力装置６２０７、６３０７、６４０７を操作し、シミュレーションにより取得すべき入出力特性を設定する。３つのシミュレータ２００、３００、４００は、前記設定を受け付ける。本実施例では、６つの車両運動特性である、車速、車両変位、ヨーレート、ヨー角、スリップ角、前輪の実舵角を、モニタ４７０によって表示する設定である。

説明の補足として、ユーザーが、シミュレーション実行中あるいは実行後に、複合領域物理シミュレータ４００の入力装置６４０７の操作により、モニタ４７０を操作すると、前記６つの車両運動特性を、複合領域物理シミュレータ４００の表示装置６４０５に表示できる。ただし、モニタ４７０は、６つの車両運動特性を、表示装置６４０５の１画面で表示するために明示的に設定したもので、必ずしも設定する必要はない。また、シミュレーション実行中あるいは実行後に確認できる特性は、車両運動特性に限ったものではなく、ＥＰＳを構成する各部位のモデルの入出力特性を確認できる。ユーザーはシミュレーション実行中あるいは実行後に、表示装置６２０５、６３０５、６４０５を見ながら入力装置６２０７、６３０７、６４０７を介して、３つのシミュレータ２００、３００、４００内部に存在するモデル、制御線、信号線、接続線を操作すると、シミュレーションで得られる、各部位の入出力特性を確認できる。

処理２．
インバータ検証装置１００は、ユーザーから入力装置６２０７、６３０７、６４０７の実行ボタンの押下による入力を受け付けると、インバータ検証装置１００による協調シミュレーションを開始する。この実行ボタンは、マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００の、いずれの入力装置６２０７、６３０７、６４０７の実行ボタンでも、協調シミュレーションを開始する。協調シミュレーションの具体的な処理内容は、次に説明する処理３〜処理１５である。

処理３．
マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００とは、それぞれ互いに同期をとり、シミュレーションを実行する。そして、マイコンシミュレータ２００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル２２０と、回路シミュレータ３００−マイコンシミュレータ２００間インターフェースのモデル３２０と、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１と、複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０と、それぞれに設定した時間間隔で、データの送受信を行う。それぞれ個別のシミュレータ２００、３００、４００は、受信したデータと、内部にあるモデルとで、シミュレーションを実行する。そして、モデルの出力である送信用のデータを、前記の設定した時間間隔置きに、他のシミュレータに送信する。処理３で説明した、これらの処理内容は、協調シミュレーションの基本動作である。以下処理４〜処理１５で説明する処理の間は、マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００とは、絶えずこの基本動作を実行している。

処理４．
複合領域物理シミュレータ４００は、ドライバーのモデル４３０の出力であるドライバーによる操舵角及び操舵トルクと、同期モータのモデル４４０の出力である、モータ回転角と、ＵＶＷの３相分あるモータ逆起電力とを、複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０と、シミュレータ間のインターフェース４１０と、シミュレータ間の通信線５２０と、シミュレータ間のインターフェース３１１と、を経由させ、回路シミュレータ３００に送信する。また、ドライバーのモデル４３０の出力である操舵トルクは機構のモデル４５０に、ドライバーのモデル４３０の出力であるアクセル操作とブレーキ操作は車両のモデル４６０に、それぞれ入力される。

処理５．
回路シミュレータ３００は、複合領域物理シミュレータ４００から、ドライバーのモデル４３０の出力である操舵角及び操舵トルクと、同期モータのモデル４４０の出力であるモータ回転角とを受信する。ドライバーのモデル４３０の操舵角及び操舵トルクと、同期モータのモデル４４０の出力であるモータ回転角とは、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１を経由して、回路シミュレータ３００内の回路モデルの一部である種々のセンサ回路のモデルによって、デジタル値に変換される。そして、回路シミュレータ３００は、ドライバーのモデル４３０の操舵角及び操舵トルクと、同期モータのモデル４４０のモータ回転角とのデジタル値を、回路シミュレータ３００−マイコンシミュレータ２００間インターフェースのモデル３２０と、シミュレータ間のインターフェース３１０と、シミュレータ間の通信線５１０と、シミュレータ間のインターフェース２１０と、を経由して、マイコンシミュレータ２００に送信する。

処理６．
回路シミュレータ３００内の回路モデルの一部である電流センサのモデル３５０によって検出した電流値は、同じく回路モデルの一部である電流モニタ回路のモデル３３５によってデジタル変換される。回路シミュレータ３００は、回路シミュレータ３００−マイコンシミュレータ２００間インターフェースのモデル３２０と、シミュレータ間のインターフェース３１０と、シミュレータ間の通信線５１０と、シミュレータ間のインターフェース２１０と、を経由して、マイコンシミュレータ２００に送信する。なお、電流センサのモデル３５０によって検出した電流値を、以下シャント電流と記すことにする。

処理７．
マイコンシミュレータ２００は、ドライバーのモデル４３０の操舵角及び操舵トルクと、同期モータのモデル４４０のモータ回転角と、シャント電流の、デジタル値を、回路シミュレータ３００から受信する。マイコンモデル２３０は、マイコンシミュレータ２００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル２２０を経由して、ドライバーのモデル４３０の操舵角及び操舵トルク、同期モータのモデル４４０のモータの回転角、シャント電流の、デジタル値を受信し、それらのデジタル値から、ドライバーの操舵をアシストするモータトルクを発生するための、ＰＷＭ信号を生成する。マイコンシミュレータ２００は、生成したＰＷＭ信号を、マイコンシミュレータ２００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル２２０と、シミュレータ間のインターフェース２１０と、シミュレータ間の通信線５１０と、シミュレータ間のインターフェース３１０と、を経由して、回路シミュレータ３００に送信する。

処理８．
回路シミュレータ３００は、マイコンシミュレータ２００からＰＷＭ信号を受信する。回路モデルの一部であるドライバ回路のモデル３３０は、回路シミュレータ３００−マイコンシミュレータ２００間インターフェースのモデル３２０を経由して、ＰＷＭ信号を受信し、その後、ＰＷＭ信号を、インバータのスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴのモデル３６１のゲート素子に入力する電圧（以下、ゲート電圧と記す）に変換する。ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１は、ゲート電圧に基づくスイッチング動作をする。インバータのモデル３６０中にある、他の５つあるＭＯＳＦＥＴのモデルも、同様な動作をする。回路シミュレータ３００とインバータのモデル３６０は、ＭＯＳＦＥＴの６つのモデルによるスイッチング動作と、直流電源のモデル３４０から供給される電圧と、Ｙ結線で表したモータの等価回路モデル３７０のＵＶＷ３相の電圧と、インバータのモデル３６０−モータの等価回路モデル３７０間の回路線と、によって、モータの等価回路モデル３７０に供給するＵＶＷ３相分の電圧を決定し、供給する。

処理９．
回路シミュレータ３００は、モータの等価回路モデル３７０に供給する同一のＵＶＷ３相分の電圧（以下、モータ供給電圧と記す）を、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１と、シミュレータ間のインターフェース３１１と、シミュレータ間の通信線５２０と、シミュレータ間のインターフェース４１０と、を経由して、複合領域物理シミュレータ４００に送信する。

処理１０．
複合領域物理シミュレータ４００は、回路シミュレータ３００からモータ供給電圧を受信する。同期モータのモデル４４０は、複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０を経由して、モータ供給電圧を受信し、モータ供給電圧と、機構のモデル４５０からフィードバックされるモータの角速度と、モデル内部の処理と、によって、実機に近い精度のモータ特性を算出する。モデル内部の処理とは、同期モータのモデル４４０の説明で先述した、モータの諸元と回転運動のモデルによる処理のことである。同期モータのモデル４４０以外でも、モデル内部の処理と記した場合は、先述の該当するモデルの説明を参照のこと。モータ特性とは、モータの電流、逆起電力、トルク、回転角、回転数、の時間特性であり、電流と逆起電力はそれぞれＵＶＷ３相分の特性である。

処理１１．
機構のモデル４５０は、ドライバーのモデル４３０の出力である操舵トルクと、同期モータのモデル４４０の出力であるモータトルクと、車両のモデル４６０の出力でフィードバックされる車両反力と、モデル内部の処理と、によって、前輪の実舵角と、モータの角速度と、を算出する。モータの角速度は、モータトルクと、モータ負荷による合力と、によって算出される。

処理１２．
車両のモデル４６０は、ドライバーのモデル４３０の出力であるアクセル操作及びブレーキ操作と、機構のモデル４５０の出力である前輪の実舵角と、モデル内部の処理と、によって、車速、車両変位、ヨーレート、ヨー角、タイヤスリップ角、車両反力と、を算出する。

処理１３．
処理４で説明した通り、複合領域物理シミュレータ４００は、同期モータのモデル４４０の出力である、ＵＶＷの３相分あるモータ逆起電力を、回路シミュレータ３００に送信する。

処理１４．
回路シミュレータ３００は、複合領域物理シミュレータ４００からモータ逆起電力を受信する。モータの等価回路モデル３７０にあって、逆起電力を模擬する回路素子のモデル３７３（ＵＶＷ各相に１つずつ計３つある）は、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１を経由して、受信するモータ逆起電力を、モータの等価回路モデル３７０に出力する。

ここで、図１には、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１へ入力されるモータ供給電圧と、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１から出力されるモータ逆起電力と、の信号線があるが、回路シミュレータ３００の変数値渡しの機能を使うことで、信号線を省略できる場合もある。

図５のΔ結線で表したモータの等価回路モデル３９０を使う場合は、受信したＵＶＷ各相のモータ逆起電力を、線間値に変換する処理を、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２２内に追加し、モータの等価回路モデル３９０に出力すればよい。

なお、処理１３と処理１４において、図１ではモータ逆起電力のみを回路シミュレータ３００に送信しているが、モータの巻線抵抗とインダクタンスの変動もシミュレーションで模擬する場合がある。この場合は、この２つの値についても、同期モータのモデル４４０で設定する値を、複合領域物理シミュレータ４００から回路シミュレータ３００に送信し、モータの等価回路モデル３７０にある、巻線抵抗のモデル３７１とインダクタンスのモデル３７２に、それぞれ設定値を反映させればよい。その際は、巻線抵抗のモデル３７１と、インダクタンスのモデル３７２、同期モータのモデル４４０と複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０間の信号線と、複合領域物理シミュレータ４００−回路シミュレータ３００間インターフェースのモデル４２０と、回路シミュレータ３００−複合領域物理シミュレータ４００間インターフェースのモデル３２１と、前記インターフェースのモデル３２１−巻線抵抗のモデル３７１とインダクタンスのモデル３７２間の信号線、とを、逆起電力の送受信の方法と同様に変更すればよい。Δ結線で表したモータの等価回路モデル３９０を使う場合は、巻線抵抗、インダクタンス、逆起電力を、いずれも線間値に変換してからモータの等価回路モデル３９０の設定値に反映すればよい。

処理１５．
回路シミュレータ３００と、ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１を含むインバータのモデル３６０中にあるＭＯＳＦＥＴの６モデルによるスイッチングと、帰還ダイオードのモデル３６２を含む同じくインバータのモデル３６０中にある帰還ダイオードの６モデルと、モータの等価回路モデル３７０と、インバータのモデル３６０−モータの等価回路モデル３７０間を接続している回路線と、によって、ＵＶＷ三相分のモータ出力電流を算出する。次に、それらと、前記ＭＯＳＦＥＴの６モデルによるスイッチングにより導通するインバータのモデル３６０と、によって、モータのＵＶＷ三相分の電流が、分流もしくは合流されて電流センサのモデル３５０に流れ、検出される。即ち、モータの出力電流を、シャント抵抗のモデル３５５で検出できる。

処理１６．
ユーザーは、シミュレーション実行中あるいは実行後に、複合領域物理シミュレータ４００の表示装置６４０５を見ながら、入力装置６４０７を介してモニタ４７０を操作し、処理１で設定した６つの車両運動特性のシミュレーション結果を、表示装置６４０５に表示して確認する。また、必要に応じ、マイコンシミュレータ２００と、回路シミュレータ３００と、複合領域物理シミュレータ４００と、のそれぞれの表示装置６２０５、６３０５、６４０５を見ながら、マイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００及び複合領域物理シミュレータ４００の３つのシミュレータ内部に存在するモデル、制御線、信号線、接続線を、それぞれの入力装置６２０７、６３０７、６４０７を介して操作し、シミュレーションで得られる各部位の入出力特性を、マイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００及び複合領域物理シミュレータ４００の３つのシミュレータそれぞれの表示装置６２０５、６３０５、６４０５に表示させ、確認する。インバータ装置のシミュレーション結果に関しては、例えば、ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１、帰還ダイオードのモデル３６２、電流センサのモデル３５０（あるいはシャント抵抗のモデル３５５）の入出力特性を確認する。

以上の処理１〜処理１６の処理により、インバータ検証装置１００のシミュレーションが実行される。

次は、本実施例の効果について説明する。

１つの電流センサでモータ電流を検出する方式のインバータ装置に関して、本実施例によって、ＥＰＳ搭載車の全体の挙動を考慮した、モータを駆動するインバータ装置の動作を、実機と同等な精度で模擬、検証可能にした。これらは特に、本実施例によって、インバータ素子のスイッチングによるモータ出力電流の分流や合流、そして該電流が１つの電流センサに流れる現象を、協調シミュレーションによって模擬、検証できるようになったことで実現した。本実施例の効果をさらに詳しく説明すると、次の（１）〜（５）である。

（１）マイコン、ＥＣＵ、機構、モータ、搭載車両等のＥＰＳ全体を考慮した、インバータの回路素子の微小な動特性（電圧、電流、電力損失等）を、実機を用いることなくシミュレーションによって、実機と同程度の精度で模擬できる。回路素子の微小な動特性とは、例えば、ＭＯＳＦＥＴのスイッチングによる寄生振動である。また、インバータ回路以外の全回路素子の動特性も、実機と同程度の精度で模擬できる。

（２）ステータ−ロータ間の動的な磁束変化を考慮したモータ特性を、シミュレーションで実機と同程度の精度で模擬できる。例えば、コギングトルクを模擬できる。

（３）ＥＰＳのモータ以外の機械部分（バネ、ダンパー、ボールネジ、ギヤ等）の動的な振る舞いを、シミュレーションで実機と同程度の精度で模擬できる。

（４）ＥＰＳを搭載する車両の車両運動特性（前輪の実舵角、車速、車両変位、ヨーレート、ヨー角、タイヤスリップ角等）をシミュレーションで実機と同程度の精度で模擬できる。

（５）重要保安部品に該当するＥＰＳの機能安全を、シミュレーションにより実機の製造前に証明することができる。あるいは、ＥＰＳの構成部品や制御ソフトウェアの、不具合や故障発生時の安全侵害を、シミュレーションで模擬、検出でき、製品の設計段階でそれらの対策を施すことができる。それによって、ＥＰＳ製品の品質向上に繋がる。

効果の説明は以上である。

本実施例とは違って、１つの電流センサでモータ電流を検出する方式のインバータ装置を模擬するシミュレーションでは、電流センサのモデルを介さずに、モータ電流を検出でき得るために、インバータのスイッチングパターンとモータ電流から、逆に電流センサのモデルに流れる電流を算出できる場合がある。しかし、この場合は、インバータ素子のスイッチング動作をＯＮ、ＯＦＦで簡略化していることが前提である。そのため、上記（１）と（５）の効果は得られない。本実施例では、回路素子単位においても、ＥＰＳ搭載車全体においても、微小な挙動や動特性を、シミュレーションで実機と同程度の精度で模擬できることに特徴がある。

本実施例２では、１つの電流センサでモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションによって前記装置の故障発生時における動作や性能を、実機と同程度の精度で模擬可能にする、インバータ検証装置の例を説明する。

図７は、本実施例２のインバータ検証装置１０５の概観の例を示す図であり、図８は、本実施例２のインバータ検証装置の構成図である。本実施例では、ＥＰＳシステムのインバータの回路故障発生時の検証を対象とした。

インバータ検証装置１０５は、該装置のメモリ（不図示）に、ソフトウェアで構成する、マイコンシミュレータ２０５と、回路シミュレータ３０５と、複合領域物理シミュレータ４０５と、シミュレータ間のインターフェース２１５、３１５、３１６、４１５と、を有する。マイコンシミュレータ２０５と、回路シミュレータ３０５と、複合領域物理シミュレータ４０５と、は１つの筐体７１０５を共有する。同様に、マイコンシミュレータ２０５、回路シミュレータ３０５及び複合領域物理シミュレータ４０５の３つのシミュレータは表示装置７１０６と入力装置７１０７も、１つを共有する。

図９は、図８のインバータ検証装置１０５から、複合領域物理シミュレータ４０５を抽出して拡大して示す図である。図９では、複合領域物理シミュレータ４０５内の詳細を示してある。

マイコンシミュレータ２０５と、回路シミュレータ３０５と、複合領域物理シミュレータ４０５とは、シミュレータ間のインターフェース２１５、３１５、３１６、４１５を介して、相互に通信しながら、協調シミュレーションを実行する。

なお、マイコンシミュレータ２０５、回路シミュレータ３０５及び複合領域物理シミュレータ４０５の３つのシミュレータを、クラウド環境上に構築し、それぞれを仮想マシン上に配置する場合もある。また、インバータ検証装置１０５のメモリは、例えば、該装置の筐体７１０５の外部に配置したり、メモリの一部を筐体７１０５に外付けしたり、あるいは、ネットワークを介して、物理的に別な場所に配置する場合もある。しかし、このようなメモリもインバータ検証装置１０５の一部である。

図８のインバータ検証装置１０５では、図１のインバータ検証装置１００のうち、マイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００、複合領域物理シミュレータ４００と、シミュレータ間のインターフェース２１０、３１０、３１１、４１０、をソフトウェアに変更し、マイコンシミュレータ２０５、回路シミュレータ３０５、複合領域物理シミュレータ４０５、シミュレータ間のインターフェース２１５、３１５、３１６、４１５として、インバータ検証装置１０５のメモリ上に配置したものである。そのため、シミュレータ間の通信線はインバータ検証装置１０５内部にある通信線を使用する。即ち、協調シミュレーションは筺体７１０５のインバータ検証装置１０５が１台で実行できる。

なお、マイコンシミュレータ２０５、回路シミュレータ３０５及び複合領域物理シミュレータ４０５の３つのシミュレータの役割は、図１のマイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００及び複合領域物理シミュレータ４００の３つのシミュレータの役割と大きな変更はなく、各部位の処理が若干違うだけである。図８において図１と同一番号を付与した箇所には変更はない。図９においても同様である。

図８の、図１からの変更点として、モータの等価回路モデル３７０の変更がある。図８において、Ｙ結線で表したモータの等価回路モデル３７５は、３相交流で駆動するモータを模擬するモデルであって、モータの１相当りの、電流と端子電圧の両方を１つのモデルで模擬する、回路素子のモデル３７６を有し、１相分ずつ計３相にＹ状に接続したものである。ここでは、電流と端子電圧の両方を１つの回路素子のモデルで模擬したが、複数の回路素子モデルを用いてもよい。また、後の処理１４´で説明する処理が同一であるならば、回路素子モデルでなくてもよい。

モータの等価回路モデル３７５は、同期モータのモデル４４０で得られるモータ特性の中から、モータ電流とモータ端子電圧を回路シミュレータ３０５側に反映するためのモデルである。

なお、モータの等価回路モデルとして、Ｙ結線の替わりにΔ結線で表してもよい。図１０は、モータの等価回路モデルをΔ結線で表した例である。Δ結線で表したモータの等価回路モデル３９５は、３相交流で駆動するモータを模擬するモデルであって、モータの１相当りの電流と端子電圧をそれぞれ線間値で表し、さらに電流と端子電圧の線間値の両方を１つのモデルで模擬する、回路素子のモデル３９６を有し、それを１つずつΔ状に計３つを接続したものである。ここでは、電流と端子電圧の線間値の両方を１つの回路素子のモデルで模擬したが、複数の回路素子モデルを用いてもよい。また、後の処理１４´で説明する処理が同一であるならば、回路素子モデルでなくてもよい。

実施例１において処理１〜処理１６で説明したシミュレーション実行の処理に対応し、実施例２における実施例１からの変更点を以下に説明する。

第一に、実施例２では、先述の通り、マイコンシミュレータ２０５と、回路シミュレータ３０５と、複合領域物理シミュレータ４０５は、１つのみある表示装置７１０６により、シミュレータ内部にあるモデルと、シミュレータやモデルの設定と、シミュレーション結果を表示する。また、１つのみある入力装置７１０７により、ユーザーからシミュレータを操作する入力を受け付ける。そのため、表示装置と入力装置に関し、実施例１の処理の内容をこの通りに読み替える。

第二に、実施例２では、シミュレータ間の通信線は、先述の通り、インバータ検証装置１０５内部に存在する通信線を使うため、ソフトウェアで構成されているシミュレータ間同士を、物理的に繋いでいるわけではない。よって、実施例１の処理の内容から削除する。

第三に、ＥＰＳシステムのインバータの回路故障発生時の動作や性能を模擬するため、実施例１で説明したシミュレーション実行の処理である処理１〜処理１６のうち、処理２を以下の処理２´に変更し、処理８を以下の処理８´に変更し、処理１３を以下の処理１３´に変更し、処理１４を以下の処理１４´に変更し、処理１５を以下の処理１５´に変更する。

処理２´．
ユーザーは、インバータ検証装置１０５の、表示装置７１０６により表示される、回路シミュレータ３０５の内部にある、回路モデルとそのモデルの設定を見ながら、入力装置７１０７を操作し、回路故障を模擬する設定をする。回路シミュレータ３０５は、前記設定を受け付ける。回路故障とは、例えば、開放故障（オープン故障ともいう）、短絡故障（ショート故障ともいう）、中間値故障（ドリフト故障ともいう）である。本実施例では一例として、インバータのモデル３６５を構成する回路素子のモデルの、ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１と帰還ダイオードのモデル３６２の１つずつに、開放故障を模擬する設定をした。ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１の開放故障は、ゲート素子の開放とした。

その後、インバータ検証装置１０５は、ユーザーから入力装置７１０７の実行ボタンの押下による入力を受け付けると、インバータ検証装置１０５による協調シミュレーションを開始する。

処理８´．
回路シミュレータ３０５は、マイコンシミュレータ２０５からＰＷＭ信号を受信する。回路モデルの一部であるドライバ回路のモデル３３０は、回路シミュレータ３０５−マイコンシミュレータ２０５間インターフェースのモデル３２０を経由して、ＰＷＭ信号を受信し、その後、ＰＷＭ信号を、インバータのモデル３６５中にある、ＭＯＳＦＥＴの６モデルのゲート電圧に変換する。前記ＭＯＳＦＥＴの６モデルは、ゲート電圧に基づくスイッチング動作をする。ただし、１つのＭＯＳＦＥＴのモデル３６１中のゲート素子には、処理２´で開放故障を設定してあるため、正常動作でなく故障動作をする。回路シミュレータ３０５とインバータのモデル３６５は、ＭＯＳＦＥＴの６つのモデルによるスイッチング動作と、直流電源のモデル３４０から供給される電圧と、Ｙ結線で表したモータの等価回路モデル３７５のＵＶＷ３相の電圧と、インバータのモデル３６５−モータの等価回路モデル３７５間の回路線と、によって、モータの等価回路モデル３７５に供給するＵＶＷ３相分の電圧を決定し、供給する。

処理１３´．
複合領域物理シミュレータ４０５と、その内部にあるモータ端子電圧算出用のモデル４８５は、同期モータのモデル４４０の、設定値であるＵＶＷ３相分の、巻線抵抗とインダクタンスと、出力値であるＵＶＷ３相分の電流と逆起電力とから、モータの端子電圧を算出する。そして、モータの電流と端子電圧を、複合領域物理シミュレータ４０５−回路シミュレータ３０５間インターフェースのモデル４２５と、シミュレータ間のインターフェース４１５と３１６と、を経由して、回路シミュレータ３０５に送信する。

処理１４´．
回路シミュレータ３０５は、複合領域物理シミュレータ４０５から、モータの１相当りの、電流と端子電圧を受信する。モータの等価回路モデル３７５にあって、電流と端子電圧の両方を１つのモデルで模擬する回路素子のモデル３７６（ＵＶＷ相に各１つずつある）は、回路シミュレータ３０５−複合領域物理シミュレータ４０５間インターフェースのモデル３２５を経由して、受信するモータの電流と端子電圧を、モータの等価回路モデル３７５に出力する。

ここで、図８には、回路シミュレータ３０５−複合領域物理シミュレータ４０５間インターフェースのモデル３２５へ入力されるモータ供給電圧と、回路シミュレータ３０５−複合領域物理シミュレータ４０５間インターフェースのモデル３２５から出力されるモータ電流とモータ端子電圧と、の信号線があるが、回路シミュレータ３０５の変数値渡しの機能を使うことで、信号線を省略できる場合もある。

なお、図１０のΔ結線で表したモータの等価回路モデル３９５を使う場合は、受信したモータ電流と端子電圧をどちらも線間値に変換する処理を、回路シミュレータ３０５−複合領域物理シミュレータ４０５間インターフェースのモデル３２６内に追加し、等価回路モデル３９５に出力すればよい。

処理１５´．
回路シミュレータ３０５と、帰還ダイオードのモデル３６２を含むインバータのモデル３６５中にある帰還ダイオードの６モデルと、ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１を含むインバータのモデル３６５中にあるＭＯＳＦＥＴの６モデルによるスイッチングと、前記スイッチングにより導通するインバータのモデル３６５と、モータの等価回路モデル３７５と、インバータのモデル３６５−モータの等価回路モデル３７５間を接続している回路線と、によって、モータのＵＶＷ三相分の電流が、分流もしくは合流されて電流センサのモデル３５０に流れ、検出される。即ち、モータの出力電流を、シャント抵抗のモデル３５５で検出できる。ただし、帰還ダイオードのモデル３６２と、ＭＯＳＦＥＴのモデル３６１中のゲート素子と、には、処理２´で開放故障を設定してあるため、正常動作でなく故障動作をする。

以上で、実施例２におけるシミュレーション実行の処理について、実施例１からの変更内容の説明をした。

実施例２は、インバータ検証装置１０５による、インバータ回路素子の故障事象の模擬である。インバータ検証装置１０５によるシミュレーション結果から、故障の影響によるモータ駆動の停止を観測できる。これはＥＰＳシステムが故障による危険動作を回避し、フェールセーフが発動する一例である。なお、モータ駆動の停止中は、ドライバーによる操舵によって、モータの発電動作を観測する場合がある。発電した電気が直流電源のモデルに蓄電されれば回生動作となるため、本実施例のインバータ検証装置１０５は、モータの駆動動作のみならず、モータがジェネレータとして動作する、モータの回生動作の模擬、検証にも適用できる。

その他の構成や処理は、既に説明した図１、図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

次は、本実施例の効果について説明する。

本実施例の効果は、実施例１で説明した効果の（１）〜（５）に加え、インバータの回路故障を摸擬した協調シミュレーションの実施による効果として、さらに次の（６）〜（９）がある。

（６）１つの電流センサでモータの電流を検出する、モータを駆動するインバータ装置であって、該装置を内蔵しているＥＰＳのＥＣＵに回路故障が生じる場合の、回路故障がＥＰＳを構成する部位と、ＥＰＳ搭載車の車両運動に与える影響を、シミュレーションで実機と同程度の精度で模擬できる。このシミュレーションの結果により、安全への侵害がないことを確認できれば、ＩＳＯ２６２６２で規定されている機能安全の証明を、実機を用いることなく得られる。安全への侵害がないこととは、例えば、フェールセーフが発動することである。

（７）ＥＰＳの実機を使用しないため、試験のために実機を改造することや、試験設備の整備も不要になる。そのため、試験による作業負荷や開発コストを削減できる。

（８）実機を使用した試験と違い、実機の一部を破壊する必要がないために、故障による動作の再現に勝れている。また、回路素子の中間値故障（ドリフト故障）の模擬や再現が容易であるため、回路素子の性能劣化を検証、評価することができる。

（９）インバータ装置で高電圧や大電流を扱う場合でも、実機の試験と違って、作業者にとって危険がない。

上述の実施例１と実施例２の説明では、１つの電流センサでモータ電流を検出するインバータ装置に関して、検証するためのモデルの構成と、シミュレータ間及びモデル間で送受信するデータについても詳しく説明した。そのため、インバータの検証方法やシミュレーション技法としても有用である。

また、実施例１と実施例２では、ＥＰＳを例にとり説明したが、１つの電流センサでモータ電流を検出するインバータを組み込む車両や装置の検証に適用することができる。例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道、電子制御ブレーキ、エレベータ、ロボット、工作機械、冷蔵庫、エアコン、電気掃除機、電動工具、複写機、等にも適用可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。例えば、マイコンシミュレータ、回路シミュレータ、複合領域物理シミュレータ、の３つのシミュレータのうち、２つのシミュレータが実施例２のように１つの筐体を共有し、別の１つのシミュレータは１つの筐体をもち、その２つの筐体によって、実施例１のようなインバータ検証装置を構成する場合である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段、装置等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、図面上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

＜付記１＞
なお、以上説明した本発明は、
１．
相互に通信機能を有する複数のシミュレータ（例えば、マイコンシミュレータ２００、回路シミュレータ３００、複合領域物理シミュレータ４００、マイコンシミュレータ２０５、回路シミュレータ３０５、複合領域物理シミュレータ４０５）を有し、
前記複数のシミュレータのうちの第一のシミュレータ（例えば、回路シミュレータ３００、３０５）の内部には、直流電源のモデルである直流電源モデル（例えば、モデル３４０）と、インバータのモデルであるインバータモデル（例えば、モデル３６０、３６５）と、前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電流センサのモデルである電流センサモデル（例えば、モデル３５０、３５１、３５２、３５３、３５５）もしくは前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電圧センサのモデルである電圧センサモデル（例えば、モデル３５０、３５１、３５２、３５３、３５５）と、前記インバータモデルに接続する、Ｙ結線もしくはΔ結線で表されるモータの等価回路モデルであるモータ等価回路モデル（例えば、モデル３７０，３９０、３７５、３９５）と、を有し、
前記複数のシミュレータのうちの第二のシミュレータ（例えば、複合領域物理シミュレータ４００、４０５）の内部には、前記モータの仕様を前記モータ等価回路モデルよりも細部まで模擬するモデルであるモータモデル（例えば、モデル４４０）を有し、
前記複数のシミュレータの個々によるシミュレーションと、前記複数のシミュレータ同士の協調シミュレーションと、によって、前記インバータと前記モータの動作もしくは性能を模擬することで、前記インバータの検証を行う検証部（例えば、検証装置１００と同じ、あるいは１０５と同じ）を備えた、
ことを特徴とするインバータの検証装置（例えば、検証装置１００、１０５）、としたため、
・電流センサもしくはシャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションによって、インバータ素子のスイッチングによる、モータ出力電流の分流や合流で、該電流が１つの電流センサもしくはシャント抵抗に流れるのを模擬できる。それによって、インバータ装置の動作や性能を、実機と同程度の精度で模擬可能にする、インバータの検証装置を提供できる。

また、本発明は、
２．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記電流センサモデルもしくは前記電圧センサモデルは、１つあるいは複数のシャント抵抗のモデルである、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・シャント抵抗のモデルという簡単な構成で電流センサもしくは電圧センサのモデルを実現できる。

また、本発明は、
３．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記インバータモデルは直流電源を３相交流に変換する前記インバータを模擬するモデルであって、
前記モータモデルは３相交流で駆動する前記モータを模擬するモデルである、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・３相交流で駆動するモータを制御するインバータの検証装置を提供できる。

また、本発明は、
４．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記モータ等価回路モデルは、前記モータの、抵抗、インダクタンス、電流、電圧、逆起電力（誘起電圧ともいう）を模擬するモデルのうちのいずれか１つ、あるいは複数を含むモデルで構成する、Ｙ結線もしくはΔ結線である、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・電流センサもしくはシャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、モータの仕様（例えば、抵抗、インダクタンス）と、第二のシミュレータの個々のシミュレーションによって算出するモータ特性（例えば、電流、電圧、逆起電力）と、を第一のシミュレータに反映するためのモータのモデルを、Ｙ結線もしくはΔ結線で表す等価回路モデルで実現できる。

また、本発明は、
５．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記第二のシミュレータの内部に、前記モータの負荷のモデルである負荷モデル（例えば、モデル４５０、４６０）をさらに有する、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・モータに接続する制御対象のモデル（例えば、モデル４５０）と、その制御対象に繋がる外部環境のモデル（例えば、モデル４６０）と、を合わせたモータの負荷モデルと、第二のシミュレータとによって、モータ負荷全体の動的な振る舞いを考慮した、モータのシミュレーションを実現できる。それによって、インバータ装置の動作や性能を摸擬する、シミュレーションの精度を向上できる。

また、本発明は、
６．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記インバータモデルと前記モータモデルは、前記モータの駆動動作もしくは回生動作を模擬するモデルである、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・モータの駆動動作のみならず、モータがジェネレータとして動作する、モータの回生動作にも対応した、インバータ装置の動作や性能を摸擬するシミュレーションを実現できる。

また、本発明は、
７．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記モータ等価回路モデルの替わりにジェネレータ等価回路モデルを有し、
前記モータモデルの替わりにジェネレータモデルを有する、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・モータ（電動機）がジェネレータ（発電機）である場合にも対応した、インバータ装置の動作や性能を摸擬するシミュレーションを実現できる。即ち、本発明は、回転機に対応した同シミュレーションを実現できる。また、モータ等価回路モデルをジェネレータ等価回路モデルで、モータのモデルをジェネレータのモデルで、それぞれ代用する場合においても、同シミュレーションを実現できる。

また、本発明は、
８．
１．に記載のインバータの検証装置において、
前記複数のシミュレータはソフトウェアで構成され、
前記複数のシミュレータを記憶する記憶部をさらに有する、
ことを特徴とするインバータの検証装置、としたため、
・シミュレータをソフトウェアで構成することにより、必要なハードウェア資源を低減できる。また、シミュレータの仕様を変更する場合（例えば、新機能の追加、計算処理の変更、バージョンアップ、不具合の解消等）に、対応が容易になりうる。

また、本発明は、
９．
相互に通信機能を有する複数のシミュレータ用い、
前記複数のシミュレータのうちの第一のシミュレータの内部には、直流電源のモデルである直流電源モデルと、インバータのモデルであるインバータモデルと、前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電流センサのモデルである電流センサモデルもしくは前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電圧センサのモデルである電圧センサモデルと、前記インバータモデルに接続する、Ｙ結線もしくはΔ結線で表されるモータの等価回路モデルであるモータ等価回路モデルと、を有し、
前記複数のシミュレータのうちの第二のシミュレータの内部には、前記モータの仕様を前記モータ等価回路モデルよりも細部まで模擬するモデルであるモータモデルを有し、
前記複数のシミュレータの個々によるシミュレーションと、前記複数のシミュレータ同士の協調シミュレーションと、によって、前記インバータと前記モータの動作もしくは性能を模擬することで、前記インバータの検証を行う、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・電流センサもしくはシャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、複数のシミュレータによる協調シミュレーションによって、インバータ素子のスイッチングによる、モータ出力電流の分流や合流で、該電流が１つの電流センサもしくはシャント抵抗に流れるのを模擬できる。それによって、インバータ装置の動作や性能を、実機と同程度の精度で模擬可能にする、インバータの検証方法を提供できる。

また、本発明は、
１０．
９．に記載のインバータの検証方法において、
前記電流センサモデルもしくは前記電圧センサモデルは、１つあるいは複数のシャント抵抗のモデルである、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・シャント抵抗のモデルという簡単な構成で電流センサもしくは電圧センサのモデルを実現できる。

また、本発明は、
１１．
９．に記載のインバータの検証方法において、
前記インバータモデルは直流電源を３相交流に変換する前記インバータを模擬するモデルであって、
前記モータモデルは３相交流で駆動する前記モータを模擬するモデルである、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・３相交流で駆動するモータを制御するインバータの検証方法を提供できる。

また、本発明は、
１２．
９．に記載のインバータの検証方法において、
前記モータ等価回路モデルは、前記モータの、抵抗、インダクタンス、電流、電圧、逆起電力（誘起電圧ともいう）を模擬するモデルのうちのいずれか１つ、あるいは複数を含むモデルで構成する、Ｙ結線もしくはΔ結線である、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・電流センサもしくはシャント抵抗によりモータ電流を検出するインバータ装置に関し、モータの仕様（例えば、抵抗、インダクタンス）と、第二のシミュレータの個々のシミュレーションによって算出するモータ特性（例えば、電流、電圧、逆起電力）と、を第一のシミュレータに反映するためのモータのモデルを、Ｙ結線もしくはΔ結線で表す等価回路モデルで実現できる。

また、本発明は、
１３．
９．に記載のインバータの検証方法において、
前記第二のシミュレータの内部に、前記モータの負荷のモデルである負荷モデルをさらに有する、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・モータに接続する制御対象のモデル（例えば、モデル４５０）と、その制御対象に繋がる外部環境のモデル（例えば、モデル４６０）と、を合わせたモータの負荷モデルと、第二のシミュレータとによって、モータ負荷全体の動的な振る舞いを考慮した、モータのシミュレーションを実現できる。それによって、インバータ装置の動作や性能を摸擬する、シミュレーションの精度を向上できる。

また、本発明は、
１４．
９．に記載のインバータの検証方法において、
前記インバータモデルと前記モータモデルは、前記モータの駆動動作もしくは回生動作を模擬するモデルである、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・モータの駆動動作のみならず、モータの回生動作にも対応した、インバータ装置の動作や性能を摸擬するシミュレーションを実現できる。

また、本発明は、
１５．
９．に記載のインバータの検証方法において、
前記モータ等価回路モデルの替わりにジェネレータ等価回路モデルを有し、
前記モータモデルの替わりにジェネレータモデルを有する、
ことを特徴とするインバータの検証方法、としたため、
・モータ（電動機）がジェネレータ（発電機）である場合にも対応した、インバータ装置の動作や性能を摸擬するシミュレーションを実現できる。即ち、本発明は、回転機に対応した同シミュレーションを実現できる。また、モータ等価回路モデルをジェネレータ等価回路モデルで、モータのモデルをジェネレータのモデルで、それぞれ代用する場合においても、同シミュレーションを実現できる。

１００…インバータ検証装置、２００…マイコンシミュレータ、３００…回路シミュレータ、３５０…電流センサのモデル、３５５…シャント抵抗のモデル、３６０…インバータのモデル、３７０…Ｙ結線で表したモータの等価回路モデル、３７１…モータの１相当りの巻線抵抗のモデル、３７２…モータの１相当りのインダクタンスのモデル、３７３…モータの１相当りの逆起電力を模擬する回路素子のモデル、４００…複合領域物理シミュレータ、４４０…同期モータのモデル。

Claims (10)

1. 相互に通信機能を有する複数のシミュレータを有し、
   前記複数のシミュレータのうちの第一のシミュレータの内部には、直流電源のモデルである直流電源モデルと、インバータのモデルであるインバータモデルと、前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電流センサのモデルである電流センサモデルもしくは前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電圧センサのモデルである電圧センサモデルと、前記インバータモデルに接続する、Ｙ結線もしくはΔ結線で表されるモータの等価回路モデルであるモータ等価回路モデルと、を有し、
   前記複数のシミュレータのうちの第二のシミュレータの内部には、前記モータの仕様を前記モータ等価回路モデルよりも細部まで模擬するモデルであるモータモデルを有し、
   前記複数のシミュレータの個々によるシミュレーションと、前記複数のシミュレータ同士の協調シミュレーションと、によって、前記インバータと前記モータの動作もしくは性能を模擬することで、前記インバータの検証を行う検証部を備えた、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
2. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記電流センサモデルもしくは前記電圧センサモデルは、１つあるいは複数のシャント抵抗のモデルである、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
3. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記インバータモデルは直流電源を３相交流に変換する前記インバータを模擬するモデルであって、
   前記モータモデルは３相交流で駆動する前記モータを模擬するモデルである、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
4. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記モータ等価回路モデルは、前記モータの、抵抗、インダクタンス、電流、電圧、逆起電力（誘起電圧ともいう）を模擬するモデルのうちのいずれか１つ、あるいは複数を含むモデルで構成する、Ｙ結線もしくはΔ結線である、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
5. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記第二のシミュレータの内部に、前記モータの負荷のモデルである負荷モデルをさらに有する、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
6. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記インバータモデルと前記モータモデルは、前記モータの駆動動作もしくは回生動作を模擬するモデルである、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
7. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記モータ等価回路モデルの替わりにジェネレータ等価回路モデルを有し、
   前記モータモデルの替わりにジェネレータモデルを有する、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
8. 請求項１に記載のインバータの検証装置において、
   前記複数のシミュレータはソフトウェアで構成され、
   前記複数のシミュレータを記憶する記憶部をさらに有する、
   ことを特徴とするインバータの検証装置。
9. 相互に通信機能を有する複数のシミュレータ用い、
   前記複数のシミュレータのうちの第一のシミュレータの内部には、直流電源のモデルである直流電源モデルと、インバータのモデルであるインバータモデルと、前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電流センサのモデルである電流センサモデルもしくは前記直流電源モデルと前記インバータモデルとの間に接続する電圧センサのモデルである電圧センサモデルと、前記インバータモデルに接続する、Ｙ結線もしくはΔ結線で表されるモータの等価回路モデルであるモータ等価回路モデルと、を有し、
   前記複数のシミュレータのうちの第二のシミュレータの内部には、前記モータの仕様を前記モータ等価回路モデルよりも細部まで模擬するモデルであるモータモデルを有し、
   前記複数のシミュレータの個々によるシミュレーションと、前記複数のシミュレータ同士の協調シミュレーションと、によって、前記インバータと前記モータの動作もしくは性能を模擬することで、前記インバータの検証を行う、
   ことを特徴とするインバータの検証方法。
10. 請求項９に記載のインバータの検証方法において、
    前記モータ等価回路モデルは、前記モータの、抵抗、インダクタンス、電流、電圧、逆起電力（誘起電圧ともいう）を模擬するモデルのうちのいずれか１つ、あるいは複数を含むモデルで構成する、Ｙ結線もしくはΔ結線である、
    ことを特徴とするインバータの検証方法。

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