JP2019511898A - 自動車の電動機の電流モード制御を診断するプロセス - Google Patents

自動車の電動機の電流モード制御を診断するプロセス Download PDF

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Abstract

本発明の対象は、制御信号によって制御される三相電動機の電流モードの制御における障害を診断する方法である。この方法によれば、電動機の各相について補償された時間的オフセットと、電動機の３つの相に共通する事前に求められた測定誤差と、所定の時点に３つのトランジスタペアのトランジスタを介して流れる電流の振幅値とに基づき、前述の所定の時点に３つの制御信号各々に存在する実際のデッドタイムを計算することができるようになり（Ｅ５）、このようにすることで、計算された差の絶対値が予め定められた検出閾値よりも大きければ、電動機の制御における障害を検出できるようになる（Ｅ１０）。

Description

本発明は自動車の分野に関するものであり、さらに詳しくは自動車の電動機の電流モード制御を診断する方法に関する。本発明は特に、三相電動機の電流モード制御に適用される。
三相電動機を備えた自動車の場合、電動機は、周知のように制御装置により供給される三相交流電流モード制御信号を用いることで制御される。
図１に示した１つの既存の解決手段によれば、装置１Ａは、マイクロコントローラ１０と、増幅器２０と、インバータ３０の形態をとる電力段とを備えており、これによって電動機２を制御する電流モードのためにこれら３つの信号Ｕ，Ｖ，Ｗを生成することができる。
より具体的には、マイクロコントローラ１０は最初に、６つの低振幅のパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流基本信号（電動機２の相ごとに２つ）を発生し、これらの信号の振幅は、マイクロコントローラ１０の電力供給信号の振幅、例えば５Ｖのオーダの振幅に相当する。これらの信号各々は、ハイ状態（またはアクティブ状態）とロー状態（または非アクティブ状態）との間で交番する。
これらの信号は、次に増幅器２０によって、（車両のバッテリ電圧Ｂが例えば１０Ｖのオーダのものであれば）例えば２０Ｖのオーダの振幅に達するように増幅され、その後、インバータ３０に伝達される。インバータ３０は、電動機２を制御する電流モードのために３つの信号Ｕ，Ｖ，Ｗを出力として供給し、これらの信号もハイ状態とロー状態との間で交番する。次いで、電動機２の各相は、周知のように、２つ１組で３つの制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗのうち２つの制御信号間に存在するオフセットによって制御される。
この目的で、インバータ３０は、３つのＭＯＳＦＥＴトランジスタペアを有しており、これら各々は、電動機２を制御する電流モードのために３つの信号Ｕ，Ｖ，Ｗのうち１つの信号を生成する。各トランジスタペアのトランジスタのうち一方のトランジスタ（ハイステージトランジスタ）は、車両のバッテリＢの正の端子と接続されているのに対し、他方のトランジスタ（ローステージトランジスタ）はアースＭと接続されている。１つのペアにおける２つのトランジスタは各々、増幅された基本信号を受け取り、これら２つの増幅された基本信号はセンタリングされている（すなわちパルスの中心が一致している）が反転されている。特に、これらの増幅された基本信号のパルスは、矩形ではなく、立ち上がり縁の勾配と立ち下がり縁の勾配とを有する。
同じペアの２つのトランジスタが同時に電流を流すことができてしまうと、それによってバッテリ電圧がアースと接続されてしまい（短絡）、制御装置１Ａをまたはそれどころか電動機２を損傷させてしまうおそれがあり、これを防止するために、マイクロコントローラ１０は、所定のトランジスタペアのハイステージ向けの基本信号のパルスと、このペアのローステージ向けの基本信号に対応づけられたパルスとの間のデッドタイムを監視する。実際の運用においては、図２に挙げた例に示すように、２つの信号ＳＥＨ１とＳＥＢ１とが同時にアクティブ状態となるのを防止するために、２つのハイステージ信号ＳＥＨ１とローステージ信号ＳＥＢ１とがセンタリングされたままであるが、これら２つの基本信号のうち一方の信号（この例ではハイステージ信号ＳＥＨ１）の幅が低減される。
図３〜図６には、（１つのＰＷＭ信号サイクルに関して示された）制御装置１Ａの信号の例が示されている。より具体的には、図３には、１つのトランジスタペアのうちハイステージトランジスタ向けにマイクロコントローラ１０によって生成されたハイステージ信号ＳＥＨ１が示されており、図４には、このハイステージトランジスタの出力信号ＳＥＨ２が示されており、図５には、このトランジスタペアのうちローステージトランジスタ向けにマイクロコントローラ１０によって生成されたローステージ信号ＳＥＢ１が示されており、さらに図６には、このローステージトランジスタの出力信号ＳＥＢ２が示されている。したがって、図３および図５からわかるように、マイクロコントローラ１０は、ローステージ信号ＳＥＢ１のアクティブ状態の終点ｔ１とハイステージ信号ＳＥＨ１のアクティブ状態の始点ｔ２との間のデッドタイムMotPwmDiffTheoを監視する。図４からわかるように、ハイステージトランジスタは、このトランジスタの出力信号ＳＥＨ２がアクティブ状態に達するまでに、開始遅延ｄ１およびこれに続く立ち上がり時間ｄ２を必要とし、次いでこのトランジスタが非アクティブ状態に切り替わるまでに、このトランジスタの非アクティブ化遅延ｄ３およびこれに続く出力信号ＳＥＨ２の立ち下がり時間ｄ４を必要とする。同様に、図６からわかるように、ローステージトランジスタは、このトランジスタの出力信号ＳＥＢ２が非アクティブ状態に達するまでに、非アクティブ化遅延ｄ５およびこれに続く立ち下がり時間ｄ６を必要とし、次いでこのトランジスタがアクティブ状態に切り替わるまでに、このトランジスタの開始遅延ｄ７およびこれに続く出力信号ＳＥＢ２の立ち上がり時間ｄ８を必要とする。
１つのトランジスタペア向けの２つの基本信号間でマイクロコントローラ１０により監視されるデッドタイムMotPwmDiffTheoを、以下では挿入デッドタイムと称するが、これは電動機２のパフォーマンスに悪影響を及ぼさないように５００ｎｓまでに制限される。具体的にいえば、デッドタイムMotPwmDiffTheoの期間が長くなると、その結果として電動機２を制御するための信号Ｕ，Ｖ，Ｗのハイ状態ＳＥＨ１の幅が短くなり、このため電動機２の電流モード制御の効力が、特に５００ｎｓを超えるデッドタイムであると、小さくなる。
電動機２の制御における障害を診断するために、制御信号中に存在する実際のデッドタイムを測定する実践手法が知られている。第１の既存の解決手段によれば、マイクロコントローラ１０によって生成された６つの基本信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１が測定される。ただし、かかる解決手段によっても、マイクロコントローラ１０によって挿入されたデッドタイムにおける障害、つまりマイクロコントローラ１０自体の障害しか診断できない。しかしながら、マイクロコントローラ１０によって基本信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１に挿入されたデッドタイムの期間が、増幅器２０またはインバータ３０によって変更される場合もあることが判明している。具体的にいえば、車両で使用する場合にはインバータ３０のトランジスタが加熱する場合もあり、インバータ３０によって出力された制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗのデッドタイムの期間が変更されるかもしれず、これによって電動機２の電流モード制御に悪影響が及ぼされるおそれがある。したがって、第２の既存の解決手段によれば、装置１Ａは測定モジュール４０を有しており、この測定モジュール４０が制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗの立ち上がり時間を特定して、それらをマイクロコントローラ１０によって生成された基本信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１の立ち上がり時間と比較する。しかしながらかかる解決手段によっても、マイクロコントローラ１０における障害を検出することはできない。しかも、この種の計算にかかるレイテンシタイムによって、１マイクロ秒のオーダでしか、つまりデッドタイムの最大期間（５００ｎｓ）の２倍でしか精度が得られず、その理由は特に、トランジスタを流れる電流、測定モジュール４０に起因する測定誤差、電子フィルタによって入り込む遅延、ならびに基本信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１および制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗの立ち上がり時間および立ち下がり時間の作用によって、デッドタイムに影響が及ぼされるからであり、これによって方法が不正確になり、またはそれどころかいい加減になり、したがってこれは大きな欠点となる。
本発明の課題は、電動機を制御するための制御信号中に挿入されたデッドタイムを測定するための単純かつ信頼性のある効果的な解決手段を提供することによって、少なくとも部分的に上述の欠点を解消することにある。
この目的で、本発明の第１の対象は、三相電動機の制御における障害を診断する方法であって、この場合、前述の電動機の各相は、制御信号により制御される電流モードであり、前述の制御信号はパルス幅変調されており、乗物のバッテリに接続された「ハイステージ」トランジスタと、アースに接続された「ローステージ」トランジスタとにより形成されたアセンブリの中点において、ハイステージトランジスタが受け取ったハイステージ信号と、ローステージトランジスタが受け取ったローステージ信号とに基づき生成され、これらのハイステージ信号およびローステージ信号は、他方の信号に対して反転されたパルス幅変調信号であり、これらのパルス幅変調信号のうちハイステージ信号のハイ状態各々は、ローステージ信号の１つのロー状態においてセンタリングされており、
この方法は
・電動機の１つの相を制御するための制御信号各々について、
−ハイステージ信号とローステージ信号とを生成するステップであって、ハイステージ信号のハイ状態の始点を、ローステージ信号の対応するロー状態の始点に対し、「挿入デッドタイム」と称する期間だけ時間的にオフセットさせるステップと、
−生成されたハイステージ信号とローステージ信号とに基づき制御信号を生成するステップと、
−制御信号を測定し成形するステップと、
−生成されたハイステージ信号の１つのハイ状態を挿入デッドタイムの値に加算した期間と、成形済み制御信号の期間との差を計算するステップであって、前述の差は時間と共に正弦波状に変化する、ステップと、
−計算された差を、この差がゼロ値を中心に時間と共に振動するように補償するステップと、
・電動機の各相について補償された時間的オフセットと、電動機の３つの相に共通する事前に求められた測定誤差と、所定の時点に３つのトランジスタペアのトランジスタを介して流れる電流の振幅値とに基づき、前述の所定の時点に３つの制御信号各々に存在する実際のデッドタイムを計算するステップと、
・計算されたデッドタイムと挿入デッドタイムとの差を計算するステップと、
・計算された差の絶対値が予め定められた検出閾値よりも大きければ、電動機の制御における障害を検出するステップと、
を含む。
本発明による方法によれば、挿入デッドタイムに対するトランジスタおよびフィルタの悪影響を考慮する目的で、実際のデッドタイムをリアルタイムに計算できるようになる。測定され成形された制御信号に基づき、実際のデッドタイムが正確に計算される。かくして、この方法によれば、制御信号における障害を効果的に検出する目的で、制御信号中に存在する実際のデッドタイムを、２５０ｎｓのオーダの精度で測定できるようになる。
本発明の１つの態様によれば、この方法は、電動機の３つの相に共通する測定誤差を求めるステップを含んでおり、この求めるステップの動作を、電動機の各相について、ハイステージトランジスタおよびローステージトランジスタを介してゼロ電流が流れるときに計算された時間的オフセットの平均をとることにより実施する。
有利には、所定の時点に３つの成形済み制御信号各々における実際のデッドタイムを計算する動作は、
電流に対するデッドタイムの変化を表す直線の勾配を計算することと、
事前に求められた測定誤差について補正された挿入デッドタイムの値と、計算された勾配の値に基づく所定の電流の振幅のときのデッドタイムの値との差を計算することと、
を含む。
さらに有利には、電流に対するデッドタイムの変化を表す直線の勾配は、次式に従って計算される。
Figure 2019511898
 ただし、MotPwmDiffTheoは挿入デッドタイムであり、MotPwmDiffInitialは電動機の３つの相に共通する測定誤差であり、MotPwmDiffLinInitは電流閾値IphAmpLinThrに相当するデッドタイムの値であり、この電流閾値からデッドタイムは電流と共に線形に変化し、IphAmpMaxは電流の最大振幅値である。
好ましくは、事前に求められた測定誤差の半分について補正された挿入デッドタイムの値と、所定の電流の振幅のときのデッドタイムの値との差が、次式に従って計算される。
Figure 2019511898
 ただし、ampl(i)は所定の電流（Ｉ）の振幅である。
さらに好ましくは、実際のデッドタイムは次式に従って計算される。
Figure 2019511898
 ただし、
Figure 2019511898
 である。
理論上の直線を使用することによって、デッドタイムの計算を２５０ｎｓまたはそれよりも短いオーダの精度で計算できるように改善することができる。
本発明は、三相電動機の制御における障害を診断する装置にも関する。この場合、前述の電動機の各相は、制御信号により制御される電流モードであり、前述の制御信号はパルス幅変調されており、乗物のバッテリに接続された「ハイステージ」トランジスタと、アースに接続された「ローステージ」トランジスタとにより形成されたアセンブリの中点において、ハイステージトランジスタが受け取ったハイステージ信号と、ローステージトランジスタが受け取ったローステージ信号とに基づき生成され、これらのハイステージ信号およびローステージ信号は、他方の信号に対して反転されたパルス幅変調信号であり、これらのパルス幅変調信号のうちハイステージ信号のハイ状態各々は、ローステージ信号の１つのロー状態においてセンタリングされており、
この装置は、
・電動機の１つの相を制御するための各制御信号について、ハイステージ信号とローステージ信号とを生成するように構成されたマイクロコントローラであって、ハイステージ信号のハイ状態の始点は、ローステージ信号の対応するロー状態の始点に対し、「挿入デッドタイム」と称する期間だけ時間的にオフセットされる、マイクロコントローラと、
・前述のハイステージ信号とローステージ信号とを増幅するように構成された増幅器と、
・増幅されたハイステージ信号とローステージ信号とから成るペアに基づき、電動機の各位相について制御信号を生成するように構成されたインバータと、
・生成された制御信号を測定および成形するように構成された測定モジュールと、
を備え、
マイクロコントローラはさらに、
・電動機の１つの相を制御するための制御信号各々について、生成されたハイステージ信号の１つのハイ状態を挿入デッドタイムの値に加算した期間と、成形済み制御信号の期間との差を計算し、ただしこの差は時間と共に正弦波状に変化し、
・電動機の１つの相を制御するための制御信号各々について、計算された差を、この差がゼロ値を中心に時間と共に振動するように補償し、
・電動機の各相について補償された時間的オフセットと、電動機の３つの相に共通する事前に求められた測定誤差と、所定の時点に３つのトランジスタペアのトランジスタを介して流れる電流の振幅値とに基づき、前述の所定の時点に３つの制御信号各々に存在する実際のデッドタイムを計算し、
・計算されたデッドタイムと挿入デッドタイムとの差を計算し、
・計算された差の絶対値が予め定められた検出閾値よりも大きければ、電動機の制御における障害を検出する
ように構成されている。
本発明の１つの特徴によれば、この装置は、電動機の３つの相に共通する測定誤差を求めるように構成されており、この求める動作は、電動機の各相について、ハイステージトランジスタおよびローステージトランジスタを介してゼロ電流が流れるときに計算された時間的オフセットの平均をとることにより実施される。
本発明の別の特徴によれば、所定の時点に３つの成形済み制御信号各々における実際のデッドタイムを計算するために、電流に対するデッドタイムの変化を表す直線の勾配を計算し、さらに事前に求められた測定誤差について補正された挿入デッドタイムの値と、計算された勾配の値に基づく所定の電流の振幅のときのデッドタイムの値との差を計算するように構成されている。
さらに好ましくは、電流に対するデッドタイムの変化を表す直線の勾配は、次式に従って計算される。
Figure 2019511898
 ただし、MotPwmDiffTheoは挿入デッドタイムであり、MotPwmDiffInitialは電動機の３つの相に共通する測定誤差であり、MotPwmDiffLinInitは電流閾値IphAmpLinThrに相当するデッドタイムの値であり、この電流閾値からデッドタイムは電流と共に線形に変化し、IphAmpMaxは電流の最大振幅値である。
さらに好ましくは、事前に求められた測定誤差（MotPwmDiffInitial）の半分について補正された挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値と、所定の電流Ｉの振幅のときのデッドタイム（ＴＭ（Ｉ））の値との差（MotPwmDiffIphCorr）は、次式に従って計算される。
Figure 2019511898
有利には、監視されるデッドタイム（MotPwmDiffCalc）は次式に従って求められる。
Figure 2019511898
 ただし、
Figure 2019511898
 である。
本発明は、上述のような装置を含む自動車にも関する。
本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の説明を通じて明らかになるであろう。それらの図面は非限定的な例として挙げられたものであり、同様の対象には同じ参照符号が付されている。
電動機を制御する電流モードのための信号を制御および診断するための従来技術による装置を概略的に示す図である。 マイクロコントローラによって生成された初期ハイステージ信号および初期ローステージ信号の一例である。 マイクロコントローラによって生成された初期ハイステージ信号の一例である。 図３の信号を受け取ったハイステージトランジスタの出力信号の一例である。 マイクロコントローラによって生成された初期ローステージ信号の一例である。 図５の信号を受け取ったローステージトランジスタの出力信号の一例である。 測定モジュールにより成形された制御信号の一例である。 電動機を制御する電流モードのための信号を制御および診断するための本発明による装置を概略的に示す図である。 電動機の３つの相のための初期信号の予想期間とハイ状態の期間との差における時間的変化を概略的に示す図である。 ゼロを中心に変化するようにセンタリングされた、図９の差を概略的に示す図である。 電流に対する実際のデッドタイムの変化を概略的に示す図である。 本発明による方法の１つの実施形態を示す図である。
本発明による装置は、電動機を備えた自動車において、この電動機を制御する電流モードおよびこの電動機の制御における障害の診断のために取り付けられることが意図されている。
図８を参照すると、電動機２は、３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗを有する電動機または三相電動機であるが、いうまでもなく本発明を自動車のための任意の電動機に適用することができる。
電動機２の各相Ｕ，Ｖ，Ｗは、制御装置１Ｂにより生成される個々の制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗによって制御される電流モードである。
この目的で、制御装置１Ｂは、マイクロコントローラ１００と、増幅器２００と、インバータ３００の形態をとる電力段とを有する。
マイクロコントローラ１００は、初期信号と称するパルス幅変調（ＰＷＭ）された電圧信号の３つのペアを生成するように構成されており、見やすくするため、図３および図５には、これらのペアのうちただ１つのペアだけを示した。これら３つのペアのハイステージ信号は同一であるが、三相電動機２を制御できるように、互いに位相がシフトされており、それらのローステージ信号も同様である。より具体的には、電動機２は、初期信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１の３つのペアに基づき、インバータ３００により生成された３つの電流モード制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗ間の位相差によって制御される。
初期信号の各ペアは、ハイステージ信号ＳＥＨ１（図３）とローステージ信号ＳＥＢ１（図５）とを有しており、これらの信号各々は、パルス幅変調され他方の信号に対し反転されており、かつこれらのペアのうちハイステージ信号ＳＥＨ１のハイ状態各々は、ローステージ信号ＳＥＢ１のロー状態においてセンタリングされている。図３および図５に示されているように、ハイステージ信号ＳＥＨ１のハイ状態の始点ｔ２は、ローステージ信号ＳＥＢ１の対応するロー状態の始点ｔ１に対し、「挿入デッドタイム」と称する期間MotPwmDiffTheoだけ時間的にオフセットされている。
ただし、マイクロコントローラ１００の能力では、低振幅の信号しか発生させることができない（マイクロコントローラ１００は、５Ｖのオーダの電力供給信号に基づき動作する）ので、電動機２を制御するための制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗを生成する目的でそれらの初期信号をインバータ３００に供給する前に、それらを増幅する必要がある。
増幅器２００の役割は、マイクロコントローラ１００により生成された初期信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１の３つのペアを、電動機２の制御のためにそれらの振幅が十分なものとなるよう、それらの信号をインバータ３００に供給する前に増幅することにある。
インバータ３００は、増幅器２００により供給された初期信号ＳＥＨ１，ＳＥＢ１の増幅された３つのペアに基づき、電動機２を制御するための３つの制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗを生成するように構成されている。この目的で、図８に示されているように、インバータ３００は３つのトランジスタペアを有しており、これらのトランジスタペア各々の中点において電流モード制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗが生成される。
各制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗは、パルス幅変調され、車両のバッテリＢに接続された「ハイステージ」トランジスタとアースＭに接続された「ローステージ」トランジスタとにより形成されたアセンブリの中点において、ハイステージトランジスタが受け取った増幅されたハイステージ信号ＳＥＨ１とローステージトランジスタが受け取った増幅されたローステージ信号ＳＥＢ１とに基づき生成される。
制御信号中に存在する実際のデッドタイムは、マイクロコントローラ１００により挿入されたデッドタイムとは異なっている。その理由は、制御装置１Ｂの電子部品特にインバータ３００の電子部品によって、例えばインバータ３００のトランジスタが加熱した場合などに、デッドタイムの実際の期間が変えられてしまうことによる。
図３〜図６には、（ＰＷＭ信号サイクルに関して示された）制御装置の信号の例が示されている。より具体的には、図３には、１つのトランジスタペアのうちハイステージトランジスタ向けにマイクロコントローラ１００によって生成されたハイステージ信号ＳＥＨ１が示されており、図４には、このハイステージトランジスタの出力信号ＳＥＨ２が示されており、図５には、このトランジスタペアのうちローステージトランジスタ向けにマイクロコントローラ１００によって生成されたローステージ信号ＳＥＢ１が示されており、さらに図６には、このローステージトランジスタの出力信号ＳＥＢ２が示されている。したがって、図３および図５からわかるように、マイクロコントローラ１００は、ローステージ信号ＳＥＢ１のアクティブ状態の終点ｔ１とハイステージ信号ＳＥＨ１のアクティブ状態の始点ｔ２との間のデッドタイムMotPwmDiffTheoを監視する。図４からわかるように、ハイステージトランジスタは、このトランジスタの出力信号ＳＥＨ２がアクティブ状態に達するまでに、開始遅延ｄ１およびこれに続く立ち上がり時間ｄ２を必要とし、次いでこのトランジスタが非アクティブ状態に切り替わるまでに、このトランジスタの非アクティブ化遅延ｄ３およびこれに続く出力信号ＳＥＨ２の立ち下がり時間ｄ４を必要とする。同様に、図６からわかるように、ローステージトランジスタは、このトランジスタの出力信号ＳＥＢ２が非アクティブ状態に達するまでに、非アクティブ化遅延ｄ５およびこれに続く立ち下がり時間ｄ６を必要とし、次いで、このトランジスタがアクティブ状態に切り替わるまでに、このトランジスタの開始遅延ｄ７およびこれに続く出力信号ＳＥＢ２の立ち上がり時間ｄ８を必要とする。図７を参照すると、ハイステージ信号ＳＥＨ１のハイ状態を（理論上の）挿入デッドタイムの期間に加算した期間が、MotPwmExpectedによって表されており、これを予想期間と称する。
測定モジュール４００は、インバータ３００によって生成された制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗを測定し、それらの信号を（それ自体周知であるように）マイクロコントローラ１００が読み出して分析できる信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkWとして成形し、かつそれらの信号をフィードバックループ内でマイクロコントローラ１００に供給するように構成されている。なお、制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗおよび成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkWは、（測定モジュール４００のフィルタに起因する僅かな遅延の範囲内で）デッドタイムと時間的オフセットの点でほぼ同一の特性を有する、ということを述べておきたい。
図７には、図３〜図６の信号に関連づけられて成形された制御信号が示されている。この信号のハイ状態の期間MotPwmFbkは、信号値が最大閾値Ｓｍａｘと交差した第１の時点と、信号値が最小閾値Ｓｍｉｎと交差した第２の時点との間に規定されている。
電動機２の１つの相の成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW各々について、マイクロコントローラ１００は、予想期間MotPwmExpectedと成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkWのハイ状態の期間MotPwmFbkとの差MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffWを計算するように構成されており、この差MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffWは、時間と共に正弦波状に変化する。
図９に示されているように、これらの差MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffWは、非ゼロ中央値を中心に時間と共に振動しており、この中央値は、特にインバータ３００のトランジスタの加熱に起因する測定誤差に相当する。
次に、電動機２の１つの相の成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW各々について、マイクロコントローラ１００は、計算された差MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffWを、この差がゼロ値を中心に時間ｔと共に振動するよう補償するように構成されている。図１０に示されているように、マイクロコントローラ１００は、電動機２を制御するための信号中に存在する実際のデッドタイムを表す信号を、時間と共にゼロを中心にセンタリングすることによって、このドリフトを補正する。
マイクロコントローラ１００は次に、所定の時点に３つの成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW各々に存在する実際のデッドタイムMotPwmDiffCalcを、以下に基づき計算するように構成されている。すなわち、
・電動機２の各相Ｕ，Ｖ，Ｗについて補償された時間的オフセットMotPwmDiffCorrU, MotPwmDiffCorrV, MotPwmDiffCorrW、
・電動機２の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに共通する事前に求められた測定誤差、および
・前述の所定の時点に３つのトランジスタペアのトランジスタを介して流れる電流Ｉの振幅値。
測定誤差は、電動機２の３つの相に共通する誤差である。これはマイクロコントローラ１００によって、電動機２の各相のためのハイステージトランジスタおよびローステージトランジスタを介してゼロ電流が流れるときに計算された時間的オフセットの平均をとることにより求められる。
マイクロコントローラ１００は、到達可能な最大デッドタイムがマイクロコントローラ１００によって理論的に挿入されたデッドタイムと等しいと仮定することにより、実際のデッドタイムを計算し、このデッドタイムから、ゼロ電流のときの３つの制御信号に共通する測定誤差の半分が減算される。
インバータ３００のトランジスタを介して流れる電流の振幅が、マイクロコントローラ１００によって決定された最小電流閾値よりも大きいときに、実際のデッドタイムを計算することができる。具体的には、このケースでは、デッドタイムの補正値を、測定された電流振幅と、最大電流振幅と、電流に対するデッドタイムの変化勾配とに基づき計算することができる。
所定の時点に３つの成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW各々における実際のデッドタイムMotPwmDiffCalcを求めるために、マイクロコントローラ１００は、電流Ｉに対するデッドタイムＴＭの変化を表す直線の勾配Ａを計算するように構成されている。
図１１を参照すると、このことを実現するために、マイクロコントローラ１００は、電流Ｉに対するデッドタイムＴＭの変化を表す直線の勾配Ａを、次式に従って計算するように構成されている。
Figure 2019511898
 ただし、MotPwmDiffLinInitは電流閾値IphAmpLinThrに相当するデッドタイム値であり、この電流閾値IphAmpLinThrからデッドタイムＴＭは電流と共に線形に変化し、IphAmpMaxは電流の最大振幅値である。
マイクロコントローラ１００は、事前に求められた測定誤差MotPwmDiffInitialの半分について補正された挿入デッドタイムMotPwmDiffTheoの値と、所定の電流Ｉの振幅のときのデッドタイムＴＭ（Ｉ）の値との差MotPwmDiffIphCorrを計算するように構成されており、これは次式に従って計算される。
Figure 2019511898
マイクロコントローラ１００は、監視されるデッドタイムMotPwmDiffCalcを次式に従って求めるように構成されている。
Figure 2019511898
 ただし、
Figure 2019511898
 である。
マイクロコントローラ１００は次に、事前に求められた測定誤差について補正された挿入デッドタイムMotPwmDiffTheoと、計算された勾配Ａの値に基づき所定の電流Ｉの振幅のときに計算された実際のデッドタイムMotPwmDiffCalcの値との差Ｄの絶対値を計算するように構成されている。
マイクロコントローラ１００は最後に、計算された差Ｄの絶対値が予め定められた検出閾値ＳＤよりも大きければ、電動機２の制御における障害を検出するように構成されている。
次に、図８〜図１２を参照しながら本発明について説明する。
最初にステップＥ１において、マイクロコントローラ１００は、３つの相のうちの１つに対応づけられたインバータ３００の各トランジスタペアのために、初期ハイステージ信号ＳＥＨ１と初期ローステージ信号ＳＥＢ１とを生成する。
ステップＥ２において、増幅器２００は、電動機２の各相のために生成された初期ハイステージ信号ＳＥＨ１と初期ローステージ信号ＳＥＢ１とを増幅して、それらの信号をインバータ３００へ伝達する。
ステップＥ３において、インバータ３００は各トランジスタペアのために、受け取って増幅した初期ハイステージ信号ＳＥＨ１と増幅した初期ローステージ信号ＳＥＢ１とに基づき、制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗを生成する。
次いでステップＥ４において、測定モジュール４００は、電動機２を制御するためにインバータ３００によって生成された電流制御信号Ｕ，Ｖ，Ｗを測定し、それらを成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkWとして成形する。
次いでステップＥ５において、マイクロコントローラ１００は、電動機２の各位相について、予想期間MotPwmExpectedと、成形済み制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkWの期間MotPwmFbkとの差MotPwmDiffU MotPwmDiffV, MotPwmDiffWを計算する。
次いでステップＥ６において、マイクロコントローラ１００は上述のように電動機２の各相について、計算された差MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffWを、この差が時間ｔと共にゼロ値を中心に振動するように補償する。
ステップＥ７において、マイクロコントローラ１００は、電動機２の各相についてハイステージトランジスタおよびローステージトランジスタを介してゼロ電流が流れるときに計算された時間的オフセットの平均をとることにより、電動機２の３つの相に共通する測定誤差MotPwmDiffInitialを求める。なお、このステップＥ７をステップＥ１〜Ｅ６のうちの１つのステップに先立つ任意の時点に実行してよい、ということを述べておきたい。
ステップＥ８において、マイクロコントローラ１００は、電動機２の各相について補償された時間的オフセットMotPwmDiffCorrU, MotPwmDiffCorrV, MotPwmDiffCorrWと、電動機２の３つの相に共通する事前に求められた測定誤差MotPwmDiffInitialと、所定の時点に３つのトランジスタペアのトランジスタを介して流れる電流Ｉの振幅値とに基づき、前述の所定の時点に３つの制御信号各々に存在する実際のデッドタイムMotPwmDiffCalcを求める。
所定の時点に３つの制御信号MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW各々において監視されるデッドタイムを求めることは、電流に対するデッドタイムの変化を表す直線の勾配Ａを計算することを含む。
電流に対するデッドタイムの変化を表す直線の勾配Ａは、次式に従って計算される。
Figure 2019511898
 ただし、MotPwmDiffLinInitは電流閾値IphAmpLinThrに相当するデッドタイムの値であり、この電流閾値IphAmpLinThrからデッドタイムは電流と共に線形に変化し、IphAmpMaxは電流の最大振幅値である。
マイクロコントローラ１００は、監視されるデッドタイムMotPwmDiffCalcを次式に従って求める。
Figure 2019511898
 ただし、
Figure 2019511898
 であり、MotPwmDiffIphCorrは、事前に求められた測定誤差MotPwmDiffInitialの半分について補正された挿入デッドタイムMotPwmDiffTheoの値と、所定の電流Ｉの振幅のときのデッドタイムＴＭ（Ｉ）の値との差に相当し、これは次式に従って計算される。
Figure 2019511898
ステップＥ９において、マイクロコントローラ１００は、求められたデッドタイムMotPwmDiffCalcと、自身が挿入したのでマイクロコントローラ１００には既知の値を有する挿入デッドタイムMotPwmDiffTheoとの差Ｄの絶対値を計算する。
かくしてステップＥ１０において、マイクロコントローラ１００は、計算された差Ｄの絶対値が予め定められた検出閾値ＳＤよりも大きければ、電動機２の制御における障害を検出する。
本発明による方法によれば、有利には、電動機の電流モード制御における障害を２５０ｎｓのオーダのハイレベルな精度で確実に診断できるようになり、それによって障害検出が効果的なものとなる。
さらに自明のとおり、本発明は上述の例に限定されるものではなく、当業者であれば理解できるように数多くの変形実施形態が可能である。

Claims (10)

  1. 三相電動機（２）の制御における障害を診断する方法であって、
    前記電動機（２）の各相は、制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）により制御される電流モードであり、
    前記制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）はパルス幅変調されており、乗物のバッテリに接続された「ハイステージ」トランジスタと、アースに接続された「ローステージ」トランジスタとにより形成されたアセンブリの中点において、前記ハイステージトランジスタが受け取ったハイステージ信号（ＳＥＨ１）と、前記ローステージトランジスタが受け取ったローステージ信号（ＳＥＢ１）とに基づき生成され、
    前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）および前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）は、他方の信号に対して反転されたパルス幅変調信号であり、該パルス幅変調信号のうち前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）のハイ状態各々は、前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）の１つのロー状態においてセンタリングされており、
    当該方法は、
    ・前記電動機（２）の１つの相を制御するための制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）各々について、
    −前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）と前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）とを生成するステップ（Ｅ１）であって、前記ハイステージ信号のハイ状態の始点（ｔ２）を、前記ローステージ信号の対応するロー状態の始点（ｔ２）に対し、「挿入デッドタイム」と称する期間（MotPwmDiffTheo）だけ時間的にオフセットさせるステップ（Ｅ１）と、
    −生成された前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）と前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）とに基づき前記制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を生成するステップ（Ｅ３）と、
    −前記制御信号を測定し成形するステップ（Ｅ４）と、
    −生成された前記ハイステージ信号の１つのハイ状態を前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値に加算した期間（MotPwmExpected）と、成形済み制御信号（MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW）の期間（MotPwmFbk）との差（MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffW）を計算するステップ（Ｅ５）であって、前記差（MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffW）は時間（ｔ）と共に正弦波状に変化する、ステップと、
    −計算された前記差（MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffW）を、該差がゼロ値を中心に時間（ｔ）と共に振動するように補償するステップ（Ｅ６）と、
    ・前記電動機（２）の各相について補償された時間的オフセット（MotPwmDiffCorrU, MotPwmDiffCorrV, MotPwmDiffCorrW）と、前記電動機（２）の３つの相に共通する事前に求められた測定誤差（MotPwmDiffInitial）と、所定の時点に３つのトランジスタペアの前記トランジスタを介して流れる電流（Ｉ）の振幅値とに基づき、前記所定の時点に３つの前記制御信号各々に存在する実際のデッドタイム（MotPwmDiffCalc）を計算するステップ（Ｅ８）と、
    ・計算された前記デッドタイム（MotPwmDiffCalc）と前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）との差（Ｄ）を計算するステップ（Ｅ９）と、
    ・計算された前記差（Ｄ）の絶対値が予め定められた検出閾値（ＳＤ）よりも大きければ、前記電動機（２）の制御における障害を検出するステップ（Ｅ１０）と、
    を含む、
    三相電動機（２）の制御における障害を診断する方法。
  2. 前記電動機（２）の３つの相に共通する前記測定誤差（MotPwmDiffInitial）を求めるステップ（Ｅ７）を含んでおり、該求めるステップの動作を、前記電動機（２）の各相について、前記ハイステージトランジスタおよび前記ローステージトランジスタを介してゼロ電流が流れるときに計算された前記時間的オフセットの平均をとることにより実施する、請求項１記載の方法。
  3. 所定の時点に３つの前記成形済み制御信号（MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW）各々における前記実際のデッドタイムを計算する動作は、
    電流（Ｉ）に対する前記デッドタイム（ＴＭ）の変化を表す直線の勾配（Ａ）を計算することと、
    事前に求められた前記測定誤差（MotPwmDiffInitial）について補正された前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値と、計算された前記勾配（Ａ）の値に基づく所定の電流（Ｉ）の振幅のときの前記デッドタイムの値との差を計算することと、
    を含む、
    請求項１または２記載の方法。
  4. 電流に対する前記デッドタイムの変化を表す前記直線の勾配（Ａ）を、次式
    Figure 2019511898
     に従って計算し、
    ただし、MotPwmDiffLinInitは電流閾値IphAmpLinThrに相当する前記デッドタイムの値であり、該電流閾値IphAmpLinThrから前記デッドタイムは電流と共に線形に変化し、IphAmpMaxは電流の最大振幅値である、
    請求項３記載の方法。
  5. 事前に求められた前記測定誤差（MotPwmDiffInitial）の半分について補正された前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値と、所定の電流（Ｉ）の振幅のときの前記デッドタイム（ＴＭ（Ｉ））の値との差（MotPwmDiffIphCorr）を、次式
    Figure 2019511898
     に従って計算する、請求項４記載の方法。
  6. 前記実際のデッドタイム（MotPwmDiffCalc）を、次式
    Figure 2019511898
     に従って計算し、
    ただし、
    Figure 2019511898
     である、
    請求項４記載の方法。
  7. 三相電動機（２）の制御における障害を診断する装置（１）であって、
    前記電動機（２）の各相は、制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）により制御される電流モードであり、
    前記制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）はパルス幅変調されており、乗物のバッテリ（Ｂ）に接続された「ハイステージ」トランジスタと、アースに接続された「ローステージ」トランジスタとにより形成されたアセンブリの中点において、前記ハイステージトランジスタが受け取ったハイステージ信号（ＳＥＨ１）と、前記ローステージトランジスタが受け取ったローステージ信号（ＳＥＢ１）とに基づき生成され、
    前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）および前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）は、他方の信号に対して反転されたパルス幅変調信号であり、該パルス幅変調信号のうち前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）のハイ状態各々は、前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）の１つのロー状態においてセンタリングされており、
    当該装置（１）は、
    ・前記電動機（２）の１つの相を制御するための各制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）について、ハイステージ信号（ＳＥＨ１）とローステージ信号（ＳＥＢ１）とを生成するように構成されたマイクロコントローラ（１００）であって、ハイステージ信号のハイ状態の始点（ｔ２）は、前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）の対応するロー状態の始点（ｔ２）に対し、「挿入デッドタイム」（MotPwmDiffTheo）と称する期間だけ時間的にオフセットされる、マイクロコントローラ（１００）と、
    ・前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）と前記ローステージ信号（ＳＥＢ１）とを増幅するように構成された増幅器（２００）と、
    ・増幅されたハイステージ信号（ＳＥＨ１）とローステージ信号（ＳＥＢ１）とから成るペアに基づき、前記電動機（２）の各位相について制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を生成するように構成されたインバータ（３００）と、
    ・生成された前記制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を測定および成形するように構成された測定モジュール（４００）と、
    を備え、
    前記マイクロコントローラ（１００）はさらに、
    ・前記電動機（２）の１つの相を制御するための制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）各々について、生成された前記ハイステージ信号（ＳＥＨ１）の１つのハイ状態を前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値に加算した期間と、成形済み制御信号（MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW）の期間（MotPwmFbk）との差（MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffW）を計算し、ただし前記差（MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffW）は、時間（ｔ）と共に正弦波状に変化し、
    ・前記電動機（２）の１つの相を制御するための制御信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）各々について、計算された前記差（MotPwmDiffU, MotPwmDiffV, MotPwmDiffW）を、該差がゼロ値を中心に時間（ｔ）と共に振動するように補償し、
    ・前記電動機（２）の各相について補償された時間的オフセット（MotPwmDiffCorrU, MotPwmDiffCorrV, MotPwmDiffCorrW）と、前記電動機（２）の３つの相に共通する事前に求められた測定誤差（MotPwmDiffInitial）と、所定の時点に３つのトランジスタペアの前記トランジスタを介して流れる電流（Ｉ）の振幅値とに基づき、前記所定の時点に３つの前記制御信号各々に存在する実際のデッドタイム（MotPwmDiffCalc）を計算し、
    ・計算された前記デッドタイム（MotPwmDiffCalc）と前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）との差（Ｄ）を計算し、
    ・計算された前記差（Ｄ）の絶対値が予め定められた検出閾値（ＳＤ）よりも大きければ、前記電動機（２）の制御における障害を検出する
    ように構成されている、
    三相電動機（２）の制御における障害を診断する装置（１）。
  8. 前記電動機（２）の３つの相に共通する前記測定誤差（MotPwmDiffInitial）を求めるように構成されており、該求める動作は、前記電動機（２）の各相について、前記ハイステージトランジスタおよび前記ローステージトランジスタを介してゼロ電流が流れるときに計算された時間的オフセットの平均をとることにより実施される、請求項７記載の装置（１）。
  9. 所定の時点に３つの前記成形済み制御信号（MotPwmFbkU, MotPwmFbkV, MotPwmFbkW）各々における前記実際のデッドタイム（MotPwmDiffCalc）を計算するために、電流（Ｉ）に対する前記デッドタイムの変化を表す直線の勾配（Ａ）を計算し、さらに事前に求められた前記測定誤差（MotPwmDiffInitial）について補正された前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値と、計算された前記勾配（Ａ）の値に基づく所定の電流（Ｉ）の振幅のときの前記デッドタイムの値との差を計算するように構成されている、請求項７および８のいずれか１項記載の装置（１）。
  10. 電流（Ｉ）に対する前記デッドタイムの変化を表す前記直線の勾配（Ａ）は、次式
    Figure 2019511898
     に従って計算され、
    ただし、MotPwmDiffLinInitは電流閾値IphAmpLinThrに相当する前記デッドタイムの値であり、該電流閾値IphAmpLinThrから前記デッドタイムは電流と共に線形に変化し、IphAmpMaxは電流の最大振幅値であり、
    事前に求められた前記測定誤差（MotPwmDiffInitial）の半分について補正された前記挿入デッドタイム（MotPwmDiffTheo）の値と、所定の電流（Ｉ）の振幅のときの前記デッドタイム（ＴＭ（Ｉ））の値との差（MotPwmDiffIphCorr）を、次式
    Figure 2019511898
     に従って計算し、
    監視される前記デッドタイム（MotPwmDiffCalc）を、次式
    Figure 2019511898
     に従って計算し、
    ただし、
    Figure 2019511898
     である、
    請求項９記載の装置（１）。
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