JP2021002942A - 回転電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータを構成するスイッチング素子が短絡状態である故障とその他の故障とを適切に判別して、インバータに対して適切なフェールセーフ制御を実行する。【解決手段】回転電機制御装置は、スイッチング制御信号を生成するインバータ制御装置と、スイッチング制御信号を中継すると共に少なくともインバータの診断情報をインバータ制御装置に提供するドライブ回路とを備える。インバータ制御装置は、診断情報にスイッチング素子が短絡状態であることを示す短絡情報が含まれている場合には、アクティブショートサーキット制御ＡＳＣを実行し、診断情報にスイッチング素子が短絡状態であることを示す短絡情報が含まれず、スイッチング素子が短絡状態であること以外の異常を示す情報が含まれている場合には、シャットダウン制御ＳＤを実行する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両の車輪に常時連動するように駆動連結された回転電機を駆動制御する回転電機制御装置に関する。

特開２０１７−１７５８４９号公報には、インバータ（３０）を含む回転電機制御装置（１）に異常が発生した場合に、迅速にインバータ（３０）にアクティブショートサーキット制御を実行させるインバータ制御装置（２０）が開示されている（背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。例えば、インバータ（３０）を構成するスイッチング素子（３）に過電流が生じた場合には、インバータ制御装置（２０）とインバータ（３０）との間に配置された駆動回路（５０）（ドライブ回路）に内蔵された診断回路が、過電流検出信号（シャント抵抗の端子間電圧）に基づいてスイッチング素子（３）における過電流の発生を判定する。そして、その判定結果を警報信号（ＡＬＭ）として出力する。警報信号（ＡＬＭ）を受けたインバータ制御装置（２０）は、駆動回路（５０）からスイッチング素子（３）への駆動信号（ＤＳ）の出力を固定する。例えば、インバータ制御装置（２０）は、全ての上段側スイッチング素子（３Ｈ）への駆動信号（ＤＳＨ）を非有効状態（ロー状態）とし、全ての下段側スイッチング素子（３Ｌ）への駆動信号（ＤＳＬ）を有効状態（ハイ状態）として、下段側アクティブショートサーキット制御を実行する。

特開２０１７−１７５８４９号公報

ここで、制御対象の回転電機が、車両の車輪に常時連動するように駆動連結された回転電機であり、当該車両が故障して、回転電機に駆動連結された車輪を接地した状態で車両が牽引される場合、回転電機の起電力により、回転電機及びインバータに電流が流れる。この際、スイッチング素子が短絡故障していると、過電流によりインバータが絶対最大定格を超えるほど過熱されるおそれがある。このため、上述したように過電流の発生が検出されている状態では、牽引を行わないことが好ましい。上記のように、１つの警報信号が多くの故障状態を含む場合には、牽引が実施可能か否かを判別することができない。このため、過電流故障の場合に牽引を行うことによってインバータへの負荷が過大となったり、過電流故障以外の故障の場合に牽引を行えずに車両の復旧に時間を要したりする可能性がある。

上記背景に鑑みて、インバータを構成するスイッチング素子が短絡状態である故障とその他の故障とを適切に判別して、インバータに対して適切なフェールセーフ制御を実行することが望まれる。

上記に鑑みた、車両の車輪に常時連動するように駆動連結された回転電機を駆動制御する回転電機制御装置は、直流電源に接続されると共に前記回転電機に接続されて直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータを制御対象とし、当該インバータを構成する複数のスイッチング素子のそれぞれのスイッチング制御信号を生成するインバータ制御装置と、複数の前記スイッチング素子のそれぞれへの前記スイッチング制御信号を前記インバータ制御装置から前記インバータに中継すると共に、少なくとも前記インバータの診断情報を前記インバータ制御装置に提供するドライブ回路と、を備え、前記診断情報は、前記スイッチング素子が短絡状態であるか否かを示す短絡情報を少なくとも含み、前記インバータ制御装置は、前記診断情報に前記スイッチング素子が短絡状態であることを示す前記短絡情報が含まれている場合には、前記インバータの上段側スイッチング素子を全てオン状態とする制御、又は下段側スイッチング素子を全てオン状態にする制御、であるアクティブショートサーキット制御を実行し、前記診断情報に前記スイッチング素子が短絡状態であることを示す前記短絡情報が含まれず、前記スイッチング素子が短絡状態であること以外の異常を示す情報が含まれている場合には、前記インバータを構成する全ての前記スイッチング素子をオフ状態とするシャットダウン制御を実行する。

例えば車両に何らかの故障が生じた場合、当該車両が牽引により移動されることがある。しかし、インバータのスイッチング素子が短絡状態となる故障が生じている場合に、回転電機が車輪に常時連動するように駆動連結されている車両を牽引すると、逆起電力によって生じた電流がインバータ及び回転電機を流れて、インバータ及び回転電機が過熱状態となる可能性がある。一方、スイッチング素子が短絡状態ではない故障が生じている場合には、例えば、全てのスイッチング素子をオフ状態とすることで、スイッチング素子に電流を流さずに車両を牽引することができる。本構成によれば、診断情報にスイッチング素子が短絡状態であることを示す短絡情報が含まれず、スイッチング素子が短絡状態であること以外の異常を示す情報が含まれている場合には、シャットダウン制御が実行される。従って、スイッチング素子の短絡故障以外の場合には、必要に応じて車両を牽引することができる。一方、診断情報にスイッチング素子が短絡状態であることを示す短絡情報が含まれている場合には、アクティブショートサーキット制御が実行される。この際、上段側及び下段側の内、例えば短絡故障が生じているスイッチング素子を含む側をオン状態となるアクティブショートサーキット制御が実行されると、短絡故障による影響を最小限に留めてフェールセーフ制御を実行することができる。このように、本構成によれば、インバータを構成するスイッチング素子が短絡状態である故障とその他の故障とを適切に判別して、インバータに対して適切なフェールセーフ制御を実行することができる。

回転電機制御装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

回転電機制御装置を含む回転電機駆動装置の構成例を示す模式的ブロック図 車両用駆動装置の構成例を模式的に示すブロック図 回転電機制御装置の構成例を模式的に示す部分ブロック図 回転電機制御装置によるフェールセーフ制御の一例を示すフローチャート 回転電機制御装置の他の構成例を模式的に示す部分ブロック図 回転電機制御装置によるフェールセーフ制御の他の例を示すフローチャート 回転電機制御装置の比較例を模式的に示す部分ブロック図

以下、回転電機制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１のブロック図は、回転電機制御装置１０を含む回転電機駆動装置１００の構成例を模式的に示している。図２のブロック図は、回転電機制御装置１０による制御対象の回転電機８を含む車両用駆動装置２００の構成例を模式的に示している。図３のブロック図は、後述するインバータ制御装置１及びドライブ回路２を含む回転電機制御装置１０の一部分の構成例を模式的に示している。図４のフローチャートは、インバータ制御装置１によるフェールセーフ制御の一例を示している。

図２に示すように、回転電機８は、動力を分配する差動歯車装置ＤＦを介して車両の車輪Ｗに駆動連結され、車輪Ｗの駆動力源となる。図２に仮想線で示すように、回転電機８と車輪Ｗとの動力伝達経路に、例えば変速機など他の要素が連結されていてもよい。また、動力伝達経路において回転電機８よりも上流側（車輪Ｗとは反対側）に、例えば内燃機関などの他の動力源が接続されていてもよい。尚、本実施形態では、車両用駆動装置２００は、回転電機８と車輪Ｗとの動力伝達経路に変速機などの他の要素が連結されていても、動力を伝達しない状態（いわゆるニュートラル状態）にならず、回転電機８と車輪Ｗとが常に駆動連結される構成とする。

回転電機制御装置１０は、このように車両の車輪Ｗに常時連動するように駆動連結された交流の回転電機８を駆動制御する。図１に示すように、回転電機駆動装置１００は、回転電機制御装置１０と、インバータ３０とを備えている。インバータ３０は、直流電源４（高圧直流電源）に接続されると共に回転電機８に接続されて直流と複数相の交流との間で電力を変換する。本実施形態では、回転電機８は、３相交流型の回転電機であり、インバータ３０は、直流と３相の交流との間で電力を変換する。また、回転電機８は、直流電源４から電力を供給されて力行する電動機と、車輪Ｗ等からの動力により発電して直流電源４の側へ電力を回生する発電機との双方の機能を有する。

車輪Ｗに駆動連結された回転電機８は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動力源とすることができる。回転電機８がこのような車両の駆動力源の場合、直流電源４の電源電圧は、例えば２００〜４００［Ｖ］である。以下、インバータ３０の直流側の電圧（正極Ｐと負極Ｎとの間の電圧）を直流リンク電圧と称する。直流電源４は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されていると好適である。インバータ３０の直流側には、直流リンク電圧を平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ５）が備えられている。直流リンクコンデンサ５は、回転電機８の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を安定化させる。

図１に示すように、直流電源４とインバータ３０（直流リンクコンデンサ５）との間には、コンタクタ９が備えられている。コンタクタ９は、回転電機駆動装置１００の電気回路系統（直流リンクコンデンサ５、インバータ３０）と、直流電源４との電気的な接続を切り離すことが可能である。即ち、インバータ３０は、回転電機８に接続されていると共に、直流電源４との間にコンタクタ９を介して接続されている。コンタクタ９が接続状態（閉状態）において直流電源４とインバータ３０（及び回転電機８）とが電気的に接続され、コンタクタ９が開放状態（開状態）において直流電源４とインバータ３０（及び回転電機８）との電気的接続が遮断される。このコンタクタ９は、車両内の上位の制御装置の１つである車両制御装置９０（ＶＨＬ−ＣＴＲＬ：図１参照）からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレーと称される。

図１に示すように、インバータ３０は、複数のスイッチング素子３を有して構成される。スイッチング素子３には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図１等に示すように、本実施形態では、スイッチング素子３としてＩＧＢＴが用いられる形態を例示する。それぞれのスイッチング素子３は、負極Ｎから正極Ｐへ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向としてフリーホイールダイオード３Ｆを有して構成されている。

インバータ３０は、上段側スイッチング素子３Ｈと下段側スイッチング素子３Ｌとの直列回路により構成された交流１相分のアーム３Ａを複数組（ここでは３組）備えている。本実施形態では、回転電機８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイルのそれぞれに一組の直列回路（アーム３Ａ）が対応したブリッジ回路が構成される。アーム３Ａの中間点、つまり、上段側スイッチング素子３Ｈと下段側スイッチング素子３Ｌとの接続点は、回転電機８の３相のステータコイルにそれぞれ接続される。

図１に示すように、それぞれのスイッチング素子３は、例えば、素子本体３Ｄ及びフリーホイールダイオード３Ｆが１つの半導体チップに集積され、後述する他の回路素子と共に１つの半導体モジュールとして構成されている。本実施形態では、フリーホイールダイオード３Ｆの他、電流検出回路３Ｓ、温度検出ダイオード３Ｔも一体化されて半導体モジュールが形成されている。温度によってオン抵抗が変化する温度検出ダイオード３Ｔは、スイッチング素子３の温度を検出する温度検出センサとして機能する。温度検出ダイオード３Ｔの順方向電圧（ａ−ｂ間電圧）が出力され、この電圧によりスイッチング素子３の温度が検出される。電流検出回路３Ｓは、入出力端子間（コレクタ−エミッタ間）を流れる素子電流（コレクタ−エミッタ間電流）に比例する微小な電流（センス電流）をセンス端子から流してセンス端子とエミッタ端子間に接続されたセンス抵抗の両端電圧（ｄ−ｅ間電圧）を出力する。尚、ノード（ｅ）は、スイッチング素子３のエミッタ端子（図３に示すドライブ回路２の負極“ＮＶ”）に接続される。スイッチング素子３を駆動する駆動信号ＳＶ（図３参照）は、ゲート端子につながるノード（ｅ）に接続される。駆動信号ＳＶが有効状態（ハイ状態）の際に、ゲート−エミッタ間（ｃ−ｅ間）にドライブ回路２の駆動電圧ＰＶ（図３参照）に相当する電圧が印加される。

図１〜図３に示すように、回転電機制御装置１０は、直流電源４に接続されると共に回転電機８に接続されて直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータ３０を制御対象とし、当該インバータ３０を構成する複数のスイッチング素子３のそれぞれのスイッチング制御信号Ｓを生成してインバータ３０を制御するインバータ制御装置１（ＩＮＶ−ＣＴＲＬ）と、複数のスイッチング制御信号Ｓをインバータ制御装置１からインバータ３０に中継すると共に、少なくともインバータ３０の診断情報ＤＩＡＧをインバータ制御装置１に提供するドライブ回路２（ＤＲＶ−ＣＣＴ）とを備えている。

ここで、診断情報ＤＩＡＧは、スイッチング素子３が短絡状態であるか否かを示す短絡情報ＳＣを少なくとも含む。本実施形態では、診断情報ＤＩＡＧは、さらに、スイッチング素子３が予め規定された規定温度以上であるか否かを示す過熱情報ＯＴ、及び、ドライブ回路の駆動電圧ＰＶが予め規定された規定電圧以下であるか否かを示す駆動電圧低下情報ＵＶＬＯを含む。短絡情報ＳＣが有効状態の場合には短絡状態を示し、過熱情報ＯＴが有効状態の場合には過熱状態を示し、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯが有効状態の場合には駆動電圧低下状態を示している。診断情報ＤＩＡＧは、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯのそれぞれ、或いは、これらを包括した信号である。複数の情報が包括された診断情報ＤＩＡＧが有効状態の場合には、短絡故障、過熱故障、駆動電圧低下故障の何れかが生じていることを示している。図３には、短絡情報ＳＣのみによって示される診断情報ＤＩＡＧと、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯを包括した診断情報ＤＩＡＧとの２種類の診断情報ＤＩＡＧが、ドライブ回路２からインバータ制御装置１に提供される形態を例示している。即ち、本実施形態では、後述するように、ドライブ回路２は、短絡情報ＳＣとそれ以外の情報（ここでは、過熱情報ＯＴ及び駆動電圧低下情報ＵＶＬＯ）とを識別可能な状態で診断情報ＤＩＡＧをインバータ制御装置に提供している。

また、詳細は後述するが、インバータ制御装置１は、診断情報ＤＩＡＧにスイッチング素子３が短絡状態であること示す短絡情報が含まれている場合には、アクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）を実行する。つまり、インバータ制御装置１は、インバータ３０の上段側スイッチング素子３Ｈを全てオン状態とすると共に下段側スイッチング素子３Ｌを全てオフ状態にする上段側アクティブショートサーキット制御、又は、下段側スイッチング素子３Ｌを全てオン状態にすると共に上段側スイッチング素子３Ｈを全てオフ状態にする下段側アクティブショートサーキット制御を実行する。また、インバータ制御装置１は、診断情報ＤＩＡＧにスイッチング素子３が短絡状態であること示す短絡情報が含まれておらず、スイッチング素子３が短絡状態であること以外の異常があることを示す情報（ここでは、過熱情報ＯＴ及び駆動電圧低下情報ＵＶＬＯ）が含まれている場合には、インバータ３０を構成する全てのスイッチング素子３をオフ状態とするシャットダウン制御（ＳＤ）を実行する。

インバータ３０は、インバータ制御装置１により制御される。インバータ制御装置１は、マイクロコンピュータ等の論理プロセッサを中核部材として構築されている。回転電機８の各相のステータコイルを流れる実電流は電流センサ６１により検出され、インバータ制御装置１はその検出結果を取得する。また、回転電機８のロータの各時点での磁極位置や回転速度は、レゾルバ６２などの回転センサにより検出され、インバータ制御装置１はその検出結果を取得する。また、直流リンク電圧は、不図示の電圧センサ等によって検出され、インバータ制御装置１はその検出結果を取得する。直流リンク電圧は、直流電力に対する交流電力の実効値の割合を示す変調率の設定などに利用される。

インバータ制御装置１は、車両制御装置９０等の他の制御装置から提供される回転電機８の目標トルクに基づき、電流センサ６１及びレゾルバ６２の検出結果を用いて、例えばベクトル制御法による電流フィードバック制御を行って、インバータ３０を介して回転電機８を制御する。インバータ制御装置１は、モータ制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。ベクトル制御及び電流フィードバック制御については、公知であるのでここでは詳細な説明は省略する。

インバータ３０を構成するそれぞれのスイッチング素子３の制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）は、ドライブ回路２を介してインバータ制御装置１に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。スイッチング制御信号Ｓを生成するインバータ制御装置１は、マイクロコンピュータなどを中核とした電子回路であり、低圧系回路として構成される。低圧系回路は、インバータ３０などの高圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。車両には、直流電源４の他に、直流電源４よりも低い電圧（Ｂ：例えば１２〜２４［Ｖ］）の電源である不図示の直流電源（低圧直流電源）も搭載されている。マイクロコンピュータ等のプロセッサを中核とするインバータ制御装置１の動作電圧は、例えば５［Ｖ］、３．３［Ｖ］、２．５［Ｖ］等であり、低圧直流電源の電力に基づいてこのような動作電圧を生成する不図示の電圧レギュレータなどの電源回路から電力を供給されて動作する。

上述したように、低圧系回路は、インバータ３０などの高圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。このため、ドライブ回路２により、それぞれのスイッチング素子３に対するスイッチング制御信号Ｓの電力が増幅されてスイッチング素子３に入力される。換言すれば、ドライブ回路２は、スイッチング制御信号Ｓの駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて、対応するスイッチング素子３に中継する。低圧系回路のインバータ制御装置１により生成されたスイッチング制御信号Ｓは、ドライブ回路２により増幅された高圧系回路の駆動信号ＳＶとしてインバータ３０に供給される。上述したように、低圧系回路と高圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なるため、スイッチング制御信号Ｓと駆動信号ＳＶとは、絶縁素子２６（図３参照）により絶縁されている。

ドライブ回路２は、それぞれのスイッチング素子３に対応して備えられている。例えば、本実施形態では、インバータ３０に、駆動対象となる６つのスイッチング素子３が備えられており、ドライブ回路２も６つ備えられる。それぞれのドライブ回路２の電源は、それぞれ独立して設けられている。例えば、トランス等を用いて構成された不図示のフローティング電源によって、駆動電圧ＰＶを有するそれぞれ独立した電源がそれぞれのドライブ回路２に提供されている。

図３の部分的なブロック図は、１つのスイッチング素子３に対応する１つのドライブ回路２と、インバータ制御装置１との関係を示している。図３に示すように、ドライブ回路２は、過電流検出部２１と、過熱検出部２２と、低電圧検出部２３（駆動電圧低下検出部）と、診断情報生成部２４と、バッファ２５と、絶縁素子２６とを備えている。

バッファ２５は、スイッチング制御信号Ｓの駆動力を高めて駆動信号ＳＶとして出力する。上述したように、スイッチング制御信号Ｓと駆動信号ＳＶとは絶縁素子２６によって絶縁されている。バッファ２５は、駆動信号ＳＶを出力する回路を構成しているため、スイッチング制御信号Ｓは、絶縁素子２６を介してバッファ２５に入力される。尚、図３には、絶縁素子２６として、信号用トランスを例示しているが、フォトカプラなど、他の構成であってもよい。

過電流検出部２１は、スイッチング素子３が短絡故障して（部分的な短絡で抵抗値が低下する状態も含む）、スイッチング素子３に過電流が流れているか否かを判定する。図１を参照して上述したように、半導体モジュールとして構成されたスイッチング素子３のノード“ｄ”及び“ｅ”が、図３に示すように過電流検出部２１に入力される。過電流検出部２１は、ｄ−ｅ間の電圧（センス抵抗の端子電圧）に基づき、この電圧が予め規定された過電流判定電圧以上の場合に、過電流状態である（短絡状態である）と判定して、短絡情報ＳＣを有効状態で出力する。

過熱検出部２２は、スイッチング素子３が予め規定された規定温度以上であるか否かを判定する。図１を参照して上述したように、半導体モジュールとして構成されたスイッチング素子３のノード“ａ”及び“ｂ”が、図３に示すように過熱検出部２２に入力される。一般的に接合型ダイオードの順方向電圧は負の温度係数を有し、比較的広い範囲でリニア特性を有している。過熱検出部２２は、ａ−ｂ間の電圧（温度検出ダイオード３Ｔの順方向電圧）に基づいて温度を検出する。順方向電圧は、ダイオードの温度が上昇するに伴って低下する。従って、過熱検出部２２は、ａ−ｂ間の電圧（順方向電圧）が予め規定された過熱判定電圧以下の場合に、スイッチング素子３が規定温度以上の過熱状態であると判定して、過熱情報ＯＴを有効状態で出力する。

低電圧検出部２３は、ドライブ回路２の駆動電圧ＰＶ（ＮＶに対する電圧）が予め規定された駆動電圧判定電圧（規定電圧）以下であるか否かを判定する。駆動電圧ＰＶは、ドライブ回路２の電源電圧であり、低電圧検出部２３は、分圧抵抗等を用いて、駆動電圧ＰＶの電圧を監視し、駆動電圧ＰＶが駆動電圧判定電圧以下の場合に、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯを有効状態で出力する。

診断情報生成部２４は、図３に示す形態では３入力ＯＲゲート（３入力ＯＲ機能を有する回路）により構成されている。診断情報生成部２４は、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯの少なくとも１つが有効状態の場合に、診断情報ＤＩＡＧを有効状態で出力する。つまり、診断情報生成部２４から出力される診断情報ＤＩＡＧは、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯを包括した情報（信号）である。診断情報ＤＩＡＧは、スイッチング制御信号Ｓと同様に、絶縁素子２６を介してインバータ制御装置１に提供される。インバータ制御装置１は、後述するように、診断情報ＤＩＡＧに基づいて、インバータ３０をフェールセーフ制御する。

本実施形態では、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯが包括された診断情報ＤＩＡＧ（包括診断情報）に加えて、短絡情報ＳＣのみで構成された診断情報ＤＩＡＧ（単一診断情報）も、ドライブ回路２からインバータ制御装置１に出力されている。図３に示すように、過電流検出部２１は、短絡情報ＳＣを診断情報生成部２４に出力すると共に、絶縁素子２６を介してインバータ制御装置１にも出力している。つまり、ドライブ回路２は、短絡情報ＳＣとそれ以外の情報（ＯＴ，ＵＶＬＯ）とを識別可能な状態で診断情報ＤＩＡＧをインバータ制御装置１に提供している。

インバータ制御装置１は、包括診断情報としての診断情報ＤＩＡＧ、並びに、単一診断情報としての短絡情報ＳＣに基づいて、例えば、図４のフローチャートに示すような処理を行ってフェールセーフ制御を実行する。インバータ制御装置１は、まず、故障が生じているか否かを診断情報ＤＩＡＧ（包括診断情報）に基づいて判定する（＃１）。故障が生じていない場合（診断情報ＤＩＡＧが非有効状態の場合）には、フェールセーフ制御を実行せずに処理を終了する。

診断情報ＤＩＡＧが、故障が生じていることを示している場合には、次に、短絡情報ＳＣ（単一診断情報）に基づいてその故障が短絡故障であるか否かを判定する（＃２）。故障が短絡故障である場合（短絡情報ＳＣが有効状態の場合）には、フェールセーフ制御としてアクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）を実行する（＃３）。この際、例えば、上段側及び下段側の内、短絡故障が生じているスイッチング素子３を含む側をオン状態となるアクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）が実行されると、短絡故障による影響を最小限に留めてフェールセーフ制御を実行することができる。一方、故障が短絡故障ではない場合（短絡情報ＳＣが非有効状態の場合）には、フェールセーフ制御としてシャットダウン制御（ＳＤ）を実行する（＃４）。

本実施形態のように、制御対象の回転電機８が、車両の車輪Ｗに常時連動するように駆動連結された回転電機８である場合に、当該車両が故障して、回転電機８に駆動連結された車輪Ｗを接地した状態で車両が牽引されると、回転電機８の起電力により、回転電機８及びインバータ３０に電流が流れる。この際、スイッチング素子３が短絡故障していると、過電流によりスイッチング素子３を含むインバータ３０が絶対最大定格を超えるほど過熱されるおそれがある。このため、短絡故障が生じている場合には、インバータ制御装置１は、牽引を制限する牽引制限情報を出力すると好適である（＃５）。例えば、図３に示すように、牽引制限情報ＮＯＴＲＡＣが有効状態で出力される。即ち、インバータ制御装置１は、フェールセーフ制御としてアクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）を実行する（＃３）と共に、牽引を制限する牽引制限情報ＮＯＴＲＡＣを出力すると好適である（＃５）。

牽引制限情報ＮＯＴＲＡＣは、例えば車両制御装置９０に出力され、車両制御装置９０は、車両のコントロールパネルの警告灯を点灯させたり、表示装置に制限メッセージを表示させたり、スピーカから音声によって制限メッセージを流したりすると好適である。また、牽引制限情報ＮＯＴＲＡＣにより、車両の制動装置を作動させて、車輪Ｗの回転を制限するなど、車両制御装置９０を介して車両を制御する形態であってもよい。

故障が短絡故障でない場合には、シャットダウン制御により、スイッチング素子３が全てオフ状態に制御される。回転電機８に駆動連結された車輪Ｗを接地した状態で車両が牽引された場合、フリーホイールダイオード３Ｆを介して直流リンクコンデンサ５や直流電源４（コンタクタ９が閉状態の場合）に電流が回生されるが、スイッチング素子３の素子本体３Ｄには電流が流れない。従って、過熱状態であってもスイッチング素子３は保護される。また、全てのスイッチング素子３がオフ状態に制御されるので、駆動電圧ＰＶはスイッチング素子３を駆動できなくても問題ない。従って、駆動電圧低下状態であっても問題はない。また、これらの場合には、回転電機８に駆動連結された車輪Ｗを接地した状態で車両が牽引されても、回転電機８が発電した電力が直流リンクコンデンサ５に充電可能、且つ、放電抵抗７によって放電可能な範囲であれば問題はないので、牽引制限情報ＮＯＴＲＡＣは出力されず、牽引を行うことが可能である。

つまり、本実施形態によれば、インバータ３０を構成するスイッチング素子３が短絡状態である故障とその他の故障とを適切に判別して、インバータ３０に対して適切なフェールセーフ制御を実行すると共に、故障に応じて車両を牽引することもできる。

上記においては、図３及び図４を参照して、診断情報生成部２４が、３入力ＯＲゲート（３入力ＯＲ機能を有する回路）により構成され、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯの少なくとも１つが有効状態の場合に、診断情報ＤＩＡＧを有効状態で出力する形態を例示した。また、上記においては、ドライブ回路２からインバータ制御装置１に対して、短絡情報ＳＣを含む包括診断情報（診断情報ＤＩＡＧ）と、単一診断情報としての短絡情報ＳＣとが出力されている形態を例示した。つまり、短絡情報ＳＣが重複してインバータ制御装置１に提供される形態を例示した。しかし、図５及び図６に例示するように、診断情報生成部２４は、２入力ＯＲゲート（２入力ＯＲ機能を有する回路）により構成されてもよい。つまり、診断情報生成部２４が、短絡情報ＳＣを除く、過熱情報ＯＴ及び駆動電圧低下情報ＵＶＬＯの少なくとも１つが有効状態の場合に、診断情報ＤＩＡＧを有効状態で出力する形態であってもよい。図５に示すように、この場合も、ドライブ回路２からインバータ制御装置１には、包括診断情報（診断情報ＤＩＡＧ）と、単一診断情報としての短絡情報ＳＣとが出力されているが、図３に示す形態とは異なり、包括診断情報（診断情報ＤＩＡＧ）には短絡情報ＳＣが含まれず、短絡情報ＳＣは重複することなくインバータ制御装置１に提供されている。

この場合は、図６に示すように、インバータ制御装置１は、まず、短絡故障が生じているか否かを短絡情報ＳＣに基づいて判定する（＃１１）。短絡故障が生じていない場合（短絡情報ＳＣが非有効状態の場合）には、インバータ制御装置１は、他の故障（過熱故障、駆動電圧低下故障）が生じているか否かを診断情報ＤＩＡＧに基づいて判定する（＃１２）。他の故障が生じている場合（診断情報ＤＩＡＧが有効状態の場合）には、インバータ制御装置１は、フェールセーフ制御としてシャットダウン制御（ＳＤ）を実行する（＃１４）。他の故障が生じていない場合（診断情報ＤＩＡＧが非有効状態の場合）には、インバータ制御装置１は、フェールセーフ制御を実行せずに処理を終了する。

短絡故障が生じている場合（短絡情報ＳＣが有効状態の場合）には、インバータ制御装置１は、フェールセーフ制御としてアクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）を実行する（＃１３）。そして、上述したように、インバータ制御装置１は、牽引を制限する牽引制限情報ＮＯＴＲＡＣを出力する（＃１５）。このように、図５及び図６に例示するような形態においても、インバータ３０を構成するスイッチング素子３が短絡状態である故障とその他の故障とを適切に判別して、インバータ３０に対して適切なフェールセーフ制御を実行すると共に、故障に応じて車両を牽引することができる。

図７は、図３及び図５に例示した形態に対する比較例を示している。図７の比較例においても、図３と同様に、診断情報生成部２４は、３入力ＯＲゲート（３入力ＯＲ機能を有する回路）により構成されている。診断情報生成部２４は、短絡情報ＳＣ、過熱情報ＯＴ、駆動電圧低下情報ＵＶＬＯの少なくとも１つが有効状態の場合に、診断情報ＤＩＡＧを有効状態で出力する。しかし、図３及び図５とは異なり、図７の比較例では、ドライブ回路２からインバータ制御装置１に短絡情報ＳＣ（単一診断情報）が独立して出力されてはいない。つまり、ドライブ回路２は、短絡情報ＳＣとそれ以外の情報（ＯＴ，ＵＶＬＯ）とを識別可能な状態で診断情報ＤＩＡＧをインバータ制御装置１に提供していない。

このため、インバータ制御装置１は、故障が、短絡故障であるか、それ以外の故障であるかを判別することができない。このため、短絡故障にも拘わらず、車両を牽引してしまう可能性もある。一方、安全性を考慮すれば、シャットダウン制御を行うと共に牽引が可能な故障（例えば、過熱故障、駆動電圧低下故障）であっても、牽引が制限されるため、車両の迅速な移動が妨げられて、復旧に時間を要する可能性がある。

しかし、本実施形態のように、ドライブ回路２が、短絡情報ＳＣとそれ以外の情報（ＯＴ，ＵＶＬＯ）とを識別可能な状態で診断情報ＤＩＡＧをインバータ制御装置１に提供することによって、インバータ３０に対して適切なフェールセーフ制御を実行すると共に、必要に応じて車両を牽引することができる。

〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明した回転電機制御装置（１０）の概要について簡単に説明する。

車両の車輪（Ｗ）に常時連動するように駆動連結された回転電機（８）を駆動制御する回転電機制御装置（１０）であって、直流電源（４）に接続されると共に前記回転電機（８）に接続されて直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータ（３０）を制御対象とし、当該インバータ（３０）を構成する複数のスイッチング素子（３）のそれぞれのスイッチング制御信号（Ｓ）を生成するインバータ制御装置（１）と、複数の前記スイッチング素子（３）のそれぞれへの前記スイッチング制御信号（Ｓ）を前記インバータ制御装置（１）から前記インバータ（３０）に中継すると共に、少なくとも前記インバータ（３０）の診断情報（ＤＩＡＧ）を前記インバータ制御装置（１）に提供するドライブ回路（２）と、を備え、前記診断情報（ＤＩＡＧ）は、前記スイッチング素子（３）が短絡状態であるか否かを示す短絡情報（ＳＣ）を少なくとも含み、前記インバータ制御装置（１）は、前記診断情報（ＤＩＡＧ）に前記スイッチング素子（３）が短絡状態であることを示す前記短絡情報（ＳＣ）が含まれている場合には、前記インバータ（３０）の上段側スイッチング素子（３Ｈ）を全てオン状態とする制御、又は下段側スイッチング素子（３Ｌ）を全てオン状態にする制御（３Ｌ）、であるアクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）を実行し、前記診断情報（ＤＡＩＧ）に前記スイッチング素子（３）が短絡状態であることを示す前記短絡情報（ＳＣ）が含まれず、前記スイッチング素子（３）が短絡状態であること以外の異常を示す情報（ＯＴ，ＵＶＬＯ）が含まれている場合には、前記インバータ（３０）を構成する全ての前記スイッチング素子（３）をオフ状態とするシャットダウン制御（ＳＤ）を実行する。

例えば車両に何らかの故障が生じた場合、当該車両が牽引により移動されることがある。しかし、インバータ（３０）のスイッチング素子（３）が短絡状態となる故障が生じている場合に、回転電機（８）が車輪（Ｗ）に常時連動するように駆動連結されている車両を牽引すると、逆起電力によって生じた電流がインバータ（３０）及び回転電機（８）を流れて、インバータ（３０）及び回転電機（８）が過熱状態となる可能性がある。一方、スイッチング素子（３）が短絡状態ではない故障が生じている場合には、例えば、全てのスイッチング素子（３）をオフ状態とすることで、スイッチング素子（３）に電流を流さずに車両を牽引することができる。本構成によれば、診断情報（ＤＩＡＧ）にスイッチング素子（３）が短絡状態であることを示す短絡情報（ＳＣ）が含まれず、スイッチング素子（３）が短絡状態であること以外の異常を示す情報（ＯＴ，ＵＶＬＯ）が含まれている場合には、シャットダウン制御（ＳＤ）が実行される。従って、スイッチング素子（３）の短絡故障以外の場合には、必要に応じて車両を牽引することができる。一方、診断情報（ＤＩＡＧ）にスイッチング素子（３）が短絡状態であることを示す短絡情報（ＳＣ）が含まれている場合には、アクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）が実行される。この際、上段側及び下段側の内、例えば短絡故障が生じているスイッチング素子（３）を含む側をオン状態となるアクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ）が実行されると、短絡故障による影響を最小限に留めてフェールセーフ制御を実行することができる。このように、本構成によれば、インバータ（３０）を構成するスイッチング素子（３）が短絡状態である故障とその他の故障とを適切に判別して、インバータ（３０）に対して適切なフェールセーフ制御を実行することができる。

ここで、前記診断情報（ＤＩＡＧ）は、前記スイッチング素子（３）が予め規定された規定温度以上であるか否かを示す過熱情報（ＯＴ）、及び、前記ドライブ回路（２）の駆動電圧（ＰＶ）が予め規定された規定電圧以下であるか否かを示す電圧低下情報（ＵＶＬＯ）を含むと好適である。

インバータ（３０）を含む回転電機（８）の駆動系回路に生じ得る故障としては、スイッチング素子（３）の短絡の他にも、スイッチング素子（３）の過熱や、ドライブ回路（２）の駆動電圧（ＰＶ）の低下が有り得る。従って、これらの故障が生じているか否かを示す情報が診断情報（ＤＩＡＧ）に含まれると、回転電機（８）の駆動系回路の複数種類の故障を適切に検出して、その故障に応じたフェールセーフ制御を実行することができる。

また、記インバータ制御装置（１）は、前記診断情報（ＤＩＡＧ）に前記スイッチング素子（３）が短絡状態であることを示す前記短絡情報（ＳＣ）が含まれている場合、前記回転電機（８）に駆動連結された前記車輪（Ｗ）を接地した状態での前記車両の牽引を制限するための制御信号（ＮＯＴＲＡＣ）を出力すると好適である。

スイッチング素子（３）が短絡状態となる故障が生じている場合には、車両が牽引されることは好ましくない。従って、スイッチング素子（３）が短絡状態となる故障が生じている場合には、車両が牽引によって移動されないように、牽引を制限するための制御信号（ＮＯＴＲＡＣ）が出力されると好適である。この制御信号（ＮＯＴＯＲＡＣ）によって、不用意に車両が牽引されることを抑制することができる。

１ ：インバータ制御装置
２ ：ドライブ回路
３ ：スイッチング素子
３Ｈ ：上段側スイッチング素子
３Ｌ ：下段側スイッチング素子
４ ：直流電源
８ ：回転電機
１０ ：回転電機制御装置
３０ ：インバータ
ＤＩＡＧ ：診断情報
ＮＯＴＲＡＣ：牽引制限情報
ＯＴ ：過熱情報
ＰＶ ：駆動電圧
Ｓ ：スイッチング制御信号
ＳＣ ：短絡情報
ＵＶＬＯ ：駆動電圧低下情報（電圧低下情報）
Ｖｄｃ ：直流リンク電圧
Ｗ ：車輪

Claims (3)

1. 車両の車輪に常時連動するように駆動連結された回転電機を駆動制御する回転電機制御装置であって、
   直流電源に接続されると共に前記回転電機に接続されて直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータを制御対象とし、当該インバータを構成する複数のスイッチング素子のそれぞれのスイッチング制御信号を生成するインバータ制御装置と、
   複数の前記スイッチング素子のそれぞれへの前記スイッチング制御信号を前記インバータ制御装置から前記インバータに中継すると共に、少なくとも前記インバータの診断情報を前記インバータ制御装置に提供するドライブ回路と、を備え、
   前記診断情報は、前記スイッチング素子が短絡状態であるか否かを示す短絡情報を少なくとも含み、
   前記インバータ制御装置は、
   前記診断情報に前記スイッチング素子が短絡状態であることを示す前記短絡情報が含まれている場合には、前記インバータの上段側スイッチング素子を全てオン状態とする制御、又は下段側スイッチング素子を全てオン状態にする制御、であるアクティブショートサーキット制御を実行し、
   前記診断情報に前記スイッチング素子が短絡状態であることを示す前記短絡情報が含まれず、前記スイッチング素子が短絡状態であること以外の異常を示す情報が含まれている場合には、前記インバータを構成する全ての前記スイッチング素子をオフ状態とするシャットダウン制御を実行する、回転電機制御装置。
2. 前記診断情報は、前記スイッチング素子が予め規定された規定温度以上であるか否かを示す過熱情報、及び、前記ドライブ回路の駆動電圧が予め規定された規定電圧以下であるか否かを示す電圧低下情報を含む、請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記インバータ制御装置は、前記診断情報に前記スイッチング素子が短絡状態であることを示す前記短絡情報が含まれている場合、前記回転電機に駆動連結された前記車輪を接地した状態での前記車両の牽引を制限するための制御信号を出力する、請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。

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