JP2022079256A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、モータに供給される三相交流を計測する３個の電流センサを有する電気自動車に関し、電流センサの故障を検知する技術を提供する。
【解決手段】電気自動車は、走行用のモータと、モータに交流を供給するインバータと、インバータが出力する三相交流のそれぞれの相の電流を計測する３個の電流センサと、インバータを制御する制御器を備える。制御器は、いずれか２個の電流センサの計測値から、残りの相の電流を推定する。制御器は、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和が、インバータへの入力電流の二乗の３／２に等しい場合に、２個の電流センサは正常であると判定する。制御器は、二乗和が入力電流の二乗の３／２と異なる場合に、２個の電流センサの一方が故障していると判定する。
【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備える電気自動車に関する。特に、モータに供給される三相交流を計測する３個の電流センサを有する電気自動車に関し、電流センサの故障を検知する技術に関する。本明細書における「電気自動車」には、燃料電池車や、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。

電気自動車は、走行用モータとして三相交流モータを備えており、直流電源の電力を三相交流に変換するインバータも備えている。以下では、説明を簡単にするため、三相交流モータを単にモータと称する。

走行用のモータを正確に制御するには、電流フィードバックが欠かせない。３相の交流の総和は常にゼロであるため、３相のうち２相の電流を計測できれば、３相の電流フィードバックを実現することができる。しかし、電流センサの故障を検知するため、通常の電気自動車は３個の電流センサを備えており、３相交流電流の全てを計測できるようになっている。

特許文献１に開示された故障診断装置（モータの制御装置）では、三相交流のうちのいずれか１相の電流センサからゼロクロスを検知し、そのときの他の２相の電流センサの計測値から、電流センサの故障の有無を判断する。

なお、電流センサと制御器をつなぐ信号線、あるいは、電流センサに電力を供給する電力線が断線（あるいは短絡）しても電流センサが使えなくなる。本明細書では、信号線あるいは電力線が断線（または短絡）して電流センサが使えなくなった状態も、「電流センサの故障」に含むものとする。

特開２０１３－５５７９６号公報

本明細書は、特許文献１に開示された技術とは異なるアプローチで電流センサの故障を検知する技術を提供する。

本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータと、モータに交流を供給するインバータと、３個の電流センサと、インバータを制御する制御器を備える。３個の電流センサは、インバータが出力する三相交流のそれぞれの相の電流を計測する。制御器は、いずれか２個の電流センサの計測値から、残りの相（残りの１個の電流センサに対応する相）の電流を推定する。制御器は、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和が、インバータへの入力電流の二乗の３／２に等しい場合に、２個の電流センサは正常であると判定する。制御器は、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和が、入力電流の二乗の３／２と異なる場合に、２個の電流センサの一方が故障していると判定する。

あるいは、制御器は、いずれか２個の電流センサの計測値から、残りの相の電流を推定し、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和を計算し、二乗和の経時変化の変化幅が、インバータへの入力電流の経時変化から求められる所定の変化幅閾値を超えた場合に２個の電流センサの一方が故障していると判定する。制御器は、二乗和の経時変化の変化幅が、変化幅閾値以下の場合は２個の電流センサは正常であると判定する。

さらに、制御器は、３個の電流センサから２個の電流センサの異なる組み合わせのそれぞれに対する二乗和に基づいて故障した電流センサを特定し、特定した電流センサに対応する相の電流を残りの２個の電流センサの計測値から推定し、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の値に基づいてインバータの制御を継続するようにしてもよい。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電気自動車の駆動系のブロック図である。 制御器が実行するモータ制御のフローチャートである。 制御器が実行するモータ制御のブロック図である。 ｑ軸に対する電流の電気位相角とモータの出力トルクの関係を示すグラフである。

図面を参照して実施例の電気自動車２を説明する。図１に、電気自動車２の駆動系のブロック図を示す。電気自動車２は、電源３、インバータ５、走行用のモータ６、制御器２０を備える。電源３はリチウムイオンバッテリであり、１００ボルト以上の電圧の電力を出力することができる。モータ６は三相交流モータである。電源３の出力電力（直流電力）は、インバータ５によって、交流電力に変換され、モータ６に供給される。電源３とインバータ５の間には電流（電圧）の脈動を抑えるコンデンサ４が接続されている。

電気自動車２は、電源３の電圧を計測する電圧センサ１１と、電源３の出力電流を計測する電流センサ１２を備えている。また、電気自動車２は、インバータ５の直流端に印加される電圧を計測する電圧センサ１９を備えている。

インバータ５は６個のスイッチング素子５ａ－５ｆを備えている。６個のスイッチング素子５ａ－５ｆは、２個ずつ直列に接続される。３セットの直列接続が並列に接続される。スイッチング素子５ａ－５ｆのそれぞれに対してダイオードが逆並列に接続されている。制御器２０が、モータ６が目標トルクを出力するようにインバータ５を制御する。なお、電源３とインバータ５の間に電圧コンバータが接続されていてもよい。

電気自動車２は、さらに、３個の電流センサ７（７ｕ、７ｖ、７ｗ）を備えている。電流センサ７は、インバータ５とモータ６の間を流れる三相交流を計測する。電流センサ７ｕは、ｕ相電流を計測する。同様に、電流センサ７ｖ（７ｗ）は、ｖ相電流（ｗ相電流）を計測する。電流センサ７の計測値も制御器２０に入力される。

制御器２０は、中央演算装置２１（ＣＰＵ２１）と、メモリ２２を備える。メモリ２２には、ＣＰＵ２１が実行するプログラムの他、各種のデータが記憶されている。メモリ２２が記憶しているデータには、例えば、モータ６の目標トルクから指令値を導き出すマップ（あるいは関係式）などが含まれる。

制御器２０にはインストルメントパネル３１が接続されている。制御器２０は、現在の電気自動車２の状態（例えば車速など）をインストルメントパネル３１に表示させる。電流センサ７で異常が発生した場合、制御器２０は、インストルメントパネル３１の警告灯を点灯させる。

制御器２０は、車速センサ１３から車速を取得する。また、制御器２０は、アクセルセンサ１４からアクセル開度を取得する。モータ６には角度センサ８が備えられており、制御器２０は、角度センサ８の計測データから、モータ６の電気角と角速度を得る。

制御器２０は、車速センサ１３とアクセルセンサ１４の計測値に基づいて、モータ６の目標トルクを算出し、モータ６の出力トルクが目標トルクに追従するようにインバータ５を制御する。制御器２０は、目標トルクから、インバータ５に対する電流指令値を決定する。制御器２０は、三相のそれぞれに対する電流指令値を決定する。制御器２０は、インバータ５の出力電流（三相交流）のそれぞれが対応する電流指令値に追従するように、電流センサ７の計測値を用いてフィードバック制御を行う。

電流センサ７についてさらに説明する。キルヒホッフの法則により、三相交流の総和は常にゼロである。それゆえ、３相の電流のうち、２相の電流が計測できれば、残りの相の電流を推定することができる。しかし、電流センサ７の故障に備えて、電気自動車２は３相の各相のそれぞれに電流センサを備えており、全ての相の電流を計測することができる。

制御器２０は、３個の電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗの計測値を加算し、その総和がゼロでない場合、３個の電流センサ７のいずれかが故障していると判定する。なお、「電流センサが故障」とは、電流センサそのものが故障している場合のほか、電流センサの信号線の断線あるいは短絡、および、電力供給線の断線あるいは短絡も含まれる。

制御器２０は、３個の電流センサ７のいずれかが故障していると判断した場合、故障した電流センサを特定し、正常な２個の電流センサの計測値から、残りの相の電流を推定する。制御器２０は、正常な２個の電流センサの計測値と、電流推定値を用いて電流フィードバック制御を継続する。制御器２０は、故障した電流センサを特定する間、制御器２０は、モータ６がトルクを出力しないように、インバータ５を制御する。故障した電流センサを特定する間、モータ６がトルクを出力しないことで、運転者に違和感を与えない。

図２に、制御器２０が実行するモータ制御のフローチャートを示す。制御器２０は、一定の周期で図２の処理を繰り返す。まず、制御器２０は、３個の電流センサ７をチェックする（ステップＳ２）。先に述べたように、制御器２０は、３個の電流センサ７の計測値を加算し、総和がゼロでないときに、いずれかの電流センサが故障していると判断する。制御器２０は、全ての電流センサ７が正常であると判断した場合には、通常制御にてモータ６（インバータ５）を制御する（ステップＳ３：ＮＯ、ステップＳ４）。通常制御の具体的な処理は後述する。

制御器２０は、いずれかの電流センサ７が故障していると判断した場合、インストルメントパネル３１の警告灯を点灯させる（ステップＳ３：ＹＥＳ、ステップＳ５）。続いて制御器２０は、通常制御に代えてゼロトルク制御を開始する（ステップＳ６）。ゼロトルク制御とは、アクセル開度に関わらず、モータ６がトルクを出力しないようにインバータ５を制御することである。ゼロトルク制御の詳細については後述する。

制御器２０は、ゼロトルク制御を実施しつつ、故障した電流センサを特定する（ステップＳ７）。制御器２０は、故障した電流センサが特定できたら、ゼロトルク制御を終了し（ステップＳ８）、退避走行制御へと移行する。退避走行制御とは、モータ６の上限出力を抑えつつ、正常な２個の電流センサを用いて電流フィードバック制御を実行することである。退避走行制御中、制御器２０は、インストルメントパネル３１を制御し、走行制御システムに異常が生じていることを示す警告灯を点灯するとともに、車両を速やかにサービスセンタへ持ち込むことを強く推奨するメッセージを表示させる。制御器２０がサービスセンタと通信する機能を備えている場合、制御器２０は、車両で異常が生じていることをサービスセンタに通知してもよい。

故障した電流センサを特定するのにわずかな時間しか要しない。わずかな時間に運転者が意図しないトルクを出力するよりも、ゼロトルク制御を実施した方が運転者に与える違和感は小さい。

図３に、制御器２０が実行するモータ制御のブロック図を示す。図３は、モータ制御プログラムを理解し易くするための図であり、モータ制御を模式的に表している。例えば、切替器２１１は、通常制御とゼロトルク制御を切り替えることを表しているが、実際には制御器２０が通常制御用のプログラムからゼロトルク制御用のプログラムに切り替えると、通常制御は停止する。また、図３の実線の矩形はプログラムモジュールを表している。

制御器２０は、目標トルクモジュール２０１、指令電圧電流モジュール２０２、減算器２０３、フィードバック制御モジュール２０４、加算器２０５、逆ｄｑ変換モジュール２０６、ＰＷＭ信号モジュール２０７、電流チェックモジュール２０８、ｄｑ変換モジュール２０９、ゼロトルク制御モジュール２１０、切替器２１１を備えている。先に述べたように、各モジュール、減算器２０３、加算器２０５、切替器２１１は、制御器２０のメモリ２２に格納されたプログラムをＣＰＵ２１が実行することにより実現される。

車速センサ１３が計測した車速Ｖｅｌと、アクセルセンサ１４が計測したアクセル開度Ａｃｃは目標トルクモジュール２０１に入力される。目標トルクモジュール２０１は、車速Ｖｅｌとアクセル開度Ａｃｃからモータ６の目標トルクＴｒｃを決定する。制御器２０のメモリ２２に、車速Ｖｅｌとアクセル開度Ａｃｃと目標トルクＴｒｃの関係を規定したマップ（あるいは関係式）が記憶されており、目標トルクモジュール２０１は、マップを参照し、あるいは関係式を用いて、計測された車速Ｖｅｌとアクセル開度Ａｃｃから目標トルクＴｒｃを決定する。

目標トルクＴｒｃは指令電圧電流モジュール２０２に送られる。指令電圧電流モジュールは、目標トルクＴｒｃに基づいて、ｄ軸フィードフォワード電圧Ｖｄｆｆ、ｑ軸フィードフォワード電圧Ｖｑｆｆ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｄを決定する。ｄ軸フィードフォワード電圧Ｖｄｆｆとｑ軸フィードフォワード電圧Ｖｑｆｆは、モータ６の出力トルクを素早く目標トルクＴｒｃへ近づけるための指令電圧である。ｄ軸電流指令値Ｉｄｃとｑ軸電流指令値Ｉｑｄは、電流センサ７から得られるモータ６の電流のフィードバック制御に用いられる。フィードバック制御については後述する。

目標トルクＴｒｃからｄ軸フィードフォワード電圧Ｖｄｆｆ／ｑ軸フィードフォワード電圧Ｖｑｆｆ／ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ／ｑ軸電流指令値Ｉｑｄへの変換には、モータ６の電気角Ａｅも用いられる。電気角Ａｅは、モータ６に取り付けられた角度センサ８から得られる。目標トルクＴｒｃとｄ軸フィードフォワード電圧Ｖｄｆｆなどとの関係は、電気角Ａｅをパラメータに含むマップ（あるいは関係式）で規定されている。このマップ（あるいは関係式）も、メモリ２２に予め記憶されている。指令電圧電流モジュールは、マップ（あるいは関係式）を参照し、目標トルクＴｒｃに基づいて、ｄ軸フィードフォワード電圧Ｖｄｆｆなどを決定する。

ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ（ｑ軸電流指令値Ｉｑｄ）は、減算器２０３に送られる。減算器２０３では、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ（ｑ軸電流指令値Ｉｑｄ）と、電流センサ７の計測値から得られる実際のｄ軸電流Ｉｄｒ（ｑ軸電流Ｉｑｒ）との差分が計算される。この差分がフィードバック制御に用いられる。

３個の電流センサ７（７ｕ、７ｖ、７ｗ）の計測値Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓは、電流チェックモジュール２０８に入力される。電流チェックモジュールでは、３個の電流センサ７の計測値Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓを加算し、総和を得る。総和がゼロの場合、電流チェックモジュール２０８は、全ての電流センサが正常であると判断する。このとき、電流チェックモジュール２０８は、３相各相の電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを出力する。電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒは、それぞれ、電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗの出力に対応する。あるいは、３個の電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒのいずれか１個は、残り２個から推定された値であってもよい。キルヒホッフの法則より、例えばｕ相電流Ｉｕｒは、「Ｉｕｒ＝－（Ｉｖｒ＋Ｉｗｒ）」の式で得ることができる。

三相各相の電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒは、ｄｑ変換モジュール２０９に入力される。ｄｑ変換モジュール２０９は、モータ６の電気角Ａｅを用いて、三相の電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、ｄ軸電流Ｉｄｒとｑ軸電流Ｉｑｒに変換する。三相電流からｄ軸電流／ｑ軸電流への変換は良く知られているので説明は割愛する。

先に述べたように、減算器２０３にて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃとｄ軸電流Ｉｄｒの差分、および、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃとｑ軸電流Ｉｑｒの差分が計算される。得られた差分は、フィードバック制御モジュール２０４に入力される。フィードバック制御モジュール２０４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃとｄ軸電流Ｉｄｒの差分、および、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃとｑ軸電流Ｉｑｒの差分が小さくなるように、ｄ軸フィードバック電圧Ｖｄｆｂと、ｑ軸フィードバック電圧Ｖｑｆｂを決定する。フィードバック制御モジュール２０４は、Ｐ制御、ＰＩ制御、あるいは、ＰＩＤ制御などの制御則に基づいて、ｄ軸フィードバック電圧Ｖｄｆｂと、ｑ軸フィードバック電圧Ｖｑｆｂを決定する。

ｄ軸フィードバック電圧Ｖｄｆｂとｄ軸フィードフォワード電圧Ｖｄｆｆは加算器２０５で加算される。加算の結果、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃが得られる。同様に、ｑ軸フィードバック電圧Ｖｑｆｂとｑ軸フィードフォワード電圧Ｖｑｆｆが加算器２０５で加算され、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃが得られる。ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃとｑ軸電圧指令値Ｖｑｃは、逆ｄｑ変換モジュール２０６にて、３相各相の電圧指令値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに変換される。この変換にも、電気角Ａｅが参照される。

３相各相の電圧指令値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃは、それぞれ、ＰＷＭ信号モジュール２０７にてキャリア信号と比較され、各相のスイッチング素子（図１のスイッチング素子５ａ－５ｆ）を駆動するためのＰＷＭ信号に変換される。ＰＷＭ信号モジュール２０７の出力、すなわち、ＰＷＭ信号は、インバータ５の上アームスイッチング素子５ａ、５ｃ、５ｅのそれぞれに送られる。下アームスイッチング素子（例えばスイッチング素子５ｂ）には、上アームスイッチング素子５ａに対するＰＷＭ信号の相補信号が供給される。相補信号とは、元の信号のＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを反転させた信号である。

以上が通常制御である。３個の電流センサ７の全てが正常である場合、目標トルクＴｒｃからｄ軸とｑ軸のフィードフォワード電圧Ｖｄｆｆ、Ｖｑｆｆが決定され、それらの値に基づいてインバータ５が制御されることで、モータ６の出力トルクは目標トルクＴｒｃに速やかに近づく。また、目標トルクＴｒｃから得られるｄ軸電流指令値Ｉｄｃ（およびｑ軸電流指令値Ｉｑｃ）とモータ６から得られるｄ軸電流Ｉｄｒ（およびｑ軸電流Ｉｑｒ）の差分に応じたフィードバック制御が実行されることで、モータ６の出力トルクは目標トルクＴｒｃに正確に追従する。

なお、制御器２０が進角制御を採用する場合には、逆ｄｑ変換モジュール２０６において、電気角Ａｅに所定の進角を加えた角度に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃとｑ軸電圧Ｖ指令値ｑｃが三相各相の電圧指令値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに変換される。

電流チェックモジュール２０８にて３個の電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗの計測値Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓの総和がゼロでない場合、電流チェックモジュール２０８は、電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗのいずれかが故障していると判断する。その場合、電流チェックモジュール２０８は、切替器２１１を制御し、逆ｄｑ変換モジュール２０６の入力端を加算器２０５からゼロトルク制御モジュール２１０に切り替える。ゼロトルク制御モジュール２１０は、モータ６に電流は流れるがトルクが出力されないようにするｄ軸電圧指令値Ｖｄｃとｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを出力する。すなわち、制御器２０は、電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗのいずれかが故障している場合、通常制御を停止し、ゼロトルク制御に移行する。

ゼロトルク制御モジュール２１０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃとｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを次の（数１）で与える。

ここで、記号Ｗはモータ６の角速度を表す。記号Ｃｅは正値の定数を表す。定数Ｃｅは、所定の正値の下限定数Ｃｍｉｎよりも大きい。記号ＰＨＩは、モータ６のロータの磁石の磁界の強さを表す。

（数１）の電圧指令値に基づいてモータ６（インバータ５）を制御することで、モータ６は、惰性で回転しつつ、トルクを出力しない。モータ６はトルクを発生しないが、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃが非ゼロであるので、インバータ５からモータ６へは電流が流れる。モータ６に電流が流れるので、電流センサ７は何らかの計測値を出力する。電流チェックモジュール２０８は、電流センサ７の計測値に基づいて、故障した電流センサを特定する。

まず、（数１）の電圧指令値を採用することで、モータ６に電流は流れるがモータ６がトルクを発生しないことを説明する。ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑと、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑの間には、次の（数２）、（数３）の関係が知られている。

（数２）、（数３）において、記号Ｒはモータ６のステータのコイルの電気抵抗を表す。記号Ｗはモータ６のロータの角速度を表す。記号Ｌｄ、Ｌｑは、ロータのｄ軸のインダクタンスとｑ軸のインダクタンスを表す。記号ＰＨＩは、ロータの永久磁石の磁界の強さを表す。

電気自動車２が走行している間、角速度Ｗは正値を示す。角速度Ｗが大きければ、別言すれば、電気抵抗Ｒ＜＜角速度Ｗであれば、（数２）の右辺第２項は右辺第１項よりも顕著に大きくなり、右辺第１項は無視できる。この場合、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃにゼロを設定してモータ６を制御すると、ｑ軸電流Ｉｑはゼロになる。

一方、モータ６の出力トルクＴｒｑは、次の（数４）で与えられる。

（数４）において、記号Ｐｎはロータの磁極数を表す。その他の記号は先に述べた通りである。

（数４）より、ｑ軸電流Ｉｑがゼロであれば、モータ６の出力トルクＴｒｑもゼロになることがわかる。ｄ軸電圧指令値をゼロ、ｑ軸電圧指令値を非ゼロに設定してインバータ５を制御すると、モータ６には電流は流れるがトルクが出力されない状態を実現することができる。

上記の説明では、電気抵抗Ｒが角速度Ｗよりも十分に小さいことが条件であった。この条件は、モータ６の角速度Ｗが所定の下限角速度Ｗｍｉｎよりも大きい場合に相当する。下限角速度Ｗｍｉｎは、モータ６の性能に基づいて予め定められる。

角速度Ｗが下限角速度Ｗｍｉｎよりも小さい場合には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃをゼロに設定するとともに、ｄ軸電流Ｉｄが正値となるように、ｑ軸電圧指令値を選定する。そうすることで、モータ６に電流は流れるが、出力トルクＴｒｑを小さく抑えることができる。次にその理由を説明する。

ｄｑ空間におけるｑ軸と回転磁界（ステータが発生する磁界）との間の角度を電気位相角Ｂｅと称する。ステータが発生する磁界の強さはステータに流れる総電流に比例する。ステータに流れる総電流を記号Ｉａで表す。モータ６の出力トルクＴｒｑは、電気位相角Ｂｅと総電流Ｉａを用いて、次の（数５）で表すことができる。なお、モータ６は、永久磁石埋込型同期モータ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：ＩＰＭＳＭ）である。

（数５）の右辺第１項がマグネットトルクに相当し、右辺第２項がリラクタンストルクに相当する。電気位相角Ｂｅとモータ６の出力トルクＴｒｑの関係を図４に示す。図４より、電気位相角Ｂｅが－９０度の付近ではモータのトルクＴｒｑはゼロに近く平坦であることがわかる。すなわち、電気位相角Ｂｅを－９０度付近に保持することにより、電気位相角Ｂｅが変動してもモータのトルクをゼロ付近に抑えることができる。電気位相角Ｂｅ、総電流Ｉａと、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとの間には、（数６）の関係が知られている。

電気位相角Ｂｅが－９０度付近のとき、ｑ軸電流Ｉｑはゼロ付近となり、ｄ軸電流Ｉｄは正値となる。逆に言えば、ｑ軸電流をゼロ付近に保ち、ｄ軸電流Ｉｄを正値に保つことができれば、電気位相角Ｂｅをー９０度付近に保つことができ、モータの出力トルクをゼロ近くに保つことができる。

モータ６の角速度Ｗが所定の下限角速度Ｗｍｉｎよりも低い状態でいずれか１個の電流センサ７が故障した場合、制御器２０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃをゼロに設定するとともにｑ軸電圧指令値を非ゼロに設定し、さらにｄ軸電流Ｉｄが正値となるようにインバータ５（モータ６）を制御する。そのようにインバータ５を制御することで、モータ６に電流が流れるが出力トルクを小さく抑えることができる。

ｑ軸電圧Ｖｑは（数３）で与えられるから、角速度Ｗが下限角速度Ｗｍｉｎよりも小さい場合、制御器２０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃをゼロに設定するとともに、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを次の（数７）で設定するとよい。

記号Ｃｅは、所定の下限定数Ｃｍｉｎよりも大きい正値の定数である。（数７）は先に示した（数１）と同じである。ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを（数１）で与えることで、ｄ軸電流Ｉｄを正値に保持することができ、その結果、モータ６に電流を流しつつ、出力トルクをゼロに抑える、あるいは、小さく抑えることができる。

制御器２０は、ゼロトルク制御を実行しながら故障した電流センサを特定する。故障した電流センサを特定する処理は、次の通りである。以下の処理は、制御器２０が実行する。

三相各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、ステータに流れる総電流Ｉａとの間には、次の（数８）の関係が知られている。

ｕ相電流Ｉｕは、Ｉｕ＝－（Ｉｖ＋Ｉｗ）で得られる。そこで、（数８）のｕ相電流Ｉｕをｖ相電流Ｉｖとｗ相電流Ｉｗで表すと、（数９）が得られる。

ｖ相電流Ｉｖをｕ相電流Ｉｕとｗ相電流Ｉｗで表しても（数９）と同様の式が得られる。ｗ相電流Ｉｗをｕ相電流Ｉｕとｖ相電流Ｉｖで表しても同様の式が得られる。また、ステータに流れる総電流Ｉａは、インバータ５の入力電流に等しい。インバータ５の入力電流は、電流センサ１２で計測することができる。制御器２０は、いずれか２個の電流センサ７の計測値から、残りの相（残り１個の電流センサに対応する相）の電流を推定する。２個の電流センサ７の計測値から得られた３相の電流の二乗和が、インバータ５への入力電流Ｉａの二乗の３／２に等しい場合、制御器２０は２個の電流センサ７は正常であると判定する。一方、２個の電流センサ７の計測値から得られた３相の電流の二乗和が、入力電流Ｉａの二乗の３／２と異なる場合、制御器２０は２個の電流センサ７の一方が故障していると判定する。

（数９）、および、これに同等の２個の式を用いることで、制御器２０は、故障した電流センサを特定することができる。

制御器２０は、故障した電流センサを特定できた後は、正常な２個の電流センサの計測値から、故障した電流センサに対応する相の電流を推定し、電流フィードバック制御を再始動する。

以上説明したように、制御器２０は、３個の電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗの中から、故障した電流センサを特定する。故障した電流センサを特定する処理を概説すると以下の通りである。制御器２０は、いずれか２個の電流センサの計測値から、残りの相の電流を推定する。制御器２０は、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和を計算する。制御器２０は、得られた二乗和が、インバータ５への入力電流の二乗の３／２に等しい場合に、２個の電流センサは正常であると判定する。制御器２０は、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和が、インバータ５への入力電流の二乗の３／２と異なる場合に、２個の電流センサの一方が故障していると判定する。

制御器２０は、３個の電流センサ７ａ、７ｖ、７ｗの中から選択する２個の電流センサの異なる組み合わせのそれぞれに対する二乗和をインバータ５への入力電流の二乗の３／２と比較することで、故障した電流センサを特定する。故障した電流センサを特定する上記の処理は、通常制御を実施しているときでも行うことができる。

故障した電流センサを特定する別の処理を説明する。この処理は、３相の電流の二乗和とインバータ５への入力電流の二乗が比例関係にあることを利用する。また、この処理は、インバータ５への入力電流が経時的に変化する場合に有効である。以下では、説明を簡単にするため、便宜上、３相の電流の二乗和を単純に「二乗和」と称し、インバータ５への入力電流の二乗を単純に「入力電流の二乗」と称する。

入力電流が変化すると、当然に、入力電流の二乗も変化する。また、入力電流の二乗と３相の二乗和の間には比例関係がある。それゆえ、入力電流の経時変化と３相の二乗和との間にも所定の正の相関がある。制御器２０は、いずれか２個の電流センサの計測値から、残りの相の電流を推定し、２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和を計算し、二乗和の経時変化の変化幅が、インバータ５への入力電流の経時変化から求められる所定の変化幅閾値を超えた場合に、２個の電流センサの一方が故障していると判定することができる。所定の変化幅閾値は、インバータ５への入力電流の二乗の経時変化の変化幅に所定のマージンを加えた値であることが望ましい。あるいは、所定の変化幅閾値は、インバータ５への入力電流の二乗の経時変化の変化幅に所定の安全率を乗じた値であってもよい。

上記した電流センサの故障判定を３個の電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗの中から選択する２個の電流センサの異なる組み合わせのそれぞれについて実施すれば、故障した電流センサを特定することができる。

故障した電流センサを特定するさらに別の処理を説明する。この処理は、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑの二乗和がインバータ５に入力される電圧Ｖｉｎの二乗に等しいことを利用する。なお、インバータ５に入力される電圧（入力電圧Ｖｉｎ）は、電圧センサ１９で計測される。

制御器２０は、３個の電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗのうちのいずれか２個の電流センサの計測値から、残りの相（残りの電流センサに対応する相）の電流を推定する。２個の電流センサの計測値から得られた３相の電流とモータ６のロータの電気角Ａｅからモータ６のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを算出する。この算出には、前述したｄｑ変換モジュール２０９が利用される。

制御器２０は、算出したｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑからｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑを算出する。この演算には、前述した（数２）、（数３）が用いられる。続いて制御器２０は、算出したｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑの二乗和Ｖｄｑ２（＝Ｖｄ×Ｖｄ＋Ｖｑ×Ｖｑ）を算出する。制御器２０は、算出した二乗和Ｖｄｑ２を、インバータ５への入力電圧Ｖｉｎの二乗と比較する。二乗和Ｖｄｑ２が入力電圧Ｖｉｎの二乗に等しければ、制御器２０は、二乗和Ｖｄｑ２の算出に用いた２個の電流センサは正常であると判定する。二乗和Ｖｄｑ２が入力電圧Ｖｉｎの二乗と異なれば、制御器２０は、二乗和Ｖｄｑ２の算出に用いた２個の電流センサのうち一方が故障していると判定する。

二乗和Ｖｄｑ２の経時変化に着目しても、２個の電流センサの一方が故障していることを検知することができる。すなわち、制御器２０は、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑの二乗和Ｖｄｑ２の経時変化の変化幅が、インバータ５への入力電圧Ｖｉｎの二乗の経時変化から求められる所定の変化幅閾値を超えた場合に２個の電流センサの一方が故障していると判定するようにしてもよい。

本明細書で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書では、「ＡとＢが等しい」という表現を幾度か用いた。本明細書において、「ＡとＢが等しい」とは、予め定められた所定の許容誤差の範囲でＡとＢが等しければよい。別言すれば、「ＡとＢが等しい」とは、（Ｂ－許容誤差）≦Ａ≦（Ｂ＋許容誤差）が成立することを意味する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：電気自動車
３ ：電源
４ ：コンデンサ
５ ：インバータ
５ａ－５ｆ ：スイッチング素子
６ ：モータ
７、７ｕ、７ｖ、７ｗ：電流センサ
８ ：角度センサ
１１、１９ ：電圧センサ
１２ ：電流センサ
１３ ：車速センサ
１４ ：アクセルセンサ
２０ ：制御器
２１ ：中央演算装置（ＣＰＵ）
２２ ：メモリ
３１ ：インストルメントパネル
２０１ ：目標トルクモジュール
２０２ ：指令電圧電流モジュール
２０３ ：減算器
２０４ ：フィードバック制御モジュール
２０５ ：加算器
２０６ ：逆ｄｑ変換モジュール
２０７ ：ＰＷＭ信号モジュール
２０８ ：電流チェックモジュール
２０９ ：ｄｑ変換モジュール
２１０ ：ゼロトルク制御モジュール
２１１ ：切替器

Claims (3)

1. 走行用のモータと、
   前記モータに交流を供給するインバータと、
   前記インバータが出力する三相交流のそれぞれの相の電流を計測する３個の電流センサと、
   前記インバータを制御する制御器と、
   を備えており、
   前記制御器は、
   いずれか２個の前記電流センサの計測値から、残りの相の電流を推定し、
   ２個の前記電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和が、前記インバータへの入力電流の二乗の３／２に等しい場合に、２個の前記電流センサは正常であると判定し、
   前記二乗和が前記入力電流の二乗の３／２と異なる場合に、２個の前記電流センサの一方が故障していると判定する、
   電気自動車。
2. 走行用のモータと、
   前記モータに交流を供給するインバータと、
   前記インバータが出力する三相交流のそれぞれの相の電流を計測する３個の電流センサと、
   前記インバータを制御する制御器と、
   を備えており、
   前記制御器は、
   いずれか２個の前記電流センサの計測値から、残りの１個の相の電流を推定し、２個の前記電流センサの計測値から得られた３相の電流の二乗和を計算し、
   前記二乗和の経時変化の変化幅が、前記インバータへの入力電流の経時変化から求められる所定の変化幅閾値を超えた場合に２個の前記電流センサの一方が故障していると判定する、
   電気自動車。
3. 前記制御器は、３個の前記電流センサの中から選択する２個の電流センサの異なる組み合わせのそれぞれに対する前記二乗和に基づいて故障した前記電流センサを特定し、
   特定した前記電流センサに対応する相の電流を残りの２個の前記電流センサの計測値から推定し、２個の前記電流センサの計測値から得られた３相の電流の値に基づいて前記インバータの制御を継続する、請求項１または２に記載の電気自動車。

Images