JP2024041675A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常時におけるインバータ回路のスイッチ制御を適切に行うことができる制御装置および制御方法を提供すること。【解決手段】本願に係る制御装置は、コントローラを備える。コントローラは、直流電源の電力により三相モータを駆動するためのインバータ回路を駆動制御する駆動回路に対してインバータ回路を制御するための制御信号を送信する。コントローラは、インバータ回路の異常時におけるインバータ回路のスイッチ制御に関し、三相モータの誘起電圧および直流電源の電源電圧の関係に応じて異なるスイッチ制御を行う。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、制御装置および制御方法に関する。

従来、三相モータの制御装置において、過電流や過電圧等の異常を検出した場合、インバータ回路におけるスイッチ素子を遮断することで、インバータ回路や電源を保護するフェールセーフに関する技術がある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０２２－２１６８９号公報

従来技術は、異常時におけるインバータ回路のスイッチ制御として、スイッチ素子を遮断するフェールセーフ制御を一律で行っているが、異常が発生した際のモータの状態によっては別のフェールセーフし制御の方が良い場合がある。

本願は、上記に鑑みてなされたものであって、異常時におけるインバータ回路のスイッチ制御を適切に行うことができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本願に係る制御装置は、コントローラを備える。前記コントローラは、直流電源の電力により三相モータを駆動するためのインバータ回路を駆動制御する駆動回路に対して前記インバータ回路を制御するための制御信号を送信する。前記コントローラは、前記インバータ回路の異常時における前記インバータ回路のスイッチ制御に関し、前記三相モータの誘起電圧および前記直流電源の電源電圧の関係に応じて異なる前記スイッチ制御を行う。

実施形態の一態様によれば、異常時におけるインバータ回路のスイッチ制御を適切に行うことができるという効果を奏する。

図１Ａは、制御システムの構成例を示す図である。 図１Ｂは、バッファ制御の制御例を示す図である。 図２は、制御装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。 図３は、制御装置が実行するスイッチ制御に関する処理その１の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、制御装置が実行するスイッチ制御に関する処理その２の処理手順を示すフローチャートである。

以下に、本願に係る制御装置および制御方法を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本願に係る制御装置および制御方法が限定されるものではない。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

まず、図１Ａを用いて、実施形態に係る制御装置を含む制御システムについて説明する。図１Ａは、制御システムの構成例を示す図である。図１Ａに示すように、制御システムＳは、制御装置１と、インバータ回路５０と、三相モータ１００と、ハード異常検出回路２００ａ，２００ｂとを備える。

インバータ回路５０は、直流電源５１と、スイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬとを含む。スイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳ－ＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 等のパワーデバイスによって構成される。

スイッチ素子５２ＵＨは、ハイサイド側（上段側）のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＵ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子５２ＶＨは、ハイサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＶ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子５２ＷＨは、ハイサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＷ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子５２ＵＬは、ローサイド側（下段側）のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＵ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子５２ＶＬは、ローサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＶ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子５２ＷＬは、ローサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＷ相に対応したスイッチ素子である。なお、以下では、スイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬを特に区別しない場合、スイッチ素子５２と総称する。

インバータ回路５０は、直流電源５１の直流電力をスイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬのスイッチ制御により３相の交流電力に変換して三相モータ１００へ供給することで、三相モータ１００を駆動する。

制御装置１は、第１コントローラ２と、第２コントローラ３と、駆動回路４と、第１バッファ５と、第２バッファ６とを備える。

第１コントローラ２は、例えば、ソフトウェア処理部であるＭＣＵ（Micro Controller Unit）で構成される。第１コントローラ２は、インバータ回路５０を制御するための制御信号を、第１バッファ５を介して駆動回路４へ送信する。

具体的には、第１コントローラ２は、各スイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬを制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である制御信号をそれぞれの信号線を介して駆動回路４へ送信する。具体的には、ＰＷＭ信号は、第１コントローラ２と第１バッファ５との間の信号線、第１バッファ５と駆動回路４との間の信号線、駆動回路４と各スイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬとの間の信号線、第１コントローラ２と第２コントローラ３との間の信号線、第２コントローラ３と第２バッファ６との間の信号線、第２バッファ６と駆動回路４との間の信号線を流れる。

第２コントローラ３は、例えば、ハードウェア処理部であるＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）で構成される。第２コントローラ３は、第１コントローラ２の制御信号が出力される信号線に接続され、各制御信号を監視する。

第２コントローラ３は、第１コントローラ２から出力される制御信号のロック状態（制御信号が更新されず同じ値が継続する状態）等といった異常の有無を検出する。第２コントローラ３は、第１コントローラ２から出力される制御信号の異常を検出した場合、第１コントローラ２に代わって第２コントローラ３から駆動回路４へ制御信号を送信する。

具体的には、第１コントローラ２および第２コントローラ３は、異常の有無に応じて第１バッファ５および第２バッファ６を制御することで、第１コントローラ２および第２コントローラ３のいずれかから駆動回路４へ制御信号を送信する。

具体的には、第１バッファ５は、第１コントローラ２から出力される制御信号が正常である場合には、第１コントローラ２から出力される制御信号を通過させて駆動回路４へ送信する。一方、第１バッファ５は、第１コントローラ２から出力される制御信号が異常である場合には、第１コントローラ２から出力される制御信号をバッファすることで、駆動回路４への制御信号の送信を停止する。

また、第２バッファ６は、第１コントローラ２から出力される制御信号が正常である場合には、第１コントローラ２から出力される制御信号をバッファすることで、駆動回路４への制御信号の送信を停止する。一方、第２バッファ６は、第１コントローラ２から出力される制御信号が異常である場合には、第２コントローラ３から出力される制御信号を通過させて駆動回路４へ送信する。

ここで、図１Ｂを用いて、バッファ制御について詳細に説明する。図１Ｂは、バッファ制御の制御例を示す図である。

より具体的には、図１Ｂに示すように、第１コントローラ２から出力される制御信号が正常である場合、第１コントローラ２は、第１ＸＯＲゲート５１および第２コントローラ３それぞれにＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１）を出力する。また、第１コントローラ２は、第２ＸＯＲゲート６１および第２コントローラ３それぞれにＨｉｇｈのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ２）を出力する。第２コントローラ３は、第１コントローラ２からのＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１）を受けた場合、第１ＸＯＲゲート５１および第１コントローラ２それぞれにＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿ＣＰＬＤ１）を出力する。また、第２コントローラ３は、第１コントローラ２からＨｉｇｈのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ２）を受けた場合、第２ＸＯＲゲート６１および第１コントローラ２それぞれにＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿ＣＰＬＤ２）を出力する。これにより、第１ＸＯＲゲート５１から第１バッファ５に向けてＬｏｗの信号が出力されることで第１バッファ５がアクティブ状態（信号通過状態）となる。また、第２ＸＯＲゲート６１から第２バッファ６に向けてＨｉｇｈの信号が出力されることで第２バッファ６がノンアクティブ状態（信号遮断状態）となる。この結果、第１コントローラ２から出力される制御信号が第１バッファ５を通過して駆動回路４へ送信されるとともに、第２バッファ６では制御信号が遮断される。

また、第１コントローラ２から出力される制御信号が異常である場合、第２コントローラ３は、第１ＸＯＲゲート５１および第１コントローラ２それぞれにＨｉｇｈのイネーブル信号（ＥＮ＿ＣＰＬＤ１）を出力する。また、第２コントローラ３は、第２ＸＯＲゲート６１および第１コントローラ２それぞれにＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿ＣＰＬＤ２）を出力する。第１コントローラ２は、第２コントローラ３からのＨｉｇｈのイネーブル信号（ＥＮ＿ＣＰＬＤ１）を受けた場合、第１ＸＯＲゲート５１および第２コントローラ３それぞれにＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１）を出力する。第１コントローラ２は、第２コントローラ３からのＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿ＣＰＬＤ２）を受けた場合、第２ＸＯＲゲート６１および第２コントローラ３それぞれにＬｏｗのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ２）を出力する。これにより、第１ＸＯＲゲート５１から第１バッファ５に向けてＨｉｇｈの信号が出力されることで第１バッファ５がノンアクティブ状態となる。また、第２ＸＯＲゲート６１から第２バッファ６に向けてＬｏｗの信号が出力されることで第２バッファ６がアクティブ状態となる。この結果、第１コントローラ２から出力される制御信号が第２バッファ６を通過して駆動回路４へ送信されるとともに、第１バッファ５では制御信号が遮断される。

なお、上記した説明は、第２コントローラ３がバッファ切替制御の起点となる場合（第２コントローラ３が外部からFail_AやFail_Bの異常信号を受けたり、第２コントローラ３自身が第１コントローラ２からの制御信号を監視視して異常検出した場合）の処理内容である。これに対して、第１コントローラ２がバッファ切替制御の起点となる場合（第１コントローラ２の異常検出機能が異常検出した場合）には、第１コントローラ２が出力するイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１、ＥＮ＿μＣ２）を切り替え、そのイネーブル信号を受けた第２コントローラ３も出力するイネーブル信号を切り替える。

駆動回路４は、ゲート駆動回路であり、第１コントローラ２または第２コントローラ３から入力された制御信号に基づいて、スイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬのゲートに電圧を印加することで、それぞれのスイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨ，５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬのオンまたはオフを制御する。

次に、図１を用いて、インバータ回路５０の異常におけるフェールセーフ制御について説明する。ここで、インバータ回路５０の異常とは、例えば、駆動回路４によってスイッチ素子５２のゲートに印加される電圧の異常（高電圧による過電圧または低電圧による欠圧）や、直流電源５１からスイッチ素子５２に過剰に電流が流れる異常、インバータ回路５０が高温となる温度異常、スイッチ素子５２の短絡等を含む。なお、上記の異常のうち、スイッチ素子５２のゲートに印加される電圧の異常、直流電源５１からスイッチ素子５２に過剰に電流が流れる異常およびインバータ回路５０が高温となる温度異常については、駆動回路４により検出され、Ｆａｉｌ＿Ａ信号として第１コントローラ２および第２コントローラ３それぞれへ出力される。また、スイッチ素子５２の短絡については、ハード異常検出回路２００ａ，２００ｂによって検出され、Ｆａｉｌ＿Ｂ信号として第１コントローラ２および第２コントローラ３それぞれへ出力される。

第２コントローラ３は、インバータ回路５０の異常が検出された場合、インバータ回路５０のスイッチ素子５２を制御することで、フェールセーフ制御を行う。

具体的には、第２コントローラ３は、インバータ回路５０の異常時におけるインバータ回路５０のスイッチ制御に関し、三相モータ１００の誘起電圧および直流電源５１の電源電圧の関係に応じて異なるスイッチ制御を行う。

より具体的には、第１コントローラ２は、まず、インバータ回路５０の異常が検出された場合（Ｆａｉｌ＿Ａ信号またはＦａｉｌ＿Ｂ信号が入力された場合）、三相モータ１００の回転数を検出し、回転数に基づいて三相モータ１００の誘起電圧を推定する。

そして、第１コントローラ２は、推定した誘起電圧と、直流電源５１の電源電圧とを比較し、比較結果を第２コントローラ３へ通知する。具体的には、第１コントローラ２は、比較結果として、誘起電圧が電源電圧以上であるか、電源電圧未満であるかを示す判定結果フラグを通知する。

そして、第２コントローラ３は、誘起電圧が電源電圧未満であることを示す判定フラグが通知された場合、インバータ回路５０におけるすべてのスイッチ素子５２をオフする制御を行う。このすべてのスイッチ素子５２をオフする制御は、ＳＰＯ（Safety Pulse Off）制御とも呼ばれる。

一方、第２コントローラ３は、誘起電圧が電源電圧以上であることを示す判定フラグが通知された場合、アクティブショートサーキット（ＡＳＣ）制御を行う。具体的には、第２コントローラ３は、ハイサイドＡＳＣ制御またはローサイドＡＳＣ制御を行う。

ハイサイドＡＳＣ制御は、ハイサイド側のスイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨをオンし、ローサイド側のスイッチ素子５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬをオフする制御である。ローサイドＡＳＣ制御は、ハイサイド側のスイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨをオフし、ローサイド側のスイッチ素子５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬをオンする制御である。

このように、第２コントローラ３は、インバータ回路５０の異常が検出された際に誘起電圧が電源電圧以上である場合には、三相モータ１００から直流電源５１へ流れる回生電流が発生するため、ＡＳＣ制御により回生電流を遮断する。これにより、回生電流によるインバータ回路５０の故障を防ぐことができる。すなわち、異常時におけるインバータ回路５０のスイッチ制御を適切に行うことができる。

また、第２コントローラ３は、インバータ回路５０の異常が検出された際に誘起電圧が電源電圧未満である場合には、回生電流が発生しないため、ＳＰＯ制御によりすべてのスイッチ素子５２をオフする。これにより、インバータ回路５０や三相モータ１００の故障を防ぐことができる。

また、第２コントローラ３は、ＡＳＣ制御を行っている期間において、誘起電圧が電源電圧よりも低くなった場合には、ＡＳＣ制御からＳＰＯ制御に切り替える。第２コントローラ３は、ＡＳＣ制御を行っている期間において、誘起電圧が電源電圧よりも低くなり回生電流が発生しなくなった場合には、インバータ回路５０におけるすべてのスイッチ素子５２をオフする。これにより、インバータ回路５０や三相モータ１００の故障を防ぐことができる。

なお、ハイサイドＡＳＣ制御またはローサイドＡＳＣ制御のいずれを行うかについて、第２コントローラ３は、例えば、ハイサイドＡＳＣ制御およびローサイドＡＳＣ制御の実施履歴に基づいて、いずれのＡＳＣ制御を行うかを決定する。

具体的には、第２コントローラ３は、ハイサイドＡＳＣ制御の実施回数と、ローサイドＡＳＣ制御の実施回数とが均等になるように、ＡＳＣ制御を行う。例えば、第２コントローラ３は、ハイサイドＡＳＣ制御およびローサイドＡＳＣ制御を交互に実施する。あるいは、第２コントローラ３は、まず、所定回数のハイサイドＡＳＣ制御を実施した後に、所定回数のローサイドＡＳＣ制御を実施してもよい。

このように、第２コントローラ３は、ハイサイドＡＳＣ制御の実施回数と、ローサイドＡＳＣ制御の実施回数とが均等になるように、ＡＳＣ制御を行うことで、ハイサイド側のスイッチ素子５２と、ローサイド側のスイッチ素子５２との何れか側のスイッチ素子５２の劣化が偏ることを防ぐことができる。

なお、上述では、第２コントローラ３は、誘起電圧および電源電圧の関係に基づきＳＰＯ制御を行うかＡＳＣ制御を行うかを決定したが、例えば、インバータ回路５０における異常が過電流である場合には、スイッチ素子５２に短絡が生じるおそれがあるため、スイッチ素子５２の短絡の有無に応じてＳＰＯ制御を行うかＡＳＣ制御を行うかを決定してもよい。

言い換えれば、第２コントローラ３は、インバータ回路５０の過電流を検出した場合におけるインバータ回路５０のスイッチ制御に関し、インバータ回路５０におけるスイッチ素子５２に短絡が生じているか否かに応じて異なるスイッチ制御を行う。上記したように、スイッチ素子５２の短絡の有無は、Ｆａｉｌ＿Ｂ信号により検出される。

具体的には、第２コントローラ３は、スイッチ素子５２に短絡が生じていない場合、ＳＰＯ制御を行い、スイッチ素子５２に短絡が生じた場合、ＡＳＣ制御を行う。なお、第２コントローラ３は、ＳＰＯ制御を行う場合に、誘起電圧が電源電圧以上である場合には、ＡＳＣ制御をまず行い、誘起電圧が電源電圧未満となったタイミングでＳＰＯ制御に切り替える。

このように、第２コントローラ３は、スイッチ素子５２の短絡の有無に応じてＳＰＯ制御を行うかＡＳＣ制御を行うかを決定することで、三相モータ１００やインバータ回路５０を保護しつつフェールセーフ制御を行うことができる。すなわち、異常時におけるインバータ回路５０のスイッチ制御を適切に行うことができる。

また、第２コントローラ３は、ＡＳＣ制御を行う場合、短絡が生じたスイッチ素子５２がある側（ハイサイド側またはローサイド側）のすべてのスイッチ素子５２をオンし、短絡が生じたスイッチ素子５２が無い側のすべてのスイッチ素子５２をオフする。

例えば、第２コントローラ３は、ハイサイド側のスイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨに短絡が生じた場合、ハイサイド側のスイッチ素子５２ＵＨ，５２ＶＨ，５２ＷＨをすべてオンするハイサイドＡＳＣ制御を行う。

また、第２コントローラ３は、ローサイド側のスイッチ素子５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬに短絡が生じた場合、ローサイド側のスイッチ素子５２ＵＬ，５２ＶＬ，５２ＷＬをすべてオンするローサイドＡＳＣ制御を行う。

このように、短絡箇所に応じてハイサイドＡＳＣ制御およびローサイドＡＳＣ制御のいずれを行うかを決定することで、ＡＳＣ制御を適切に行うことができる。

なお、スイッチ素子５２の短絡（オン状態固定となる異常）の場合の他に、断線等のオフ状態固定となる異常の場合も本発明は適用可能である。オフ状態固定となる異常の場合には、オフ状態固定となった側の全スイッチをオフ、他方側の全スイッチをオンするＡＳＣ制御を行う。また、オン状態固定となる異常についても、同じ異常状態となるのであれば、スイッチの短絡に限定されない。オン状態固定／オフ状態固定のスイッチ制御状態が固定となる異常としては、スイッチ自体の異常の他に、スイッチを接続する配線の断線／短絡等の異常がある。

なお、第２コントローラ３は、ＡＳＣ制御が実行される期間に、インバータ回路５０での電流変動が大きいことによりスイッチ素子５２が破損することを防ぐため、インバータ回路５０を流れる電流値を特定の値に設定する。

具体的には、電流値は、ｄ軸電流値については、Ｉｄ＝－φａ／Ｌｄを設定し、ｑ軸電流値については、Ｉｑ＝０を設定する。なおφａは、鎖交磁束であり、Ｌｄは、ｄ軸インダクタンスである。なお、φａは、磁石の温度により補正してもよい。

なお、モータの制御であるモータ電圧方程式は、モータ電圧のｄ軸、ｑ軸成分をＶｄ，Ｖｑ、ｄ軸、ｑ軸のインダクタンスをＬｄ，Ｌｑ、モータ電流のｄ軸、ｑ軸成分をＩｄ，Ｉｑ、電機子抵抗をＲ、回転子の電気角速度をω、d/dt微分演算子をｑ、永久磁石による電機子鎖交磁束をΦaとした場合、下記式によって表すことができる。

Vd = R×Id +pLd×Id-ωLqIqと、Vq = R×Iq +pLq×Iq+ωLdId+ωΦaとによって表すことができる。

磁石の鎖交磁束φａを磁石の温度によって補正した場合、三相モータ１００の回転数から推定する誘起電圧の値の精度を高めることができる。この結果、誘起電圧および電源電圧の関係によりＡＳＣ制御およびＳＰＯ制御の切り替えを行う場合の切替精度を高めることができる。

次に、図２を用いて、制御装置１のソフトウェア構成について説明する。図２は、制御装置１のソフトウェア構成を示すブロック図である。

図２に示すように、制御装置１は、３層監視アーキテクチャによって構成される。具体的には、制御装置１は、ＬＥＶＥＬ１機能層Ｌ１（以下、第１層Ｌ１と記載）と、ＬＥＶＥＬ２機能監視層Ｌ２（以下、第２層Ｌ２と記載）と、ＬＥＶＥＬ３ＭＣＵ監視層Ｌ３（以下、第３層Ｌ３と記載）とにより構成される。

第１層Ｌ１は、第１コントローラ２が有する第１コアによって動作し、トルク制御部２１と、ＰＷＭ信号出力部２２とを備える。第２層Ｌ２は、第１コントローラ２が有する第２コアによって動作し、推定トルク演算部２３と、異常管理部２４とを備える。第３層Ｌ３は、第１コントローラ２が有する第３コア（もしくは、第１コアまたは第２コアの一部）、ＰＭＩＣ（Power management integrated circuit）および第２コントローラ３の一部によって動作し、ＭＣＵ異常管理部２５と、ＭＣＵチェック部２６と、監視部２７とを備える。

トルク制御部２１は、運転者のアクセル開度に応じた入力信号に基づいて、三相モータ１００に要求する要求トルクを決定し、ＰＷＭ信号出力部へ通知する。ＰＷＭ信号出力部２２は、要求トルクに基づいて、制御信号となるＰＷＭ信号を生成し、第１バッファ５へ送信（出力）する。

推定トルク演算部２３は、トルク制御部２１とは別の回路にてトルク演算を行い、三相モータ１００における予期しないトルク発生の異常を検出する。具体的には、推定トルク演算部２３は、三相電流とレゾルバー回転角度に基づいて算出した第１トルク値と、直流電源５１における直流電圧および直流電流と、ＣＡＮ通信等により取得した車速とに基づいて算出した第２トルク値との乖離の有無によりトルク発生の異常の有無を検出する。言い換えれば、インバータ回路５０の出力側のトルク値である第１トルク値と、インバータ回路５０の入力側のトルク値である第２トルク値との乖離により異常の有無を検出する。

異常管理部２４は、第１トルク値と第２トルク値との乖離により異常があると検出した場合、ＰＷＭ信号出力部２２にＰＷＭコントロール信号を出力するとともに、イネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１，２）を第２コントローラ３へ出力する。ＬＥＶＥＬ２機能監視層Ｌ２はＰＷＭ信号をコントロールすることが可能である。

なお、第１トルク値（Ｔ１）、第２トルク値（Ｔ２）は、極対数をＰｎ，直流電圧をＶｄｃ、直流電流をＩｄｃ、インバータシステム効率をη、回転子の電気角速度をω、ｄ軸、ｑ軸のインダクタンスをＬｄ，Ｌｑ、モータ電流のｄ軸、ｑ軸成分をＩｄ，Ｉｑ、電機子鎖交磁束をΦaとした場合、下記式によって表すことができる。

Ｔ１＝Pn×「Φa×Iq＋(Ld-Lq)×Id×Iq」、Ｔ２＝Vdc×Ｉdc×η/ωとして表すことができる。

ＭＣＵ異常管理部２５は、第１コントローラ２であるＭＣＵ全体の異常（例えば、第１層Ｌ１の異常等）を検出し、正常である場合には、デフォルトのイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１＝Ｌｏｗ、ＥＮ＿μＣ２＝Ｈｉｇｈ）を出力し、異常である場合には、異常時のイネーブル信号（ＥＮ＿μＣ１＝Ｌｏｗ、ＥＮ＿μＣ２＝Ｌｏｗ）を第２コントローラ３へ出力する。ＭＣＵチェック部２６は、第１層Ｌ１のプログラムチェックを行う。具体的には、ＭＣＵチェック部２６は、トルク制御部２１やＰＷＭ信号出力部２２のプログラムの異常の有無を検出する。

監視部２７は、第２層Ｌ２および第３層Ｌ３の異常の有無を検出し、必要に応じて第１コントローラ２をリセットするリセット動作を行う。具体的には、監視部２７は、QuestionアンドAnswer方式により推定トルク演算部２３およびＭＣＵチェック部２６の異常の有無を検出する。監視部２７は、推定トルク演算部２３およびＭＣＵチェック部２６のいずれかからのAnswerにより異常を検出した場合には、第１コントローラ２をリセットする。

なお、第２コントローラ３は、第１コントローラ２がリセットしている期間には、ＰＷＭ信号を生成し、第２バッファ６を介して駆動回路４へ送信する。これにより、第１コントローラ２のリセットを行う場合であっても、インバータ回路５０を継続して駆動することができる。

次に、図３および図４を用いて、実施形態に係る制御装置１が実行する処理の処理手順について説明する。図３は、制御装置１が実行するスイッチ制御に関する処理その１の処理手順を示すフローチャートである。図４は、制御装置１が実行するスイッチ制御に関する処理その２の処理手順を示すフローチャートである。処理その１は、三相モータ１００の誘起電圧と直流電源５１の電源電圧との関係に応じてスイッチ制御を行う処理である。また、処理その２は、インバータ回路５０におけるスイッチ素子５２の短絡の有無に応じてスイッチ制御を行う処理である。なお、以下に示す処理その１および処理その２は、第１コントローラ２および第２コントローラ３によって制御装置１が稼働中に繰り返し実行される。

まず、図３を用いて、処理その１について説明する。図３に示すように、制御装置１は、インバータ回路５０の異常を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

制御装置１は、インバータ回路５０の異常を検出した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、三相モータ１００の回転数に基づいて、三相モータ１００の誘起電圧を推定する（ステップＳ１０２）。

つづいて、制御装置１は、推定した誘起電圧が電源電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

制御装置１は、推定した誘起電圧が電源電圧以上である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ＡＳＣ制御を行い（ステップＳ１０４）、一方、誘起電圧が電源電圧未満である場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、インバータ回路５０のスイッチ素子５２をすべてオフするＳＰＯ制御を行い（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

また、制御装置１は、インバータ回路５０の異常が検出されない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、通常制御、すなわち、インバータ回路５０により三相の交流電力を三相モータ１００へ供給する制御を行い（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

まず、図４を用いて、処理その２について説明する。図４に示すように、制御装置１は、インバータ回路５０の過電流を検出したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

制御装置１は、インバータ回路５０の過電流を検出した場合（ステップＳ２０１）、ハイサイド側のスイッチ素子５２に短絡が生じているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

制御装置１は、ハイサイド側のスイッチ素子５２に短絡が生じている場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ハイサイドＡＳＣ制御を行い（ステップＳ２０３）、処理を終了する。

一方、制御装置１は、ハイサイド側のスイッチ素子５２に短絡が生じていない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ローサイド側のスイッチ素子５２に短絡が生じているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

制御装置１は、ローサイド側のスイッチ素子５２に短絡が生じている場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、ローサイドＡＳＣ制御を行い（ステップＳ２０５）、処理を終了する。

一方、制御装置１は、ローサイド側のスイッチ素子５２に短絡が生じていない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、すなわち、スイッチ素子５２に短絡が生じていない場合、インバータ回路５０のスイッチ素子５２をすべてオフするＳＰＯ制御を行い（ステップＳ２０６）、処理を終了する。

上述してきたように、本発明は特徴点１として次の特徴を備える。実施形態に係る制御装置１は、コントローラ（第１コントローラ２および第２コントローラ３）を備える。コントローラは、直流電源５１の電力により三相モータ１００を駆動するためのインバータ回路５０を駆動制御する駆動回路４に対してインバータ回路５０を制御するための制御信号を送信する。コントローラは、インバータ回路５０の異常時におけるインバータ回路５０のスイッチ制御に関し、三相モータ１００の誘起電圧および直流電源５１の電源電圧の関係に応じて異なるスイッチ制御を行う。このような構成により、異常時におけるインバータ回路５０のスイッチ制御を適切に行うことができる。

また、上述してきたように、本発明は特徴点２として次の特徴を備える。実施形態に係る制御装置１は、コントローラ（第１コントローラ２および第２コントローラ３）を備える。コントローラは、直流電源５１の電力により三相モータ１００を駆動するためのインバータ回路５０を駆動制御する駆動回路４に対してインバータ回路５０を制御するための制御信号を送信する。コントローラは、インバータ回路５０の過電流を検出した場合におけるインバータ回路５０のスイッチ制御に関し、インバータ回路５０におけるスイッチ（スイッチ素子５２）に短絡が生じているか否かに応じて異なるスイッチ制御を行う。このような構成により、異常時におけるインバータ回路５０のスイッチ制御を適切に行うことができる。

なお、本発明は上記した特徴点１、２を必ず備える必要はない。例えば、以下のような内容を本発明の特徴としてもよい。

実施形態に係る制御装置１は、モータに対する制御信号を出力するする制御部としてＭＣＵ等のソフトウェア処理部で構成される第１コントローラ２に加えて、ＣＰＬＤ等のハードウェア処理部で構成される第２コントローラ３を備える。そして、第１コントローラ２の異常等によって第１コントローラ２から正常な制御信号が出力できない異常状態になった場合に、第２コントローラ３は、その異常状態を迅速に検出して第１コントローラに代わってモータの制御を行う。また、その際の切り替えは、第１バッファ５と第２バッファ６の動作を切り替えることによって実現する。

このような本発明によれば、モータ制御システムの異常を検出し、異常時でも所定のフェールセーフ制御といったモータ制御を行うことを迅速に行うことが可能となる。

実施形態に係る制御装置１は、ＭＣＵのソフトウェアをLEVEL１、LEVEL２、LEVEL３の三層監視アーキテクチャによって構成する。LEVEL１機能層(コア１)は主にモータトルク制御を実施する。LEVEL２機能監視層(コア２)はLEVE１機能層を監視し、冗長回路により推定トルク演算を行う。LEVEL３ＭＣＵ監視層はＭＣＵのハード異常及びLEVEL２のプログラムフォローチェックを実施する。なお、LEVEL３はＰＭＩＣとＣＰＬＤの一部を含むようにしてもよい。また、LEVEL１機能層とLEVEL２機能監視層はそれぞれＭＣＵのコア１とコア２独立で動作する。

このような本発明によれば、機能安全のレベルを格段に向上させることができる。例えば、車両における安全水準としてＩＳＯで定められているＡＳＩＬ（Automotive Safety Integrity Level）において最も安全レベルが高いＤグレードが実現可能になる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 制御装置
２ 第１コントローラ
３ 第２コントローラ
４ 駆動回路
５ 第１バッファ
５１ 第１ＸＯＲゲート
６ 第２バッファ
６１ 第２ＸＯＲゲート
２１ トルク制御部
２２ ＰＷＭ信号出力部
２３ 推定トルク演算部
２４ 異常管理部
２５ ＭＣＵ異常管理部
２６ ＭＣＵチェック部
２７ 監視部
５０ インバータ回路
５２ スイッチ素子
１００ 三相モータ
５２１ スイッチ素子
Ｓ 制御システム

Claims (10)

1. 直流電源の電力により三相モータを駆動するためのインバータ回路を駆動制御する駆動回路に対して前記インバータ回路を制御するための制御信号を送信するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記インバータ回路の異常時における前記インバータ回路のスイッチ制御に関し、前記三相モータの誘起電圧および前記直流電源の電源電圧の関係に応じて異なる前記スイッチ制御を行う
   制御装置。
2. 前記コントローラは、
   前記誘起電圧が前記電源電圧よりも低い場合、前記インバータ回路におけるすべてのスイッチをオフする全スイッチオフ制御を行い、前記誘起電圧が前記電源電圧よりも高い場合、ハイサイド側とロ―サイド側の一方側のスイッチをオンし、他方側をオフするアクティブショートサーキット制御を行う
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記コントローラは、
   前記アクティブショートサーキット制御を行っている場合に、前記誘起電圧が前記電源電圧よりも低くなった場合には、前記アクティブショートサーキット制御から前記全スイッチオフ制御に切り替える
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記アクティブショートサーキット制御は、
   前記インバータ回路におけるハイサイド側のスイッチをオンするハイサイドアクティブショートサーキット制御、および、前記インバータ回路におけるローサイド側のスイッチをオンするローサイドアクティブショートサーキット制御、のいずれかであり、
   前記コントローラは、
   前記ハイサイドアクティブショートサーキット制御および前記ローサイドアクティブショートサーキット制御の実施履歴に基づいて、いずれの前記アクティブショートサーキット制御を行うかを決定する
   請求項２に記載の制御装置。
5. 直流電源の電力により三相モータを駆動するためのインバータ回路を駆動制御する駆動回路に対して前記インバータ回路を制御するための制御信号を送信するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記インバータ回路の過電流を検出した場合における前記インバータ回路のスイッチ制御に関し、前記インバータ回路におけるスイッチの制御状態が固定となる異常が生じているか否かに応じて異なる前記スイッチ制御を行う
   制御装置。
6. 前記コントローラは、
   前記異常が生じていない場合、前記インバータ回路におけるすべてのスイッチをオフする全スイッチオフ制御を行い、前記異常が生じた場合、ハイサイド側とロ―サイド側の一方側のスイッチをオンし、他方側をオフするアクティブショートサーキット制御を行う
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記コントローラは、
   前記インバータ回路におけるいずれかのスイッチの制御状態がオン固定となるオン固定異常が生じた場合、前記ハイサイド側および前記ローサイド側のうち、前記オン固定異常となっている前記スイッチがある側のすべてのスイッチをオンし、他方側のすべてのスイッチをオフするアクティブショートサーキット制御を行う
   請求項６に記載の制御装置。
8. 前記コントローラは、
   前記インバータ回路におけるいずれかのスイッチの制御状態がオフ固定となるオフ固定異常が生じた場合、前記ハイサイド側および前記ローサイド側のうち、前記オフ固定異常となっている前記スイッチがある側のすべてのスイッチをオフし、他方側のすべてのスイッチをオンするアクティブショートサーキット制御を行う
   請求項６に記載の制御装置。
9. コンピュータが実行する制御方法であって、
   直流電源の電力により三相モータを駆動するためのインバータ回路を駆動制御する駆動回路に対して前記インバータ回路を制御するための制御信号を送信し、
   前記インバータ回路の異常時における前記インバータ回路のスイッチ制御に関し、前記三相モータの誘起電圧および前記直流電源の電源電圧の関係に応じて異なる前記スイッチ制御を行うこと
   を含む制御方法。
10. コンピュータが実行する制御方法であって、
    直流電源の電力により三相モータを駆動するためのインバータ回路を駆動制御する駆動回路に対して前記インバータ回路を制御するための制御信号を送信し、
    前記インバータ回路の過電流を検出した場合における前記インバータ回路のスイッチ制御に関し、前記インバータ回路におけるスイッチの制御状態が固定となる異常が生じているか否かに応じて異なる前記スイッチ制御を行うこと
    を含む制御方法。

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