JP6451600B2 - 電圧センサ異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧センサ異常診断装置に関する。

従来、バッテリの直流電圧をインバータで交流電圧に変換して交流モータに供給するシステムにおいて、電圧センサの異常を診断する装置が知られている。
例えば特許文献１に開示された電圧センサの故障診断装置は、バッテリ電圧センサによって検出されるバッテリ電圧ＶＢｆと、インバータ電圧センサによって検出されるインバータ電圧ＶＩｆとの差の絶対値が所定値より大きいとき、いずれかの電圧センサに故障が発生していると判断する。
また、各相の相電流と相電圧との積の三相和である第１出力推定値と、モータのトルク及び回転数の積に基づいて算出した第２出力推定値とを比較し、出力推定値の差の絶対値が判定閾値より大きいとき、インバータ電圧センサに故障が発生していると判定する。

特許第４７９３０５８号公報

特許文献１の技術では、二つの出力推定値同士を比較しており、電圧値を直接評価していない。仮に、判定閾値を電圧値によらず一定に設定した場合、判定閾値以下で正常と判断される範囲の比率が電圧値によって変化することとなる。そのため、広い電圧領域で異常判定精度を一様に確保することが困難である。また、電圧値に応じて判定閾値を可変に設定しようとすると、演算負荷が増加する。

さらに、バッテリの出力電圧が直接インバータに入力されるシステムでは、配線損失を無視すればバッテリ電圧とインバータ入力電圧とはほぼ等しくなるため、バッテリ電圧センサとインバータ入力電圧センサとを両方設ける必要はない。しかし、特許文献１の技術では、インバータ電圧センサの異常検出のためだけにバッテリ電圧センサを設け、モータコントローラの電圧センサ診断部が車両コントローラからバッテリ電圧信号を取得する必要があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、インバータ入力電圧センサの異常を広い電圧領域で精度良く判定可能な電圧センサ異常診断装置を提供することにある。

本発明は、直流電源（１１）に接続されたインバータ（６０）が供給する交流電力により駆動される三相以上の多相の交流モータ（８０）の通電を制御するモータ制御装置（２０）に適用され、インバータに入力されるインバータ入力電圧（Ｖｉｎ）を検出する入力電圧センサ（５）の異常を診断する電圧センサ異常診断装置に係る。
ここで、モータ制御装置は、電流フィードバック制御により電圧指令を演算し、「当該電圧指令及び交流モータの電気角に基づいて演算され、スイッチング周期に対するＯＮ時間比率を規定するＤｕｔｙ」を用いて、ＰＷＭ制御によりインバータのスイッチング動作を操作するものである。

本発明の電圧センサ異常診断装置は、指令Ｄｕｔｙ算出部（４１１、４１２）と、推定実Ｄｕｔｙ算出部（４２）と、異常判定部（４６）とを備える。
指令Ｄｕｔｙ算出部は、入力電圧センサによる検出値である入力電圧センサ値（Ｖｉｎ＿ｓｎｓ）に基づいて指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）を算出する。
推定実Ｄｕｔｙ算出部は、交流モータに実際に印加される相電圧に基づいて、指令Ｄｕｔｙに対する比率が「入力電圧センサ値に対する入力電圧の実値（Ｖｉｎ＿ａｃｔ）の比率」と等しくなる推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）を算出する。
異常判定部は、指令Ｄｕｔｙに対する推定実Ｄｕｔｙの比率である評価比率（α）が正常範囲から外れているとき、入力電圧センサが異常であると判定する。

例えば推定実Ｄｕｔｙ算出部は、交流モータに通電される相電流、交流モータの電気角、及び、電圧指令の位相に基づいて相電圧を算出する。
また、例えば推定実Ｄｕｔｙ算出部は、所定の周波数でキャリア振幅間を反復するキャリア信号と、相電圧とを比較し、「電気角周期中に相電圧がキャリア信号を上回る時間」であるスイッチングＯＮ時間の比率を推定実Ｄｕｔｙとして算出する。

本発明では、「入力電圧センサ値に対する入力電圧の実値の比率」に等しい評価比率αを異常判定の指標として用いる。評価比率αは、電圧値の大きさに関係なく、「センサ値と実電圧値とのずれ率」が直接的に反映される。したがって、入力電圧センサの異常判定精度を広い電圧領域で確保することができる。
また、本発明では、入力電圧センサ異常判定のためにバッテリ電圧信号を用いる必要がない。特に、バッテリの出力電圧が直接インバータに入力されるシステムでは、バッテリ電圧センサの設置、及び、バッテリ電圧信号の通信が不要となる。

ところで、一般に電圧センサの異常には出力が０又は上限値に張り付く異常もあるが、張り付き異常は、周知技術により容易に判定可能である。一方、ゲイン異常やオフセット異常の出力特性異常は判定が難しい。本発明の電圧センサ異常診断装置は、主にそのような出力特性異常を診断対象とする。
入力電圧センサの異常が出力特性異常であることを前提とすると、異常判定部は、入力電圧センサのセンサ値に評価比率αを乗じることにより、インバータ入力電圧の推定値（Ｖｉｎ＿ｅｓｔ）を算出可能である。そのため、入力電圧センサが異常と判定されたときでも、入力電圧推定値を用いて交流モータの駆動を継続することができる。

各実施形態の電圧センサ異常診断装置が適用されるＭＧ駆動システムの概略構成図。 第１実施形態によるＭＧ制御装置の制御ブロック図。 ＭＧ制御装置の制御演算フロー図。 電圧センサ異常発生時の挙動を説明するタイムチャート。 Ｄｕｔｙと入力電圧との関係を示す図。 電圧センサ異常診断処理のフローチャート。 相電圧の算出を説明する図。 判定用キャリア信号を説明する図。 第２実施形態によるＭＧ制御装置の制御ブロック図。

以下、電圧センサ異常診断装置の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態の電圧センサ異常診断装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるモータジェネレータ（以下「ＭＧ」）を駆動するシステムにおいて、インバータ入力電圧を検出する入力電圧センサの異常を診断する装置である。実施形態の「ＭＧ」及び「ＭＧ制御装置」は、特許請求の範囲に記載の「交流モータ」及び「モータ制御装置」に相当する。
また、以下の第１実施形態及び第２実施形態を包括して「本実施形態」という。

［システム構成］
まず、ＭＧ駆動システム全体の構成について図１を参照して説明する。図１には、一つのＭＧを備えるシステムを例示する。ハイブリッド自動車１００に搭載されたＭＧ駆動システム９０は、「直流電源」としてのバッテリ１１の直流電力をインバータ６０で三相交流電力に変換してＭＧ８０に供給し、ＭＧ８０を駆動するシステムである。

バッテリ１１は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。なお、電池に代えて、電気二重層キャパシタ等を直流電源として用いてもよい。
電源リレー１２は、バッテリ１１からインバータ６０への電力供給を遮断可能である。言い換えれば、電源リレー１２の接続中に、インバータ６０の駆動が可能となる。
このシステムでは、バッテリ１１とインバータ６０との間に昇圧コンバータを備えておらず、バッテリ１１の出力電圧が直接インバータ６０に入力される。平滑コンデンサ１６は、インバータ６０の入力部に設けられ、インバータ入力電圧Ｖｉｎを平滑化する。
入力電圧センサ５は、インバータ入力電圧Ｖｉｎを検出する。入力電圧センサ５による検出値を、以下、「入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓ」と記す。

インバータ６０は、上下アームの６つのスイッチング素子６１〜６６がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子６１、６２、６３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子６４、６５、６６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子６１〜６６は、例えばＩＧＢＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。

インバータ６０は、ＭＧ制御装置２０からのスイッチング信号（図中「ＳＷ信号」）ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに従ってスイッチング素子６１〜６６が動作することで、直流電力を三相交流電力に変換する。そして、ＭＧ制御装置２０が演算した電圧指令に応じた相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＭＧ８０の各相巻線８１、８２、８３に印加する。

ＭＧ８０は、例えば永久磁石式同期型の三相交流モータである。本実施形態では、ＭＧ８０は、エンジン９１を備えたハイブリッド自動車１００に搭載される。ＭＧ８０は、駆動輪９５を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジン９１や駆動輪９５から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える。ＭＧ８０は、例えば変速機等のギア９３を介して車軸９４に接続されている。ＭＧ８０が発生したトルクは、ギア９３を介して車軸９４を回転させることにより駆動輪９５を駆動する。

ＭＧ８０の三相巻線８１、８２、８３のうち二相の巻線に接続される電流経路には、相電流を検出する電流センサが設けられる。図１の例では、Ｖ相巻線８２及びＷ相巻線８３に接続される電流経路に、それぞれ相電流Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサ７２、７３が設けられている。
回転角センサ８５は例えばレゾルバである。電気角演算部８６は、レゾルバ角θｍから電気角θｅを演算する。図１では、電気角演算部８６をＭＧ制御装置２０の外部に記載しているが、ＭＧ制御装置２０の内部で電気角θｅを演算してもよい。

車両制御回路１０（すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ）は、アクセル信号、ブレーキ信号、シフト信号、車速信号等の信号や他のＥＣＵからの情報が入力され、取得した情報に基づいて車両の運転状態を総合的に判断し、車両の駆動を制御する。他のＥＣＵには、ＭＧ制御装置２０（すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ）の他、バッテリ１１を制御するバッテリＥＣＵ、エンジン９１を制御するエンジンＥＣＵ等が含まれる。図１では、バッテリＥＣＵ、エンジンＥＣＵ等の図示を省略する。

各ＥＣＵは、マイコン等により構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を内部に備えている。各ＥＣＵは、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

ＭＧ制御装置２０は、車両制御回路１０から入力されたトルク指令ｔｒｑ^*に基づき、電流フィードバック制御により電圧指令を演算する。そして、電圧指令に基づくスイッチング信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬをインバータ６０に出力し、スイッチング素子６１〜６６の動作を操作することにより、ＭＧ８０の通電を制御する。これにより、ＭＧ８０は、トルク指令ｔｒｑ^*に応じたトルクを出力する。

ここで、ＭＧ制御装置２０による通電制御において変調率を算出するとき、入力電圧センサ５による入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓの情報が用いられる。仮に入力電圧センサ５が異常となり、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓが実値と乖離すると、ＭＧ８０の通電制御を正常に行うことができなくなる。
そこで、ＭＧ制御装置２０は、入力電圧センサ５の異常を診断する電圧センサ異常診断装置４０を含む。なお、本明細書で扱う電圧センサは入力電圧センサ５のみであるため、単に「電圧センサ異常診断装置」という。また、図中では「入力電圧センサ」を「Ｖｉｎセンサ」というようにも記載する。

電圧センサ異常診断装置４０は、ＭＧ８０の通電中、常に入力電圧センサ５の異常を診断する。
ところで、一般に電圧センサの異常には出力が０又は上限値に張り付く異常もあるが、張り付き異常は、周知技術により容易に判定可能である。一方、センサ値が実値に対し、例えば数〜数十％ずれるゲイン異常やオフセット異常の出力特性異常は判定が難しい。
そこで本実施形態では、張り付き異常は既に初期診断により除外されていることを前提とし、ゲイン異常やオフセット異常の出力特性異常を診断対象とする。
以下、実施形態毎に詳しい構成及び作用効果を説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態によるＭＧ制御装置２０及び電圧センサ異常診断装置４０の構成を図２に示す。第１実施形態と後述の第２実施形態とは、指令Ｄｕｔｙ算出部による情報取得の構成が異なる。したがって、第１実施形態の指令Ｄｕｔｙ算出部の符号を「４１１」とし、第２実施形態の指令Ｄｕｔｙ算出部の符号を「４１２」とする。それ以外の構成は共通であるため、第１実施形態でまとめて説明する。

ＭＧ制御装置２０は、電圧センサ異常診断装置４０以外の構成として、電流指令演算部２１、電流減算器２２、電圧指令演算部２３、２相３相変換部２５、ＰＷＭ信号生成部２６、電圧振幅位相算出部２７、３相２相変換部３１、及び、トルク推定部３２を有する。
ＭＧ制御装置２０は、電流フィードバック制御及びＰＷＭ制御によりインバータ６０のスイッチング動作を操作するものである。また、電流フィードバック制御では回転座標系のｄｑ軸を用いたベクトル制御を行う。これらのモータ制御技術は周知であるため、詳細な説明を省略する。また、ｄｑ軸の電流及び電圧指令について、技術常識から判断可能な箇所では、適宜「ｄｑ軸」の記載を省略する。

電流指令演算部２１は、車両制御回路１０から入力されたトルク指令ｔｒｑ^*に基づき、マップや数式を用いてｄｑ軸電流指令Ｉｄ^*、Ｉｑ^*を演算する。
電流減算器２２は、ｄｑ軸電流指令Ｉｄ^*、Ｉｑ^*と、３相２相変換部３１からフィードバックされるｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑとの電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを算出する。
電圧指令演算部２３は、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを０に収束させるように、ＰＩ演算によりｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*を算出する。
２相３相変換部２５は、電気角θｅに基づき、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*を三相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に変換する。

ＰＷＭ信号生成部２６は、三相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*、及び入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓに基づいて、インバータ６０の各スイッチング素子６１〜６６を操作するスイッチング信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを生成する。この過程でＰＷＭ信号生成部２６は、変調率を算出し、更に、「スイッチング周期に対するＯＮ時間比率を規定するＤｕｔｙ」を算出する。ここで、ＰＷＭ信号生成部２６の内部でＤｕｔｙを算出する構成に代えて、破線で示すように、電圧センサ異常診断装置４０の指令Ｄｕｔｙ算出部４１１が算出した指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）を援用してもよい。

電圧振幅位相算出部２７は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*に基づき、電圧ベクトルの大きさに相当する電圧振幅Ｖａｍｐ、及び、電圧ベクトルの位相に相当する電圧位相Ｖψを算出する。なお、電圧位相Ｖψの基準軸は、ｄ軸又はｑ軸のいずれに設定してもよい。
第１実施形態では、電圧センサ異常診断装置４０の指令Ｄｕｔｙ算出部４１１に電圧振幅Ｖａｍｐ及び電圧位相Ｖψが出力される。また、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２に電圧位相Ｖψが出力される。

３相２相変換部３１は、電流センサ７２、７３から相電流検出値が入力される。図２の例ではＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの検出値が入力され、残るＵ相電流をキルヒホッフの法則により推定する。ただし、どの二相の電流を検出してもよく、三相の電流を検出してもよい。或いは、一相の電流検出値に基づいて他の二相の電流を推定してもよい。
３相２相変換部３１は、電気角θｅに基づき、三相電流をｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに変換し、電流減算器２２にフィードバックする。

トルク推定部３２は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ、及び、ＭＧ８０のモータ定数に基づき、式（１）を用いてトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを算出する。なお、ＭＧ８０にトルクセンサを備えたシステムでは、トルク推定部３２を設けず、トルク検出値を取得してもよい。
ｔｒｑ＿ｅｓｔ＝ｐｍ×｛Ｉｑ×φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ｝ ・・・（１）
ただし、
ｐｍ：ＭＧの極対数
φ ：逆起電圧定数
Ｌｄ、Ｌｑ：ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス

次に、第１実施形態の電圧センサ異常診断装置４０の構成について説明する。
電圧センサ異常診断装置４０は、指令Ｄｕｔｙ算出部４１１、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２、及び異常判定部４６を有する。
指令Ｄｕｔｙ算出部４１１は、電圧振幅位相算出部２７から電圧振幅Ｖａｍｐ及び電圧位相Ｖψを取得し、また、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓ及び電気角θｅを取得する。指令Ｄｕｔｙ算出部４１１は、電圧振幅Ｖａｍｐと入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓとに基づき変調率を算出する。そして、変調率と、電気角θｅ及び電圧位相Ｖψとに基づき、指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）を算出する。

推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、相電流Ｉｖ、Ｉｗ、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔ、回転数ω、電気角θｅ及び電圧位相Ｖψを取得する。
トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔは、トルク推定部３２から取得される。
「回転数ω」について、記号ωの本来の意味は、回転数算出部８７にて電気角θｅを時間微分して算出される電気角速度である。ただし本明細書では、「電気角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を換算した回転数［１／ｓ］」の意味で、「回転数ω」ともいう。なお、図２では、電気角演算部８６と同様に回転数算出部８７をＭＧ制御装置２０の外に記載しているが、ＭＧ制御装置２０内で回転数ωを算出してもよい。

また、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、後述のスイッチングＯＮ時間Ｔ＿ＯＮの算出に用いるキャリア信号として、ＰＷＭ信号生成部２６からＰＷＭキャリア信号を取得して援用するか、或いは、ＰＷＭキャリア信号とは別の判定用キャリア信号を生成する。
そして、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、取得した各種情報に基づいて、推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）を算出する。推定実Ｄｕｔｙは、ＭＧ８０に実際に印加される相電圧に基づいて算出される点が要点である。推定実Ｄｕｔｙの詳細な算出方法、及び技術的意義は後述する。

明細書の記載に関し、「指令Ｄｕｔｙ」及び「推定実Ｄｕｔｙ」については、用語末尾の「Ｄｕｔｙ」と、変数記号「Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ／ｅｓｔ」の語頭の「Ｄｕｔｙ」とが重なるため、例外的に、（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ／ｅｓｔ）を括弧内に記載する。また、適宜、（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ／ｅｓｔ）の記載を省略する。

異常判定部４６は、指令Ｄｕｔｙ算出部４１１及び推定実Ｄｕｔｙ算出部４２から指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）及び推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）を取得し、「指令Ｄｕｔｙに対する推定実Ｄｕｔｙの比率」である「評価比率α」を算出する。そして、評価比率αが正常範囲から外れているとき、異常判定部４６は、入力電圧センサ５が異常であると判定する。
また、入力電圧センサ５の異常判定が確定したとき、異常判定部４６は、評価比率α及び入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓに基づいて入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔを算出し、ＰＷＭ信号生成部２６に出力する。

続いて、ＭＧ制御装置２０の制御演算フローを図３に示す。図２では各ブロックの機能を個別に説明したが、図３では、特にフィードバック変数の影響に注意しながら、一連の制御演算の流れを説明する。破線枠内がＭＧ制御装置２０に相当する。
ＭＧ制御では、まず、外部からのトルク指令ｔｒｑ^*に基づいて演算された電流指令Ｉｄ^*、Ｉｑ^*に対し相電流Ｉｖ、Ｉｗがフィードバックされ、電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*が演算される。そして、電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*の電圧振幅Ｖａｍｐを入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓで除することにより変調率が算出される。この箇所を「＃１」とする。

一方、電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*及び電気角θｅに基づき、三相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*が演算される。この三相電圧指令のブロックには、電圧位相Ｖψの情報が含まれるものと解釈する。変調率に三相電圧指令を乗ずることにより、指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）が算出される。
枠外の右側は、指令Ｄｕｔｙに基づくインバータ６０の実際の駆動による出力を示す。インバータ６０に実際に入力される入力電圧実値Ｖｉｎ＿ａｃｔと指令Ｄｕｔｙとの積が相電圧Ｖｕｖｗとして出力される。この箇所を「＃２」とする。
＃１及び＃２は、後述の説明にて参照される箇所である。

次に図４のタイムチャートを参照し、電圧センサ異常診断の例を説明する。
図４の縦軸は、上から順に、トルク指令ｔｒｑ^*、入力電圧Ｖｉｎの実値Ｖｉｎ＿ａｃｔ及びセンサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓ、指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）及び推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）、評価比率α、並びに異常信号を示す。
トルク指令ｔｒｑ^*は、この異常診断期間におけるＭＧ要求出力が一定であることを示している。代わりに、電圧指令振幅Ｖａｍｐが一定であることを示してもよい。

評価比率αは、指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）に対する推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）の比率であり、実用上のデッドタイム等を無視すると、理想的には１となる。評価比率αに対してセンサの誤差や温度特性、演算誤差等を考慮し、下限値Ｒｍｉｎから上限値Ｒｍａｘまでの正常範囲Ｒが設定される。

タイムチャートの初期、入力電圧センサ５は正常であり、入力電圧実値Ｖｉｎ＿ａｃｔ及びセンサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓは一致して上昇している。指令Ｄｕｔｙ及び推定実Ｄｕｔｙも一致して低下しており、評価比率αは１である。
その後、時点ｔ＿ｏｃｃに異常が発生する。ここでは、センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓが実値Ｖｉｎ＿ａｃｔより小さくなる異常が発生した場合を想定する。

異常発生時ｔ＿ｏｃｃ以後、入力電圧実値Ｖｉｎ＿ａｃｔが上昇を継続するのに対し、センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓは、次第に低下する。
図３の＃１に参照されるように、分母となるセンサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓが小さくなると、指令Ｄｕｔｙは大きくなる。また、異常発生が反映される時点ｔ＿ｓｅｑにおいて、図３の＃２に参照されるように、指令Ｄｕｔｙが大きくなった結果を受け、実値Ｖｉｎ＿ａｃｔが乗算された相電圧Ｖｕｖｗに基づいて推定実Ｄｕｔｙが更に大きくなる。そのため、異常発生時ｔ＿ｏｃｃ以後、推定実Ｄｕｔｙと指令Ｄｕｔｙとの乖離が拡大する。

それにより評価比率αは次第に増加し、正常範囲Ｒから外れた時点、すなわち、図４の例では上限値Ｒｍａｘを上回った時点ｔ＿ｊにて異常判定される。そして、評価比率αが上限値Ｒｍａｘを上回った状態が確定時間Ｔｆｉｘ継続した時点ｔ＿ｄｇにて、入力電圧センサ５の異常判定が確定し、異常信号が生成される。

一方、センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓが実値Ｖｉｎ＿ａｃｔより大きくなる異常が発生した場合、入力電圧Ｖｉｎ、Ｄｕｔｙ、及び評価比率αの各図が上下反転して表される。上述の大小又は増減を逆に読み替えることで、同様に解釈可能である。その場合、評価比率αが下限値Ｒｍｉｎを下回った状態が確定時間Ｔｆｉｘ継続したとき、入力電圧センサ５の異常判定が確定される。

この異常診断の考え方について、図５を参照して補足する。
図５は、ＤＣ電圧である入力電圧ＶｉｎとＤｕｔｙとの関係を示す図である。
図３の＃１に示す通り、指令Ｄｕｔｙは入力電圧Ｖｉｎに反比例する。すなわち、ＭＧ要求出力が不変である前提では、電圧とＯＮ時間との積が一定となるように制御される。

入力電圧センサ５の正常時、実線で示すように、入力電圧実値Ｖｉｎ＿ａｃｔに対応する指令Ｄｕｔｙが演算される。しかし、センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓが実値Ｖｉｎ＿ａｃｔよりも小さくなると、ＭＧ制御装置２０は、実値Ｖｉｎ＿ａｃｔに対する不足分の電圧を、Ｄｕｔｙを大きくすることにより補償しようとする。よって、推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）は指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）よりも大きくなる。
このとき、「電圧とＯＮ時間との積が一定」の条件により、破線ハッチング部分の面積は等しくなる。また、下式（２）が成り立つ。

式（２）は、入力電圧Ｖｉｎの「センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓと実値Ｖｉｎ＿ａｃｔとのずれ」を、評価比率αを介して、ＭＧ制御の操作量であるＤｕｔｙの「指令Ｄｕｔｙと推定実Ｄｕｔｙとのずれ」に置き換えることができることを意味している。
これにより、本実施形態では、通常のＭＧ制御ロジックで扱う変数を用いて、入力電圧センサ５の異常診断を有効に行うことができる。

次に図６のフローチャート、及び図７、図８を参照し、電圧センサ異常診断装置４０が実行する異常診断処理について説明する。この異常診断処理は、ＭＧ制御装置２０の動作中、繰り返し実行される。フローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。
以下のステップのうち、Ｓ１３〜Ｓ１９については、各実行主体を特定する。Ｓ１１、Ｓ１２については、電圧センサ異常診断装置４０全体を実行主体とする。またＳ２０は、特別にＭＧ制御装置２０を実行主体とする。

Ｓ１１では、電圧センサ異常診断装置４０は、電源リレー１２が接続中であるか否か判断し、ＮＯの場合、処理を終了する。
Ｓ１２では、電圧センサ異常診断装置４０は、現在のシステム状態が安定領域にあるか否か判断する。

「安定領域」とは、ＭＧ８０の駆動条件の変化率が所定範囲内である領域、すなわち、急な変化が生じていない領域をいう。変化率を監視する駆動条件の例としては、指令Ｄｕｔｙ及び推定実Ｄｕｔｙを直接監視してもよい。また、指令Ｄｕｔｙの算出に影響するｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*もしくは電流指令Ｉｄ^*、Ｉｑ^*、又は推定実Ｄｕｔｙの算出に影響する回転数ωを監視してもよい。安定領域として設定する変化率の範囲や監視期間は、各パラメータの誤差範囲や制御装置の分解能等に応じて適宜設定してよい。

Ｓ１２でＹＥＳの場合、次ステップに進む。ＮＯの場合、安定領域となるまでＳ１２の判断を繰り返す。
Ｓ１３では、指令Ｄｕｔｙ算出部４１は、電圧振幅Ｖａｍｐ、電圧位相Ｖψ、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓ及び電気角θｅに基づいて、指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）を算出する。

Ｓ１４及びＳ１５を通じて、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）を算出する。なお、Ｓ１４及びＳ１５の演算の一部を他のブロックで実行し、その演算結果を取得してもよい。
図２に示すように、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、Ｖ相及びＷ相電流Ｉｖ、Ｉｗ、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔ及び回転数ωを取得する。まず、相電流について、キルヒホッフの法則によりＵ相電流Ｉｕが算出される。そして、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの全波整流結果として相電流実効値Ｉｕｖｗ＿ｅｆｆが得られる。

Ｓ１４では、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、まず、推定トルクｔｒｑ＿ｅｓｔ、回転数ω、及び相電流実効値Ｉｕｖｗ＿ｅｆｆに基づき、式（３．１）により、相電圧実効値Ｖｕｖｗ＿ｅｆｆを算出する。
Ｖｕｖｗ＿ｅｆｆ＝ｔｒｑ＿ｅｓｔ×ω／Ｉｕｖｗ＿ｅｆｆ ・・・（３．１）
なお、ＭＧ８０にトルクセンサが設けられたシステムでは、推定トルクｔｒｑ＿ｅｓｔに代えて検出トルクを用いてもよい。

また、図２に示すように、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、電気角θｅ及び電圧位相Ｖψを取得する。そして、相電圧実効値Ｖｕｖｗ＿ｅｆｆ、電気角θｅ及び電圧位相Ｖψに基づき、式（３．２）により、相電圧Ｖｕｖｗを算出する。この式によって表される相電圧Ｖｕｖｗは、図７に参照される。
Ｖｕｖｗ＝（１／√２）×Ｖｕｖｗ＿ｅｆｆ×ｓｉｎ（θｅ＋Ｖψ）
・・・（３．２）

次に、Ｓ１５について、図８を参照する。
推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、所定の周波数でキャリア振幅間を反復するキャリア信号と、相電圧Ｖｕｖｗとを比較する。このキャリア信号として、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、ＰＷＭ信号生成部２６からＰＷＭキャリア信号を取得して援用するか、或いは、ＰＷＭキャリア信号とは別の判定用キャリア信号を生成する。

ここでは、ＰＷＭキャリア信号とは別に生成した判定用キャリア信号Ｓｊｃを用いる例を説明する。図８に示すように、判定用キャリア信号Ｓｊｃは、ＰＷＭキャリア信号に対し振幅が同等、且つ、周波数が低く設定されている。なお、判定用キャリア信号Ｓｊｃの周波数は、回転数ωと正の相関を有するように、すなわち、高回転域では相対的に高く、低回転域では相対的に低くなるように可変に設定されてもよい。

推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、電気角周期Ｔ＿θｅ中に、相電圧Ｖｕｖｗと判定用キャリア信号Ｓｊｃとの大小関係を比較する。具体的には、相電圧Ｖｕｖｗがキャリア信号Ｓｊｃを上回る時間を分割時間Ｔｓｎ（ｎ＝１、２、３・・・）として順にカウントする。そして、式（３．３）により、電圧角周期Ｔ＿θｅにわたって分割時間Ｔｓｎを積算した合計時間をスイッチングＯＮ時間Ｔ＿ＯＮとして算出する。
Ｔ＿ＯＮ＝Σ（Ｔｓｎ） ・・・（３．３）

判定用キャリア信号Ｓｊｃの周波数を極端に低く設定しない限り、判定用キャリア信号Ｓｊｃを用いて得られるスイッチングＯＮ時間Ｔ＿ＯＮは、ＰＷＭキャリア信号を用いて得られるスイッチングＯＮ時間Ｔ＿ＯＮとほぼ等しくなる。そのため、周波数の低い判定用キャリア信号Ｓｊｃを用いる方が演算負荷を低減することができる。
なお、例えばＰＷＭキャリア信号の山及び谷のタイミングが演算タイミングとなる。

最後に、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２は、式（３．４）により、電圧角周期Ｔ＿θｅ中のスイッチングＯＮ時間Ｔ＿ＯＮの割合を、推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）として算出する。
Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ＝Ｔ＿ＯＮ／Ｔ＿θｅ ・・・（３．４）

異常判定部４６は、Ｓ１３で指令Ｄｕｔｙ算出部４１が算出した指令Ｄｕｔｙ、及び、Ｓ１５で推定実Ｄｕｔｙ算出部４２が算出した推定実Ｄｕｔｙを取得する。
Ｓ１６では、異常判定部４６は、式（３．５）により、「指令Ｄｕｔｙに対する推定実Ｄｕｔｙの比率」である「評価比率α」を算出する。
α＝Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ／Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ ・・・（３．５）

異常判定部４６は、評価比率αを正常範囲Ｒと比較する。図４に示すように、評価比率αが正常範囲Ｒを外れた状態、すなわち正常範囲の下限値Ｒｍｉｎ及び上限値Ｒｍａｘに対し「α＜Ｒｍｉｎ、又は、α＞Ｒｍａｘ」のとき、異常判定部４６は、入力電圧センサ５が異常であると判定する。

Ｓ１７では、「α＜Ｒｍｉｎ、又は、α＞Ｒｍａｘ」の異常状態が所定の確定時間以上にわたって継続したか否か判断する。Ｓ１７でＹＥＳの場合、Ｓ１８で、異常判定部４６は入力電圧センサ５の異常を確定する。
一方、Ｓ１７でＮＯの場合、一時的な外乱等によって評価比率αが正常範囲を外れた可能性が高い。したがって、異常判定部４６は、異常判定を確定せず、処理を終了する。
なお、異常状態が連続して確定時間に達した場合のみ異常を確定するか、或いは、異常状態が中断しても、ある期間中の累積時間が確定時間に達した場合にも異常を確定するか等の詳細なロジックは、適宜設定してよい。

上述の通り、本実施形態では、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓが０又は上限値に張り付く異常は考慮しない。そこで異常判定部４６は、Ｓ１８で異常が確定したとき、Ｓ１９で、式（３．６）により、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓに評価比率αを乗じ、入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔを算出する。
Ｖｉｎ＿ｅｓｔ＝Ｖｉｎ＿ｓｎｓ×α ・・・（３．６）
図２に示すように、入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔは、例えばＰＷＭ信号生成部２６に出力される。或いは、指令Ｄｕｔｙ算出部４１１が入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔに基づいて算出した指令ＤｕｔｙをＰＷＭ信号生成部２６に出力してもよい。

Ｓ２０では、ＭＧ制御装置２０は、異常が確定した入力電圧センサ５のセンサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓに代えて、入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔを用いて、ＭＧ８０の駆動を継続することができる。例えばハイブリッド自動車では、退避走行を継続することができる。
なお、他の実施形態においてモータ駆動を継続するニーズが低いシステムに適用される場合等には、入力電圧センサ５の異常が確定されたとき、モータ駆動を停止してもよい。

本実施形態の効果について説明する。
（１）特許文献１（特許第４７９３０５８号公報）に開示された従来技術では、各相の相電流と相電圧との積の三相和である第１出力推定値と、モータのトルク及び回転数の積に基づいて算出した第２出力推定値とを比較し、インバータ入力電圧センサの異常を判定する。この判定方法では、電圧値を直接評価していないため、広い電圧領域で異常判定精度を一様に確保することが困難である。

それに対し、本実施形態では、指令Ｄｕｔｙに対する推定実Ｄｕｔｙの比率である評価比率αが、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓに対する実値Ｖｉｎ＿ａｃｔの比率に等しいことに着目し、評価比率αを異常判定の指標として用いる。評価比率αは、電圧値の大きさに関係なく、「センサ値と実電圧値とのずれ率」が直接的に反映される。したがって、入力電圧センサ５の異常判定精度を広い電圧領域で確保することができる。

特に、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるＭＧ８０の駆動システムでは、車両の運転状況によりＭＧ８０の要求出力が大きく変化する中で良好なドライバビリティを実現するために、特に高精度の制御が要求される。よって、本実施形態を用いて入力電圧センサ５の異常を適確に診断することが有効である。

（２）特許文献１の従来技術では、バッテリ電圧センサ及びインバータ入力電圧センサのセンサ値を比較することにより、いずれかの電圧センサが異常であることを判定する。
それに対し、本実施形態では、入力電圧センサの異常判定のためにバッテリ電圧信号を用いる必要がない。したがって、バッテリ１１の出力電圧が直接インバータ６０に入力されるシステムにおいて、バッテリ電圧センサの設定、及び、バッテリ電圧信号の通信が不要となる。

（３）図６のフローチャートのＳ１９で、異常判定部４６は、入力電圧センサ５が異常と判定されたとき、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓに評価比率αを乗じ、入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔを算出可能である。そして、Ｓ２０で、ＭＧ制御装置２０は、入力電圧推定値Ｖｉｎ＿ｅｓｔを用いて、ＭＧ８０の駆動を継続することができる。
したがって、入力電圧センサ５の異常発生により、ＭＧ８０の駆動が直ちに不能となる状況を適切に回避することができる。

（４）図６のフローチャートのＳ１２で、異常診断処理を安定領域でのみ実施することにより、外乱やセンサ誤差の影響を排除し評価比率αを精度良く算出することができる。その結果、誤判定を防止することができる。また、異常判定を確定するための確定時間を短縮することができる。
（５）図６のフローチャートのＳ１５で、推定実Ｄｕｔｙ算出部４２がスイッチングＯＮ時間Ｔ＿ＯＮを算出するとき、ＰＷＭキャリア信号よりも周波数の低い判定用キャリア信号を用いることで、演算負荷を低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態によるＭＧ制御装置２０及び電圧センサ異常診断装置４０の構成を図９に示す。第２実施形態では、図２に示す第１実施形態の指令Ｄｕｔｙ算出部４１１に対し、指令Ｄｕｔｙ算出部４１２が情報を取得する構成が異なる。その他、実質的に同一の構成については、図９に、図２と同一の符号を付して説明を省略する。

指令Ｄｕｔｙ算出部４１２は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓ、及び電気角θｅを取得する。そして、指令Ｄｕｔｙ算出部４１２の内部で、電圧振幅Ｖａｍｐを算出し、入力電圧センサ値Ｖｉｎ＿ｓｎｓと電圧振幅Ｖａｍｐとから変調率を算出し、さらに、電気角θｅに基づいて指令Ｄｕｔｙを算出する。
この構成では、電圧振幅位相算出部２７が算出した電圧振幅Ｖａｍｐ及び電圧位相Ｖψのうち、電圧位相Ｖψのみが推定実Ｄｕｔｙ算出部４２に取得される。

このように、ＭＧ制御装置２０は、電流指令に基づいてインバータ６０をＰＷＭ駆動するものであればよく、指令Ｄｕｔｙをどのようなロジックで算出しても構わない。
第２実施形態において、指令Ｄｕｔｙ算出部４１２による指令Ｄｕｔｙの算出後、電圧センサ異常診断装置４０が評価比率αに基づいて入力電圧センサ５の異常を判定するロジック、及び、それにより得られる作用効果は第１実施形態と同様である。

（その他の実施形態）
（１）図１には、一つのＭＧを備えたシステム構成を例示しているが、本発明は、二つ以上のＭＧを備えたシステムにも同様に適用可能である。具体的には、主に発電機として機能するＭＧ１、及び、主に電動機として機能するＭＧ２を備えたシリーズパラレル方式のハイブリッド自動車等に適用することができる。その場合、ＭＧ１、ＭＧ２をそれぞれ駆動する二つのインバータが並列に設けられており、インバータ入力電圧Ｖｉｎは、二つのインバータに共通に入力される。したがって、いずれか一方のＭＧの通電を制御する回路に電圧センサ異常診断装置を設けることにより、異常診断が可能である。

（２）本発明の電圧センサ異常診断装置は、バッテリの出力電圧が直接インバータに入力されるシステムに限らず、例えば、バッテリとインバータとの間に昇圧コンバータを備えるシステムにおいて、昇圧後電圧を検出する入力電圧センサに適用されてもよい。
その場合、昇圧制御のためにバッテリ電圧情報が必要となるため、基本的にバッテリ電圧センサを無くすことはできない。ただし、インバータ入力電圧センサの異常判定精度を広い電圧領域で確保する効果については、上記実施形態と同様に得られる。

（３）本発明が適用されるモータ駆動システムにおいて駆動される交流モータは、上記実施形態のＭＧのように発電機としての機能を併せ持つものでなくてもよい。また、永久磁石式同期型モータに限らず、誘導電動機やその他の同期モータであってもよい。多相交流モータの回転機の相の数は、四相以上であってもよい。
さらに、ハイブリッド自動車や電気自動車のＭＧ駆動システムに限らず、一般機械用等、どのような用途のモータ駆動システムに適用されてもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１１・・・バッテリ（直流電源）、
２０・・・ＭＧ制御装置（モータ制御装置）、
４０・・・電圧センサ異常診断装置、
４１１、４１２・・・指令Ｄｕｔｙ算出部、
４２・・・推定実Ｄｕｔｙ算出部、
４６・・・異常判定部、
５ ・・・入力電圧センサ、
６０・・・インバータ
８０・・・ＭＧ（交流モータ）。

Claims (8)

1. 直流電源（１１）に接続されたインバータ（６０）が供給する交流電力により駆動される三相以上の多相の交流モータ（８０）の通電を制御するモータ制御装置（２０）に適用され、前記インバータに入力されるインバータ入力電圧（Ｖｉｎ）を検出する入力電圧センサ（５）の異常を診断する電圧センサ異常診断装置であって、
   前記モータ制御装置は、電流フィードバック制御により電圧指令を演算し、当該電圧指令及び前記交流モータの電気角に基づいて演算され、スイッチング周期に対するＯＮ時間比率を規定するＤｕｔｙを用いてＰＷＭ制御により前記インバータのスイッチング動作を操作するものであり、
   前記入力電圧センサによる検出値である入力電圧センサ値（Ｖｉｎ＿ｓｎｓ）に基づいて指令Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｃｍｄ）を算出する指令Ｄｕｔｙ算出部（４１１、４１２）と、
   前記交流モータに実際に印加される相電圧に基づいて、前記指令Ｄｕｔｙに対する比率が前記入力電圧センサ値に対する入力電圧の実値（Ｖｉｎ＿ａｃｔ）の比率と等しくなる推定実Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ＿ｅｓｔ）を算出する推定実Ｄｕｔｙ算出部（４２）と、
   前記指令Ｄｕｔｙに対する前記推定実Ｄｕｔｙの比率である評価比率（α）が正常範囲から外れているとき、前記入力電圧センサが異常であると判定する異常判定部（４６）と、
   を備える電圧センサ異常診断装置。
2. 前記推定実Ｄｕｔｙ算出部は、前記交流モータに通電される相電流、前記交流モータの電気角、及び、電圧指令の位相に基づいて相電圧を算出する請求項１に記載の電圧センサ異常診断装置。
3. 前記推定実Ｄｕｔｙ算出部は、
   所定の周波数でキャリア振幅間を反復するキャリア信号と、相電圧とを比較し、電気角周期中に相電圧が前記キャリア信号を上回る時間であるスイッチングＯＮ時間の比率を前記推定実Ｄｕｔｙとして算出する請求項１または２に記載の電圧センサ異常診断装置。
4. 前記推定実Ｄｕｔｙ算出部は、
   前記スイッチングＯＮ時間の算出に用いる前記キャリア信号として、ＰＷＭキャリア信号とは別の判定用キャリア信号を生成する請求項３に記載の電圧センサ異常診断装置。
5. 前記判定用キャリア信号は、前記ＰＷＭキャリア信号に対し振幅が同等、且つ、周波数が低く設定されている請求項４に記載の電圧センサ異常診断装置。
6. 前記交流モータの駆動条件の変化率が所定範囲内の領域である安定領域において、前記入力電圧センサの異常診断を実施する請求項１〜５のいずれか一項に記載の電圧センサ異常診断装置。
7. 前記安定領域は、Ｄｕｔｙ、電圧指令もしくは電流指令、又はモータ回転数の変化率が所定範囲内の領域である請求項６に記載の電圧センサ異常診断装置。
8. 前記入力電圧センサ値に前記評価比率を乗じ、前記インバータ入力電圧の推定値（Ｖｉｎ＿ｅｓｔ）を算出する請求項１〜７のいずれか一項に記載の電圧センサ異常診断装置。

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