JP6503962B2 - 電流センサ異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流センサの異常を診断する電流センサ異常診断装置に関する。

従来、三相以上の多相交流モータの駆動システムにおいて、複数の相に通電される電流を検出する複数の電流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に開示された構成では、三相の各相に一つずつ設けられた電流センサの出力値の総和がゼロでないとき、いずれかの電流センサの異常と判定される。
また、特許文献２に開示された構成では、三相のうち二相の相電流を検出する電流センサが一相につき二つずつ設けられている。そして、二つの電流センサの出力偏差が所定の異常判定値を超えたとき、電流センサの異常と判定される。

特開平６−２５３５８５号公報 特開２００５−１６０１３６号公報

例えば三相交流モータの駆動システムにおいて、電流センサの故障を考慮しない場合、キルヒホッフの法則を前提として、二つの電流センサを二相に一つずつ設ければ足りる。それに対し、電流センサの異常検出のために、特許文献１の構成では三つ、特許文献２の構成では四つの電流センサを設けている。異常検出専用の電流センサを余分に設けると、部品点数が増加し、搭載スペースが増大する。また、電流センサに接続される信号線や電源線等の配線が増え、装置構成が複雑となるという問題がある。

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、多相交流モータの複数相の相電流を検出する電流センサに対し、異常検出専用の電流センサを用いずに、異常診断を適正に実施する電流センサ異常診断装置を提供することにある。

本発明は、三相以上の多相交流モータの複数の相に交流電流を通電し多相交流モータを駆動するモータ駆動システムにおいて、異なる二相以上の相電流を検出する複数の電流センサの異常を診断する電流センサ異常診断装置に係る発明である。この電流センサ異常診断装置は、比較値サンプル部及び異常判定部を備える。
比較値サンプル部は、複数の電流センサが出力した検出電流から、相互比較に使用可能な比較値を相毎にサンプルする。
異常判定部は、比較値サンプル部がサンプルした複数相の比較値の偏差に基づいて、複数の電流センサの異常診断を実施する。
異常判定部は、多相交流モータの出力トルクが所定値以上のとき、又は、多相交流モータのトルク変動が所定値以下のとき、異常診断を実施する。

ｎ相（ｎは３以上の整数）交流モータにおいて各相巻線の電気的仕様が同等であることや、インバータの各相出力は同等に設定されることを自明の前提とすると、各相電流の振幅は理想的に同一であり、電気角位相は、互いに（３６０／ｎ）［ｄｅｇ］ずれている。位相がずれているため、複数の電流センサの検出電流について、同一タイミングでの電流値を単純に比較しても、異常診断を適正に実施することは困難である。
そこで、本発明では、複数の電流センサが出力した検出電流から、相毎に「比較値」をサンプルし、二相の比較値を相互比較することにより、異常診断を実施する。

本発明の第１の態様では、多相交流電流の各相の振幅、すなわちピーク値が互いに等しいことに着目する。つまり、複数の電流センサの検出電流のピーク値を比較し、ピーク値偏差が判定閾値を超えている場合、いずれかの電流センサが異常であると判定する。
そこで、第１の態様の電流センサ異常診断装置は、複数の電流センサについて、電気一周期の間に検出電流が最大又は最小となるタイミングであるピークタイミングを相毎に算出するピークタイミング算出部をさらに備える。比較値サンプル部は、ピークタイミング算出部が算出したピークタイミングにおける各相の検出電流のピーク値を比較値としてサンプルする。

本発明の第２の態様では、多相交流電流のうち一相の電流を所定の位相ずらせば、他の一相の電流に一致することに着目する。つまり、一相の検出電流を所定の位相ずらしたシフト電流と、他の一相の検出電流とについて、同一タイミングでの電流値を比較し、その偏差が判定閾値を超えている場合、いずれかの電流センサが異常であると判定する。
そこで、第２の態様の電流センサ異常診断装置は、位相シフト部をさらに備える。位相シフト部は、複数相のうち選定されたいずれか一相の「選定相」について、他のいずれか一相である「対照相」の検出電流と電気角位相が一致するように、検出電流を所定の位相シフトさせた「シフト電流」を算出する。比較値サンプル部は、同一タイミングにおける選定相のシフト電流及び対照相の検出電流の電流値を比較値としてサンプルする。

このように、本発明では、複数の電流センサの検出電流からサンプルした「比較値」を用いて異常診断を行う。これにより、複数の電流センサは、それぞれの相の制御用電流を検出しつつ、他の相の電流センサを互いに監視する機能を兼ねる。よって、多相交流モータの駆動システムにおいて、異常検出専用の電流センサを用いずに、異常診断を適正に実施することができる。また、従来技術に対し、電流センサの数を低減することができる。

本発明の一実施形態による電流センサ異常診断装置が適用されるハイブリッド自動車のモータジェネレータ駆動システムの概略構成図。 本発明の第１実施形態による電流センサ異常診断装置の制御ブロック図。 本発明の第１実施形態による電流センサ異常診断のタイムチャート。 ＰＷＭキャリアの山のタイミングに電流をサンプルする構成を示すタイムチャート。 本発明の第１実施形態による電流センサ異常診断のフローチャート。 本発明の第２実施形態による電流センサ異常診断装置の制御ブロック図。 本発明の第２実施形態による電流センサ異常診断のタイムチャート。 本発明の第２実施形態による電流センサ異常診断のフローチャート。

以下、本発明の電流センサ異常診断装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態の電流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を駆動するシステムにおいて、インバータからモータジェネレータへの電流経路に流れる相電流を検出する電流センサの異常を検出する装置である。
以下の明細書中、モータジェネレータを「多相交流モータ」の具体例である「三相交流モータ」、又は、単に「モータ」という。
また、「本実施形態」とは、第１実施形態及び第２実施形態を包括していう。

［システム構成］
まず、モータ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。ハイブリッド自動車１００に搭載されたモータ駆動システム９０は、バッテリ２０の直流電力をインバータ３０で三相交流電力に変換して三相交流モータ８０（図中「ＭＧ」）に供給し、三相交流モータ８０を駆動するシステムである。
バッテリ２０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。
平滑コンデンサ２５は、インバータ入力電圧を平滑化する。

インバータ３０は、上下アームの６つのスイッチング素子３１〜３６がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子３１、３２、３３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３４、３５、３６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３１〜３６は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）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３０は、ＰＷＭ制御等により、駆動回路４０からの駆動信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬに従ってスイッチング素子３１〜３６がスイッチング動作することで直流電力を三相交流電力に変換する。
なお、他の実施形態のモータ駆動システムでは、バッテリ２０の直流電圧を昇圧する昇圧コンバータを備え、昇圧後電圧がインバータ３０に入力されてもよい。

モータ８０は、例えば永久磁石式同期型の三相交流電動機である。本実施形態では、モータ８０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。モータ８０は、ハイブリッド自動車１００の駆動輪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「モータジェネレータ」として機能する。
モータ８０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。モータ８０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。図１には、一つのモータ８０を備えたシステム構成を例示しているが、本実施形態は、二つ以上のモータジェネレータを備えたシステムにも同様に適用可能である。

モータ８０のステータには、Ｕ相巻線８１、Ｖ相巻線８２、Ｗ相巻線８３が巻回されている。各相巻線８１、８２、８３の抵抗等の電気的特性は同等に設定されている。
三相のうち二相の巻線には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、それぞれ、相電流Ｉｖ、Ｉｗを検出し、ＭＧ−ＥＣＵ５０のフィードバック（図中、「Ｆ／Ｂ」）制御部５５に出力する電流センサ７２、７３が設けられている。ここで、相電流Ｉｖ、Ｉｗの電気一周期は、モータ８０の回転数に反比例する。

回転角センサ８５は、例えばレゾルバであり、ロータの電気角θを検出する。本明細書では、電気角θを「位相θ」と表す。また、基準タイミングにおける基準位相をθ₀と表す。例えばレゾルバでは、Ｒ／Ｄコンバータのノースマーカ信号により基準位相θ₀が規定される。そこで、位相θ及び基準位相θ₀を含めて、「位相情報θ、θ₀」と記す。

ＨＶ−ＥＣＵ１０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、モータ８０を制御するＭＧ−ＥＣＵ５０の他、バッテリ２０を制御するバッテリＥＣＵや、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。

本実施形態のＭＧ−ＥＣＵ５０は、フィードバック制御部５５及び電流センサ異常診断装置６０を含む。
フィードバック制御部５５は、ＨＶ−ＥＣＵ１０からのトルク指令ｔｒｑ^*、電流センサ７２、７３からの相電流Ｉｖ、Ｉｗ、回転角センサ８５からの電気角θ等の情報が入力される。相電流について、フィードバック制御部５５は、他の一相（この例ではＵ相）の電流をキルヒホッフの法則により算出し、例えばベクトル制御により、電気角θを用いて三相電流をｄｑ軸電流に変換する。そして、ｄｑ軸電流を電流指令に対して電流フィードバックしたり、或いは、ｄｑ軸電流から算出した推定トルクをトルク指令に対してトルクフィードバックしたりする。

こうしてフィードバック制御部５５は、モータ８０に通電する電圧指令を、基本的に各相について均等に演算し、駆動回路４０に出力する。駆動回路４０は、電圧指令に基づいて駆動信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成し、インバータ３０を駆動する。インバータ３０から電力が供給されることにより、モータ８０は、トルク指令ｔｒｑ^*に応じたトルクを出力する。

このように、ＭＧ−ＥＣＵ５０がモータ８０の駆動を適切に制御するためには、相電流等の制御情報を正確に取得することが重要である。そこで、電流センサ７２、７３が故障した場合、異常を確実に検知する必要がある。
三相交流モータの駆動システムにおいて、複数の相に通電される電流を検出する複数の電流センサの異常を診断する技術として、特許文献１（特開平６−２５３５８５号公報）や特許文献２（特開２００５−１６０１３６号公報）等の従来技術が知られている。
しかし、これらの従来技術では、三つ又は四つの電流センサを設ける必要があるため、部品点数の増加や搭載スペースの増大等の問題が発生する。

そこで、本発明は、多相交流モータの複数相の相電流を検出する複数の電流センサに対し、異常検出専用の電流センサを設けることなく、異常診断を適正に実施する電流センサ異常診断装置を提供することを目的とする。具体的に、本実施形態の電流センサ異常診断装置６０は、三相交流モータ８０の駆動システム９０において、二相の電流Ｉｖ、Ｉｗを検出する二つの電流センサ７２、７３のみを用いて、電流センサ７２、７３の異常診断を適正に実施することを目的とする。

以下、Ｖ相電流センサ７２のセンサ出力をＶ相検出電流Ｉｖｓ、Ｗ相電流センサ７３のセンサ出力をＷ相検出電流Ｉｗｓという。電流センサ７２、７３が正常ならば、検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓは、実際の相電流Ｉｖ、Ｉｗに一致する。しかし、電流センサ７２、７３のいずれかが異常ならば、異常な相の検出電流は、実際の相電流と相違することとなる。例えば電流センサがゲイン異常の場合、検出電流の振幅は、実際の電流振幅に対し、過大又は過小となる。

電流センサ異常診断装置６０は、一相につき一つ、計二つの電流センサ７２、７３からＶ相検出電流Ｉｖｓ及びＷ相検出電流Ｉｗｓを取得する。且つ、電流センサ７２、７３の他に、異常検出専用の電流センサからのセンサ出力を取得しない。そして、取得する二相の検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓは互いに位相がずれているため、同一タイミングでの電流値を単純に比較しても、異常診断を適正に実施することは困難である。

そこで、本実施形態の電流センサ異常診断装置６０は、二相の検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓから、「ある工夫」をして、相毎に「比較値」をサンプルする。そして、二相の比較値を相互比較することにより、異常診断を適正に実施することを特徴とする。
詳しくは、比較値偏差が所定の偏差閾値を超えたとき異常であると仮判定し、さらに、比較値偏差が所定の偏差閾値を超えた時間の累積値が規定時間に達したとき、いずれかの電流センサが異常であると確定する。
また、本実施形態では、電流センサ異常診断装置６０は、モータ８０の通電状態を判断するため、トルク指令ｔｒｑ^*を取得する。

以下、電流センサ異常診断装置６０が、「ある工夫」をして「比較値」をサンプルするための構成について実施形態毎に説明する。第１実施形態及び第２実施形態の電流センサ異常診断装置６０の符号を、それぞれ、６０１、６０２と記す。
また、第１実施形態では、「比較値」は、「ピーク値」として具体的に示される。

（第１実施形態）
第１実施形態の電流センサ異常診断装置について、図２〜図５を参照して説明する。
第１実施形態の技術的思想では、モータ８０の各相巻線８１、８２、８３の電気的特性が同等であることや、駆動回路４０はインバータ３０の各相に対し同等の駆動信号を出力することを自明の前提とし、三相交流電流の各相の振幅は互いに等しいことに着目する。
つまり、電流振幅が安定している動作状態で二相の電流センサが正常ならば、検出電流の最大値及び最小値は等しいはずである。仮にそれらが一致しなければ、いずれかの電流センサが異常であると判定することができる。

図２に示すように、電流センサ異常診断装置６０１は、診断実施判定部６３、ピークタイミング算出部６４１、「比較値サンプル部」としてのピーク値サンプル部６５１、及び異常判定部６６を含む。
診断実施判定部６３は、モータ通電中の信号、及び、ＨＶ−ＥＣＵ１０からのトルク指令ｔｒｑ^*が入力される。そして、モータが駆動中であり、トルク指令ｔｒｑ^*が所定値以上、且つトルク指令ｔｒｑ^*の変動が所定値以下のとき、異常診断の実施を許可する。
図２では診断実施判定部６３からの信号（矢印）がピークタイミング算出部６４１に入力されており、ピークタイミングの算出からの工程を含めて許可する例を示しているが、許可信号を異常判定部６６に入力し、ダイアグ信号の出力可否のみを規制してもよい。

ピークタイミング算出部６４１は、回転角センサ８５から入力される位相情報θ、θ₀に基づいて、Ｖ相、Ｗ相の検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓが電気一周期の間に最大又は最小となる時間軸のピークタイミング、又は、位相軸のピーク位相を相毎に算出する。
ピーク値サンプル部６５１は、ピークタイミング算出部６４１が算出した各ピークタイミング（又はピーク位相）におけるＶ相検出電流Ｉｖｓのピーク値Ｉｖ＿ｐ、及び、Ｗ相検出電流Ｉｗｓのピーク値Ｉｗ＿ｐをサンプルする。

異常判定部６６は、ピーク値サンプル部６５１がサンプルしホールドしたピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐを取得し、ピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐの偏差であるピーク値偏差ΔＩｐを算出する。そして、ピーク値偏差ΔＩｐに基づき、二つの電流センサ７２、７３のいずれかが異常であることを判定し、ダイアグ信号を出力する。

第１実施形態による電流センサ異常診断について、図３のタイムチャートを参照する。
図３には、Ｖ相巻線８２及びＷ相巻線８３に通電される交流電流Ｉｖ、Ｉｗを検出する二つの電流センサ７２、７３の出力波形を示す。ここでは、交流電流は１次成分のみからなる理想的な正弦波電流であるとして説明する。ただし、実際の出力波形は、過変調電流波形のように、高調波成分が１次成分に重畳した波形であってもよい。

トルク指令ｔｒｑ^*は、時刻ｔ０から増加し始め、時刻ｔ１０に閾値ｔｒｑ＿ｔｈ以上となった後、ほぼ一定値で安定する。診断実施判定部６３は、時刻ｔ１０以後、異常診断の実施を許可する。時刻ｔ１０以後、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗは、振幅及び周期が一定であり、且つ、振幅が互いに等しく、位相差が電気角１２０［ｄｅｇ］の正弦波電流であるとする。

図３に、Ｖ相電流センサ７２のセンサ出力である検出電流Ｉｖｓ、及び、Ｗ相電流センサ７３のセンサ出力である検出電流Ｉｗｓを実線で示す。ここで、Ｖ相電流センサ７２はゲイン特性が異常に大きく、Ｗ相電流センサ７３はゲイン特性が正常であると仮定する。したがって、Ｖ相検出電流Ｉｖｓの振幅Ａｖは、Ｗ相検出電流Ｉｗｓの振幅Ａｗよりも大きい（Ａｖ＞Ａｗ）。なお、Ｖ相電流センサ７２のゲイン特性が異常に小さい場合でも同様の考え方が適用できる。

ここで、電気角位相の基準について、Ｕ相電流Ｉｕが負から正にゼロクロスする位相を０［ｄｅｇ］と定義する。すなわち、そのように基準位相θｏを調整する。すると、Ｖ相検出電流Ｉｖｓ及びＷ相検出電流Ｉｗｓは、式（１．１）、（１．３）で表される。以下の式中の角度単位は［ｄｅｇ］である。なお、ここでは式（１．２）を欠番とする。
Ｉｖｓ ＝Ａｖ×ｓｉｎ（θ−１２０） ・・・（１．１）
Ｉｗｓ ＝Ａｗ×ｓｉｎ（θ−２４０） ・・・（１．３）

各相の検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓのピーク値をサンプルホールドする周期として、例えば時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの電気一周期を第１周期とし、以下、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までを第２周期、時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までを第３周期とする。この例では、各サンプル周期の更新時は、位相１２０［ｄｅｇ］に対応する。なお、更新時に対応する位相は、実施形態に応じて適宜設定してよい。

Ｖ相検出電流Ｉｖｓは、位相１２０［ｄｅｇ］及び３００［ｄｅｇ］のときゼロクロスする。また、位相２１０［ｄｅｇ］のとき最大となり、位相３０［ｄｅｇ］のとき最小となる。例えば第１周期では、時刻ｔ１２で最大となり、時刻ｔ１５で最小となる。
Ｗ相検出電流Ｉｗｓは、位相２４０［ｄｅｇ］及び６０［ｄｅｇ］のときゼロクロスする。また、位相１５０［ｄｅｇ］のとき最小となり、位相３３０［ｄｅｇ］のとき最大となる。例えば第１周期では、時刻ｔ１１で最小となり、時刻ｔ１４で最大となる。

続いて、第１実施形態による異常診断の動作を説明する。
ピークタイミング算出部６４１は、各検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓの最大ピークタイミングとして、各周期の位相２１０［ｄｅｇ］及び位相３３０［ｄｅｇ］に対応するタイミングを算出する。また、各検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓの最小ピークタイミングとして、各周期の位相１５０［ｄｅｇ］及び位相３０［ｄｅｇ］に対応するタイミングを算出する。なお、最大ピークタイミング又は最小ピークタイミングのいずれか一方のみを算出してもよい。

ピーク値抽出部６５１は、各サンプル周期において相毎に、ピークタイミングにおける検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓをピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐとしてサンプルする。ピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐは、次の更新時までホールドされる。
異常判定部６６は、各サンプル周期のピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐ同士の差分の絶対値であるピーク値偏差ΔＩｐを算出し、偏差閾値ΔＩｔｈと比較する。ピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐ、及びピーク値偏差ΔＩｐは、式（２．１）〜（２．３）で表される。
Ｉｖ＿ｐ＝Ｍａｘ（Ｉｖｓ）、Ｍｉｎ（Ｉｖｓ） ・・・（２．１）
Ｉｗ＿ｐ＝Ｍａｘ（Ｉｗｓ）、Ｍｉｎ（Ｉｗｓ） ・・・（２．２）
ΔＩｐ＝｜Ｉｖ＿ｐ−Ｉｗ＿ｐ｜ ・・・（２．３）

ピーク値偏差ΔＩｐは、理想的には検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓの振幅差（Ａｖ−Ａｗ）に等しく、偏差閾値ΔＩｔｈより大きい。そのため、更新時毎にピーク値偏差ΔＩｐは偏差閾値ΔＩｔｈを超え、異常と仮判定される。そして、第１周期が終了する時刻ｔ２０に偏差過大時間Ｔｅｘのカウントが開始される。第１周期終了時の異常の仮判定は、第２周期終了時までホールドされ、その間、偏差過大時間Ｔｅｘが累積される。
その後、時刻Ｄｘに、偏差過大時間Ｔｅｘの累積値ΣＴｅｘが規定時間Ｔｌｉｍに達すると、異常判定部６６は、二つの電流センサのいずれかが異常であると確定し、電流センサが異常であることを示すダイアグ信号を出力する。

ところで、第１実施形態においてピークタイミング算出部６４１がピークタイミングを算出するにあたり、厳密な最大値又は最小値に対応するタイミングを異常診断専用に算出するとは限らない。
例えばモータ駆動システム９０に代表的に採用されるＰＷＭ制御において、ＰＷＭキャリアの山又は谷のタイミングを電流サンプルタイミングとする場合がある。このように、本来、電流センサ７２、７３が制御用に電流をサンプルするタイミングをピークタイミングとして援用してもよい。

図４に、キャリア周期を電流位相に同期させる構成において、キャリア（三角波）の山のタイミングを電流サンプルタイミングとする例を示す。図４（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、電気一周期のキャリア周波数ｎが９及び８の場合の電流サンプルタイミングを示す。図４に示す位相は、図３の位相と関係なく、検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓに共通に適用する。また、キャリアは、位相０［ｄｅｇ］で中心値から正側に増加するものとする。

図４（ａ）の例では、電流最大となる位相９０［ｄｅｇ］はサンプルタイミングに一致しており、このタイミングをピークタイミングとし、真の最大値ＰＨがピーク値としてサンプルされる。
一方、電流最小となる位相２７０［ｄｅｇ］は前後のサンプルタイミングのちょうど真ん中に位置している。この場合、前後の位相２７０±２０［ｄｅｇ］のいずれかのサンプルタイミングをピークタイミングとし、真の最小値に最も近い値ＰＬがピーク値としてサンプルされる。なお、キャリアの谷のタイミングをサンプルタイミングとする構成では、位相２７０［ｄｅｇ］がサンプルタイミングに一致するため、真の最小値ＰＬがピーク値としてサンプルされる。

図４（ｂ）の例では、電流最大となる位相９０［ｄｅｇ］、及び、電流最小となる位相２７０［ｄｅｇ］は、いずれもサンプルタイミングに一致していない。この場合、最大値については、位相９０＋１１．２５［ｄｅｇ］のサンプルタイミングをピークタイミングとし、真の最大値に最も近い値ＰＨがピーク値としてサンプルされる。また、最小値については、位相２７０＋１１．２５［ｄｅｇ］のサンプルタイミングをピークタイミングとし、真の最小値に最も近い値ＰＬがピーク値としてサンプルされる。

正弦波ではピーク値付近の変化率は小さいため、サンプルタイミングが多少ずれても、異常診断において大きな影響は生じない。この構成により、制御用電流のサンプルタイミングをそのまま異常診断用のピークタイミングとすることができ、演算負荷を低減することができる。
なお、キャリア周期が電流位相に同期せず、時間に同期する構成でも同様である。

次に図５のフローチャートを参照し、第１実施形態による電流センサ異常診断処理について説明する。フローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。
診断実施判定部６３は、モータ８０が駆動中か否か判断する（Ｓ１）。また、トルク指令ｔｒｑ^*が所定値以上であるか、トルク指令ｔｒｑ^*の変動が所定値以下であって安定しているか否か判断する（Ｓ２、Ｓ３）。
モータ８０が停止中には電流が０となり、異常診断不能となる。モータ８０が駆動中であっても、トルク指令ｔｒｑ^*が小さいほど、電流出力とノイズとのＳ／Ｎ比が小さく、ノイズの影響を受けやすくなる。また、トルク指令ｔｒｑ^*が安定していない場合には、異なる相の電流センサ７２、７３の検出電流同士を適切に比較することができない。

そこで、モータ８０が停止中（Ｓ１：ＮＯ）、又は、トルク指令ｔｒｑ^*が所定値未満（Ｓ２：ＮＯ）の場合、又は、トルク指令ｔｒｑ^*の変動が所定値を超える場合（Ｓ３：ＮＯ）には、Ｓ１の前に戻り、ステップを繰り返す。
ここで、トルク指令ｔｒｑ^*は実トルクを反映するものである。なお、モータ８０にトルクセンサが設けられたシステムや、電流値等から推定トルクを演算するシステムでは、Ｓ２、Ｓ３にて、トルク指令ｔｒｑ^*に代えて検出トルクや推定トルクに基づいて判断してもよい。

モータ８０が駆動中（Ｓ１：ＹＥＳ）、且つ、トルク指令ｔｒｑ^*が所定値以上（Ｓ２：ＹＥＳ）、且つ、トルク指令ｔｒｑ^*の変動が所定値以下（Ｓ３：ＹＥＳ）のとき、診断実施判定部６３は異常診断の実施を許可し、Ｓ４Ａに移行する。
ハイブリッド自動車１００では、例えばエンジン９１の始動時やモータ（ＭＧ）８０の回生動作時、比較的大きなトルク指令ｔｒｑ^*が安定して出力される。したがって、診断実施判定部６３は、ＨＶ−ＥＣＵ１０から、エンジン始動中又は回生動作中の信号を受信したとき、異常診断の実施を許可し、Ｓ４Ａに移行するようにしてもよい。

Ｓ４Ａでは、ピークタイミング算出部６４１は、位相情報θ、θ₀に基づいて、相毎にピークタイミング（又はピーク位相）を算出する。
Ｓ５Ａでは、ピーク値サンプル部６５１は、ピークタイミング（又はピーク位相）における各相の検出電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓをピーク値Ｉｖ＿ｐ、Ｉｗ＿ｐとしてサンプルする。
異常判定部６６は、二つの電流センサ７２、７３のピーク値偏差ΔＩｐが偏差閾値ΔＩｔｈを超えたとき（Ｓ６：ＹＥＳ）、異常であると仮判定し、ピーク値偏差ΔＩｐが偏差閾値ΔＩｔｈを超えた時間を偏差過大時間Ｔｅｘとしてカウントする（Ｓ７）。

そして、偏差過大時間Ｔｅｘの累積値ΣＴｅｘが規定時間Ｔｌｉｍに達したとき、すなわち、「ΣＴｅｘ≧Ｔｌｉｍ」となったとき（Ｓ８：ＹＥＳ）、異常判定部６６は、二つの電流センサ７２、７３のいずれかが異常であると確定する（Ｓ９）。
この場合、フェールセーフを優先する思想によれば、モータ８０の駆動を全面的に中止（シャットダウン）してもよい。また、退避走行を優先する思想によれば、故障した電流センサを特定し、正常な一相の電流センサの検出値のみを用いてフィードバック制御する一相制御（特開２０１３−１７２５９１号公報等）に切り替えてもよい。

一方、診断期間のタイムアップ前に、ピーク値偏差ΔＩｐが偏差閾値ΔＩｔｈを超えないとき（Ｓ６：ＮＯ）、又は、偏差過大時間の累積値ΣＴｅｘが規定時間Ｔｌｉｍに達しないとき（Ｓ８：ＮＯ）、異常判定部６６は、電流センサ７２、７３がいずれも「異常でない」と診断する（Ｓ１０）。そして、フィードバック制御部５５において、二相の電流センサ７２、７３の検出値を用いたフィードバック制御が実施される。

（効果）
第１実施形態の効果について説明する。
（１）第１実施形態の電流センサ異常診断装置６０１は、Ｖ相検出電流Ｉｖｓのピーク値Ｉｖ＿ｐとＷ相検出電流Ｉｗｓのピーク値Ｉｗ＿ｐとを比較し、ピーク値偏差ΔＩｐに基づいて異常診断を実施する。これにより、二相の電流センサ７２、７３は、それぞれの相の制御用電流を検出しつつ、他の相の電流センサを互いに監視する機能を兼ねる。
よって、三相交流モータの駆動システム９０において、二つの電流センサ７２、７３のみを用いて、制御用電流を検出すると共に、電流センサ７２、７３の異常診断を適正に実施することができる。また、従来技術に対し、電流センサの数を低減することができる。

（２）本実施形態での異常診断の対象である電流センサ７２、７３は、モータ駆動システム９０において、フィードバック制御に用いられる電流を検出するものである。このような形態では、電流センサの検出値がシステムの制御性に直接的に影響するため、電流センサの信頼性に対する要求が高く、異常診断を実施する意義が大きい。

中でも、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を駆動するシステムでは、車両の運転状況によってモータ８０の回転数及び要求トルク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。しかも、電流センサの搭載スペースの制約やコスト低減の要請も厳しい。よって、本実施形態により、適切な異常検出機能を確保しつつ電流センサの数を低減することが特に有効である。

（３）診断実施判定部６３は、トルク指令ｔｒｑ^*が所定値以上であって最低限のＳ／Ｎ比を確保することができ、また、トルク指令ｔｒｑ^*の変動が所定値以下であってセンサ出力が安定している場合に異常診断の実施を許可する。したがって、好ましい条件下で電流センサ７２、７３の異常診断を適正に実施することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電流センサ異常診断装置について、図６〜図８を参照して説明する。第２実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成、及び、フローチャートにおける実質的に同一のステップには、同一の符号及びステップ番号を付して説明を省略する。

第２実施形態の技術的思想では、三相交流電流のうち一相の電流の位相を電気角１２０［ｄｅｇ］ずらせば、他の一相の電流に一致することに着目する。つまり、二相の電流センサが正常ならば、一相の検出電流の位相を電気角１２０［ｄｅｇ］ずらした仮想の電流は、他の一相の検出電流に一致するはずである。仮にそれらが一致しなければ、いずれかの電流センサが異常であると判定することができる。

具体的には、まず、複数相のうち検出電流の位相を電気角１２０［ｄｅｇ］ずらす相を一相選定する。本明細書では、この一相を「選定相」という。また、選定相の検出電流を所定位相（この例では電気角１２０［ｄｅｇ］）シフトさせて得られる仮想の電流を「シフト電流」という。シフト電流は、他の一相の検出電流と比較される。この、他の一相を「対照相」という。つまり、選定相と対照相との電流位相差が、選定相の検出電流をシフトさせる所定位相として設定される。一般に、ｎ相（ｎは３以上の整数）交流電流では、（３６０／ｎ）［ｄｅｇ］を一単位とする位相が選定相のシフトに用いられる。
以下、Ｖ相を選定相としＷ相を対照相とする例について説明する。他の実施形態では、三相のうちどの二相を選定相及び対照相としてもよい。

図６に示すように、電流センサ異常診断装置６０２の位相シフト部６４２は、電流センサ７２から選定相であるＶ相の検出電流Ｉｖｓが入力されると共に、回転角センサ８５から位相情報θ、θ₀が入力される。位相シフト部６４２は、例えば各タイミングでのサンプル値を位相軸で電気角１２０［ｄｅｇ］の期間ホールドし、仮想のシフト電流Ｉｖｓ⁺を算出する。或いは、位相シフト部６４２は、位相θの時間微分により算出した回転数に基づいて、電気角１２０［ｄｅｇ］に相当する時間を算出し、時間軸でサンプル値をホールドしてもよい。

比較値サンプル部６５２は、位相シフト部６４２からＶ相のシフト電流Ｉｖｓ⁺が入力され、電流センサ７３から対照相であるＷ相の検出電流Ｉｗｓが入力される。比較値サンプル部６５２は、同一タイミングにおけるＶ相シフト電流Ｉｖｓ⁺及びＷ相検出電流Ｉｗｓの値を比較値Ｉｖ＿ｃ、Ｉｗ＿ｃとしてサンプルする。
異常判定部６６は、比較値Ｉｖ＿ｃ、Ｉｗ＿ｃを取得し、それらの偏差ΔＩｃに基づいて、異常診断を実施する。電流センサ７２、７３のいずれかが異常であるとの判定が確定すると、異常判定部６６は、ダイアグ信号を出力する。

次に、第２実施形態による電流異常診断について、図７のタイムチャートを参照する。
第１実施形態の図３と同様に、異常診断の実施が許可される時刻ｔ１０以後、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗは、振幅及び周期が一定であり、且つ、振幅が互いに等しく、位相差が電気角１２０［ｄｅｇ］の正弦波電流であるとする。

図７に、Ｖ相電流センサ７２のセンサ出力である検出電流Ｉｖｓ、及び、Ｗ相電流センサ７３のセンサ出力である検出電流Ｉｗｓを実線で示す。また、位相シフト部６４２によりＶ相検出電流Ｉｖｓを電気角１２０［ｄｅｇ］ずらして得られたシフト電流Ｉｖｓ⁺を破線で示す。ここで、Ｖ相電流センサ７２はゲイン特性が異常に大きく、Ｗ相電流センサ７３はゲイン特性が正常であると仮定する。したがって、Ｖ相検出電流Ｉｖｓの振幅Ａｖは、Ｗ相検出電流Ｉｗｓの振幅Ａｗよりも大きい（Ａｖ＞Ａｗ）。

上述の図３と同様に電気角位相の基準を定義すると、Ｖ相検出電流Ｉｖｓ、Ｖ相シフト電流Ｉｖｓ⁺、及び、Ｗ相検出電流Ｉｗｓは、式（１．１）〜（１．３）で表される。
Ｉｖｓ ＝Ａｖ×ｓｉｎ（θ−１２０） ・・・（１．１）
Ｉｖｓ⁺＝Ａｖ×ｓｉｎ（θ−２４０） ・・・（１．２）
Ｉｗｓ ＝Ａｗ×ｓｉｎ（θ−２４０） ・・・（１．３）
Ｖ相シフト電流Ｉｖｓ⁺及びＷ相検出電流Ｉｗｓは、各電気角周期の位相２４０［ｄｅｇ］及び６０［ｄｅｇ］に対応する時刻ｔ１３、ｔ１６、ｔ２３、ｔ２６・・・でゼロクロスする。また、位相３３０［ｄｅｇ］のとき最大となり、位相１５０［ｄｅｇ］のとき最小となる。

比較値サンプル部６５２は、同一タイミングｔｃにおけるＶ相シフト電流Ｉｖｓ＋及びＷ相検出電流Ｉｗｓの電流値を比較値Ｉｖ＿ｃ、Ｉｗ＿ｃとしてサンプルする。電気一周期にわたって比較値Ｉｖ＿ｃ、Ｉｗ＿ｃを連続してサンプルする例では、Ｖ相比較値Ｉｖ＿ｃとＷ相比較値Ｉｗ＿ｃとの差分の絶対値である比較値偏差ΔＩｃは、式（２．４）で表される。
ΔＩｃ＝｜Ｉｖｓ⁺−Ｉｗｓ｜＝｜（Ａｖ−Ａｗ）×ｓｉｎ（θ−２４０）｜
・・・（２．４）

この比較値偏差ΔＩｃは、正弦波の絶対値の波形となり、位相３３０［ｄｅｇ］及び位相１５０［ｄｅｇ］を跨ぐ期間で偏差閾値ΔＩｔｈ（＜Ａｖ−Ａｗ）を越える。すると、異常判定部６６は、電流センサの異常であると仮判定し、比較値偏差ΔＩｃが偏差閾値ΔＩｔｈを越えた時間を偏差過大期間Ｔｅｘとしてカウントする。
その後、時刻Ｄｘに、偏差過大時間Ｔｅｘの累積値ΣＴｅｘが規定時間Ｔｌｉｍに達すると、異常判定部は、二つの電流センサ７２、７３のいずれかが異常であると確定し、電流センサが異常であることを示すダイアグ信号を出力する。

また、第２実施形態に第１実施形態の思想を組み合わせ、Ｖ相シフト電流Ｉｖｓ⁺のピーク値Ｉｖ⁺＿ｐと、Ｗ相検出電流Ｉｗｓのピーク値Ｉｗ＿ｐとを同一のピークタイミングでサンプルし、ピーク値Ｉｖ⁺＿ｐ、Ｉｗ＿ｐに基づいて比較値偏差ΔＩｃを算出してもよい。その場合、上述の式（２．１）、（２．３）を式（２．１＋）、（２．３＋）に置き換えればよい。
Ｉｖ⁺＿ｐ＝Ｍａｘ（Ｉｖｓ⁺）、Ｍｉｎ（Ｉｖｓ⁺） ・・・（２．１＋）
ΔＩｃ＝｜Ｉｖ⁺＿ｐ−Ｉｗ＿ｐ｜ ・・・（２．３＋）

これにより、特性差が小さいゼロクロス点付近の電流値を用いず、特性差が顕著に現れるピーク値のみを比較値として抽出することができる。したがって、異常検出性能を向上させることができる。
第２実施形態の思想を共有する他の実施例では、Ｖ相検出電流Ｉｖｓをシフトさせる位相を（１２０＋３６０×ｋ）［ｄｅｇ］（ｋは自然数）としてもよい。また、Ｖ相に代えてＷ相検出電流Ｉｗｓを（２４０＋３６０×ｋ）［ｄｅｇ］シフトさせてもよい。さらに、Ｖ相検出電流Ｉｖｓ及びＷ相検出電流Ｉｗｓの両方を、位相が互いに一致するようにシフトさせてもよい。

図８のフローチャートは、図４に対し、Ｓ４Ｂ、Ｓ５Ｂのみが異なる。
Ｓ４Ｂでは、位相シフト部６４２は、選定相（Ｖ相）の検出電流Ｉｖｓの位相を電気角１２０［ｄｅｇ］ずらし、シフト電流Ｉｖｓ⁺を算出する。
Ｓ５Ｂでは、同一タイミングｔｃにおける選定相（Ｖ相）のシフト電流Ｉｖｓ⁺、及び対照相（Ｗ相）の検出電流Ｉｗｓを比較値Ｉｖ＿ｃ、Ｉｗ＿ｃとしてサンプルする。

第２実施形態では第１実施形態と同様に、三相交流モータ駆動システム９０において、二つの電流センサ７２、７３のみを用いて、制御用電流を検出すると共に、電流センサ７２、７３の異常診断を適正に実施することができる。また、従来技術に対し、電流センサの数を低減することができる。その他、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
（ア）複数の電流センサが検出する交流電流は、直流電源からの直流電流がインバータで交流に変換された電流に限らず、交流電源から直接に供給される電流でもよい。また、電流センサが検出する電流は、フィードバック制御に用いられなくてもよい。
（イ）交流電流の相の数は、三相に限らず四相以上でもよい。その場合、複数相のうち少なくとも三相について本発明の構成が適用されていればよい。例えば、四相のうち三相について本発明の構成を適用し、残る一相については監視用電流センサを設けてもよい。

（ウ）本発明の思想は、複数相の制御用電流センサが互いに監視機能を有することにより、異常検出専用の電流センサを不要とすることにある。したがって、電流センサが故障したときにのみ使用される予備の電流センサや、異常検出以外の目的で設けられる別の電流センサをモータ駆動システムが備える構成を排除するものではない。

（エ）モータ駆動システムによって駆動される多相交流モータは、ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるモータジェネレータに限らず、どのようなモータでもよい。
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。

６０、６０１、６０２・・・電流センサ異常診断装置、
６５１・・・ピーク値サンプル部（比較値サンプル部）、
６５２・・・比較値サンプル部、
６６・・・異常判定部、
７２・・・（Ｖ相）電流センサ、 ７３・・・（Ｗ相）電流センサ、
８０・・・モータ（モータジェネレータ、三相交流モータ、多相交流モータ）、
９０・・・モータ駆動システム。

Claims (9)

1. 三相以上の多相交流モータ（８０）の複数の相に交流電流を通電し前記多相交流モータを駆動するモータ駆動システム（９０）において、異なる二相以上の相電流を検出する複数の電流センサ（７２、７３）の異常を診断する電流センサ異常診断装置であって、
   前記複数の電流センサが出力した検出電流から、相互比較に使用可能な比較値を相毎にサンプルする比較値サンプル部（６５１、６５２）と、
   前記比較値サンプル部がサンプルした複数相の前記比較値の偏差に基づいて、前記複数の電流センサの異常診断を実施する異常判定部（６６）と、
   を備え、
   前記異常判定部は、前記多相交流モータの出力トルクが所定値以上のとき、前記異常診断を実施することを特徴とする電流センサ異常診断装置。
2. 三相以上の多相交流モータ（８０）の複数の相に交流電流を通電し前記多相交流モータを駆動するモータ駆動システム（９０）において、異なる二相以上の相電流を検出する複数の電流センサ（７２、７３）の異常を診断する電流センサ異常診断装置であって、
   前記複数の電流センサが出力した検出電流から、相互比較に使用可能な比較値を相毎にサンプルする比較値サンプル部（６５１、６５２）と、
   前記比較値サンプル部がサンプルした複数相の前記比較値の偏差に基づいて、前記複数の電流センサの異常診断を実施する異常判定部（６６）と、
   を備え、
   前記異常判定部は、前記多相交流モータのトルク変動が所定値以下のとき、前記異常診断を実施することを特徴とする電流センサ異常診断装置。
3. 三相以上の多相交流モータ（８０）の複数の相に交流電流を通電し前記多相交流モータを駆動するモータ駆動システム（９０）において、異なる二相以上の相電流を検出する複数の電流センサ（７２、７３）の異常を診断する電流センサ異常診断装置であって、
   前記複数の電流センサが出力した検出電流から、相互比較に使用可能な比較値を相毎にサンプルする比較値サンプル部（６５１、６５２）と、
   前記比較値サンプル部がサンプルした複数相の前記比較値の偏差に基づいて、前記複数の電流センサの異常診断を実施する異常判定部（６６）と、
   を備え、
   前記異常判定部は、前記多相交流モータの出力トルクが所定値以上、且つ、前記多相交流モータのトルク変動が所定値以下のとき、前記異常診断を実施することを特徴とする電流センサ異常診断装置。
4. 前記複数の電流センサについて、電気一周期の間に検出電流が最大又は最小となるタイミングであるピークタイミングを相毎に算出するピークタイミング算出部（６４１）をさらに備え、
   前記比較値サンプル部（６５１）は、前記ピークタイミング算出部が算出した前記ピークタイミングにおける各相の検出電流のピーク値を前記比較値としてサンプルすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサ異常診断装置。
5. 複数相のうち選定されたいずれか一相の選定相について、他のいずれか一相である対照相の検出電流と電気角位相が一致するように、検出電流を所定の位相シフトさせたシフト電流を算出する位相シフト部（６４２）をさらに備え、
   前記比較値サンプル部（６５２）は、同一タイミングにおける前記選定相の前記シフト電流及び前記対照相の検出電流の電流値を前記比較値としてサンプルすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサ異常診断装置。
6. 前記多相交流モータは三相交流モータであり、
   前記シフト電流生成部は、前記選定相の検出電流を電気角１２０［ｄｅｇ］シフトさせることを特徴とする請求項５に記載の電流センサ異常診断装置。
7. 前記多相交流モータは、ハイブリッド自動車又は電気自動車の動力源として用いられるモータジェネレータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電流センサ異常診断装置。
8. 前記多相交流モータは、ハイブリッド自動車の動力源として用いられるモータジェネレータであり、
   前記異常判定部は、前記ハイブリッド自動車のエンジン始動時、又は、前記モータジェネレータの回生時に前記異常診断を実施することを特徴とする請求項７に記載の電流センサ異常診断装置。
9. 前記複数の電流センサのうち少なくとも一つの電流センサは、フィードバック制御に用いられる電流を検出するものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電流センサ異常診断装置。

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