JP6645625B2 - 電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法 - Google Patents
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Description
モータ駆動電流を検出する2つの電流センサの検出値Ca,Cbをサンプリングし、これら電流センサの検出値Ca,Cbの差分ΔCが閾値Cthを超える場合には異常カウンタ14のカウンタ値CNTをインクリメントする。一方、差分ΔCが閾値Cth以下であれば、検出値Ca,Cbのサンプリングのタイミングがモータ駆動電流のゼロクロス付近であるか否かを判定し、ゼロクロス付近であれば異常カウンタ14のカウンタ値CNTを維持し、ゼロクロス付近以外であれば異常カウンタ14のカウンタ値CNTをリセットする。そして、異常カウンタ14のカウンタ値CNTが所定の基準値に達したときに、2つの電流センサの何れかが異常状態であると判定してリレー駆動信号RSを出力する(例えば、特許文献1参照)。
この電圧センサ診断装置において、モニタ装置は、主乗算回路と、従乗算回路と、異常診断回路と、を有する。
主乗算回路は、回路電圧をモニタ電圧として入力し、回路電圧の検出値としてゲインを反転することなく信号を出力する。
従乗算回路は、回路電圧をモニタ電圧として入力し、回路電圧の検出値として主乗算回路からの出力信号に対してゲインを反転して信号を出力する。
異常診断回路は、主乗算回路からのゲイン非反転出力信号と従乗算回路からのゲイン反転出力信号に基づいて、電圧センサである主乗算回路と従乗算回路の異常を診断する。
実施例1〜4における電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法は、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両の駆動源に搭載されるモータ/ジェネレータを制御する車載モータ制御システム(電気機器システムの一例)に適用したものである。以下、実施例1の構成を、「全体システム構成」、「モニタ装置の詳細構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法が適用された車載モータ制御システムを示す。以下、図1に基づいて全体システム構成を説明する。
図2は、実施例1の実施例1のモニタ装置3を示す。以下、図2に基づいてモニタ装置3の内部構成を説明する。
図3は、実施例1のモニタ装置3における主乗算回路7の構成例を示し、図5は、主乗算回路出力特性を示す。以下、図3及び図5に基づいて主乗算回路7の詳細構成を説明する。
Vout={R71b/(R71a+R71b)}・Vin
の式であらわされる。そして、この式から明らかなように、基準ゲインK0は、
K0=R71b/(R71a+R71b)
となり、基準ゲインK0の調整は、ゲイン調整抵抗71aの抵抗R71aと、ゲイン調整抵抗71bの抵抗R71bの設定により行われる。
図4は、実施例1のモニタ装置3における従乗算回路8の構成例を示し、図5は、従乗算回路出力特性を示す。以下、図4及び図5に基づいて従乗算回路8の詳細構成を説明する。
Vout=−{R81b/(R81a+R81b)}・(R84b/R84a)・Vin+{(R84a+R84b)/R84a}・V85
の式であらわされる。そして、この式から明らかなように、ゲイン-K1(|-K1|<K0)は、
-K1=−{R81b/(R81a+R81b)}・(R84b/R84a)
となり、ゲイン-K1の調整は、ゲイン調整抵抗81a,81b,84a,84bの各抵抗R81a,R81b,R84a,R84bの設定により行われる。
V8off=−{R81b/(R81a+R81b)}・(R84b/R84a)・Vmax+{(R84a+R84b)/R84a}・V85
となり、オフセットV8offの調整は、ゲイン調整抵抗84a,84bの各抵抗R84a,R84bの設定と、基準電源85の基準電源電圧V85の設定により行われる。
図6は、実施例1のモニタ装置3における異常診断回路9にて実行される電圧検出値の異常診断処理の流れを示す。以下、異常診断回路構成をあらわす図6の各ステップについて説明する。
ここで、主乗算回路出力V7を強電モニタ電圧V71に換算するとき、図5に示す主乗算回路出力特性と同様の特性による強電モニタ電圧換算式を予め設定しておき、強電モニタ電圧換算式を用いて主乗算回路出力V7を強電モニタ電圧V71に換算する。
ここで、従乗算回路出力V8を強電モニタ電圧V81に換算するとき、図5に示す従乗算回路出力特性と同様の特性による強電モニタ電圧換算式を予め設定しておき、強電モニタ電圧換算式を用いて従乗算回路出力V8を強電モニタ電圧V81に換算する。
ここで、「差分診断閾値Vth」は、モニタバラツキを加味して、異常ではないにもかかわらず、誤診断することのない値に設定するのが望ましい。つまり、差分診断閾値Vthは、モニタ電圧バラツキ分として想定される最大差分電圧値に、誤診断防止分(+α)を加えた値に設定される。
ここで、ドライバーへの異常通知は、警報器15への作動指令出力により行われる。
実施例1の作用を、「ゲイン反転による電圧センサ異常診断作用」、「電圧差分絶対値による電圧センサ異常診断作用」、「オフセット付加による電圧センサ異常診断作用」に分けて説明する。
例えば、2つの電圧センサの検出値をサンプリングし、これら電圧センサの検出値の差分が閾値を超える場合には異常カウンタのカウンタ値をインクリメントする。一方、差分が閾値以下であれば、検出値のサンプリングのタイミングがゼロクロス付近であれば異常カウンタのカウンタ値を維持し、ゼロクロス付近以外であれば異常カウンタのカウンタ値をリセットする。そして、異常カウンタのカウンタ値が所定の基準値に達したときに、2つの電圧センサの何れかが異常状態であると判定するものを比較例とする。
上記比較例の場合、回路電圧異常診断の際、電圧センサの検出値の差分が閾値を超えているか否かの判定と、検出値のサンプリングのタイミング判定と、異常カウンタのカウンタ値が所定の基準値に達したとの判定と、を行っている。よって、回路電圧異常診断の際に多数の判定を要することで、異常診断処理が複雑になるのに加え、電圧センサの異常発生タイミングから異常であると診断されるまでに応答遅れが発生する。
主乗算回路7や従乗算回路8として、低価格かつ信頼性を求める回路とした場合、主乗算回路出力[Vout]や従乗算回路出力[Vout]に不感帯を持つことがある。例えば、バイポーラ素子を用いた回路構成の場合、バイポーラトランジスタの飽和特性から、完全なローレベル、若しくは、完全なハイレベルを出力することができない。したがって、例えば、少なくとも60Vより大きい電圧をモニタすれば良いシステムの場合、60V以下のモニタ結果が飽和領域に該当するよう設計する。
実施例1における電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
この電圧センサ診断装置において、モニタ装置3は、主乗算回路7と、従乗算回路8と、異常診断回路9と、を有する。
主乗算回路7は、回路電圧をモニタ電圧[Vin]として入力し、回路電圧の検出値としてゲインを反転することなく信号(主乗算回路出力[Vout])を出力する。
従乗算回路8は、回路電圧をモニタ電圧[Vin]として入力し、回路電圧の検出値として主乗算回路7からの出力信号に対してゲインを反転して信号(従乗算回路出力[Vout])を出力する。
異常診断回路9は、主乗算回路7からのゲイン非反転出力信号(主乗算回路出力[Vout])と従乗算回路8からのゲイン反転出力信号(従乗算回路出力[Vout])に基づいて、電圧センサである主乗算回路7と従乗算回路8の異常を診断する(図2)。
このため、回路電圧の電圧検出値が同一方向に変動する異常を検出する電圧センサ診断装置を提供することができる。
主モニタ電圧と従モニタ電圧の差分絶対値|V71-V81|が、差分診断閾値Vthを超えていると、回路電圧が異常と診断する(図6)。
このため、(1)の効果に加え、異常診断処理の簡素化が図られるのに加え、電圧センサである主乗算回路7と従乗算回路8に異常が発生すると、応答良く電圧センサが異常であると診断することができる。
主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力[Vout]がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインK0による特性に設定する。
従乗算回路8は、ゲイン絶対値|-K1|を基準ゲインK0よりも小さくすることで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offを付加した特性に設定する(図5)。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、主乗算回路7及び従乗算回路8を、バイポーラ素子を用いて低価格かつ信頼性を求める回路構成としても、不感帯による影響が除かれ、モニタ区間の全区間において精度良く電圧センサ異常を診断することができる。
この電圧センサ診断方法において、モニタ装置3は、主乗算回路7と、従乗算回路8と、異常診断回路9と、を有する。
主乗算回路7は、回路電圧をモニタ電圧[Vin]として入力し、回路電圧の検出値としてゲインを反転しないゲイン非反転出力信号を出力する。
従乗算回路8は、回路電圧をモニタ電圧[Vin]として入力し、回路電圧の検出値としてゲイン非反転出力信号に対してゲインを反転したゲイン反転出力信号を出力する。
異常診断回路9は、ゲイン非反転出力信号とゲイン反転出力信号に基づいて、電圧センサである主乗算回路7と従乗算回路8の異常を診断する(図2)。
このため、回路電圧の電圧検出値が同一方向に変動する異常を検出する電圧センサ診断方法を提供することができる。
-K0=−{R81b/(R81a+R81b)}・(R84b/R84a)
となり、ゲイン-K0の調整は、ゲイン調整抵抗81a,81b,84a,84bの各抵抗R81a,R81b,R84a,R84bの設定により行われる。
V8off=−{R81b/(R81a+R81b)}・(R84b/R84a)・Vmax+{(R84a+R84b)/R84a}・V85
となり、オフセットV8offの調整は、ゲイン調整抵抗84a,84bの各抵抗R84a,R84bの設定と、基準電源85の基準電源電圧V85の設定により行われる。
実施例2では、主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、乗算回路出力[Vout]がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインK0による特性に設定する。従乗算回路8は、ゲイン絶対値|-K0|を基準ゲインK0と同じとして高電圧側に平行移動することで、従乗算回路出力特性を、乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offを付加した特性に設定する。
実施例2における電圧センサ診断装置にあっては、下記の効果が得られる。
主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、従乗算回路出力[Vout]がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインK0による特性に設定する。
従乗算回路8は、ゲイン絶対値|-K0|を基準ゲインK0と同じとして高電圧側に平行移動することで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offを付加した特性に設定する(図7)。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、主乗算回路7及び従乗算回路8を、バイポーラ素子を用いて低価格かつ信頼性を求める回路構成としても、不感帯による影響が除かれ、モニタ区間の全区間において精度良く電圧センサ異常を診断することができる。加えて、従乗算回路8の出力に対するゲイン絶対値は、主乗算回路7のゲインと同じにしたため、実施例1に比べ、従乗算回路8による電圧センサ異常診断の精度を向上させることができる。
図8は、実施例3のモニタ装置3における主乗算回路7の構成例を示し、図10は、主乗算回路出力特性を示す。以下、図8及び図10に基づいて主乗算回路7の詳細構成を説明する。
Vout={R71bR75/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}・Vin+{(R71aR71b)/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}・V74
の式であらわされる。そして、この式から明らかなように、ゲインK1は、
K1={R71bR75/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}
となり、ゲインK1の調整は、ゲイン調整抵抗71aの抵抗R71aと、ゲイン調整抵抗71bの抵抗R71bと、オフセット調整抵抗75の抵抗R75の設定により行われる。
V7off={(R71aR71b)/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}・V74
となり、オフセットV7offの調整は、ゲイン調整抵抗71aの抵抗R71aと、ゲイン調整抵抗71bの抵抗R71bと、オフセット調整抵抗75の抵抗R75と、回路電源74の回路電源電圧V74の設定により行われる。
図9は、実施例3のモニタ装置3における従乗算回路8の構成例を示し、図10は、従乗算回路出力特性を示す。以下、図9及び図10に基づいて従乗算回路8の詳細構成を説明する。
Vout=−{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}・(R84b/R84a)・Vin+{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}・(R84b/R84a)・V86+{(R84a+R84b)/R84a}・V85
の式であらわされる。そして、この式から明らかなように、ゲイン-K1は、
-K1=−{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}・(R84b/R84a)
となり、ゲイン-K1の調整は、ゲイン調整抵抗81a,81b,84a,84bの各抵抗R81a,R81b,R84a,R84bと、オフセット調整抵抗87の抵抗R87の設定により行われる。
V8off=−{R81b/(R81a+R81b)}・(R84b/R84a)・Vmax+{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}・(R84b/R84a)・V86+{(R84a+R84b)/R84a}・V85
となり、オフセットV8offの調整は、ゲイン調整抵抗84a,84bの各抵抗R84a,R84bの設定と、ゲイン調整抵抗81a,81b,84a,84bの各抵抗R81a,R81b,R84a,R84bと、オフセット調整抵抗87の抵抗R87と、回路電源86の回路電源電圧V86と、基準電源85の基準電源電圧V85の設定により行われる。
実施例3では、主乗算回路7は、ゲインK1を基準ゲインK0よりも小さく設定することで、主乗算回路出力特性を、図10に示すように、主乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV7offを付加した特性に設定する。従乗算回路8は、ゲイン絶対値|-K1|を主乗算回路出力特性のゲインK1と同じとすることで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offを付加した特性に設定する。
実施例3における電圧センサ診断装置にあっては、下記の効果が得られる。
主乗算回路7は、ゲインK1を主乗算回路出力[Vout]がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインK0よりも小さくすることで、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV7offを付加した特性に設定する。
従乗算回路8は、ゲイン絶対値|-K1|を主乗算回路出力特性のゲインK1と同じとすることで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offを付加した特性に設定する(図10)。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、主乗算回路7及び従乗算回路8を、バイポーラ素子を用いて低価格かつ信頼性を求める回路構成としても、不感帯による影響が除かれ、モニタ区間の全区間において精度良く電圧センサ異常を診断することができる。加えて、モニタ電圧[Vin]の最小モニタ電圧Vminがゼロ電圧側に拡大されたモニタ区間に変更されても、電圧センサの異常診断精度を確保することができる。
主乗算回路7は、図3に示すように、ゲイン調整抵抗71aと、ゲイン調整抵抗71bと、伝送器72と、オペアンプ73と、を備えている。なお、オペアンプ73は、MOSトランジスタを用いた回路構成としている。
Vout={R71b/(R71a+R71b)}・Vin
の式であらわされる。そして、この式から明らかなように、基準ゲインK0は、
K0=R71b/(R71a+R71b)
となり、基準ゲインK0の調整は、ゲイン調整抵抗71aの抵抗R71aと、ゲイン調整抵抗71bの抵抗R71bの設定により行われる。
従乗算回路8は、図4に示すように、ゲイン調整抵抗81aと、ゲイン調整抵抗81bと、伝送器82と、オペアンプ83と、ゲイン調整抵抗84aと、ゲイン調整抵抗84bと、オペアンプ83’と、基準電源85と、を備えている。なお、オペアンプ83,83’は、MOSトランジスタを用いた回路構成としている。
主乗算回路7と従乗算回路8を、MOSトランジスタ(MOS-FET)を用いた回路構成としたとき、主乗算回路出力と従乗算回路出力に不感帯を持つことがない。つまり、実施例1〜3のように、バイポーラ素子を用いた回路構成の場合、バイポーラトランジスタの飽和特性から、完全なローレベル、若しくは、完全なハイレベルを出力することができず不感帯を持つ。これに対し、電界効果トランジスタの一種であるMOSトランジスタは、完全なローレベル、若しくは、完全なハイレベルを出力することができる。
実施例4における電圧センサ診断装置にあっては、下記の効果が得られる。
主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力[Vout]がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインK0による特性に設定する。
従乗算回路8は、従乗算回路出力特性を、ゲイン絶対値|-K0|が基準ゲインK0と同じで従乗算回路出力[Vout]が最大電圧とゼロ電圧とを通る反転したゲイン-K0による特性に設定する(図11)。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、主乗算回路7及び従乗算回路8を、MOSトランジスタを用いた回路構成としたとき、2つの乗算回路出力特性を単純な反転特性としながら、モニタ区間の電圧幅にかかわらず、精度良く電圧センサ異常を診断することができる。
Claims (6)
- 電気機器システムのシステム回路における回路電圧を検出する電圧センサの正常/異常を診断するモニタ装置を備える電圧センサ診断装置において、
前記モニタ装置は、
前記回路電圧をモニタ電圧として入力し、前記回路電圧の検出値としてゲインを反転することなく信号を出力する主乗算回路と、
前記回路電圧をモニタ電圧として入力し、前記回路電圧の検出値として前記主乗算回路からの出力信号に対してゲインを反転して信号を出力する従乗算回路と、
前記主乗算回路からのゲイン非反転出力信号と前記従乗算回路からのゲイン反転出力信号に基づいて、前記電圧センサである前記主乗算回路と前記従乗算回路の異常を診断する異常診断回路と、を有し、
前記異常診断回路は、
前記主乗算回路からのゲイン非反転出力信号を、主モニタ電圧に換算し、
前記従乗算回路からのゲイン反転出力信号を、従モニタ電圧に換算し、
前記主モニタ電圧と前記従モニタ電圧の差分絶対値が、差分診断閾値を超えていると、前記主乗算回路と前記従乗算回路が異常と診断する
ことを特徴とする電圧センサ診断装置。 - 請求項1に記載された電圧センサ診断装置において、
前記システム回路における回路電圧は、直流電圧であり、
前記主乗算回路は、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインによる特性に設定し、
前記従乗算回路は、ゲイン絶対値を前記基準ゲインよりも小さくすることで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力が小さい不感帯領域にオフセットを付加した特性に設定する
ことを特徴とする電圧センサ診断装置。 - 請求項1に記載された電圧センサ診断装置において、
前記システム回路における回路電圧は、直流電圧であり、
前記主乗算回路は、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインによる特性に設定し、
前記従乗算回路は、ゲイン絶対値を前記基準ゲインと同じとして高電圧側に平行移動することで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力が小さい不感帯領域にオフセットを付加した特性に設定する
ことを特徴とする電圧センサ診断装置。 - 請求項1に記載された電圧センサ診断装置において、
前記システム回路における回路電圧は、直流電圧であり、
前記主乗算回路は、ゲインを主乗算回路出力がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインよりも小さくすることで、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力が小さい不感帯領域にオフセットを付加した特性に設定し、
前記従乗算回路は、ゲイン絶対値を前記主乗算回路出力特性のゲインと同じとすることで、従乗算回路出力特性を、従乗算回路出力が小さい不感帯領域にオフセットを付加した特性に設定する
ことを特徴とする電圧センサ診断装置。 - 請求項1に記載された電圧センサ診断装置において、
前記システム回路における回路電圧は、直流電圧であり、
前記主乗算回路は、主乗算回路出力特性を、主乗算回路出力がゼロ電圧と最大電圧を通る基準ゲインによる特性に設定し、
前記従乗算回路は、従乗算回路出力特性を、ゲイン絶対値が前記基準ゲインと同じで従乗算回路出力が最大電圧とゼロ電圧とを通る反転したゲインによる特性に設定する
ことを特徴とする電圧センサ診断装置。 - 電気機器システムのシステム回路における回路電圧を検出する電圧センサの正常/異常を診断するモニタ装置を備える電圧センサ診断方法において、
前記モニタ装置は、主乗算回路と、従乗算回路と、異常診断回路と、を有し、
前記主乗算回路は、前記回路電圧をモニタ電圧として入力し、前記回路電圧の検出値としてゲインを反転しないゲイン非反転出力信号を出力し、
前記従乗算回路は、前記回路電圧をモニタ電圧として入力し、前記回路電圧の検出値として前記ゲイン非反転出力信号に対してゲインを反転したゲイン反転出力信号を出力し、
前記異常診断回路は、前記ゲイン非反転出力信号と前記ゲイン反転出力信号に基づいて、前記電圧センサである主乗算回路と前記従乗算回路の異常を診断する場合、
前記主乗算回路からのゲイン非反転出力信号を、主モニタ電圧に換算し、
前記従乗算回路からのゲイン反転出力信号を、従モニタ電圧に換算し、
前記主モニタ電圧と前記従モニタ電圧の差分絶対値が、差分診断閾値を超えていると、前記主乗算回路と前記従乗算回路が異常と診断する
ことを特徴とする電圧センサ診断方法。
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