JP6784181B2 - 電流センサの異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流センサの異常診断装置に関する。

従来、昇圧コンバータを構成するリアクトルに流れる電流値を検出する電流センサが知られている。特許文献１には、電流センサの異常を診断する制御装置が記載されている。詳しくは、制御装置は、昇圧コンバータの入力電圧検出値と、電動機の消費電力の演算値とに基づいてリアクトル電流値を推定する。制御装置は、推定したリアクトル電流値と、電流センサにより検出された電流値との差の絶対値が閾値よりも大きい場合、電流センサに異常が生じていると診断する。

特開２０１１−１０９８５０号公報

昇圧コンバータの出力側には、出力電圧を平滑化するための平滑コンデンサが設けられている。ここで、平滑コンデンサの蓄積電荷量の変化に応じて、リアクトルに流れる電流値が増減する。このため、上記制御装置のように、昇圧コンバータの入力電圧検出値と、電動機の消費電力の演算値とに基づいてリアクトル電流値を推定する構成では、リアクトル電流値の推定誤差が大きくなる懸念がある。推定誤差が大きい場合、例えば異常判定用の閾値を大きく設定しなければならず、電流センサの異常診断精度が低下し得る。

本発明は、異常診断精度を高めることができる電流センサの異常診断装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、電源から入力される電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータを備えるシステムに適用され、前記昇圧コンバータは、前記電源に接続可能なリアクトルと、前記昇圧コンバータの出力側に接続された平滑コンデンサと、を備え、前記システムは、前記リアクトルに流れる電流値を検出する電流センサと、前記平滑コンデンサの電圧値を検出する電圧センサと、を備える。本発明は、前記電圧センサにより検出された電圧値である電圧検出値に基づいて、前記リアクトルに流れる電流値であって、前記平滑コンデンサの蓄積電荷量の変化に依存する電流値である電流推定値を算出する推定電流算出部と、前記推定電流算出部により算出された前記電流推定値と、前記電流センサにより検出された電流値である電流検出値との比較に基づいて、前記電流センサの異常を診断する診断部と、を備える。

平滑コンデンサの蓄積電荷量の変化と、平滑コンデンサの電圧の変化とは相関を有する。この点に鑑み、本発明の推定電流算出部は、電圧センサにより検出された電圧値である電圧検出値に基づいて、リアクトルに流れる電流値であって、平滑コンデンサの蓄積電荷量の変化に依存する電流値である電流推定値を算出する。これにより、平滑コンデンサの蓄積電荷量の変化の影響を考慮した電流推定値を算出できる。このため、電流推定値と、電流センサにより検出された電流値である電流検出値との比較に基づく電流センサの異常診断精度を高めることができる。

第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 昇圧コンバータの出力電圧制御処理を示すブロック図。 時比率を説明するための図。 コンバータモデルを用いたリアクトル電流推定処理を示すブロック図。 リアクトル電流センサの異常診断処理を示すフローチャート。 第２実施形態に係るリアクトル電流推定処理を示すブロック図。 第３実施形態に係るリアクトル電流推定処理を示すブロック図。 第４実施形態に係るリアクトル電流推定処理を示すブロック図。 第５実施形態に係る時比率の補正処理を示すフローチャート。 第６実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 第７実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る異常診断装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、異常診断装置は、車載主機としての回転電機を備える電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される。

図１に示すように、車載制御システムは、直流電源としてのバッテリ１０、昇圧コンバータ２０、インバータ３０、モータジェネレータ４０及び制御装置５０を備えている。バッテリ１０は、充電可能な蓄電装置である。本実施形態において、モータジェネレータ４０は、車載主機であり、そのロータが図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。モータジェネレータ４０としては、例えばロータに永久磁石を備える同期機を用いることができる。なお、バッテリ１０及び昇圧コンバータ２０は、電源システムを構成している。

昇圧コンバータ２０は、リアクトル２１、平滑コンデンサ２２、上アーム変圧スイッチＳｃｐ及び下アーム変圧スイッチＳｃｎを備えている。昇圧コンバータ２０は、バッテリ１０の出力電圧を所定の電圧を上限として昇圧する機能を有している。本実施形態において、各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎは、電圧制御形の半導体スイッチング素子であり、具体的にはＩＧＢＴである。なお、各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎには、フリーホイールダイオードＤｃｐ，Ｄｃｎが逆並列に接続されている。

上アーム変圧スイッチＳｃｐの高電位側端子であるコレクタには、正極母線Ｌｐが接続されている。上アーム変圧スイッチＳｃｐの低電位側端子であるエミッタには、下アーム変圧スイッチＳｃｎのコレクタが接続されている。下アーム変圧スイッチＳｃｎのエミッタには、負極母線Ｌｎが接続されている。各母線Ｌｐ，Ｌｎは、例えばバスバーにて構成されている。

上アーム変圧スイッチＳｃｐ及び下アーム変圧スイッチＳｃｎの直列接続体には、平滑コンデンサ２２が並列接続されている。上アーム変圧スイッチＳｃｐと下アーム変圧スイッチＳｃｎとの接続点には、リアクトル２１の第１端が接続されている。リアクトル２１の第２端には、バッテリ１０の正極端子が接続されている。バッテリ１０の負極端子には、下アーム変圧スイッチＳｃｎのエミッタが接続されている。

正極母線Ｌｐ及び負極母線Ｌｎには、インバータ３０の入力側が接続されている。インバータ３０は、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を３相分備えている。本実施形態において、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、電圧制御形の半導体スイッチング素子であり、より具体的にはＩＧＢＴである。各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。

各上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐの高電位側端子であるコレクタには、正極母線Ｌｐが接続されている。各下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎの低電位側端子であるエミッタには、負極母線Ｌｎが接続されている。

Ｕ相上，下アームスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎの接続点には、モータジェネレータ４０のＵ相巻線４０Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳｖｐ，Ｓｖｎの接続点には、モータジェネレータ４０のＶ相巻線４０Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳｗｐ，Ｓｗｎの接続点には、モータジェネレータ４０のＷ相巻線４０Ｗの第１端が接続されている。各相巻線４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗの第２端は、中性点にて接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗは、電気角で互いに１２０°ずれている。

制御システムは、リアクトル電流センサ６０、入力電圧センサ６１、出力電圧センサ６２、相電流センサ６３及び回転位置センサ６４を備えている。リアクトル電流センサ６０は、リアクトル２１に流れる電流値をリアクトル電流検出値ＩＬｒとして検出する。入力電圧センサ６１は、バッテリ１０の出力電圧を入力電圧検出値Ｖｉｎとして検出する。出力電圧センサ６２は、平滑コンデンサ２２の端子間電圧を母線電圧検出値Ｖｓｙｓとして検出する。相電流センサ６３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうち少なくとも２相分の相電流を検出する。回転位置センサ６４は、例えばレゾルバであり、モータジェネレータ４０のロータの回転位置を検出する。

各センサの検出値は、制御装置５０に入力される。制御装置５０は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ４０の制御量をその指令値に制御すべく、昇圧コンバータ２０及びインバータ３０を操作する。本実施形態において、制御量はトルクであり、指令値は指令トルクＴｃｍｄである。

制御装置５０は、出力電圧センサ６２により検出された母線電圧検出値Ｖｓｙｓを目標電圧値Ｖｔｇｔにフィードバック制御すべく、昇圧コンバータ２０を構成する各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎをオンオフ操作する。本実施形態において、上アーム変圧スイッチＳｃｐと下アーム変圧スイッチＳｃｎとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオン操作される。

制御装置５０は、インバータ３０の各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎをオンオフ操作する。上アームスイッチＳｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、対応する下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオン操作される。

続いて図２を用いて、制御装置５０の行う処理のうち昇圧コンバータ２０に関する処理について説明する。なお本実施形態では、リアクトル２１の両端のうち、バッテリ１０の正極端子側から各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎの接続点側へと向かう方向に流れる電流値が正と定義されている。

電圧偏差算出部５１は、目標電圧値Ｖｔｇｔから母線電圧検出値Ｖｓｙｓを減算した値として、電圧偏差ΔＶを算出する。

電圧ＦＢ制御部５２は、電圧偏差ΔＶに基づいて、母線電圧検出値Ｖｓｙｓを目標電圧値Ｖｔｇｔにフィードバック制御するための操作量として、リアクトル２１に流れる電流値の目標値である目標電流値ＩＬｔｇｔを算出する。本実施形態において、電圧ＦＢ制御部５２で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御である。

電流偏差算出部５３は、目標電流値ＩＬｔｇｔからリアクトル電流検出値ＩＬｒを減算した値として、電流偏差ΔＩを算出する。

電流ＦＢ制御部５４は、電流偏差ΔＩに基づいて、リアクトル電流検出値ＩＬｒを目標電流値ＩＬｔｇｔにフィードバック制御するための操作量として、時比率Ｄｕｔｙを算出する。本実施形態において、電流ＦＢ制御部５４で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御である。時比率Ｄｕｔｙは、図３に示すように、下アーム変圧スイッチＳｃｎの１スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン操作時間Ｔｏｎの比率である。時比率Ｄｕｔｙは、「Ｖｓｙｓ／Ｖｉｎ」として表される昇圧比でもある。なお図３では、デッドタイムを０としている。

制御装置５０は、算出した時比率Ｄｕｔｙに基づいて、上アーム変圧スイッチＳｃｐ及び下アーム変圧スイッチＳｃｎを交互にオン操作する。具体的には例えば、制御装置５０は、時比率Ｄｕｔｙ及びキャリア信号の大小比較に基づくＰＷＭ処理により、上，下アーム変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎの操作信号を生成し、生成した操作信号に基づいて上アーム変圧スイッチＳｃｐ及び下アーム変圧スイッチＳｃｎを交互にオン操作する。

続いて、制御装置５０により実行されるリアクトル電流センサ６０の異常診断処理について説明する。制御装置５０は、リアクトル電流センサ６０により検出されたリアクトル電流検出値ＩＬｒと、リアクトル２１に流れる電流値の推定値であるリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔとを比較することにより、リアクトル電流センサ６０に異常が生じているか否かを診断する。本実施形態では、異常診断精度を高めるために、平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量を考慮してリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを算出する。以下、リアクトル電流センサ６０の診断方法の説明に先立ち、電流推定方法について説明する。

平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量の変化に応じて、リアクトル２１に流れる電流値が増減する。平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量は、例えば、モータジェネレータ４０の消費電力が一時的に増大することにより変動する。このため、リアクトル２１に流れる電流の推定精度を高めるためには、平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量の変化を考慮することが必要となる。ここで、平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量の変化を考慮したリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔは、下式（ｅｑ１）で表される。

上式（ｅｑ１）において、Ｐｍはモータジェネレータ４０の電力を示し、Ｃは平滑コンデンサ２２の静電容量を示す。上式（ｅｑ１）の右辺の第２項には、母線電圧検出値Ｖｓｙｓの時間微分値が含まれている。時間微分値は、母線電圧検出値Ｖｓｙｓのノイズの影響を受けやすいため、時間微分値がリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔの算出に用いられると、電流推定精度が低下し得る。したがって、時間微分値がリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔの算出に用いられるのは好ましくない。そこで本実施形態では、微分演算が行われない電流推定方法が用いられている。

上式（ｅｑ１）を変形すると、下式（ｅｑ２）が導かれる。

上式（ｅｑ２）において、「Ｄｕｔｙ＝Ｖｉｎ／Ｖｓｙｓ」及び「Ｉｍ＝Ｐｍ／Ｖｓｙｓ」である。Ｉｍをモータ電流値と称すこととする。上式（ｅｑ２）の両辺を積分すると、下式（ｅｑ３）が導かれる。

上式（ｅｑ３）において、Ｖｃａｌを、平滑コンデンサ２２の端子間電圧の推定値である母線電圧推定値と称すこととする。上式（ｅｑ３）は、「Ｖｓｙｓ＝Ｖｃａｌ」となるＩＬｅｓｔがリアクトル電流推定値であることを示している。本実施形態では、母線電圧推定値Ｖｃａｌを算出するための積分時間の制約等の都合により、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを逐次算出する補償器が用いられる。補償器が備えられる構成を図４に示す。図４は、制御装置５０が行う処理のうち、電流推定及び異常診断に関する処理を示すブロック図である。

モータ電流推定部７０は、昇圧コンバータ２０からインバータ３０に供給される電流推定値であるモータ電流推定値Ｉｍｅｓｔを算出する。本実施形態において、昇圧コンバータ２０は、下式（ｅｑ４）のように、指令トルクＴｃｍｄ、母線電圧検出値Ｖｓｙｓ及びモータジェネレータ４０の回転速度Ｎｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｍｅｓｔを算出する。なお、回転速度Ｎｒは、例えば、回転位置センサ６４の検出値に基づいて算出されればよい。また本実施形態において、モータ電流推定部７０が「出力電流推定部」に相当する。

モデル推定部７１は、電流ＦＢ制御部５４により算出された時比率Ｄｕｔｙと、モータ電流推定部７０により算出されたモータ電流推定値Ｉｍｅｓｔと、補償器７３により算出されたリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔとを、下式（ｅｑ５）に示すコンバータモデルに入力することにより、母線電圧推定値Ｖｃａｌを算出する。

上式（ｅｑ５）は、平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量の変化を考慮した電流推定式である上式（ｅｑ１）に基づいて導かれたものである。このため、上式（ｅｑ５）で表されるコンバータモデルは、母線電圧推定値Ｖｃａｌの変化が平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量の変化に依存するように構成されたモデルである。

誤差算出部７２は、母線電圧検出値Ｖｓｙｓから母線電圧推定値Ｖｃａｌを減算した値として、電圧推定誤差Ｖｅｒｒを算出する。

補償器７３は、電圧推定誤差Ｖｅｒｒを０にフィードバック制御するための操作量として、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを算出する。本実施形態において、補償器７３で用いられるフィードバック制御は、下式（ｅｑ６）に示すように比例積分制御である。下式（ｅｑ６）は補償器７３の伝達関数Ｃｏである。下式（ｅｑ６）において、Ｋｐａは比例ゲインを示し、Ｋｉａは積分ゲインを示し、ｓはラプラス演算子を示す。

補償器７３により算出されたリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔは、モデル推定部７１に入力され、母線電圧推定値Ｖｃａｌの算出に用いられる。なお、リアクトル２１の両端のうち、バッテリ１０の正極端子側から各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎの接続点側へと向かう方向が正となるようにリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔの極性が定義されている。

以上説明した電流推定処理によれば、「Ｖｃａｌ＜Ｖｓｙｓ」となる場合、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔがリアクトル２１に実際に流れる電流値よりも小さいとして、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔが増加させられる。一方、「Ｖｃａｌ＞Ｖｓｙｓ」となる場合、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔがリアクトル２１に実際に流れる電流値よりも大きいとして、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔが減少させられる。これにより、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔはその真値に収束する。リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔがその真値に収束した場合、「Ｖｃａｌ＝Ｖｓｙｓ」となる。

モータ電流推定部７０の処理、モデル推定部７１の処理、誤差算出部７２の処理及び補償器７３の処理が１制御周期において順次実行される。これにより、制御周期毎にリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔが逐次算出される。

続いて、制御装置５０の備える診断部８０について説明する。診断部８０は、補償器７３から逐次出力されるリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔと、リアクトル電流検出値ＩＬｒとを比較することにより、リアクトル電流センサ６０の異常診断処理を行う。本実施形態において、診断部８０で用いられるリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔには、第１ローパスフィルタ部８１においてローパスフィルタ処理が施される。第１ローパスフィルタ部８１は、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔに重畳される高周波ノイズを除去する。このノイズは、例えば、インバータ３０のスイッチの操作信号を生成する際に用いられるキャリアの影響で発生する。また、診断部８０で用いられるリアクトル電流検出値ＩＬｒには、第２ローパスフィルタ部８２においてローパスフィルタ処理が施される。このフィルタ処理で除去される高周波ノイズは、例えば、昇圧コンバータ２０のスイッチの操作信号を生成する際に用いられるキャリア信号の影響で発生する。なお、第１ローパスフィルタ部８１及び第２ローパスフィルタ部８２のフィルタ特性は、例えば、各フィルタ部８１，８２での位相遅れにより、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔとリアクトル電流検出値ＩＬｒとの間の位相差が所定位相差以上にならないように設定されればよい。

図５に、診断部８０により実行されるリアクトル電流センサ６０の異常診断処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、リアクトル電流検出値ＩＬｒからリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを減算した値の絶対値が閾値Ｉｔｈ（＞０）よりも大きいか否かを判定する。リアクトル電流センサ６０に異常が生じた場合、リアクトル電流検出値ＩＬｒは、リアクトル２１に実際に流れる電流値から大きく乖離する。一方、リアクトル電流センサ６０に異常が生じた場合であっても、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔは、リアクトル２１に実際に流れる電流値近傍の値となる。このため、リアクトル電流検出値ＩＬｒとリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔとの乖離度合いが大きくなることをもって、リアクトル電流センサ６０に異常が生じている旨診断することができる。

ステップＳ１０において否定判定した場合には、ステップＳ１１に進み、リアクトル電流センサ６０に異常が生じていない旨診断する。一方、ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１２に進み、リアクトル電流センサ６０に異常が生じている旨診断する。

以上詳述した本実施形態によれば、平滑コンデンサ２２の蓄積電荷量の変化を考慮して、リアクトル２１に流れる電流値の推定精度を高めることができる。これにより、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを用いたリアクトル電流センサ６０の異常診断精度を高めることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、図６に示すモータ電流推定部７４は、インバータ３０及びモータジェネレータ４０それぞれにおける損失を加味してモータ電流推定値Ｉｍｅｓｔを算出する。なお図６において、先の図４に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

モータ電流推定部７４は、下式（ｅｑ７）のように、モータジェネレータ４０の電力の推定値であるモータ電力推定値Ｐｍｏｔ、母線電圧検出値Ｖｓｙｓ及びインバータ３０及びモータジェネレータ４０それぞれにおける電力損失Ｐｌｏｓｓに基づいて、モータ電流推定値Ｉｍｅｓｔを算出する。ここで、電力損失Ｐｌｏｓｓには、モータジェネレータ４０における抵抗損失及び鉄損と、インバータ３０における導通損失及びスイッチング損失が含まれる。

なお、モータ電力推定値Ｐｍｏｔは、例えば、下式（ｅｑ８）に示されるように、モータジェネレータ４０のトルク推定値Ｔｅと、モータジェネレータ４０の回転速度Ｎｒとに基づいて算出されればよい。ここで、トルク推定値Ｔｅは、例えば、相電流センサ６３及び回転位置センサ６４の検出値に基づいて算出されればよい。

以上説明した本実施形態によれば、リアクトル２１に流れる電流の推定精度をより高めることができる。その結果、リアクトル電流センサ６０の異常診断精度をより高めることができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図７に示すように、リアクトル２１に流れる電流の推定に、リアクトル電流センサ６０により検出されたリアクトル電流検出値ＩＬｒが用いられる。なお図７において、先の図４に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

補償器７５は、電圧推定誤差Ｖｅｒｒを０にフィードバック制御するための操作量として、リアクトル電流検出値ＩＬｒを補正するための電流補正値Ｉｃｏｒを算出する。本実施形態において、補償器７５で用いられるフィードバック制御は、下式（ｅｑ９）に示すように比例積分制御である。下式（ｅｑ９）は補償器７３の伝達関数Ｃｏである。下式（ｅｑ９）において、Ｋｐｂは比例ゲインを示し、Ｋｉｂは積分ゲインを示す。

補正部７６は、リアクトル電流検出値ＩＬｒに電流補正値Ｉｃｏｒを加算した値としてリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを算出する。補正部７６から出力されたリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔは、モデル推定部７１に入力され、母線電圧推定値Ｖｃａｌの算出に用いられる。

モータ電流推定部７０の処理、モデル推定部７１の処理、誤差算出部７２の処理及び補償器７５の処理及び補正部７６の処理が１制御周期において順次実行される。これにより、制御周期毎にリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔが逐次算出される。

以上説明した電流推定処理によれば、リアクトル電流センサ６０に異常が生じていない場合、リアクトル電流検出値ＩＬｒが変動したとしても、その変動に対するリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔの追従性を高めることができる。これは、リアクトル電流センサ６０に異常が生じていない場合、リアクトル電流検出値ＩＬｒとリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔとが略一致するため、モデル推定部７１及び補償器７５等における遅れの影響を受けないためである。

診断部８０は、先の図５に示したように、リアクトル電流検出値ＩＬｒからリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを減算した値の絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判定することにより、リアクトル電流センサ６０の異常の有無を診断する。つまり、リアクトル電流センサ６０に異常が生じていない場合、リアクトル電流検出値ＩＬｒとリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔとが略一致するため、図５のステップＳ１０において否定判定される。これに対し、リアクトル電流センサ６０に異常が生じた場合、リアクトル電流検出値ＩＬｒはリアクトル２１に実際に流れる電流値から乖離するものの、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔは、補償器７５で算出された電流補正値Ｉｃｏｒにより補正され、リアクトル２１に実際に流れる電流値近傍の値となる。このため、図５のステップＳ１０において肯定判定される。このように本実施形態によっても、リアクトル電流センサ６０の異常診断を行うことができる。

なお、本実施形態におけるリアクトル電流センサ６０の異常には、固着異常及びゲイン小異常が含まれる。固着異常は、リアクトル２１に実際に流れる電流値が変化しても、リアクトル電流検出値ＩＬｒが一定のままとなる異常である。ゲイン小異常は、リアクトル電流検出値ＩＬｒが、リアクトル２１に実際に流れる電流値よりも小さくなる異常である。具体的には例えば、ゲイン小異常は、リアクトル電流検出値ＩＬｒが、リアクトル２１に実際に流れる電流値に、０よりも大きくてかつ１よりも小さい所定の係数（例えば１／１０）を乗算した値になる異常である。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図８に示すように、制御装置５０は、第１ローパスフィルタ部８１及び第２ローパスフィルタ部８２に代えて、第１ハイパスフィルタ部８３及び第２ハイパスフィルタ部８４を備えている。なお図８において、先の図６に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図８に示すように、診断部８０で用いられるリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔには、第１ハイパスフィルタ部８３においてハイパスフィルタ処理が施される。第１ハイパスフィルタ部８３は、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔに重畳される低周波ノイズを除去する。具体的には、第１ハイパスフィルタ部８３は、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔに重畳される直流成分のノイズを除去する。つまり、モータ電流推定部７４で用いられるトルク推定値Ｔｅは、通常、モータジェネレータ４０のモータ特性パラメータの中央特性値を用いて推定される。ここで、モータ特性パラメータは、実際には製造公差等によりばらつくため、モータジェネレータ４０の実際のトルクとトルク推定値Ｔｅとは一致しない。この場合、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔは、リアクトル２１に実際に流れる電流値からオフセットをもって乖離する。このオフセット分を除去するために、第１ハイパスフィルタ部８３が設けられている。

また、診断部８０で用いられるリアクトル電流検出値ＩＬｒには、第２ハイパスフィルタ部８４においてハイパスフィルタ処理が施される。第２ハイパスフィルタ部８４は、リアクトル電流検出値ＩＬｒに重畳される低周波ノイズを除去する。具体的には、第２ハイパスフィルタ部８４は、リアクトル電流検出値ＩＬｒに重畳される直流成分のノイズを除去する。この直流成分のノイズには、例えば、リアクトル電流センサ６０のオフセット誤差が含まれる。オフセット誤差は、リアクトル電流検出値ＩＬｒが、リアクトル２１に実際に流れる電流値から所定量ずれる誤差である。

診断部８０は、先の図５に示した方法でリアクトル電流センサ６０の異常診断処理を行う。なお本実施形態において、図５のステップＳ１０の閾値Ｉｔｈは、例えば、各ハイパスフィルタ部８３，８４で除去されるオフセット分を考慮して、リアクトル電流センサ６０の異常の有無を診断できるように設定されればよい。

以上説明した本実施形態によっても、リアクトル電流センサ６０の異常診断精度を高めることができる。

なお、各ハイパスフィルタ部８３，８４が備えられる構成は、上記第３実施形態で用いられてもよい。また、各ハイパスフィルタ部８３，８４とともに各ローパスフィルタ部８１，８２が併用される構成であってもよい。この場合、診断部８０で用いられるリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔには、第１ハイパスフィルタ部８３においてハイパスフィルタ処理が施されるとともに、第１ローパスフィルタ部８１においてローパスフィルタ処理が施される。また、診断部８０で用いられるリアクトル電流検出値ＩＬｒには、第２ハイパスフィルタ部８４においてハイパスフィルタ処理が施されるとともに、第２ローパスフィルタ部８２においてローパスフィルタ処理が施される。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、モデル推定部７１で用いられる時比率ＤｕｔｙをデッドタイムＤＴに基づいて補正する。

実際の時比率は、リアクトル２１に流れる電流値の極性により、デッドタイム分変化する。このため、制御装置５０は、先の図２に示す処理により算出した時比率ＤｕｔｙをデッドタイムＤＴに基づいて補正する。

図９に、デッドタイムに基づく時比率補正処理の手順を示す。この処理は、制御装置５０により例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０では、リアクトル電流検出値ＩＬｒが０以上であるか否かを判定する。この処理は、リアクトル２１に流れる電流値の極性を判定するための処理である。本実施形態では、上記第１実施形態で説明したように、リアクトル２１の両端のうち、バッテリ１０の正極端子側から各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎの接続点側へと向かう方向に流れる電流値が正と定義されている。

ステップＳ２０において肯定判定した場合には、ステップＳ２１に進み、下式（ｅｑ１０）で表されるデットタイム補正値ｄｍｏｄを時比率Ｄｕｔｙに加算した値として、実効時比率Ｄｔｙｆを算出する。下式（ｅｑ１０）において、Ｔｃは、各変圧スイッチＳｃｐ，Ｓｃｎの操作信号を生成する際に用いられるキャリア信号の周期を示す。

ステップＳ２０において否定判定した場合には、リアクトル２１に流れる電流値の極性が負であると判定し、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、時比率Ｄｕｔｙからデットタイム補正値ｄｍｏｄを減算した値として、実効時比率Ｄｔｙｆを算出する。

ステップＳ２１，Ｓ２２で算出された実効時比率Ｄｔｙｆが、モデル推定部７１において用いられる。これにより、リアクトル２１に流れる電流値の推定精度をより高めることができる。

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、診断部８０で用いられるリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔの算出方法を変更する。詳しくは、制御装置５０は、上式（ｅｑ１）に基づく下式（ｅｑ１１）に、モータ電力推定値Ｐｍｏｔ、入力電圧検出値Ｖｉｎ、母線電圧検出値Ｖｓｙｓ、及び母線電圧検出値の時間微分値「ｄＶｓｙｓ／ｄｔ」を入力することにより、リアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔを算出する。なお、モータ電力推定値Ｐｍｏｔは、上記第２実施形態で説明した方法により算出されればよい。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。

（第７実施形態）
以下、第７実施形態について、上記各実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１０に示すように、昇圧コンバータ２０の構成を変更する。なお図１０において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

昇圧コンバータ２０は、第１リアクトル２１ａ、第２リアクトル２１ｂ、平滑コンデンサ２２、第１上アーム変圧スイッチＳｃａｐ、第１下アーム変圧スイッチＳｃａｎ、第２上アーム変圧スイッチＳｃｂｐ及び第２下アーム変圧スイッチＳｃｂｎを備えている。
本実施形態において、各変圧スイッチＳｃａｐ，Ｓｃａｎ，Ｓｃｂｐ，ＳｃｂｎはＩＧＢＴである。なお、各変圧スイッチＳｃａｐ，Ｓｃａｎ，Ｓｃｂｐ，Ｓｃｂｎには、フリーホイールダイオードＤｃａｐ，Ｄｃａｎ，Ｄｃｂｐ，Ｄｃｂｎが逆並列に接続されている。

第１，第２上アーム変圧スイッチＳｃａｐ，Ｓｃｂｎのコレクタには、正極母線Ｌｐが接続されている。第１上アーム変圧スイッチＳｃａｐのエミッタには、第１下アーム変圧スイッチＳｃａｎのコレクタが接続され、第２上アーム変圧スイッチＳｃｂｐのエミッタには、第２下アーム変圧スイッチＳｃｂｎのコレクタが接続されている。第１，第２下アーム変圧スイッチＳｃａｎ，Ｓｃｂｎのエミッタには、負極母線Ｌｎが接続されている。

第１上アーム変圧スイッチＳｃａｐと第１下アーム変圧スイッチＳｃａｎとの接続点には、第１リアクトル２１ａの第１端が接続され、第２上アーム変圧スイッチＳｃｂｐと第２下アーム変圧スイッチＳｃｂｎとの接続点には、第２リアクトル２１ｂの第１端が接続されている。第１リアクトル２１ａ及び第２リアクトル２１ｂの第２端には、バッテリ１０の正極端子が接続されている。バッテリ１０の負極端子には、第１，第２下アーム変圧スイッチＳｃａｎ，Ｓｃｂｎのエミッタが接続されている。

制御システムは、リアクトル電流センサ６５を備えている。リアクトル電流センサ６５は、第１リアクトル２１ａの第２端及び第２リアクトル２１ｂの第２端の接続点と、バッテリ１０の正極端子とを接続する電気経路に流れる電流を検出する。このため、リアクトル電流センサ６５は、第１リアクトル２１ａ及び第２リアクトル２１ｂそれぞれに流れる電流値の合計値をリアクトル電流検出値ＩＬｒとして検出する。リアクトル電流センサ６５の検出値は、制御装置５０に入力される。

以上説明した本実施形態において、上記第１〜第６実施形態で説明したリアクトル電流値の推定手法及びリアクトル電流センサの診断手法を用いることができる。

（第８実施形態）
以下、第８実施形態について、上記第７実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１１に示すように、リアクトル電流センサによる検出箇所を変更する。なお図１１において、先の図１０に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

制御システムは、第１リアクトル電流センサ６６ａ及び第２リアクトル電流センサ６６ｂを備えている。第１リアクトル電流センサ６６ａは、第１リアクトル２１ａに流れる電流値を第１リアクトル電流検出値ＩＬｒ１として検出する。第２リアクトル電流センサ６６ｂは、第２リアクトル２１ｂに流れる電流値を第２リアクトル電流検出値ＩＬｒ２として検出する。第１リアクトル電流センサ６６ａ及び第２リアクトル電流センサ６６ｂの検出値は、制御装置５０に入力される。

本実施形態において、先の図２の電流偏差算出部５３は、第１リアクトル電流検出値ＩＬｒ１及び第２リアクトル電流検出値ＩＬｒ２の加算値を目標電流値ＩＬｔｇｔから減算した値として、電流偏差ΔＩを算出する。

制御装置５０は、先の図４に示した方法により、第１リアクトル２１ａに流れる電流推定値である第１リアクトル電流推定値と、第２リアクトル２１ｂに流れる電流推定値である第２リアクトル電流推定値とをそれぞれ算出する。詳しくは、制御装置５０は、補償器７３で算出したリアクトル電流推定値ＩＬｅｓｔの１／２の値を、第１リアクトル電流推定値及び第２リアクトル電流推定値のそれぞれとして算出する。

診断部８０は、第１リアクトル電流検出値ＩＬｒ１から第１リアクトル電流推定値「ＩＬｅｓｔ／２」を減算した値の絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１（＞０）よりも大きいと判定した場合、第１リアクトル電流センサ６６ａに異常が生じている旨診断する。また、診断部８０は、第２リアクトル電流検出値ＩＬｒ２から第２リアクトル電流推定値「ＩＬｅｓｔ／２」を減算した値の絶対値が第２閾値Ｉｔｈ２（＞０）よりも大きいと判定した場合、第２リアクトル電流センサ６６ｂに異常が生じている旨診断する。なお、第１閾値Ｉｔｈ１及び第２閾値Ｉｔｈ２は、互いに同一の値に設定されてもよいし、異なる値に設定されてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、第１リアクトル電流センサ６６ａ及び第２リアクトル電流センサ６６ｂの異常を個別に診断することができる。

なお本実施形態では、上，下アーム変圧スイッチが２組備えられる昇圧コンバータを例にして説明したが、上，下アーム変圧スイッチが３組以上備えられる昇圧コンバータであってもよい。この場合、上，下アーム変圧スイッチの組のそれぞれに対応してリアクトルが個別に設けられ、また、各リアクトルに対応してリアクトル電流センサが個別に設けられる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第２実施形態において、上式（ｅｑ７）の右辺第２項を削除し、電力損失Ｐｌｏｓｓが無視されたモータ電流推定値Ｉｍｅｓｔが算出されてもよい。

・モータ電流推定値Ｉｍｅｓｔが、下式（ｅｑ１２）に表されるように、インバータ３０からモータジェネレータ４０に印加するｄｑ座標系の電圧指令ベクトルＶｄｑと、モータジェネレータ４０に流すｄｑ座標系の電流指令ベクトルＩｄｑとの内積に基づいて算出されてもよい。この場合、例えば、モータジェネレータ４０のトルク推定処理が実装されていない制御装置であっても、モータ電流推定値Ｉｍｅｓｔを算出できる。

・制御システムにモータジェネレータが複数備えられていてもよい。例えば、制御システムにモータジェネレータが２つ備えられる場合、モータ電流推定値Ｉｍｅｓｔは、例えば下式（ｅｑ１３）に基づいて算出されてもよい。なお下式（ｅｑ１３）において、Ｔｅ１，Ｔｅ２は第１，第２モータジェネレータのトルク推定値を示し、Ｎｒ１，Ｎｒ２は第１，第２モータジェネレータの回転速度を示す。

・上式（ｅｑ７）に基づくモータ電流推定値Ｉｍｅｓｔの算出方法が用いられる場合、モータジェネレータ４０に供給される電流を検出するセンサを制御システムに備えなくてもよい。

・第１ローパスフィルタ部８１及び第２ローパスフィルタ部８２のうち、いずれかを制御装置５０に備えなくてもよい。

・第１ハイパスフィルタ部８３及び第２ハイパスフィルタ部８４のうち、いずれかを制御装置５０に備えなくてもよい。

・先の図４，図６，図７に示す構成に、第１ローパスフィルタ部８１及び第２ローパスフィルタ部８２の双方を備えなくてもよい。

・補償器で用いられるフィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば、積分制御又は比例制御であってもよい。また、比例積分制御、積分制御及び比例制御に微分制御がさらに含まれていてもよい。

・バッテリから昇圧コンバータを介して電力が供給される負荷装置としては、インバータ及びモータジェネレータに限らない。

・昇圧コンバータの入力側に接続される電源としては、バッテリに限らず、例えばコンデンサ等、他の蓄電装置であってもよい。

・異常診断装置が適用されるシステムとしては、車両に搭載されるものに限らない。

２０…昇圧コンバータ、２１…リアクトル、２２…平滑コンデンサ、５０…制御装置、６０…リアクトル電流センサ、６２…出力電圧センサ。

Claims (10)

1. 電源（１０）から入力される電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ（２０）を備えるシステムに適用され、
   前記昇圧コンバータは、前記電源に接続可能なリアクトル（２１；２１ａ，２１ｂ）と、前記昇圧コンバータの出力側に接続された平滑コンデンサ（２２）と、を備え、
   前記システムは、
   前記リアクトルに流れる電流値を検出する電流センサ（６０；６５；６６ａ，６６ｂ）と、
   前記平滑コンデンサの電圧値を検出する電圧センサ（６２）と、を備え、
   前記電圧センサにより検出された電圧値である電圧検出値（Ｖｓｙｓ）に基づいて、前記リアクトルに流れる電流値であって、前記平滑コンデンサの蓄積電荷量の時間変化に依存する電流値である電流推定値（ＩＬｅｓｔ）を算出する推定電流算出部（７１〜７３；７１，７２，７５，７６）と、
   前記推定電流算出部により算出された前記電流推定値と、前記電流センサにより検出された電流値である電流検出値（ＩＬｒ）との比較に基づいて、前記電流センサの異常を診断する診断部（８０）と、を備える電流センサの異常診断装置。
2. 前記推定電流算出部は、前記電圧検出値と、前記電圧検出値の微分値とに基づいて、前記電流推定値を算出する請求項１に記載の電流センサの異常診断装置。
3. 前記推定電流算出部は、前記リアクトルに流れる電流値（ＩＬｅｓｔ）及び前記昇圧コンバータの出力電流値（Ｉｍｅｓｔ）を入力とし、前記昇圧コンバータの出力電圧値（Ｖｃａｌ）を出力とするモデルであって、前記出力電圧値が前記平滑コンデンサの蓄積電荷量に依存するように構成されたコンバータモデルに基づいて、前記電流推定値を算出する請求項１に記載の電流センサの異常診断装置。
4. 前記推定電流算出部（７１〜７３）は、前記コンバータモデルに基づいて、前記出力電圧値の推定値である電圧推定値を算出し、算出した前記電圧推定値を前記電圧検出値にフィードバック制御するための操作量として前記電流推定値を算出する請求項３に記載の電流センサの異常診断装置。
5. 前記推定電流算出部は、
   前記コンバータモデルに基づいて、前記出力電圧値の推定値である電圧推定値を算出し、算出した前記電圧推定値を前記電圧検出値にフィードバック制御するための操作量として前記電流検出値を補正する補正値（Ｉｃｏｒ）を算出する補正値算出部（７１，７２，７５）と、
   前記補正値算出部により算出された前記補正値に基づいて前記電流検出値を補正することにより、前記電流推定値を算出する補正部（７６）と、を含む請求項３に記載の電流センサの異常診断装置。
6. 前記昇圧コンバータは、上アームスイッチ（Ｓｃｐ）及び下アームスイッチ（Ｓｃｐ）の直列接続体を備え、
   前記コンバータモデルは、前記リアクトルに流れる電流値、前記昇圧コンバータの出力電流値及び前記昇圧コンバータの昇圧比（Ｄｕｔｙ）を入力とするモデルであり、
   前記推定電流算出部は、前記コンバータモデルに入力する前記昇圧比を、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチが同時にオンされることを防止するデッドタイム（ＤＴ）に基づいて補正し、補正した前記昇圧比と前記コンバータモデルとに基づいて前記電流推定値を算出する請求項３〜５のいずれか１項に記載の電流センサの異常診断装置。
7. 前記システムは、前記昇圧コンバータの出力電力に基づいて駆動される回転電機（４０）を備え、
   前記昇圧コンバータ及び前記回転電機の間で伝達される電力と、前記電圧検出値とに基づいて、前記昇圧コンバータの出力電流値を推定する出力電流推定部（７０，７４）を備え、
   前記推定電流算出部は、前記出力電流推定部により推定された前記出力電流値と、前記コンバータモデルとに基づいて、前記電流推定値を算出する請求項３〜６のいずれか１項に記載の電流センサの異常診断装置。
8. 前記出力電流推定部（７４）は、前記回転電機における損失をさらに用いて前記出力電流値を算出する請求項７に記載の電流センサの異常診断装置。
9. 前記電流推定値及び前記電流検出値のうち少なくとも一方にローパスフィルタ処理を施すローパス処理部（８１，８２）を備え、
   前記診断部は、前記電流推定値及び前記電流検出値のうち前記ローパスフィルタ処理が施された値を用いて前記異常を診断する請求項１〜８のいずれか１項に記載の電流センサの異常診断装置。
10. 前記電流推定値及び前記電流検出値のうち少なくとも一方にハイパスフィルタ処理を施すハイパス処理部（８３，８４）を備え、
    前記診断部は、前記電流推定値及び前記電流検出値のうち前記ハイパスフィルタ処理が施された値を用いて前記異常を診断する請求項１〜９のいずれか１項に記載の電流センサの異常診断装置。

Images