JP7266691B2

JP7266691B2 - 故障診断装置

Info

Publication number: JP7266691B2
Application number: JP2021542671A
Authority: JP
Inventors: 逸郎野村; 毅吉田; 茂浩西田
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: JPWO2021039278A1; WO2021039278A1

Description

本発明は、モータの温度を検出する温度センサの故障を診断する温度センサの故障診断装置に関する。

温度センサの故障を診断するための技術が特許文献１に記載されている。特許文献１には「ステップＳ３０では、サーミスタＴｈに異常が発生しているか否かを判別する。具体的には、閾値到達期間Ｔｙが設定継続時間Ｔｘ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３又はＴ４）以上で継続しているか否かで判別する。もし閾値到達期間Ｔｙが設定継続時間Ｔｘ以上で継続する場合には（Ｔｙ≧Ｔｘ；ＹＥＳ）、サーミスタＴｈの異常を報知し〔ステップＳ３２〕、リターン（終了を含む。以下同様である。）する。」という記載がある。

特開２０１３－２４２２２５号公報

特許文献１では、温度センサの故障によりセンサ出力が出力範囲の最大値あるいは最小値に固定されてしまったという、いわゆる温度センサのHigh張り付き故障とLow張り付き故障を診断することは可能であるが、温度センサの故障によりセンサ出力が出力範囲内の中間の値に固定されてしまう、いわゆる中間張り付き故障(スタック故障)を診断することはできない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度センサの中間張り付き故障を診断する故障診断装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明の故障診断装置は、モータの温度を検出する温度センサの故障を診断する温度センサの故障診断装置であって、該モータの消費電力の変化に基づいて故障診断を開始するか否かを判定する診断開始判定部と、該診断開始判定部で故障診断を開始すると判定された場合に、所定時間における前記温度センサの出力値のセンサ出力変化量を測定し、該センサ出力変化量の絶対値が予め設定された故障判定閾値（Ｔ）未満のときに、前記温度センサが故障していると判定する故障診断部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、温度センサの中間張り付き故障を診断することが可能である。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施の形態にかかる温度センサの故障診断装置が備えられる車両のパワートレインの構成を概略的に示す図。第１の実施の形態にかかる温度センサの診断装置が備えられるモータとインバータの全体的構成を概略的に示す図。第１の実施の形態にかかる温度センサの診断装置によって実行される異常診断方法の一例でモータ消費電力と温度センサ検出温度の関係の模式図。第１の実施の形態にかかる温度センサの診断装置によって実行される異常診断方法の一例でモータ消費電力と故障診断の前提条件判定の模式図。第１の実施の形態にかかる温度センサの診断装置によって実行される異常診断方法の一例でモータ温度と故障診断判定の模式図。第１の実施の形態にかかる温度センサの診断装置によって実行される異常診断方法の一例を示すフローチャート図。第２の実施の形態にかかる温度センサの診断装置によって実行される異常診断方法の一例でモータ消費電力と故障診断の前提条件判定の模式図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

［第１実施形態］図１は、第１の実施の形態にかかる温度センサの故障診断装置が備えられる車両の構成を概略的に示す図である。
本実施形態の温度センサの故障診断装置は、自動車で使用される駆動用モータの温度センサの中間張り付き故障を診断する故障診断装置である。

車両は、バッテリ１０１、バッテリコントローラ１０２、インバータ１０３、モータ１０４、ギアボックス１０５、ドライブシャフト１０６を有している。車両では、バッテリ１０１からバッテリコントローラ１０２を経由してインバータ１０３にDC電流が入力される。インバータ１０３は、DC電流をAC電流に変換し、モータ１０４にAC電流を出力する。
モータ１０４は、AC電流によって駆動され、電力を機械的エネルギーと損失による熱に変換する。モータ１０４で変換された機械的エネルギーは、ギアボックス１０５を経由してドライブシャフト１０６に伝播され、タイヤが回転される。このタイヤの回転により、車両が移動する。

図２は、第１の実施の形態にかかる温度センサの異常診断装置が備えられる車両のうち、パワートレインに注目した図である。インバータ２０２は、バッテリ２０３から入力されるDC電流をAC電流に変換し、モータ２０１に出力する。DC電流センサ２０４は、バッテリから入力されるDC電流を測定する。DC電圧センサ２０５はDC電圧を測定する。モータ２０１には、温度センサ２０６が取り付けられている。温度センサ２０６は、モータ２０１の温度を測定するモータ温度センサである。DC電流センサ２０４と、DC電圧センサ２０５と、温度センサ２０６の各出力値は、インバータ２０２の故障診断装置２０７に入力される。

本実施形態では、モータ２０１がインバータ２０２によって力行している場合、電力を機械的エネルギーと損失による熱に変換する。したがって、図３にモータ消費電力として示すように、電力が消費されると、損失による熱によってモータ２０１の温度が上昇する。このとき、温度の拡散速度と温度センサ２０６の応答速度から、モータ２０１の温度が上昇するタイミングは、電力の変化に対して一次遅れ的に変化し、電力が消費された後になる。また、消費電力が一定である場合、損失によりモータ２０１へ流入される熱とモータ２０１から流出する熱とが釣り合い、モータ２０１の温度が一定となる。

以上より、電力の変化量が所定値以上であることを、その後にモータ２０１の温度が上昇することが期待できる条件として考えることができる。この考えを利用して、故障診断装置２０７では、DC電流とDC電圧の積で計算されるモータ２０１の消費電力の変化量が所定値以上である後に、温度センサ２０６の検出温度が変化しなかった場合には、モータ２０１の温度が上昇しても温度センサ２０６の検出温度が変化しなかったとみなすことができる。したがって、電力の変化に対する温度センサ２０６の検出温度の変化を検出することによって、温度センサ２０６の中間張り付き故障を検出することが可能である。温度センサ２０６の故障診断装置２０７は、ソフトウェアで構成してもよく、ハードウェアで構成してもよい。

図４は、故障診断装置２０７で計算される電力と時間の関係を表した図である。故障診断装置２０７では、モータ２０１の消費電力の変化に基づいて故障診断の前提条件を満たすか、つまり、温度センサ２０６の故障診断を開始するか否かを判定する診断開始判定が行われる。診断開始判定では、まず最初に、DC電流とDC電圧の積からモータ消費電力を計算する。モータ消費電力は、故障診断装置２０７の制御周期ごとに計算される。さらに、現在ｔ_１のモータ消費電力と所定時間（第１所定時間）Ｔｄだけ前の時点ｔ_０のモータ消費電力との消費電力差ΔＷを制御周期ごとに計算する。消費電力差ΔＷは、モータ２０１の消費電力の変化量であり、消費電力差ΔＷの絶対値が電力閾値Ｗ１よりも大きい場合（｜ΔＷ｜＞Ｗ１）、モータ２０１の消費電力量に付随する損失による熱がモータ温度を上昇させることが期待できる状態であり、温度センサ２０６の中間張り付き故障診断の前提条件が満たされた（故障診断を開始する）と判定される。

図５は、故障診断装置２０７で監視される温度センサの検出温度と時間の関係を表した図である。
故障診断装置２０７では、故障診断の前提条件が満たされており、故障診断を開始すると判定されている場合に、所定時間（第３所定時間）Ｔｔにおける温度センサ２０６の出力値のセンサ出力変化量を測定し、センサ出力変化量の絶対値が予め設定された故障判定閾値Ｔ未満のときに、温度センサ２０６が故障していると判定する。

故障診断では、温度センサ２０６の複数の検出温度から温度センサ２０６の検出温度の平均の変化量を算出し、温度センサ２０６の検出温度の平均の変化量と故障判定閾値Ｔとに基づいて、温度センサ２０６が故障しているか否かを判定する。本実施形態では、所定時間Ｔｔの間の温度センサ２０６の検出温度の変化量を２区間（Ｔ_ｏ２－Ｔ_ｏ１、Ｔ_ｏ１－Ｔ_ｃ）で計算する。そして、下記の式（１）に示すように、この２区間の変化量の絶対値の平均が故障判定閾値Ｔ未満であった場合、温度センサ２０６が中間張り付き故障をしていると確定する。
（｜Ｔ_ｃ－Ｔ_ｏ１｜＋｜Ｔ_ｏ１－Ｔ_ｏ２｜）／２＜故障判定閾値Ｔ・・・（１）

このように温度センサ２０６の複数の検出温度から温度センサ２０６の検出温度の平均の変化量を算出することによって、ノイズの影響を抑制することができる。

図６は、第１の実施の形態にかかる温度センサの診断装置によって実行される故障診断方法の一例を示すフローチャートである。図６に示す故障診断フローは、所定のプログラムサイクルで繰り返し実行される。図６のフローチャートに基づく動作は以下の通りである。

ステップＳ６０１:車両のイグニッションON、かつマイコン初期化完了、かつ故障診断装置２０７の初期化が完了しており、かつ温度センサの初期診断が完了していることを判定する。すべての条件を満たしている場合、ステップＳ６０２に移る。それ以外の場合、処理を終了する。

ステップＳ６０２:故障診断装置２０７の動作周期ごとにDC電流センサ２０４の出力値とDC電圧センサ２０５の出力値の積からモータ２０１の消費電力を計算する。計算された消費電力を所定時間Ｔｄに相当する時間分保存する。例えば、現在ｔ_１のモータ２０１の消費電力と１秒前ｔ_０のモータの消費電力の差から、モータ２０１の電力変化量ΔＷを計算する。

ステップＳ６０３:モータ２０１の電力変化量ΔＷの絶対値と電力閾値Ｗ１とを比較する。モータ２０１の電力変化量ΔＷの絶対値が電力閾値Ｗ１よりも大きい場合（｜ΔＷ｜＞Ｗ１）に、モータ２０１の温度が上昇中であると判断して、ステップＳ６０４へ移る。モータ２０１の電力変化量ΔＷの絶対値が電力閾値Ｗ１以下の場合（｜ΔＷ｜≦Ｗ１）、処理を終了する。ステップＳ６０３における処理は、特許請求の範囲の診断開始判定部に相当する。

ステップＳ６０４:温度センサ２０６の検出温度を所定時間Ｔｔの２倍の時間に相当する回数保存する。その後、ステップＳ６０５に移る。

ステップＳ６０５:所定時間Ｔｔの間の温度センサ２０６の検出温度の変化量を２区間で計算し、その後、２区間の変化量の平均を計算する。つまり、温度センサ２０６の所定時間Ｔｔにおける出力値のセンサ出力変化量を複数区間で測定し、それぞれの変化量の絶対値を平均した値を算出する。そして、ステップＳ６０６に移る。

ステップＳ６０６:温度センサ２０６の検出温度の変化量の平均の絶対値を故障判定閾値Ｔと比較する。温度センサ２０６の検出温度の変化量の絶対値の平均が故障判定閾値Ｔ未満の場合、ステップＳ６０７へ移る。温度センサ２０６の検出温度の変化量の平均の絶対値が故障判定閾値Ｔ以上の場合、処理を終了する。

ステップＳ６０７:温度センサ２０６に中間張り付き故障が発生していると判定する。その後、処理を終了する。ステップＳ６０４からＳ６０７の処理は、特許請求の範囲の故障診断部に相当する。

上述の故障診断装置２０７によれば、モータ２０１の消費電力の変化量ΔＷが電力閾値Ｗ１よりも大きい場合に故障診断を開始すると判定される。そして、温度センサ２０６の検出温度の変化量（センサ出力変化量）と故障判定閾値Ｔとに基づいて、温度センサ２０６の故障を判定する処理が行われる。

モータ２０１が電力を機械的エネルギーに変換した場合、必ず損失による熱が発生する。このことを利用して、モータ２０１の消費電力の変化量ΔＷが電力閾値Ｗ１よりも大きい場合には、モータ２０１の温度が所定値以上まで上昇することを期待することができる。したがって、診断開始条件を満たして診断開始と判定された場合に、温度センサ２０６の検出温度の平均の変化量の絶対値が故障判定閾値Ｔ未満であるときは、温度センサ２０６に中間張り付き故障が発生していると診断することができる。

［第２実施形態］本実施形態では、図７に示すように、DC電流とDC電圧の積からモータ消費電力を故障診断装置２０７の制御周期ごとに計算する。さらに現在ｔ_１のモータ消費電力と所定時間Ｔｄだけ前の時点ｔ_０のモータ消費電力との消費電力差ΔＷを制御周期ごとに計算する。消費電力差ΔＷの絶対値が電力閾値Ｗ１よりも大きい状態（｜ΔＷ｜＞Ｗ１）が所定時間（第２所定時間）Ｔｗに相当する時間以上連続して継続した場合、モータ２０１の消費電力量に対応する損失による熱がモータ温度を上昇させることが期待できる状態であり、温度センサ２０６の中間張り付き故障診断の前提条件が満たされた（故障診断を開始する）と判定する。

例えば、第１実施形態では、パルス状にモータ消費電力が大きくなった場合、診断の前提条件が満たされたと判定される。しかしながら、このような場合、モータ消費電力量が大きくないため、モータ温度の昇温は大きくなく、正常な温度センサ２０６を誤って異常と判定する可能性がある。本実施形態によれば、消費電力差ΔＷの絶対値が電力閾値Ｗ１よりも大きい状態（｜ΔＷ｜＞Ｗ１）が所定時間（第２所定時間）Ｔｗ以上連続して継続した場合に、温度センサ２０６の故障診断を開始すると判断する。したがって、モータ温度が昇温するようなモータ消費電力量の場合にのみ、故障診断の前提条件が満たされたと判定することができ、正常な温度センサ２０６を誤って異常と判定することを防ぐことができる。

［第３実施形態］例えば、モータ２０１で使用される銅線の温度が低い場合には、銅線の抵抗率も低くなるため、モータ２０１の消費電力に対してモータ２０１の発熱が小さくなる。そのため、モータ２０１で使用される銅線の温度が低い場合に、第１実施形態の故障診断装置を用いて故障診断を実施すると、正常な温度センサ２０６を誤って異常と判定する可能性がある。

本実施形態では、故障診断装置２０７は、モータ２０１の温度を推定する温度推定部を有している。モータ２０１の温度を推定する方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、外気温、冷却水温、ギアボックスのオイル温度等のモータ温度センサ以外の情報を用いて熱回路網法による計算をすることでモータ２０１の温度を推定することができる。そして、故障診断装置２０７は、温度推定部により推定したモータ温度に応じて故障判定閾値Ｔを変更する。

例えば、推定したモータ温度が予め設定された基準温度よりも低い場合には、故障判定閾値Ｔを基準温度のときよりも低い値に変更する。これにより、正常な温度センサ２０６を誤って異常と判定しないようにすることができ、温度センサ２０６の中間張り付き故障診断における誤診断を防ぎ、精度を向上することが可能である。なお、本実施形態では、推定温度に応じて故障判定閾値を変更する場合を例について説明したが、故障判定閾値を一定とし、推定温度に応じて比較値を変更してもよい。

［第４実施形態］本実施形態では、故障診断装置２０７は、モータ２０１の温度を推定する温度推定部を有している。そして、故障診断装置２０７は、温度推定部により推定した温度に応じて電力閾値Ｗ１を変更する。

例えば、推定したモータ温度が予め設定された基準温度よりも低い場合には、電力閾値Ｗ１を基準温度のときよりも大きな値に変更する。これにより、診断開始判定処理において、モータ２０１の温度が、正常な温度センサを誤って異常と判定することが予測される温度の場合に、診断実施の前提条件が満たされていると誤判定するのを防ぐことができ、故障診断の判定精度を向上することが可能である。なお、本実施形態では、推定温度に応じて電力閾値Ｗ１を変更する場合を例について説明したが、電力閾値Ｗ１を一定とし、推定温度に応じて比較値を変更してもよい。

［第５実施形態］本実施形態では、故障診断装置２０７は、モータ２０１の温度を推定する温度推定部を有している。そして、故障診断装置２０７は、温度推定部により推定した温度に応じて所定時間Ｔｗを変更する。

例えば、推定したモータ温度が予め設定された基準温度よりも低くかつモータ２０１が所定時間Ｔｓ以上動作していない場合には、所定時間Ｔｗを基準温度のときよりも長くする。これにより、モータ２０１が昇温されていると推定できる場合にのみ、故障診断を実施するための前提条件が満たされていると判定する。したがって、診断開始判定処理において、モータ２０１の温度が、正常な温度センサ２０６を誤って異常と判定することが予測される温度の場合に、診断実施の前提条件が満たされていると誤判定するのを防ぐことができ、故障診断の判定精度を向上することが可能である。

［第６実施形態］本実施形態では、故障診断装置２０７は、モータの磁石の減磁状態に応じて電力閾値Ｗ１を変更する。

例えば、内部永久磁石の同期モータのトルクは、磁力トルクとリラクタンストルクに分解することが可能である。このうち、磁力トルクは、モータの磁石の磁束と電流に比例する。モータの磁石の磁束が減少した状態では、減少する前と比較して同一のトルクを発生させるために必要な電流が大きくなる。以上より、モータの磁石の磁束が減少した状態では、減少する前と比較して同一のトルクモータの発熱が大きくなる。

指令トルクと実トルクの比からモータの磁石の磁束の状態を判定し、モータの磁石の磁束が減少したと判定された場合には電力閾値Ｗ１を低くする。これにより、診断実施の前提条件が満たされていると判定する回数が増加し、温度センサ２０６の中間張り付き故障を検出できる機会が増える。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１・・・バッテリ、１０２・・・バッテリコントローラ、１０３・・・インバータ、１０４・・・モータ、１０５・・・ギアボックス、１０６・・・ドライブシャフト、２０１・・・モータ、２０２・・・インバータ、２０３・・・バッテリ、２０４・・・ＤＣ電流センサ、２０５・・・ＤＣ電圧センサ、２０６・・・温度センサ、２０７・・・故障診断装置

Claims

モータの温度を検出する温度センサの故障を診断する温度センサの故障診断装置であって、
該モータの消費電力の変化に基づいて故障診断を開始するか否かを判定する診断開始判定部と、
該診断開始判定部で故障診断を開始すると判定された場合に、所定時間における前記温度センサの出力値のセンサ出力変化量を測定し、該センサ出力変化量の絶対値が予め設定された故障判定閾値未満のときに、前記温度センサが故障していると判定する故障診断部と、
前記モータの温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記故障診断部は、前記温度推定部により推定した温度に応じて前記故障判定閾値を変更することを特徴とする温度センサの故障診断装置。
モータの温度を検出する温度センサの故障を診断する温度センサの故障診断装置であって、
該モータの消費電力の変化に基づいて故障診断を開始するか否かを判定する診断開始判定部と、
該診断開始判定部で故障診断を開始すると判定された場合に、所定時間における前記温度センサの出力値のセンサ出力変化量を測定し、該センサ出力変化量の絶対値が予め設定された故障判定閾値未満のときに、前記温度センサが故障していると判定する故障診断部と、
前記モータの温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記診断開始判定部は、前記モータの電力変化量に基づいて前記モータの温度が上昇中であるか否かを判断し、前記モータの温度が上昇中であると判断した場合に、故障診断を開始すると判定し、
前記診断開始判定部は、前記モータの第１所定時間における電力変化量の絶対値が電力閾値よりも大きい場合に、前記モータの温度が上昇中であると判断し、
前記診断開始判定部は、前記温度推定部により推定した温度に応じて前記電力閾値を変更することを特徴とする温度センサの故障診断装置。
モータの温度を検出する温度センサの故障を診断する温度センサの故障診断装置であって、
該モータの消費電力の変化に基づいて故障診断を開始するか否かを判定する診断開始判定部と、
該診断開始判定部で故障診断を開始すると判定された場合に、所定時間における前記温度センサの出力値のセンサ出力変化量を測定し、該センサ出力変化量の絶対値が予め設定された故障判定閾値未満のときに、前記温度センサが故障していると判定する故障診断部と、
前記モータの温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記診断開始判定部は、前記モータの電力変化量に基づいて前記モータの温度が上昇中であるか否かを判断し、前記モータの温度が上昇中であると判断した場合に、故障診断を開始すると判定し、
前記診断開始判定部は、前記モータの第１所定時間における電力変化量の絶対値が電力閾値よりも大きい状態が第２所定時間以上継続した場合に、前記モータの温度が上昇中であると判断し、
前記故障診断部は、前記温度推定部により推定した温度に応じて前記第２所定時間を変更することを特徴とする温度センサの故障診断装置。
モータの温度を検出する温度センサの故障を診断する温度センサの故障診断装置であって、
該モータの消費電力の変化に基づいて故障診断を開始するか否かを判定する診断開始判定部と、
該診断開始判定部で故障診断を開始すると判定された場合に、所定時間における前記温度センサの出力値のセンサ出力変化量を測定し、該センサ出力変化量の絶対値が予め設定された故障判定閾値未満のときに、前記温度センサが故障していると判定する故障診断部と、
前記モータの温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記診断開始判定部は、前記モータの電力変化量に基づいて前記モータの温度が上昇中であるか否かを判断し、前記モータの温度が上昇中であると判断した場合に、故障診断を開始すると判定し、
前記診断開始判定部は、前記モータの第１所定時間における電力変化量の絶対値が電力閾値よりも大きい場合に、前記モータの温度が上昇中であると判断し、
前記故障診断部は、前記モータの磁石の減磁状態に応じて前記電力閾値を変更することを特徴とする温度センサの故障診断装置。