JP7275565B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、制御装置に関する。特に、電源と走行用モータの間に接続されたインバータを制御する制御装置に関する。

制御装置を含む電子機器は、複数の処理装置を並列に動作させることがある。特許文献１には、複数の処理装置を並列に動作させた場合にそれぞれの処理装置が発するクロック信号を時分割し、合成した信号を、複数の処理装置を監視する監視装置に送ることで、複数の処理装置の異常を一つの監視装置で監視する技術が開示されている。

特開２００９－０５３９５２号公報

特許文献１に開示する技術では、例えば１つの処理装置に異常が発生し、監視装置が異常を検知した後、監視装置から異常が発生した処理装置へリセット信号が送られるまでに他の正常な処理装置が処理を進めてしまうおそれがある。特に、インバータを制御する制御装置では、電流フィードバック制御を実行する処理装置が正常であるにもかかわらず、電流センサを監視する処理装置で異常が生じた場合、電流センサが正常である確証がないまま、電流フィードバック制御が継続されてしまう。第２処理装置で異常が発生し、同時に電流センサでも異常が発生すると、正しくない電流計測値に基づいたデューティ比の駆動信号がインバータへ送られてしまう。

本明細書は、インバータの電流フィードバック制御を実行する第１処理装置と電流センサを監視する第２処理装置が並列に動作する制御装置に関し、第２処理装置に異常が発生してからリセットされるまでの間に第１処理装置からインバータへ、本来の正しいデューティ比から大きく外れたデューティ比の駆動信号が送信されることを防止する技術を提供する。

本明細書が開示する制御装置は、走行用モータに接続されたインバータを制御する。この制御装置は、インバータが走行用モータに供給する電流を計測する電流センサと、第１処理装置と、第２処理装置と、監視装置を備えている。第１処理装置は、電流センサの計測した電流値と目標電流の差分に基づいてインバータに供給するデューティ比を決定するとともに、決定したデューティ比の駆動信号をインバータに出力する。第２処理装置は、電流センサの異常の有無を監視する。監視装置は、第２処理装置の異常を監視するとともに、第１処理装置が出力したデューティ比を記憶する。なお、監視装置は、第１処理装置も監視するが、本明細書では、第２処理装置の異常に着目するため、第１処理装置の異常については言及しない。監視装置は、第２処理装置の異常を検知した場合、第１処理装置に対して、上記した差分に基づくデューティ比の決定を停止させるとともに、異常発生前に記憶したデューティ比の駆動信号をインバータへ出力させる。本明細書が開示する制御装置は、電流センサを監視する第２処理装置の異常が検知されると直ちに電流センサの使用を停止し、異常検知前のデューティ比の駆動信号をインバータへ出力する。第２処理装置で異常が発生した場合、直ちに異常発生前のデューティ比の駆動信号を出力することで、本来のデューティ比から大きく離れたデューティ比の駆動信号が出力されることが防止される。

監視装置の異常検知とデューティ比記憶の実現手段の一例は以下の通りである。第２処理装置は、所定周期で値を変更するカウンタを備えている。監視装置は、所定周期より長い別の周期でカウンタの値を読み出すととともに第１処理装置が決定したデューティ比を取得し、読み出したカウンタの値とデューティ比を関連つけて記憶する。監視装置は、前回読み出したカウンタの値と今回読み出した前記カウンタの値が同じであった場合、第２処理装置で異常が発生したことを検知できる。その場合、監視装置は、第１処理装置に対して、前々回に読み出したカウンタの値に対応付けられたデューティ比の駆動信号を出力させる。

本明細書が開示する技術は、第１処理装置と第２処理装置と監視装置のそれぞれが、１つのプロセッサ・パッケージに３個のコアが収容されているマルチコアプロセッサの３個のコアのそれぞれで実現されているマルチコアプロセッサに適用することが好適である。そのようなマルチコアプロセッサでは、監視装置は、第２処理装置または第１処理装置の異常を検知した場合に、異常発生を通知する信号を別のプロセッサへ送信する。信号を受信した別のプロセッサは、マルチコアプロセッサに対してリセット信号を送信する。従来のマルチコアプロセッサと別のプロセッサの場合、（１）監視装置に相当するコアが第２処理装置に相等するコアの異常を検知する。（２）監視装置に相当するコアが別のプロセッサへ異常を通知する。（３）別のプロセッサがマルチコアプロセッサに対してリセット信号を送信する。すなわち、異常検知からリセット信号送信まで３ステップが必要となる。その間に第１処理装置が本体のデューティ比とはかけ離れたデューティ比の駆動信号を出力してしまうおそれがある。本明細書が開示する技術をマルチコアプロセッサに適用すれば、処理は次の通りとなる。（１）監視装置に相当するコアが第２処理装置に相等するコアの異常を検知する。（２）監視装置に相当するコアが第１処理装置に相当するコアに対してデューティ比の切り換えを指令する。この場合、マルチコアプロセッサ内部の２ステップで第１処理装置は記憶されたデューティ比の駆動信号を出力し始めることになる。第２処理装置の異常検知後、直ちに、電流センサの計測値を使ったフィードバック制御から固定デューティの出力に切り替わる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の制御装置が搭載される電気自動車のブロック図である。 実施例の制御装置の監視装置が行う制御のフローチャートである。 デューティ比とカウンタ値の時系列の変化の一例を示す表である。

図面を参照して実施例の制御装置１０を説明する。まず、制御装置１０が搭載されている電気自動車２について説明する。図１に、電気自動車２のブロック図を示す。実施例の電気自動車２は、バッテリ４と、インバータ６と、走行用モータ８と、制御装置１０と、外部プロセッサ２０を有している。バッテリ４は、例えばリチウム電池である。図１に示すように、インバータ６は、走行用モータ８に接続されている。インバータ６は、バッテリ４から双方向電圧コンバータ（不図示）を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換して走行用モータ８に供給したり、走行用モータ８が発電した三相交流電力を直流電力に変換して双方向電圧コンバータ（不図示）を介してバッテリ４へ供給したりする。インバータ６は、主に２個のスイッチング素子の直列回路が３組並列に接続された既知の回路構成を有している。インバータ６の回路構成の詳細な説明は省略する。

続いて制御装置１０について説明する。制御装置１０は、電気自動車２のインバータ６を制御することで電気自動車２を走行させたり制動させたりする。具体的には、制御装置１０は、不図示の上位コントローラから、電気自動車２のアクセル開度等の情報から得られる目標トルクを取得する。制御装置１０は、目標トルク発生のためにインバータ６から走行用モータ８に流すべき目標電流値を決定する。制御装置１０は、インバータ６を目標電流値に基づいて制御する。

制御装置１０は、第１処理装置１４と、第２処理装置１６、監視装置１８及び電流センサ１２を有している。制御装置１０は、インバータ６が走行用モータ８に供給する電流を電流センサ１２で計測する。電流センサ１２は、計測した電流値（以下、計測値と称する）を第１処理装置１４に送信する。第１処理装置１４は、計測値と上述した目標電流値との差分に基づいてデューティ比を決定する。第１処理装置１４は、決定したデューティ比の駆動信号をインバータ６に出力する。インバータ６は、第１処理装置１４から駆動信号を受け、駆動信号に基づいて走行用モータ８を駆動する三相交流を生成する。これにより、インバータ６が走行用モータ８に供給する電流値を目標電流値に近づけることができる。すなわち、走行用モータ８に目標トルクを発生させることができる。なお、この駆動信号は、決定されたデューティ比のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。計測値が目標電流よりも低い場合は、第１処理装置１４は、デューティ比を高くする。計測値が目標電流よりも高い場合は、第１処理装置１４は、デューティ比を低くする。すなわち、第１処理装置１４は、目標電流と計測値の差分がゼロに収束するようにインバータ６を制御する。別言すれば、制御装置１０は、第１処理装置１４を用いて、インバータ６の電流フィードバック制御を実行する。

また、第１処理装置１４は、第１カウンタ１４ａを有している。第１カウンタ１４ａは、所定の周期（例えば、[２．５ｍｓｅｃ]毎）で第１カウンタ値を変更する。第１処理装置１４は、上述したデューティ比と、デューティ比を決定したときの第１カウンタ値を監視装置１８へ送信する。監視装置１８は、第１処理装置１４から受信したデューティ比と、第１カウンタ値を関連付けて記憶する。詳細は後述するが、監視装置１８は、第１カウンタ値によって、記憶しているデューティ比を識別する。監視装置１８は、前回の第１カウンタ値と、今回の第１カウンタ値が同じである場合に、第１処理装置１４に異常が発生したと判断する。

第２処理装置１６について説明する。第２処理装置１６は、電流センサ１２から所定の周期（例えば、[２．５ｍｓｅｃ]毎）で信号を受信している。この信号は、電流センサ１２に異常が発生した場合に第２処理装置１６に異常発生を知らせるための異常発生フラグである。第２処理装置１６は、所定の周期で信号を受信し、異常発生フラグを受信した場合に、電流センサ１２に異常が発生したことを検知する。第２処理装置１６は、電流センサ１２から異常発生フラグを受信した場合に、電流センサ１２に異常が発生したことを示す信号を監視装置１８に送信する。第２処理装置１６から電流センサ１２に異常が発生したことを示す信号を受信した監視装置１８は、第１処理装置１４にデューティ比を前回値に保持することを指示する信号を送信する。監視装置１８からデューティ比を前回値に保持することを指示する信号を受信した第１処理装置１４は、差分に基づくデューティ比の決定を停止し、デューティ比を前回値に保持する。以後、第１処理装置１４は、保持したデューティ比の駆動信号を所定の周期毎に出力し続ける。このように、第２処理装置１６は、この異常判定フラグによって電流センサ１２の異常の有無を監視しており、異常発生を検知した場合に、監視装置１８に信号を送信することでデューティ比を前回値に保持する。なお、上述した処理は、第２処理装置１６が電流センサ１２の異常を検知した場合に、他の処理に優先して実行される。すなわち、第２処理装置１６は、電流センサ１２に異常が発生した場合に、２．５[ｍｓｅｃ]毎の周期で上述した処理を実行することができる。

また、第２処理装置１６は、第２カウンタ１６ａを有している。第２カウンタ１６ａは、所定の周期（例えば、２．５[ｍｓｅｃ]毎）で第２カウンタ値を変更する。監視装置１８は、第２処理装置１６の第２カウンタ値を、２．５[ｍｓｅｃ]毎に読み出す。監視装置１８は、前回の第２カウンタ値と、今回の第２カウンタ値が同じである場合に、第２処理装置１６に異常が発生したと判断する。

ここで、第２処理装置１６に異常が発生した場合に、制御装置１０に起こり得る問題について説明する。先に述べたように、第２処理装置１６は、電流センサ１２の異常が発生した場合に、[２．５ｍｓｅｃ]周期の異常発生フラグを受信して電流センサ１２に異常が発生したことを検知する。ここでは、例えば電流センサ１２が第２処理装置１６に正常であることを示す信号を送信した後であって次の信号を送信する前に、電流センサ１２に異常が発生した場合について説明する。この場合、電流センサ１２から異常発生フラグを受信する前に、さらに第２処理装置１６に異常が発生すると、異常が発生した第２処理装置１６は、上述した監視装置１８を介してデューティ比を前回値に保持させるための処理が実行できない。そのため、第１処理装置１４は、異常が発生した電流センサ１２の電流値を用いてフィードバック制御を継続する。

また、先に述べたように、（１）監視装置１８は、第２カウンタ値を２．５[ｍｓｅｃ]毎に読み出すことで、第２処理装置１６の異常発生を検知する。すなわち、監視装置１８が第２カウンタ値から第２処理装置１６の異常発生を検知するまでには電流センサ１２の異常発生から第２カウンタ値を読み出すまでの時間を要する。また、監視装置１８は、さらに、（２）外部プロセッサ２０に第２処理装置１６の異常発生を示すフロー異常フラグを送信し、（３）フロー異常フラグを受信した外部プロセッサ２０が監視装置１８を介して第１処理装置１４にリセット信号を発信し、リセット信号を受けた第１処理装置１４は、自身のＣＰＵ（中央演算装置）をリセットする。

電気自動車２におけるインバータ６の電流のフィードバック制御が行われる周期は、非常に短い。具体的には、例えば[１００μｓｅｃ]毎にインバータ６の電流のフィードバック制御が行われる。そのため、上述した（１）～（３）の処理が行われている間に、異常が発生した電流センサ１２からフィードバックされた電流値に基づいて、デューティ比が本来の正しい値から大きく外れてしまうおそれがある。このように正しくないデューティ比がインバータ６に送信されることを防止するため、本明細書が開示する制御装置１０の監視装置１８が行う制御について、以下、説明する。

図２を用いて制御装置１０の監視装置１８が行う制御について説明する。監視装置１８は、制御装置１０を搭載する電気自動車２のアクセルが踏まれ、不図示の上位コントローラから目標トルクが制御装置１０に送信された場合に、図２に示す制御を開始する。まず、監視装置１８は、第１処理装置１４が出力したデューティ比と第２カウンタ値Ｎを記憶する（ステップＳ２）監視装置１８は、この第２カウンタ値Ｎを前回に読み出した第２カウンタ値と比較し、更新されているかを判断する（ステップＳ４）。具体的には、今回読み出した第２カウンタ値Ｎが、前回に読み出した第２カウンタ値Ｎ－１から変更されている場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、先に述べたように監視装置１８は、第２処理装置１６に異常は発生していないと判定する。

一方、前回に読み出した第２カウンタ値もＮであり、第２カウンタ値Ｎが更新されていない場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、第２カウンタ値の更新時間以下であるかを判断する（ステップＳ６）。ここで、第２カウンタ値が更新される周期と、監視装置１８が第２カウンタ値を読み出す周期は非同期である。例えば、第２カウンタ値の変更周期と、第２カウンタ値の読み出し周期がともに２．５[ｍｓｅｃ]毎である場合、第２カウンタ値が変更されない２．５[ｍｓｅｃ]の間に監視装置１８が第２カウンタ値を２度読み出すことも起こりえる。第２カウンタ値の更新時間前に、監視装置１８が同じ第２カウンタ値を２度読み出した場合は、第２処理装置１６に異常が発生していなくても第２カウンタ値は更新されない。このような場合に、第２カウンタ値に異常が発生したと検知してしまうことを防止するため、監視装置１８は、第２カウンタ値の更新時間以下であるかを判断し、更新時間以下の場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、第２処理装置１６に異常は発生していないと判定する。

一方、第２カウンタの更新時間が経過している場合（ステップＳ６：ＮＯ）には、監視装置１８は、第２処理装置１６に異常が発生したと判定する。監視装置１８は、フロー異常フラグをＯＮにする（ステップＳ８）。このフロー異常フラグは、外部プロセッサ２０に第２処理装置１６の異常発生を知らせる信号である。先に述べたように、このフロー異常フラグにより、外部プロセッサ２０は、監視装置１８にリセット信号を送信する。リセット信号を受信した監視装置１８は、第１処理装置１４にリセット信号を送信する。リセット信号を受信した第１処理装置１４は、デューティ比をリセットする。すなわち、監視装置１８は、第１処理装置１４に対して、差分に基づくデューティ比の決定を停止させる処理を実行する。

上述したデューティ比をリセットするための処理を実行するとともに、監視装置１８は、第２カウンタ値Ｎ－１に対応するデューティ比を特定する（ステップＳ１０）。第２カウンタ値Ｎ－１は、電流センサ１２の異常発生前に記憶した第２カウンタ値である。ここでは、前回に読み出した第２カウンタ値Ｎと、今回読み出した第２カウンタ値Ｎが同じであるため、電流センサ１２の異常発生前に記憶した第２カウンタ値は、前々回に読み出した第２カウンタ値であるＮ－１となる。先に述べたように、監視装置１８は、第２カウンタ値とデューティ比を関連付けて記憶している。このため、電流センサ１２の異常発生前に記憶した第２カウンタ値Ｎ－１に対応するデューティ比を特定することができる。

監視装置１８は、特定した第２カウンタ値Ｎ－１に対応するデューティ比を第１処理装置１４に送信する（ステップＳ１２）。これにより、電流センサ１２に異常が発生する前のデューティ比を用いて第１処理装置１４は、インバータ６を制御する。すなわち、制御装置１０は、（１）第２処理装置１６の異常を検知した監視装置１８が、外部プロセッサ２０にフロー異常フラグを送信すると同時に、（２）第１処理装置１４に対して、第２処理装置１６の異常発生前のデューティ比に切換える。制御装置１０は、（１）、（２）の２ステップで第１処理装置１４のデューティ比を異常発生前の値に戻すことができる。すなわち、上述した（１）～（３）の３ステップを要する外部プロセッサ２０のリセット信号よりも早く、第１処理装置１４のデューティ比を正常な値に戻すことができる。

このように、本明細書が開示する制御装置１０は、第２処理装置１６で異常が発生した場合に、２ステップでデューティ比を正常に戻すことができる。すなわち、異常が発生した電流センサ１２の値により、周期の短いフィードバック制御が進むのを防止することができる。別言すれば、正しくない電流計測値に基づいたデューティ比の駆動信号がインバータ６へ送られてしまうのを防止することができる。

図３を用いて、監視装置１８が第２カウンタ値を読み出す周期を、第２カウンタ値を変更する周期より長い別の周期とした場合における、電流センサ１２及び第２処理装置１６に異常が発生した場合の、デューティ比の特定方法の一例について説明する。図３は、第１処理装置の第１カウンタ値と、デューティ比、第２処理装置の第２カウンタ値を時系列の変化を表す。紙面左側の１列は、時刻を示している。また、紙面中央部の２列は、第１処理装置１４の第１カウンタ値と出力したデューティ比を示している。紙面右側には、第２処理装置１６の第２カウンタ値が示されている。各時刻の間隔は、第２カウンタ値が値を変更する間隔である。理解を助けるために、時刻ｔ１の行には、第１カウンタ値５、デューティ比５０、第２カウンタ値Ｎ－１と並べられているが、第１処理装置１４と第２処理装置１６は非同期で処理をしている。

図３では、理解を助けるために、監視装置１８が読み出す第２カウンタ値の行をハッチングしている。図３に示すように、時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７で監視装置１８が第２カウンタ値を読み出している。監視装置１８は、第２カウンタ値と同時に、第１処理装置１４の第１カウンタ値とデューティ比を読み出す。例えば時刻ｔ１では、監視装置１８は、第１カウンタ値５とデューティ比５０と、第２カウンタ値Ｎ－１を読み取り、関連付けて記憶する。

その後、第１処理装置１４は、電流センサ１２（図１参照）の電流値からデューティ比を６０、７０と変化させるとともに、第１カウンタ値も６、７と変更する。第２処理装置１６は、第２カウンタ値をＮ－１からＮに変更する。ここで、時刻ｔ２の途中で電流センサ１２と、第２処理装置１６に異常が発生した場合について説明する。時刻ｔ３となり、監視装置１８は、第１カウンタ値７と、デューティ比７０と、第２カウンタ値Ｎを読み出す。時刻ｔ２からｔ３で、異常が発生した第２処理装置１６は、第２カウンタ値Ｎを変更していない。しかし、監視装置１８は、第２カウンタ値が前回読み出したＮ－１からＮに変更されているため、第２処理装置１６に異常が発生したとは判定しない。その後、時刻がｔ４となり、第１処理装置１４は、異常が発生した電流センサ１２の電流値に基づいて、デューティ比を８０として出力する。第２処理装置に異常が発生した、第２カウンタ値は、変更されない。

時刻がｔ５となり、監視装置１８は、第１カウンタ値９と、デューティ比９０と、第２カウンタ値Ｎを読み出す。監視装置１８は、第２カウンタ値Ｎが前回（すなわち、時刻ｔ３）に読み出した値と同じであるため、第２処理装置１６に異常が発生したと検知する。第２処理装置１６の異常を検知した監視装置１８は、前々回（すなわち、時刻ｔ１）に読み出した第２カウンタ値Ｎ－１に対応する第１カウンタ値５のデューティ比５０を特定する。監視装置１８は、特定されたデューティ比５０を第１処理装置１４に送信し、第１処理装置１４が、異常が発生した電流センサ１２から電流値をフィードバックして決定したデューティ比９０と切換える。このように、制御装置１０は、監視装置１８が第２カウンタ値を読み出す周期を変更しても、監視装置１８により、異常が発生した電流センサ１２のフィードバックにより第１処理装置１４が正しくないデューティ比を出力するのを防止することができる。その後、時刻ｔ７では、監視装置１８は、第１処理装置１４から異常発生前の第１カウンタ値５とデューティ比５０を読み出す。また、監視装置１８は、第２処理装置から異常発生前の第２カウンタ値Ｎ－１を読み出す。

また、本明細書が開示する技術は、第１処理装置１４と第２処理装置１６と監視装置１８のそれぞれが、１つのプロセッサ・パッケージに３個のコアが収容されているマルチコアプロセッサの３個のコアのそれぞれで実現されているマルチコアプロセッサに適用してもよい。そのようなマルチコアプロセッサでは、第２処理装置１６の異常を検知した場合に、上述したように監視装置１８を用いてマルチコアプロセッサ内部の２ステップでデューティ比を正常に戻すことができる。

本実施例の留意点を以下に述べる。本明細書が開示する制御装置１０は、第１カウンタ値と第２カウンタ値を関連付けることで第２カウンタ値とデューティ比を関連付けている。本明細書が開示する技術では、第１カウンタ値は必須の構成要素ではない。第２カウンタ値とデューティ比の関連付けは、例えば、第１処理装置１４のデューティ比処理と、第２処理装置の処理の時刻同期をとることで、デューティ比と第２カウンタ値を関連付けてもよい。

また、監視装置１８が第２カウンタ値を読み出す周期によっては、図２のステップＳ６に示す第２カウンタの更新時間以下かの判断は、省略することができる。具体的には、監視装置１８の第２カウンタ値を読み出す周期が、第２カウンタの更新時間よりも長い場合には、この処理は省略してもよい。

実施例の監視装置１８は、前回に読み出した第２カウンタ値と今回読み出した第２カウンタ値が同じであった場合、第１処理装置１４に対して、前々回に読み出した第２カウンタ値に対応付けられたデューティ比の駆動信号を出力させる。図２のステップＳ６の処理が意味するところは次の通りである。すなわち、「今回読み出した第２カウンタ値」は、第２カウンタ値を前回に読み出したときから、第２カウンタ値の更新周期を経過した後に読み出した第２カウンタ値を意味する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
４：バッテリ
６：インバータ
８：走行用モータ
１０：制御装置
１２：電流センサ
１４：第１処理装置
１６：第２処理装置
１６ａ：カウンタ
１８：監視装置
２０：外部プロセッサ

Claims (1)

1. 走行用モータに接続されたインバータを制御する制御装置であって、
   前記インバータが前記走行用モータに供給する電流を計測する電流センサと、
   前記電流センサの計測した電流値と目標電流値との差分に基づいてデューティ比を決定するとともに、決定した前記デューティ比の駆動信号を前記インバータに出力する第1処理装置と、
   前記電流センサの異常の有無を監視するとともに、第１の周期でカウンタ値を更新するカウンタを有する第２処理装置と、
   前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記カウンタ値を読み出して前記第２処理装置の異常を監視するとともに、前記第１処理装置が決定した前記デューティ比と、当該デューティ比を決定した時点における前記カウンタ値と、を記憶する監視装置と、
   を備えており、
   前記監視装置は、
   前回読み出したカウンタの値と今回読み出した前記カウンタの値が同じであった場合、前記第１処理装置に対して、前記差分に基づくデューティ比の決定を停止させるとともに、
   前々回に読み出した前記カウンタ値に対応付けられた前記デューティ比の駆動信号を出力させる、
   制御装置。

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