WO2019016850A1 - 電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法 - Google Patents

電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法 Download PDF

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朝隆 上野
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    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present disclosure relates to a voltage sensor diagnostic device and a voltage sensor diagnostic method for diagnosing normality / abnormality of a voltage sensor that detects a circuit voltage in a system circuit of an electrical device system.
  • the following method is known as a method for detecting an abnormality of a sensor.
  • the detection values Ca and Cb of the two current sensors that detect the motor drive current are sampled, and when the difference ⁇ C between the detection values Ca and Cb of these current sensors exceeds the threshold Cth, the counter value CNT of the abnormality counter 14 is incremented. .
  • the difference ⁇ C is less than or equal to the threshold Cth, it is determined whether the sampling timing of the detection values Ca and Cb is near the zero cross of the motor drive current. The value is maintained, and the counter value CNT of the abnormal counter 14 is reset if it is other than near the zero crossing.
  • the counter value CNT of the abnormality counter 14 reaches a predetermined reference value, it is determined that one of the two current sensors is in the abnormal state, and the relay drive signal RS is output (see, for example, Patent Document 1) ).
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a voltage sensor diagnostic device and a voltage sensor diagnostic method for detecting an abnormality in which a voltage detection value of a circuit voltage fluctuates in the same direction.
  • the present disclosure includes a monitoring device that diagnoses normality / abnormality of a voltage sensor that detects a circuit voltage in a system circuit of an electrical device system.
  • the monitor device has a main multiplication circuit, a follow multiplication circuit, and an abnormality diagnosis circuit.
  • the main multiplication circuit inputs a circuit voltage as a monitor voltage, and outputs a signal as a detection value of the circuit voltage without inverting the gain.
  • the slave multiplier circuit inputs the circuit voltage as a monitor voltage, and as a detected value of the circuit voltage, the gain is inverted with respect to the output signal from the main multiplier circuit to output a signal.
  • the abnormality diagnosis circuit diagnoses an abnormality in the main multiplication circuit as a voltage sensor and the follow multiplication circuit based on the gain non-inverted output signal from the main multiplication circuit and the gain inverted output signal from the follow multiplication circuit.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a monitor device of a first embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration example of a main multiplication circuit in the monitor device of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration example of a slave multiplier circuit in the monitor device of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a multiplier circuit output characteristic diagram showing main multiplier circuit output characteristics and a slave multiplier circuit output characteristic in the monitor device of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of an abnormality diagnosis process of a voltage detection value executed by an abnormality diagnosis circuit in the monitor apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a multiplier circuit output characteristic diagram showing main multiplier circuit output characteristics and a slave multiplier circuit output characteristic in the monitor device of the second embodiment.
  • FIG. 13 is a circuit block diagram showing an example of configuration of a main multiplication circuit in the monitor device of Example 3;
  • FIG. 13 is a circuit block diagram showing an example of a configuration of a slave multiplier circuit in the monitor device of Example 3;
  • FIG. 16 is a multiplier circuit output characteristic diagram showing main multiplier circuit output characteristics and a follower multiplier circuit output characteristic in the monitor device of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a multiplier circuit output characteristic diagram showing main multiplier circuit output characteristics and a follower multiplier circuit output characteristic in the monitor device of the fourth embodiment.
  • an in-vehicle motor control system (one example of an electrical device system) for controlling a motor / generator mounted on a drive source of an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle Applied to Hereinafter, the configuration of the first embodiment will be described by being divided into “overall system configuration” and “detailed configuration of monitor device”.
  • FIG. 1 shows an in-vehicle motor control system to which a voltage sensor diagnostic device and a voltage sensor diagnostic method of Embodiment 1 are applied.
  • a voltage sensor diagnostic device and a voltage sensor diagnostic method of Embodiment 1 are applied.
  • the entire system configuration will be described based on FIG.
  • the system circuit of the in-vehicle motor control system includes a battery 1, relays 2 a and 2 b, a smoothing capacitor 4, an inverter 5, and a motor 6.
  • the battery 1 is mounted on a vehicle as a motor power source for driving the motor 6.
  • a large capacity lithium ion battery called a high-power battery or the like is used.
  • the relays 2a and 2b are switches provided for the two connection lines 10 and 11 for connecting the battery 1 and the inverter 5, respectively, and switching between conduction / disconnection with the motor 6.
  • the relays 2 a and 2 b are controlled to open and close by the motor controller 16.
  • the smoothing capacitor 4 is connected in parallel with the battery 1 to the two connection lines 10 and 11 connecting the battery 1 and the inverter 5, and suppresses variation in voltage to a small level and smoothes the voltage.
  • the inverter 5 is a converter that bidirectionally converts direct current on the battery 1 side and three-phase alternating current on the motor 6 side.
  • the DC voltage input by battery discharge is converted into three-phase AC and is output to the motor 6.
  • the input by the three-phase alternating current from the motor 6 is converted into a DC voltage, and the battery 1 is charged.
  • the motor 6 is a three-phase AC synchronous motor in which permanent magnets are embedded in the motor rotor, and the inverter 5 and the winding coil of the motor stator are connected via the U phase wire 12a, the V phase wire 12b and the W phase wire 12c. Be done.
  • the motor and the inverter are not limited to the motor 6 and the inverter 5 described above, and the motor may be a DC motor, a six-phase induction motor or the like.
  • the motor control system of the in-vehicle motor control system includes a monitor 3, a current sensor 13, a resolver 14, an alarm 15, a motor controller 16, and an integrated controller 17. .
  • the monitor device 3 receives a circuit voltage from the two connection lines 10 and 11 as a monitor voltage, and detects a circuit DC voltage flowing through a system circuit of the in-vehicle motor control system based on the input monitor voltage (main multiplication It diagnoses normality / abnormality of the circuit 7 and the slave multiplication circuit 8). Then, when the voltage sensor abnormality is diagnosed by the monitor device 3, the abnormality determination signal from the monitor device 3 is output to the motor controller 16.
  • the minimum monitoring voltage Vmin about 60 V
  • V max about 600 V
  • each of the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 has a voltage range (0-5 volts range) in which the abnormality diagnosis circuit 9 can recognize the high voltage (monitor voltage) applied between the connection lines 10 and 11. Converted into voltage detection value by. That is, the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 convert a circuit voltage (a DC voltage across the smoothing capacitor 4 and an input DC voltage to the inverter 6) into a voltage detection value and detect it. It has a function as The main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 are configured by redundant circuits provided in parallel with each other.
  • the motor controller 16 inputs a target motor torque command value at the time of motor torque control from the integrated controller 17 via the CAN communication line 18, and inputs a target motor rotation speed command value at the time of motor rotation speed control. Then, a control command value capable of obtaining a target motor torque and a target motor rotational speed is calculated, and the control command value is output to the inverter 5.
  • the motor controller 16 When the motor controller 16 performs motor torque control or motor rotation speed control, the voltage detection value from the monitor device 3, the current detection value from the current sensor 13, the motor rotation position detection value from the resolver 14 as control necessary information Enter etc.
  • the voltage detection value from the monitor device 3 is an analog value
  • the input portion of the motor controller 16 performs AD conversion to perform motor control.
  • the motor controller 16 when the motor controller 16 receives an abnormality determination signal from the monitor device 3, the motor controller 16 outputs an alarm command to the alarm device 15 to notify the driver that the circuit DC voltage flowing through the system circuit is abnormal.
  • the alarm device 15 may be only an alarm display that appeals to the driver's vision, or may be used in combination with an alarm buzzer that appeals to the driver's hearing.
  • FIG. 2 shows the monitor device 3 of the first embodiment of the first embodiment.
  • the internal configuration of the monitor device 3 will be described based on FIG.
  • the monitor device 3 includes a main multiplication circuit 7, a follow multiplication circuit 8, and an abnormality diagnosis circuit 9.
  • the main multiplication circuit 7 inputs the circuit voltage from the two connection lines 10 and 11 as a monitor voltage, and the main multiplication circuit output (gain non-inversion output signal) not inverting the gain as a detection value of the circuit voltage to the abnormality diagnosis circuit 9 Output. Then, the main multiplication circuit output is output to the motor controller 16 as a voltage detection value (broken line in FIG. 2).
  • the slave multiplier circuit 8 receives the circuit voltage from the two connection lines 10 and 11 as a monitor voltage, and outputs the slave multiplier circuit output obtained by inverting the gain with respect to the main multiplier circuit output from the main multiplier circuit 7 as a detected value of the circuit voltage. Outputs (gain inverted output signal). As shown in FIG. 2, a power supply A for supplying power to both circuits 7 and 8 is connected to the main multiplication circuit 7 and the slave multiplication circuit 8.
  • the abnormality diagnosis circuit 9 is composed of a microcomputer, and is DC-based on the main multiplication circuit output (gain non-inversion output signal) from the main multiplication circuit 7 and the slave multiplication circuit output (gain inverted output signal) from the slave multiplication circuit 8
  • the abnormality of the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 which are voltage sensors is diagnosed.
  • a / D conversion is performed at the input portion of the abnormality diagnosis circuit 9 to perform abnormality diagnosis.
  • each circuit will be described below, divided into the main multiplication circuit configuration, the follow multiplication circuit configuration, and the abnormality diagnosis circuit configuration.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the main multiplication circuit 7 in the monitor 3 of the first embodiment
  • FIG. 5 shows the output characteristics of the main multiplication circuit.
  • the detailed configuration of the main multiplication circuit 7 will be described based on FIGS. 3 and 5.
  • the main multiplication circuit 7 includes a gain adjustment resistor 71a, a gain adjustment resistor 71b, a transmitter 72, and an operational amplifier 73.
  • the operational amplifier 73 has a circuit configuration using a bipolar transistor.
  • the monitor voltage divided by the gain adjustment resistor 71a and the gain adjustment resistor 71b is input to the operational amplifier 73 via the transmitter 72 across the insulation, and the output of the main multiplication circuit (gain not Inverted output signal).
  • the transmitter 72 may output an analog signal input as an analog signal. Further, the transmitter 72 may output an analog signal input as a digital signal.
  • the operational amplifier 73 may be omitted. Also, gain adjustment may be performed by a general multiplication circuit using an operational amplifier 73 and a resistor.
  • the main multiplication circuit 7 is based on the reference gain K0 (gain: slope of the multiplication circuit output characteristic) in which the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage as shown in FIG. Set to characteristics. That is, the main multiplier circuit output characteristic is the right that connects the zero voltage point A (the intersection of the main multiplier circuit output 0V and the monitor voltage 0V) and the maximum voltage point B (for example, the intersection of the main multiplier circuit output 5V and the monitor voltage 600V) It is a rising linear characteristic.
  • K0 gain: slope of the multiplication circuit output characteristic
  • the main multiplier circuit output characteristics are input / output relationship characteristics with the monitor voltage [Vin] as the horizontal axis and the main multiplier circuit output [Vout] as the vertical axis
  • Vout ⁇ R71b / (R71a + R71b) ⁇ ⁇ Vin
  • the adjustment of the reference gain K0 is performed by the setting of the resistor R71a of the gain adjustment resistor 71a and the resistor R71b of the gain adjustment resistor 71b.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the slave multiplier circuit 8 in the monitor device 3 of the first embodiment
  • FIG. 5 shows output characteristics of the slave multiplier circuit. The detailed configuration of the slave multiplier circuit 8 will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the slave multiplication circuit 8 includes a gain adjustment resistor 81a, a gain adjustment resistor 81b, a transmitter 82, an operational amplifier 83, a gain adjustment resistor 84a, a gain adjustment resistor 84b, and an operational amplifier 83 '. , And a reference power supply 85.
  • the operational amplifiers 83 and 83 ' have a circuit configuration using bipolar transistors.
  • the slave multiplier circuit 8 is obtained by adding a gain inverting circuit including an operational amplifier 83 ′, gain adjusting resistors 84 a and 84 b, and a reference power supply 85 to the configuration of the main multiplier circuit 7.
  • the transmitter 82 may output an analog signal input as an analog signal, as the transmitter 72 does. Further, the analog signal input may be output as a digital signal.
  • the slave multiplier circuit 8 sets the slave multiplier circuit output characteristics to the dead band region where the slave multiplier output [Vout] is small as shown in FIG. Set to the characteristic to which the offset V8off is added.
  • the output characteristic of the slave multiplier circuit is a downward slope connecting the maximum voltage point C (the intersection of the slave multiplier output 5V and the monitor voltage 0V) and the minimum voltage point D '(for example, the intersection of the slave multiplier output 0.5V and the monitor voltage 600V) It is a linear characteristic.
  • the offset V8off is set so as to avoid the dead zone of the output of the slave multiplier circuit [Vout].
  • the slave multiplier circuit output characteristic is an input / output relationship characteristic in which the monitor voltage [Vin] is on the horizontal axis and the slave multiplier circuit output [Vout] is on the vertical axis
  • Vout - ⁇ R81b / (R81a + R81b) ⁇ * (R84b / R84a) * Vin + ⁇ (R84a + R84b) / R84a ⁇ * V85
  • the gain -K1 (
  • ⁇ K0) is -K1 - ⁇ R81b / (R81a + R81b) ⁇ .
  • the offset V8off is adjusted by setting the resistors R84a and R84b of the gain adjusting resistors 84a and 84b and setting the reference power supply voltage V85 of the reference power supply 85.
  • FIG. 6 shows a flow of abnormality diagnosis processing of a voltage detection value executed by the abnormality diagnosis circuit 9 in the monitor device 3 of the first embodiment.
  • FIG. 6 shows a flow of abnormality diagnosis processing of a voltage detection value executed by the abnormality diagnosis circuit 9 in the monitor device 3 of the first embodiment.
  • each step of FIG. 6 showing an abnormality diagnosis circuit configuration will be described.
  • step S1 if the abnormality diagnosis processing is started or if it is determined in step S4 that
  • step S2 following the acquisition of the multiplier circuit outputs V7 and V8 in step S1, the main multiplier circuit output V7 is converted to the high voltage monitor voltage V71, and the process proceeds to step S3.
  • the main multiplier circuit output V7 is converted to the high voltage monitor voltage V71, a high voltage monitor voltage conversion equation having characteristics similar to the main multiplication circuit output characteristics shown in FIG.
  • the main multiplier circuit output V7 is converted to the high voltage monitor voltage V71 using this.
  • step S3 following the conversion to the high voltage monitor voltage V71 in step S2, the follow multiplier circuit output V8 is converted to the high voltage monitor voltage V81, and the process proceeds to step S4.
  • a high voltage monitor voltage conversion formula having characteristics similar to the output characteristics of the slave multiplier circuit shown in FIG. Then, the output V8 of the slave multiplier circuit is converted to the high voltage monitor voltage V81.
  • step S4 following the conversion to the high voltage monitor voltage V81 in step S3, it is determined whether the absolute difference value
  • the differential diagnosis threshold value Vth is set to a value obtained by adding the erroneous diagnosis preventing portion (+ ⁇ ) to the maximum differential voltage value assumed as the monitor voltage variation.
  • step S5 following the determination that
  • the abnormality notification to the driver is performed by the operation command output to the alarm device 15.
  • the detection values of the two voltage sensors are sampled, and when the difference between the detection values of the voltage sensors exceeds a threshold, the counter value of the abnormality counter is incremented. On the other hand, if the difference is equal to or less than the threshold, the count value of the abnormality counter is maintained if the sampling timing of the detection value is near the zero cross, and the counter value of the abnormality counter is reset if other than near the zero cross. Then, when the count value of the abnormality counter reaches a predetermined reference value, one that determines that one of the two voltage sensors is in an abnormal state is taken as a comparative example.
  • the monitor device 3 includes the main multiplication circuit 7, the follow multiplication circuit 8, and the abnormality diagnosis circuit 9.
  • the abnormality diagnosis circuit 9 is a main multiplication circuit which is a voltage sensor based on the main multiplication circuit output by the gain non-inversion output signal from the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit output by the gain inverted output signal from the follow multiplication circuit 8. 7 and the abnormality of the slave multiplier circuit 8 are diagnosed.
  • the main multiplication circuit output [Vout] is output without inverting the gain.
  • the slave multiplier circuit 8 which receives the monitor voltage [Vin] outputs a slave multiplier circuit output [Vout] obtained by inverting the gain with respect to the main multiplier circuit output. Therefore, in the normal state, the main multiplication circuit output [Vout] which is the output signal of the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 and the follow multiplication circuit output [Vout] have different directions with respect to the fluctuation of the monitor voltage [Vin]. Change to
  • the abnormality diagnosis circuit 9 determines that the relationship between the main multiplier circuit output [Vout] and the follow multiplier circuit output [Vout] is normal. It can be judged that
  • the abnormality diagnosis circuit 9 converts the main multiplication circuit output V7 from the main multiplication circuit 7 into the high voltage monitor voltage V71, and the high frequency output of the secondary multiplication circuit output V8 from the secondary multiplication circuit 8 Convert to monitor voltage V81. Then, when the absolute difference value
  • step S1 the flow from step S1 ⁇ step S2 ⁇ step S3 ⁇ step S4 is repeated in the flowchart of FIG.
  • the circuit 7 and the slave multiplier circuit 8 are diagnosed as normal.
  • > Vth in the flowchart of FIG. 6, the process proceeds from step S4 to step S5 ⁇ end in the flowchart of FIG. 6, and in the monitor device 3, the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 which are voltage sensors are abnormal. I will be diagnosed.
  • the voltage sensor abnormality diagnosis can be performed by only one determination, and in addition to simplification of the abnormality diagnosis processing can be achieved, when an abnormality occurs in the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 which are voltage sensors It can be diagnosed that the voltage sensor is abnormal.
  • the main multiplier circuit 7 and the slave multiplier circuit 8 are circuits that require low cost and high reliability, there may be a dead zone in the main multiplier circuit output [Vout] and the slave multiplier circuit output [Vout].
  • the complete low level or the complete high level can not be output from the saturation characteristics of the bipolar transistor. Therefore, for example, in the case of a system where it is sufficient to monitor a voltage greater than at least 60 V, the monitor result of 60 V or less is designed to fall in the saturation region.
  • the output characteristic of the follow multiplier circuit is a monitor result in the vicinity of the maximum monitor voltage Vmax of the monitor voltage [Vin] as shown by the one-dot chain line characteristic in FIG. Corresponds to a saturated region (dead zone) (a region surrounded by arrow E in FIG. 5). For this reason, when the monitor voltage [Vin] becomes near the maximum monitor voltage Vmax, it is not possible to output the accurate follow multiplier circuit output [Vout].
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic according to the reference gain K0 where the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage.
  • the slave multiplier circuit 8 adds the offset V8off to the output characteristic of the slave multiplier circuit by setting the gain absolute value
  • the offset V8off is added to the dead zone where the output of the slave multiplier circuit [Vout] is small. For this reason, as shown in the output characteristic (solid line characteristic) of the slave multiplier circuit of FIG. 5, the output of the slave multiplier circuit [Vout] in the vicinity of the maximum monitor voltage Vmax of the monitor voltage [Vin] is prevented from entering the saturation region (dead zone). It will be done.
  • the first embodiment it is a system that may monitor at least the minimum monitor voltage Vmin (for example, about 60 V). Therefore, as shown in FIG. 5, the main multiplier circuit output characteristic [Vout] in the vicinity of the minimum monitor voltage Vmin of the monitor voltage [Vin] is saturated as shown in FIG. It is avoided to enter the area (dead zone).
  • Vmin for example, about 60 V
  • the influence of the dead zone is eliminated even if the main multiplier circuit 7 and the slave multiplier circuit 8 have a circuit configuration for obtaining low cost and reliability using bipolar elements. Then, it is possible to diagnose the voltage sensor abnormality with high accuracy in the entire monitoring interval (minimum monitoring voltage Vmin to maximum monitoring voltage Vmax).
  • the gain of the output of the slave multiplier circuit 8 is smaller than the output of the main multiplier circuit 7, and the accuracy as a voltage sensor is degraded.
  • the multiplication circuit 7 being responsible.
  • the abnormality diagnosis circuit 9 does not misdiagnose if it is set to the differential diagnosis threshold value Vth in consideration of the accuracy deterioration of the slave multiplication circuit 8.
  • a monitoring device 3 that diagnoses normality / abnormality of a voltage sensor that detects a circuit voltage in a system circuit of an electrical device system (in-vehicle motor control system).
  • the monitor device 3 has a main multiplication circuit 7, a follow multiplication circuit 8, and an abnormality diagnosis circuit 9.
  • the main multiplication circuit 7 inputs a circuit voltage as a monitor voltage [Vin], and outputs a signal (main multiplication circuit output [Vout]) as a detection value of the circuit voltage without inverting the gain.
  • the slave multiplier circuit 8 inputs the circuit voltage as the monitor voltage [Vin], and the gain of the output signal from the main multiplier circuit 7 is inverted as a detection value of the circuit voltage to be a signal (follow multiplier circuit output [Vout]) Output
  • the abnormality diagnosis circuit 9 is based on the gain non-inverted output signal (main multiplier circuit output [Vout]) from the main multiplication circuit 7 and the gain inverted output signal (following multiplication circuit output [Vout]) from the follow multiplication circuit 8.
  • the abnormality of the main multiplication circuit 7 which is a voltage sensor and the follow multiplication circuit 8 is diagnosed (FIG. 2). Therefore, it is possible to provide a voltage sensor diagnostic device that detects an abnormality in which the voltage detection value of the circuit voltage fluctuates in the same direction.
  • the abnormality diagnosis circuit 9 converts the gain non-inverted output signal (main multiplication circuit output V7) from the main multiplication circuit 7 into the main monitor voltage (high voltage monitor voltage V71), and the gain inversion from the follow multiplication circuit 8
  • the output signal (following multiplier circuit output V8) is converted to a following monitor voltage (high voltage monitor voltage V81).
  • between the main monitor voltage and the secondary monitor voltage exceeds the differential diagnosis threshold Vth
  • the circuit voltage is diagnosed as abnormal (FIG. 6). Therefore, in addition to the simplification of the abnormality diagnosis processing in addition to the effect of (1), when an abnormality occurs in the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 which are voltage sensors, the voltage sensor responds with abnormality. It can be diagnosed that there is.
  • the circuit voltage in the system circuit is a DC voltage.
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic by the reference gain K0 where the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage.
  • the slave multiplier circuit 8 adds the offset V8off to the dead band region where the slave multiplier output [Vout] is small, by setting the slave multiplier output characteristic. Set ( Figure 5). For this reason, in addition to the effect of (1) or (2), the influence of the dead zone is eliminated even if the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 are circuit configurations for obtaining low cost and reliability using bipolar elements. It is possible to diagnose the voltage sensor abnormality accurately in the entire monitor section.
  • a monitoring device 3 that diagnoses normality / abnormality of a voltage sensor that detects a circuit voltage in a system circuit of an electrical device system (in-vehicle motor control system).
  • the monitor device 3 has a main multiplication circuit 7, a follow multiplication circuit 8, and an abnormality diagnosis circuit 9.
  • the main multiplication circuit 7 inputs the circuit voltage as the monitor voltage [Vin], and outputs a gain non-inverted output signal which does not invert the gain as a detected value of the circuit voltage.
  • the slave multiplication circuit 8 receives the circuit voltage as the monitor voltage [Vin], and outputs a gain inversion output signal obtained by inverting the gain with respect to the gain non-inversion output signal as a detection value of the circuit voltage.
  • the abnormality diagnosis circuit 9 diagnoses an abnormality of the main multiplication circuit 7 which is a voltage sensor and the follow multiplication circuit 8 based on the gain non-inversion output signal and the gain inversion output signal (FIG. 2). Therefore, it is possible to provide a voltage sensor diagnostic method for detecting an abnormality in which the voltage detection value of the circuit voltage fluctuates in the same direction.
  • the second embodiment is an example in which an offset is added to the output characteristics of the slave multiplier circuit while making the gain absolute values of the output characteristics of the two multiplier circuits the same.
  • FIG. 7 shows the output characteristics of the main multiplier circuit and the output of the slave multiplier circuit in the monitor device of the second embodiment.
  • the output characteristics of the slave multiplier circuit will be described based on FIG.
  • the system configuration and the configuration of the monitor 3 (the main multiplication circuit 7 and the abnormality diagnosis circuit 9) are the same as those of the first embodiment, so the illustration and the description thereof will be omitted.
  • the parallel multiplication circuit 8 parallelizes to the high voltage side by setting the gain absolute value
  • follow-up multiplication circuit output characteristics connect maximum voltage point C '(the intersection of follow-up multiplication circuit output 5V, monitor voltage about 50V) and minimum voltage point D' (for example, follow-up multiplication circuit output 0.5V, monitor voltage 600V) It is a downward linear characteristic.
  • the offset V8off is the amount of parallel movement to the high voltage side, and is set so as to avoid the dead zone of the output of the follow multiplier circuit [Vout].
  • adjustment of the gain -K0 is performed by setting the resistors R81a, R81b, R84a, R84b of the gain adjustment resistors 81a, 81b, 84a, 84b.
  • the offset V8off is adjusted by setting the resistors R84a and R84b of the gain adjusting resistors 84a and 84b and setting the reference power supply voltage V85 of the reference power supply 85.
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic according to the reference gain K0 where the multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage.
  • the output characteristic of the following circuit is offset V8 off to the dead zone region where the output of the multiplication circuit is small [Vout].
  • Example 2 it is a system which should monitor at least the minimum monitor voltage Vmin (for example, about 60 V). For this reason, as shown in FIG. 7, there is no problem even if the area of about 50 V or less of the monitor voltage deviates from the monitor area as shown in FIG. Also, as shown in FIG. 7, the main multiplier circuit output [Vout] in the vicinity of the minimum monitor voltage Vmin of the monitor voltage is in a saturation region (dead zone) as shown in FIG. Getting around is avoided.
  • Vmin for example, about 60 V
  • main multiplication circuit 7 and follow multiplication circuit 8 have a circuit configuration for obtaining a low price and reliability using bipolar elements, accuracy is good in the entire monitor interval (minimum monitor voltage Vmin to maximum monitor voltage Vmax). Abnormality in voltage sensor can be diagnosed.
  • the gain absolute values of the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 are made the same, it is possible to improve the voltage sensor abnormality diagnosis accuracy by the follow multiplication circuit 8 as compared with the first embodiment.
  • the other actions are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the circuit voltage in the system circuit is a DC voltage.
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic according to the reference gain K0 where the follow multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage.
  • the output characteristic of the follow multiplier circuit is offset to the dead zone region where the follow multiplier circuit output [Vout] is small. It is set to the characteristic to which V8off is added (FIG. 7). For this reason, in addition to the effect of (1) or (2), the influence of the dead zone is eliminated even if the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 are circuit configurations for obtaining low cost and reliability using bipolar elements.
  • the gain absolute value for the output of the slave multiplier circuit 8 is the same as the gain of the main multiplier circuit 7, the accuracy of voltage sensor abnormality diagnosis by the slave multiplier circuit 8 can be improved as compared with the first embodiment.
  • the third embodiment is an example in which the gain absolute values of the two multiplier circuit output characteristics are the same, and an offset is added to the main multiplier circuit output characteristic and the slave multiplier circuit output characteristic.
  • the configuration of the main multiplier circuit and the slave multiplier circuit of the third embodiment will be described below with reference to FIGS. 8 to 10.
  • the system configuration and the configuration of the abnormality diagnosis circuit 9 of the monitor device 3 are the same as those of the first embodiment, and therefore the illustration and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 shows an example of the configuration of the main multiplication circuit 7 in the monitor 3 of the third embodiment
  • FIG. 10 shows the output characteristics of the main multiplication circuit.
  • the detailed configuration of the main multiplication circuit 7 will be described based on FIGS. 8 and 10.
  • the main multiplication circuit 7 includes a gain adjustment resistor 71a, a gain adjustment resistor 71b, a transmitter 72, an operational amplifier 73, a circuit power supply 74, and an offset adjustment resistor 75.
  • the operational amplifier 73 has a circuit configuration using a bipolar transistor.
  • the signal divided by the gain adjustment resistor 71a and the gain adjustment resistor 71b is input to the operational amplifier 73 via the transmitter 72 across the insulation, and the operational amplifier 73 outputs a non-inverted gain signal.
  • the transmitter 72 may output an analog signal input as an analog signal. Further, the transmitter 72 may output an analog signal input as a digital signal.
  • the operational amplifier 73 may be omitted.
  • gain adjustment may be performed by a general multiplication circuit using an operational amplifier 73 and a resistor.
  • the additional adjustment of the offset may be performed by adjusting the voltage of the circuit power supply 74, may be adjusted by the resistance value of the offset adjustment resistor 75, or may be adjusted using both.
  • the main multiplication circuit 7 sets the gain K1 smaller than the reference gain K0 at which the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage. Then, as shown in FIG. 10, the main multiplier circuit output characteristic is set to the characteristic in which the offset V7off is added to the dead zone region where the main multiplier circuit output [Vout] is small. That is, the main multiplier circuit output characteristics are the minimum voltage point A ′ (for example, the intersection of the main multiplier circuit output 0.5 V and the monitor voltage 0 V) and the maximum voltage point B (for example, the intersection of the main multiplier circuit output 5 V and the monitor voltage 600 V) Rising straight line characteristic connecting
  • Vout ⁇ R71bR75 / (R71aR71b + R71aR75 + R71bR75) ⁇ ⁇ Vin + ⁇ (R71aR71b) / (R71aR71b + R71aR75 + R71bR75) ⁇ ⁇ V74
  • the gain K1 is adjusted by setting the resistor R71a of the gain adjusting resistor 71a, the resistor R71b of the gain adjusting resistor 71b, and the resistor R75 of the offset adjusting resistor 75.
  • the offset V7off is adjusted by setting the resistor R71a of the gain adjustment resistor 71a, the resistor R71b of the gain adjustment resistor 71b, the resistor R75 of the offset adjustment resistor 75, and the circuit power supply voltage V74 of the circuit power supply 74.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the slave multiplier circuit 8 in the monitor device 3 of the third embodiment
  • FIG. 10 shows output characteristics of the slave multiplier circuit. The detailed configuration of the slave multiplier circuit 8 will be described below with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the slave multiplication circuit 8 includes a gain adjustment resistor 81a, a gain adjustment resistor 81b, a transmitter 82, an operational amplifier 83, a gain adjustment resistor 84a, a gain adjustment resistor 84b, and an operational amplifier 83 '.
  • the operational amplifiers 83 and 83 ' have a circuit configuration using bipolar transistors.
  • the slave multiplier circuit 8 is obtained by adding a gain inverting circuit including an operational amplifier 83 ′, gain adjusting resistors 84 a and 84 b, and a reference power supply 85 to the configuration of the main multiplier circuit 7.
  • the transmitter 82 may output an analog signal input as an analog signal, as the transmitter 72 does. Further, the analog signal input may be output as a digital signal.
  • the output of the follow multiplication circuit [Vout is obtained as shown in FIG. ] Is set to the characteristic which added offset V8off to the small dead zone area
  • the output characteristic of the slave multiplier circuit is a downward slope connecting the maximum voltage point C (the intersection of the slave multiplier output 5V and the monitor voltage 0V) and the minimum voltage point D '(for example, the intersection of the slave multiplier output 0.5V and the monitor voltage 600V) It is a linear characteristic.
  • the offset V8off is set so as to avoid the dead zone of the output of the slave multiplier circuit [Vout].
  • Vout - ⁇ R81bR87 / (R81aR81b + R81aR87 + R81bR87) ⁇ ⁇ (R84b / R84a) ⁇ Vin + ⁇ R81bR87 / (R81aR81b + R81aR87 + R81bR87) ⁇ ⁇ (R84b / R84a) ⁇ V86 + ⁇ (R84R84b) ⁇ V85
  • the gain -K1 is adjusted by setting the resistors R81a, R81b, R84a
  • the offset V8off is adjusted by setting the resistors R84a and R84b of the gain adjustment resistors 84a and 84b, the resistors R81a, R81b, R84a and R84b of the gain adjustment resistors 81a, 81b, 84a and 84b, and the offset adjustment resistor 87.
  • the circuit power supply 86 and the reference power supply voltage V85 of the reference power supply 85.
  • the main multiplication circuit 7 sets the gain K1 to be smaller than the reference gain K0 so that the main multiplication circuit output characteristic is shown in FIG. 10 as a dead zone region where the main multiplication circuit output [Vout] is small.
  • the offset V7off is added to the By setting the gain absolute value
  • the main multiplier circuit output [Vout] is in the saturation region (dead zone) even if the monitor voltage is zero. It will be avoided to enter.
  • the offset V8off is added to the output characteristics of the slave multiplication circuit, as shown in the output characteristics of the slave multiplication circuit in FIG. 10, the output of the slave multiplication circuit [Vout] in the vicinity of the maximum monitor voltage Vmax of the monitor voltage It is avoided to enter the dead zone.
  • the offset V7off is added to the dead band region where the main multiplier circuit output [Vout] of the main multiplier circuit output characteristic is small, so that the minimum monitor voltage Vmin of the monitor voltage [Vin] is zero. Even when the image is enlarged to the maximum, the monitor result is prevented from entering the saturation region (dead zone). In other words, even in a system in which the monitor interval is from zero voltage to the maximum voltage of the monitor voltage [Vin], the main multiplier circuit output [Vout] is prevented from entering the saturation region (dead zone).
  • main multiplication circuit 7 and follow multiplication circuit 8 have a circuit configuration for obtaining a low price and reliability using bipolar elements, accuracy is good in the entire monitor interval (minimum monitor voltage Vmin to maximum monitor voltage Vmax). Abnormality in voltage sensor can be diagnosed.
  • the offset V7off is added to the main multiplier circuit output characteristics, the abnormality diagnosis accuracy of the voltage sensor is secured even if the minimum monitor voltage Vmin of the monitor voltage [Vin] is changed to the monitor section expanded to the zero voltage side. be able to.
  • the other actions are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the circuit voltage in the system circuit is a DC voltage.
  • the main multiplication circuit 7 makes the main multiplication circuit output characteristics smaller and the main multiplication circuit output [Vout] smaller by making the gain K1 smaller than the reference gain K0 where the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage. It is set to the characteristic which added offset V7off to the dead zone.
  • the auxiliary multiplication circuit 8 offsets the output characteristic of the follow multiplication circuit to the dead zone region where the output of the follow multiplication circuit [Vout] is small. Is set to the added characteristics (FIG. 10).
  • the influence of the dead zone is eliminated even if the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 are circuit configurations for obtaining low cost and reliability using bipolar elements. It is possible to diagnose the voltage sensor abnormality accurately in the entire monitor section. In addition, even if the minimum monitor voltage Vmin of the monitor voltage [Vin] is changed to the monitor section expanded to the zero voltage side, the abnormality diagnosis accuracy of the voltage sensor can be secured.
  • the main multiplier circuit and the slave multiplier circuit have a circuit configuration using MOS transistors (MOS-FETs), and the output characteristics of the main multiplier circuit and the slave multiplier circuit are set to the characteristics without offset. It is.
  • MOS-FETs MOS transistors
  • FIG. 11 shows the output characteristics of the main multiplier circuit and the output of the slave multiplier circuit in the monitor device of the fourth embodiment.
  • the main multiplication circuit configuration and the follow multiplication circuit configuration will be described based on FIG.
  • the system configuration and the configuration of the abnormality diagnosis circuit 9 of the monitor device 3 are the same as those of the first embodiment, and therefore the illustration and the description thereof will be omitted.
  • the main multiplication circuit 7 includes a gain adjustment resistor 71a, a gain adjustment resistor 71b, a transmitter 72, and an operational amplifier 73.
  • the operational amplifier 73 has a circuit configuration using a MOS transistor.
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic according to the reference gain K0 where the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage, as shown in FIG. That is, the main multiplier circuit output characteristic is the right that connects the zero voltage point A (the intersection of the main multiplier circuit output 0V and the monitor voltage 0V) and the maximum voltage point B (for example, the intersection of the main multiplier circuit output 5V and the monitor voltage 600V) It is a rising linear characteristic.
  • the main multiplier circuit output characteristics are input / output relationship characteristics with the monitor voltage [Vin] as the horizontal axis and the main multiplier circuit output [Vout] as the vertical axis
  • Vout ⁇ R71b / (R71a + R71b) ⁇ ⁇ Vin
  • the adjustment of the reference gain K0 is performed by the setting of the resistor R71a of the gain adjustment resistor 71a and the resistor R71b of the gain adjustment resistor 71b.
  • the slave multiplication circuit 8 includes a gain adjustment resistor 81a, a gain adjustment resistor 81b, a transmitter 82, an operational amplifier 83, a gain adjustment resistor 84a, a gain adjustment resistor 84b, and an operational amplifier 83 '. , And a reference power supply 85.
  • the operational amplifiers 83 and 83 ' have a circuit configuration using MOS transistors.
  • the gain adjustment resistor 81a and the gain adjustment resistor 81b are set to have the same ratio as the gain adjustment resistor 71a and the gain adjustment resistor 71b of the main multiplication circuit 7. Then, the gain adjustment resistor 84 a and the gain adjustment resistor 84 b are set at a ratio of 1: 1, and the reference power supply 85 is set to 1 ⁇ 2 of the output range of the main multiplication circuit 7.
  • the slave multiplier circuit 8 shown in FIG. 4 becomes an inverted output in which the output of the main multiplier circuit 7 shown in FIG. 3 is folded around the half of the output range.
  • the slave multiplier circuit 8 sets the gain absolute value
  • the follower multiplication circuit output characteristic is a right-down linear characteristic connecting the maximum voltage point C (the intersection of the follower multiplication circuit output 5V and the monitor voltage 0V) and the zero voltage point D (the intersection of the follower multiplication circuit output 0V and the monitor voltage 600V) .
  • the voltage sensor abnormality diagnosis operation in the fourth embodiment will be described.
  • MOS-FETs MOS transistors
  • a MOS transistor which is a type of field effect transistor, can output a complete low level or a complete high level.
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic by the reference gain K0 as shown in FIG. 11, and does not add an offset.
  • the slave multiplier circuit 8 sets the slave multiplier circuit output characteristic to a characteristic that makes the gain absolute value
  • the main multiplier circuit output [Vout] it is avoided that the slave multiplier circuit output [Vout] enters the saturation region (dead zone).
  • the main multiplication circuit 7 and the follow multiplication circuit 8 have a circuit configuration using MOS transistors, while the main multiplication circuit output characteristics and the follow multiplication circuit output characteristics have simple inversion characteristics, the voltage width of the monitor section is different. Therefore, the voltage sensor abnormality can be diagnosed accurately.
  • the other actions are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the circuit voltage in the system circuit is a DC voltage.
  • the main multiplication circuit 7 sets the main multiplication circuit output characteristic to the characteristic by the reference gain K0 where the main multiplication circuit output [Vout] passes the zero voltage and the maximum voltage.
  • the slave multiplier circuit 8 has a slave multiplier circuit output characteristic with a gain -K0 that is the same as the reference gain K0 with the gain absolute value
  • the output characteristics of the two multiplication circuits are made to be simple inversion characteristics.
  • the voltage sensor abnormality can be diagnosed with high accuracy regardless of the voltage width of the monitor section.
  • an example in which an offset is added to the output characteristics of the slave multiplier circuit is shown
  • an example in which an offset is added to the output characteristics of the main multiplier circuit and the slave multiplier circuit is shown.
  • an example may be provided with switching means for adding an offset only when performing abnormality diagnosis by difference detection.
  • the main multiplier circuit 7 has the circuit configuration shown in FIG. 3 and the circuit configuration shown in FIG.
  • the main multiplication circuit is not limited to the circuit configuration shown in FIGS. 3 and 8 and may be another equivalent circuit configuration.
  • the slave multiplier circuit is not limited to the circuit configuration shown in FIGS. 4 and 9, but may be another equivalent circuit configuration.
  • the voltage sensor diagnostic device and the voltage sensor diagnostic method of the present disclosure are applied to an in-vehicle motor control system that controls a motor / generator mounted on a drive source of an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • An example is shown.
  • the voltage sensor diagnostic device and the voltage sensor diagnostic method of the present disclosure can be applied to various electrical equipment systems as long as the system diagnoses the voltage sensor of the system circuit.

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Abstract

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こと。 車載モータ制御システム(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(3)を備える。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た信号を出力する。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。

Description

電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法
 本開示は、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/異常を診断する電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法に関する。
 従来、センサの異常検出方法として以下のような方法が知られている。
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)。
特開2010-139244号公報
 しかしながら、従来装置にあっては、検出値Ca,Cbが同一方向に変動するような異常が生じた場合には、同じ値である検出値Caと検出値Cbとの差分ΔCを演算しても、当該電流センサの異常を検出できない、という問題があった。
 本開示は、上記問題に着目してなされたもので、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及び電圧センサ診断方法を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本開示は、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。
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。
 上記のように、回路電圧の電圧検出値が同一方向に変動するとき、電圧センサである主乗算回路と従乗算回路からの2つの出力信号の相違が拡大する構成としたことで、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ことができる。
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(電気機器システムの一例)を示す全体システム図である。 実施例1のモニタ装置を示す回路ブロック図である。 実施例1のモニタ装置における主乗算回路の構成例を示す回路ブロック図である。 実施例1のモニタ装置における従乗算回路の構成例を示す回路ブロック図である。 実施例1のモニタ装置における主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を示す乗算回路出力特性図である。 実施例1のモニタ装置における異常診断回路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フローチャートである。 実施例2のモニタ装置における主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を示す乗算回路出力特性図である。 実施例3のモニタ装置における主乗算回路の構成例を示す回路ブロック図である。 実施例3のモニタ装置における従乗算回路の構成例を示す回路ブロック図である。 実施例3のモニタ装置における主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を示す乗算回路出力特性図である。 実施例4のモニタ装置における主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を示す乗算回路出力特性図である。
 以下、本開示による電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法を実現する最良の実施形態を、図面に示す実施例1~実施例4に基づいて説明する。
 まず、構成を説明する。
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。
 [全体システム構成]
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。
 車載モータ制御システムのシステム回路は、図1に示すように、バッテリ1と、リレー2a,2bと、平滑コンデンサ4と、インバータ5と、モータ6と、を備えている。
 バッテリ1は、モータ6を駆動するモータ電源として車載されている。このバッテリ1としては、例えば、強電バッテリと呼ばれる大容量のリチウムイオンバッテリ等が用いられる。
 リレー2a,2bは、バッテリ1とインバータ5とを接続する2つの接続線10,11のそれぞれ設けられ、モータ6との通電接続/通電遮断を切り替えるスイッチである。このリレー2a,2bは、モータコントローラ16により開閉制御される。
 平滑コンデンサ4は、バッテリ1とインバータ5とを接続する2つの接続線10,11に、バッテリ1とは並列に接続され、電圧の変動を小さく抑えて平滑にする。
 インバータ5は、バッテリ1側の直流とモータ6側の三相交流とを双方向に変換する変換器である。電動車両の場合、モータ力行によるモータ駆動時においては、バッテリ放電による直流電圧入力を三相交流に変換し、モータ6に出力する。一方、モータ回生によるモータ発電時においては、モータ6からの三相交流による入力を直流電圧に変換し、バッテリ1に充電する。
 モータ6は、モータロータに永久磁石を埋め込んだ三相交流による同期モータであり、U相線12aとV相線12bとW相線12cを介して、インバータ5とモータステータの巻線コイルとが接続される。なお、モータやインバータは上記のモータ6やインバータ5に限定されるものではなく、モータとしては、直流モータや六相誘導モータ等であってもよい。
 車載モータ制御システムのモータ制御系は、図1に示すように、モニタ装置3と、電流センサ13と、レゾルバ14と、警報器15と、モータコントローラ16と、統合コントローラ17と、を備えている。
 モニタ装置3は、2つの接続線10、11による回路電圧をモニタ電圧として入力し、入力したモニタ電圧に基づいて、車載モータ制御システムのシステム回路を流れる回路直流電圧を検出する電圧センサ(主乗算回路7、従乗算回路8)の正常/異常を診断する。そして、モニタ装置3にて電圧センサ異常と診断されたとき、モニタ装置3からの異常判定信号は、モータコントローラ16に出力される。なお、モニタ装置3によるモニタ電圧のモニタ区間としては、例えば、最小モニタ電圧Vmin(60V程度)~最大モニタ電圧Vmax(600V程度)としている。
 ここで、主乗算回路7と従乗算回路8のそれぞれは、接続線10,11間に印加されている高い電圧(モニタ電圧)を、異常診断回路9にて認識できる電圧範囲(0~5volt範囲)による電圧検出値に変換する。即ち、主乗算回路7と従乗算回路8は、回路電圧(平滑コンデンサ4の両端直流電圧、並びに、インバータ6への入力直流電圧)を、電圧検出値に変換して検出する「直流電圧センサ」としての機能を有している。そして、主乗算回路7と従乗算回路8は、互いに並列に設けられた冗長回路による構成としている。
 モータコントローラ16は、統合コントローラ17からCAN通信線18を介し、モータトルク制御の際に目標モータトルク指令値を入力し、モータ回転数制御の際に目標モータ回転数指令値を入力する。そして、目標モータトルクや目標モータ回転数が得られる制御指令値を演算し、制御指令値をインバータ5に出力する。
 モータコントローラ16では、モータトルク制御やモータ回転数制御を行う際、制御必要情報として、モニタ装置3からの電圧検出値、電流センサ13からの電流検出値、レゾルバ14からのモータ回転位置検出値、等を入力する。なお、モニタ装置3からの電圧検出値がアナログ値の場合、モータコントローラ16の入力部でA-D変換を行ってモータ制御を行う。
 また、モータコントローラ16は、モニタ装置3からの異常判定信号を入力すると、システム回路を流れる回路直流電圧が異常であることをドライバーに知らせる警報指令を警報器15に出力する。なお、警報器15は、ドライバーの視覚に訴える警報表示だけとしても良いし、ドライバーの聴覚に訴える警報ブザーと併用しても良い。
 [モニタ装置の詳細構成]
 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。
 モニタ装置3は、図2に示すように、主乗算回路7と、従乗算回路8と、異常診断回路9と、を備えている。
 主乗算回路7は、2つの接続線10,11による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しない主乗算回路出力(ゲイン非反転出力信号)を異常診断回路9へ出力する。そして、主乗算回路出力は、電圧検出値としてモータコントローラ16へ出力する(図2の破線)。
 従乗算回路8は、2つの接続線10,11による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7からの主乗算回路出力に対してゲインを反転した従乗算回路出力(ゲイン反転出力信号)を出力する。なお、主乗算回路7と従乗算回路8には、図2に示すように、両回路7,8に電源を供給する電源Aが接続されている。
 異常診断回路9は、マイコンにより構成され、主乗算回路7からの主乗算回路出力(ゲイン非反転出力信号)と従乗算回路8からの従乗算回路出力(ゲイン反転出力信号)に基づいて、直流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。ここで、主乗算回路7と従乗算回路8からの出力がアナログ値の場合、異常診断回路9の入力部でA-D変換を行って異常診断を行う。
 以下、主乗算回路構成と、従乗算回路構成と、異常診断回路構成と、に分け、各回路の詳細構成を説明する。
 (主乗算回路構成)
 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。
 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、バイポーラトランジスタを用いた回路構成としている。
 この主乗算回路7では、ゲイン調整抵抗71aとゲイン調整抵抗71bにより分圧されたモニタ電圧は、絶縁を跨ぐ伝送器72を介してオペアンプ73へ入力され、オペアンプ73により主乗算回路出力(ゲイン非反転出力信号)とされる。なお、伝送器72は、アナログ信号入力をアナログ信号として出力するものであっても良い。また、伝送器72は、アナログ信号入力をデジタル信号として出力するものであっても良い。その際、オペアンプ73は無くとも良い。また、ゲイン調整は、オペアンプ73と抵抗器を用いた一般的な乗算回路で行うものであっても良い。
 主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、図5に示すように、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(ゲイン:乗算回路出力特性の傾き勾配)による特性に設定する。つまり、主乗算回路出力特性は、ゼロ電圧点A(主乗算回路出力0V,モニタ電圧0Vの交点)と最大電圧点B(例えば、主乗算回路出力5V,モニタ電圧600Vの交点)とを繋ぐ右上がり直線特性である。
 ここで、主乗算回路出力特性は、モニタ電圧[Vin]を横軸とし、主乗算回路出力[Vout]を縦軸とする入出力関係特性であるため、
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。
 (従乗算回路構成)
 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。
 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、バイポーラトランジスタを用いた回路構成としている。
 つまり、従乗算回路8は、主乗算回路7の構成に、オペアンプ83’と、ゲイン調抵抗84a,84bと、基準電源85で構成されるゲイン反転回路が付加されたものである。なお、伝送器82は、伝送器72と同様、アナログ信号入力をアナログ信号として出力するものであっても良い。また、アナログ信号入力をデジタル信号として出力するものであっても良い。
 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、図5に示すように、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。従乗算回路出力特性は、最大電圧点C(従乗算回路出力5V,モニタ電圧0Vの交点)と最小電圧点D’(例えば、従乗算回路出力0.5V,モニタ電圧600Vの交点)を繋ぐ右下がり直線特性である。なお、オフセットV8offは、従乗算回路出力[Vout]の不感帯領域を回避するように設定される。
 ここで、従乗算回路出力特性は、モニタ電圧[Vin]を横軸とし、従乗算回路出力[Vout]を縦軸とする入出力関係特性であるため、
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。
 また、オフセットV8offは、
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。
 (異常診断回路構成)
 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。
 ステップS1では、異常診断処理を開始する、或いは、ステップS4で|V71-V81|≦Vthであると判断されると、主乗算回路出力V7(=Vout)と従乗算回路出力V8(=Vout)を取得し、ステップS2へ進む。
 ステップS2では、ステップS1での乗算回路出力V7,V8の取得に続き、主乗算回路出力V7を強電モニタ電圧V71に換算し、ステップS3へ進む。
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。
 ステップS3では、ステップS2での強電モニタ電圧V71への換算に続き、従乗算回路出力V8を強電モニタ電圧V81に換算し、ステップS4へ進む。
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。
 ステップS4では、ステップS3での強電モニタ電圧V81への換算に続き、強電モニタ電圧V71と強電モニタ電圧V81の差分絶対値|V71-V81|が、差分診断閾値Vthを超えているか否かを判断する。YES(|V71-V81|>Vth)の場合はステップS5へ進み、NO(|V71-V81|≦Vth)の場合はステップS1へ戻る。
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。
 ステップS5では、ステップS4での|V71-V81|>Vthであるとの判断に続き、ドライバーに異常を通知し、終了へ進む。
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。
 次に、作用を説明する。
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。
 [ゲイン反転による電圧センサ異常診断作用]
 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。
 この比較例の場合、電圧検出値が同一方向に変動するような断線やショート等の異常が生じた場合には、同じ値になる2つの電圧検出値との差分を演算しても、差分が閾値以下となり、電圧センサの異常を検出できない。
 これに対し、実施例1では、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。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による主乗算回路出力と、従乗算回路8からのゲイン反転出力信号による従乗算回路出力に基づいて、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。
 即ち、モニタ電圧[Vin]を入力する主乗算回路7からは、ゲインを反転することなく主乗算回路出力[Vout]が出力される。一方、モニタ電圧[Vin]を入力する従乗算回路8からは、主乗算回路出力に対してゲインを反転した従乗算回路出力[Vout]が出力される。このため、正常時において、主乗算回路7と従乗算回路8の出力信号である主乗算回路出力[Vout]と従乗算回路出力[Vout]は、モニタ電圧[Vin]の変動に対して異なる方向に変化する。
 これに対して、主乗算回路7と従乗算回路8に電力を供給している電源Aに異常が生じ、主乗算回路7と従乗算回路8の出力信号である主乗算回路出力[Vout]と従乗算回路出力[Vout]が同一方向に変化する異常が発生することになった場合には、異常診断回路9が主乗算回路出力[Vout]及び従乗算回路出力[Vout]の関係が正常時と異なると判断できる。
 従って、車載モータ制御システムのシステム回路における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ことができる。
 [電圧差分絶対値による電圧センサ異常診断作用]
 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。
 これに対し、実施例1では、異常診断回路9は、主乗算回路7からの主乗算回路出力V7を、強電モニタ電圧V71に換算し、従乗算回路8からの従乗算回路出力V8を、強電モニタ電圧V81に換算する。そして、強電モニタ電圧V71と強電モニタ電圧V81の差分絶対値|V71-V81|が、差分診断閾値Vthを超えていると、電圧センサである主乗算回路7と従乗算回路8が異常と診断する。
 即ち、|V71-V81|≦Vthである間は、図6のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4へと進む流れが繰り返され、モニタ装置3では、電圧センサである主乗算回路7と従乗算回路8が正常であると診断される。一方、|V71-V81|>Vthになると、図6のフローチャートにおいて、ステップS4からステップS5→終了へと進み、モニタ装置3では、電圧センサである主乗算回路7と従乗算回路8が異常と診断される。
 したがって、1つの判定のみで電圧センサ異常診断を行えることで、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異常であると診断することができる。
 [オフセット付加による電圧センサ異常診断作用]
 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。
 しかし、単純なゲイン反転により回路電圧の異常を診断しようとすると、従乗算回路出力特性が、図5の1点鎖線特性に示すように、モニタ電圧[Vin]の最大モニタ電圧Vmax付近のモニタ結果が飽和領域(不感帯)に該当することになる(図5の矢印Eで囲まれる領域)。このため、モニタ電圧[Vin]が最大モニタ電圧Vmax付近になると、精度の良い従乗算回路出力[Vout]を出力することができない。
 これに対し、実施例1では、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。一方、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。
 即ち、従乗算回路出力特性のゲイン絶対値|-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[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offが付加される。このため、図5の従乗算回路出力特性(実線特性)に示すように、モニタ電圧[Vin]の最大モニタ電圧Vmax付近の従乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避されることになる。
 そして、実施例1の場合には、少なくとも最小モニタ電圧Vmin(例えば、60V程度)までをモニタすれば良いシステムである。このため、主乗算回路出力特性については、図5に示すように、オフセットを付加した特性に設定しなくとも、モニタ電圧[Vin]の最小モニタ電圧Vmin付近の主乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避される。
 したがって、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る。そして、モニタ区間(最小モニタ電圧Vmin~最大モニタ電圧Vmax)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。
 なお、従乗算回路8の出力は、主乗算回路7の出力に対してゲインが小さくなるため、電圧センサとしての精度が悪化するが、主の電圧センサ機能は、図2に示すように、主乗算回路7が担うことで、その問題は解消される。また、異常診断回路9は、従乗算回路8の精度悪化を考慮した差分診断閾値Vthに設定すれば誤診断することはない。
 次に、効果を説明する。
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。
 (1) 電気機器システム(車載モータ制御システム)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3を備える。
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。
 (2) 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V7)を、主モニタ電圧(強電モニタ電圧V71)に換算し、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V8)を、従モニタ電圧(強電モニタ電圧V81)に換算する。
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。
 (3) システム回路における回路電圧は、直流電圧である。
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。
 (4) 電気機器システム(車載モータ制御システム)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3を備える。
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。
 実施例2は、2つの乗算回路出力特性のゲイン絶対値を同じにしながら、従乗算回路出力特性にオフセットを付加した例である。
 図7は、実施例2のモニタ装置における主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を示す。以下、図7に基づいて、従乗算回路出力特性を説明する。なお、システム構成やモニタ装置3(主乗算回路7、異常診断回路9)の構成は、実施例1と同様であるので図示並びに説明を省略する。
 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、図7に示すように、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。従乗算回路出力特性は、最大電圧点C’(従乗算回路出力5V,モニタ電圧50V程度の交点)と最小電圧点D’(例えば、従乗算回路出力0.5V,モニタ電圧600Vの交点)を繋ぐ右下がり直線特性である。なお、オフセットV8offは、高電圧側への平行移動量であり、従乗算回路出力[Vout]の不感帯領域を回避するように設定される。
 ここで、実施例2の従乗算回路8として、例えば、図4に示す回路構成を用いた場合には、従乗算回路出力特性のゲイン-K0(|-K0|=K0)は、
-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。
 また、オフセットV8offは、
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。
 次に、実施例2におけるオフセット付加による電圧センサ異常診断作用を説明する。
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。
 即ち、従乗算回路出力特性のゲイン絶対値|-K0|を基準ゲインK0と同じとしながらも、特性全体を高電圧側に平行移動することで、従乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV8offが付加される。このため、図7の従乗算回路出力特性(実線特性)に示すように、モニタ電圧の最大モニタ電圧Vmax付近の従乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避されることになる。
 そして、実施例2の場合には、少なくとも最小モニタ電圧Vmin(例えば、60V程度)までをモニタすれば良いシステムである。このため、従乗算回路出力特性については、図7に示すように、モニタ電圧50V程度以下の領域がモニタ領域から外れても問題ない。また、主乗算回路出力特性については、図7に示すように、オフセットを付加した特性に設定しなくとも、モニタ電圧の最小モニタ電圧Vmin付近の主乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避される。
 したがって、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、モニタ区間(最小モニタ電圧Vmin~最大モニタ電圧Vmax)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、主乗算回路7と従乗算回路8のゲイン絶対値を同じにしたため、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精度を向上させることができる。なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
 次に、効果を説明する。
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。
 (5) システム回路における回路電圧は、直流電圧である。
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。
 実施例3は、2つの乗算回路出力特性のゲイン絶対値を同じにし、かつ、主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性にオフセットを付加した例である。
 以下、図8~図10に基づいて、実施例3の主乗算回路構成と従乗算回路構成を説明する。なお、システム構成やモニタ装置3の異常診断回路9の構成は、実施例1と同様であるので図示並びに説明を省略する。
 (主乗算回路構成)
 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。
 主乗算回路7は、図8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、回路電源74と、オフセット調整抵抗75と、を備えている。なお、オペアンプ73は、バイポーラトランジスタを用いた回路構成としている。
 この主乗算回路7では、ゲイン調整抵抗71aとゲイン調整抵抗71bにより分圧された信号は、絶縁を跨ぐ伝送器72を介してオペアンプ73へ入力され、オペアンプ73によりゲイン非反転出力信号が出力される。なお、伝送器72は、アナログ信号入力をアナログ信号として出力するものであっても良い。また、伝送器72は、アナログ信号入力をデジタル信号として出力するものであっても良い。その際、オペアンプ73は無くとも良い。また、ゲイン調整は、オペアンプ73と抵抗器を用いた一般的な乗算回路で行うものであっても良い。さらに、オフセットの付加調整は、回路電源74の電圧を調整しても良いし、オフセット調整抵抗75の抵抗値により調整しても良いし、両者を用いて調整しても良い。
 この主乗算回路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よりも小さく設定する。そして、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。つまり、主乗算回路出力特性は、最小電圧点A’(例えば、主乗算回路出力0.5V,モニタ電圧0Vの交点)と最大電圧点B(例えば、主乗算回路出力5V,モニタ電圧600Vの交点)とを繋ぐ右上がり直線特性である。
 ここで、主乗算回路出力特性は、モニタ電圧[Vin]を横軸とし、主乗算回路出力[Vout]を縦軸とする入出力関係特性であるため、
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。
 また、オフセットV7offは、
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。
 (従乗算回路構成)
 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。
 従乗算回路8は、図9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、回路電源86と、オフセット調整抵抗87と、を備えている。なお、オペアンプ83,83’は、バイポーラトランジスタを用いた回路構成としている。
 つまり、従乗算回路8は、主乗算回路7の構成に、オペアンプ83’と、ゲイン調抵抗84a,84bと、基準電源85で構成されるゲイン反転回路が付加されたものである。なお、伝送器82は、伝送器72と同様、アナログ信号入力をアナログ信号として出力するものであっても良い。また、アナログ信号入力をデジタル信号として出力するものであっても良い。
 この従乗算回路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、図10に示すように、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。従乗算回路出力特性は、最大電圧点C(従乗算回路出力5V,モニタ電圧0Vの交点)と最小電圧点D’(例えば、従乗算回路出力0.5V,モニタ電圧600Vの交点)を繋ぐ右下がり直線特性である。なお、オフセットV8offは、従乗算回路出力[Vout]の不感帯領域を回避するように設定される。
 ここで、従乗算回路出力特性は、モニタ電圧[Vin]を横軸とし、従乗算回路出力[Vout]を縦軸とする入出力関係特性であるため、
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。
 また、オフセットV8offは、
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。
 次に、実施例3におけるオフセット付加による電圧センサ異常診断作用を説明する。
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。
 即ち、主乗算回路出力特性にオフセットV7offが付加されるため、図10の主乗算回路出力特性に示すように、モニタ電圧がゼロ電圧であっても主乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避されることになる。同様に、従乗算回路出力特性にオフセットV8offが付加されるため、図10の従乗算回路出力特性に示すように、モニタ電圧の最大モニタ電圧Vmax付近の従乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避されることになる。
 つまり、実施例3の場合には、主乗算回路出力特性の主乗算回路出力[Vout]が小さい不感帯領域にオフセットV7offが付加されたことで、モニタ電圧[Vin]の最小モニタ電圧Vminがゼロ電圧まで拡大してもモニタ結果が飽和領域(不感帯)に入るのが回避される。言い換えると、モニタ電圧[Vin]のゼロ電圧から最大電圧までをモニタ区間とするシステムであっても、主乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避される。
 したがって、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、モニタ区間(最小モニタ電圧Vmin~最大モニタ電圧Vmax)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、主乗算回路出力特性にオフセットV7offを付加したため、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。なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
 次に、効果を説明する。
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。
 (6) システム回路における回路電圧は、直流電圧である。
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。
 実施例4は、主乗算回路及び従乗算回路を、MOSトランジスタ(MOS-FET)を用いた回路構成とし、主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を、オフセットを付加しない特性に設定した例である。
 図11は、実施例4のモニタ装置における主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性を示す。以下、図11に基づいて、主乗算回路構成と従乗算回路構成を説明する。なお、システム構成やモニタ装置3の異常診断回路9の構成は、実施例1と同様であるので図示並びに説明を省略する。
 (主乗算回路構成)
 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。
 この主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、図11に示すように、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。つまり、主乗算回路出力特性は、ゼロ電圧点A(主乗算回路出力0V,モニタ電圧0Vの交点)と最大電圧点B(例えば、主乗算回路出力5V,モニタ電圧600Vの交点)とを繋ぐ右上がり直線特性である。
 ここで、主乗算回路出力特性は、モニタ電圧[Vin]を横軸とし、主乗算回路出力[Vout]を縦軸とする入出力関係特性であるため、
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。
 (従乗算回路構成)
 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。
 ここで、ゲイン調整抵抗81aとゲイン調整抵抗81bを、主乗算回路7のゲイン調整抵抗71aと、ゲイン調整抵抗71bと同じ比率に設定する。そして、ゲイン調整抵抗84aと、ゲイン調整抵抗84bを、1:1の比率で設定し、基準電源85を主乗算回路7の出力レンジの1/2に設定する。この設定により、図4に示す従乗算回路8は、図3に示す主乗算回路7の出力を、出力レンジの1/2を中心に折り返す反転出力となる。
 この従乗算回路8は、ゲイン絶対値|-K0|を基準ゲインK0と同じに設定することで、従乗算回路出力特性を、図11に示すように、従乗算回路出力[Vout]が最大電圧とゼロ電圧を通るゲイン-K0による特性に設定する。従乗算回路出力特性は、最大電圧点C(従乗算回路出力5V,モニタ電圧0Vの交点)とゼロ電圧点D(従乗算回路出力0V,モニタ電圧600Vの交点)を繋ぐ右下がり直線特性である。
 次に、実施例4における電圧センサ異常診断作用を説明する。
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。
 そこで、実施例4では、主乗算回路7は、主乗算回路出力特性を、図11に示すように、基準ゲインK0による特性に設定し、オフセットを付加しない。従乗算回路8は、従乗算回路出力特性を、ゲイン絶対値|-K0|を、基準ゲインK0と同じにする特性に設定し、オフセットを付加しない。
 このため、図11の主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性に示すように、モニタ電圧のゼロ電圧から最大電圧までをモニタ区間とするシステムであっても、主乗算回路出力[Vout]と従乗算回路出力[Vout]が飽和領域(不感帯)に入るのが回避される。
 したがって、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、主乗算回路出力特性と従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。なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
 次に、効果を説明する。
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。
 (7) システム回路における回路電圧は、直流電圧である。
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。
 以上、本開示の電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法を、実施例1~4に基づき説明してきた。しかし、具体的な構成については、これらの実施例1~4に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
 実施例1,2では、従乗算回路出力特性にオフセットを付加する例を示し、実施例3では、主乗算回路出力特性と従乗算回路出力特性にオフセットを付加する例を示した。しかし、電圧センサである主乗算回路や従乗算回路での電圧検出精度の悪化を避けるため、差分検知による異常診断を実施するときのみオフセットを付加する切換手段を備える例としても良い。
 実施例1~4では、主乗算回路7として、図3に示す回路構成や図8に示す回路構成とする例を示した。しかし、主乗算回路としては、図3や図8に示す回路構成に限定されるものではなく、他の等価回路構成とする例であっても良い。
 実施例1~4では、従乗算回路8として、図4に示す回路構成や図9に示す回路構成とする例を示した。しかし、従乗算回路としては、図4や図9に示す回路構成に限定されるものではなく、他の等価回路構成とする例であっても良い。
 実施例1~4では、本開示の電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法を、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に適用する例を示した。しかし、本開示の電圧センサ診断装置及び電圧センサ診断方法は、システム回路の電圧センサを診断するシステムであれば、様々な電気機器システムに対しても適用することができる。

Claims (7)

  1.  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、
     を有することを特徴とする電圧センサ診断装置。
  2.  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。
  3.  請求項1又は2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。
  4.  請求項1又は2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。
  5.  請求項1又は2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。
  6.  請求項1又は2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。
  7.  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
     ことを特徴とする電圧センサ診断方法。
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