(57)【要約】  本発明は、オルタネータ兼スタータのロータ角度位置測定センサ（１０）の故障を診断する方法、および装置（４）に関する。センサ（１０）は、多相信号（１００〜１０３）を出力する。センサ（１０）が出力する信号（１００〜１０３）の線形結合によって、２つのシヌソイド信号（２００、２０１）が生成され、それらは、非自明に位相がずれている。本発明の方法によれば、不等式の２つの複合対応が、前述の２つの信号（２００、２０１）および初期段階中に計算された閾値から計算される。第１の閾値は、ロータ角度位置測定システム（１）の数学モデルにモンテカルロ法を適用することによって計算され、他の２つは、２つのシヌソイド信号（１００〜１０３）に加えられるオフセット値（３０〜３２）から計算される。前述の対応の一方および／または他方の「真」の論理状態は、少なくとも１つのセンサが所定の種類の故障を有することを示す。
2012522238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータを備える多相回転電気機器のロータ角度位置測定システムに実装されるセンサの機能故障を診断する方法であって、前記センサは、前記ステータに対して固定され、磁界を検出してこの磁界を表す第１の信号を提供することができ、
前記第１の信号（１０１〜１０３）の線形結合から、前記ロータの角度位置を表し、かつ０°および１８０°とは異なる所定の値だけ位相がずれている、第１のシヌソイド信号（２００）と第２のシヌソイド信号（２０１）の対を少なくとも１つ生成する工程と、
前記ロータの速度状態Ｅvtとして知られ、かつＥvt＞０またはＥvt≧０の２つの値を取る第１のパラメータを決定する工程と、
−［（Ｓpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）ＯＲ（Ｃpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）］
−［（Ｖref−Δ＜Ｓ＜Ｖref＋Δ）ＡＮＤ［（Ｖref−Δ＜Ｃ＜Ｖref＋Δ）］
上式で、「ＯＲ」は、非排他的な選言的論理演算子、「ＡＮＤ」は、連言的論理演算子、Ｓppは、前記第１のシヌソイド信号（２００）の最大ピークツーピーク振幅、Ｓは、前記第１のシヌソイド信号（２００）の瞬間値、Ｃppは、前記第２のシヌソイド信号（２０１）の最大ピークツーピーク振幅、Ｃは、前記第２のシヌソイド信号（２０１）の瞬間値、ＴＲＩＧ＿ＰＰ、ＶｒｅｆおよびΔは、３つの所定の閾値である、第１の式および第２の式を計算する工程（４０）と、
前記速度パラメータＥvtがゼロより大きいとき、
前記第１の式の論理状態の「真」または「偽」を判定する工程と、
前記第１の式が真と確認されないとき、前記センサの故障のない動作を示す信号（４００）を生成する工程と、
前記第１の式が真と確認されるとき、前記センサの少なくとも１つの機能故障を示す信号（４００）を生成する工程と、
前記速度状態パラメータＥvtがゼロ以上のとき、
前記第２の式の論理状態の「真」または「偽」を判定する工程と、
前記第２の式が真と確認されないとき、前記センサの故障のない動作を示す信号（４００）を生成する工程と、
前記第２の式が真と確認されるとき、前記センサの少なくとも１つの機能故障を示す信号（４００）を生成する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
角度位置測定のために、前記角度位置測定システム（１）の設計中に実行される第１の準備段階を備え、前記第１の準備段階は、
前記システムの数学モデルを構築する工程と、
定常状態に到達した時、ボルツマン分布として知られている状態分布を得るためなどで、モンテカルロ法として知られている統計的方法に従う複数のランダム修正をこのモデルに適用する工程と、
前記分布に基づいて、前記所定の閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰを決定する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記角度位置測定システム（１）は、前記角度位置の計算チェーン（７）を備え、前記計算チェーン（７）は、
アナログ−デジタル変換器と、いわゆるオフセット値を前記第１のシヌソイド信号（２００）および前記第２のシヌソイド信号（２０１）に加える回路（３２〜３３）とを備え、
前記角度位置測定システム（１）は、前記角度位置測定システム（１）の設計中に実行される第２の準備段階を備え、前記第２の準備段階は、
前記オフセット値および前記アナログ−デジタル変換器の電気特性に基づいて、前記所定の閾値ＶrefおよびΔを決定する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ロータ角度位置測定システム（１）のいわゆる速度プロファイルパラメータを取得する工程と、
前記速度プロファイルに基づいて、過渡期外の前記第１のシヌソイド信号および前記第２のシヌソイド信号のかなり大きいピークツーピーク測定が実行可能になる最短時間を計算する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記多相回転電気機器は、前記ロータ角度位置測定システム（１）の所定の動作範囲において温度変動の影響を受けない磁性材料を備えており、
前記閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰは、２つの領域、すなわち前記センサ（１０）の故障のない動作に典型的な前記閾値より大きい値に関する第１の領域と、前記センサ（１０）の機能故障に典型的な前記閾値より小さい値に関する第２の領域とを区切るような、定数の最小値（Ｃ2）に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記多相回転電気機器は、前記ロータ角度位置測定システム（１）の所定の動作範囲において温度変動の影響を受けやすい磁性材料を備えており、
前記磁性材料の温度を測定または推定する工程（４２）と、
前記閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰを、ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝ｐＴ＋Ｋs（ここで、ｐはこの線形関数を表す直線（Ｃ3）の傾き、Ｔは温度、Ｋsは定数である）の形態の線形関数にするなどで、温度に依存させることから成る工程とを有し、
前記直線は、２つの領域、すなわち前記センサ（１０）の故障のない動作に典型的な前記直線（Ｃ3）の上にある値に関する第１の領域と、前記センサ（１０）の機能故障に典型的な前記直線（Ｃ3）の下にある値に関する第２の領域との境界を画していることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実施する装置であって、
前記ロータの速度を測定して、前記速度状態Ｅvtを表す信号を生成する手段（４１）と、
第１の入力部（ｅ1）および第２の入力部（ｅ2）において、少なくとも前記第１のシヌソイド信号（２００）および前記第２のシヌソイド信号（２０１）を受け取り、第３の入力部（ｅ3）において、前記速度状態Ｅvtを表す信号を受け取る電子診断モジュール（４０）であって、
これらの信号および前記所定の閾値に基づき、前記第１の式および前記第２の式を展開して、これらの式の「真」または「偽」の論理状態を確認する手段と、
出力（４００）として、前記論理状態に応じて前記センサ（１０）の故障のない動作または前記センサ（１０）の少なくとも１つの機能故障を表す信号を生成する手段とを備える前記診断モジュール（４０）
とを備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記多相回転電気機器は、
前記ロータ角度位置測定システム（１）の所定の動作範囲において、温度変動の影響を受けやすい磁性材料を備え、
この材料の温度を測定または推定して、この温度を表す信号（Ｔ）で、かつ前記診断モジュール（４０）の第４の入力部（ｅ4）に伝達される前記信号（Ｔ）を提供する手段（４２）をも備え、
この診断モジュール（４０）は、ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝ｐＴ＋Ｋs（ここで、ｐは前記線形関数を表す直線の傾き、Ｔは温度、Ｋsは定数である）の形態の線形関数に合致する閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰを生成するようになっていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記多相回転電気機器は３相機器であって、前記ロータ角度位置測定システム（１）は、
それぞれＳ1〜Ｓ3と呼ばれる３つのセンサ（１０）を備え、かつ
前記センサ（１０）に所定の大きさの電圧Ｖccを提供する電気エネルギー供給手段（１００）をも備え、
前記第１の式が真と確認されたとき、前記デバイスは、出力（４００）として次のカテゴリである、センサＳ1が短絡して所定の電位（０ＶまたはＶcc）に接続、センサＳ1が断線、センサＳ2またはＳ3が短絡して所定の電位（０ＶもしくはＶcc）または相互に接続、センサＳ1および（Ｓ2もしくはＳ3）が断線、センサＳ1およびＳ2およびＳ3が短絡して所定の電位（０ＶもしくはＶcc）または相互に接続、センサＳ1およびＳ2およびＳ3が断線かあるいは前記電気エネルギー供給手段（１００）が故障、の中に含まれる種類の故障を示す診断信号を生成するようになっていることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記多相回転電気機器は３相機器であって、前記ロータ角度位置測定システム（１）は、
それぞれＳ1〜Ｓ3と呼ばれる３つのセンサ（１０）を備え、
前記センサ（１０）に所定の大きさの電圧Ｖccを提供する電気エネルギー供給手段（１００）を追加として、
前記第２の式が真と確認されるとき、前記デバイスは、出力（４００）として次のカテゴリである、センサＳ1およびＳ2およびＳ3が断線、センサＳ1およびＳ2およびＳ3が短絡して所定の電位（０ＶまたはＶcc）に接続、センサＳ1およびＳ2およびＳ3が短絡して所定の電位（０ＶもしくはＶcc）または相互に接続、あるいは前記電気エネルギー供給手段（１００）が故障、の中に含まれる種類の故障を示す診断信号を生成するようになっていることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１１】
前記センサ（１０）は、ホール効果センサで構成されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記多相回転電気機器は、オルタネータ兼スタータであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記診断モジュール（４０）は、プログラムを記録済みのオンボードデジタルコンピュータで構成されることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータを備える多相回転電気機器の角度位置測定センサの機能故障を診断する方法に関する。
【０００２】
また本発明は、この方法を実施するための装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、より詳しくは、自動車産業で使用され、オルタネータ兼スタータとして知られている、オルタネータモードとモータモードの両方で作用する可逆機器に適用することができる。
【０００４】
本発明において、「多相」という語は、具体的に３相または６相の回転電気機器に関して使用するが、２相回転電気機器またはより多相で作用する機器にも関して使用することもある。
【０００５】
明確にするために、以下では、本発明の好ましい適用例として、オルタネータ兼スタータ式の３相可逆回転電気機器の例を、本発明の範囲を限定することなく用いる。
【０００６】
公知のように、可逆回転電気機器はオルタネータを備え、このオルタネータは、
−コイルを構成するロータであって、かつ励起電流を供給するための２つの集電環および２つのブラシに、従来通りの要領で関係づけられているロータと、
−電機子を構成し、３相構造の場合には星形に、もしくは多くが三角形態に接続され、オルタネータ動作では変換された電力を整流ブリッジに供給するようになっている複数（実施形態では３）のコイルまたは巻線を有する多相ステータとを備えている。
【０００７】
オルタネータはまた、可逆的であり、電気モータまたは回転電気機器を構成しており、電気モータまたは回転電気機器は、ロータ軸を介して車両の熱機関を回転させることができるようになっている。この可逆オルタネータは、オルタネータ兼スタータとして知られている。この可逆オルタネータは、機械エネルギーを電気エネルギーに、またその逆に変換することができる。
【０００８】
従って、オルタネータモードでは、このオルタネータ兼スタータは、特に車両の電池を充電するのに対して、スタータモードでは、自動車の内燃機関である熱機関を駆動して、熱機関を始動させる。
【０００９】
例えばモータモードすなわちスタータモードで動作する自動車における可逆機器では、ステータの電流は、ロータを始動するのに必要なトルクと、ロータを熱機関の動作に必要な回転させるのに必要なトルクとの両方を常にロータに提供するように、制御されなければならない。ロータに加えられるトルク、従ってスタータの各相に供給される電流は、ステータに対するロータの角度θによって示される角度位置のシヌソイド関数である。
【００１０】
３相オルタネータ兼スタータのロータの瞬間的な角度位置θ（ｔ）を測定し、オルタネータモードとモータ（スタータ）モードの両方においてこのユニットを制御する全部そろったシステムは、通常、４つの主なサブシステム、すなわちオルタネータ兼スタータ、可逆交流−直流変換器、この変換器の制御モジュール、およびロータの角度位置θ測定モジュールを備えている。
【００１１】
変換器は、相数（この実施例では３）と同数のＭＯＳＦＥＴパワートランジスタブランチを備える電子整流ブリッジによって、おおむね構成されている。
【００１２】
オルタネータ兼スタータは、オルタネータモードでは、変換器に３相交流を供給し、モータモードでは、３相定電流源モードで動作する可逆変換器から、３相電気エネルギーが供給される。
【００１３】
モータモードでは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、制御モジュールが生成する６つの制御信号の適切なシーケンスに従って制御される。同様に公知のように、これらの信号は、ロータの角度位置θに応じて生成されるものである。
【００１４】
それ故、整流ブリッジを正しく動作させるために、特に半導体コンポーネントの劣化のリスクを防ぐために、それだけでなくそして何よりも、モータモードすなわちスタータモードにおいてオルタネータ兼スタータが提供するトルクを最適化するために、この角度位置θを高精度で測定する必要がある。
【００１５】
これは、ロータ角度位置測定モジュールに割り当てられた機能であり、このモジュールは、測定した角度位置の瞬間的な変動を表す信号θ（ｔ）を生成し、その信号を制御モジュールの入力部に伝える。
【００１６】
この目的のために、従来種々の方法が提案されている。
【００１７】
非限定の例として、特許文献１（WO2006/010864 A2）において、その出願人は、正確な角度位置を、安く簡単に求めることができ、かつ磁気擾乱の影響を受けない、ステータを備える回転電気機器のロータ位置測定装置を提案している。
【００１８】
この特許出願におけるデバイスは、回転電気機器のステータに対して固定されているセンサであって、これらのセンサが検出した回転磁気機器を表す第１の信号を供給し得る複数の磁界測定センサと、この第１の信号を、オペレータが処理する手段で、かつロータが到達している角度位置によって決まる第２の信号を供給し得る手段とを備える。
【００１９】
センサは、一般に線形ホール効果センサによって構成されている。例えば３つのセンサは、以下ではＳ1からＳ3と呼び、この事例ではオルタネータ兼スタータである３相回転電気機器上に１２０°の電気角度で配置されていて、ロータと一体になったターゲットで、かつその機器の各極に対して交互にＮ／Ｓに磁化されるターゲットに向かい合っている。これらのセンサＳ1〜Ｓ3は、それぞれシヌソイド型の信号ＶＳ1〜ＶＳ3を供給する。より詳細な内容に関しては、前述の国際特許出願である特許文献１の明細書を有利に参照することができる。実験から分かったことは、３つの測定センサＳ1〜Ｓ3が生成する信号ＶＳ1〜ＶＳ3は、「未加工」に分類され、一般に、高レベルの高調波、特に、多大なレベルの第３次および第５次高調波を備え、それらの信号の相対的振幅が異なっていることである。それ故、これら３つの非常に不完全な未加工の信号を基にすると、理想的なシヌソイド関数（すなわち、高調波がない）と近似し、全く同じ振幅でかつオフセットがゼロで、顕著に位相がずれている（１８０°の倍数でない位相のずれがある）２つの信号を作成することは困難である。
【００２０】
この困難を取り除くための、基本的原理は、必要な２つのシヌソイドの取得を可能にし、かつ上述の問題をできるだけ避ける２つの異なった線形結合を得ることである。
【００２１】
最初の推量によれば、センサに同一または少なくとも非常に類似した特性を持たせ、かつセンサを同じ熱および電磁環境に置くことが可能であり、その結果、センサが発する信号は、共通の特性を保有することになる。これらの前提は、以下のように考えてよい根拠を与える。
−それら信号のオフセットは、（例えばロータの磁化などの）何らかの外乱磁界に依存して、同時に発現する。
−それら信号の第３次高調波のレベルは、非常に似ており、基本波と同期している。
−これらのセンサが生成する電気信号は、約１２０°位相がずれている。
【００２２】
これらの前提によって、第３次高調波およびオフセットを、ある程度相殺する２つの線形結合の選択が可能になる。簡単なやり方で、線形結合に関してセンサ出力信号間の相違を選択することによって、６０°位相がずれ、上述の選択基準に合致する２つのシヌソイド信号が得られる。このようにして得られた信号は、再び中心となり、かつ未加工の信号よりも高調波が少ない。
【００２３】
いったん２つのシヌソイドが得られると、ロータの角度位置の値θを直接取り出すことが可能になる。このため、前述の２つの信号を除算することにより振幅を除き、次いで数学関数または表を用いて、関数を逆にして、信号の符号を用いて角度の象限を判定することが可能である。明確にするために、非限定の例として、信号間の位相のずれが例えばφ＝９０°（正弦信号−余弦信号）の場合、これは、アークタンジェント関数である。前と同じように、この方法のより詳細な記述に関しては、前述の国際特許出願である特許文献１を有利に参照することができる。
【００２４】
「理想」として分類されてもよいこれらの動作条件は、実際にはめったに満足されることはない。
【００２５】
従って、実際にはこの場合も、やはり、十分でないことが多い。
【００２６】
従って、出願人は、２００８年５月２３日に出願された仏国特許出願である特許文献２において、従来技術における欠点を取り除いた角度位置測定方法およびデバイスを提案している。
【００２７】
このため、この方法における必須の特徴として、回転電気機器のロータの真の角度位置は、真の角度位置と推定角度位置との間を制御するシステムを使用して測定される。この特許出願により教示されているデバイスは、以下トラッキングループと呼ぶフィードバックループを備え、このフィードバックループの動作は、位相同期ループ、すなわちおＰＬＬの動作に似ている。
【００２８】
ステータ角度位置測定デバイスを構成する回路は、次の方程式（１）を満足するように設計されている。
2012522238.tif 000003
上式で、
−θrealは、ロータの真の角度位置、
−θestは、ロータの推定角度位置、
−φ1およびφ2は、回転電気機器のステータに関係する角度基準点に対するセンサの角度オフセットに相当する信号の位相のずれを示す。
【００２９】
従って、φ（＝φ１＋φ２）は、定数であり（これら２つの位相のずれは、１つの角度基準点に基づいて決定される）、信号θrealと信号θestとの間の位相のずれを示している。
【００３０】
この方程式により、真の角度位置と推定角度位置との間の誤差に関する信号を取得することができる。
【００３１】
いわゆるトラッキングループは、θrealとθestとの間の誤差を最小限に抑えることを可能にする。
【００３２】
この誤差がわずかになれば、ｓｉｎ（θreal−θest）は、実質上（θreal−θest）と等しくなることはよく知られている。その場合、前述の方程式の第２の項は、実質上Ｋ（φ1−φ2）と等しくなる。ここで、Ｋは、１／２ｓｉｎ（φ）と等しい定数である。
【００３３】
以下では、明確にするために、この種のデバイスの考え方を、本発明の範囲を決して限定することなく適用する。
【００３４】
すべての場合において、角度位置は、センサが提供する多相信号の結合から得られるので、正確な方法を実施しても、ステータに対するロータの角度位置θの測定は、測定センサから提供される情報の信頼性に依存することが、容易に理解しうると思う。
【００３５】
それ故、センサの満足な動作を保証し、これらのセンサの機能故障を診断する方法を実施する必要がある。
【００３６】
本発明に関する限り、「測定センサの故障」とは、周辺電気および電子回路（電気接続、センサへの電気エネルギー供給回路等）の故障も意味するものとする。
【００３７】
従来技術では、様々な診断方法が提案されている。
【００３８】
角度位置測定センサの診断は、前述のトラッキングループが実行する車両の速度の評価と、例えば計算部が実行するこの速度の測定との比較によって行ってもよい。しかし、電気的位置の推定を可能にするトラッキングループは、１つまたは複数のセンサが故障（開回路または短絡など）したときでさえ、正確な平均速度値を示すこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】国際公開第２００６／０１０８６４（Ａ２）号パンフレット
【特許文献２】仏国特許出願第０８５３３５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
本明細書に添付されている図１は、時間ｔに対するロータの回転速度Ｖtの変化の一例を示す。図１では、瞬間的な速度Ｖinstの変化が示すように、複数の継続的なセンサ故障（開回路または短絡等）を模擬している。しかし、トラッキングループは同期しており、完全に正しい平均速度Ｖmoyを示していることが分かると思う。
【００４１】
従って、基準値を取得するために、外部速度測定が必要である。
【００４２】
別の方法は、トラッキングループの誤差信号だけを使用することからなっている。しかし、このループは、小さな飽和状態に非常に敏感であり、非常に小さい振幅の信号が存在するところではいかなる誤差（センサの短絡またはコネクタ外れに起因する誤差を含む）も検出することはできない。さらに、ある種の実用的な実施形態では、トラッキングループの誤差信号は、使用する電子回路の簡略化に起因する較正の欠落および低精度のために、かなりの量のノイズによって品質が落ちる。それ故、検出閾値に関する限り、大きなマージンを認めなければならない。従って、一定数の故障を診断することはできない。例えば、３つの角度位置センサの同時断線、または電気エネルギー供給源の断線を検出することはできない。
【００４３】
別の方法は、３つの測定センサＳ1〜Ｓ3からの出力で生成された信号を合計することから成っている。すなわち以下の通りである。
Σ＝ＶＳ1＋ＶＳ2＋ＶＳ3≒０
【００４４】
しかし、この方法は、信号ＶＳ1の測定、または信号全体の合計の測定などの追加の電子回路を用いる必要があり、診断装置は複雑となり、コストはより高くなる。さらに、前に挙げた理由（較正の欠落による低精度）のために、検出閾値に関する限り、大きなマージンを許容する必要がある。そのため、一定数の故障を診断することはできない。例えば、前述のように、３つのセンサまたは電気エネルギー供給源の断線を検出することはできない。
【００４５】
本発明の目的は、特にオルタネータ兼スタータ式の、ステータを備える多相回転電気機器のロータ角度位置測定センサに起因する機能故障の診断方法であって、実装される電子回路は複雑ではなく、また全体のコストも大幅に増加せず、また一部を前述した従来技術における欠点をもなくした方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
本発明の方法の主な特徴によれば、ロータ角度位置測定センサの診断は、これらのセンサが提供する多相信号の線形結合に基づいて決定される正弦信号と余弦信号の対を直接測定し、この場合には、典型的に「速度＞０」および「速度＝０」（または同様に「速度≧０」）の状態である、「速度状態」と呼ぶことにするパラメータ、および最低速度プロファイルを取得することによって得られる。
【００４７】
従って、この測定には、速度の正確な値を知る必要はない。
【００４８】
本発明の方法によれば、角度位置測定センサに起因する主なエラーの診断は、以下に示す２つの式の「真」または「偽」の論理状態を判定するのみで行われる。
（Ａ）Ｅvt＞０ｒｐｍのとき、［（Ｓpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）ＯＲ（Ｃpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）］
（Ｂ）Ｅvt≧０ｒｐｍのとき、［（Ｖref−Δ＜Ｓ＜Ｖref＋Δ）ＡＮＤ［（Ｖref−Δ＜Ｃ＜Ｖref＋Δ）］
上式において、
−Ｅvtは、ｒｐｍ（ｔ／ｍｎ）単位で表したオルタネータ兼スタータのロータが到達している速度状態である。
−「ＯＲ」および「ＡＮＤ」は、それぞれ非排他的な選言的論理演算子および連言的論理演算子である。
−Ｓは、正弦信号の瞬間値である。
−Ｃは、余弦信号の瞬間値である。
−Ｓppは、正弦信号の最大ピークツーピーク振幅である。
−Ｃppは、余弦信号の最大ピークツーピーク振幅である。
−Ｖrefは、フィードバックチェーンで実施されるアナログ−デジタル変換位置合わせのためのオフセット値である。
−ＴＲＩＧ＿ＰＰおよびΔは、２つの閾値である。
式（Ａ）および／または（Ｂ）が真と確認された場合、すなわち「真の」論理状態の場合、これは、角度位置測定センサ、もしくは少なくともこれらセンサの周辺電気／電子回路（電気接続、電気エネルギー供給源等）、および磁気ターゲット自体の少なくとも１つの故障状態の特徴を示している。
【００４９】
閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰは、いわゆる「モンテカルロ」式統計方法を用いて得られる。そのため、この方法の準備段階において、「オルタネータ兼スタータ／トラッキングループ」システムのグローバル数学モデルを作成し、ランダム修正をこのモデルに適用する。数学的処理によって、この状態分布に基づいて、前述の閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰの計算が可能になる。
【００５０】
これらの様々なパラメータについて、次により詳細に述べ、かつ特定する。
【００５１】
従って、本発明は、次のことを含む多くの利点を有する。
【００５２】
角度位置測定センサに起因する機能故障の診断は、基本的な論理演算、すなわち２つの不等式の「真」または「偽」の論理状態を判定するだけでよい。
【００５３】
不等式に含まれるパラメータは、トラッキングループに固有の必要性のために、実質上既に取得されている。特に、正弦および余弦の２つの信号は、ロータの角度位置の値θを測定するために必要である。前述の論理状態の判定は、好ましい実施形態として、現代的な設計のどんな車両にも設けられているオンボードコンピュータを使用して行うのがよい。
【００５４】
前述の閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰ、ΔおよびＶrefの値の計算は、１つの準備段階中、典型的にシステムの設計中に実行され、車両内に追加の回路を少しも必要としない。また、オンボードデジタルコンピュータのプログラムメモリに実装されているソフトウェアシステムを修正することも必要ない。
【００５５】
従って、本発明の主目的は、ステータを備える多相回転電気機器のロータ角度位置測定システムに実装されるセンサの機能故障を診断する方法である。センサは、ステータに対して固定され、磁界を検出して、この磁界を表す第１の信号を提供することができる。この方法は、
前述の第１の信号の線形結合から、ロータの角度位置を示し、０°および１８０°とは異なる所定の値だけ位相がずれている、第１のシヌソイド信号と第２のシヌソイド信号の対を、少なくとも１つ生成する工程と、
２つの値Ｅvt＞０またはＥvt≧０を取り、ロータの速度状態Ｅvtとして知られている第１のパラメータを決定する工程と、
−［（Ｓpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）ＯＲ（Ｃpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）］
−［（Ｖref−Δ＜Ｓ＜Ｖref＋Δ）ＡＮＤ［（Ｖref−Δ＜Ｃ＜Ｖref＋Δ）］
上式において、「ＯＲ」は、非排他的な選言的論理演算子、「ＡＮＤ」は、連言的論理演算子、Ｓppは、前述の第１のシヌソイド信号の最大ピークツーピーク振幅、Ｓは、その信号の瞬間値、Ｃppは、前述の第２のシヌソイド信号の最大ピークツーピーク振幅、Ｃは、その信号の瞬間値、ＴＲＩＧ＿ＰＰ、ＶrefおよびΔは、３つの所定の閾値である、第１の式および第２の式を計算する工程と、
前述の速度パラメータＥvtがゼロより大きいとき、前述の第１の式の「真」または「偽」の論理状態を判定する工程と、この第１の式が真と確認されないとき、前述のセンサの故障のない動作を示す信号を生成する工程と、それが真と確認されたとき、これらのセンサの少なくとも１つの機能故障を示す信号を生成する工程と、
前述の速度状態パラメータＥvtがゼロ以上のとき、前述の第２の式の「真」または「偽」の論理状態を判定する工程と、この第２の式が真と確認されないとき、前述のセンサの故障のない動作を示す信号を生成する工程と、それが真と確認されるとき、これらのセンサの少なくとも１つの機能故障を示す信号を生成する工程とを、少なくとも備えていることを特徴としている。
【００５６】
また本発明の他の目的は、この方法を実施する装置を提供することにある。
【００５７】
以下本発明について、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】時間に対する多相回転電気機器のロータの回転速度の進展と、このロータの角度位置測定センサの種々の故障を模擬する曲線の一例を概略的に示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による、角度位置測定センサの機能故障診断装置を組み込んだ、オルタネータ兼スタータのロータ角度位置測定システムの一実施形態を概略的に示す図である。
【図３】図１のシステムの角度位置測定センサが生成する信号の線形結合によって得られる１対の信号の時間に対する進展を示す図である。
【図４】ロータの回転速度がゼロでないとき、エラーの診断を行う手段として閾値の範囲を決定するためなどで、温度に応じてモンテカルロ法を用いて得られた閾値の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下では、特に明記しない限り、本発明の範囲を決して限定することなく、本発明の好ましい実施形態、すなわち、測定角度位置と推定角度位置とを制御するシステムを有する、オルタネータ兼スタータのロータ角度位置測定システムの例を用いる。
【００６０】
図２は、前述の特許文献２に記載されているアーキテクチャによるオルタネータ兼スタータのロータ角度位置測定システム１の一例を示す。このシステムには、本発明の好ましい実施形態による角度位置測定センサの機能故障診断装置４も組み込まれている。
【００６１】
オルタネータ兼スタータ（図示せず）は、先行技術と全体的に類似する種類であっても、または全く同じ種類でもよい。ブロック１０のセンサは、例えば、３相回転機器に対して、電気角１２０°で配置されている３つのホール効果センサから構成されている。これらのセンサ１０への電気エネルギーの供給源は、例えば＋５Ｖなどの電圧Ｖccを提供する電池１００である。
【００６２】
センサ１０は、出力接続部１０１〜１０３にＶＳ1〜ＶＳ3と呼ぶ３つの「未加工の」信号を提供し、これらの信号は、線形結合兼振幅補正モジュール２０に伝達され、このモジュール２０は、その出力先である接続部２００および２０１に２つの信号を作り出し、これらの信号は、補助モジュール３０および３１に伝達される。
【００６３】
モジュール３０および３１は、これらの信号に、それぞれモジュール３２および３３から提供されるオフセット値を加える。モジュール３２および３３は、所定のオフセット値を有するメモリ回路をもって構成してもよい。
【００６４】
従って、モジュール３０および３１の出力部３００および３１０には、同じ振幅の２つのシヌソイド信号があり、これらの信号は、軸を中心としており（言い換えるとオフセットなし）、自明でない所定の値φだけ、すなわち０°または１８０°とは異なり、かつ９０°が有利である値だけ、位相がずれている。これらの信号を、以下、ＳsinおよびＣcosと呼ぶことにする。
【００６５】
これら２つの成分は、センサ１０の測定信号から導出され、できるだけ密接に、シヌソイド関数を近似するように作られ、それぞれ、接続部３００および３１０を介して、乗算部５０および５１の第１の入力部に伝達される。それ故、これらの成分は、ロータの角度位置測定の瞬間値の２つの例を表す。これらの乗算部５０および５１は、推定角度位置θ（ｔ）の瞬間値から導出される２つの成分を、２つのフィードバックブランチ８および９（接続部８０および９０）を介して、第２の入力部で受け取る。これらのフィードバックブランチ８および９を、それぞれ、「正弦フィードバック」および「余弦フィードバック」と呼ぶことにする。乗算部５０および５１から出力された信号は、接続部５００および５１０によって相殺部６の入力部に伝達され、この相殺部６の出力信号（接続部６０）は、角度位置計算チェーン７に伝達される。接続部７０に出力される信号は、推定角度位置θ（ｔ）の瞬間値を表し、前述のフィードバック回路８および９を介して、乗算部５０および５１の第２の入力部に再入力される。
【００６６】
トラッキングループを有するこのアーキテクチャを構成する回路は、本明細書の背景技術で言及した方程式（１）を満足するようにされている。
【００６７】
上述のオルタネータ兼スタータのロータ角度位置測定システム１のアーキテクチャは、従来技術による実施形態と共通である。
【００６８】
このシステム１、およびより一般的には多相機器のロータ角度位置測定センサを使用する他の多くのシステムに組み込まれているロータ角度位置測定センサ１０の、機能故障診断デバイス４の好ましい実施形態について、次に説明する。これから示すように、センサが生成する多相信号の線形結合から得られる少なくとも１対の信号を有することは必要であり、これ自体は公知であって、本発明に特有のことではない。
【００６９】
ロータ角度位置測定センサ１０の機能故障を診断する本発明に特有の装置４は、診断モジュール４０と、ロータの速度、より具体的には速度状態ＥＶtを示す手段４１とを備えている。
【００７０】
実際のところ、前述のように、本発明の方法の有利な特徴によれば、速度の正確な値を知る必要はなく、異なった状態間の区別だけが必要である。
【００７１】
診断モジュール４０は、第１の入力部ｅ1および第２の入力部ｅ2で、出力部３００および３０１に存在するＳsinおよびＣcosと呼ぶ信号を受け取る。速度状態Ｅvtを表す信号は、モジュール４０の第３の入力部ｅ3に伝達される。
【００７２】
モジュール４０は、出力として、センサの機能故障の存在または不在を示す信号４００を生成する。その性質については、以下に詳述する。
【００７３】
これら３つの一連の信号は、ロータ角度位置測定センサの主な機能故障の診断を得るために、定常運転速度において知る必要がある必須の情報を構成する。
【００７４】
前述のように、この診断は、以下の式（Ａ）および（Ｂ）の「真」または「偽」の論理状態を判定することによって得られる。
（Ａ）Ｅvt＞０ｒｐｍのとき、［（Ｓpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）ＯＲ（Ｃpp＜ＴＲＩＧ＿ＰＰ）］
（Ｂ）Ｅvt≧０ｒｐｍのとき、［（Ｖref−Δ＜Ｓ＜Ｖref＋Δ）ＡＮＤ（Ｖref−Δ＜Ｃ＜Ｖref＋Δ）］
【００７５】
これらの式に示されている様々なパラメータについては、本発明の課題を解決するための手段で明記してあるので、再び説明する必要はないと思う。
【００７６】
式（Ａ）および／または（Ｂ）の論理状態が「真」の状態は、ホール効果センサ１０または周辺電気／電子回路（電気接続、電気供給回路１００等）の少なくとも１つの故障状態を示す。
【００７７】
式（Ａ）が真と確認されるとき、言い換えるとＥvt≠０ｒｐｍのとき、診断で得られる主な故障状態は、以下の通りである（回転速度範囲Ｅvtが分当たり非常に少ない回転数から分当たり多い回転数に向かう状況では、診断を実行するのに１回転周期あれば十分である）。
−Ｓ1の短絡、すなわちこれらのセンサが電気供給源１００からＶcc＝＋５Ｖを供給されていることを前提として、例えば０Ｖまたは５Ｖの電位に接続されている。
−Ｓ1の断線。
−Ｓ2またはＳ3の短絡、例えば０Ｖ、＋５Ｖまたは相互間。
−Ｓ2またはＳ3の断線。
−Ｓ1およびＳ2の短絡、例えば０Ｖ、＋５Ｖまたは相互間。
−Ｓ1および（Ｓ2もしくはＳ3）の断線。
−Ｓ1およびＳ2およびＳ3の短絡、例えば０Ｖ、＋５Ｖまたは相互間。
−Ｓ1およびＳ2およびＳ3の断線。
−電気エネルギー供給源１００の故障、これは、特に、供給源の断線、グラウンド（デバイスのアース）への短絡、または電圧Ｖcc（記述例では＋５Ｖ）での短絡を含んでいる。
−短絡インピーダンスの検出、典型的には５ＫΩ未満であるが、装置の実践的な実施形態のモードに関係する様々なパラメータに明らかに依存する。
【００７８】
速度ゼロを含む式（Ｂ）が真と確認されたとき、診断で得られる主な故障状態は、次の通りである。
−Ｓ1およびＳ2およびＳ3の断線。
−Ｓ1およびＳ2およびＳ3の短絡、例えば０Ｖ、＋５Ｖで短絡。
−Ｓ1およびＳ2およびＳ3の短絡、例えば０Ｖ、＋５Ｖまたは相互間で短絡。
−電気エネルギー供給源１００の故障。
【００７９】
知る必要のある別の情報は、信号ＳsinおよびＣcosのかなり大きいピークツーピーク測定を行うことができるまでに、開始後に経過しなければならない最短時間である。この情報は、装置の速度プロファイルに依存する。
【００８０】
明確にするために、以下のように想定する。
２つの信号ＳsinおよびＣcosに対する完全な期間を取得するためなどに、
2012522238.tif 000004
2012522238.tif 000005
ここで、
2012522238.tif 000006
である。明確にするために、速度勾配の最小値は、０．６秒でロータの回転速度を０から３００ｒｐｍまで上昇可能であると再び想定する。これらの条件で計算すると、５００ｒｐｍの定常運転速度には、約１８０ｍｓで到達することがわかる。
【００８１】
図３は、時間に対する信号ＳsinおよびＣcosの進展を示す図である。Ｙ軸（電圧Ｖ）は、ボルト単位で目盛りが付けられ、Ｘ軸（時間ｔ）は、秒単位で目盛りが付けられている。前述の例では、過渡期の後、ｔ＝０．１８０２秒で定常運転速度に到達する。
【００８２】
その結果、Ｅvt＞０（式（Ａ））の場合、最短時間約１８０ｍｓの後に重要な診断を得ることができる。
【００８３】
このパラメータは、所与の物理および電気特性を有するオルタネータ兼スタータに関して、はっきりと分かっている。それ故、車両内に特段の測定手段を用意する必要はない。
【００８４】
同じことは、本明細書の課題を解決するための手段で述べた式（Ａ）に含まれる閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰに対しても当てはまる。
【００８５】
このパラメータは、所与の物理および電気特性を有するシステムの設計中、はっきりと、準備段階で決定される。
【００８６】
このために、閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰを得る手段として、統計的方法、例えば有利なことにいわゆる「モンテカルロ」アルゴリズムを使用することが可能である。このアルゴリズムは、非常に一般的であり、このモデルのランダム修正を実行可能で、かついわゆるエネルギー変数と各修正を関連付け可能などんなモデルにも適用することができる。理論が示すことは、いったん定常状態に達すると、状態分布は、ボルツマン分布に相当するということである。
【００８７】
本発明の方法に関しては、初期段階中、システムのグローバル数学モデル「オルタネータ兼スタータの磁性ターゲットパート−トラッキングループ」が作成され、定常状態に到達するときに前述のボルツマン状態分布を得るために、ランダム修正がこのモデルに適用される。数学的処理によって、この状態分布から閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰの計算が可能になる。
【００８８】
２つの主な事例が生じる。
−磁性ターゲット材が、少なくともシステムの正常動作領域において温度変動の影響を受けないか、または温度変動の影響が少ない。この場合、閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰに対して一定値を採用可能である。これは、例えばレアアースに基づく磁性ターゲット材を使用する事例である。
−磁性ターゲット材が、温度変動の影響を受けやすい。この場合、温度を考慮に入れる必要があり、閾値を表現する関数は、次の形態の線形関数になる。
ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝ｐＴ＋Ｋs  （２）
上式で、ｐは、比例定数（傾き）、Ｔは、°Ｃ単位、Ｋsは定数の閾値である。これは、例えばフェライトに基づく磁性ターゲット材を使用する例である。
【００８９】
第１の事例においては、磁性材料の瞬間的温度を測定するために、図２に概略的に示すように、測定センサまたは温度推定部４２が設けられる。この温度測定センサ４２の出力信号は、診断モジュール４０の第４の入力部ｅ4に伝達される。
【００９０】
この診断モジュールは、２つの不等式（Ａ）を解き、出力として診断信号Ｖdiagを提供する自律系計算回路、すなわち布線論理の形態で表されているが、良好な動作または誤動作の診断結果を得るために必要な計算は、他の手段によって実行してもよいことを理解しなければならない。現代的設計のどんな車両にもあるオンボードコンピュータの１つを用い、このコンピュータに実装されているプログラム（マイクロプログラム等）を適合させ、適切なインタフェース回路を設けるだけで可能である。この実施形態は、修正がほとんどなく、複雑でも高価でもない。さらに、当業者に公知のように、プログラムは必要に応じて更新（バグの訂正、機能の追加等）し得るので、非常に融通性が高い。
【００９１】
図４は、温度に応じて前述のモンテカルロ法を用いて得られた閾値の分布を示す図である。前述の例について、３，０００回のピークツーピーク測定を実行した。Ｘ軸は、０から９００までの閾値が目盛られており、Ｙ軸は、°Ｃ単位で−５０から１７５まで目盛られている。
【００９２】
図４の線図は、センサまたはこれらセンサの周辺回路の特定の機能故障に典型的な複数の異なる領域を有している。
−領域Ｚ1：測定点は、負の傾きＣ1を有する直線の周りに分布している。この領域Ｚ1では、センサ１０および／またはそれらの周辺回路（電気接続、電源供給回路１００等）にはいかなる故障もない。
−領域Ｚ3：測定点は、負の傾きＣ4を有する直線の周りに分布している。この領域では、センサＳ1に故障があり、断線している（回路オープン）。
−領域Ｚ4：この領域では、センサＳ1は、電源供給源１００の電位Ｖcc（前述の例では＋５Ｖ）に恒久的に接続されている。
−領域Ｚ5：この領域は、互いに深く混じり合い、センサまたはこれらセンサの周辺回路の種々の機能故障の特徴を示す複数の測定点の分布を表す。機能故障には、センサＳ1またはセンサＳ2のゼロ電位への短絡、センサＳ2の電源供給源１００の電位Ｖcc（前述の例では＋５Ｖ）への永続的接続、センサＳ1およびＳ2の断線（回路オープン）、センサＳ2およびＳ3のゼロ電位への短絡、センサＳ1およびＳ2の短絡、あるいはセンサＳ1およびＳ2の断線（回路オープン）がある。
−領域Ｚ6：この領域では、センサＳ2が断線している（回路オープン）。
【００９３】
注意すべきは、領域間の境がはっきりしていないことである。そのため、測定点の雲上の集まりは、隣接した２つの領域に属している、特に領域Ｚ4とＺ5が関わっているところでは、両方に属している。
【００９４】
これらの種々の測定から、次のことが推論できると思う。
【００９５】
温度の影響を受けやすい磁性材料の例では、閾値に関して最大のマージンを得るために、この閾値は、温度に依存するようになされる。明確にするために、選択した例については、閾値を表す前述の線形関数は、以下の通りであるのがよい。
ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝−０．６４０７×Ｔ＋４９４．３８  （３）
【００９６】
この線は、図４の線図上で負の傾きｋ＝−０．６４０７を有する直線Ｃ3で表され、この直線は、閾値Ｋ＝４９４．３８でＹ軸と交差する。
【００９７】
温度変動の影響を受けないか、または温度変動の影響が少ない磁性材料の事例では、閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰに対して、一定値が採用される。明確にするために、前述の例では、すべてのセンサ故障を１００％診断することを望む場合は、値ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝４４９を選択することが可能である。妥協として、例えばＳ1の断線の少しの事例が検出されないかもしれないことを了解した上で、わずかに小さい値を選択することが可能である。この前提に立てば、前述の例において、値ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝４０３を選択することが可能である。この最後の事例は、図４に示されている水平の直線Ｃ2に相当し、この直線Ｃ2は、閾値ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝４０３でＹ軸と交差する。
【００９８】
明細書の終わりに配置されている表１は、これら２つの前提および様々なセンサ故障の検出確率に関して得られた結果を示している。この表が示すのは、ＴＲＩＧ＿ＰＰ＝４０３に関して、Ｓ1の断線に起因する故障の事例で検出されないのは、１％未満であるということである。
【００９９】
図４は、前述の関数（３）に相当する直線Ｃ3の両側にある、負の傾きを有する２つの直線Ｃ31およびＣ32によって境界が定められている領域Ｚ2を示している。この領域Ｚ2は、センサに起因する故障の１００％の検出を保証する閾値マージンのための安全領域を表す。より具体的には、直線Ｃ32は、この１００％検出の保証を可能にする温度Ｔに応じた最小閾値を保証する。直線Ｃ31は、できるだけ小さい許容値のために最大閾値の制限を可能にする。直線Ｃ2は、低温（−５０°Ｃと約＋５０°Ｃとの間の範囲）に関して、領域Ｚ2で定められる安全マージンの外側にあることが分かる。これは、前述のある種の故障が検出されない（１％未満）理由を説明している。
【０１００】
回転速度状態Ｅvt≧０であるとき、式（Ｂ）が真と確認される（「真」の論理状態）かどうかを判定する必要がある。式（Ｂ）は、それを構成する２つの不等式が同時に真と確認された（「ＡＮＤ」論理関数）場合に真と確認される。この式では、閾値パラメータＴＲＩＧ＿ＰＰはもはや役割を果たさず、温度情報を持つ必要がない。
【０１０１】
他方、他の２つの閾値、すなわちＶrefおよびΔを知る必要がある。
【０１０２】
前述の閾値は、信号ＳsinおよびＳcos（図２の出力部３００および３１０）を生成するために使用されるオフセット値（図２の回路３３２および３３）に特に依存する。
【０１０３】
明確にするために、図２のシステム１の１０ビットの数値を有する一実施形態によれば、次の典型的な値Δ＝４３およびＶref＝５１２を採用可能である。この種の閾値を採用すると、経験が示すところでは、３つのセンサＳ1〜Ｓ3の断線を１００％検出する。
【０１０４】
具体的に示していない追加の実施形態によれば、ロータ角度位置測定センサの機能故障の診断をさらに洗練することができる。この目的は、これらのセンサが生成する信号の線形結合を用いて導出される信号対の数を増加することによって達成し得る。
【０１０５】
上述の説明を読むことによって、本発明は、全部繰り返す必要がない設定した目的を達成していることが容易に理解することができると思う。
【０１０６】
特に、前述のように、本発明の方法は、ロータ角度位置測定センサの主な機能故障について、高い信頼性で、この方法の実施に必要な回路の複雑さを大幅に増す必要なしに、簡単に診断を実行できるようにする。実際のところ、先行技術によるロータ角度位置測定システムのアーキテクチャに完全に組み入れられ、ハードウェアおよび／またはソフトウェアのわずかな修正だけを必要とするので、費用を大幅に追加する必要はない。
【０１０７】
しかし、本発明は、図２〜図４を参照して明示的に述べた本発明の方法、および装置だけに限定されるものではなく、また３相オルタネータ兼スタータのロータ角度位置測定に関する好ましい適用にも限定されるものではない。
【０１０８】
本発明の状況から逸脱することなく、この装置は、ステータに対するロータ角度位置測定センサを備え、これらのセンサが生成する多相信号の線形結合によって得られる、非自明に位相がずれている少なくとも１対の信号を有し、モータモードおよび／またはオルタネータモードにおいて、例えば２相、３相、６相等の、任意の多相回転機器に適用することができる。
【表１】
2012522238.tif 000007
【図１】
2012522238.tif 000008
【図２】
2012522238.tif 000009
【図３】
2012522238.tif 000010
【図４】
2012522238.tif 000011
【国際調査報告】
2012522238.tif 000012
2012522238.tif 000013
2012522238.tif 000014
2012522238.tif 000015