JP2014239380A - 電磁装置駆動装置の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローサイド駆動又はハイサイド駆動の電磁装置駆動装置に用いられると共に、電磁装置の非駆動期間において、電磁装置の不要な動作を招く出力端子のレアショートを検出するのに好適な、異常検出装置の提供。【解決手段】電磁弁２の駆動装置１では、電磁弁２のコイル３のバッテリ電圧ＶＢ側とは反対側が出力端子５に接続され、通電用スイッチ７がオンされると、出力端子５がグランド電位ＶＧに導通してコイル３に電流が流れる。この装置１では、抵抗２１及び複数のダイオード２３により、バッテリ電圧ＶＢよりも一定電圧Ｖｃｎだけ低い電圧が、閾値電圧Ｖｔｈｒとして発生される。そして、マイコン９は、通電用スイッチ７をオフさせている期間において、比較器３１により、出力端子５の電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈｒよりも低いと判定されると、異常が発生していると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁装置を駆動する装置の異常検出装置に関する。

電磁負荷の電源電圧の側にハイサイドスイッチ素子が接続されると共に、電磁負荷のグランドの側にローサイドスイッチ素子が接続された駆動装置の故障診断として、駆動を開始した後、電磁負荷の電流値が所定の閾値を超えるまでの時間を測定し、その測定結果によりスイッチ素子のレアショートを検出する、という技術がある（例えば、特許文献１参照）。レアショートとは、所定のインピーダンスを持った状態でのショートである。

特開２０１０−６２６７５号公報

上記文献の技術は、電磁負荷の上流側と下流側との両方にスイッチ素子が設けられる駆動装置を前提としており、電磁負荷の上流側と下流側とのうち、下流側にだけスイッチ素子が設けられるローサイド駆動の駆動装置や、上流側にだけスイッチ素子が設けられるハイサイド駆動の駆動装置には適用できない。また、上記文献の技術では、電磁負荷の駆動を開始してからでないとレアショートを検出することができない上に、電磁負荷に流れる電流を検出するための手段も必要となる。

一方、上記文献で電磁負荷と言っているのは、実際には、コイルに電流が流れることによって動作する電磁装置（例えばインジェクタ）の、そのコイルのことである。
そして、例えばローサイド駆動の駆動装置においては、電磁装置のコイルの一端が電源の高電位側に接続されると共に、コイルの他端が駆動装置の出力端子に接続され、その出力端子がスイッチ素子を介して電源の低電位側に接続されることで、コイルに電流が流れる。このため、出力端子が電源の低電位側にレアショートして、コイルの両端電位差が、電磁装置の最低動作電圧以上になると、電磁装置が不要に動作してしまうこととなる。

つまり、出力端子のレアショートとしては、電磁装置を駆動しない非駆動期間において、電磁装置の動作には至らないレアショートと、電磁装置が不要に動作してしまうレアショート（以下、このレアショートを、電磁装置の動作には至らないレアショートと区別する場合には、動作誘発レアショートともいう）とがある。しかし、上記文献の技術では、電磁装置の非駆動期間中に動作誘発レアショートを検出することはできない。

尚、ハイサイド駆動の駆動装置においては、電磁装置のコイルの一端が電源の低電位側に接続されると共に、コイルの他端が駆動装置の出力端子に接続され、その出力端子がスイッチ素子を介して電源の高電位側にされることで、コイルに電流が流れる。そして、ハイサイド駆動の駆動装置においても、出力端子が電源の高電位側にレアショートして、コイルの両端電位差が、電磁装置の最低動作電圧以上になると、電磁装置が不要に動作してしまうこととなる。また、駆動装置の出力端子が電源の低電位側や高電位側にレアショートすることは、出力端子自体が電源の低電位側や高電位側にレアショートすること以外にも、例えば、その出力端子に接続されたスイッチ素子の端子間がレアショートすることによっても、起こることである。

そこで、本発明は、ローサイド駆動又はハイサイド駆動の電磁装置駆動装置に用いられると共に、電磁装置の非駆動期間において、電磁装置の不要な動作を招く出力端子のレアショートを検出するのに好適な、異常検出装置の提供を目的としている。

第１発明の異常検出装置が用いられる電磁装置駆動装置は、出力電圧が変化し得る電源の高電位側と低電位側との一方である第１電位に、コイルの一端が接続され、該コイルに電流が流れることによって動作する電磁装置の、前記コイルの他端に接続される出力端子と、前記電源の高電位側と低電位側とのうちで前記第１電位とは異なる方である第２電位と前記出力端子との間の電流経路を、オンすることで接続し、オフすることで、前記電流経路を遮断する通電用スイッチと、前記通電用スイッチをオンさせることにより、前記コイルに電流を流す制御手段と、を備える。

第１電位が、電源の高電位側の電位で、第２電位が、電源の低電位側の電位であれば、ローサイド駆動の電磁装置駆動装置ということになり、逆に、第１電位が、電源の低電位側の電位で、第２電位が、電源の高電位側の電位であれば、ハイサイド駆動の電磁装置駆動装置ということになる。

そして、第１発明の異常検出装置は、異常判定用電圧発生手段と、電圧判定手段と、異常判定手段と、を備える。
異常判定用電圧発生手段は、前記第１電位を基準にして、該第１電位よりも所定の一定電圧だけ前記第２電位側の電圧を、異常判定用電圧として発生する。

電圧判定手段は、前記出力端子の電圧が前記異常判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であるか否かを判定する。
異常判定手段は、前記通電用スイッチがオフされている期間において、前記電圧判定手段により、前記出力端子の電圧が前記異常判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であると判定された場合に、異常が発生していると判定する。

つまり、通電用スイッチがオフされている電磁装置の非駆動期間において、出力端子が所定のインピーダンスを持った状態で第２電位にショートした異常であるレアショートが発生していると、電磁装置のコイルの両端に電位差が生じることとなる。そして、そのレアショートによるコイルの両端電位差が、前記一定電圧よりも大きくなると、電圧判定手段により、出力端子の電圧が異常判定用電圧よりも第２電位側の電圧であると判定され、異常判定手段により、異常が発生していると判定されることとなる。

このため、電磁装置の非駆動期間において、出力端子のレアショートを検出することができる。また、コイルに流れる電流を検出するための手段も不要である。そして、前記一定電圧を、例えば、電磁装置の最低動作電圧（即ち、電磁装置が動作することとなるコイルの両端電位差の最低値）と同じかそれよりも若干小さい電圧に設定しておけば、電磁装置の不要な動作を招く出力端子のレアショートである動作誘発レアショートを、精度良く検出することができる。特に、異常判定用電圧発生手段は、第１電位を基準にして、該第１電位よりも一定電圧だけ第２電位側の電圧を、異常判定用電圧として発生するため、第１電位と第２電位との電位差（即ち、電源の出力電圧）が変化しても、動作誘発レアショートを正しく検出することができる。

第１実施形態の電磁装置駆動装置を表す構成図である。 第１実施形態の閾値電圧を説明する説明図である。 第１実施形態の診断処理を表すフローチャートである。 第１実施形態の作用を表す第１のタイムチャートである。 第１実施形態の作用を表す第２のタイムチャートである。 第１実施形態の作用を表す第３のタイムチャートである。 第２実施形態の電磁装置駆動装置を表す構成図である。 第２実施形態の診断処理を表すフローチャートである。 第３実施形態の電磁装置駆動装置を表す構成図である。 第３実施形態の閾値電圧を説明する説明図である。

以下に、本発明が適用された実施形態の電磁装置駆動装置について説明する。
尚、本実施形態では、例えば、車両に搭載されたバッテリを、電磁装置を駆動するための電源としている。そして、バッテリの出力電圧（即ち、プラス端子とマイナス端子との電位差）は、正常ならば所定の範囲（例えば８Ｖ〜１６Ｖの範囲）で変化し得る。また、本実施形態において、スイッチとして使用しているスイッチング素子は、例えばＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の他種類のスイッチング素子でも良い。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の電磁装置駆動装置（以下単に、駆動装置という）１は、電磁装置として、例えば電磁弁２を駆動する。電磁弁２は、該電磁弁２のコイル３に電流が流れることで動作する（例えば閉弁状態から開弁状態に変化する）。

この第１実施形態では、バッテリ４の高電位側の電位（即ち、プラス端子の電位であり、以下、バッテリ電圧ＶＢという）が、第１電位に該当し、バッテリ４の低電位側の電位（即ち、マイナス端子の電位であり、以下、グランド電位ＶＧという）が、第２電位に該当する。以下の説明において、各電圧は、グランド電位ＶＧを０Ｖとした電圧である。

電磁弁２のコイル３の一端は、駆動装置１の外部において、バッテリ電圧ＶＢに接続されており、コイル３の他端は、駆動装置１に備えられた出力端子５に接続されている。
駆動装置１は、出力端子５とグランド電位ＶＧとの間に設けられた通電用スイッチ７と、通電用スイッチ７のオン／オフを制御するマイコン９とを備える。

通電用スイッチ７がオンすると、出力端子５とグランド電位ＶＧとの間の電流経路が接続して、コイル３に電流が流れ、通電用スイッチ７がオフすると、その電流経路が遮断されて、コイル３への通電が停止する。つまり、駆動装置１は、ローサイド駆動の駆動装置である。

マイコン９は、通電用スイッチ７の駆動信号Ｓｏｕｔをアクティブレベル（この例ではハイ）にすることにより、通電用スイッチ７をオンさせて、コイル３に電流を流す。マイコン９は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３等を備えている。マイコン９の動作は、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２内のプログラムを実行することで実現される。

また、駆動装置１は、バッテリ電圧ＶＢに一端が接続された抵抗１５と、抵抗１５の他端と出力端子５との間に設けられた接続切替用スイッチ１７と、出力端子５とグランド電位ＶＧとの間に接続された抵抗１９と、を備える。

接続切替用スイッチ１７は、マイコン９によってオン／オフが制御される。接続切替用スイッチ１７がオンすれば、出力端子５とバッテリ電圧ＶＢとの間に抵抗１５が接続される。また、接続切替用スイッチ１７がオフすれば、出力端子５とバッテリ電圧ＶＢとの間への抵抗１５の接続が解除される。尚、接続切替用スイッチ１７は、バッテリ電圧ＶＢと抵抗１５との間に設けられていても良い。

更に、駆動装置１は、グランド電位ＶＧに一端が接続された抵抗２１と、抵抗２１の他端とバッテリ電圧ＶＢとの間に、カソードを抵抗２１側にして、直列に接続された複数のダイオード２３と、を備える。

ダイオード２３の１つあたりの順方向電圧を「Ｖｆ」とし、ダイオード２３の数を「Ｎ」とすると、抵抗２１とダイオード２３との接続点には、「ＶＢ−Ｖｆ×Ｎ」の電圧が、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒとして発生する。第１の閾値電圧Ｖｔｈｒは、第１電位としてのバッテリ電圧ＶＢを基準にして、そのバッテリ電圧ＶＢよりも一定電圧Ｖｃｎ（＝Ｖｆ×Ｎ）だけ低い電圧（即ち、グランド電位ＶＧ側の電圧）であり、異常判定用電圧に相当する。尚、図１では、ダイオード２３を６個示しているが、その個数は一例であり、このことは、後述する他の構成図についても同様である。

また、駆動装置１は、バッテリ電圧ＶＢとグランド電位ＶＧとの間に直列に接続された２つの抵抗２５，２６と、バッテリ電圧ＶＢとグランド電位ＶＧとの間に直列に接続された２つの抵抗２７，２８と、を備える。

抵抗２５の抵抗値をＲ２５とし、抵抗２６の抵抗値をＲ２６とすると、抵抗２５と抵抗２６との接続点には、バッテリ電圧ＶＢを２つの抵抗２５，２６による一定の比率で分圧した電圧であって、「ＶＢ×Ｒ２６／（Ｒ２５＋Ｒ２６）」の電圧が、第２の閾値電圧Ｖｔｈｏとして発生する。第２の閾値電圧Ｖｔｈｏは、断線判定用電圧に相当する。

抵抗２７の抵抗値をＲ２７とし、抵抗２８の抵抗値をＲ２８とすると、抵抗２７と抵抗２８との接続点には、バッテリ電圧ＶＢを２つの抵抗２７，２８による一定の比率で分圧した電圧であって、「ＶＢ×Ｒ２８／（Ｒ２７＋Ｒ２８）」の電圧が、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓとして発生する。第３の閾値電圧Ｖｔｈｓは、完全ショート判定用電圧に相当する。

そして、駆動装置１は、出力端子５の電圧（以下、端子電圧ともいう）Ｖｏｕｔと第１の閾値電圧Ｖｔｈｒとを比較して、端子電圧Ｖｏｕｔが第１の閾値電圧Ｖｔｈｒよりも低い電圧であるか否かを判定する比較器３１と、端子電圧Ｖｏｕｔと第２の閾値電圧Ｖｔｈｏとを比較して、端子電圧Ｖｏｕｔが第２の閾値電圧Ｖｔｈｏよりも低い電圧であるか否かを判定する比較器３２と、端子電圧Ｖｏｕｔと第３の閾値電圧Ｖｔｈｓとを比較して、端子電圧Ｖｏｕｔが第３の閾値電圧Ｖｔｈｓよりも低い電圧であるか否かを判定する比較器３３と、を備える。

比較器３１の出力信号は、「Ｖｔｈｒ＞Ｖｏｕｔ」であればハイになり、「Ｖｔｈｒ≦Ｖｏｕｔ」であればローになる。比較器３２の出力信号は、「Ｖｔｈｏ＞Ｖｏｕｔ」であればハイになり、「Ｖｔｈｏ≦Ｖｏｕｔ」であればローになる。比較器３３の出力信号は、「Ｖｔｈｓ＞Ｖｏｕｔ」であればハイになり、「Ｖｔｈｓ≦Ｖｏｕｔ」であればローになる。

更に、駆動装置１は、マイコン９から出力される通電用スイッチ７の駆動信号Ｓｏｕｔをレベル反転させた信号と、比較器３１の出力信号との、論理積信号を出力するアンド回路４１と、駆動信号Ｓｏｕｔをレベル反転させた信号と、比較器３２の出力信号との、論理積信号を出力するアンド回路４２と、駆動信号Ｓｏｕｔをレベル反転させた信号と、比較器３３の出力信号との、論理積信号を出力するアンド回路４３と、を備える。

駆動信号Ｓｏｕｔが、通電用スイッチ７をオンさせる方のアクティブレベルである場合、アンド回路４１，４２，４３の各出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐ，Ｓｓｔは、全てローになる。また、駆動信号Ｓｏｕｔが、通電用スイッチ７をオフさせる方の非アクティブレベル（この例ではロー）である場合、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓは、比較器３１の出力信号と同じになり、アンド回路４２の出力信号Ｓｏｐは、比較器３２の出力信号と同じになり、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔは、比較器３３の出力信号と同じになる。そして、このようなアンド回路４１，４２，４３の各出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐ，Ｓｓｔは、マイコン９に入力される。

次に、第１〜第３の閾値電圧Ｖｔｈｒ，Ｖｔｈｏ，Ｖｔｈｓについて、図２を用い説明する。
まず、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒは、前述したように、バッテリ電圧ＶＢよりもダイオード２３による一定電圧Ｖｃｎ（＝Ｖｆ×Ｎ）だけ低い電圧である。このため、バッテリ電圧ＶＢが変化しても、バッテリ電圧ＶＢと第１の閾値電圧Ｖｔｈｒとの差は一定である。そして、上記一定電圧Ｖｃｎは、電磁弁２の最低動作電圧（即ち、電磁弁２が動作することとなるコイル３の両端電位差の最低値）Ｖｍｉｎと同じかそれよりも余裕を見て若干小さい電圧に設定されている。

一方、図２において、点線で示す電圧Ｖｏｐは、接続切替用スイッチ１７がオン状態で且つコイル３が断線している場合の端子電圧Ｖｏｕｔ（以下、断線時電圧Ｖｏｐという）である。抵抗１５の抵抗値をＲ１５とし、抵抗１９の抵抗値をＲ１９とすると、断線時電圧Ｖｏｐは、バッテリ電圧ＶＢを２つの抵抗１５，１９で分圧した電圧であって、「ＶＢ×Ｒ１９／（Ｒ１５＋Ｒ１９）」の電圧となる。尚、接続切替用スイッチ１７のオン抵抗は、Ｒ１５及びＲ１９よりも十分に小さいため、無視することができる。

そして、第２の閾値電圧Ｖｔｈｏは、断線時電圧Ｖｏｐと同様に、バッテリ電圧ＶＢとグランド電位ＶＧとの間の電圧であるが、断線時電圧Ｖｏｐよりも少し高い電圧（バッテリ電圧ＶＢ側の電圧）に設定されている。つまり、抵抗２５，２６によるバッテリ電圧ＶＢの分圧比（Ｒ２６／（Ｒ２５＋Ｒ２６））は、抵抗１５，１９によるバッテリ電圧ＶＢの分圧比（Ｒ１９／（Ｒ１５＋Ｒ１９）よりも、大きく設定されている。

また、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓも、バッテリ電圧ＶＢとグランド電位ＶＧとの間の電圧であるが、断線時電圧Ｖｏｐよりも低い電圧（グランド電位ＶＧ側の電圧）に設定されている。つまり、抵抗２７，２８によるバッテリ電圧ＶＢの分圧比（Ｒ２８／（Ｒ２７＋Ｒ２８））は、抵抗１５，１９によるバッテリ電圧ＶＢの分圧比（Ｒ１９／（Ｒ１５＋Ｒ１９）よりも、小さく設定されている。更に、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓは、バッテリ電圧ＶＢが少なくとも正常範囲（例えば８Ｖ〜１６Ｖの範囲）である場合には、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒよりも低い電圧となる。

そして、Ｒ１５及びＲ１９は、コイル３の抵抗値と比較して、十分に大きい値（例えば数百倍から数千倍程度）に設定されている。このため、通電用スイッチ７がオフされている期間（以下、電磁弁２の非駆動期間という）において、正常ならば、端子電圧Ｖｏｕｔは、第１〜第３の閾値電圧Ｖｔｈｒ，Ｖｔｈｏ，Ｖｔｈｓよりも高い電圧であって、実質的にバッテリ電圧ＶＢ（バッテリ電圧ＶＢとさほど変わらない電圧）になる。

よって、電磁弁２の非駆動期間において、正常であれば、「Ｖｔｈｒ≦Ｖｏｕｔ」、「Ｖｔｈｏ≦Ｖｏｕｔ」、「Ｖｔｈｓ≦Ｖｏｕｔ」の関係が成立して、比較器３１〜３３の出力信号が全てローになり、アンド回路４１〜４３の出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐ，Ｓｓｔも全てローになる。

一方、電磁弁２の非駆動期間において、出力端子５がグランド電位ＶＧにレアショートし、コイル３の両端電位差が電磁弁２の最低動作電圧Ｖｍｉｎ以上になった場合には、「Ｖｔｈｒ＞Ｖｏｕｔ」の関係が成立して、比較器３１の出力信号がハイになり、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓもハイになる。

よって、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイであることは、出力端子５のグランド電位ＶＧへのレアショートのうち、電磁弁２の不要な動作を招くレアショートである動作誘発レアショートの発生を示すこととなる。つまり、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒは、動作誘発レアショートを検出するための閾値電圧であり、上記一定電圧Ｖｃｎは、動作誘発レアショートが発生した場合に、比較器３１の出力信号がハイになるように設定されている。

このため、例えば、マイコン９は、電磁弁２の非駆動期間において、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイであれば、出力端子５のグランド電位ＶＧへのレアショートが発生していると判定することができ、特に動作誘発レアショートが発生していると判定することができる。

ここで、比較例として、動作誘発レアショートを検出するための閾値電圧を、抵抗によってバッテリ電圧ＶＢを分圧して発生させたとする。しかし、そのように構成すると、バッテリ電圧ＶＢが高い場合ほど、バッテリ電圧ＶＢと閾値電圧との差が大きくなり、その差が一定にならないため、動作誘発レアショートを検出できなかったり、誤検出してしまったりすることとなる。

分かりやすくするための便宜上、例えば、図２におけるＶｔｈｏを、動作誘発レアショートを検出するための閾値電圧とし、「Ｖｔｈｏ＞Ｖｏｕｔ」であれば、動作誘発レアショートが発生していると判定する、というように構成したとする。

しかし、その構成では、バッテリ電圧ＶＢが高い場合に、図２において「Ｖｔｈｒより低いが、Ｖｔｈｏよりは高い」範囲が発生する。このため、動作誘発レアショートが発生して、端子電圧Ｖｏｕｔが、その「Ｖｔｈｒより低いが、Ｖｔｈｏよりは高い」範囲に入った場合には、動作誘発レアショートの発生を異常として検出することができない。また逆に、バッテリ電圧ＶＢが低い場合には、図２において「Ｖｔｈｒより高いが、Ｖｔｈｏよりも低い」範囲が発生する。このため、端子電圧Ｖｏｕｔが、その「Ｖｔｈｒより高いが、Ｖｔｈｏよりも低い」範囲に入った場合には、動作誘発レアショートが発生していないのに、動作誘発レアショートが発生していると誤判定してしまうこととなる。

これに対して、本実施形態では、動作誘発レアショートを検出するための第１の閾値電圧Ｖｔｈｒとして、バッテリ電圧ＶＢよりも一定電圧Ｖｃｎだけ低い電圧を用いているため、バッテリ電圧ＶＢが変化しても、動作誘発レアショートを正しく検出することができるようになる。

また、電磁弁２の非駆動期間において、接続切替用スイッチ１７がオンしており、コイル３が断線している場合には、端子電圧Ｖｏｕｔが断線時電圧Ｖｏｐになるため、「Ｖｔｈｏ＞Ｖｏｕｔ」の関係が成立して、比較器３２の出力信号がハイになり、アンド回路４２の出力信号Ｓｏｐもハイになる。また、コイル３の上流側をバッテリ電圧ＶＢに接続する配線と、コイル３の下流側を出力端子５に接続する配線との、何れかが断線した場合にも、コイル３が断線した場合と同じ状態になる。よって、アンド回路４２の出力信号Ｓｏｐがハイであることは、バッテリ電圧ＶＢからコイル３を経由して出力端子５に至る電流経路が断線した異常（以下、断線故障という）の発生を示すこととなる。つまり、第２の閾値電圧Ｖｔｈｏは、断線故障を検出するための閾値電圧である。

また、電磁弁２の非駆動期間において、出力端子５がグランド電位ＶＧに完全にショートした異常である完全ショートが発生した場合には、「Ｖｔｈｓ＞Ｖｏｕｔ」の関係が成立して、比較器３３の出力信号がハイになり、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔもハイになる。よって、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがハイであることは、完全ショートの発生を示すこととなる。つまり、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓは、基本的には完全ショートを検出するための閾値電圧である。

以上のことから、マイコン９は、電磁弁２の非駆動期間において、アンド回路４１，４２，４３の出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐ，Ｓｓｔにより、動作誘発レアショートと、断線故障と、完全ショートとの、何れかの異常が発生していることを検出することができる。

また、動作誘発レアショート又は完全ショート（以下、これらを総称する場合には「ショート」という）が発生した場合には、電磁弁２が動作したままになってしまうのに対し、断線故障が発生した場合には、電磁弁２を動作させることができなくなってしまう。このため、ショートが発生した場合と、断線故障が発生した場合とでは、実施すべきフェールセーフが異なる。よって、ショートと断線故障とを区別して検出することが好ましい。尚、出力端子５のグランド電位ＶＧへのショートは、例えば、通電用スイッチ７が故障して、該通電用スイッチ７の２つの出力端子（この例ではドレインとソース）がショートすることによっても、起こる現象である。

ここで、図２に示す閾値電圧Ｖｔｈｒ，Ｖｔｈｏ，Ｖｔｈｓの関係から、マイコン９は、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがハイであれば、他のアンド回路４１，４２の出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐに拘わらず、完全ショートが発生していると判定することができる。また、マイコン９は、アンド回路４１〜４３の出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐ，Ｓｓｔのうち、出力信号Ｓｒｓだけがハイであれば、動作誘発レアショートが発生していると判定することができ、出力信号Ｓｏｐだけがハイであれば、断線故障が発生していると判定することができる。

一方、図２における斜線部で示すように、本実施形態では、端子電圧Ｖｏｕｔの領域として、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓより高いが、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒと第２の閾値電圧Ｖｔｈｏとの両方よりも低い、という領域が存在する。このことは、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがローで、アンド回路４１，４２の出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐが両方ともハイになる場合がある、ということを意味している。このため、出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐのレベルの組み合わせだけでは、動作誘発レアショートと断線故障とを区別して検出することができない。

そこで、マイコン９は、図３の診断処理により、動作誘発レアショートと断線故障と完全ショートとを、区別して検出する。尚、マイコン９は、図３の診断処理を、例えば一定時間毎に実行する。

図３に示すように、マイコン９は、診断処理を開始すると、まずＳ１１０にて、電磁弁２の非駆動期間であるか否かを判定する。具体的には、駆動信号Ｓｏｕｔをローにしているか否かを判定する。

マイコン９は、Ｓ１１０にて、非駆動期間ではないと判定した場合（即ち、駆動信号Ｓｏｕｔをハイにしている場合）には、そのまま当該診断処理を終了する。
また、マイコン９は、Ｓ１１０にて、非駆動期間であると判定した場合（即ち、駆動信号Ｓｏｕｔをローにしている場合）には、Ｓ１２０に進み、接続切替用スイッチ１７をオンさせる。尚、接続切替用スイッチ１７は、診断処理を開始する前からオンさせておいても良く、例えば、通電用スイッチ７をオンさせている期間中に、接続切替用スイッチ１７をオンさせておくようにしても良い。

次に、マイコン９は、Ｓ１３０にて、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがハイであるか否かを判定し、出力信号Ｓｓｔがハイであれば、Ｓ１４０に進んで、完全ショートが発生していると判定し、その後、当該診断処理を終了する。尚、Ｓ１４０の具体的な処理としては、例えば、完全ショートが発生していることを示すフラグをセットする。

また、マイコン９は、Ｓ１３０にて、出力信号Ｓｓｔがハイではない（ローである）と判定した場合には、Ｓ１５０に移行して、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイであるか否かを判定する。マイコン９は、Ｓ１５０にて、出力信号Ｓｒｓがハイであると判定した場合には、Ｓ１７０に進む。

また、マイコン９は、Ｓ１５０にて、出力信号Ｓｒｓがハイではない（ローである）と判定した場合には、Ｓ１６０に移行して、アンド回路４２の出力信号Ｓｏｐがハイであるか否かを判定する。マイコン９は、Ｓ１６０にて、出力信号Ｓｏｐがハイではない（ローである）と判定した場合には、そのまま当該診断処理を終了するが、出力信号Ｓｏｐがハイであると判定した場合には、Ｓ１７０に進む。

つまり、マイコン９は、出力信号Ｓｒｓと出力信号Ｓｏｐとの少なくも一方がハイである場合には、動作誘発レアショートと断線故障との何れかが発生していると判定して、Ｓ１７０に進む。

そして、マイコン９は、Ｓ１７０では、動作誘発レアショートと断線故障とを判別するために、接続切替用スイッチ１７をオンからオフさせる。
断線故障が発生していれば、接続切替用スイッチ１７がオフされると、端子電圧Ｖｏｕｔは、抵抗１９の作用により、グランド電位ＶＧ（＜Ｖｔｈｓ）になるため、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがハイになる。また、動作誘発レアショートが発生している場合には、接続切替用スイッチ１７がオフされても、端子電圧Ｖｏｕｔは変化せず、Ｓ１３０でアンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがローと判定された時点の電圧と同じ電圧（即ち、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓ以上の電圧）になる。よって、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔはローになる。

このため、マイコン９は、次のＳ１８０にて、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがハイであるか否かを判定し、出力信号Ｓｓｔがハイであれば、Ｓ１９０に進んで、断線故障が発生していると判定する。尚、Ｓ１９０の具体的な処理としては、例えば、断線故障が発生していることを示すフラグをセットする。そして、マイコン９は、その後、当該診断処理を終了する。

また、マイコン９は、Ｓ１８０にて、出力信号Ｓｓｔがハイではない（ローである）と判定した場合には、Ｓ２００に移行して、動作誘発レアショートが発生していると判定する。尚、Ｓ２００の具体的な処理としては、例えば、動作誘発レアショートが発生していることを示すフラグをセットする。そして、マイコン９は、その後、当該診断処理を終了する。

つまり、マイコン９は、診断処理では、電磁弁２の非駆動期間において、接続切替用スイッチ１７をオンさせた状態で、比較器３３により、端子電圧Ｖｏｕｔが第３の閾値電圧Ｖｔｈｓよりも低い電圧であると判定された場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、完全ショートが発生していると判定している（Ｓ１４０）。

また、マイコン９は、診断処理では、電磁弁２の非駆動期間において、接続切替用スイッチ１７をオンさせた状態で、比較器３３により、端子電圧Ｖｏｕｔが第３の閾値電圧Ｖｔｈｓよりも低い電圧ではないと判定された場合に（Ｓ１３０：ＮＯ）、比較器３１により、端子電圧Ｖｏｕｔが第１の閾値電圧Ｖｔｈｒよりも低い電圧であると判定された場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、あるいは、比較器３２により、端子電圧Ｖｏｕｔが第２の閾値電圧Ｖｔｈｏよりも低い電圧であると判定された場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、異常が発生していると判定するが（Ｓ１９０又はＳ２００）、その発生している異常を判別するために接続切替用スイッチ１７をオンからオフさせる（Ｓ１７０）。そして、マイコン９は、その後、比較器３３により、端子電圧Ｖｏｕｔが第３の閾値電圧Ｖｔｈｓよりも低い電圧であると判定された場合には（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、断線故障が発生していると判定し（Ｓ１９０）、比較器３３により、端子電圧Ｖｏｕｔが第３の閾値電圧Ｖｔｈｓよりも低い電圧ではないと判定された場合には（Ｓ１８０：ＮＯ）、出力端子５のグランド電位ＶＧへのレアショート（特に動作誘発レアショート）が発生していると判定している（Ｓ２００）。

ここで、診断処理が行われることによる駆動装置１の作用を、図４〜図６を用い説明する。
図４に示すように、駆動信号Ｓｏｕｔがローになっている非駆動期間において、時刻ｔ１で完全ショート（出力端子５のグランドショート）が発生したとすると、アンド回路４１，４２，４３の出力信号Ｓｒｓ，Ｓｏｐ，Ｓｓｔが全てハイになる。そして、出力信号Ｓｓｔがハイになることで、マイコン９は、完全ショートが発生したと判定する（Ｓ１３０：ＹＥＳ→Ｓ１４０）。

図５に示すように、駆動信号Ｓｏｕｔがローになっている非駆動期間において、時刻ｔ２で断線故障が発生したとすると、その場合、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔはローになるが、アンド回路４２の出力信号Ｓｏｐはハイになる。また、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓもハイになる可能性がある。図５の例ではＳｏｐとＳｒｓとの両方がハイになった場合を例示している。その場合、マイコン９は、接続切替用スイッチ１７をオンからオフさせる。すると、端子電圧Ｖｏｕｔは、断線時電圧Ｖｏｐからグランド電位ＶＧ（＝０Ｖ）になるため、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔがハイになり、その結果、マイコン９は、断線故障が発生したと判定する（Ｓ１８０：ＹＥＳ→Ｓ１９０）。

図６に示すように、駆動信号Ｓｏｕｔがローになっている非駆動期間において、時刻ｔ３で動作誘発レアショートが発生したとすると、その場合、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔはローになるが、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓはハイになる。また、アンド回路４２の出力信号Ｓｏｐもハイになる可能性がある。図６の例ではＳｒｓとＳｏｐとの両方がハイになった場合を例示している。その場合、マイコン９は、接続切替用スイッチ１７をオンからオフさせる。しかし、動作誘発レアショートの発生時において、端子電圧Ｖｏｕｔは、接続切替用スイッチ１７のオン／オフによって変化しないため、アンド回路４３の出力信号Ｓｓｔはローのままになる。よって、マイコン９は、動作誘発レアショートが発生したと判定する（Ｓ１８０：ＮＯ→Ｓ２００）。

第１実施形態の駆動装置１では、以上のような診断処理が行われることにより、動作誘発レアショートと断線故障と完全ショートとを、区別して検出することができる。また、コイル３に流れる電流を検出するための手段も不要である。そして、マイコン９は、動作誘発レアショート又は完全ショートの発生を検出した場合には、例えば、電磁弁２の不要な動作を強制的に停止させるための処理や、電磁弁２が動作することによる影響を抑制するための処理を、フェールセーフ処理として行う。また、マイコン９は、断線故障の発生を検出した場合には、例えば、電磁弁２が動作しないことによる影響を抑制するための処理を、フェールセーフ処理として行う。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の駆動装置について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成要素や処理については、第１実施形態と同じ符号を用いるため、詳細な説明は省略する。そして、このことは、後述する他の実施形態についても同様である。

図７に示す第２実施形態の駆動装置５１は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、下記〈１〉，〈２〉の点が異なっている。
〈１〉抵抗１５、接続切替用スイッチ１７、抵抗２５〜２８、比較器３２，３３及びアンド回路４２，４３が削除されている。

〈２〉マイコン９は、図３の診断処理に代えて、図８の診断処理を実行する。
図８の診断処理は、図３の診断処理と比較すると、Ｓ１２０〜Ｓ１４０，Ｓ１６０〜Ｓ２００が削除されていると共に、Ｓ１７０〜Ｓ２００に代えて、Ｓ２１０が設けられている。

そして、マイコン９は、図８の診断処理では、Ｓ１１０にて、非駆動期間であると判定した場合に、Ｓ１５０に進み、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイではないと判定した場合には、そのまま当該診断処理を終了するが、出力信号Ｓｒｓがハイであると判定した場合には、Ｓ２１０に進む。マイコン９は、そのＳ２１０にて、異常が発生していると判定する。つまり、マイコン９は、電磁弁２の非駆動期間において、比較器３１により端子電圧Ｖｏｕｔが第１の閾値電圧Ｖｔｈｒよりも低い電圧である（「Ｖｔｈｒ＞Ｖｏｕｔ」）と判定された場合に、異常が発生していると判定する。尚、Ｓ２１０の具体的な処理としては、例えば、異常が発生していることを示すフラグをセットする。そして、マイコン９は、その後、当該診断処理を終了する。

このような駆動装置５１では、電磁弁２の非駆動期間において、動作誘発レアショートが発生している場合には、第１実施形態と同様に、比較器３１の出力信号及びアンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイになる。そして、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイになると、マイコン９は、異常が発生していると判定する。よって、この駆動装置５１によっても、動作誘発レアショートが発生した場合には、バッテリ電圧ＶＢに拘わらず、その動作誘発レアショートを異常として検出することができる。

尚、駆動装置５１では、電磁弁２の非駆動期間において、断線故障と完全ショートとの何れが発生している場合には、端子電圧Ｖｏｕｔがグランド電位ＶＧになるため、やはり、アンド回路４１の出力信号Ｓｒｓがハイになる。このため、マイコン９は、断線故障と完全ショートも、異常として検出することとなる。よって、この駆動装置５１は、動作誘発レアショートと断線故障と完全ショートとを、区別して検出する必要がない場合に、構成が簡単という点で有効である。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の駆動装置について説明する。
図９に示す第３実施形態の駆動装置５３は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、下記《１》〜《３》の点が異なっている。

《１》第１実施形態の駆動装置１がローサイド駆動の駆動装置であったのに対して、第３実施形態の駆動装置５３は、ハイサイド駆動の駆動装置である。このため、第３実施形態では、グランド電位ＶＧが第１電位に該当し、バッテリ電圧ＶＢが第２電位に該当しており、駆動装置５３の構成は、第１実施形態の駆動装置１における「バッテリ電圧ＶＢ」と「グランド電位ＶＧ」とを、逆にした構成になっている。

《２》上記《１》のことにより、図１０に示すように、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒは、グランド電位ＶＧよりも一定電圧Ｖｃｎだけ高い電圧である。そして、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒと、第２の閾値電圧Ｖｔｈｏと、断線時電圧Ｖｏｐと、第３の閾値電圧Ｖｔｈｓとの、大小関係は、第１実施形態での大小関係（図２）と逆になっている。

《３》更に、上記《１》，《２》のことにより、比較器３１の出力信号は、「Ｖｔｈｒ＜Ｖｏｕｔ」であればハイになり、「Ｖｔｈｒ≧Ｖｏｕｔ」であればローになる。同様に、比較器３２の出力信号は、「Ｖｔｈｏ＜Ｖｏｕｔ」であればハイになり、「Ｖｔｈｏ≧Ｖｏｕｔ」であればローになる。同様に、比較器３３の出力信号は、「Ｖｔｈｓ＜Ｖｏｕｔ」であればハイになり、「Ｖｔｈｓ≧Ｖｏｕｔ」であればローになる。

第３実施形態の駆動装置５３では、駆動形態がハイサイド駆動であるため、電磁弁２を不要に動作させてしまうという故障モードの観点で考慮すべき出力端子５のショート先は、バッテリ電圧ＶＢということになる。このため、動作誘発レアショートは、出力端子５のバッテリ電圧ＶＢへのレアショートのうち、電磁弁２の不要な動作を招くレアショートであり、完全ショートは、出力端子５がバッテリ電圧ＶＢに完全にショートした異常である。一方、断線故障は、グランド電位ＶＧからコイル３を経由して出力端子５に至る電流経路が断線した異常である。そして、マイコン９は、図３と同じ診断処理を実行する。

尚、駆動装置５３において、通電用スイッチ７は、図示しない駆動回路により、マイコン９からの駆動信号Ｓｏｕｔに応じてオン／オフさせる。接続切替用スイッチ１７も、図示しない駆動回路により、マイコン９からの駆動信号に応じてオン／オフされる。また、第１実施形態の駆動装置１においても、そのような駆動回路が設けられていても良い。

そして、以上のような駆動装置５３によっても、第１実施形態の駆動装置１と同じ効果が得られる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の態様で実施することができ、前述した実施形態の構成や処理のうちの、何れかの組み合わせを変える変形や、一部を削除する変形等を行うことも可能である。また、前述した数値も一例である。

例えば、抵抗２５〜２８に代えて、バッテリ電圧ＶＢとグランド電位ＶＧとの間に３つの抵抗を直列に接続し、その３つの抵抗同士の２つの接続点に生じる各電圧を、第２の閾値電圧Ｖｔｈｏと第３の閾値電圧Ｖｔｈｓとの、各々とするように構成しても良い。

また、アンド回路４１〜４３を削除して、比較器３１〜３３の出力信号を、マイコン９に入力させる構成を採ることもできる。
また、第１の閾値電圧Ｖｔｈｒを発生させるためには、ダイオード２３の代わりに、ツェナーダイオードを用いても良い。その場合、一定電圧Ｖｃｎと同じツェナー電圧を有するツェナーダイオードを、ダイオード２３の向きとは逆向きに設ければ、１つのツェナーダイオードで所望の閾値電圧Ｖｔｈｒを発生させることができる。

また、第３実施形態の駆動装置５３を変形して、第２実施形態の駆動装置５１と同様の構成にしても良い。また、駆動対象の電磁装置は、ソレノイドや直流モータ等でも良い。また、電源は、車載バッテリ以外でも良い。

１，５１，５３…電磁装置駆動装置、２…電磁弁（電磁装置）、３…コイル、４…バッテリ（電源）、５…出力端子、７…通電用スイッチ、９…マイコン、２１…抵抗、２３…ダイオード、３１…比較器

Claims (5)

1. 出力電圧が変化し得る電源（４）の高電位側と低電位側との一方である第１電位に、コイル（３）の一端が接続され、該コイルに電流が流れることによって動作する電磁装置（２）の、前記コイルの他端に接続される出力端子（５）と、
   前記電源の高電位側と低電位側とのうちで前記第１電位とは異なる方である第２電位と前記出力端子との間の電流経路を、オンすることで接続し、オフすることで、前記電流経路を遮断する通電用スイッチ（７）と、
   前記通電用スイッチをオンさせることにより、前記コイルに電流を流す制御手段（９）と、
   を備えた電磁装置駆動装置（１，５１，５３）に用いられる異常検出装置であって、
   前記第１電位を基準にして、該第１電位よりも所定の一定電圧だけ前記第２電位側の電圧を、異常判定用電圧として発生する異常判定用電圧発生手段（２１，２３）と、
   前記出力端子の電圧が前記異常判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であるか否かを判定する電圧判定手段（３１）と、
   前記通電用スイッチがオフされている期間において、前記電圧判定手段により、前記出力端子の電圧が前記異常判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であると判定された場合に、異常が発生していると判定する異常判定手段（９，Ｓ１１０〜Ｓ２００，Ｓ２１０）と、
   を備えることを特徴とする電磁装置駆動装置の異常検出装置。
2. 請求項１に記載の電磁装置駆動装置の異常検出装置において、
   前記異常判定手段（９，Ｓ１１０，Ｓ１５０，Ｓ２００）は、
   前記異常として、前記出力端子が所定のインピーダンスを持った状態で前記第２電位にショートした異常であるレアショートが、発生していると判定すること、
   を特徴とする電磁装置駆動装置の異常検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電磁装置駆動装置の異常検出装置において、
   オンすることで、前記出力端子と前記第１電位との間に第１抵抗（１５）を接続させ、オフすることで、前記出力端子と前記第１電位との間に前記第１抵抗が接続されるのを解除する接続切替用スイッチ（１７）と、
   前記出力端子と前記第２電位との間に接続された第２抵抗（１９）と、
   前記第１電位と前記第２電位との電位差を一定の比率で分圧することにより、前記第１電位と前記第２電位との間の電圧であると共に、前記接続切替用スイッチがオン状態で且つ前記コイルが断線している場合の前記出力端子の電圧である断線時電圧よりも前記第１電位側の電圧である断線判定用電圧を発生する断線判定用電圧発生手段（２５，２６）と、
   前記第１電位と前記第２電位との電位差を一定の比率で分圧することにより、前記第１電位と前記第２電位との間の電圧であると共に、前記断線時電圧よりも前記第２電位側の電圧であり、且つ、前記電位差が少なくとも所定の正常範囲である場合には前記異常判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧となる完全ショート判定用電圧を発生する完全ショート判定用電圧発生手段（２７，２８）と、
   前記出力端子の電圧が前記完全ショート判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であるか否かを判定する第１の追加判定手段（３３）と、
   前記出力端子の電圧が前記断線判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であるか否かを判定する第２の追加判定手段（３２）と、を備え、
   前記異常判定手段（９，Ｓ１１０〜Ｓ２００）は、
   前記通電用スイッチがオフされている期間において、前記接続切替用スイッチをオンさせた状態で、前記第１の追加判定手段により、前記出力端子の電圧が前記完全ショート判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であると判定された場合には、前記出力端子が前記第２電位に完全にショートした異常である完全ショートが発生していると判定し、
   前記通電用スイッチがオフされている期間において、前記接続切替用スイッチをオンさせた状態で、前記第１の追加判定手段により、前記出力端子の電圧が前記完全ショート判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧ではないと判定された場合に、前記電圧判定手段により、前記出力端子の電圧が前記異常判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であると判定された場合、あるいは、前記第２の追加判定手段により、前記出力端子の電圧が前記断線判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であると判定された場合には、発生している異常を判別するために前記接続切替用スイッチをオンからオフさせ、その後、前記第１の追加判定手段により、前記出力端子の電圧が前記完全ショート判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧であると判定された場合には、前記第１電位から前記コイルを経由して前記出力端子に至る電流経路が断線した異常である断線故障が発生していると判定し、前記第１の追加判定手段により、前記出力端子の電圧が前記完全ショート判定用電圧よりも前記第２電位側の電圧ではないと判定された場合には、前記出力端子が所定のインピーダンスを持った状態で前記第２電位にショートした異常であるレアショートが発生していると判定すること、
   を特徴とする電磁装置駆動装置の異常検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電磁装置駆動装置の異常検出装置において、
   前記第１電位は、前記電源の高電位側の電位であり、前記第２電位は、前記電源の低電位側の電位であること、
   を特徴とする電磁装置駆動装置の異常検出装置。
5. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電磁装置駆動装置の異常検出装置において、
   前記第１電位は、前記電源の低電位側の電位であり、前記第２電位は、前記電源の高電位側の電位であること、
   を特徴とする電磁装置駆動装置の異常検出装置。

Images