JP3296266B2 - 故障診断方法 - Google Patents
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Description
び装置に関し、特にNチャンネルスイッチング素子を用
いたHブリッジ形モータ駆動回路のハイサイド側のスイ
ッチング素子の駆動電源を発生させる昇圧回路の故障診
断方法および装置に関する。
ばアンチロックブレーキシステムやトランスミッション
コントロールシステム等の車両用制御ユニット)のアク
チュエータ操作用モータに採用されているNチャンネル
スイッチング素子を用いたモータ駆動回路のハイサイド
側のスイッチング素子の駆動電源を発生させる昇圧回路
の故障診断装置の一例を図5に示す。同図に示されるモ
ータ駆動回路103は、4個のスイッチング素子(図で
は、パワーMOSFETで構成される)Q1〜Q4を電
源端子VB,GND間に直並列接続してH型ブリッジ回
路を構成するとともに、その出力端子M+,M−間に駆
動対象となるDCモータMを接続して構成されたもので
あり、スイッチング素子Q1とQ4または、Q2とQ3
を経由する正逆電流路の一方の素子(Q2またはQ4)
のいずれかに対してPWMパルス列を供給する一方、他
方の素子(Q3またはQ1)にはオン信号またはオフ信
号を供給することによって、回転方向制御並びに速度制
御を可能としたものである。
ャンネルのスイッチング素子Q1〜Q4を用いるため、
ハイサイド側のスイッチング素子Q1およびQ3の作動
には電源端子VBの電位VVBより高い電圧が必要であ
る。そのためにこのモータ駆動回路103には昇圧回路
100が必要となる。
路103には、サービスステーションなどに於ける故障
修理の迅速化を計るために、故障箇所を自己診断可能な
故障診断装置が備えられている。要するに、与えられた
測定条件となるように前記ブリッジ回路を構成するスイ
ッチング素子Q1〜Q4を操作するスイッチング素子操
作手段と、与えられた測定条件となるように前記昇圧回
路100を操作する昇圧パルス操作手段と、DCモータ
Mの端子電位を測定する端子電位測定手段と、測定条件
とそれに対応して測定される端子電位とに基づいて、モ
ータ駆動回路103の故障箇所を判定する故障箇所判定
手段と、昇圧回路100の故障を判定するために、昇圧
回路100の端子VSの昇圧電圧VVSを測定する昇圧電
位測定手段と、昇圧回路100の故障箇所を判定する昇
圧回路故障判定手段とから構成されている。
回路が2倍の電圧を発生させることができる回路で、D
CモータMの正側(高電位側)電源電位VVBを入力して
いる場合、まず例えば8ビットマイクロコンピュータで
構成されるCPU101のポートP1より昇圧回路作動
パルスが昇圧回路100に出力される。次に昇圧回路1
00は、VVBの昇圧を行なう。すると、この昇圧回路1
00の昇圧電圧VVSは、VVBの約2倍の電圧となるはず
であるので、VVBとVVSとのモニターの比較で昇圧回路
100の異常が判定できる。
0の昇圧電圧VVSを監視し、このVVSをCPU10のポ
ートP8へ供給する。同様にモニタ回路106でVVBを
監視し、このVVBをCPU101のポートP7へ供給す
る。尚、ポートP7,P8はA/D変換機能を有する。
VVSとを比較し、VVSがVVBの約2倍の電圧でない場
合、昇圧回路100が故障しているものと判定する。
であることを確認した後、実際に制御をするためには、
モータ駆動回路103本体の診断を行なう必要があるた
めCPU101は、スイッチング素子操作手段と、モー
タ駆動回路異常判定手段を有し、また、いずれかのモー
タ端子(この場合M+)からモニタ回路105を介して
A/D変換機能を有するポートP6につながる回路を必
要とする。
な従来の昇圧回路の故障診断方法および装置にあって
は、昇圧電圧VVSをモニタする回路が必要となり、その
分だけ部品点数増加によるコストアップ、ECUサイズ
アップ、重量アップとなり、車両搭載に好ましくないと
いう課題があった。
を解決するためになされたものであり、その目的とする
ところは、どのような故障においても電流を流すことな
く故障を検出することができ、この種の故障診断装置に
おける軽量化ならびにコストダウンを図ることができる
昇圧回路の故障診断方法および装置を提供することにあ
る。
て 、「Nチャンネルスイッチング素子」とは、スイッチ
ング特性を有するパワー素子を広く総称するものであっ
て、発明の実施の形態に示されるNchMOSFETの
ほかに、NPNバイポーラトランジスタなどを含むこと
はいうまでもない。
の形態に示される単相ブリッジ回路に限らず3相、6相
などの多相ブリッジ回路を広く含むものである。
易となるように、仮に抵抗ブリッジ回路の場合に電位が
平衡する点に例えたものであって、実際に電位が平衡す
る点であることを意味するものではない。すなわち、こ
の平衡点は、ブリッジ回路における正側スイッチング素
子と負側スイッチング素子との接続点と言い換えること
もできる。
から更に高い電位電源を発生させる回路のことであり、
例えば発明の実施の形態では単に昇圧回路と表現してあ
るが、実際の昇圧回路は、チャージポンプ式レギュレー
タや、昇圧型スイッチングレギュレータ等の回路をさす
ものである。
子」とは、モータ端子から正側(高電位側)電源側に配
置されるスイッチング素子のことであり、発明の実施の
形態の図2に示すモータ駆動回路4におけるQ1,Q3
のことである。
ッジ回路を構成するスイッチング素子のオンオフ状態と
昇圧回路動作パルスの状態を規定するものであり、例え
ば、すべてのスイッチング素子をオフ状態とする、特定
の1個のスイッチング素子をオン状態にする、昇圧パル
スを停止する、昇圧パルスを送りつづけるなどの複数の
測定条件が存在するであろう。
ャンネルスイッチング素子により構成されたブリッジ回
路の平衡点に駆動対象モータを接続してなる可逆回転型
のモータ駆動回路のハイサイド側のスイッチング素子の
駆動電源を発生させる昇圧回路の故障をモータ端子の電
位に基づいて診断する故障診断方法であって、前記昇圧
回路の動作を停止した状態で、前記ブリッジ回路を構成
するスイッチング素子の全てをオフさせた状態における
前記モータ端子電位を測定し、それがフローティング状
態であれば次のステップへ移行する一方、それが正側電
源電位若しくは負側電源電位であればその電位に対応し
た側のスイッチング素子の短絡故障若しくは駆動対象モ
ータの電源ライン短絡故障と診断して処理を終了する第
一のステップと、第一ステップの状態から、前記ブリッ
ジ回路のハイサイド側のいずれかのスイッチング素子を
オンさせつつその状態における前記モータ端子電位を測
定し、それがフローティング状態であれば次のステップ
へ移行する一方、それが正側電源電位であれば昇圧回路
異常と診断して処理を終了する第二のステップと、第二
ステップの状態から、前記昇圧回路を動作させつつその
状態における前記モータ端子電位を測定し、それが正側
電源電位であれば昇圧回路正常と診断して処理を終了す
る一方、それがフローティング状態であれば昇圧回路異
常と診断して処理を終了する第三のステップと、を具備
することを特徴とする故障診断方法にある。
チング素子の全てをオフさせた状態における前記モータ
端子電位を測定し、それがフローティング状態」とは、
通常、ブリッジ回路においてスイッチング素子Q1〜Q
4を全てオフした場合、モータ端子の電位は不定である
が、モニタ回路としてモータ端子M+又はM−に電源端
子VB,GNDを抵抗を介して接続することでモータ電
源の抵抗分圧分の電位VRが測定されることにより判定
される。
路のハイサイド側のいずれかのスイッチング素子をオン
させつつ」とは、Q1、Q3の任意のどちらか一方のみ
のオンということのみではなく、例えばQ1のみをオン
して端子電位の測定を行こない、その後Q1をオフし、
Q3をオンして端子電位の測定を行なうことで、異常判
定をするような状態をも広く含むものである。
対象モータを回転させて負荷に悪影響を与えたり、或い
は電源端子間を短絡させて二次故障を発生することな
く、この種の昇圧回路の故障診断を適切に行うことがで
きる。
項1の故障診断方法の第三のステップにおいて、昇圧回
路駆動パルスを正常動作後にハイ若しくはローの一方で
停止して前記モータ端子電位を測定し、それが正側電源
電位であれば昇圧回路正常と診断して次のステップへ移
行する一方、それがフローティング状態であれば昇圧回
路異常と診断して処理を終了するステップと、さらに昇
圧パルス正常動作後にハイ若しくはローのもう一方で停
止して前記モータ端子電位を測定し、それが正側電源電
位であれば昇圧回路正常と診断して処理を終了する一
方、それがフローティング状態であれば昇圧回路異常と
診断して処理を終了するステップと、具備することを特
徴とする故障診断方法にある。
後にハイ若しくはローの一方で停止」とは、ここでいう
ところの昇圧回路とは回路に連続するハイ,ローのパル
ス列を供給することで出力側に電荷を送り、出力側に貯
えることで昇圧を行なうタイプの回路を意味するもの
で、このパルス列を一定時間送ることで充分に出力側電
圧を昇圧させた後、駆動パルスをハイ若しくはローのど
ちらか一方の状態で停止させた状態のことである。
項2に記載の発明では発見できないような例えばチャー
ジポンプ型の昇圧回路の出力側の電荷を貯えるコンデン
サのオープン故障などのように昇圧回路駆動パルスの状
態によっては発見しずらいモードの故障の発見を容易に
可能にするものである。
形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。本発
明にかかる故障診断装置の概略構成を図1のブロック図
に示す。同図において、モータ駆動回路4は、図5に示
されるモータ駆動回路103からDCモータMを取り除
いた部分に相当するものであり、このモータ駆動回路4
には正側(高電位側)電源に接続されるべき端子VB
と、負側(低電位側)電源に接続されるべき端子GND
と、DCモータMの両側に接続されるべき一対の端子M
+、M−が導き出されている。尚、本実施の形態におい
て、正側電源の電位をVVBとし、負側電源の電位をV
GNDとする。
00と同一構成のものであり、スイッチング素子Q1〜
Q4により構成されているモータ駆動回路4のハイサイ
ド側のスイッチング素子Q1,Q3の駆動電源VVSを発
生させる。
は、主として、与えられた測定条件となるように前記ブ
リッジ回路を構成するスイッチング素子Q1〜Q4を操
作するスイッチング素子操作手段と、与えられた測定条
件となるように前記昇圧回路1を操作する昇圧パルス操
作手段と、DCモータMの端子電位を測定する端子電位
測定手段と、測定条件とそれに対応して測定される端子
電位とに基づいて、モータ駆動回路4の故障箇所を判定
する故障箇所判定手段と、昇圧回路1の故障を判定する
ために、昇圧回路1の昇圧電圧VVSを測定する昇圧電位
測定手段と、測定条件とそれに対応して測定される端子
電位とに基づいて、昇圧回路1の故障箇所を判定する昇
圧回路故障判定手段とから構成されている。
イクロコンピュータで構成されている。CPU2の出力
ポートP1からは、昇圧回路駆動用のパルス列が出力さ
れ、出力ポートP2〜P5からは、故障診断処理の際
に、モータ駆動回路4の各スイッチング素子Q1〜Q4
をオンオフ操作するための4系統の信号が出力され、こ
れらの信号は、プリドライバ3を介して各スイッチング
素子Q1、Q2、Q3、Q4の制御入力端子(図ではパ
ワーMOSFETのゲート端子)に供給される。プリド
ライバ3は、CPU2から出力された信号を、スイッチ
ング素子Q1〜Q4が駆動可能な信号に変換するための
ものである。
路105と同一構成のものであり、スイッチング素子Q
1〜Q4が全てオフの時、スイッチング素子Q1〜Q4
並びにDCモータMがすべて正常ならば、端子M+,M
−の電位は次式に示されるVRの状態(以下、これをフ
ローティング状態という)になり、この電位VRがCP
U2へ出力される。
R4+R5)} さらに、このモニタ回路5は、DCモータMの片側端子
である端子M+の電位を監視し、これをCPU2のA/
D変換機能を有するポートP6へと供給する。すなわ
ち、CPU2では、与えられた測定条件に対応して、出
力ポートP1から昇圧パルス操作信号を出力すること
と、出力ポートP2〜P5から4系統のスイッチング素
子操作信号を出力することにより、モータ駆動回路4を
構成するスイッチング素子Q1〜Q4を適宜にオンオフ
操作をする一方、各測定条件を与える度にモニタ回路5
を介してDCモータMの片側端子M+の電位をA/D変
換機能を有するCPU2のポートP6から取り込み、し
かる後、与えられた測定条件とそれに対応して測定され
たモータの片側端子電位を、所定のアルゴリズムに適応
することによって、昇圧回路1とここでは詳述しないモ
ータ駆動回路4の故障箇所を判定するようにしている。
路4,モニタ回路5並びに昇圧回路1をより詳細に示す
回路図、図3は、CPU2で実行される故障診断プログ
ラムの構成を示すフローチャート、図4は、 CPU2
で実行される故障診断プログラムの他の構成を示すフロ
ーチャートであり、以下これらの図面を用いて、本発明
にかかる故障診断装置並びに故障診断方法の詳細を系統
的に説明する。
ートされると、まず第一のステップにおいては、スイッ
チング素子Q1〜Q4の短絡故障又はDCモータMのV
B短絡故障若しくはGND短絡故障の判定がおこなわれ
る。すなわち、この第一のステップでは、まず測定初期
条件として「昇圧パルス停止、Q1〜Q4すべてオフ」
が与えられ(ステップ301)、その状態において測定
されたモータ端子M+の電位が参照される(ステップ3
02)。ここで、端子M+の電位がVR(フローティン
グ状態)以外(正側電源電位VVB若しくは負側電源電位
VGND)と判定されると、スイッチング素子Q1〜Q4
か、DCモータMの何れかに短絡故障が発生していると
判断され、ただちに診断処理を終了する(ステップ30
3)。これに対して、端子M+の電位がVR(フローテ
ィング状態)と判定されると、少なくとも上述の短絡故
障は存在しないものとの診断がなされ、続いて第二のス
テップが実行される。
チング素子をオンさせた時に発生する二次故障を防止し
ている。
して「昇圧パルス停止、Q1のみオン」が与えられ(ス
テップ304)、その状態で端子M+の電位が参照され
る(ステップ305)。ここで、端子M+の電位がVVB
(正側電源電位)と判定されると、昇圧回路1の動作を
停止できない故障を起こしていると診断され、診断処理
を終了させる(ステップ306)。また端子M+の電位
がVR(フローティング状態)であれば、昇圧回路1が
正常に停止している他に、スイッチング素子Q1が開放
故障の可能性もあるため測定条件を「Q1をオフし、Q
3をオン」とし(ステップ307)、端子M+の電位が
参照される(ステップ308)。端子M+の電位がVVB
と測定された場合、スイッチング素子Q1の開放故障
と、昇圧回路1の動作を停止できない故障を起こしてい
ると診断され、診断処理を終了させる(ステップ30
9)。なおも端子M+の電位がVRであれば昇圧回路1
は正常に停止しているものと診断して、第三のステップ
が実行される。
に、測定条件として、「昇圧パルス開始、Q1のみオ
ン」が与えられ、設定時間(昇圧回路1により昇圧電圧
VVSが充分に上昇するであろう時間)が経過した後(ス
テップ310)、端子M+の電位が参照される(ステッ
プ311)。そして、その電位がVVBであれば昇圧正常
と診断し、診断終了処理(ステップ313)の後、診断
処理を終了する。また端子M+の電位がVR(フローテ
ィング状態)であれば、昇圧回路1の動作停止故障若し
くはスイッチング素子Q1の開放故障と診断して、診断
処理を終了する(ステップ312)。
診断する。
回路作動に連続するハイ、ローのパルス列を供給するこ
とで出力側に電荷を送り、出力側に貯えることで昇圧を
行なうチャージポンプ型の昇圧回路の確認を行なう場
合、上記の方法では、発見しづらい故障モードがある。
これは昇圧回路駆動パルスに同期して出力電位が変化す
る場合、例えば駆動パルスがハイの時は、昇圧電位を正
常に発生させるが、駆動パルスがローの時は、昇圧電位
が低下する等の故障の場合(例えば昇圧回路1の出力側
の蓄圧コンデンサC1の容量抜け等がある)は、なかな
か発見できない。
りに、図4に示すような故障診断プログラムを実行する
ことにより昇圧回路1の故障の判定が行なえる。尚、こ
のプログラムを構成する第一のステップおよび第二のス
テップは、上述した第一のステップと第二のステップと
同様の処理であるので、ここでは詳細な説明は省略す
る。
の処理が終わると、続く第四のステップにおいては、ま
ず「昇圧パルス開始、Q1のみオン」が与えられ、設定
時間(昇圧回路1により昇圧電圧VVSが充分に上昇する
であろう時間)が経過した後、昇圧駆動パルスをハイの
状態で一度停止する。ハイ状態で停止してから所定時間
(例えば蓄圧コンデンサC1の容量抜け等の異常が判定
可能な時間)経過後(ステップ410)に端子M+の電
位を参照する(ステップ411)。そして、その電位が
VVBであれば昇圧正常と診断して第五のステップへ診断
を移行し、端子M+の電位がVR(フローティング状
態)であれば、昇圧回路1の動作停止故障若しくはスイ
ッチング素子Q1の開放故障と診断して、診断処理を終
了する(ステップ412)。
件「昇圧パルス再開始、Q1のみオン」を与え、設定時
間の後、今度は昇圧駆動パルスをローの状態で一度停止
する。ロー状態で停止してから所定時間経過後(ステッ
プ413)に端子M+の電位を参照する(ステップ41
4)。そして、その電位がVVBであれば昇圧回路正常と
診断し、診断終了処理(ステップ416)の後、診断処
理を終了させる。なお端子M+の電位がVR(フローテ
ィング状態)であれば、昇圧回路1の動作停止故障と診
断して、診断処理を終了する(ステップ415)。
行なうことで、昇圧駆動パルスの状態により、昇圧出力
電位が変化してしまうような故障も確実に発見できる。
なお、このモータ端子電位の参照までに設定時間および
所定時間をおいて診断するのは、昇圧回路1の異常によ
る昇圧出力電位の変化が顕著に現れるようにして、故障
判定を容易にするためのものである。
からもわかるように、この発明の昇圧回路1の故障診断
を行なうことで、モータ駆動回路4つまりモータ駆動回
路4を構成するスイッチング素子Q1〜Q4の診断もあ
る程度出来てしまう。そのため、同一の回路構成で安全
に行なえるモータ駆動回路4の故障診断と組み合わせて
診断を行なえば、非常に効率よく、かつ追加回路なし
で、昇圧回路1並びにモータ駆動回路4の故障診断を行
なうことが出来るため、この種の故障診断装置の軽量化
ならびにコストダウンが可能となる。
おいては、各部の故障に対する故障報知方法については
言及されていないが、これについては公知の種々の報知
手段を採用することができる。例えば、何れかの故障
が、診断された場合には、図1においてCPU2のポー
トP1から出力される昇圧駆動パルスを停止し、ポート
P2〜P5から出力されるスイッチング素子駆動信号を
素子のオフ側に固定し、DCモータMへの出力を禁止す
る一方、1個の警告灯の点滅回数をモータ系の故障と、
昇圧回路系またはスイッチング素子系の故障とで異なら
せることが考えられる。この様な報知手段を採用すれ
ば、修理業者は警告灯の点滅回数に基づき、故障部位が
モータ駆動回路が搭載された制御ユニット側にあるの
か、あるいはDCモータもしくはDCモータのハーネス
側にあるのかを容易に判別することができ、故障修理時
間の短縮を図ることができる。
によれば、昇圧回路のモニタ回路の追加なしで昇圧回路
部分の故障診断が可能であるため、この種の故障診断装
置における軽量化並びにコストダウンが可能となる。
ロック図である。
駆動回路,モニタ回路並びに昇圧回路を詳細に示す回路
図である。
すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
Claims (2)
- 【請求項1】 Nチャンネルスイッチング素子により構
成されたブリッジ回路の平衡点に駆動対象モータを接続
してなる可逆回転型のモータ駆動回路のハイサイド側の
スイッチング素子の駆動電源を発生させる昇圧回路の故
障をモータ端子の電位に基づいて診断する故障診断方法
であって、 前記昇圧回路の動作を停止した状態で、 前記ブリッジ回路を構成するスイッチング素子の全てを
オフさせた状態における前記モータ端子電位を測定し、
それがフローティング状態であれば次のステップへ移行
する一方、それが正側電源電位若しくは負側電源電位で
あればその電位に対応した側のスイッチング素子の短絡
故障若しくは駆動対象モータの電源ライン短絡故障と診
断して処理を終了する第一のステップと、 第一ステップの状態から、前記ブリッジ回路のハイサイ
ド側のいずれかのスイッチング素子をオンさせつつその
状態における前記モータ端子電位を測定し、それがフロ
ーティング状態であれば次のステップへ移行する一方、
それが正側電源電位であれば昇圧回路異常と診断して処
理を終了する第二のステップと、 第二ステップの状態から、前記昇圧回路を動作させつつ
その状態における前記モータ端子電位を測定し、それが
正側電源電位であれば昇圧回路正常と診断して処理を終
了する一方、それがフローティング状態であれば昇圧回
路異常と診断して処理を終了する第三のステップと、を
具備することを特徴とする故障診断方法。 - 【請求項2】 前記第三のステップは、昇圧回路駆動パ
ルスを正常動作後にハイ若しくはローの一方で停止して
前記モータ端子電位を測定し、それが正側電源電位であ
れば昇圧回路正常と診断して次のステップへ移行する一
方、それがフローティング状態であれば昇圧回路異常と
診断して処理を終了するステップと、 さらに昇圧パルス正常動作後にハイ若しくはローのもう
一方で停止して前記モータ端子電位を測定し、それが正
側電源電位であれば昇圧回路正常と診断して処理を終了
する一方、それがフローティング状態であれば昇圧回路
異常と診断して処理を終了するステップと、 を具備することを特徴とする請求項1記載の故障診断方
法。
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---|---|---|---|
JP27174397A JP3296266B2 (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 故障診断方法 |
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