JP4385640B2 - 異常検出装置及び異常検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力される制御信号に基づいて所定の電流が流れるソレノイドなどの負荷回路の異常を検出する異常検出装置及び異常検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、既存の異常検出装置を説明するための図である。
図3に示すように、ソレノイド回路31は、ソレノイド32と、ドライバ駆動素子33(例えば、FET(Field-Effect Transistor)やバイポーラトランジスタなど)とを備えて構成され、ドライバ駆動素子33に入力される制御信号Sに基づいて、所定の電流がソレノイド回路31に流れる。
【0003】
また、リレー34は、所定の電圧が印加されるソレノイド35と、ソレノイド35に生じる磁力に応じてソレノイド回路31に印加される所定の電圧をオン、オフするスイッチ36とを備えて構成され、例えば、ソレノイド回路31に異常が発生すると、スイッチ36をオフし、ソレノイド回路31に印加される電圧をオフする。
【0004】
また、異常検出装置37は、電源VBATTとA点との間に接続される電流センサ38と、電流センサ38で検出される電流値をA/D(Analog to Digital)変換して所定値と比較し、その比較結果に基づいてソレノイド回路31などに異常が発生しているか否かを判定するCPU(Central Processing Unit)39とを備えて構成され、例えば、その判定結果に基づいてソレノイド35に印加される電圧値を制御している。
【0005】
上記ソレノイド回路31は、例えば、フォークリフトのマストの上昇又は下降に利用される油圧を調整するための電磁弁などを構成するものであり、オペレータのレバー操作により所定の制御信号Sがドライバ駆動素子33に入力され電磁弁が開閉制御される構成である。
【0006】
上述のように、リレー34などの制御回路をソレノイド回路31の電源VBATT側に備え、ソレノイド回路31に過電流が流れることを防止することは従来から行なわれている(例えば、特許文献1参照)。
また、上述のように、ソレノイド32をローサイド駆動(グランド側を基準として駆動)することも従来から行なわれている(例えば、特許文献2参照)。これより、ドライバ駆動素子33を低い耐電圧の素子で構成することができるので、結果的に、回路全体を安価に構成することが可能となる。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−2357号 (第4頁、第1図)
【0008】
【特許文献2】
特開平8−250989号 (第2〜3頁、第2図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、図3に示すような電流センサ38では、例えば、シャント抵抗方式、磁気マルチバイブレータ方式、ホール素子方式、又はマグアンプ方式等が考えられ、何れの方式においても、構成が複雑で、且つ、高価なものであり、コスト高になるという問題がある。また、図3に示す電流センサ38は、ソレノイド32の電源VBATT側の電流値を検出するため、高い耐電圧の素子で構成される必要があり、高価なものとなり、更にコスト高になるという問題がある。
【0010】
また、特許文献1では、図3に示すリレー34に該当するフェ−ルセーフ回路39がコンパレータ35の出力に基づいて異常を検出し、ソレノイドコイル40の通電のオン、オフを制御している。このように、特許文献1では、ソレノイドコイル40の電源側の電流若しくは電圧又はグランド側の電流若しくは電圧を検出していないため、例えば、ソレノイドコイル40のグランド側のある点と電源とがショートした場合などの異常を検出できないという問題がある。すなわち、ソレノイドコイル40に発生する異常を検出することができないという問題がある。
【0011】
また、特許文献2では、図3に示すソレノイド回路31に該当する負荷4をローサイド駆動することにより、回路全体を安価に構成することが可能であるが、図3に示すリレー34又は特許文献1に示すフェ−ルセーフ回路39などの過電流防止用の制御回路が設けられていないため、負荷4の電源側の電流検出を行う必要がない構成となっている。すなわち、特許文献2では、例えば、図3におけるB点と電源VBATTとのショート、B点とグランドGNDとのショート、並びにA点及びB点のオープンなどによる異常は検出できるが、A点とグランドGNDとがショートすることによる異常は検出できない構成になっている。このように、特許文献2では、負荷4に発生する全ての異常を検出することができないという問題がある。
【0012】
そこで、本発明では、上記問題点を考慮し、過電流防止用の制御回路を備える負荷回路において、その負荷回路の異常を安価な構成で、且つ、その負荷回路に発生する全ての異常を検出することが可能な異常検出装置及び異常検出方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の異常検出装置は、ソレノイドと、前記ソレノイドとグランドとの間に設けられ、オン、オフすることにより前記ソレノイドに流れる電流を制御するスイッチング素子とを備える負荷回路に発生する異常を検出する異常検出装置であって、前記負荷回路と電源との間に設けられ、前記負荷回路に印加される所定の電圧をオン、オフするスイッチに並列に接続される第1の抵抗にかかる電圧の電圧値を検出する電圧値検出回路と、前記スイッチング素子とグランドとの間に設けられる第2の抵抗に流れる電流の電流値を検出する電流値検出回路と、前記スイッチがオフのときで、かつ、前記電圧値検出回路により検出される電圧値が第1の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドの電源側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常のどちらかの異常が発生したと判定し、前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記電流値検出回路により検出される電流値が第2の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドのグランド側が前記電源とショートする異常が発生したと判定し、前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記電流値検出回路により検出される電流値がゼロのとき、前記ソレノイドの電源側がオープンする異常、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がオープンする異常の何れかの異常が発生したと判定する判定回路とを備える。
【0019】
また、本発明の異常検出方法は、ソレノイドと、前記ソレノイドとグランドとの間に設けられ、オン、オフすることにより前記ソレノイドに流れる電流を制御するスイッチング素子とを備える負荷回路に発生する異常を検出する異常検出方法であって、前記負荷回路と電源との間に設けられ、前記負荷回路に印加される所定の電圧をオン、オフするスイッチに並列に接続される第1の抵抗にかかる電圧の電圧値を検出すると共に、前記スイッチング素子とグランドとの間に設けられる第2の抵抗に流れる電流の電流値を検出し、前記スイッチがオフのときで、かつ、前記第1の抵抗にかかる電圧の電圧値が第1の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドの電源側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常のどちらか一方の異常が発生したと判定し、前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記第2の抵抗に流れる電流の電流値が第2の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドのグランド側が前記電源とショートする異常が発生したと判定し、前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記第2の抵抗に流れる電流の電流値がゼロのとき、前記ソレノイドの電源側がオープンする異常、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がオープンする異常の何れかの異常が発生したと判定する。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態の異常検出装置を説明するための図である。なお、図3と同様な構成については、同一の符号を付け、その説明を省略する。
【0021】
図1に示すように、異常検出装置10は、リレー34(第2の制御回路)の両端の電圧値を検出する電圧値検出回路11(電圧値検出回路)と、ソレノイド回路31(負荷回路)に流れる電流値を検出する電流値検出回路(電流値検出回路)12と、電圧値検出回路11で検出された電圧値又は電流値検出回路12で検出された電流値をA/D変換して所定値と比較し、その比較結果に基づいてソレノイド回路31に異常が発生しているか否かを判定するCPU13(比較回路及び判定回路)とを備えて構成され、その判定結果に基づいてソレノイド35に流れる電流のオン、オフをリレー34が制御している。なお、ソレノイド32は、例えば、抵抗などの他の負荷で構成されてもよい。また、リレー34は、必ずしも、ソレノイド35及びスイッチ36とから構成される回路に限定されない。
【0022】
また、上記電圧値検出回路11は、リレー34に並列に接続される抵抗14(第1の抵抗)の両端の電圧値を検出し、その電圧値をCPU13に伝えるための回路である。
また、上記電流値検出回路12は、ソレノイド回路31に流れる電流値を、ドライバ駆動素子33(第1の制御回路)とグランドGNDとの間に設けられるシャント抵抗15(第2の抵抗)により電圧値に変換し、その電圧値をCPU13に伝えるための回路である。なお、ドライバ駆動素子33は、FETやバイポーラトランジスタに限定されない。
【0023】
そして、CPU13は、入力されるそれぞれの電圧値と、そのそれぞれの電圧値に対応する所定値(所定の電圧値又は所定の電流値)とを比較し、入力される電圧値が所定値よりも大きいか又は小さいときにソレノイド回路31が異常であると判定する。
【0024】
次に、CPU13がソレノイド回路31に異常が発生していると判定したときの異常の種類(以下、モードという)について説明する。
図2は、各モードと、各モードが発生しているときのリレー34のオン、オフの状態、ドライバ駆動素子33のオン、オフの状態、及びCPU13の比較結果のそれぞれの関係を示す表である。
【0025】
例えば、図2に示すように、「A点(ソレノイド回路31の電源側のある点)とグランドGNDとがショートする場合」をモード1とし、「A点がオープン(A点が電源VBATTにもグランドGNDにも接続されない状態、或いはA点が電源VBATTとグランドGNDのどちらか一方にのみ接続されている状態)となる場合」をモード2とし、「B点(ソレノイド回路31のグランド側のある点)と電源VBATTとがショートする場合」をモード3とし、「B点とグランドGNDとがショートする場合」をモード4とし、「B点がオープン(B点が電源VBATTにもグランドGNDにも接続されない状態、或いはB点が電源VBATTとグランドGNDのどちらか一方にのみ接続されている状態)となる場合」をモード5としており、CPU13がソレノイド回路31に異常が発生していると判定したときの異常は、この5つのモードの内のどれかとなる。
【0026】
また、図2に示すように、モード1の場合は、A点とグランドGNDとがショートしている状態なので、そのような状態のときにリレー34がオフになると、抵抗14を介して電源VBATTとグランドGNDとが接続された状態となるので、正常時(電源VBATTとグランドGNDとの間に抵抗14だけでなくソレノイド32も接続されている状態)と比べて、抵抗14には大きな電圧が印加される。これより、CPU13は入力される電圧値が所定値よりも大きいと判断する。
【0027】
また、モード2の場合は、A点がオープンしている状態なので、そのような状態のときに、たとえ、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオンになっても、ソレノイド回路31には電流が流れない。これより、CPU13は入力される電流値が所定値よりも小さいと判断する。
【0028】
また、モード3の場合は、B点と電源VBATTとがショートしている状態なので、そのような状態のときに、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオンになると、ソレノイド32を介さず電源VBATTとグランドGNDとが接続された状態となるので、正常時(ソレノイド32を介して電源VBATTとグランドGNDとが接続された状態)と比べて、ソレノイド回路31には大きな電流が流れる。これより、CPU13は入力される電流値が所定値よりも大きいと判断する。
【0029】
また、モード4の場合(1)は、B点とグランドGNDとがショートしている状態なので、そのような状態のときに、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオフになると、抵抗14及びソレノイド32を介して電源VBATTとグランドGNDとが接続された状態となるので、正常時(電源VBATTとグランドGNDとの間に抵抗14及びソレノイド32だけでなくドライバ駆動素子33なども接続されている状態)と比べて、抵抗14には大きな電圧が印加される。これより、CPU13は入力される電圧値が所定値よりも大きいと判断する。
【0030】
また、他のモード4の場合(2)は、B点とグランドGNDとがショートしている状態のときであって、このとき、たとえ、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオンになっても、ドライバ駆動素子33には電流が流れない。これより、CPU13は入力される電流値が所定値よりも小さいと判断する。
【0032】
また、モード5の場合は、B点がオープンしている状態なので、そのような状態のとき、たとえ、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオンになっても、ソレノイド回路31(ドライバ駆動素子33)には電流が流れない。これより、CPU13は入力される電流値が所定値よりも小さいと判定する。
【0033】
このように、CPU13は、例えば、A点とグランドGNDとがショートし、リレー34がオフの場合には、リレー34に印加される電圧値が所定値よりも大きくなるので、ソレノイド回路31が異常であることを判定することができる。また、CPU13は、例えば、A点がオープンとなるか、又は、B点がオープンとなり、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオンの場合には、ソレノイド回路31に流れる電流値が所定値よりも小さくなるので、ソレノイド回路31が異常であることを判定することができる。また、CPU13は、例えば、B点と電源VBATTとがショートし、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオンの場合には、ソレノイド回路31に流れる電流値が所定値よりも大きくなるので、ソレノイド回路31が異常であることを判定することができる。また、CPU13は、例えば、B点とグランドGNDとがショートし、リレー34及びドライバ駆動素子33が共にオフの場合には、リレー34に印加される電圧値が所定値よりも大きくなるので、ソレノイド回路31が異常であることを判定することができる。
【0034】
すなわち、CPU13は、リレー34に印加される電圧値が所定値よりも大きくなったと判断した場合にソレノイド回路31に異常が発生していると判定し、ソレノイド回路31に流れる電流値が所定値より大きいか又は小さいと判断した場合にソレノイド回路31に異常が発生していると判定する。
【0035】
なお、CPU13に入力される2つの電圧値と比較される所定値は、異常が発生していないときにリレー34(又は抵抗14)に印加される電圧値(第2の電圧値)、又は異常が発生していないときにソレノイド回路31に流れる電流値(第2の電流値)に対応する値に設定されていることが望ましい。
【0036】
また、CPU13に入力される2つの電圧値と比較される所定値は、ある範囲を持たせてもよい。そして、入力される電圧値がそのある範囲を持つ所定値の上限値を超えれば、異常と判定し、入力される電圧値がそのある範囲を持つ所定値の下限値を下回れば、異常と判定するように構成してもよい。
【0037】
このように、本実施形態の異常検出装置10は、抵抗14、15といった簡単な回路素子を用いて、ソレノイド回路31の異常を検出することができる。しかも、ソレノイド回路31に生じている異常を、具体的に5つの異常モードとして確実に判断することができる。
【0038】
また、本実施形態の異常検出装置10では、リレー34の両端の電圧値を検出すると共に、ソレノイド回路31に流れる電流値を検出し、その電圧値又は電流値に基づいて異常があるか否かを判定しているので、ソレノイド回路31の電源側(例えば、A点)又はグランド側(例えば、B点)に異常(上記5つの異常)が発生した場合を確実に検出することが可能となる。
【0039】
また、リレー34の両端の電圧値は、リレー34に並列に接続される抵抗14の両端から検出し、ソレノイド回路31に流れる電流値は、シャント抵抗15により電圧値に変換して検出しているので、既存の異常検出方法(図3)のように、高価な電流センサを設けることなく、安価な構成でソレノイド回路31に異常が発生していることを判定することが可能となる。
【0040】
また、本実施形態の異常検出装置10は、ローサイド駆動のソレノイド回路31に適用することができるので、異常検出装置10、ソレノイド回路31、及びリレー34を含む回路全体を安価に構成することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、第2の制御回路の両端の電圧値を検出し、負荷回路に流れる電流値を検出し、その電圧値又は電流値と所定の電圧値又は所定の電流値との比較を行い、その比較結果に基づいて、負荷回路に異常が発生しているか否かの判定を行っているので、既存の異常検出装置のように、高価な電流センサを設けることなく、負荷回路に発生する全ての異常を、安価な構成で検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の異常検出装置の構成を示す図である。
【図2】異常検出モードとリレー及びドライバ駆動素子の状態と比較結果とのそれぞれの関係を示す表である。
【図3】既存の異常検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10 異常検出装置
11 電圧値検出回路
12 電流値検出回路
13 CPU
14 抵抗
15 シャント抵抗
31 ソレノイド回路
32 ソレノイド
33 ドライバ駆動素子
34 リレー
35 ソレノイド
36 スイッチ
37 異常検出装置
38 電流センサ
Claims (2)
- ソレノイドと、前記ソレノイドとグランドとの間に設けられ、オン、オフすることにより前記ソレノイドに流れる電流を制御するスイッチング素子とを備える負荷回路に発生する異常を検出する異常検出装置であって、
前記負荷回路と電源との間に設けられ、前記負荷回路に印加される所定の電圧をオン、オフするスイッチに並列に接続される第1の抵抗にかかる電圧の電圧値を検出する電圧値検出回路と、
前記スイッチング素子とグランドとの間に設けられる第2の抵抗に流れる電流の電流値を検出する電流値検出回路と、
前記スイッチがオフのときで、かつ、前記電圧値検出回路により検出される電圧値が第1の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドの電源側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常のどちらかの異常が発生したと判定し、
前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記電流値検出回路により検出される電流値が第2の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドのグランド側が前記電源とショートする異常が発生したと判定し、
前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記電流値検出回路により検出される電流値がゼロのとき、前記ソレノイドの電源側がオープンする異常、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がオープンする異常の何れかの異常が発生したと判定する判定回路と、
を備えることを特徴とする異常検出装置。 - ソレノイドと、前記ソレノイドとグランドとの間に設けられ、オン、オフすることにより前記ソレノイドに流れる電流を制御するスイッチング素子とを備える負荷回路に発生する異常を検出する異常検出方法であって、
前記負荷回路と電源との間に設けられ、前記負荷回路に印加される所定の電圧をオン、オフするスイッチに並列に接続される第1の抵抗にかかる電圧の電圧値を検出すると共に、前記スイッチング素子とグランドとの間に設けられる第2の抵抗に流れる電流の電流値を検出し、
前記スイッチがオフのときで、かつ、前記第1の抵抗にかかる電圧の電圧値が第1の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドの電源側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常のどちらか一方の異常が発生したと判定し、
前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記第2の抵抗に流れる電流の電流値が第2の所定値よりも大きいとき、前記ソレノイドのグランド側が前記電源とショートする異常が発生したと判定し、
前記スイッチ及び前記スイッチング素子がそれぞれオンのときで、かつ、前記第2の抵抗に流れる電流の電流値がゼロのとき、前記ソレノイドの電源側がオープンする異常、前記ソレノイドのグランド側がグランドとショートする異常、又は、前記ソレノイドのグランド側がオープンする異常の何れかの異常が発生したと判定する
ことを特徴とする異常検出方法。
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