JP2022022686A - 故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の故障と抵抗の故障とを区別して判定することが可能な故障診断装置を提供する。【解決手段】この故障診断装置１００は、高電位点Ｐと負荷１の第１端子１ａとの間と、負荷１の第２端子１ｂと低電位点（ＧＮＤ）との間と、高電位点Ｐと負荷１の第１端子１ａとの経路と負荷１の第２端子１ｂと低電位点（ＧＮＤ）との経路との間とに設けられた互いに電気的に接続された複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５を含む抵抗回路１０とを備える。そして、故障診断装置１００は、負荷１の第１端子１ａから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（１）と、負荷１の第２端子１ｂから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（２）とに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬの故障と、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障とを区別して判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、故障診断装置に関し、特に、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子の故障診断を行う故障診断装置に関する。

従来、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子の故障診断を行う故障診断装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、正側スイッチング素子および負側スイッチング素子を含むＨブリッジ回路を含むモータ駆動回路が開示されている。Ｈブリッジ回路の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にはＤＣモータが設けられている。また、上記特許文献１では、ＤＣモータの端子電圧を測定するモニタ回路が設けられている。モニタ回路は、電源とＧＮＤとの間に設けられる互いに直列接続された３つの抵抗（第１抵抗、第２抵抗および第３抵抗）を含む。ＤＣモータの一方端は、第１抵抗と第２抵抗との間に接続されている。また、第２抵抗と第３抵抗との間の電圧がＣＰＵに入力される。

そして、上記特許文献１では、ＣＰＵに入力された電圧に基づいて、正側スイッチング素子および負側スイッチング素子（以下、スイッチング素子という）、または、ＤＣモータの短絡故障が判定される。たとえば、スイッチング素子を全てオフ状態にした状態で、ＣＰＵに入力された電圧（ＤＣモータの端子電圧）が、フローティング以外（正側電源電位、または、負側電源電位）であると判定された場合には、スイッチング素子、または、ＤＣモータのいずれかに短絡故障が発生していると判定される。

特許第３２９６２６６号

上記特許文献１では、ＤＣモータの端子電圧に基づいて、スイッチング素子またはＤＣモータの短絡故障が判定される。しかしながら、モニタ回路の抵抗が故障している場合には、スイッチング素子またはＤＣモータが故障していないにも関わらず、スイッチング素子またはＤＣモータが故障していると判定されてしまう場合があるという不都合がある。すなわち、上記特許文献１では、スイッチング素子（またはＤＣモータ）の故障と抵抗の故障とを区別して判定することができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、スイッチング素子の故障と抵抗の故障とを区別して判定することが可能な故障診断装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における故障診断装置は、高電位側の複数の高電位側スイッチング素子と、低電位側の複数の低電位側スイッチング素子とを含み、負荷を駆動するＨブリッジ回路の故障診断装置であって、高電位点と負荷の第１端子との間と、負荷の第２端子と低電位点との間と、高電位点と負荷の第１端子との経路と負荷の第２端子と低電位点との経路との間とに設けられた互いに電気的に接続された複数の抵抗を含む抵抗回路を備え、負荷の第１端子から抵抗回路を介して引き出された電圧と、負荷の第２端子から抵抗回路を介して引き出された電圧とに基づいて、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の故障と、抵抗の故障とを区別して判定する。

この発明の一の局面による故障診断装置では、上記のように、負荷の第１端子から抵抗回路を介して引き出された電圧と、負荷の第２端子から抵抗回路を介して引き出された電圧とに基づいて、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の故障と、抵抗の故障とを区別して判定する。これにより、負荷の第１端子と第２端子とが抵抗を介して接続されるので、抵抗回路を介して引き出された負荷の第１端子の電圧と、抵抗回路を介して引き出された負荷の第２端子の電圧とは独立しておらず互いに相互依存する。このため、スイッチング素子が故障した場合と抵抗が故障した場合とにおいて、抵抗回路を介して引き出された負荷の第１端子の電圧と第２端子の電圧との電圧値に差異が生じる。そして、この電圧値の差異に基づいて、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の故障と、抵抗の故障とを区別して判定することができる。その結果、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の故障を正確に判定することができる。

上記一の局面による故障診断装置において、好ましくは、抵抗回路の複数の抵抗は、高電位点に一方端が接続される第１抵抗と、負荷の第１端子に一方端が接続される第２抵抗と、第１抵抗の他方端および第２抵抗の他方端に一方端が接続される第３抵抗と、負荷の第２端子に一方端が接続され第３抵抗に他方端が接続される第４抵抗と、第３抵抗の他方端に一方端が接続され低電位点に他方端が接続される第５抵抗とを含む。

このように構成すれば、負荷の第１端子と第２端子とが、第２抵抗、第３抵抗および第４抵抗を介して接続されるので、抵抗回路を介して引き出された負荷の第１端子の電圧と、抵抗回路を介して引き出された負荷の第２端子の電圧とを独立させずに互いに相互依存させることができる。このため、スイッチング素子が故障した場合と抵抗が故障した場合とにおいて、抵抗回路を介して引き出された負荷の第１端子の電圧と第２端子の電圧との電圧値に差異が生じるので、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の故障と、抵抗の故断とを区別して判定することができる。

この場合、好ましくは、第１抵抗、第２抵抗、第４抵抗および第５抵抗の抵抗値は、第３抵抗の抵抗値の２倍である。

このように構成すれば、複数の抵抗の抵抗値の比率が比較的単純になるので、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子、および、抵抗のうちのいずれかが故障した際の、各点の電圧（負荷の第１端子の電圧、第２端子の電圧など）の算出を容易に行うことができる。

上記複数の抵抗が第１～第５抵抗を含む故障診断装置において、好ましくは、第３抵抗の一方端の電圧と、第１閾値電圧とを比較する第１比較器と、第３抵抗の他方端の電圧と、第２閾値電圧とを比較する第２比較器とをさらに備え、第１比較器の比較結果と、第２比較器の比較結果とに基づいて、高電位側スイッチング素子、および、低電位側スイッチング素子の故障を診断する。

このように構成すれば、第１閾値電圧および第２閾値電圧を適切に調整することにより、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のうちのいずれかが故障した際に、第１比較器の比較結果と第２比較器の比較結果とが同じ結果となるようにすることが可能になる。これにより、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のうちのいずれかの故障を判定することができる。

上記一の局面による故障診断装置において、好ましくは、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子が非駆動状態において、負荷の第１端子から抵抗回路を介して引き出された電圧と、負荷の第２端子から抵抗回路を介して引き出された電圧との電圧差の値に基づいて、複数の抵抗のいずれかが故障していると判定する。

このように構成すれば、複数の抵抗のいずれかが故障（開放故障、または、短絡故障）した際には、抵抗回路を介して引き出された負荷の第１端子と第２端子との電圧差が、複数の抵抗が正常である場合の値と異なるので、容易に、複数の抵抗のいずれかが故障していると判定することができる。

上記一の局面による故障診断装置において、好ましくは、複数の抵抗の抵抗値は、高電位側スイッチング素子のオフ抵抗および低電位側スイッチング素子のオフ抵抗よりも小さく、高電位側スイッチング素子のオン抵抗および低電位側スイッチング素子のオン抵抗よりも大きい。

このように構成すれば、複数の抵抗の抵抗値と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオフ抵抗と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオン抵抗とが互いに異なるので、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子、および、抵抗の故障状態と正常状態とを区別して故障を容易に判定することができる。

なお、本出願では、上記一の局面による故障診断装置において、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記第１比較器と第２比較器とを備える故障診断装置において、好ましくは、第１比較器の比較結果と第２比較器の比較結果とが同じであることに基づいて、高電位側スイッチング素子、および、低電位側スイッチング素子のうちのいずれかが故障であると判定する。

このように構成すれば、第１比較器の比較結果と第２比較器の比較結果とが同じであることに基づいて、容易に、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のうちのいずれかが故障であると容易に判定することができる。

（付記項２）
上記付記項１による故障診断装置において、好ましくは、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子が非駆動状態において、第１比較器の比較結果と第２比較器の比較結果とが同じであることに基づいて、高電位側スイッチング素子、および、低電位側スイッチング素子のうちのいずれかが短絡故障であると判定する。

このように構成すれば、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のうちのいずれかの短絡故障を容易に判定することができる。

（付記項３）
上記付記項１による故障診断装置において、好ましくは、高電位側スイッチング素子から低電位側スイッチング素子に通電されている状態において、第１比較器の比較結果と第２比較器の比較結果とが同じであることに基づいて、高電位側スイッチング素子、および、低電位側スイッチング素子のうちのいずれかが開放故障であると判定する。

このように構成すれば、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のうちのいずれかの開放故障を容易に判定することができる。

（付記項４）
上記負荷の第１端子および第２端子から引き出された電圧に基づいて抵抗の故障を判定する故障診断装置において、好ましくは、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子が非駆動状態において、負荷の第１端子から抵抗回路を介して引き出された電圧と、負荷の第２端子から抵抗回路を介して引き出された電圧と、第１端子から抵抗回路を介して引き出された電圧と第２端子から抵抗回路を介して引き出された電圧との電圧差とに基づいて、複数の抵抗のいずれかが短絡故障しているかまたは開放故障しているかを判定する。

このように構成すれば、複数の抵抗のいずれかが短絡故障した場合または開放故障した場合、抵抗回路を介して引き出された負荷の第１端子の電圧、抵抗回路を介して引き出された第２端子の電圧、および、これらの電圧差に差異が生じるので、容易に、複数の抵抗のいずれかが開放故障または短絡故障していると判定することができる。

（付記項５）
上記抵抗の抵抗値が高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオフ抵抗よりも小さくオン抵抗よりも大きい故障診断装置において、好ましくは、複数の抵抗の抵抗値は、キロオームの桁数を有し、高電位側スイッチング素子のオフ抵抗および低電位側スイッチング素子のオフ抵抗は、メガオームの桁数を有し、高電位側スイッチング素子のオン抵抗および低電位側スイッチング素子のオン抵抗は、ミリオームの桁数を有する。

このように構成すれば、複数の抵抗の抵抗値と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオフ抵抗と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオン抵抗との差異が大きくなるので、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子、および、抵抗の故障状態と正常状態とをより容易に区別することができる。

一実施形態による故障診断装置のブロック図である。 スイッチング素子の故障の判定を説明するための図である。 抵抗の故障の判定を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図３を参照して、故障診断装置１００について説明する。故障診断装置１００は、負荷１を駆動するＨブリッジ回路２（スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬ）および抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障を診断する。なお、スイッチング素子ＡＨおよびＢＨは、特許請求の範囲の「高電位側スイッチング素子」の一例である。また、スイッチング素子ＡＬおよびＢＬは、特許請求の範囲の「低電位側スイッチング素子」の一例である。

（Ｈブリッジ回路）
図１を参照して、Ｈブリッジ回路２の構成について説明する。

Ｈブリッジ回路２は、高電位側の複数のスイッチング素子ＡＨおよびＢＨと、低電位側の複数のスイッチング素子ＡＬおよびＢＬとを含む。そして、スイッチング素子ＡＨおよびＢＨと、スイッチング素子ＡＬおよびＢＬとの間に負荷１が設けられている。具体的には、スイッチング素子ＡＨおよびＢＨは、ｐ型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる。また、スイッチング素子ＡＬおよびＢＬは、ｎ型のＭＯＳＦＥＴからなる。負荷１の第１端子１ａは、スイッチング素子ＡＨのドレインと、スイッチング素子ＡＬのドレインとの間に接続されている。また、負荷１の第２端子１ｂは、スイッチング素子ＢＨのドレインと、スイッチング素子ＢＬのドレインとの間に接続されている。

また、スイッチング素子ＡＨおよびＢＨのソースは、電源３の正側に接続されている。また、スイッチング素子ＡＬおよびＢＬのソースは、接地されている。また、スイッチング素子ＡＨのドレインとスイッチング素子ＡＬのドレインとが接続されている。また、スイッチング素子ＢＨのドレインとスイッチング素子ＢＬのドレインとが接続されている。

また、負荷１は、モータ、ソレノイド、リレーなどのアクチュエータである。また、モータは、たとえば、車両の変速機構部に対する電気的なシフト切替を行うシフト装置などに用いられる。

（故障診断装置）
次に、故障診断装置１００の構成について説明する。

本実施形態では、故障診断装置１００は、抵抗回路１０を備えている。抵抗回路１０は、高電位点Ｐと負荷１の第１端子１ａとの間と、負荷１の第２端子１ｂと低電位点（ＧＮＤ）との間と、高電位点Ｐと負荷１の第１端子１ａとの経路と負荷１の第２端子１ｂと低電位点（ＧＮＤ）との経路との間とに設けられた互いに電気的に接続された複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５を含む。なお、高電位点Ｐとは、スイッチング素子ＡＨおよびＢＨのソース側である。

具体的には、本実施形態では、高電位点Ｐに一方端が接続される抵抗Ｒ１と、負荷１の第１端子１ａに一方端が接続される抵抗Ｒ２が設けられている。また、抵抗Ｒ１の他方端および抵抗Ｒ２の他方端に一方端が接続される抵抗Ｒ３が設けられている。また、負荷１の第２端子１ｂに一方端が接続され抵抗Ｒ３に他方端が接続される抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ３の他方端に一方端が接続され低電位点（ＧＮＤ）に他方端が接続される抵抗Ｒ５が設けられている。なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１抵抗」、「第２抵抗」、「第３抵抗」、「第４抵抗」および「第５抵抗」の一例である。

また、本実施形態では、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５の抵抗値は、抵抗Ｒ３の抵抗値の２倍である。すなわち、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４およびＲ５の抵抗値を２Ｒとした場合、抵抗Ｒ３の抵抗値は、Ｒである。

また、本実施形態では、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値は、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオフ抵抗よりも小さく、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオン抵抗よりも大きい。具体的には、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値は、キロオーム（ｋΩ）の桁数を有する。スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオフ抵抗は、メガオーム（ＭΩ）の桁数を有する。スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオン抵抗は、ミリオーム（ｍΩ）の桁数を有する。なお、以下では、オフ抵抗を、Ｒ＿ＯＦＦ（ＦＥＴ）と記載し、オン抵抗を、Ｒ＿ＯＮ（ＦＥＴ）と記載する場合がある。

たとえば、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオン抵抗は、数ｍオームから数１０ｍオームである。また、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオフ抵抗は、数１０ＭΩから数１００ＭΩである。また、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値は、１０ｋΩ～１００ｋΩである。すなわち、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値は、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオン抵抗とオフ抵抗との中間程度の値である。つまり、Ｒ＿ＯＦＦ（ＦＥＴ）＞＞Ｒ＞＞Ｒ＿ＯＮ（ＦＥＴ）の関係が満たされる。なお、負荷１の抵抗は、数１０ｍΩ～数Ωである。以下では、負荷１の抵抗を、Ｒ（Ｌａｏｄ）と記載する場合がある。

また、本実施形態では、抵抗Ｒ３の一方端（抵抗Ｒ１側）の電圧（以下、故障判定特徴電圧Ｖ（１）という）と、第１閾値電圧とを比較する比較器１１と、抵抗Ｒ３の他方端（抵抗Ｒ５側）の電圧（以下、故障判定特徴電圧Ｖ（２）という）と、第２閾値電圧とを比較する比較器１２とが設けられている。第１閾値電圧は、電源３の電圧をＶＰとして、ＶＰ×（１５／２４）に設定されている。第２閾値電圧は、ＶＰ×（９／２４）に設定されている。第１閾値電圧は、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが正常である場合に、比較器１１に入力される電圧と、故障である場合に入力される電圧との中間程度の電圧に設定されている。第２閾値電圧も同様に設定されている。なお、比較器１１および比較器１２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１比較器」および「第２比較器」の一例である。

比較器１１は、故障判定特徴電圧Ｖ（１）と第１閾値電圧とを比較して、故障判定結果１を出力する。比較器１２は、故障判定特徴電圧Ｖ（２）と第２閾値電圧とを比較して、故障判定結果２を出力する。

また、抵抗Ｒ３の一方端の故障判定特徴電圧Ｖ（１）と、抵抗Ｒ３の他方端の故障判定特徴電圧Ｖ（２）との電圧差を増幅するオペアンプ１３が設けられている。オペアンプ１３は、電圧差Ｖ（３）（以下、故障判定特徴電圧Ｖ（３）という）を出力する。

また、故障診断装置１００は、故障判定特徴電圧Ｖ（１）、故障判定特徴電圧Ｖ（２）、故障判定結果１、故障判定結果２、故障判定特徴電圧Ｖ（３）が入力される制御部１４を備えている。制御部１４は、上記の入力された値に基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬと、抵抗Ｒ１～Ｒ５との故障を区別して判定する。

抵抗回路１０（抵抗Ｒ１～Ｒ５）は、負荷１の第１端子１ａの電圧と第２端子１ｂの電圧とを引き出す機能を有する。上記のように、Ｒ＿ＯＦＦ（ＦＥＴ）＞＞Ｒ＞＞Ｒ＿ＯＮ（ＦＥＴ）の関係が満たされ、Ｒは、１０ｋΩ～１００ｋΩである。このため、抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値は、Ｒ（Ｌａｏｄ）およびＲ＿ＯＮ（ＦＥＴ）の１０００倍以上である。このため、抵抗（抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかの意味）と、スイッチング素子（ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのいずれかの意味）が並列である場合、抵抗に流れる電流は、スイッチング素子に流れる電流の１／１０００以下である。また、抵抗と負荷１とが直列の場合、負荷１の抵抗Ｒ（Ｌａｏｄ）は、抵抗の抵抗値の１／１０００以下である。また、スイッチング素子に分圧される電圧は、抵抗に分圧される電圧の１／１０００以下である。そこで、故障診断時において、Ｒ（Ｌａｏｄ）およびＲ＿ＯＮ（ＦＥＴ）の抵抗を０Ωとみなして、図２および図３の負荷１の第１端子１ａの電圧Ｖ（Ａ）、第２端子１ｂの電圧Ｖ（Ｂ）、故障判定特徴電圧Ｖ（１）、Ｖ（２）、Ｖ（３）が予め（人手によって）算出されている。

また、Ｒ＿ＯＦＦ（ＦＥＴ）は、Ｒの１０００倍以上であるので、上記の算出の際、Ｒ＿ＯＦＦ（ＦＥＴ）は、無限大（ＦＥＴが開放している）とみなされる。また、抵抗Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、Ｒ（Ｌａｏｄ）よりも数１０００倍以上大きいので、負荷１の駆動特性に影響を与えない。

ここで、本実施形態では、負荷１の第１端子１ａから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（１）と、負荷１の第２端子１ｂから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（２）とに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬの故障と、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障とを区別して判定する。具体的には、比較器１１の比較結果（故障判定結果１）と、比較器１２の比較結果（故障判定結果２）とに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬの故障を診断する。

また、本実施形態では、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、負荷１の第１端子１ａから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（１）と、負荷１の第２端子１ｂから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（２）との電圧差の値（Ｖ（３））に基づいて、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが短絡故障しているかまたは開放故障（断線）しているかを判定する。以下、具体的に説明する。

まず、図２を参照して、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬの故障判定について説明する。

図２に示すように、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態、スイッチング素子ＡＨからスイッチング素子ＢＬに通電している場合（図２では、Ａ－Ｂ通電と記載する）、および、スイッチング素子ＢＨからスイッチング素子ＡＬに通電している場合（図２では、Ｂ－Ａ通電と記載する）において、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが正常である際には、比較器１１の比較結果（故障判定結果１）と比較器１２の比較結果（故障判定結果２）とが異なる。なお、比較結果は、ＨまたはＬである。

たとえば、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが正常である場合、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）は、ＶＰ×（１／２）となる。Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（７／１２）、ＶＰ×（５／１２）、および、ＶＰ×（１／６）となる。その結果、故障判定結果１は、Ｌとなり、故障判定結果２は、Ｈとなる。なお、この結果（電圧、Ｈ、Ｌ）は、上記のように、Ｒ（Ｌａｏｄ）およびＲ＿ＯＮ（ＦＥＴ）の抵抗を０Ωとみなし、Ｒ＿ＯＦＦ（ＦＥＴ）を無限大とみなし、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４およびＲ５の抵抗値を２Ｒとし、抵抗Ｒ３の抵抗値をＲとして算出されている。

そして、本実施形態では、故障診断装置１００の制御部１４は、比較器１１の比較結果（故障判定結果１）と比較器１２の比較結果（故障判定結果２）とが同じであることに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかが故障であると判定する。

本実施形態では、制御部１４は、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが同じであることに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかが短絡故障であると判定する。たとえば、スイッチング素子ＡＨが短絡故障している場合（図２では、ＡＨ＿Ｓｈｏｒｔと記載している）、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）は、ＶＰとなる。Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（５／６）、ＶＰ×（２／３）およびＶＰ×（１／６）となる。これにより、故障判定結果１および２は、Ｈとなる。同様に、スイッチング素子ＢＨが短絡故障している場合は、故障判定結果１および２は、Ｈとなる。一方、スイッチング素子ＡＬまたはＢＬが短絡故障している場合は、故障判定結果１および２は、Ｌとなる。

すなわち、制御部１４は、故障判定結果１および２が共にＨでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＡＨまたはＢＨが短絡故障していると判定する。また、制御部１４は、故障判定結果１および２が共にＬでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＡＬまたはＢＬが短絡故障していると判定する。

また、スイッチング素子ＡＨ（またはＢＨ）からスイッチング素子ＢＬ（またはＡＬ）に通電されている状態において、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが異なる場合、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬは、正常であると判定される。たとえば、スイッチング素子ＡＨからスイッチング素子ＢＬに通電されている状態（図２では、Ａ－Ｂ通電と記載されている）では、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）の電位は、それぞれ、ＶＰおよびＧＮＤとなる。また、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（２／３）、ＶＰ×（１／３）およびＶＰ×（１／３）となる。これにより、故障判定結果１および２は、それぞれ、ＨおよびＬとなる。また、スイッチング素子ＢＨからスイッチング素子ＡＬに通電されている状態（図２では、Ｂ－Ａ通電と記載されている）では、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）の電位は、それぞれ、ＧＮＤおよびＶＰとなる。また、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（１／２）、ＶＰ×（１／２）および０となる。これにより、故障判定結果１および２は、それぞれ、ＬおよびＨとなる。

一方、本実施形態では、制御部１４は、スイッチング素子ＡＨ（またはＢＨ）からスイッチング素子ＢＬ（またはＡＬ）に通電されている状態において、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが同じであることに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかが開放故障であると判定する。

たとえば、スイッチング素子ＡＨからスイッチング素子ＢＬに通電されている状態（図２では、Ａ－Ｂ通電と記載されている）において、スイッチング素子ＡＨが開放故障している場合（図２では、ＡＨ＿Ｏｐｅｎと記載されている）、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）の電位は、ＧＮＤとなる。また、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（１／３）、ＶＰ×（１／６）およびＶＰ×（１／６）となる。これにより、故障判定結果１および２は、Ｌとなる。

すなわち、制御部１４は、Ａ－Ｂ通電の状態において、故障判定結果１および２が共にＬでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＡＨが開放故障していると判定する。また、制御部１４は、Ａ－Ｂ通電の状態において、故障判定結果１および２が共にＨでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＢＬが開放故障していると判定する。

また、スイッチング素子ＢＨからスイッチング素子ＡＬに通電されている状態（図２では、Ｂ－Ａ通電と記載されている）において、スイッチング素子ＢＨが開放交渉している場合、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）の電位は、ＧＮＤとなる。また、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（１／３）、ＶＰ×（１／６）およびＶＰ×（１／６）となる。これにより、故障判定結果１および２は、Ｌとなる。

すなわち、制御部１４は、Ｂ－Ａ通電の状態において、故障判定結果１および２が共にＬでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＢＨが開放故障していると判定する。また、制御部１４は、Ｂ－Ａ通電の状態において、故障判定結果１および２が共にＨでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＡＬが開放故障していると判定する。

次に、図３を参照して、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障判定について説明する。

スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、抵抗Ｒ１～Ｒ５が正常な場合には、Ｖ（Ａ）およびＶ（Ｂ）は、ＶＰ×（１／２）となる。Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ×（７／１２）、ＶＰ×（５／１２）およびＶＰ×（１／６）となる。

ここで、本実施形態では、制御部１４は、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、負荷１の第１端子１ａから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（１）と、負荷１の第２端子１ｂから抵抗回路１０を介して引き出された電圧Ｖ（２）との電圧差Ｖ（３）に基づいて、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが故障していると判定する。具体的には、制御部１４は、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、電圧Ｖ（１）と、電圧Ｖ（２）と、電圧差Ｖ（３）とに基づいて、複数数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが短絡故障しているかまたは開放故障しているかを判定する。なお、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが故障している場合、Ｖ（３）は、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５が正常である場合の値（ＶＰ×（１／６））と異なる。

たとえば、抵抗Ｒ１が開放故障（断線）している場合、Ｖ（Ａ）、Ｖ（Ｂ）、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＧＮＤ、ＧＮＤ、ＧＮＤ、ＧＮＤおよび０となる。この場合、制御部１４は、Ｖ（１）、Ｖ（２）、Ｖ（３）が、それぞれ、ＧＮＤ、ＧＮＤおよび０になることに基づいて、抵抗Ｒ１が開放故障（断線）していると判定する。

また、抵抗Ｒ１が短絡故障している場合、Ｖ（Ａ）、Ｖ（Ｂ）、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）は、それぞれ、ＶＰ、ＶＰ×（６／７）、ＶＰ、ＶＰ×（５／７）およびＶＰ×（２／７）となる。この場合、制御部１４は、Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）が、それぞれ、ＶＰ、ＶＰ×（５／７）、および、ＶＰ×（２／７）になることに基づいて、抵抗Ｒ１が短絡故障していると判定する。なお、抵抗Ｒ２～Ｒ５の短絡故障および開放故障についても、図３に示される電圧に基づいて判定される。

このように、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬと、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障とを区別して判定することができるので、故障に応じてフェールセーフの処置を行うことができる。具体的には、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが故障している場合、負荷１を駆動する主要なＨブリッジ回路２が駆動不能のため、負荷１の駆動が不能であると判定できる。また、抵抗Ｒ１～Ｒ５が故障している場合、故障診断機能は失われるが、必要に応じて故障診断機能なしで負荷１の駆動を継続することができる。

電源３（ＶＰ）は、２つ以上の抵抗を介して負荷１の第１端子１ａおよび第２端子１ｂに接続されているので、抵抗Ｒ１～Ｒ５の１つの短絡故障は、Ｈブリッジ回路２の駆動に影響を与えない。すなわち、Ｈブリッジ回路２のいずれの駆動状態においても、抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれか１つの故障によって貫通電流が流れることがないので、貫通電流に起因するＨブリッジ回路２の故障などを防止することができる。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、負荷１の第１端子１ａと第２端子１ｂとが抵抗Ｒ２～Ｒ４を介して接続されるので、抵抗回路１０を介して引き出された負荷１の第１端子１ａの電圧Ｖ（１）と、抵抗回路１０を介して引き出された負荷１の第２端子１ｂの電圧Ｖ（２）とは独立しておらず互いに相互依存する。このため、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが故障した場合と抵抗Ｒ１～Ｒ５が故障した場合とにおいて、抵抗回路１０を介して引き出された負荷１の第１端子１ａの電圧Ｖ（１）と第２端子１ｂの電圧（Ｖ２）との電圧値に差異が生じる。そして、この電圧値の差異に基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬの故障と、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障とを区別して判定することができる。その結果、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬの故障を正確に判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値の比率が比較的単純になるので、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬ、および、抵抗Ｒ１～Ｒ５のうちのいずれかが故障した際の、各点の電圧（負荷１の第１端子１ａの電圧、第２端子１ｂの電圧など）の算出を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１閾値電圧および第２閾値電圧を適切に調整することにより、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかが故障した際に、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが同じ結果となるようにすることが可能になる。これにより、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかの故障を判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが故障（開放故障、または、短絡故障）した際には、抵抗回路１０を介して引き出された負荷１の第１端子１ａと第２端子１ｂとの電圧差Ｖ（３）が、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５が正常である場合の値と異なるので、容易に、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが故障していると判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値と、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオフ抵抗と、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオン抵抗とが互いに異なるので、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬ、および、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障状態と正常状態とを区別して故障を容易に判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが同じであることに基づいて、容易に、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかが故障であると容易に判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬが非駆動状態において、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが同じであることに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかの短絡故障を容易に判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、スイッチング素子ＡＨ（またはＢＨ）からスイッチング素子ＢＬ（またはＡＬ）に通電されている状態において、比較器１１の比較結果と比較器１２の比較結果とが同じであることに基づいて、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのうちのいずれかの開放故障を容易に判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが短絡故障した場合または開放故障した場合、抵抗回路１０を介して引き出された負荷１の第１端子１ａの電圧Ｖ（１）、抵抗回路１０を介して引き出された第２端子１ｂの電圧Ｖ（２）、および、これらの電圧差Ｖ（３）に差異が生じるので、容易に、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５のいずれかが開放故障または短絡故障していると判定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値と、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオフ抵抗と、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬのオン抵抗との差異が大きくなるので、スイッチング素子ＡＨ、ＢＨ、ＡＬおよびＢＬ、および、抵抗Ｒ１～Ｒ５の故障状態と正常状態とをより容易に区別することができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、抵抗回路１０に５つの抵抗Ｒ１～Ｒ５が設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スイッチング素子ＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、およびＢＬの故障と抵抗の故障とを区別して判定できるのであれば、抵抗の数は、５つ以外の数でもよい。

また、上記実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４およびＲ５の抵抗値が、抵抗Ｒ３の２倍である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スイッチング素子ＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、およびＢＬの故障と抵抗の故障とを区別して判定できるのであれば、抵抗Ｒ１～Ｒ５の抵抗値は、上記の抵抗値以外であってもよい。

また、上記実施形態では、制御部１４とは別個に比較器１１および１２が設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部１４の内部に比較器が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、故障判定特徴電圧Ｖ（１）とＶ（２）との電圧差が、オペアンプ１３により増幅される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、故障判定特徴電圧Ｖ（１）とＶ（２）との電圧差が十分に大きければ、オペアンプ１３を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、負荷１が電気自動車などの車両に搭載されるシフト装置に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。シフト装置以外の装置に用いられる負荷に対しても、本発明を適用することは可能である。

また、上記実施形態では、故障判定結果１および２が共に同じでかつＶ（３）がＶＰ×（１／６）の場合、スイッチング素子ＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、およびＢＬのいずれかが故障していると判定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、故障判定結果１および２が共に同じであることのみによって、スイッチング素子ＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、およびＢＬのいずれかが故障していると判定してもよい。

１ 負荷
１ａ 第１端子
１ｂ 第２端子
２ Ｈブリッジ回路
１０ 抵抗回路
１１ 比較器（第１比較器）
１２ 比較器（第２比較器）
１００ 故障診断装置
Ｐ 高電位点
ＧＮＤ 低電位点
抵抗 Ｒ１～Ｒ５
ＡＨ、ＢＨ スイッチング素子（高電位側スイッチング素子）
ＡＬ、ＢＬ スイッチング素子（低電位側スイッチング素子）
Ｒ１ 抵抗（第１抵抗）
Ｒ２ 抵抗（第２抵抗）
Ｒ３ 抵抗（第３抵抗）
Ｒ４ 抵抗（第４抵抗）
Ｒ５ 抵抗（第５抵抗）

Claims (6)

1. 高電位側の複数の高電位側スイッチング素子と、低電位側の複数の低電位側スイッチング素子とを含み、負荷を駆動するＨブリッジ回路の故障診断装置であって、
   高電位点と前記負荷の第１端子との間と、前記負荷の第２端子と低電位点との間と、前記高電位点と前記負荷の前記第１端子との経路と前記負荷の前記第２端子と前記低電位点との経路との間とに設けられた互いに電気的に接続された複数の抵抗を含む抵抗回路を備え、
   前記負荷の前記第１端子から前記抵抗回路を介して引き出された電圧と、前記負荷の前記第２端子から前記抵抗回路を介して引き出された電圧とに基づいて、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子の故障と、前記抵抗の故障とを区別して判定する、故障診断装置。
2. 前記抵抗回路の前記複数の抵抗は、前記高電位点に一方端が接続される第１抵抗と、前記負荷の前記第１端子に一方端が接続される第２抵抗と、前記第１抵抗の他方端および前記第２抵抗の他方端に一方端が接続される第３抵抗と、前記負荷の前記第２端子に一方端が接続され前記第３抵抗に他方端が接続される第４抵抗と、前記第３抵抗の他方端に一方端が接続され前記低電位点に他方端が接続される第５抵抗とを含む、請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記第１抵抗、前記第２抵抗、前記第４抵抗および前記第５抵抗の抵抗値は、前記第３抵抗の抵抗値の２倍である、請求項２に記載の故障診断装置。
4. 前記第３抵抗の一方端の電圧と、第１閾値電圧とを比較する第１比較器と、前記第３抵抗の他方端の電圧と、第２閾値電圧とを比較する第２比較器とをさらに備え、
   前記第１比較器の比較結果と、前記第２比較器の比較結果とに基づいて、前記高電位側スイッチング素子、および、前記低電位側スイッチング素子の故障を診断する、請求項２または３に記載の故障診断装置。
5. 前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子が非駆動状態において、前記負荷の前記第１端子から前記抵抗回路を介して引き出された電圧と、前記負荷の前記第２端子から前記抵抗回路を介して引き出された電圧との電圧差の値に基づいて、前記複数の抵抗のいずれかが故障していると判定する、請求項１～４のいずれか１項に記載の故障診断装置。
6. 前記複数の抵抗の抵抗値は、前記高電位側スイッチング素子のオフ抵抗および前記低電位側スイッチング素子のオフ抵抗よりも小さく、前記高電位側スイッチング素子のオン抵抗および前記低電位側スイッチング素子のオン抵抗よりも大きい、請求項１～５のいずれか１項に記載の故障診断装置。
   
   
   
   

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