JP6885698B2 - 故障診断装置、方法、プログラム及び電動移動体 - Google Patents

Description

本発明は、電源と電動負荷部との間に介設された保護用のリレー等のスイッチの故障の有無を診断する非常停止用スイッチの故障診断を行う技術に関する。

従来、車両用のモータに電力供給を行って走行を行わせる電源装置において、モータとの間に、非常停止用として機能する直列接続された複数のリレーを介設したものが提案されている。この種の電源装置においては、非常停止用としてのリレーの機能に鑑みて、リレーの故障診断が行われている。特許文献１には、電源オン時における起動初期化中に２個のリレーの故障診断を行うに際して、モータに並列接続されているコンデンサの蓄電状態を検出し、蓄電の有無に対応して故障診断方法を切換えてリレーの開閉を行うことが記載されており、これによって適切なリレー診断を短時間で行うようにしている。

特開２００９−２５９７６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電源装置は、故障診断シーケンス中に両方のリレーを同時にオンさせる期間が存在することから、その間、モータに電力が供給されて、車両が不用意に走行し始めたり、暴走したりする虞がある。一方、かかる故障診断方法では、車両を走行駆動状態にしてリレーの故障診断を行うこととなり、製品の品質上、故障診断手法に改善の余地があると考えられる。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、電動負荷部に電力を供給することなく、スイッチの故障診断を可能にする非常停止用スイッチの故障診断を行う装置、方法、プログラム及び故障診断装置を搭載した電動移動体を提供することを目的とする。

本発明に係る非常停止用スイッチの故障診断装置は、電源と前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部との間に介設された、直列接続された負荷側の複数のスイッチの故障診断処理を行う非常停止用スイッチの故障診断装置において、前記負荷側の複数のスイッチの各出力端電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、予め設定された監視期間毎に前記電源側となる先頭のスイッチから最後尾のスイッチを除くスイッチまでに対して、１番目の監視期間では全てのスイッチをオフにする切換信号を、２番目以降の監視期間では順次選択的にオンさせる切換信号を出力し、各監視期間で各出力端電圧の検出を行う診断実行部と、前記各監視期間における各出力端電圧から、各スイッチの故障診断を行う診断結果処理部とを備えたものである。

また、本発明に係る非常停止用スイッチの故障診断方法は、電源と前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部との間に介設された、直列接続された負荷側の複数のスイッチの故障診断処理を行う非常停止用スイッチの故障診断方法において、前記負荷側の複数のスイッチの各出力端電圧をそれぞれ検出する電圧検出部を用いて、予め設定された監視期間毎に前記電源側となる先頭のスイッチから最後尾のスイッチを除くスイッチまでに対して、１番目の監視期間では全てのスイッチをオフにする切換信号を、２番目以降の監視期間では順次選択的にオンさせる切換信号を出力し、各監視期間で各出力端電圧の検出を行う診断実行ステップと、前記各監視期間における各出力端電圧から、各スイッチの故障診断を行う診断結果処理ステップとを備えたものである。

また、本発明に係る故障診断プログラムは、電源と前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部との間に介設された、直列接続された負荷側の複数のスイッチの故障診断処理を故障診断装置に行わせる故障診断プログラムにおいて、前記負荷側の複数のスイッチの各出力端電圧をそれぞれ検出する電圧検出部を用いて、予め設定された監視期間毎に前記電源側となる先頭のスイッチから最後尾のスイッチを除くスイッチまでに対して、１番目の監視期間では全てのスイッチをオフにする切換信号を、２番目以降の監視期間では順次選択的にオンさせる切換信号を出力し、各監視期間で各出力端電圧の検出を行う診断実行手段、前記各監視期間における各出力端電圧から、各スイッチの故障診断を行う診断結果処理手段、として前記故障診断装置を機能させるものである。

かかる発明によれば、電源と電動負荷部との間に介設されたリレー等のスイッチの故障診断に際して、負荷電動部に電源からの電力が供給される手順を採用しないため、電動移動体が不用意に動いたり、暴走したりすることが抑制され、また故障診断処理の信頼性を高めることができる。

また、前記負荷側の複数のスイッチは、第１、第２のスイッチであり、前記診断実行部は、２番目の監視期間で前記第１スイッチのみをオンさせる切換信号を出力するとともに、各出力端電圧の検出を行い、前記診断結果処理部は、前記１番目の監視期間で、各出力端電圧から前記第１、第２スイッチが常時導通状態の故障か否かを診断し、前記２番目の監視期間で、前記第１スイッチが常時遮断状態の故障か否かを診断するものである。この構成によれば、１番目と２番目の監視期間を利用して、第１、第２スイッチの故障診断が行われる。特に第１、第２スイッチの常時導通状態の故障か否かが診断し得るので、重度の故障診断が可能となる。

また、前記診断実行部は、前記第２スイッチのみをオンさせる切換信号を出力する３番目の監視期間を設け、前記３番目の監視期間に各出力端電圧の検出を行い、前記診断結果処理部は、前記第１、第２スイッチへの切換信号の出力ライン上の異常の有無を診断する。この構成によれば、第１、第２スイッチ周りの信号ライン等に対する以上の有無の診断が可能となり、信頼性がより高まる。

また、前記診断実行部は、前記２番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間を前記３番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間に比して短時間に設定したことを特徴とする。この構成によれば、２番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間が短くすることで、第２スイッチが仮にショート（故障）していた場合でも、電動負荷部に流れ込む電流が抑制される（リスク低減が図れる）。

また、本発明は、前記電源と前記第１スイッチとの間に介設され、前記診断結果処理部からの異常信号を受けて回路を遮断する保護回路を備え、前記診断結果処理部は、前記第１、第２スイッチが常時通電状態の故障と診断された場合に、前記異常信号を前記保護回路に出力する。この構成によれば、第１、第２スイッチがいずれも常時導通状態の故障である場合、電源と電動負荷部とが短絡状態になることから、保護回路によって短絡を遮断することが可能となり、これによって、信頼性がより高まる。

また、本発明は、前記電源に、電力無供給時に前記電動負荷部の駆動に対して制動力を作用させ、かつ電力供給時に前記制動力を解除する制動部を備えたことを特徴とする。この構成によれば、制動部は電力無供給時に電動負荷部に制動力を作用させているので、電動負荷側の複数のスイッチに対する故障診断時に電動負荷部に誤って電流が流れても電動負荷部が暴走等の動作をすることはない。

また、本発明は、前記制動部と前記電源との間に介設された、直列接続された制動側の複数のスイッチを備え、前記監視実行部及び診断結果処理部は、前記電動負荷側の複数のスイッチに対する故障診断を実行した後に、前記制動部側の複数のスイッチに対する故障診断を実行することを特徴とする。この構成によれば、電動負荷側の故障診断時に電動負荷部が誤って暴走等の動作をすることはない。

また、電源と、前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部と、非常停止用スイッチの故障診断装置とを備えた電動移動体を提供する。この構成によれば、信頼性の高い電動移動体が提供される。

本発明によれば、電動負荷部に電力を供給することなく、非常停止用スイッチの故障診断を行うことができる。

本発明に係る非常停止用スイッチの故障診断装置が適用される電動移動体の概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る、非常停止用電源リレー回路部周りの回路図である。 第１実施形態に係る、診断制御部のブロック図である。 第１実施形態に係る、故障診断のシーケンスを示すタイムチャートである。 第２実施形態に係る、非常停止用電源リレー回路部周りの回路図である。 第２実施形態に係る、診断制御部のブロック図である。 第３実施形態に係る、非常停止用電源リレー回路部周りの回路図である。 第３実施形態に係る、診断制御部のブロック図である。 第３実施形態に係る、故障診断のシーケンスを示すタイムチャートである。 第４実施形態に係る、診断制御部のブロック図である。 第４実施形態に係る、故障診断のシーケンスを示すタイムチャートである。

図１に示すように、電動移動体１は、車体１０と、車体１０の前後で左右両側の下部位置で支承された一対の車輪１１とを有し、平地を走行可能なものである。電動移動体１は、種々の走行体に適用可能であり、例えばコンピュータで走行制御される自律型走行ロボットでもよい。また、電動移動体１は、設定電圧で電力供給を行う電源としてのバッテリー１２、バッテリー１２からの電力供給を受けて、車体１０の前方側の車輪１１を回転駆動させる電動負荷部としてのモータ１７を備えている。また、必要に応じて（例えば後述する第３実施形態）、バッテリー１２からの電力供給を受けて、モータ１７の回転に制動力を作用させたり、解除させたりする電磁ブレーキ１８（破線で示す）を備えている。

また、電動移動体１は、制御系として、非常停止用電源リレー回路部１３、非常停止用電源リレー回路部１３の故障診断を行う診断制御部１４、モータ１７への回転信号を出力する走行制御部１５、及び必要に応じて例えば走行シーケンス全般を統括的乃至は自律的に制御して走行制御部１５に走行指示内容を出力する上位制御部１６を備えている。

以下、非常停止用スイッチの故障診断装置に係る第１〜第４実施形態の構成、動作を説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態を、図２〜図４を用いて説明する。第１実施形態では、バッテリー１２〜モータ１７の負荷ラインを備え、保護回路は設けられていない。また、各監視期間の開始から監視動作開始までの時間は通常時間、すなわちΔｔに設定されている。

図２において、非常停止用電源リレー回路部１３は、並列接続されたバッテリー１２からモータ１７までの負荷ラインを備えている。なお、第１実施形態では、電磁ブレーキ１８は備えていない。

バッテリー１２からモータ１７までの負荷ライン上には、直列接続されたリレーＬａ、Ｌｂが介設されている。リレーＬａ、Ｌｂは、励磁コイル（図略）に診断制御部１４からオンオフ信号（図２中、破線で示す）が印加されることで、個々に導通（オン）と遮断（オフ）との切り替えを行う。なお、電磁式のリレーＬａ、Ｌｂに代えて、機械的スイッチ、半導体スイッチ素子等のスイッチを適用してもよい。また、コンデンサＣ１は、モータ１７の平滑用である。

リレーＬａ、Ｌｂの各出力端には、電圧検出回路１４１，１４２が接続されている。電圧検出回路１４１は、リレーＬａの出力端の電圧Ｖ１を検出し、電圧検出回路１４２は、リレーＬｂの出力端の電圧Ｖ２を検出する。第１実施形態では、電圧検出回路１４１，１４２は、Ａ−Ｄコンバータを内蔵し、検出電圧をデジタル値に変換して診断制御部１４に導く。なお、電圧検出回路１４１，１４２は、アースとの間で出力端の電圧を検出しているが、対応する入力端との間で出力端の電圧を検出するものでもよい。

図３は、診断制御部１４のブロック図で、第１実施形態では、コンピュータを含み、診断処理の一部をソフトウエアで行っている。なお、診断制御部１４の機能をシーケンス回路で実行する態様としてもよい。

図３に示す診断制御部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成される処理部１４５を備えている。処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを記憶した記憶部１４６、電圧検出回路１４１，１４２、及びリレーＬａ，Ｌｂの励磁コイル（図略）と接続されている。

処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを実行することで、診断実行部１４５１、診断結果処理部１４５２、及びタイマ１４５３として機能する。

診断実行部１４５１は、故障診断のシーケンスを実行するもので、例えば図４に示すように、予め設定された例えば一定の通常期間としての監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで負荷ラインのリレーＬａ、Ｌｂをオフに、また一方ずつオンさせる切換え信号を出力し、その間に電圧Ｖ１，Ｖ２の計測を行わせる。なお、診断実行部１４５１は、図４で説明するように、各監視期間が終了して起動が行われた後に一定の監視を行う。電圧Ｖ１，Ｖ２の計測は、監視期間の開始時点から一定時間Δｔ（監視開始時間）の経過時点で行われる。

診断結果処理部１４５２は、監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで計測した電圧Ｖ１，Ｖ２からリレーＬａ，Ｌｂの故障診断を行う。タイマ１４５３は、電源オン後の監視期間等をそれぞれ計測（計時）する。

次に、図４のタイムチャートを用いて故障診断動作を説明する。なお、リレーの故障には、常時導通状態の故障と常時遮断状態の故障とがあり、以降の故障診断は、これらの一方に該当するか、あるいはいずれにも該当しない正常かを診断する。なお、故障のうち常時遮断状態の故障は電流を流さないため、モータ１７を不用意に回転させることはなく、常時導通状態の重度の故障に比して軽度な故障といえる。

電源オンを受けると、まず、監視期間Ｔｏが開始される。監視期間Ｔｏでは、リレーＬａ、Ｌｂにオフ信号を出力する。このとき、リレーＬａが常時導通状態の故障でなければ、電圧Ｖ１は共に０レベル（ローレベル）となる。さらに、リレーＬａ、Ｌｂのいずれもが常時導通状態の故障でなければ、電圧Ｖ１，Ｖ２は共に０レベル（ローレベル）となる。

一方、電圧Ｖ１のみがバッテリー１２の電圧に相当する電圧レベル（ハイレベル）である場合（図４の電圧Ｖ１の破線Ｖ１ｏ’で示す）、リレーＬａが常時導通状態の故障であることが分かる。この場合、リレーＬａの故障を示す報知用の異常信号が出力され、以降の監視動作が停止される。

さらに、電圧Ｖ１，Ｖ２が共にハイレベルの場合（図４の電圧Ｖ１の破線Ｖ１ｏ’、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ｏ’で示す）、リレーＬａ、Ｌｂがいずれも常時導通状態の故障であることが分かる。この場合、バッテリー１２から負荷ラインに電流が流入するため、異常信号が出力され、以降の監視動作が停止される。また、この場合にはバッテリー１２からモータ１７に一時的に電流が流れるが、自動あるいはマニュアルで電源をオフにすることで異常動作が停止可能となる。なお、各監視期間の開始からの監視開始時間（電圧検出時点）は、検出精度と早期の検出の点から、監視期間のほぼ中間位置（図４のΔｔを参照）に設定されている。また、診断結果として異常信号を出力する場合、報知部に出力するようにしてもよい。

監視期間ＴｏでリレーＬａが常時導通状態の故障ではないと診断された場合、監視動作は、監視期間Ｔａに進む。監視期間ＴａではリレーＬａに対してオン信号が出力され、リレーＬｂに対してオフ信号が出力される。このとき、電圧Ｖ１がハイレベルであると（図４の電圧Ｖ１のＶ１ａで示す）、リレーＬａは常時遮断状態の故障ではないと診断される。すなわち、リレーＬａは正常と診断される。

また、電圧Ｖ２もハイレベルの場合（図４の電圧Ｖ１のＶ１ａ、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ａ’で示す）、リレーＬｂは常時導通状態の故障であると診断され、異常信号が出力される。一方、電圧Ｖ１がローレベルの場合、リレーＬａは常時遮断状態の故障と診断される。

次いで、監視期間Ｔａで、リレーＬａが正常で、かつリレーＬｂが常時導通状態の故障でないと診断された場合、監視動作は、監視期間Ｔｂに進む。監視期間ＴｂではリレーＬａに対してオフ信号が出力され、リレーＬｂに対してオン信号が出力される。このとき、電圧Ｖ１，Ｖ２がいずれもローレベルであれば、診断制御部１４からリレーＬａ、Ｌｂへのオンオフ信号が対応するリレーに正常に出力されたと診断される。一方、既に正常と判断されているリレーＬａの電圧Ｖ１がハイレベルになったり、電圧Ｖ２がハイレベルになったりすることは（図４の電圧Ｖ１の破線Ｖ１ｂ’、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ｂ’で示す）、リレーＬｂの故障によるものではなく、電源ライン上の問題、例えば配線の誤接触の有無として診断される。このように、監視期間Ｔｂは、リレーＬａ、Ｌｂの故障診断では必ずしも必要ではない。

監視期間Ｔｂが終了し、起動タイミングに移行すると、リレーＬａ，Ｌｂのいずれもオンに切換えられてモータ１７が回転駆動される。この間、診断制御部１４はリレーＬａ，Ｌｂの状態、少なくともリレーＬｂの状態を監視し、リレーＬａ、Ｌｂにオン信号が出力されている間に、電圧Ｖ２がローレベルになっていないか否かを検出する。電圧Ｖ２がローレベルになっていると、リレーＬｂが常時遮断状態の故障として報知が行われ、電動移動体１の動作が停止される。一方、電圧Ｖ２がハイレベルであれば、リレーＬｂは正常として、走行動作が継続される。

（第２実施形態）
第２実施形態を、図５、図６及び図４を用いて説明する。第２実施形態では、バッテリー１２〜モータ１７の負荷ラインを備え、さらに保護回路が設けられている。なお、各監視開始時間は通常時間、すなわちΔｔに設定されている。なお、共通する部分の説明は省略する。

図５は、図２に対して、バッテリー１２とリレーＬａとの間に保護回路１３１が介設されている点で相違する。保護回路１３１は、本実施形態ではヒューズである。保護回路１３１の出力端側には、さらにリレーＬｘが接続されている。リレーＬｘは、診断制御部１４からの異常信号を受けるとオンするもので、このオンによってバッテリー１２との間を短絡させて、保護回路１３１にバッテリー１２から大電流を流してヒューズを溶断する。ヒューズの溶断によって、バッテリー１２が負荷ラインから遮断される。なお、ヒューズに代えて導電性ポリマー等から製造される、繰り返し使用可能なポリスイッチを採用し、トリップさせることで一時的な遮断機能を発揮させる態様としてもよい。また、電動移動体１の走行状態によってはモータ１７での回生発電に起因する過電圧がリレーＬａ、Ｌｂに印加して故障原因となることから、保護回路１３１を動作させるようにしてもよい。

図６は、診断制御部１４のブロック図で、本実施形態では、コンピュータを含み、診断処理の一部をソフトウエアで行っている。なお、診断制御部１４の機能をシーケンス回路で実行する態様としてもよい。

図６に示す診断制御部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成される処理部１４５を備え、処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを記憶した記憶部１４６、電圧検出回路１４１，１４２、及びリレーＬａ，Ｌｂ，Ｌｘの励磁コイル（図略）と接続されている。

処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを実行することで、診断実行部１４５１、診断結果処理部１４５２、タイマ１４５３及び保護処理部１４５４として機能する。

診断実行部１４５１は、故障診断のシーケンスを実行するもので、例えば図４と同様に、予め設定された例えば一定の通常期間としての監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで負荷ライン側のリレーＬａ、Ｌｂをオフに、また一方ずつオンさせる切換え信号を出力し、その間に電圧Ｖ１，Ｖ２の計測を行わせる。なお、診断実行部１４５１は、図４と同様に、各監視期間が終了して起動が行われた後に一定の監視を行う。電圧Ｖ１，Ｖ２の計測は、監視期間の開始から一定時間Δｔ（監視開始時間）の経過時点で行われる。

診断結果処理部１４５２は、監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで計測した電圧Ｖ１，Ｖ２からリレーＬａ，Ｌｂの故障診断を行う。保護処理部１４５４は、バッテリー１２を負荷ラインから切り離すべく、リレーＬｘへ異常信号を出力させる。タイマ１４５３は、電源オン後の各監視期間等をそれぞれ計測する。

第２実施形態における故障診断動作は、図４のタイムチャートと同様であり、保護回路１３１に対する動作のみが相違する。

監視期間Ｔｏにおいて、電圧Ｖ１，Ｖ２が共にハイレベルの場合（図４の電圧Ｖ１の破線Ｖ１ｏ’、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ｏ’で示す）、リレーＬａ、Ｌｂがいずれも常時導通状態の故障であることが分かる。この場合、バッテリー１２から負荷ラインに電流が流入するため、リレーＬｘへヒューズ溶断用の異常信号が出力される。また、この場合にはバッテリー１２からモータ１７に一時的に電流が流れるが、ヒューズが溶断されるため異常動作は停止される。なお、診断結果として報知用、又はヒューズ溶断用の異常信号を出力する場合、報知部に出力するようにしてもよい。

監視期間ＴｏでリレーＬａが常時導通状態の故障ではないと診断された場合、監視動作は、監視期間Ｔａに進む。監視期間ＴａではリレーＬａに対してオン信号が出力され、リレーＬｂに対してオフ信号が出力される。このとき、電圧Ｖ１，Ｖ２がハイレベルの場合（図４の電圧Ｖ１のＶ１ａ、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ａ’で示す）、リレーＬｂは常時導通状態の故障であると診断され、リレーＬｘへヒューズ溶断用の異常信号が出力される。一方、電圧Ｖ１がローレベルの場合、リレーＬａは常時遮断状態の故障と診断される。

次いで、監視期間Ｔａで、リレーＬａが正常で、かつリレーＬｂが常時導通状態の故障でないと診断された場合、監視動作は、監視期間Ｔｂに進む。監視期間Ｔｂでは、電源ライン上の問題、例えば配線の誤接触の有無として診断される。このように、監視期間Ｔｂは、リレーＬａ、Ｌｂの故障診断では必ずしも必要ではない。また、起動タイミングの後は、リレーＬｂの診断が行われる。

（第３実施形態）
第３施形態を、図７〜図９を用いて説明する。第３実施形態では、バッテリー１２〜モータ１７の負荷ライン及びバッテリー１２〜電磁ブレーキ１８の制動ラインを備え、保護回路は設けられていない。また、各監視開始時間は通常時間、すなわちΔｔである。なお、共通する部分の説明は省略する。

図７は、図２に対して、制動ラインを備えている点で相違する。すなわち、非常停止用電源リレー回路部１３は、並列接続された、バッテリー１２とモータ１７間の負荷ラインとバッテリー１２と電磁ブレーキ１８間の制動ラインとを備えている。なお、電磁ブレーキ１８は、モータ１７への制動力を機械的に作用させる構成であり、本実施形態では、電力供給がされていない間、制動力が作用し、電力供給を受けると、制動力が解除される無励磁ブレーキ制御型を採用している。また、負荷ラインと制動ラインとはバッテリー１２に対して並列に接続されていてもよいが、バッテリーを個別に設けて別の回路としてもよい。

バッテリー１２と電磁ブレーキ１８との制動ライン上には、直列接続されたリレーＬｃ、Ｌｄが介設されている。リレーＬｃ、Ｌｄは、励磁コイル（図略）に診断制御部１４からオンオフ信号（図７中、破線で示す）が印加されることで、個々に導通（オン）と遮断（オフ）との切り替えを行う。なお、電磁式のリレーＬｃ、Ｌｄに代えて、機械的スイッチ、半導体スイッチ素子等のスイッチを適用してもよい。

リレーＬｃ、Ｌｄの各出力端には、電圧検出回路１４３，１４４が接続されている。電圧検出回路１４３は、リレーＬｃの出力端の電圧Ｖ３を検出し、電圧検出回路１４４は、リレーＬｄの出力端の電圧Ｖ４を検出する。本実施形態では、電圧検出回路１４３，１４４は、Ａ−Ｄコンバータを内蔵し、検出電圧をデジタル値に変換して診断制御部１４に導く。なお、電圧検出回路１４３，１４４は、アースとの間で出力端の電圧を検出しているが、対応する入力端との間で出力端の電圧を検出するものでもよい。

図８は、診断制御部１４のブロック図で、本実施形態では、コンピュータを含み、診断処理の一部をソフトウエアで行っている。なお、診断制御部１４の機能をシーケンス回路で実行する態様としてもよい。

図８に示す診断制御部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成される処理部１４５を備えている。処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを記憶した記憶部１４６、電圧検出回路１４１〜１４４、及びリレーＬａ〜Ｌｄの励磁コイル（図略）と接続されている。

処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを実行することで、診断実行部１４５１、診断結果処理部１４５２、及びタイマ１４５３として機能する。

診断実行部１４５１は、故障診断のシーケンスを実行するもので、例えば図９に示すように、予め設定された例えば一定の通常期間としての監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで負荷ライン側のリレーＬａ、Ｌｂをオフに、また一方ずつオンさせる切換え信号を出力し、その間に電圧Ｖ１，Ｖ２の計測を行わせる。また、リレーＬａ、Ｌｂと同期して、同様にリレーＬｃ，Ｌｄをオフに、また一方ずつオンさせる故障診断のシーケンスを実行させる。なお、診断実行部１４５１は、図９で説明するように、各監視期間が終了して起動が行われた後に一定の監視を行う。

診断結果処理部１４５２は、監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで計測した電圧Ｖ１，Ｖ２からリレーＬａ，Ｌｂの故障診断を行う。同様に、リレーＬｃ，Ｌｄの故障診断を行う。タイマ１４５３は、電源オン後の各監視期間等をそれぞれ計測する。

次に、図９のタイムチャートを用いて故障診断動作を説明する。なお、図９に示すリレーＬａ、Ｌｂの故障診断動作は、図４と同一であるので説明は省略し、リレーＬｃ，Ｌｄの故障診断に関する部分について説明する。

まず、監視期間Ｔｏで、診断制御部１４は、リレーＬｃ，Ｌｄにオフ信号を出力すると共に、リレーＬａ、Ｌｂにオフ信号を出力する。

このとき、電圧Ｖ１，Ｖ２が共にハイレベルの場合（図９の電圧Ｖ１の破線Ｖ１ｏ’、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ｏ’で示す）、リレーＬａ、Ｌｂがいずれも常時導通状態の故障であることが分かる。この場合、バッテリー１２からモータ１７に一時的に電流が流れるが、リレーＬｃ，Ｌｄが共に常時導通状態の故障でない限り、電磁ブレーキ１８による制動力が作用している状態にあるため、モータ１７が回転、すなわち電動移動体１が不用意に走行することは規制される。なお、診断結果として報知用の異常信号を出力する場合、報知部に出力するようにすればよい。

監視期間ＴｏでリレーＬａが常時導通状態の故障ではないと診断された場合、監視動作は、監視期間Ｔａに進む。監視期間ＴａではリレーＬａに対してオン信号が出力され、リレーＬｂに対してオフ信号が出力される。このとき、電圧Ｖ１，電圧Ｖ２がハイレベルの場合（図９の電圧Ｖ１のＶ１ａ、電圧Ｖ２の破線Ｖ２ａ’で示す）、リレーＬｄにオフ信号が出力されているので、電磁ブレーキ１８による制動力が作用し、モータ１７は回転が規制される。

次いで、監視動作は、監視期間Ｔｂに進み、さらに起動後に移行する。なお、図９に示すように、リレーＬｃ，Ｌｄに対する故障監視動作も、診断実行部１４５１及び診断結果処理部１４５２によって、リレーＬａ、Ｌｂに対する監視動作と同期して行われる。

なお、リレーＬａ、Ｌｂに対する監視動作が終了した後に、リレーＬｃ，Ｌｄに対する故障監視動作を実行するようにしてもよい。これによれば、リレーＬａ、Ｌｂの故障診断時に、リレーＬｃ，Ｌｄがオフ状態にあるので、モータ１７が誤って暴走等の動作をすることを防止できる。

（第４実施形態）
第４実施形態を、図１０、図１１を用いて説明する。第４実施形態では、バッテリー１２〜モータ１７の負荷ラインを備え、保護回路は設けられていない。第４実施形態では、監視期間Ｔａの開始からの監視開始時間Δｔｓが、監視期間Ｔｂの通常時間Δｔに比して短く設定されている。なお、バッテリー１２とモータ１７間の負荷ラインは、図４と同一なので説明は省略する。

図１０は、診断制御部１４のブロック図で、本実施形態では、コンピュータを含み、診断処理の一部をソフトウエアで行っている。なお、診断制御部１４の機能をシーケンス回路で実行する態様としてもよい。

図１０に示す診断制御部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成される処理部１４５を備えている。処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを記憶した記憶部１４６、電圧検出回路１４１，１４２、及びリレーＬａ，Ｌｂの励磁コイル（図略）と接続されている。

処理部１４５は、故障診断シーケンスプログラムを実行することで、診断実行部１４５１、診断結果処理部１４５２及びタイマ１４５３として機能する。

診断実行部１４５１は、故障診断のシーケンスを実行するもので、例えば図１１に示すように、監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで負荷ラインのリレーＬａ、Ｌｂをオフに、また一方ずつオンさせる切換え信号を出力し、その間に電圧Ｖ１，Ｖ２の計測を行わせる。診断実行部１４５１は、監視期間Ｔｏ，Ｔｂでは開始時点からの監視開始時間をΔｔに設定する一方、監視期間Ｔａでは、Δｔｓ（＜Δｔ）に設定している。各時間はタイマ１４５３によってそれぞれ計時される。

診断結果処理部１４５２は、監視期間Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂで計測した電圧Ｖ１，Ｖ２からリレーＬａ，Ｌｂの故障診断を行う。

次に、図１１は第４実施形態の故障診断動作を示すタイムチャートである。図１１に示すリレーＬａ、Ｌｂの故障診断動作は、監視期間Ｔａの開始から監視開始までの時間Δｔｓが相違する点を除いて、図４と同一であるので、主に監視期間Ｔａでの動作について説明する。

監視期間ＴｏでリレーＬａが常時導通状態の故障ではないと診断された場合、監視動作は、監視期間Ｔａに進む。監視期間Ｔａでは、開始から監視開始までの時間Δｔｓ、すなわち電圧が立ち上がりきる前の時点で測定するのが好ましい。このようにすれば、リレーＬｂが故障していて、電流がショートした場合でも、モータ１７に流れ込む電流を極力少なくすることが可能となる。一方、監視期間Ｔｂでは、既に監視期間Ｔａで、リレーＬａのオフに問題がないことがわかっているため、モータ１７に大電流が流れ込む心配がないことから、通常の測定時間Δｔ（電圧が立ち上がった後）で監視を行うことができ、検出精度が維持される。

なお、第１実施形態では、直列接続されるリレーの個数を２個としたが、３個又はそれ以上の個数を直列接続したものでもよい。

また、前記実施形態では、リレーＬａ、ＬｂとリレーＬｃ，Ｌｄとを同期させて故障診断処理を実行させたが、リレーＬａ、Ｌｂに対する故障診断処理が終了した後に、同様な手順でリレーＬｃ，Ｌｄの故障診断処理を行わせる態様としてもよい。これによれば、電磁ブレーキ１８は電源オフ時にモータ１７に制動力を作用させているので、負荷ラインの故障診断時にモータ１７に電流が流れても電動移動体１が暴走することはない。

なお、前記実施形態では、電動移動体１として、車輪１１による走行体としたが、これに限定されず、車輪以外の要素で走行したり、あるいは水上、空中を移動したりする移動体に適用可能である。また、電動負荷部としてのモータに代えて他電動駆動源を採用することができる。

また、上述の実施形態の説明は、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、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電動移動体
１２ バッテリー（電源）
１３ 非常停止用電源リレー回路部
１３１ 保護回路
１４ 診断制御部
１７ モータ（電動負荷部）
１８ 電磁ブレーキ（制動部）
１４１〜１４４ 電圧検出回路
１４５１ 診断実行部
１４５２ 診断結果処理部
１４５３ 保護処理部
Ｌａ〜Ｌｄ リレー（スイッチ）
Ｌｘ リレー

Claims (8)

1. 電源と前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部との間に介設され、非常停止用として直列接続された前記電源側からの第１、第２スイッチの故障診断処理を行う故障診断装置において、
   前記第１、第２スイッチの各出力端電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
   １番目の監視期間では前記第１、第２スイッチをオフにする切換信号を、２番目の監視期間では前記第１スイッチのみをオンさせる切換信号を出力し、各監視期間で各出力端電圧の検出を行う診断実行部と、
   前記各監視期間における各出力端電圧から、前記第１、第２スイッチの故障診断を行う診断結果処理部とを備え、
   前記診断実行部は、前記２番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間を前記１番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間に比して短時間に設定し、
   前記診断結果処理部は、前記１番目の監視期間で、前記各出力端電圧から前記第１、第２スイッチが常時導通状態の故障か否かを診断し、前記２番目の監視期間で、前記第１スイッチが常時遮断状態の故障か否かを診断することを特徴とする故障診断装置。
2. 前記診断実行部は、前記第２スイッチのみをオンさせる切換信号を出力する３番目の監視期間を設け、前記３番目の監視期間であって、前記１番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間と等しい時間で各出力端電圧の検出を行い、
   前記診断結果処理部は、前記第１、第２スイッチへの切換信号の出力ライン上の異常の有無を診断する請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記電源と前記第１スイッチとの間に介設され、前記診断結果処理部から故障を示す異常信号を受けると、前記電源と前記第１スイッチとの間を遮断する保護回路を備えた請求項１又は２に記載の故障診断装置。
4. 前記電源に、電力無供給時に前記電動負荷部の駆動に対して制動力を作用させ、かつ電力供給時に前記制動力を解除する制動部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の故障診断装置。
5. 前記制動部と前記電源との間に介設された、直列接続された制動用第１、第２スイッチを備え、
   前記診断実行部及び診断結果処理部は、前記第１、第２スイッチに対する故障診断の実行と同期して前記制動部側の前記制動用第１、第２スイッチに対する故障診断を実行することを特徴とする請求項４に記載の故障診断装置。
6. 電源と、前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部と、請求項１〜５のいずれかに記載の故障診断装置とを備えた電動移動体。
7. 電源と前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部との間に介設され、非常停止用として直列接続された前記電源側からの第１、第２スイッチの故障診断処理を行う故障診断方法において、
   診断実行手段が、前記第１、第２スイッチの各出力端電圧をそれぞれ検出する電圧検出部を用いて、１番目の監視期間では前記第１、第２スイッチをオフにする切換信号を、２番目の監視期間では前記第１スイッチのみをオンさせる切換信号を出力し、各監視期間で各出力端電圧の検出を行い、
   診断結果処理手段が、前記各監視期間における各出力端電圧から、前記第１、第２スイッチの故障診断を行い、
   前記診断実行手段は、前記２番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間を前記１番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間に比して短時間に設定し、
   前記診断結果処理手段は、前記１番目の監視期間で、前記各出力端電圧から前記第１、第２スイッチが常時導通状態の故障か否かを診断し、前記２番目の監視期間で、前記第１スイッチが常時遮断状態の故障か否かを診断することを特徴とする故障診断方法。
8. 電源と前記電源から電力の供給を受けて駆動される電動負荷部との間に介設され、非常停止用として直列接続された前記電源側からの第１、第２スイッチの故障診断処理を、故障診断装置に行わせる故障診断プログラムにおいて、
   前記第１、第２スイッチの各出力端電圧をそれぞれ検出する電圧検出部を用いて、１番目の監視期間では前記第１、第２スイッチをオフにする切換信号を、２番目の監視期間では前記第１スイッチのみをオンさせる切換信号を出力し、各監視期間で各出力端電圧の検出を行う診断実行手段、
   前記各監視期間における各出力端電圧から、前記第１、第２スイッチの故障診断を行う診断結果処理手段として、前記故障診断装置を機能させ、
   前記診断実行手段は、前記２番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間を前記１番目の監視期間の開始から出力端電圧の検出までの時間に比して短時間に設定し、
   前記診断結果処理手段は、前記１番目の監視期間で、前記各出力端電圧から前記第１、第２スイッチが常時導通状態の故障か否かを診断し、前記２番目の監視期間で、前記第１スイッチが常時遮断状態の故障か否かを診断することを特徴とする故障診断プログラム。

Images