JP7042425B2 - 制御装置及び故障判定方法 - Google Patents

Description

本開示は制御装置及び故障判定方法に関する。
本出願は、２０１８年１２月１１日出願の日本出願第２０１８－２３１８９２号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

特許文献１には、負荷に供給する大電流を制御するために複数の半導体スイッチを並列してなるスイッチング回路において、各半導体スイッチに故障診断ユニットを設けてなる車両用制御装置が開示されている。故障診断ユニットは半導体スイッチに入力されるオンオフ制御信号と、半導体スイッチの出力レベルとの整合性を判断することによって、半導体スイッチの動作不良の有無を診断する。

特開２００５－３９３８５号公報

本態様に係る制御装置は、スイッチング回路を備え、該スイッチング回路のオンオフを制御することによって、前記スイッチング回路の一端部に接続されるコンデンサを有するスタータと、前記スイッチング回路の他端部に接続される車載バッテリとの間を開閉する車両用の制御装置であって、前記一端部の電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング回路をオンからオフに制御し、前記スイッチング回路をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記スイッチング回路の故障の有無を判定する制御部とを備える。

本態様に係る故障判定方法は、スイッチング回路を備え、該スイッチング回路のオンオフを制御することによって、前記スイッチング回路の一端部に接続されるコンデンサを有するスタータと、前記スイッチング回路の他端部に接続される車載バッテリとの間を開閉する車両用の制御装置の故障を判定する故障判定方法であって、前記スイッチング回路をオンからオフに制御するステップと、前記スイッチング回路をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときに前記一端部の電圧を検出するステップと、検出された電圧に基づいて、前記スイッチング回路の故障の有無を判定するステップとを備える。

実施形態１に係る車両用電流制御システムの構成例を説明する回路ブロック図である。 制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る故障判定方法を示すタイミングチャートである。 ショート故障の診断方法を示す説明図である。 ショート故障の診断方法を示すタイミングチャートである。 オープン故障の診断方法を示す説明図である。 オープン故障の診断方法を示すタイミングチャートである。 実施形態１に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態２に係るショート故障の診断方法を示すタイミングチャートである。 実施形態２に係るオープン故障の診断方法を示すタイミングチャートである。 実施形態２に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態２に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態３に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。

［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１に係る車両用制御装置においては、開閉制御対象の回路にコンデンサが接続されている場合、そのコンデンサの容量が大きいと、コンデンサの放電に時間を要し、スイッチング回路の故障診断に時間を要するという技術的問題がある。
例えば、コンデンサを有するスタータと、車載バッテリとの間をスイッチング回路によって開閉するように構成した場合、オン状態にあるスイッチング回路がオフになってもコンデンサが放電され、電圧が低下するまでに時間がかかり、結果としてスイッチング回路が正常に動作しているか否かの診断に時間を要することになる。

本開示の目的は、開閉制御対象の回路にコンデンサが接続されている場合において、コンデンサが完全に放電するまで待機しなくても、スイッチング回路の故障の有無を速やかに判定することができる制御装置及び故障判定方法を提供することにある。

［本開示の効果］
本開示によれば、開閉制御対象の回路にコンデンサが接続されている場合において、コンデンサが完全に放電するまで待機しなくても、スイッチング回路の故障の有無を速やかに判定することができる制御装置及び故障判定方法を提供することができる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（１）本態様に係る制御装置は、スイッチング回路を備え、該スイッチング回路のオンオフを制御することによって、前記スイッチング回路の一端部に接続されるコンデンサを有するスタータと、前記スイッチング回路の他端部に接続される車載バッテリとの間を開閉する車両用の制御装置であって、前記一端部の電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング回路をオンからオフに制御し、前記スイッチング回路をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記スイッチング回路の故障の有無を判定する制御部とを備える。

本態様にあっては、制御部は、短い時間でスイッチング回路の故障の有無を判定することができる。例えば、所定時間を、前記車載バッテリによって充電された前記コンデンサの放電を完了させるために要する時間よりも短い時間に設定することによって、制御部は、車載バッテリによって充電されたコンデンサを完全に放電させるために要する時間よりも短い時間でスイッチング回路の故障の有無を判定することができる。
スイッチング回路の故障の有無を判断する際、制御部は、スイッチング回路をオンからオフに制御する。スイッチング回路がオンのとき、コンデンサと車載バッテリとが接続され、コンデンサは充電された状態になっている。上記スイッチング回路の制御により、スイッチング回路が正常にオフになった場合、コンデンサは車載バッテリから切断され、コンデンサは放電を開始し、スイッチング回路の一端部の電圧が低下する。
コンデンサが放電し、スイッチング回路の一端部の電圧が基準電位に低下した場合、スイッチング回路は正常にオンからオフに制御されたと判断できる。しかし、コンデンサの容量が大きい程、コンデンサの放電に時間を要し、スイッチング回路の故障の有無の判定にも時間を要することになる。
そこで、本態様にあっては、制御部は、スイッチング回路をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときのスイッチング回路の一端部の電圧に基づいて、当該スイッチング回路の故障の有無が判定する。所定時間は、車載バッテリによって充電されたコンデンサを完全に放電させるために要する時間よりも短い。当該閾値は、例えばスイッチング回路がオンからオフに制御されてから所定時間が経過したときのコンデンサの電圧であり、スイッチング回路が正常のオンからオフになったかどうかを判定するための数値である。
従って、制御部は、所定時間が経過する前、つまりコンデンサの放電が完了する前にスイッチング回路の故障の有無を判定することができる。

（２）前記スイッチング回路は並列接続された複数の半導体スイッチを有し、前記制御部は前記複数の半導体スイッチを同時的にオンオフさせることによって、前記スタータと前記車載バッテリとの間を開閉するようにしてあり、前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御し、前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記複数の半導体スイッチの故障の有無を判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、スイッチング回路は並列接続された複数の半導体スイッチを有する。このため、制御装置は、一つの半導体スイッチでは制御できない大電流が流れる回路を開閉することができる。制御部は、かかる複数の半導体スイッチの故障の有無を判定することができる。

（３）前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチをオフに制御し、前記複数の半導体スイッチをオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧が、所定の閾値より大きい場合、前記半導体スイッチがショートしたショート故障であると判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、半導体スイッチのショート故障の有無を判定することができる。

（４）前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態で前記電圧検出部にて検出された電圧と、前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチをオフに制御し、前記複数の半導体スイッチをオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧との差分が、所定の閾値電圧未満である場合、前記半導体スイッチがショートしたショート故障であると判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、車載バッテリの電圧レベルに依存ずることなく、半導体スイッチのショート故障の有無を判定することができる。

（５）前記制御部は、一の前記半導体スイッチをオン、他の複数の前記半導体スイッチをオフに制御し、前記一の半導体スイッチをオンに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧が、所定の閾値未満である場合、前記一の半導体スイッチがオンにならないオープン故障であると判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、半導体スイッチのオープン故障の有無を判定することができる。

（６）前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態で前記電圧検出部にて検出された電圧と、一の前記半導体スイッチをオン、他の複数の前記半導体スイッチをオフに制御し、前記一の半導体スイッチをオンに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧との差分が、所定の閾値電圧以上である場合、前記一の半導体スイッチがオンにならないオープン故障であると判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、車載バッテリの電圧レベルに依存ずることなく、半導体スイッチのオープン故障の有無を判定することができる。

（７）前記制御部は、前記複数の半導体スイッチそれぞれを一つずつ選択的にオンに制御することによって、前記複数の半導体スイッチそれぞれのオープン故障を判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、複数の半導体スイッチそれぞれのオープン故障の有無を判定することができる。

（８）前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態のときに前記電圧検出部にて検出された電圧に基づいて、前記所定時間の長さを設定する構成が好ましい。

本態様にあっては、車載バッテリの電圧レベルに応じた所定時間を用いて半導体スイッチの故障の有無を判定することができる。

（９）前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態のときに前記電圧検出部にて検出された電圧が大きい程、前記所定時間の長さを短く設定する構成が好ましい。

本態様にあっては、車載バッテリの電圧レベルに応じた所定時間を用いて、より速やかに半導体スイッチの故障の有無を判定することができる。

（１０）本態様に係る故障判定方法は、スイッチング回路を備え、該スイッチング回路のオンオフを制御することによって、前記スイッチング回路の一端部に接続されるコンデンサを有するスタータと、前記スイッチング回路の他端部に接続される車載バッテリとの間を開閉する車両用の制御装置の故障を判定する故障判定方法であって、前記スイッチング回路をオンからオフに制御するステップと、前記スイッチング回路をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときに前記一端部の電圧を検出するステップと、検出された電圧に基づいて、前記スイッチング回路の故障の有無を判定するステップとを備える。

本態様にあっては、態様（１）と同様、車載バッテリによって充電されたコンデンサを完全に放電させるために要する時間よりも短い時間でスイッチング回路の故障の有無を判定することができる。

（１１）前記制御部は、前記スイッチング回路がオンの状態で前記電圧検出部にて検出された電圧、及び前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧との差分と、所定の閾値電圧とを比較することによって、前記複数の半導体スイッチの故障の有無を判定する構成が好ましい。

本態様にあっては、車載バッテリの電圧レベルに依存ずることなく、半導体スイッチの故障の有無を判定することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る制御装置及び故障判定方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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。

以下、本開示をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る車両用電流制御システムの構成例を説明する回路ブロック図である。実施形態１に係る車両用電流制御システムは、車両用の制御装置１と、スタータ・ジェネレータ２と、車載バッテリ３と、負荷４とを備える。制御装置１は、制御部１０と、スイッチング回路１１と、駆動部１２と、電圧検出部１３とを備える。スイッチング回路１１の一端部には第１端子１ａが接続され、スイッチング回路１１の他端部には第２端子１ｂが接続されている。第１端子１ａはスタータ・ジェネレータ２の一端部に接続され、スタータ・ジェネレータ２の他端部は接地されている。スタータ・ジェネレータ２は、車両のエンジンを始動させるスタータ機能に加え、発電機能を有し、エンジン始動用のモータ２１と、コンデンサ２２とを備える。コンデンサ２２の一端部は第１端子１ａに接続され、コンデンサ２２の他端は接地されている。第２端子１ｂには、車載バッテリ３の正極が接続され、車載バッテリ３の負極は接地されている。また、第２端子１ｂには、負荷４の一端部が接続され、負荷４の他端部は接地されている。負荷４は、車内灯、エアコンディショナー、カーナビゲーション装置等の車載機器である。

このように構成された車両用電流制御システムでは、制御装置１を介してスタータ・ジェネレータ２が車載バッテリ３及び負荷４に接続される。制御装置１は、スタータ・ジェネレータ２と、車載バッテリ３との間を開閉する。
車両のエンジンが動作し、スタータ・ジェネレータ２が発電を行っている場合、コンデンサ２２を含むスタータ・ジェネレータ２と、車載バッテリ３とが接続される。スタータ・ジェネレータ２の発電によって車載バッテリ３及びコンデンサ２２は充電される。スタータ・ジェネレータ２が発電していないときも、コンデンサ２２及び車載バッテリ３が接続されている状態にある場合、コンデンサ２２は車載バッテリ３によって充電される。
車両のエンジンが停止した場合、制御装置１は回路を開き、スタータ・ジェネレータ２と、車載バッテリ３とを切断する。この状態でエンジンを始動する場合、スタータ・ジェネレータ２に接続された図示しないスタータ用バッテリによってモータ２１が駆動し、エンジンが始動される。モータ２１の駆動には大きな電力が必要であるが、スタータ・ジェネレータ２と、車載バッテリ３及び負荷４は切断されているため、負荷４側の電圧が低下する等の不具合を避けることができる。エンジンが始動すると、制御装置１は回路を閉じ、スタータ・ジェネレータ２と、車載バッテリ３とが接続される。

図２は、制御装置１の構成例を示すブロック図である。スイッチング回路１１は並列接続された第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆを有する。第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆは、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を用いると良い。以下、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆがＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴであるとして説明する。第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのドレインは第２端子１ｂに接続され、ソースは第１端子１ａに接続されている。
なお、本実施形態１では、６つの半導体スイッチを並列接続してなるスイッチング回路１１を説明するが、半導体スイッチの数は特に６つに限定されるものでは無い。

駆動部１２は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンオフさせるための第１乃至第６駆動回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆを備え、その動作は制御部１０によって制御される。第１乃至第６駆動回路１２ａ、…、１２ｆの出力端子は第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのゲートに接続されており、第１乃至第６駆動回路１２ａ、…、１２ｆはゲート駆動電圧をゲートに印加することによって、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンオフさせる。
第１駆動回路１２ａは、例えば直列接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを備え、第１半導体スイッチ１１ａのゲートは、第１トランジスタ及び第２トランジスタの接続箇所に接続されている。制御部１０からローレベルの入力信号が第１駆動回路１２ａに入力されると、第１及び第２トランジスタはオフ状態になり、第１半導体スイッチ１１ａのゲートには、第１半導体スイッチ１１ａをオンにするゲート駆動電圧が印加される。制御部１０からハイレベルの入力信号が第１駆動回路１２ａに入力されると、第１及び第２トランジスタはオン状態になり、第１半導体スイッチ１１ａのゲートには、第１半導体スイッチ１１ａをオフにするゲート駆動電圧が印加される。他の第２乃至第６駆動回路１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ及び第２乃至第６半導体スイッチ１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆの動作も同様である。

制御部１０は、図示しないＣＰＵ、記憶部１０ａ、計時部１０ｂ及び入出力部１０ｃ等を有するコンピュータである。記憶部１０ａは、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの故障の有無を判断するための情報を記憶している。当該情報の詳細は後述する。また、記憶部１０ａは第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの故障診断結果を記憶する。入出力部１０ｃは、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの故障、又は故障の有無を示す信号又はデータを外部出力する。
電圧検出部１３は、直列接続されたトランジスタスイッチ１３ａ及び分圧抵抗１３ｂ、１３ｃを備え、当該直列回路の一端は第１端子１ａに接続され、他端は接地されている。制御部１０は、トランジスタスイッチ１３ａをオンにし、分圧された電圧を取得することによって、第１端子１ａ、即ちスイッチング回路１１の第１端子１ａの電圧を検出することができる。

図３は、実施形態１に係る故障判定方法を示すタイミングチャートである。横軸は時間を示す。図３Ａ中の縦軸は第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのオンオフ状態を示し、図３Ｂ中の縦軸は電圧検出部１３にて検出される第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴを示している。図３Ｂ中、電圧Ｖ０は車載バッテリ３の所定電圧を示している。所定電圧は定格の電圧であり、車載バッテリ３の状態によって変化しない定数である。
第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆがオンの状態にある場合、第１端子１ａの電圧は車載バッテリ３の所定の電圧Ｖ０であり、コンデンサ２２の電圧も電圧Ｖ０となっている。第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆがオンからオフになった場合、コンデンサ２２が放電し（図１中白抜き矢印参照）、第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴは指数関数的に低下する。

所定時間は、車載バッテリ３によって充電されたコンデンサ２２の放電を完了させるために要する時間よりも短い時間である。
閾値電圧は、満充電のコンデンサ２２が放電を開始し、所定の診断待ち時間（所定時間）が経過したときに検出される第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴと、電圧Ｖ０との差分である。また電圧Ｖ０から閾値電圧を減算した値を閾値と呼ぶ。制御部１０の記憶部１０ａは、上記閾値電圧及び診断待ち時間を記憶している。

図４は、ショート故障の診断方法を示す説明図、図５は、ショート故障の診断方法を示すタイミングチャートである。図５中、横軸は時間を示している。図５Ａ中の縦軸は制御部１０から第１乃至第６駆動回路１２ａ、…、１２ｆへ出力される入力信号の電圧レベルを示し、図５Ｂ及び図５Ｃ中の縦軸は第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴを示している。図５Ｂは、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆが正常なときの電圧ＶＢＡＴＴの変化を示し、図５Ｃは、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのいずれかがショート故障しているときの電圧ＶＢＡＴＴの変化を示している。

ショート故障の有無を判定する場合、制御部１０は、全ての第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフへ制御する。正常に第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの全てがオフになると、スイッチング回路１１がオフになる。従って、コンデンサ２２と、車載バッテリ３とが切断され、コンデンサ２２は放電し、図５Ｂに示すように、コンデンサ２２の電圧が低下する。

一方、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのいずれかがショート故障している場合、スイッチング回路１１はオフにならない。従って、コンデンサ２２と、車載バッテリ３とが接続された状態が維持され、図５Ｃに示すようにコンデンサ２２の電圧が低下しない。

このため、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフに制御してから所定の診断待ち時間が経過したときの第１端子１ａの電圧Ｖ２を用いて、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのショート故障の有無を判定することができる。

図６は、オープン故障の診断方法を示す説明図、図７は、オープン故障の診断方法を示すタイミングチャートである。ここでは、第１乃至第３半導体スイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの動作を示しているが、第４乃至第６半導体スイッチ１１ｄ、１１ｅ、１１ｆについても同様である。図７Ａ中の縦軸は制御部１０から第１乃至第３駆動回路１２ｃへ出力される入力信号の電圧レベルを示し、図７Ｂ及び図７Ｃ中の縦軸は第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴを示している。図７Ｂは、第１乃至第３半導体スイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが正常なときの電圧ＶＢＡＴＴの変化を示し、図７Ｃは、第２半導体スイッチ１１ｂがオープン故障しているときの電圧ＶＢＡＴＴの変化を示している。

オープン故障の有無を判定する場合、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのいずれか一つをオンに制御する。例えば、図７Ａに示すように第１半導体スイッチ１１ａのみをオンに制御する。他の第２乃至第６半導体スイッチ１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆはオフの状態である。正常に第１半導体スイッチ１１ａがオンになると、コンデンサ２２と、車載バッテリ３とが接続され、コンデンサ２２は充電される。コンデンサ２２の充電は短時間で完了し、コンデンサ２２のバッテリは車載バッテリ３の電圧となる。このため、図７Ｂに示すように、第１端子１ａの電圧は電圧Ｖ０となる。

同様にして、次は第２半導体スイッチ１１ｂのみをオンに制御する。第２半導体スイッチ１１ｂがオープン故障している場合、スイッチング回路１１はオンにならない。従って、コンデンサ２２と、車載バッテリ３とが切断された状態となり、コンデンサ２２は放電し、図７Ｃに示すように、コンデンサ２２の電圧が低下する。

このため、制御部１０は、第２半導体スイッチ１１ｂをオンに制御してから所定の診断待ち時間が経過したときの第１端子１ａの電圧Ｖ２を用いて、第２半導体スイッチ１１ｂそれぞれのショート故障の有無を判定することができる。制御部１０は、同様にして第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つをオンに制御してから所定の診断待ち時間が経過したときの第１端子１ａの電圧Ｖ２を用いて、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆそれぞれのオープン故障の有無を判定することができる。

図８は、実施形態１に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。制御部１０は、変数ＩＮＤに１を代入する（ステップＳ１１）。変数ＩＮＤは、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのいずれかを数値によって示している。例えば、変数ＩＮＤ＝１は、第１半導体スイッチ１１ａを示し、変数ＩＮＤ＝２は第２半導体スイッチ１１ｂを示している。

そして、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフに制御する（ステップＳ１２）。制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフに制御してからの経過時間が所定の診断待ち時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。経過時間が診断待ち時間以上でないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御部１０は処理をステップＳ１３へ戻し、上記診断処理を継続する。

経過時間が診断待ち時間以上であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御部１０は、電圧検出部１３にて電圧Ｖ２を検出する（ステップＳ１４）。電圧Ｖ２は、図５に示すように上記診断待ち経過時間が経過したときに検出される第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴを示している。

次いで、制御部１０は、車載バッテリ３の電圧Ｖ０と、ステップＳ１４で検出した電圧Ｖ２との差分の絶対値が閾値電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。当該絶対値が閾値電圧未満であると判定した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆはショート故障していると確定診断し（ステップＳ１６）、処理を終える。当該絶対値が閾値電圧以上であると判定した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御部１０は変数ＩＮＤが示す第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つをオフからオンに制御し（ステップＳ１７）、オン制御してからの経過時間が所定の診断待ち時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。経過時間が診断待ち時間以上でないと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、制御部１０は処理をステップＳ１８へ戻し、上記診断処理を継続する。

経過時間が診断待ち時間以上であると判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御部１０は、電圧検出部１３にて電圧Ｖ２を検出する（ステップＳ１９）。

次いで、制御部１０は、車載バッテリ３の電圧Ｖ０と、ステップＳ１９で検出した電圧Ｖ２との差分の絶対値が閾値電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。当該絶対値が閾値電圧以上であると判定した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、制御部１０は、変数ＩＮＤが示す第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つがオープン故障であると確定診断し（ステップＳ２１）、処理を終える。

なお、ここでは、オープン故障が一つでも発見された場合、処理を終える例を説明したが、全ての第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆそれぞれのオープン故障の有無を判定するように構成しても良い。

ステップＳ２０で上記絶対値が閾値電圧未満であると判定した場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、制御部１０は、変数ＩＮＤを１インクリメントする（ステップＳ２２）。そして、制御部１０は、変数ＩＮＤが第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの数よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２３）。変数ＩＮＤがスイッチ数以下であると判定した場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、制御部１０は処理をステップＳ１７へ戻し、他の第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのオープン故障の診断を継続する。変数ＩＮＤがスイッチ数より大きいと判定した場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、制御部１０は処理を終える。

なお、制御部１０は、図８に示す故障判定結果を記憶部１０ａに記憶させると良い。また、制御部１０は、故障判定結果を、入出力部１０ｃを介して外部出力するように構成すると良い。
また、本実施形態１では、車載バッテリ３の電圧Ｖ０と、ステップＳ１４又はステップＳ１９で検出した電圧Ｖ２との差分の絶対値が閾値電圧以上であるか否かを判定する例を説明したが、ステップＳ１４で検出した電圧Ｖ２が閾値以下であるか否かを判定するように構成しても良い（図３参照）。
詳細には、ステップＳ１５の処理を実行する制御部１０は、ステップＳ１４で検出した電圧Ｖ２が、所定の閾値よりも大きい場合、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆはショート故障していると判定し、電圧Ｖ２が所定の閾値以下である場合、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆはショート故障していないと判定するように構成しても良い。
ステップＳ２０の処理を実行する制御部１０は、ステップＳ１９で検出した電圧Ｖ２が、所定の閾値以下である場合、変数ＩＮＤが示す第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つがオープン故障であると判定し、電圧Ｖ２が閾値より大きい場合、上記変数ＩＮＤが示す第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つはオープン故障していないと判定するように構成しても良い。

このように構成された実施形態１に係る制御装置１及び故障判定方法によれば、開閉制御対象の回路にコンデンサ２２が接続されている場合において、コンデンサ２２が完全に放電するまで待機しなくても、スイッチング回路１１の故障の有無を速やかに判定することができる。

また、スイッチング回路１１を構成する第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのショート故障及びオープン故障の有無を判定することができる。なお、スイッチング回路１１は、並列接続された第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆによってスイッチング回路１１を構成することによって、一つの半導体スイッチでは制御できない大電流が流れる回路を開閉することができる。

更に、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆそれぞれのオープン故障の有無を判定することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る制御装置１及び故障診断方法は、故障判定の処理手順のみが実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の工程及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
図９は、実施形態２に係るショート故障の診断方法を示すタイミングチャートである。図９Ａ乃至図９Ｃは図５Ａ乃至図５Ｃと同様の図である。ショート故障の有無を判定する場合、制御部１０は、まず、第１端子１ａの電圧Ｖ１を検出する。つまり、現在の車載バッテリ３の電圧を検出する。実施形態２の制御装置１は、車載バッテリ３の定格の電圧Ｖ０では無く、現時点の車載バッテリ３の電圧Ｖ１を用いて、スイッチング回路１１の故障の有無を判定する。

制御部１０は、実施形態１と同様、全ての第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフへ制御する。正常に第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの全てがオフになると、コンデンサ２２と、車載バッテリ３とが切断され、コンデンサ２２は放電し、図９Ｂに示すように、コンデンサ２２の電圧、つまり第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴが低下する。一方、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのいずれかがショート故障している場合、図９Ｃに示すように、コンデンサ２２の電圧、つまり第１端子１ａの電圧ＶＢＡＴＴは低下しない。

制御部１０は、スイッチング制御前の第１端子１ａの電圧Ｖ１と、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフに制御してから所定の診断待ち時間が経過したときの第１端子１ａの電圧Ｖ２との差分の大きさを用いて、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆのショート故障の有無を判定することができる。

図１０は、実施形態２に係るオープン故障の診断方法を示すタイミングチャートである。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは図７と同様の図である。実施形態２では、実施形態１と同様にしてオープン故障の有無を判定するが、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆそれぞれをオンにする直前の第１端子１ａの電圧Ｖ１を検出する点が異なる。第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆそれぞれを一つずつオンにする直前、制御部１０は、図１０Ａに示すように、一旦、全ての第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオン（入力信号はローレベルＬｏ）にし、第１端子１ａの電圧Ｖ１を検出する。制御部１０は、スイッチング制御前の第１端子１ａの電圧Ｖ１と、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つをオンに制御してから所定の診断待ち時間が経過したときの第１端子１ａの電圧Ｖ２との差分の大きさを用いて、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆそれぞれのオープン故障の有無を判定することができる。

図１１及び図１２は、実施形態２に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。制御部１０は、変数ＩＮＤに１を代入する（ステップＳ２１１）。そして、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンにし（ステップＳ２１２）、電圧検出部１３にて第１端子１ａの電圧Ｖ１を検出する（ステップＳ２１３）。次いで、制御部１０は、実施形態１のステップＳ１２～１４と同様の処理をステップＳ２１４～ステップＳ２１６で実行することによって、所定の診断待ち時間経過後の第１端子１ａの電圧を検出する。

次いで、制御部１０は、ステップＳ２１３で検出した電圧Ｖ１と、ステップＳ２１６で検出した電圧Ｖ２との差分の絶対値が閾値電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１７）。当該絶対値が閾値電圧未満であると判定した場合（ステップＳ２１７：ＮＯ）、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆはショート故障していると確定診断し（ステップＳ２１８）、処理を終える。当該絶対値が閾値電圧以上であると判定した場合（ステップＳ２１７：ＹＥＳ）、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンにし（ステップＳ２１９）、電圧検出部１３にて第１端子１ａの電圧Ｖ１を検出する（ステップＳ２２０）。次いで、制御部１０は、変数ＩＮＤが示す第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つ以外のスイッチをオフに制御し、当該スイッチング制御を行ってからの経過時間が所定の診断待ち時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２２）。経過時間が診断待ち時間以上でないと判定した場合（ステップＳ２２２：ＮＯ）、制御部１０は処理をステップＳ２２２へ戻し、上記診断処理を継続する。

経過時間が診断待ち時間以上であると判定した場合（ステップＳ２２２：ＹＥＳ）、制御部１０は、電圧検出部１３にて電圧Ｖ２を検出する（ステップＳ２２３）。

次いで、制御部１０は、ステップＳ２２０で検出した電圧Ｖ１と、ステップＳ２２３で検出した電圧Ｖ２との差分の絶対値が閾値電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２４）。当該絶対値が閾値電圧以上であると判定した場合（ステップＳ２２４：ＹＥＳ）、変数ＩＮＤが示す第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆの一つがオープン故障であると確定診断し（ステップＳ２２５）、処理を終える。当該絶対値が閾値電圧未満である場合のステップＳ２２６及びステップＳ２２７の処理は実施形態１のステップＳ２２及びステップＳ２３と同様の処理である。

このように構成された実施形態２に係る制御装置１及び故障判定方法は、実施形態１と同様の効果を有し、更に車載バッテリ３の電圧レベルに依存ずることなく、スイッチング回路１１の故障の有無を判定することができる。

（実施形態３）
実施形態３に係る制御装置１及び故障診断方法は、故障判定の処理手順のみが実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の工程及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１３は、実施形態３に係る故障判定方法の処理手順を示すフローチャートである。制御部１０は、変数ＩＮＤに１を代入する（ステップＳ３１０）。そして、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンにし（ステップＳ３１１）、電圧検出部１３にて第１端子１ａの電圧Ｖ１を検出する（ステップＳ３１２）。次いで、制御部１０は、検出された電圧Ｖ１に基づいて診断待ち時間を決定する（ステップＳ３１３）。例えば、制御部１０は、電圧Ｖ１が大きい程、診断待ち時間が短くなるように当該閾値電圧を決定する。そして、制御部１０は、第１乃至第６半導体スイッチ１１ａ、…、１１ｆをオンからオフに制御する（ステップＳ３１４）。
以下の処理は、実施形態１のステップＳ１３～ステップＳ２３と同様である。

このように構成された実施形態３に係る制御装置１及び故障判定方法によれば、車載バッテリ３の電圧レベルに応じた診断待ち時間を用いて、より速やかにスイッチング回路１１の故障の有無を判定することができる。

なお、実施形態３では診断待ち時間を決定する例を説明したが、ステップＳ３１２で検出した電圧Ｖ１に基づいて、閾値電圧を変更しても良いし、閾値電圧及び診断待ち時間の双方を変更しても良い。

１ 制御装置
１ａ 第１端子
１ｂ 第２端子
２ スタータ・ジェネレータ
３ 車載バッテリ
４ 負荷
１０ 制御部
１０ａ 記憶部
１０ｂ 計時部
１０ｃ 入出力部
１１ スイッチング回路
１１ａ 第１半導体スイッチ
１１ｂ 第２半導体スイッチ
１１ｃ 第３半導体スイッチ
１１ｄ 第４半導体スイッチ
１１ｅ 第５半導体スイッチ
１１ｆ 第６半導体スイッチ
１２ 駆動部
１２ａ 第１駆動回路
１２ｂ 第２駆動回路
１２ｃ 第３駆動回路
１２ｄ 第４駆動回路
１２ｅ 第５駆動回路
１２ｆ 第６駆動回路
１３ 電圧検出部
１３ｂ、１３ｃ 分圧抵抗
２１ モータ
２２ コンデンサ

Claims (10)

1. スイッチング回路を備え、該スイッチング回路のオンオフを制御することによって、前記スイッチング回路の一端部に接続されるコンデンサを有するスタータと、前記スイッチング回路の他端部に接続される車載バッテリとの間を開閉する車両用の制御装置であって、
   前記一端部の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記スイッチング回路をオンからオフに制御し、前記スイッチング回路をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記スイッチング回路の故障の有無を判定する制御部と
   を備え、
   前記スイッチング回路は並列接続された複数の半導体スイッチを有し、
   前記制御部は前記複数の半導体スイッチを同時的にオンオフさせることによって、前記スタータと前記車載バッテリとの間を開閉するようにしてあり、
   前記制御部は、
   前記スイッチング回路がオンの状態のときに前記電圧検出部にて検出された電圧に基づいて、前記所定時間の長さを設定し、
   前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御し、前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記複数の半導体スイッチの故障の有無を判定する
   制御装置。
2. （削除）
3. 前記制御部は、
   前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチをオフに制御し、前記複数の半導体スイッチをオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧が、所定の閾値より大きい場合、前記半導体スイッチがショートしたショート故障であると判定する
   請求項１に記載の制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記スイッチング回路がオンの状態で前記電圧検出部にて検出された電圧と、前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチをオフに制御し、前記複数の半導体スイッチをオフに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧との差分が、所定の閾値電圧未満である場合、前記半導体スイッチがショートしたショート故障であると判定する
   請求項１に記載の制御装置。
5. 前記制御部は、
   一の前記半導体スイッチをオン、他の複数の前記半導体スイッチをオフに制御し、前記一の半導体スイッチをオンに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧が、所定の閾値未満である場合、前記一の半導体スイッチがオンにならないオープン故障であると判定する
   請求項１、請求項３又は請求項４に記載の制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記スイッチング回路がオンの状態で前記電圧検出部にて検出された電圧と、一の前記半導体スイッチをオン、他の複数の前記半導体スイッチをオフに制御し、前記一の半導体スイッチをオンに制御してから前記所定時間が経過したときに前記電圧検出部によって検出された電圧との差分が、所定の閾値電圧以上である場合、前記一の半導体スイッチがオンにならないオープン故障であると判定する
   請求項１、請求項３又は請求項４に記載の制御装置。
7. 前記制御部は、
   前記複数の半導体スイッチそれぞれを一つずつ選択的にオンに制御することによって、前記複数の半導体スイッチそれぞれのオープン故障を判定する
   請求項５又は請求項６に記載の制御装置。
8. （削除）
9. 前記制御部は、
   前記スイッチング回路がオンの状態のときに前記電圧検出部にて検出された電圧が大きい程、前記所定時間の長さを短く設定する
   請求項１、請求項３から７のいずれか１項に記載の制御装置。
10. 並列接続された複数の半導体スイッチを有するスイッチング回路を備え、前記複数の半導体スイッチを同時的にオンオフさせることにより、該スイッチング回路のオンオフを制御することによって、前記スイッチング回路の一端部に接続されるコンデンサを有するスタータと、前記スイッチング回路の他端部に接続される車載バッテリとの間を開閉する車両用の制御装置の故障を判定する故障判定方法であって、
    前記スイッチング回路がオンの状態のときに前記電圧検出部にて検出された電圧に基づいて、前記所定時間の長さを設定するステップと、
    前記スイッチング回路がオンの状態で、前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御するステップと、
    前記複数の半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに制御してから所定時間が経過したときに前記一端部の電圧を検出するステップと、
    検出された電圧に基づいて、前記複数の半導体スイッチの故障の有無を判定するステップと
    を備える故障判定方法。

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