JP2005049097A

JP2005049097A - 故障検出回路

Info

Publication number: JP2005049097A
Application number: JP2003202785A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hasegawa; 和男長谷川; Ichiro Tokunaga; 一郎徳永
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24
Also published as: EP1503184A2; EP1503184A3

Abstract

【課題】回転角検出センサから誤った角度情報が出力されるのを防止するとともに精度の高い故障検出回路を提供する。
【解決手段】センサ部１０から出力される信号＋ｓｉｎθと−ｓｉｎθを加算した加算信号Ｖｓ１と、同じく信号＋ｃｏｓθと−ｃｏｓθを加算した加算信号Ｖｓ２とを比較手段（ウインドコンパレータ）１７Ｃにおいて比較する。加算信号Ｖｓ１又は加算信号Ｖｓ２が、上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨ又は下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬを超えると、故障検出部１７から制御部１８に向けて異常信号を出力することにより、回転角検出センサから誤った角度情報が出力されるのを防止することが可能となる。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電動パワーステアリング装置においてステアリングの回転角度の検出を行う回転角検出センサの故障検出回路に係わり、特に故障時の検出を確実に行えるようにした故障検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置では、アシストモータが発生するアシストトルク（操舵補助トルク）を用いて行われる。前記アシストトルクは正確に発生させる必要があり、そのためにはステアリングの回転角度を高い精度で検出する回転角検出センサが必要である。
【０００３】
ステアリングなどの回転軸の回転角度を高精度に検出する回転角検出センサとしては、例えば特許文献１に記載された巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いた技術が存在する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１２１１９７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１５１１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回転角検出センサからの出力信号にドリフトやオフセット電圧が発生すると、実際の操舵時の回転角度が例えば３０度であるにもかかわらず、回転角検出センサの出力信号は９０度を示すというような誤った角度情報を出力するような事態が想定される。そして、この場合には運転手の操舵動作に大きな影響を与えるようになり、操舵の状態によってはアシスト量が過大となり、ステアリングが勝手に回るような挙動を発生し、最悪事故を起こし兼ねないという問題がある。
【０００６】
また、回転角検出センサの出力信号に経年変化によって発生したオフセット電圧が徐々に加わると、アシストを停止させるまでに至ることは少ないものの、操舵力に左右差を発生させて運転者に不快感や違和感を与えたり、操舵を誤らせる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、障害や故障に起因して回転角検出センサから誤った角度情報が出力されるのを防止できるようにした回転角検出センサ用の故障検出回路を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外部の環境の変化に応じてインピーダンスが変化する素子を用いて形成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を形成する一方の回路の中点から出力される信号と他方の回路の中点から出力される信号とを取り出して前記信号が所定の範囲を越えた場合に異常信号を出力する故障検出部と、を有する故障検出回路において、
前記故障検出部が、前記一方の回路の中点から出力される信号と前記他方の回路の中点から出力される信号とを加算する加算手段と、所定の基準電圧を生成する基準電圧発生手段と、前記加算後の信号と前記基準電圧とを比較してその結果に基づいて前記異常信号を出力する比較手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
例えば、前記ブリッジ回路手段の前記一方の回路の中点から出力される信号と前記他方の回路の中点から出力される信号とが、１８０度位相の異なる正弦波信号または余弦波信号である。
【００１０】
また前記ブリッジ回路手段が、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とを有しており、前記第１のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号が正弦波であるときに、
前記第２のブリッジ回路の一方の回路の中点から出力される信号と他方の回路の中点から出力される信号が、前記正弦波信号に対して９０度進み位相となる信号と９０度遅れ位相となる信号である。
【００１１】
上記において、前記比較手段が、前記基準電圧よりも下限側に設定された下限側の閾値電圧と上限側に設定された上限側の閾値電圧を有しているものが好ましい。
【００１２】
また前記加算手段は、前記第１のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号＋ｓｉｎθと前記他方の回路の中点から出力される信号−ｓｉｎθとを加算する第１の加算回路と、前記第２のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号−ｃｏｓθと前記他方の回路の中点から出力され信号＋ｃｏｓθとを加算する第２の加算回路とを有しており、
前記比較手段は、前記第１の加算回路の出力または第２の加算回路の出力が、前記上限側の閾値電圧および／または前記下限側の閾値電圧を越えたときに前記異常信号を出力するものが好ましい。
【００１３】
あるいは、前記加算手段は、前記第１のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号＋ｓｉｎθと、前記他方の回路の中点から出力される信号−ｓｉｎθと、前記第２のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号−ｃｏｓθと、前記他方の回路の中点から出力される信号＋ｃｏｓθとを加算するものであり、
前記比較手段が、前記加算後の信号が前記上限側の閾値電圧および／または上限側の閾値電圧を越えたときに前記異常信号を出力するものが好ましい。
【００１４】
また前記故障検出部には、前記第１の加算回路の出力と第２の加算回路の出力との間の差信号を出力する差動回路が設けられており、
前記比較手段は、前記差信号が上限側の閾値電圧および／または前記下限側の閾値電圧を越えたときに前記異常信号を出力するものである。
【００１５】
また上記においては、前記差動回路が、前記基準電圧発生手段において生成された中点電圧を基準として駆動させられるものが好ましい。
【００１６】
例えば、前記インピーダンス変換素子が、磁気抵抗効果膜で形成されているものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は回転角検出センサの内部構造を示す断面図、図２は同じく回転角検出センサの内部構造を示し、図示１のＡ−Ａ線の断面からみた平面図、図３は回転角検出センサの構成を示すブロック図、図４はセンサ部として磁気抵抗効果膜を用いたホイートストーンブリッジ回路を示す接続図、図５は本発明の第１の実施の形態を示す故障検出回路の回路構成図である。
【００１８】
図１に示す回転角検出センサ１は、例えば自動車のステアリングの回転角度情報を検出するためのものである。
【００１９】
回転角検出センサ１は、ケース２内に、ケース２に固定された非磁性材料からなる平板状の支持部材（固定部）３と、支持部材３の上方に位置するカップ形状の回転部材４とを有している。前記回転部材４の中心には符号Ｏ−Ｏで示される中心線に沿ってケース２の外部方向（図示Ｚ１方向）に延びる回転軸５が固定されており、回転部材４は前記回転軸５を軸として回転自在に支持されている。なお、ステアリングなどの回転体の出力である回転は、図示しない減速機構を介して前記回転軸５に与えられる。
【００２０】
前記回転部材４の内壁には、フェライト等からなる磁石Ｍ１，Ｍ２が固定されている。前記磁石Ｍ１，Ｍ２は互いの対向面にＮ極とＳ極が分極されて着磁されており、Ｎ極とＳ極を結ぶ方向が径方向である。図１ではＮ極である磁石Ｍ１からＳ極である磁石Ｍ２に向かう磁界Ｈが点線で図示されており、前記磁界Ｈは回転部材４の回転とともにその向きを変えることが可能とされている。
【００２１】
前記支持部材３上には、例えば図２に示すような４つの基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４が前記中心軸Ｏ−Ｏの周囲に設けられており、各基板上にはそれぞれ２個づつ磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８が設けられている。すなわち、基板Ｋ１には磁気抵抗効果素子Ｇ１，Ｇ２が、基板Ｋ２には磁気抵抗効果素子Ｇ３，Ｇ４が、基板Ｋ３には磁気抵抗効果素子Ｇ５，Ｇ６が、基板Ｋ４には磁気抵抗効果素子Ｇ７，Ｇ８が設けられている。中心軸Ｏ−Ｏの周囲に対し、基板Ｋ１と基板Ｋ２とが軸対称に設けられ、基板Ｋ３と基板Ｋ４４とが軸対称に設けられている。なお、各磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８に付された矢印は、磁気抵抗効果素子を形成する固定磁性層（図示せず）の磁化の向きｅを示している。
【００２２】
前記基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４は、回転部材４の磁石Ｍ１，Ｍ２の内側に設けられており、前記回転部材４とともに磁石Ｍ１，Ｍ２が基板Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の周囲を回転すると、各磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８を形成するフリー磁性層（図示せず）の磁化の向きが、回転する磁石Ｍ１，Ｍ２間の磁界Ｈの向きに応じて変化する。
【００２３】
磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８が有するインピーダンス成分のうちの抵抗Ｒ１ないしＲ８は、前記フリー磁性層の磁化の向きが固定磁性層の磁化の向きｅと一致するときに減少し、フリー磁性層の磁化の向きが固定磁性層の磁化の向きｅと逆であるとき上昇するようになっており、回転角度をθとするとき、θを変数とするｓｉｎθ関数またはｃｏｓθ関数として得ることができる。
【００２４】
図３は回転角検出センサの回路構成を示すブロック図、図４は回転角検出センサの構成として磁気抵抗効果素子を用いたホイートストーンブリッジ回路を示す接続図である。
【００２５】
回転角検出センサ１の磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８は、例えば図４に示すように接続され、２つのホイートストーンブリッジ回路（以下、「ブリッジ回路」という）Ｗｂ１，Ｗｂ２が構成される。すなわち、第１のブリッジ回路Ｗｂ１は、直列接続された磁気抵抗効果素子Ｇ１（抵抗Ｒ１）と磁気抵抗効果素子Ｇ４（抵抗Ｒ４）とからなる一方の回路と、同じく直列接続された磁気抵抗効果素子Ｇ３（抵抗Ｒ３）と磁気抵抗効果素子Ｇ２（抵抗Ｒ２）とからなる他方の回路とが並列接続された構成である。同様に第２のブリッジ回路Ｗｂ２は、直列接続された磁気抵抗効果素子Ｇ５（抵抗Ｒ５）と磁気抵抗効果素子Ｇ８（抵抗Ｒ８）とからなる一方の回路と、同じく直列接続された磁気抵抗効果素子Ｇ７（抵抗Ｒ７）と磁気抵抗効果素子Ｇ６（抵抗Ｒ６）とからなる他方の回路とが並列接続された構成である。
【００２６】
そして、図４に示すように、第１のブリッジ回路Ｗｂ１の前記一方の回路と前記他方の回路では、磁気抵抗効果素子Ｇ１（抵抗Ｒ１）と磁気抵抗効果素子Ｇ３（抵抗Ｒ３）の一端が電源Ｖｃｃに接続され、磁気抵抗効果素子Ｇ４（抵抗Ｒ４）と磁気抵抗効果素子Ｇ２（抵抗Ｒ２）の一端がグランドに接地されている。同様に第２のブリッジ回路Ｗｂ２の前記一方の回路と前記他方の回路では、磁気抵抗効果素子Ｇ５（抵抗Ｒ５）と磁気抵抗効果素子Ｇ７（抵抗Ｒ７）の一端が電源Ｖｃｃに接続され、磁気抵抗効果素子Ｇ８（抵抗Ｒ８）と磁気抵抗効果素子Ｇ６（抵抗Ｒ６）の一端がグランドに接地されている。
【００２７】
なお、各磁気抵抗効果素子Ｇ１〜Ｇ８の他端どうしが直接接続された接続点が、前記一方の回路と前記他方の回路の中点を示しており、この中点に端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４が設けられている。
【００２８】
この状態で前記回転角検出センサ１の回転軸５を図１および図２に示すα１（反時計回り方向）またはα２（時計回り方向）の回転を与えると、前記中点である端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４から正弦波状または余弦波状の信号が出力される。
【００２９】
ここで、端子Ｔ１から出力される信号の関数を＋ｓｉｎθと規定すると、端子Ｔ２から出力される信号は前記信号＋ｓｉｎθに対し１８０度異なる信号−ｓｉｎθであり、端子Ｔ３から出力される信号は前記信号＋ｓｉｎθに対し９０度進み位相となる信号−ｃｏｓθ、端子Ｔ４から出力される信号は前記信号＋ｓｉｎθに対し９０度遅れ位相となる信号＋ｃｏｓθである。
【００３０】
図３に示すように、回転角検出センサの回路構成は、主として前記第１，第２のブリッジ回路Ｗｂ１，Ｗｂ２からなるセンサ部、バッファ部１１、差動増幅部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、信号調整部１４、演算部１５、スケーリング部１６、故障検出部１７および制御部１８などを有している。
【００３１】
このうち、バッファ部１１、差動増幅部１２および故障検出部１７の構成については後に詳述するが、前記センサ部１０から出力された各信号＋ｓｉｎθ，−ｓｉｎθ，−ｃｏｓθおよび＋ｃｏｓθは、バッファ部１１を介して差動増幅部１２に送られる。前記差動増幅部１２では、前記信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθとが差動増幅された２倍の信号２ｓｉｎθと、前記信号＋ｃｏｓθと信号−ｃｏｓθとが差動増幅された２倍の信号２ｃｏｓθとが生成され、その後段に設けられたＡ／Ｄ変換部１３に送出され、前記Ａ／Ｄ変換部１３においてそれぞれデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された前記信号２ｓｉｎθと信号２ｃｏｓθは、信号調整部１４においてオフセット調整およびゲイン調整などの処理が施されて、その後段の演算部１５に送出される。前記演算部１５では、信号２ｓｉｎθと信号２ｃｏｓθとから回転軸５の回転角度であるθが求められ、さらに前記回転体（ステアリングなど）の絶対回転角度φが検出される。回転体の絶対回転角度を示すデータ信号はスケーリング部１６で所定のスケーリング処理が行われ、制御部１８に送出される。
【００３２】
制御部１８では、前記絶対回転角度のデータ信号やその他のデータ信号（例えば、車速に関するデータ、舵角に関するデータ）などから総合的に判断し、最適な大きさの電流量をアシストモータに与える。これにより、快適な電動パワーステアリング動作が行われる。
【００３３】
一方、前記バッファ部１１から出力された信号＋ｓｉｎθ，−ｓｉｎθ，−ｃｏｓθおよび＋ｃｏｓθは故障検出部１７に送られるようになっており、前記故障検出部１７では後述するような手段を用いてセンサ部１０の故障を検出した場合には、異常信号を制御部１８に送出することにより制御部１８に故障の発生を知らせる。
【００３４】
図５に示すように、バッファ部１１は、オペアンプからなる４組のバッファ回路Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３およびＸ４で構成され、各バッファ回路Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３およびＸ４の非反転入力端子には、前記第１，第２のブリッジ回路Ｗｂ１，Ｗｂ２の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４から出力される信号＋ｓｉｎθ，−ｓｉｎθ，−ｃｏｓθおよび＋ｃｏｓθが入力されている。
【００３５】
前記差動増幅部１２は、２ヶのオペアンプと抵抗Ｒ１１ないしＲ１８からなる２組の差動回路Ｘ５，Ｘ６で構成されている。一方の差動回路Ｘ５の非反転入力端子には、抵抗Ｒ１１を介して前記バッファ回路Ｘ１の出力である信号＋ｓｉｎθが入力されている。また前記非反転入力端子には抵抗Ｒ１３を介して電源電圧Ｖｃｃの半分の中点電圧Ｖｃｃ／２が与えられている。さらに差動回路Ｘ５の反転入力端子には、抵抗Ｒ１２を介して前記バッファ回路Ｘ２の出力である信号−ｓｉｎθが入力されている。そして、バッファ回路Ｘ１の非反転入力端子とその出力端子とが抵抗Ｒ１４を介して接続されている。
【００３６】
同様に、他方の差動回路Ｘ６の非反転入力端子には、抵抗Ｒ１５を介して前記バッファ回路Ｘ３の出力である信号＋ｃｏｓθが入力されている。また前記非反転入力端子には抵抗Ｒ１７を介して電源電圧Ｖｃｃの半分の中点電圧Ｖｃｃ／２が与えられている。さらに差動回路Ｘ６の反転入力端子には、抵抗Ｒ１６を介して前記バッファ回路Ｘ４の出力である信号−ｃｏｓθが入力されている。そして、バッファ回路Ｘ１の非反転入力端子とその出力端子とが抵抗Ｒ１８を介して接続されている。前記差動回路Ｘ５，Ｘ６の出力は、前記Ａ／Ｄ変換部１３に送出されている。
【００３７】
図５に示すように、前記故障検出部１７は、加算手段１７Ａ、基準電圧発生手段１７Ｂおよび比較手段（ウインドコンパレータ）１７Ｃとその他の論理回路で形成されている。
【００３８】
前記加算手段１７Ａは、２ヶのオペアンプと抵抗Ｒ１９ないしＲ２４からなる２組の加算回路Ｘ７，Ｘ８で構成されている。一方の加算回路（第１の加算回路）Ｘ７の反転入力端子には、抵抗Ｒ１９，Ｒ２０を介して前記前記バッファ回路Ｘ１，Ｘ２の出力である信号＋ｓｉｎθ，−ｓｉｎθが入力されている。そして加算回路Ｘ７の反転入力端子とその出力端子とが抵抗Ｒ２１を介して接続されている。また非反転入力端子には電源電圧Ｖｃｃの半分の中点電圧Ｖｃｃ／２が与えられている。他方の加算回路（第２の加算回路）Ｘ８も同様の構成であり、加算回路Ｘ８の反転入力端子には、抵抗Ｒ２２，Ｒ２３を介して前記前記バッファ回路Ｘ３，Ｘ４の出力である信号＋ｃｏｓθ，−ｃｏｓθが入力されている。そして加算回路Ｘ８の反転入力端子とその出力端子とが抵抗Ｒ２４を介して接続されている。また非反転入力端子には電源電圧Ｖｃｃの半分の中点電圧Ｖｃｃ／２が与えられている。
【００３９】
前記加算回路Ｘ７は、信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθとを加算して加算信号Ｖｓ１を出力するが、信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθの振幅の絶対値が同じ理想状態にあり、且つＲ１９＝Ｒ２０の場合には、前記加算回路Ｘ７の出力の値は常に中点電圧Ｖｃｃ／２（＝Ｖｓ１）となる（図５参照）。同様に、前記加算回路Ｘ８は信号＋ｃｏｓθと信号−ｃｏｓθとを加算して加算信号Ｖｓ２を出力するが、信号＋ｃｏｓθと信号−ｃｏｓθの振幅の絶対値が同じ理想状態にあり、且つＲ２２＝Ｒ２３の場合には、前記加算回路Ｘ８の出力の値は常に中点電圧Ｖｃｃ／２（＝Ｖｓ２）となる。
【００４０】
前記基準電圧発生手段１７Ｂは抵抗Ｒ２５，Ｒ２６，Ｒ２７およびＲ２８を直列接続した構成であり、Ｒ２５＝Ｒ２８およびＲ２６＝Ｒ２８の関係がある。前記抵抗Ｒ２５と抵抗Ｒ２６の接続点ＴＨは上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨを設定し、前記抵抗Ｒ２７と抵抗Ｒ２８の接続点ＴＬは下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬを設定している。
【００４１】
前記比較手段１７Ｃは、４ヶのオペアンプからなる比較回路Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１およびＸ１２で形成されている。前記比較回路Ｘ９，Ｘ１０がブリッジ回路Ｗｂ１の監視を行い、比較回路Ｘ１１，Ｘ１２がブリッジ回路Ｗｂ２の監視を行っている。
【００４２】
比較回路Ｘ９の反転入力端子および比較回路Ｘ１０の非反転入力端子には、ともに前記加算回路Ｘ７の出力が入力されている。また比較回路Ｘ９の非反転入力端子には前記上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨが入力され、比較回路Ｘ１０の反転入力端子には前記下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬが入力されている。同様に、比較回路Ｘ１１の反転入力端子および比較回路Ｘ１２の非反転入力端子には、ともに前記加算回路Ｘ８の出力が入力されている。また比較回路Ｘ１１の非反転入力端子には前記上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨが入力され、比較回路Ｘ１２の反転入力端子には前記下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬが入力されている。
【００４３】
そして、前記比較回路Ｘ９の出力と比較回路Ｘ１０の出力とがＮＡＮＤゲートＸ１３に入力され、前記比較回路Ｘ１１の出力と比較回路Ｘ１２の出力とがＮＡＮＤゲートＸ１４に入力されており、前記ＮＡＮＤゲートＸ１３，Ｘ１４の出力がＮＯＲゲートＸ１５を介して制御部１８に出力されている。
【００４４】
また、本実施の形態ではアナログ演算にて説明しているが、Ａ／Ｄ変換およびデジタル演算を用いて構成してもよい。
【００４５】
上記故障検出部の動作について説明する。
図６Ａは正常な動作状態における回転角度とセンサ部の出力との関係、Ｂは同じく回転角度と加算回路の出力との関係を示す図、図７Ａはオフセット電圧が発生した状態における回転角度とセンサ部の出力との関係、Ｂは同じく回転角度と加算回路の出力との関係を示す図である。
【００４６】
（１）正常動作
第１，第２のブリッジ回路Ｗｂ１，Ｗｂ２が正常な状態で動作している場合には、図６Ａ，Ｂに示すように第１のブリッジ回路Ｗｂ１の一方の回路と他方の回路の各中点（端子Ｔ１，Ｔ２）から出力される信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθは位相が１８０度異なるだけであって振幅の絶対値は等しいため、加算回路Ｘ７の出力である加算信号Ｖｓ１は中点電圧Ｖｃｃ／２に維持される（Ｖｓ１＝Ｖｃｃ／２）。
【００４７】
この場合、図６Ｂに示すように前記加算信号Ｖｓ１（＝Ｖｃｃ／２）は、前記上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨと下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬの中間にあるため、前記比較回路Ｘ９，Ｘ１０出力はともにＨレベルが維持される。よって、ＮＡＮＤゲートＸ１３の出力はＬレベルとなる。
【００４８】
また信号＋ｃｏｓθと信号−ｃｏｓθを出力する第２のブリッジ回路Ｗｂ２においても同様に加算回路Ｘ８の出力である加算信号Ｖｓ２は中点電圧Ｖｃｃ／２に維持される（Ｖｓ２＝Ｖｃｃ／２）。よって、前記比較回路Ｘ１１，Ｘ１２出力はともにＨレベルが維持され、ＮＡＮＤゲートＸ１４の出力はＬレベルが維持される。
【００４９】
よつて、ＮＯＲゲートＸ１５には、前記ＮＡＮＤゲートＸ１３，１４からともにＬレベルの信号が入力されるため、ＮＯＲゲートＸ１５は正常な状態を示すＨレベル信号を制御部１８に出力する。
【００５０】
（２）オフセット電圧が発生した場合
第１，第２のブリッジ回路Ｗｂ１，Ｗｂ２を構成する磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８のいずれか１つ、例えば磁気抵抗効果素子Ｇ１に経時変化に伴う故障または何らかの原因の故障が発生し、第１のブリッジ回路Ｗｂ１の一方の回路の中点（端子Ｔ１）の出力である信号＋ｓｉｎθのみに図７Ａに示すようなオフセット電圧Ｖｏｆｆが発生した場合を想定する。
【００５１】
この場合、第１のブリッジ回路Ｗｂ１の他方の回路の中点（端子Ｔ２）の出力である信号−ｓｉｎθは正常であるため、加算回路Ｘ７の出力は中点電圧Ｖｃｃ／２にオフセット電圧Ｖｏｆｆが重畳したものとなり、前記加算回路Ｘ７の出力である加算信号Ｖｓ１はＶｓ１＝Ｖｃｃ／２＋Ｖｏｆｆとなる。
【００５２】
そして、図７Ｂに示すように前記加算信号Ｖｓ１（＝Ｖｃｃ／２＋Ｖｏｆｆ）が、前記上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨまたは下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬの一方を超えたと前記比較回路Ｘ９が判断すると、前記比較回路Ｘ９または比較回路Ｘ１０の一方の出力がＬレベルに反転される。よって、ＮＡＮＤゲートＸ１３からはＨレベルの信号が出力され、ＮＯＲゲートＸ１５からは異常信号を示すＬレベル信号が前記制御部１８に向けて出力される。制御部１８は、前記異常信号を受け取ると、センサ部１０に故障が発生したこと認識することができるため、その後適切な処置、例えば誤った角度情報が回転角度検出センサから外部の機器に向けて出力されないようにすることが可能となる。
【００５３】
上記において、磁気抵抗効果素子Ｇ１とともに一方の回路を形成する磁気抵抗効果素子Ｇ６も同時に故障し、信号−ｓｉｎθに同じ大きさのオフセット電圧が−Ｖｏｆｆとして発生すると、前記加算回路Ｘ７の出力である加算信号Ｖｓ１は中点電圧Ｖｃｃ／２となり、正常な状態を示すためセンサ部１０の故障を発見することができなくなる。しかし、信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθに同じ大きさのオフセット電圧が互いに逆極性で発生する可能性はほとんどなく、またオフセット電圧が逆極性で発生した場合であっても、その大きさが異なる場合には、前記上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨと下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬとの間の幅（ウインドコンパレータの窓の大きさ）を絞っておくことにより、確実に故障を発見することが可能である。
【００５４】
また、第２のブリッジ回路Ｗｂ２に故障が発生した場合も同様である。
上記において、磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８のいずれか１つに経時変化に伴う故障または何らかの原因の故障が発生し、例えば直列に接続された一方の回路（磁気抵抗効果素子Ｇ１と磁気抵抗効果素子Ｇ４）のうち磁気抵抗効果素子Ｇ１の抵抗Ｒ１にのみ故障が発生すると、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４との分圧比に変化が生じるため、上記オフセット電圧の変化に加えて信号＋ｓｉｎθの振幅量にも変化が生じる。しかし、振幅量の変化は上記オフセット電圧の変化に比較して十分に小さく無視することが可能であるため、オフセット電圧の変化のみを監視すれば磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８の抵抗値の変化を検出することが可能である。
【００５５】
なお、オフセット電圧が変化せず、振幅量のみが変化するのは、上記の例でいえば抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４とが完全にトラッキングして変化する場合のみであるが、このような事態は故障モードとしては有り得ない。したがって、振幅量の変化のみを監視する必要性は極めて低い。
【００５６】
以上のように、上記故障検出回路では、ブリッジ回路の出力にオフセット電圧が重畳する故障が発生した場合、即座にその故障を検出して制御部に伝えることができるため、回転角度検出センサが誤った角度情報を出力するのを防止できる。
【００５７】
よって、例えば前記回転角度検出センサが電動パワーステアリング装置の操舵角の検出用として用いられる場合には、制御部からアシストモータに与えられるアシスト量が過大となってステアリングが勝手に回るような挙動の発生を防止できる。よって、車の安全性を高めることが可能となる。
【００５８】
図８は本発明の第２の実施の形態を示す故障検出回路の回路構成図である。
図８に示す回転角検出センサの回路構成は、前記図５の回路に比較して故障検出部２７の構成が異なっている。よって、以下には主として異なる部分である故障検出部について説明する。
【００５９】
この故障検出部２７では、バッファ部１１の各バッファ回路Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３およびＸ４の出力が加算手段２７Ａを構成する１つの加算回路Ｘ１６において加算されており、その加算回路Ｘ１６の出力が比較手段（ウインドコンパレータ）２７Ｃを構成する１組の比較回路Ｘ１７，Ｘ１８に入力され、さらに比較回路Ｘ１７，Ｘ１８の出力がＡＮＤゲートＸ１９を介して制御部１８に接続されている。なお、前記基準電圧発生手段２７Ｂは、上記同様に抵抗Ｒ２５，Ｒ２６，Ｒ２７およびＲ２８を直列接続した構成であり、Ｒ２５＝Ｒ２８およびＲ２６＝Ｒ２８の関係がある。そして、前記抵抗Ｒ２５と抵抗Ｒ２６の接続点ＴＨは上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨを設定し、前記抵抗Ｒ２７と抵抗Ｒ２８の接続点ＴＬは下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬを設定している。
【００６０】
前記加算回路Ｘ１６では、各信号＋ｓｉｎθ，−ｓｉｎθ，＋ｃｏｓθおよび−ｃｏｓθがまとめて加算されるが、正常な状態にある場合には信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθとが互いに相殺し合い、信号＋ｃｏｓθと信号−ｃｏｓθとが互いに相殺し合うため、加算回路Ｘ１６の加算信号Ｖｓは前記図６Ｂの場合同様に中点電圧Ｖｃｃ／２に設定される。よって、加算信号Ｖｓは比較回路Ｘ１７，Ｘ１８の上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨと下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬの間に位置するため、比較回路Ｘ１７，Ｘ１８の出力はともにＨレベルにあり、制御部１８には正常信号を示すＨレベルの信号が出力される。
【００６１】
よって、第１の実施に形態同様に、即座にブリッジ回路に発生した故障を検出して制御部に伝えることができるため、回転角度検出センサが誤った角度情報を出力するのを防止できる。
【００６２】
図９は本発明の第３の実施の形態を示す故障検出回路の回路構成図である。
第３の実施の形態を示す回転角検出センサの回路においても、前記第１の実施の形態と異なる部分は故障検出部３７の構成である。よって、以下には故障検出部３７を中心に説明する。
【００６３】
第３の実施の形態に示す故障検出部３７は、主として加算手段３７Ａ、基準電圧発生手段３７Ｂ、比較手段（ウインドコンパレータ）３７Ｃおよび差動手段３７Ｄから構成されている。
【００６４】
前記加算手段３７Ａ、基準電圧発生手段３７Ｂ、比較手段は、前記第１の実施の形態と同様である。ただし、前記加算手段３７Ａと比較手段３７Ｃとの間に差動手段３７Ｄを構成する差動回路Ｘ２１が設けられており、加算手段３７Ａを構成する加算回路Ｘ７と加算回路Ｘ８の出力とが抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４２を介して差動回路Ｘ２１の非反転入力端子と反転入力端子にそれぞれ入力されている。また前記基準電圧発生手段３７Ｂの一部を構成する抵抗Ｒ２６と抵抗Ｒ２７の接続点ＴＭと差動回路Ｘ２１の非反転入力端子とが抵抗Ｒ４３を介して接続されている。前記接続点ＴＭの電圧は、電源電圧Ｖｃｃが抵抗Ｒ２５ないしＲ２８によって半分に分圧された中点電圧Ｖｃｃ／２であり、この基準電圧発生手段３７Ｂで生成された中点電圧Ｖｃｃ／２が前記抵抗Ｒ４３を介して差動回路Ｘ２１の非反転入力端子に与えられている。
【００６５】
なお、比較手段３７Ｃを構成する比較回路Ｘ２２、Ｘ２３の出力はＮＡＮＤゲートＸ２４を介して制御部１８に接続されている。
【００６６】
前記加算回路Ｘ７では第１のブリッジ回路Ｗｂ１から出力される信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθとが加算されるため、信号＋ｓｉｎθと信号−ｓｉｎθとが理想的関係にある場合、すなわち振幅が等しく且つオフセット電圧による影響がない場合には、加算回路Ｘ７の加算信号Ｖｓ１（＝＋ｓｉｎθ＋（−ｓｉｎθ））は中点電圧Ｖｃｃ／２となる（Ｖｓ１＝Ｖｃｃ／２）。同様に、第２のブリッジ回路Ｗｂ２から出力される信号＋ｃｏｓθと信号−ｃｏｓθとが理想的関係にある場合には、前記加算回路Ｘ８の加算信号Ｖｓ２（＝＋ｃｏｓθ＋（−ｃｏｓθ））も中点電圧Ｖｃｃ／２となる（Ｖｓ２＝Ｖｃｃ／２）。そして、Ｖｓ１＝Ｖｓ２であるから差動回路Ｘ２１の出力である差信号は比較手段３７Ｃの基準である中点電圧Ｖｃｃ／２となり、上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨと下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬのちょうど中間の電圧レベルに位置するため、比較回路Ｘ２２，Ｘ２３の出力はともにＨレベルとなり、ＮＡＮＤゲートＸ２４から制御部１８へは正常な状態を示すＬレベル信号が出力される。
【００６７】
一方、上記信号＋ｓｉｎθ、−ｓｉｎθ、＋ｃｏｓθ、−ｃｏｓθのいずれか１以上にオフセット電圧の変化が発生すると、加算信号Ｖｓ１とＶｓ２とが一致しないため、差動回路Ｘ２１の出力は中点電圧Ｖｃｃ／２から外れるようになる。そして、差動回路Ｘ２１の出力が、上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨおよび／または下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬを超えると、前記ＮＡＮＤゲートＸ２４から制御部１８に向かって異常信号が送出される。
【００６８】
ところで、上記回転角検出センサでは、センサ部１０と故障検出回路側とが別プロセスで形成され、且つ別電源で駆動されるのが一般であるため、あるいは同一電源で駆動された場合であっても磁気抵抗効果素子Ｇ１ないしＧ８のインピーダンスのばらつき等があるため、センサ部１０の各端子Ｔ１ないしＴ８の平均の電位を故障検出回路側の中点電圧Ｖｃｃ／２に一致させるのが難しい。
【００６９】
このため、上記第１ないし第３の実施の形態においては、故障検出回路側の動作の基準となる電圧、すなわち比較手段３７Ｃの上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨおよび下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬの動作の基準となる中点電圧Ｖｃｃ／２と差動回路Ｘ２１の非反転入力端子に印加される中点電圧Ｖｃｃ／２とが異なると、各回路から出力される信号に大きな誤差が含まれ、前記比較手段３７Ｃにおける比較が正しく行われず、故障検出回路の精度が低下しやすくなる。
【００７０】
しかし、第３の実施の形態に示す故障検出回路では、前記基準電圧発生手段３７Ｂで生成された中点電圧Ｖｃｃ／２を差動回路Ｘ２１の非反転入力端子に与えることにより、差動回路Ｘ２１の動作の基準を前記基準電圧発生手段３７Ｂで生成される中点電圧Ｖｃｃ／２に設定している。
【００７１】
しかも基準電圧発生手段３７Ｂで生成される上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨおよび下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬが比較回路Ｘ２２，Ｘ２３の非反転入力端子に与えられており、前記上限側の閾値電圧Ｖ_ＴＨと下限側の閾値電圧Ｖ_ＴＬの基準となる電圧を前記中点電圧Ｖｃｃ／２と等しくなるように設定している。
【００７２】
すなわち、差動回路Ｘ２１の動作の基準電圧と比較手段３７Ｃの動作の基準電圧とを同じ電源（基準電圧発生手段３７Ｂ）で生成された中点電圧Ｖｃｃ／２で駆動することができるため、前記比較手段３７Ｃにおける比較を正しく行うことができるようになり、故障検出回路の精度を向上させることが可能となる。
【００７３】
また上記同様に、基準電圧発生手段３７Ｂの抵抗Ｒ２６と抵抗Ｒ２７との接続点ＴＭで生成される電圧を前記加算回路Ｘ７，Ｘ８の非反転入力端子に中点電圧Ｖｃｃ／２として印加したものが好ましい。この場合、前記加算回路Ｘ７，Ｘ８についても前記差動回路Ｘ２１および比較手段３７Ｃと同じ中点電圧Ｖｃｃ／２を基準として動作するようになるため、さらに故障検出回路の精度を高めることが可能となる。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、電源電圧＋Ｖｃｃを用いた片電源方式であるため、各回路の動作の基準電圧を中点電圧Ｖｃｃ／２とした構成を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、正負両電源方式の場合には動作の基準電圧を０［ｖ］としたものであってもよい。あるいはその他の任意の電圧を動作の基準電圧とした構成であってもよい。
【００７５】
またセンサ部としては、磁気抵抗効果素子を用いてブリッジ回路を組んだ構成を示したが、本発明は磁気抵抗効果素子を用いたものに限られるものではなく、例えば磁気インピーダンス素子を用いたものであってもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明では、回転角検出センサから誤った角度情報が出力されるのを防止することが可能な故障検出回路を提供できる。
また故障検出回路の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転角検出センサの内部構造を示す断面図、
【図２】回転角検出センサの内部構造を示し、図示１のＡ−Ａ線の断面からみた平面図、
【図３】回転角検出センサの構成を示すブロック図、
【図４】センサ部として磁気抵抗効果膜を用いたブリッジ回路を示す接続図、
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す故障検出回路の回路構成図、
【図６】Ａは正常な動作状態における回転角度とセンサ部の出力との関係、Ｂは同じく回転角度と加算回路の出力との関係を示す図、
【図７】Ａはオフセット電圧が発生した状態における回転角度とセンサ部の出力との関係、Ｂは同じく回転角度と加算回路の出力との関係を示す図、
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す故障検出回路の回路構成図、
【図９】本発明の第３の実施の形態を示す故障検出回路の回路構成図、
【符号の説明】
１回転角度センサ
１０センサ部
１１バッファ部
１２差動増幅部
１３Ａ／Ｄ変換部
１７，２７，３７故障検出部
１７Ａ，２７Ａ，３７Ａ加算手段
１７Ｂ，２７Ｂ，３７Ｂ基準電圧発生手段
１７Ｃ，２７Ｃ，３７Ｃ比較手段（ウインドコンパレータ）
３７Ｄ差動手段
１８制御部
Ｇ１〜Ｇ８磁気抵抗効果素子
Ｒ１〜Ｒ８磁気抵抗効果素子の抵抗
Ｖ_ＴＨ比較手段の上限側の閾値電圧
Ｖ_ＴＬ比較手段の下限側の閾値電圧
Ｖｃｃ電源電圧
Ｖｃｃ／２中点電圧
Ｗｂ１第１のホイートストーンブリッジ回路（ブリッジ回路）
Ｗｂ２第２のホイートストーンブリッジ回路（ブリッジ回路）

Claims

外部の環境の変化に応じてインピーダンスが変化する素子を用いて形成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を形成する一方の回路の中点から出力される信号と他方の回路の中点から出力される信号とを取り出して前記信号が所定の範囲を越えた場合に異常信号を出力する故障検出部と、を有する故障検出回路において、
前記故障検出部が、前記一方の回路の中点から出力される信号と前記他方の回路の中点から出力される信号とを加算する加算手段と、所定の基準電圧を生成する基準電圧発生手段と、前記加算後の信号と前記基準電圧とを比較してその結果に基づいて前記異常信号を出力する比較手段と、を備えていることを特徴とする故障検出回路。
前記ブリッジ回路手段の前記一方の回路の中点から出力される信号と前記他方の回路の中点から出力される信号とが、１８０度位相の異なる正弦波信号または余弦波信号である請求項１記載の故障検出手段。
前記ブリッジ回路手段が、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とを有しており、前記第１のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号が正弦波であるときに、
前記第２のブリッジ回路の一方の回路の中点から出力される信号と他方の回路の中点から出力される信号が、前記正弦波信号に対して９０度進み位相となる信号と９０度遅れ位相となる信号である請求項１記載の故障検出回路。
前記比較手段が、前記基準電圧よりも下限側に設定された下限側の閾値電圧と上限側に設定された上限側の閾値電圧を有している請求項１ないし３記載の故障検出回路。
前記加算手段は、前記第１のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号＋ｓｉｎθと前記他方の回路の中点から出力される信号−ｓｉｎθとを加算する第１の加算回路と、前記第２のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号−ｃｏｓθと前記他方の回路の中点から出力され信号＋ｃｏｓθとを加算する第２の加算回路とを有しており、
前記比較手段は、前記第１の加算回路の出力または第２の加算回路の出力が、前記上限側の閾値電圧および／または前記下限側の閾値電圧を越えたときに前記異常信号を出力するものである請求項１ないし４記載の故障検出回路。
前記加算手段は、前記第１のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号＋ｓｉｎθと、前記他方の回路の中点から出力される信号−ｓｉｎθと、前記第２のブリッジ回路の前記一方の回路の中点から出力される信号−ｃｏｓθと、前記他方の回路の中点から出力される信号＋ｃｏｓθとを加算するものであり、
前記比較手段が、前記加算後の信号が前記上限側の閾値電圧および／または上限側の閾値電圧を越えたときに前記異常信号を出力するものである請求項１ないし４記載の故障検出回路。
前記故障検出部には、前記第１の加算回路の出力と第２の加算回路の出力との間の差信号を出力する差動回路が設けられており、
前記比較手段は、前記差信号が上限側の閾値電圧および／または前記下限側の閾値電圧を越えたときに前記異常信号を出力するものである請求項５記載の故障検出回路。
前記差動回路が、前記基準電圧発生手段において生成された中点電圧を基準として駆動させられる請求項１ないし７のいずれか記載の故障検出回路。
前記インピーダンス変換素子が、磁気抵抗効果膜で形成されている請求項１記載の故障検出回路。