JP2006105932A - ブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置およびその故障判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ブリッジ回路を有するセンサの動作中における故障判定を行う。
【解決手段】ＯＰアンプ３０および３２は、磁気センサ１４の第１のブリッジ回路の対向する２つの出力端子の電圧を定電圧に対してそれぞれ非飽和増幅し、出力し、ＯＰアンプ３４および３６は、磁気センサ１４の第２のブリッジ回路の対向する２つの出力端子の電圧を定電圧に対してそれぞれ非飽和増幅し、出力する。これらのＯＰアンプは、磁気センサ１４の入力電源電圧および接地電圧が入力されると出力が飽和出力電圧となるように、その増幅率および出力基準電圧が、それぞれ設定される。故障判定部２０は、これらの出力電圧が、飽和出力電圧である場合、ブリッジ回路の対向する２つの出力端子に対応するＯＰアンプの出力電圧の平均が所定の電圧でない場合に、磁気センサ１４が故障であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブリッジ状に接続された４つの抵抗により構成されたブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置、その故障判定方法、およびこの故障判定装置を備えたセンサ装置、特にブリッジ回路の接続点間およびこれらの接続点に接続された端子間の短絡および開放故障を判断する故障判定装置、その故障判定方法、およびこの故障判定装置を備えたセンサ装置に関する。

ブリッジ回路（ホイートストーンブリッジ）は、抵抗値の微少な変化を検出するための回路として広く用いられている。特に、様々な物理的作用により引き起こされた抵抗値の微少な変化を電気信号に変換して検出するセンサに利用されている。抵抗値が、物理的作用により変化する素子として例えば、磁束の向きにより抵抗値が変化する磁気抵抗（Ｍａｇｎｅｔｅｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子がある。このような磁気抵抗素子の磁束の向きの変化による電気抵抗の変化は小さい。そこで、４つの磁気抵抗素子によりブリッジ回路を構成し、対向する一の端子対間に電圧を印加して、その抵抗値変化に比例した電圧を対向する他の端子対から取り出すことができる磁気センサが知られている。

図２は、ブリッジ状に接続された４つの磁気抵抗素子から構成され、この４つの磁気抵抗素子の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とするブリッジ回路を含み、このブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し、出力端子間に検出信号を出力する磁気センサ１０４を用いた従来の角度センサ装置１００の構成の一例を示す図である。角度センサ装置１００は、磁石１０２の磁極の向きの変化に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子１２０，１２２，１２４，および１２６によりブリッジ回路を構成する磁気センサ１０４を備え、この磁気センサ１０４は、回転体に配置された磁石１０２の近傍に配置されて、磁石１０２の磁極の向きを検知する。

磁気センサ１０４のブリッジ回路の入力端子には、電源１０６が接続され、センサ電源電圧が印加される。出力端子は、ＯＰアンプ１０８の入力端子にそれぞれ接続される。電源１０６の電圧をＶadd、磁石が無い場合の磁気抵抗素子の基準抵抗値をＲ、磁石１０２の磁極の向きがある角度α１のとき、磁気抵抗素子１２０および磁気抵抗素子１２４の抵抗がそれぞれＲ＋ΔＲ、磁気抵抗素子１２２および磁気抵抗素子１２６の抵抗がそれぞれＲ−ΔＲとすると、一般にＲ＞＞ΔＲが成り立つ。したがって、ＯＰアンプ１０８には、（ΔＲ／Ｒ）×Ｖaddで表される抵抗値の変化分ΔＲに比例した電圧Ｖbridgeが入力され、ＯＰアンプ１０８は、この入力電圧Ｖbridgeを増幅して出力する。

このＯＰアンプ１０８の出力電圧は、磁気センサ１０４に対する、回転体に固定された磁石１０２の磁極の向きの回転に応じてサイン波的に変化するので、この出力電圧に基づいて回転体の角度を検知することができる。

また、温度変化が大きい、または電気的ノイズが大きいような環境下で用いる磁気センサとして、図３に示すように、２つのブリッジ回路１３０，１３２を互いに４５度傾けて配置させた構成の磁気センサ１２８が知られている。この磁気センサ１２８は、それぞれのブリッジ回路の出力端子から位相が互いに９０度ずれたサイン波とコサイン波をそれぞれ出力する。このサイン波をコサイン波で割り、タンジェント波を求め、このタンジェント波から磁気センサ１２８に対する磁石１０２の磁極の向きを導出することにより、ブリッジ回路の出力電圧であるサイン波とコサイン波とに含まれる温度変化やノイズ等の成分をキャンセルすることができる。

このようなセンサを用いたセンサ装置が出力するセンサ信号には、高い信頼性が求められる。例えば、自動車の横滑り防止装置は、ステアリングの舵角を検知するステアリング舵角センサ装置が出力するステアリング舵角信号に応じて、ブレーキやエンジン出力等を制御し、自動車の横滑りを抑える。このようにセンサ装置のセンサ信号に基づいて走行制御などを行う場合には、そのセンサ信号には、特に高い信頼性が必要とされる。センサ信号の信頼性を高めるために、センサ装置は、故障判定装置を備え、この故障判定装置は、センサの故障判定を行いセンサが故障である場合には、センサ信号の出力を停止させる。このように、センサ装置は、センサの故障を判定し、センサが故障している場合には、センサ信号を停止させ、誤ったセンサ信号が出力されないようにしている。

しかしながら、図２に示すセンサ装置１００においては、磁気センサ１０４のブリッジ回路の出力端子対の差電圧をＯＰアンプ１０８に入力しているため、例えば、磁気センサ１０４のいずれかの端子が開放（オープン）、もしくはこれらの端子が互いに短絡（ショート）した場合でも、磁気センサ１０４の出力端子間電圧は正常動作時の正常振幅範囲の電圧となる。したがって、故障判定装置は、磁気センサ１０４の出力電圧である、ブリッジ回路の出力端子間電圧から故障判定することができなかった。

そこで、センサ装置は、ブリッジ回路を有するセンサを２つ備え、故障判定装置は２つのセンサの出力電圧を互いに比較することによりセンサの故障判定を行い、センサ装置がセンサの故障による誤ったセンサ信号を出力しないようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

また、ブリッジ回路の故障判定を行う方法として、ブリッジ回路を構成する素子を所定の測定動作条件となるように故障判定動作させてブリッジ回路の端子電位をモニタする方法があった（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１９４５９８号公報 特開平１０−２０００１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のセンサ装置はブリッジ回路を備えたセンサと増幅回路をそれぞれ２つ備える必要があるため、部品点数が多く、コストダウン、センサ装置の小型・軽量化の障害となっていた。また、特許文献２に記載の故障判定方法は、装置本来の動作を停止させて、故障判定のための動作を行わなければならないため、センサ動作中の故障判定を行うことはできないという問題があった。

そこで本発明は、複数のセンサの出力電圧の比較によらず、動作中に故障判定を行うことができるブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置、その故障判定方法、およびこの故障判定装置を備えたセンサ装置を提供する。

本発明のブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置は、ブリッジ状に接続された４つの抵抗から構成され、４つの抵抗の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とする第１および第２のブリッジ回路を含み、第１および第２のブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し第１および第２のブリッジ回路の出力端子間に検出信号を出力するセンサにおける故障を判定するセンサの故障判定装置であって、前記第１のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第１の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第１の増幅回路と、前記第１のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第２の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第２の増幅回路と、前記第２のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第３の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第３の増幅回路と、前記第２のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第４の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第４の増幅回路と、前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧に基づいて前記センサの故障を判定し、この判定結果に応じた故障判定信号を出力する故障判定部と、を備え、前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路は、前記ブリッジ回路の出力端子の電圧が入力される端子に、前記ブリッジ回路の入力端子に印加される前記センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、その増幅特性が、それぞれ設定され、前記故障判定部は、（ａ）前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力のいずれか１つが飽和出力電圧である場合、（ｂ）前記第１の増幅回路の出力電圧と第２の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、および（ｃ）前記第３の増幅回路の出力電圧と第４の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、に前記センサの故障と判定する。

また、本発明のセンサ装置は、ブリッジ状に接続された４つの抵抗から構成され、４つの抵抗の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とする第１および第２のブリッジ回路を含み、第１および第２のブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し第１および第２のブリッジ回路の出力端子間に検出信号を出力するセンサと、前記第１のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第１の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第１の増幅回路と、前記第１のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第２の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第２の増幅回路と、前記第２のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第３の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第３の増幅回路と、前記第２のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第４の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第４の増幅回路と、前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧に基づいて前記センサの故障を判定し、この判定結果に応じた故障判定信号を出力する故障判定部と、前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧をそれぞれ取得し、前記第１の増幅回路の出力電圧と第２の増幅回路の出力電圧との差電圧、および前記第３の増幅回路の出力電圧と第４の増幅回路の出力電圧との差電圧に基づいて前記センサに加わる物理的作用に応じた検知情報を演算し、この検知情報に応じたセンサ信号を出力するセンサ信号処理回路と、を備え、前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路は、前記ブリッジ回路の出力端子の電圧が入力される端子に、前記ブリッジ回路の入力端子に印加される前記センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、その増幅率特性が、それぞれ設定され、前記故障判定部は、（ａ）前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧のいずれか１つが飽和出力電圧である場合、（ｂ）前記第１の増幅回路の出力電圧と第２の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、および（ｃ）前記第３の増幅回路の出力電圧と第４の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、に前記センサの故障と判定し、前記センサ信号処理回路は、前記故障判定信号を取得し、この故障判定信号が前記センサの故障に応じた信号であった場合、前記センサ信号の出力を停止することを特徴とするセンサ装置。

また、本発明の他の態様によれば、前記センサにおいて、前記抵抗はその抵抗値が外部から加えられる磁束の向きにより変化する磁気抵抗素子であって、このセンサは、ステアリング軸に固定された磁石の近傍に配置され、前記センサ信号処理回路における前記検知情報は、ステアリングの蛇角である。

また、本発明の自動車は、前記センサ装置を搭載する。

また、本発明のブリッジ回路を有するセンサの故障判定方法は、ブリッジ状に接続された４つの抵抗から構成され、４つの抵抗の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とする第１および第２のブリッジ回路を含み、第１および第２のブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し第１および第２のブリッジ回路の出力端子間に検出信号を出力するセンサにおける故障を判定するセンサの故障判定方法であって、前記第１のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第１の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第１の増幅ステップと、前記第１のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第２の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第２の増幅ステップと、前記第２のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第３の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第３の増幅ステップと、前記第２のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第４の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第４の増幅ステップと、前記第１、第２、第３、および第４の増幅ステップにおいて、前記ブリッジ回路の出力端子の電圧が入力される端子に、前記ブリッジ回路の入力端子に印加される前記センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、その増幅率特性を、それぞれ設定する設定ステップと、前記第１、第２、第３、および第４の増幅ステップにおいて出力された出力電圧に基づいて前記センサの故障を判定する故障判定ステップと、前記故障判定結果に応じた故障判定信号を出力する故障判定信号出力ステップと、を含み、前記故障判定ステップは、（ａ）前記第１、第２、第３、および第４の増幅ステップにおいて出力された出力電圧のいずれか１つが飽和出力電圧である場合、（ｂ）前記第１の増幅ステップにおいて出力した出力電圧と第２の増幅ステップにおいて出力した出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、および（ｃ）前記第３のの増幅ステップにおいて出力した出力電圧と第４の増幅の増幅ステップにおいて出力した出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、に前記センサの故障と判定する。

本発明のブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置によれば、ブリッジ回路を有するセンサ１つで動作中に故障判断ができるので、ブリッジ回路を有するセンサを用いたセンサ装置を低コスト化、小型化、軽量化することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置１０を備えるセンサ装置１２の構成を示す図である。センサ装置１２は、２つのブリッジ回路を有しそのブリッジ回路に加えられた物理的作用を電気信号に変換し、その検出信号を出力端子間に出力するセンサ１４と、センサ１４の出力端子電圧に基づいて、センサ１４における端子の短絡および開放故障を判定する故障判定装置１０と、センサ１４の出力端子電圧に基づいて、センサ１４に加わる物理作用に応じたセンサ信号を出力するセンサ信号処理回路１８と、を備える。

センサ１４は、それぞれブリッジ状に接続された４つの磁気抵抗素子から構成されるブリッジ回路Ａとブリッジ回路Ｂとを備えている。このブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂは、それぞれのブリッジ回路の接続点に電気的に接続された端子１から端子８を備えている。センサ１４のブリッジ回路Ａとブリッジ回路Ｂとは、それぞれ４つの磁気抵抗素子で決められる平面がほぼ平行であって、かつ一方のブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子の向きが、他方のブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子に対してそれぞれ約４５度傾けて配置されている。センサ１４は、ブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂのそれぞれの４つの磁気抵抗素子で決められる平面が、回転機構に固定された磁石の磁極の向きと平行となるように配置される。ブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂを構成する磁気抵抗素子はそれぞれ同一の特性を持つように均一に作製されている。

ブリッジ回路Ａにおける２組の対向する２つの端子対のうち、端子７と端子３とに接続する端子対は、それぞれ接地電位（０Ｖ）と、第１のセンサ電源電圧である電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１（抵抗値：ｒ１）、Ｒ２（抵抗値：ｒ２）およびＲ３（抵抗値：ｒ３）によって分圧した第２のセンサ電源電圧Ｖｃｃ１（Ｖｃｃ１＝Ｖｃｃ×（（ｒ２＋ｒ３）／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３））に電気的に接続される。また、ブリッジ回路Ｂにおける２組の対向する２つの端子対のうち、端子８と端子４とに接続する端子対は、それぞれ接地電位と、第１のセンサ電源電圧Ｖｃｃに電気的に接続される。このようにブリッジ回路Ａの２組の対向する２つの端子対に印加されるセンサ電源電圧は、ブリッジ回路Ｂの２組の対向する２つの端子対に印加される電圧に対して、ΔＶｃｃ＝Ｖｃｃ×（ｒ１／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３））だけオフセットされている。

このブリッジ回路の配置および電圧印加により、センサ１４のブリッジ回路Ａの出力端子である端子６電圧と端子２電圧との差電圧、およびブリッジ回路Ｂの出力端子である端子５電圧と端子１電圧との差電圧が、それぞれ回転体の回転角度の変化に応じてサイン波およびコサイン波の変化をする。センサ信号処理回路１８において、これらの差電圧に基づいた電圧信号を信号処理することにより、回転体の回転角度を求めることができる。

故障判定装置１０は、ブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂの出力端子電圧をそれぞれ定電圧に対して増幅して出力する増幅手段１６と、その増幅手段１６の出力電圧に基づいてブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂにおける端子の短絡および開放故障を判定する故障判定部２０と、を備える。増幅手段１６は、ブリッジ回路Ａの出力端子である端子６の電圧と端子２の電圧、およびブリッジ回路Ｂの出力端子である端子５の電圧と端子１の電圧が、それぞれ入力端子の一端に入力され、他端にそれぞれ定電圧が入力された４つのＯＰアンプ３０，３２，３４，および３６によって構成される。

ＯＰアンプ３０の反転入力端子には、ブリッジ回路Ａの端子６が入力抵抗Ｒ４０を介して電気的に接続され、非反転入力端子には、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３によって分圧した第２のセンサ電源電圧Ｖｒｅｆ１（＝Ｖｃｃ×（ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３））が、抵抗Ｒ６０を介して電気的に接続される。また、ＯＰアンプ３０の非反転点入力端子は、抵抗Ｒ７０を介して接地され、出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗Ｒ５０が接続される。ここで、抵抗Ｒ４０（抵抗値：ｒ４０）、抵抗Ｒ５０（抵抗値：ｒ５０）、抵抗Ｒ６０（抵抗値：ｒ６０）、および抵抗Ｒ７０（抵抗値：ｒ７０）は、ｒ４０＝ｒ６０、およびｒ５０＝ｒ７０と設定され、これらの抵抗とＯＰアンプ３０とで、差動増幅回路を構成する。したがって、ＯＰアンプ３０は、ブリッジ回路Ａの端子６の電圧とＶｒｅｆ１との差電圧を、ｒ４０とｒ５０とで決められる増幅率（ｒ５０／ｒ４０）で増幅して、出力する。

同様に、ＯＰアンプ３２の反転入力端子には、ブリッジ回路Ａの端子２が入力抵抗Ｒ４２（抵抗値：ｒ４２）を介して電気的に接続され、非反転入力端子には、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３によって分圧したセンサ電源電圧Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ１＝Ｖｃｃ×（ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３））が、抵抗Ｒ６２（抵抗値：ｒ６２）を介して電気的に接続される。また、非反転点入力端子は、抵抗Ｒ７２（抵抗値：ｒ７２）を介して接地されて、出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗Ｒ５２（抵抗値：ｒ５２）が接続される。ここで、ｒ４２＝ｒ６２、およびｒ５２＝ｒ７２設定され、これらの抵抗とＯＰアンプ３２とで、差動増幅回路を構成する。したがって、ＯＰアンプ３２は、ブリッジ回路Ａの端子２の電圧とＶｒｅｆ１との差電圧を、ｒ４２とｒ５２とで決められる増幅率（ｒ５２／ｒ４２）で増幅し、出力する。

同様に、ＯＰアンプ３４の反転入力端子には、ブリッジ回路Ｂの端子５が入力抵抗Ｒ４４（抵抗値：ｒ４４）を介して電気的に接続され、非反転入力端子には、第１のセンサ電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ４、およびＲ５によって分圧した第２のセンサ電源電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ２＝Ｖｃｃ×（ｒ４／ｒ５）が、抵抗Ｒ６４（抵抗値：ｒ６４）を介して電気的に接続される。また、非反転点入力端子は、抵抗Ｒ７４（抵抗値：ｒ７４）を介して接地されて、出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗Ｒ５４（抵抗値：ｒ５４）が接続されている。ここで、ｒ４４＝ｒ６４、およびｒ５４＝ｒ７４と設定され、これらの抵抗とＯＰアンプ３４とで、差動増幅回路を構成する。したがって、ＯＰアンプ３４は、ブリッジ回路Ｂの端子５の電圧とＶｒｅｆ２との差電圧を、入力抵抗Ｒ４４と帰還抵抗Ｒ５４とで決められる増幅率（ｒ５４／ｒ４４）で増幅し、出力する。

同様に、ＯＰアンプ３６の反転入力端子には、ブリッジ回路Ｂの端子１が入力抵抗Ｒ４６（抵抗値：ｒ４６）を介して電気的に接続され、非反転入力端子には、第１のセンサ電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ４、およびＲ５によって分圧した第２のセンサ電源電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ２＝Ｖｃｃ×（ｒ４／ｒ５）が、抵抗Ｒ６６（抵抗値：ｒ６６）を介して電気的に接続される。また、非反転点入力端子は、抵抗Ｒ７６（抵抗値：ｒ７６）を介して接地されて、出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗Ｒ５２が接続される。ここで、ｒ４６＝ｒ６６およびｒ５６＝ｒ７６と設定され、これらの抵抗とＯＰアンプ３６とで、差動増幅回路を構成する。ＯＰアンプ３６は、ブリッジ回路Ａの端子２の電圧とＶｒｅｆ２との差電圧を、入力抵抗Ｒ４６と帰還抵抗Ｒ５６とで決められる増幅率（ｒ５６／ｒ４６）で増幅し、出力する。

センサ１４が正常接続時にＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の出力電圧が飽和せず、非飽和増幅するように、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の最大出力電圧定格等に応じて、これらの入力抵抗ならびに帰還抵抗、センサ１４を構成する磁気抵抗素子の抵抗値変化量、電源電圧が設定される。

例えば、ＯＰアンプ３６を含む差動増幅回路において、分圧抵抗Ｒ４およびＲ５、入力抵抗Ｒ４６、ならびに帰還抵抗Ｒ５６は、センサ１４の端子が正常接続している場合の端子１の電圧をＶ₁、ＯＰアンプ３６の定格最大出力電圧（上限飽和電圧）をＶmax、ＯＰアンプ３６の定格最小出力電圧（下限飽和電圧）をＶminとすると、ＯＰアンプ３６の電圧増幅率は、ｒ４６＝ｒ６６およびｒ５６＝ｒ７６の場合、ｒ５６／ｒ４６であるから、
Ｖmin＜（ｒ５６／ｒ４６）×（ｒ５×Ｖｃｃ／（ｒ４＋ｒ５）−Ｖ₁）＜Ｖmax
となるように決められる。以下、このように各ＯＰアンプにおいて、上限飽和電圧もしくは下限飽和電圧に飽和した出力電圧を飽和出力電圧といい、出力電圧が飽和せず、入力電圧に比例した出力電圧を非飽和出力という。

さらに、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の、センサ１４の出力端子からの電圧を取得する反転入力端子に、センサ電源電圧が入力されると、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６出力がそれぞれ飽和出力電圧となるように、これらの入力抵抗ならびに帰還抵抗、およびセンサ電源電圧が設定される。

例えば、ＯＰアンプ３６を含む差動増幅回路において、
（ｒ５６／ｒ４６）×（ｒ５×Ｖｃｃ／（ｒ４＋ｒ５）−Ｖｃｃ）≦Ｖmin
、かつ、（ｒ５６／ｒ４６）×（ｒ５×Ｖｃｃ／（ｒ４＋ｒ５）−０）≧Ｖmax
となるように決められる。

ここで、センサ信号処理回路１８における信号処理を簡便にするために、各ＯＰアンプの入力抵抗Ｒ４０，Ｒ４２，Ｒ４４，およびＲ４６をそれぞれ同一の抵抗値とし、かつ、帰還抵抗Ｒ５０，Ｒ５２，Ｒ５４，およびＲ５６をそれぞれ同一の抵抗値とすることが好ましい。このように入力抵抗値および帰還抵抗値を設定することにより、ＯＰアンプ３０，３２，３４，および３６の増幅率をそれぞれ同一とさせることができる。このようにＯＰアンプ３０，３２，３４，および３６の増幅率が同一であれば、センサ信号処理回路１８に入力されるＯＰアンプ３０，３２，３４，および３６の出力信号の振幅が揃い、各ＯＰアンプ間の振幅の調整をすることなく、回転体の回転角度を導出する演算をすることができる。

以下、図１に示す本発明の実施形態に係るブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置１０を備えるセンサ装置１２において、以上説明した抵抗の抵抗値の具体例として、ｒ１＝３．２ｋΩ、ｒ２＝６．７５ｋΩ、ｒ３＝６．０５ｋΩ、ｒ４＝１０ｋΩ、ｒ５＝９．５ｋΩ、ｒ４０＝ｒ４２＝ｒ４４＝ｒ４６＝ｒ６０＝ｒ６２＝ｒ６４＝ｒ６６＝ｒ７０＝ｒ７２＝ｒ７４＝ｒ７６＝１ｋΩ、ｒ５０＝ｒ５２＝ｒ５４＝ｒ５６＝ｒ７０＝ｒ７２＝ｒ７４＝ｒ７６＝３０ｋΩとした場合を例に説明する。

この抵抗値の設定例において、第１のセンサ電源電圧（電源電圧）Ｖｃｃ＝５Ｖとすると、センサ１４のブリッジ回路Ａの入力端子３および７にはそれぞれ第２の定電圧４Ｖおよび０Ｖが入力され、ブリッジ回路Ｂの入力端子４および８にはそれぞれ第１の定電圧５Ｖおよび０Ｖが入力される。この場合、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の増幅率は３０倍となる。また、この場合、ＯＰアンプ３０およびＯＰアンプ３２の非反転入力端子にはそれぞれ約１．８９Ｖが入力され、ＯＰアンプ３４およびＯＰアンプ３６の非反転入力端子にはそれぞれ約２．４４Ｖが入力される。

また、各ＯＰアンプの電源電圧を５Ｖおよび０Ｖとすると、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の出力電圧範囲は、一般に電源電圧の範囲（５Ｖ〜０Ｖ）から所定の電圧以下の範囲である。この出力電圧範囲の最大値／最小値を、上限飽和電圧（Ｖmax）／下限飽和電圧（Ｖmin）という。以下、Ｖmax＝５Ｖ、Ｖmin＝０Ｖである場合を例に説明する。各オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子との間の差電圧が、上限飽和電圧（Ｖmax＝５Ｖ）をオペアンプの増幅率（３０倍）で割った電圧（約０．１６Ｖ）より大きい場合には、各オペアンプの出力電圧は入力電圧に比例せず、上限飽和電圧に飽和する。同様に、オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子との間の差電圧が、下限飽和電圧（Ｖmin＝０Ｖ）をオペアンプの増幅率（３０倍）で割った電圧（０Ｖ）より小さい場合には、オペアンプの出力電圧は入力電圧に比例せず、下限飽和電圧（Ｖmin＝０Ｖ）に飽和する。

本発明の実施形態に係るブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置１０を備えるセンサ装置１２において、磁石が固定された回転機構の回転に応じて、センサ１４の磁気抵抗素子の抵抗値が変化して、センサ１４の出力端子の電圧が変化し、この出力端子に接続されたＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ、ＯＰアンプ３４およびＯＰアンプ３６の出力電圧が変化する。

図４に、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ、ＯＰアンプ３４およびＯＰアンプ３６の出力電圧（以下、それぞれｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６と書く）の、回転機構のセンサ１４に対する相対角度α依存性を示す。ここでは、磁気抵抗素子の回転機構に固定された磁石の磁極の向きの変化に応じた抵抗値変化量を２％とした例について示している。各ＯＰアンプの出力電圧は、角度αに対して１８０度周期で変化する。センサ１４のブリッジ回路は、４つの磁気抵抗素子がそれぞれ９０度の角度を成して配置されて構成されているから、例えば、ブリッジ回路Ａの出力端子６および２の電圧の増幅電圧であるｏｐ３０とｏｐ３２は、位相が反転した関係となる。同様に、ブリッジ回路Ｂの出力端子５および１の電圧の増幅電圧であるｏｐ３４とｏｐ３６は、位相が反転した関係となる。また、ブリッジ回路Ｂは、４つの構成磁気抵抗素子が、ブリッジ回路Ａの４つの磁気抵抗素子により決められる平面上に、ブリッジ回路Ａの４つの構成磁気抵抗素子に対してそれぞれ４５度づつ回転した向きに配置されているから、ｏｐ３０とｏｐ３４、およびｏｐ３２とｏｐ３６とは、位相が１／４周期シフトした関係となる。

図４に示すように、ｏｐ３０とｏｐ３２は、磁石が固定された回転機構と磁気センサ１４とのなす角度αに応じて、約３．２９〜４．４５（Ｖ）の範囲の電圧となり、ｏｐ３４とｏｐ３６は、回転機構の回転角度に応じて、約１．９２〜３．４０（Ｖ）の範囲の電圧となる。各オペアンプにおけるこれらの範囲を正常電圧範囲といい、この範囲の電圧はオペアンプが飽和していない非飽和出力電圧である。

また、ｏｐ３０とｏｐ３２は、互いに位相が反転した関係であるから、図５に示すように、ｏｐ３０とｏｐ３２との平均電圧（（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２）は、角度αに依らず、常にｏｐ３０およびｏｐ３２の正常電圧範囲の中間電圧値（約３．８７Ｖ）となる。同様に、ｏｐ３４とｏｐ３６は、互いに位相がシフト反転した関係であるから、ｏｐ３４とｏｐ３６との平均電圧（（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２）は、角度αに依らず、常にｏｐ３４およびｏｐ３６の正常電圧範囲の中間電圧値（約２．６６Ｖ）となる。

センサ信号処理回路１８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（書込み読出し専用メモリ）、記憶手段を構成するＲＯＭ（読出し専用メモリ）及び入出力インターフェイス等を備えたマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を中心として構成される。このセンサ信号処理回路１８は、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ、ＯＰアンプ３４およびＯＰアンプ３６の出力端子にそれぞれ電気的に接続されてｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６を取得する。センサ信号処理回路１８は、Ａ／Ｄ変換手段を備え、取得した電圧をＡ／Ｄ変換し、このデジタル化した各電圧値に基づき角度αを求める演算を行う。さらに、センサ信号処理回路１８は、導出された角度αに応じたセンサ信号である角度信号を出力する。

センサ信号処理回路１８は、まず、ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６に基づいて、ｏｐ３０−ｏｐ３２、およびｏｐ３４−ｏｐ３６をそれぞれ演算する。本実施形態のようにブリッジ回路Ａの入力端子に印加される第１のセンサ電源電圧が、ブリッジ回路Ｂの入力端子に印加される第２のセンサ電源電圧に対して、オフセットされている場合には、センサ信号処理回路１８は、このセンサ電源電圧オフセットによるｓｉｎ２α信号とｃｏｓ２α信号との振幅を揃えるために、回路の抵抗値等により予め確定されているオフセット電圧に基づいて、ｓｉｎ２α依存性の信号とｃｏｓ２α信号との振幅を揃える演算を行う。この演算結果に基づいて、ＣおよびＤを定数とすると、Ｃ（ｏｐ３０−ｏｐ３２）＝ｓｉｎ２α、Ｄ（ｏｐ３４−ｏｐ３６）＝ｃｏｓ２αとなる。したがって、α＝１／２（ａｒｃｔａｎ（ｏｐ３０−ｏｐ３２）／（ｏｐ３４−ｏｐ３６））となり、磁気センサ１４の所定の基準方向と磁石の磁束の向きとの角度αを求めることができる。

センサ信号処理回路１８は、このｔａｎ２α信号に基づいて角度αを導出する。ｔａｎ２αは１８０度周期の関数であるので、角度αは、１８０度の範囲で一意に決定することができる。１８０度を超えた範囲は、例えば、センサ信号処理回路１８が、ｓｉｎ２α信号のゼロクロス信号を検知することにより、このゼロクロス信号に基づいて所定の基準角度α０から何周期回転したかを導出し、その周期数と角度αとから、基準角度α０からの回転角を導出することができる。このゼロクロス信号の検知は周知の方法により行うことができる。

故障判定部２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（書込み読出し専用メモリ）、記憶手段を構成するＲＯＭ（読出し専用メモリ）及び入出力インターフェイス等を備えたマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を中心として構成されている。この故障判定部２０は、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４およびＯＰアンプ３６の出力端子にそれぞれ電気的に接続されてｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６を取得し、これらの取得した電圧に基づいて、センサ１４端子の短絡および開放故障を判定する。ＲＯＭにはマイコンが実行する各種の制御プログラム、各種のデータ等が格納されている。ＲＡＭはＲＯＭに書き込まれたプログラムを展開して故障判定部２０のＣＰＵがセンサ１４の短絡および開放故障を判定するための演算処理）を実行するためのデータ処理領域となる。故障判定部２０のＲＯＭもしくはＲＡＭには、故障判定装置１０の回路定数に基づいて予め決まるＯＰアンプ３０、およびＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の下限飽和出力電圧(Ｖmin）と上限の飽和出力電圧（Ｖmax）とを予め記憶させておき、さらに、故障判定装置１０の回路定数に基づいて予め定まる正常時のｏｐ３０とｏｐ３２との平均電圧（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２および、正常時のｏｐ３４とｏｐ３６との平均電圧（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２を予め記憶させておく。

ここで、センサ１４の短絡および開放故障の態様について説明する。２つのブリッジ回路を備えるセンサ１４の故障は、センサ内部の磁気抵抗素子接続点の短絡ならびに開放故障と、センサ外部における隣接端子間の短絡と端子の開放故障とに大きく分けられる。ここで、センサ１４の内部で起こる磁気抵抗素子接続点の短絡および開放故障と、センサ１４の端子間配線で起こる短絡および開放故障とは、それぞれＯＰアンプから見れば、入力電圧の態様が同じなので、以下、センサ１４の内部で起こる磁気抵抗素子接続点の短絡および開放故障を、センサ１４の端子で起こる短絡および開放故障に含めて説明する。さらに、センサ１４の端子の短絡および開放故障には、センサ１４の端子から、各ＯＰアンプの反転入力端子までの配線における短絡および開放故障も含んでいる。

表１にセンサ１４の故障モードと、その故障時の各ＯＰアンプの出力電圧の態様と、その故障の判定項目とを示す。２つのブリッジ回路を有するセンサ１４における故障は、表１に示すように故障モード１から４の隣り合う端子同士の短絡故障と、故障モード５から１２の各端子の開放故障とである。センサ１４の故障モードについて、各ＯＰアンプの出力電圧の態様とその故障の判定項目から、故障判定部２０の動作を下記の５通りに分けて説明する。

（１）センサ１４の端子がセンサ電源端子と短絡した場合（故障モード２および４）

故障モード２の場合、ＯＰアンプ３２の反転入力端子電圧は、第２のセンサ電源電圧Ｖｃｃ１となり、故障モード４の場合、ＯＰアンプ３０の反転入力端子電圧は、接地電圧０（Ｖ）となる。

本発明の実施形態に係る故障判定装置１０において、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、の増幅率Ａは３０倍であるが、反転入力端子に第２のセンサ電源であるＶｃｃ１および接地電圧０Ｖが印加された場合には、各ＯＰアンプが飽和動作するように、センサ電源電圧、入力抵抗値、および帰還抵抗値等が設定されている。したがって、故障モード２および４の場合には、ＯＰアンプ３２、およびＯＰアンプ３０の出力電圧は、それぞれＶmax＝５Ｖおよび０Ｖの飽和出力電圧となる。

故障判定部２０のＣＰＵは、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６から取得する電圧ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６と、ＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された飽和出力電圧とをそれぞれ比較する。この比較の結果、ｏｐ３２が上限飽和出力電圧（Ｖmax＝５Ｖ）、およびｏｐ３０が下限飽和出力電圧（０Ｖ）である場合には、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する。

（２）センサ１４のセンサ電源入力端子（端子３および４）が開放した場合（故障モード７および８）

故障モード７の場合、センサ１４の端子２および端子５が、接地電圧に固着するため、ＯＰアンプ３２およびＯＰアンプ３０の反転入力端子電圧が０Ｖとなりｏｐ３２およびｏｐ３０が、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となる。また、故障モード８の場合、センサ１４の端子１および端子６が、接地電圧に固着するため、ＯＰアンプ３６およびＯＰアンプ３４の反転入力端子電圧が０Ｖとなりｏｐ３６およびｏｐ３４が、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となる。

故障判定部２０のＣＰＵは、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６から入力される電圧ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６と、ＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された飽和出力電圧とをそれぞれ比較する。この比較の結果、ｏｐ３０とｏｐ３２とが、下限飽和出力電圧（０Ｖ）である場合、およびｏｐ３４とｏｐ３６とが、下限飽和出力電圧（０Ｖ）である場合には、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する。

（３）センサ１４のセンサ電源入力端子（端子７および８）が開放した場合（故障モード１１および１２）

故障モード１１の場合、センサ１４の端子２および端子６が、第２のセンサ電源電圧Ｖｃｃ１に固着するため、ＯＰアンプ３２およびＯＰアンプ３０の反転入力端子電圧が第２のセンサ電源電圧Ｖｃｃ１となりｏｐ３２およびｏｐ３０が、上限飽和出力電圧（Ｖmax＝５Ｖ）となる。また、故障モード１２の場合、センサ１４の端子１および端子５が、第１のセンサ電源電圧Ｖｃｃに固着するため、ＯＰアンプ３６およびＯＰアンプ３４の反転入力端子電圧が第１のセンサ電源電圧Ｖｃｃとなりｏｐ３６およびｏｐ３４が、上限飽和出力電圧（Ｖmax＝５Ｖ）となる。

故障判定部２０のＣＰＵは、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６から入力される電圧ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６と、ＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された飽和出力電圧とをそれぞれ比較する。この比較の結果、ｏｐ３０とｏｐ３２とが、上限飽和出力電圧（５Ｖ）である場合、およびｏｐ３４とｏｐ３６とが、上限飽和出力電圧（５Ｖ）である場合には、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する。

（４）センサ１４の出力端子同士、端子２と端子３とが短絡した場合、および端子５と端子６とが短絡した場合（故障モード１および３）

例えば、故障モード１の場合、ＯＰアンプ３２の反転入力端子電圧とＯＰアンプ３６の反転入力端子電圧とが短絡により等電圧となる。図６に故障モード１の場合のｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６の、回転機構のセンサ１４に対する角度α依存性を示す。このように、故障モード１の場合には、ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６は、角度αに対して、図４に示す正常接続時とそれぞれ異なる電圧となる。また、図７に示すように、この故障モード１の場合、一つのブリッジ回路の出力端子対のＯＰアンプ出力ｏｐ３０とｏｐ３２、およびｏｐ３４とｏｐ３６との、互いに位相が反転した関係は崩れる。

この故障モード１の場合の、角度αに対する（（ＯＰ３０＋ＯＰ３２）／２）、および（（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２）を、図７に示す。正常接続時の図５と異なり、故障モード１の場合には、（ＯＰ３０＋ＯＰ３２）／２は、図７に点線で示す角度αに依らないｏｐ３０およびｏｐ３２の正常電圧範囲の中間電圧値（約３．８７Ｖ）とは異なり、かつ、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２は、図７に点線で示す角度αに依らないｏｐ３４およびｏｐ３６の正常電圧範囲の中間電圧（約２．６６Ｖ）とは異なる。以上、故障モード１を例に説明したが、故障モード３の場合にも、（（ＯＰ３０＋ＯＰ３２）／２）、および（（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２）の角度αに対する態様は、故障モード１と同様となる。

故障判定部２０のＣＰＵは、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６から取得する電圧ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６に基づいて（ＯＰ３０＋ＯＰ３２）／２、および（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２を演算し、これらと、ＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２、および（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２とをそれぞれ比較する。この比較の結果、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２が、（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２と異なる場合、および、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２が、（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２と異なる場合には、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する。

なお、上記説明において、基準電圧である（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２、および（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２は、一意に決まる電圧であるとしたが、センサ装置１２における各抵抗の温度による抵抗値の変化、経年変化による抵抗値の変化、センサ電源電圧の変動、ＯＰアンプに供給する電源電圧の変動等による誤判定を防止するために、この基準電圧の代わりに、それぞれ所定の電圧幅をもつ基準電圧範囲を用いることが好ましい。この場合、故障判定部２０は、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２、および（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２が、それぞれ対応する基準電圧範囲にない場合に、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する。この基準電圧範囲の幅は、センサ装置１２の使用環境、各抵抗の温度による抵抗値の変化、経年変化による抵抗値の変化、センサ電源電圧、ＯＰアンプに供給する電源電圧の変動等に基づいて決められる。

故障判定装置１０の回路定数の設定によっては、所定の角度αにおいて、この故障モード１または３の時に、（ＯＰ３０＋ＯＰ３２）／２が、（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２に一致し、かつ（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２が、（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２に一致する場合がある。しかしながら、この故障モード１または３の場合には、その所定の角度から角度αが少しでも変化すれば、（ＯＰ３０＋ＯＰ３２）／２が、（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２と異なり、かつ（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２が、（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２と異なることとなるので、即座に故障判定をすることができる。

（５）センサ１４の出力端子（端子１、２、５、および６）が開放となった場合（故障モード５，６，９，および１０）

この開放となった端子に接続されたＯＰアンプは、利得ゼロとなり、その出力電圧は、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となる。すなわち、端子１が開放となった場合には、ｏｐ３６が、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となり、端子２が開放となった場合には、ｏｐ３２が、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となり、端子５が開放となった場合には、ｏｐ３４が、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となり、端子６が開放となった場合には、ｏｐ３０が、下限飽和出力電圧（０Ｖ）となる。

故障判定部２０のＣＰＵは、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６から取得する電圧ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６と、ＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された飽和出力電圧とをそれぞれ比較する。この比較の結果、ｏｐ３０とｏｐ３２とが、下限飽和出力電圧（０Ｖ）である場合、およびｏｐ３４とｏｐ３６とが、下限飽和出力電圧（０Ｖ）である場合に、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する。

故障判定部２０は、上記説明した故障判定結果に応じた故障判定信号を出力する。センサ信号処理回路１８は、この故障判定信号を取得し、故障判定信号がセンサ１４の故障に対応したものである場合には、もはや正しい角度αを求めることができないため、角度αを求める演算を停止し、誤ったセンサ信号を制御機器等に伝えることを防止する。このセンサ信号処理回路１８が誤ったセンサ信号を制御機器等に伝えることを防止する方法は、たとえば、センサ信号の端子への配線にリレーを設け、このリレーを開にして、センサ信号処理回路１８の出力をセンサ信号処理回路１８の出力端子から切り離すことによって実現できる。また所定の基準電圧をセンサ信号の代わりに出力するようにして、センサ信号の出力を停止するものとしても良い。この構成によれば、センサ１４のセンサ信号によって機器を制御する制御装置等が、センサ１４の故障により機器が誤った制御を行ってしまうことを防止することができる。

以上説明したように、故障判定部２０は、ＯＰアンプ３０、ＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３４、およびＯＰアンプ３６の出力電圧に基づいて、センサ１４の上記（１）から（５）の全ての故障が起きた場合に、故障が起きたことを確実に判定することができる。したがって、本発明の実施形態に係るセンサの故障判定装置１０によれば、１つのセンサの出力端子電圧に基づいて、そのセンサの故障を判定できる。このため、同じセンサを２つ備えてそれぞれの出力端子電圧を比較して故障を判定する必要が無く、ブリッジ回路を有するセンサを用いたセンサ装置を低コスト化、小型化、軽量化することができる。

なお、表１に示すように、ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、ｏｐ３６のいずれかが、上限飽和電圧となるのは、故障モード２、１１，１２のいずれかの場合に限られる。したがって、故障判定部２０は、ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６と、ＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された飽和出力電圧とをそれぞれ比較し、ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、ｏｐ３６のいずれかが、上限飽和電圧である場合には、故障モード２、１１，１２のいずれかであると故障モードを限定する判定をすることが好ましい。この場合、故障判定部２０は、この故障モードの限定判定結果を表示する。センサ１４が故障であるとの判定に加え、起こっている故障モードが限定できることにより、その故障を回復するための対応を迅速にとることができる。

次に、本発明の実施形態に係るセンサの故障判定装置１０による、センサ１４の故障判定方法について説明する。図８は、本発明の実施形態に係るセンサの故障判定装置１０のセンサ１４の故障判定方法の一例を概略的に示すフローチャートである。以下、図１に示したの故障判定装置１０の構成を参照しつつ、故障判定装置１０によるセンサ１４の故障判定方法について説明する。

まず、操作者等の動作開始指示等により、センサ１４、増幅手段１６、センサ信号処理回路１８、および故障判定部２０へ供給するための電源が起動される。これにより、ブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂの入力端子にそれぞれ所定のセンサ電源電圧が供給され、増幅手段１６の第１、第２、第３、および第４のＯＰアンプがそれぞれ入力端子間電圧を増幅し、センサ信号処理回路１８および故障判定部２０が起動し、故障判定動作が開始する。

ここで、各ＯＰアンプの、センサの出力端子の電圧が入力される端子に、センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、第１、第２、第３、および第４のＯＰアンプの増幅率および出力基準電圧をそれぞれ予め設定する。

次に、故障判定部２０は、取得したｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６が、飽和電圧であるか否か判定する（Ｓ１００）。ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６が、飽和電圧である場合、故障判定部２０は、センサ１４が、故障であると判定し、故障である旨の故障判定信号を出力する。この故障信号を取得したセンサ信号処理回路１８は、センサ信号である角度信号の出力を停止する。

ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６が、飽和電圧でない場合、故障判定部２０は、次に、ｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６に基づき、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２、および（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２を演算する。次に、故障判定部２０は、演算された（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２と、予めＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された正常時のｏｐ３０とｏｐ３２との正常電圧範囲の中間電圧値とを比較する。すなわち、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２と、（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２とを比較する。さらに、演算された（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２と、予めＲＡＭもしくはＲＯＭに記憶された正常時のｏｐ３４とｏｐ３６との正常電圧範囲の中間電圧値とを比較する。すなわち、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２と、（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２とを比較する。これらの比較に基づいて、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２が（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２であり、かつ、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２が（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２である場合には、故障判定部２０は、センサ１４が正常であると判定し、一方、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２が（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２でなく、もしくは、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２が（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２でない場合には、故障判定部２０は、センサ１４が故障であると判定する（Ｓ１０２）。センサ１４が故障であると判定した場合、故障判定部２０はセンサ１４が故障である旨の故障判定信号を出力する。以上のステップにより、故障判定部２０の故障判断が終了する。故障信号を取得したセンサ信号処理回路１８は、センサ信号である角度信号の出力を停止する。

上記説明において、故障判定部２０は、先にｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６が、飽和電圧であるか否か判定し、その後、（ｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２が（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２であり、かつ、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２が（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２であるか判定するものとしたが、先にｏｐ３０＋ｏｐ３２）／２が（ｏｐ３０ｎ＋ｏｐ３２ｎ）／２であり、かつ、（ｏｐ３４＋ｏｐ３６）／２が（ｏｐ３４ｎ＋ｏｐ３６ｎ）／２であるか判定し、その後にｏｐ３０、ｏｐ３２、ｏｐ３４、およびｏｐ３６が、飽和電圧であるか否か判定するものとしても良いし、これらの判定を同時に行っても良い。

本実施形態に係るブリッジ回路の故障判定部２０は、ＯＰアンプにより増幅されたブリッジ回路の端子電圧を取得するものとしたが、増幅手段１６は、ＯＰアンプの代わりにディスクリートの増幅回路であってもよい。

また、本実施形態に係るブリッジ回路の故障判定装置１０において、ブリッジ回路Ａおよびブリッジ回路Ｂは、磁気抵抗素子によって構成するものとしたが、物理量の変化に応じて抵抗値が変化する素子であれば、磁気抵抗素子に限らず本発明を適用できる。例えば、温度により抵抗が変わる抵抗素子で構成したブリッジ回路の異常検出を行うこともできる。

本発明の実施形態に係るブリッジ回路を有するセンサの故障判定装置を備えるセンサ装置の構成を示す図である。 ４つの磁気抵抗素子により構成されたブリッジ回路含む磁気センサ１０４を用いた従来の角度センサ装置１００の構成の一例を示す図である。 ２つのブリッジ回路を互いに４５度傾けて配置した磁気センサの構成図である。 センサ正常動作時のＯＰアンプの出力電圧の、回転機構のセンサに対する相対角度α依存性を示す図である。 ブリッジ回路の対向する出力電圧を増幅するＯＰアンプ出力の平均電圧の角度α依存性を示す図である。 センサが故障している場合における、ＯＰアンプの出力電圧の回転機構のセンサに対する相対角度α依存性の一例を示す図である。 センサが故障している場合における、ブリッジ回路の対向する出力電圧を増幅するＯＰアンプ出力の平均電圧の角度α依存性の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るセンサの故障判定装置のセンサの故障判定方法の一例を概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 故障判定装置、１２，１００ センサ装置、１４，１０４ センサ、１６ 増幅手段、１８ センサ信号処理回路、２０ 故障判定部、３０，３２，３４，３６，１０８ アンプ。

Claims (5)

1. ブリッジ状に接続された４つの抵抗から構成され、４つの抵抗の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とする第１および第２のブリッジ回路を含み、第１および第２のブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し第１および第２のブリッジ回路の出力端子間に検出信号を出力するセンサにおける故障を判定するセンサの故障判定装置であって、
   前記第１のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第１の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第１の増幅回路と、
   前記第１のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第２の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第２の増幅回路と、
   前記第２のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第３の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第３の増幅回路と、
   前記第２のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第４の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第４の増幅回路と、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧に基づいて前記センサの故障を判定し、この判定結果に応じた故障判定信号を出力する故障判定部と、
   を備え、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路は、前記ブリッジ回路の出力端子の電圧が入力される端子に、前記ブリッジ回路の入力端子に印加される前記センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、その増幅特性が、それぞれ設定され、
   前記故障判定部は、
   （ａ）前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力のいずれか１つが飽和出力電圧である場合、
   （ｂ）前記第１の増幅回路の出力電圧と第２の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、
   および（ｃ）前記第３の増幅回路の出力電圧と第４の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、
   に前記センサの故障と判定することを特徴とする故障判定装置。
2. ブリッジ状に接続された４つの抵抗から構成され、４つの抵抗の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とする第１および第２のブリッジ回路を含み、第１および第２のブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し第１および第２のブリッジ回路の出力端子間に検出信号を出力するセンサと、
   前記第１のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第１の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第１の増幅回路と、
   前記第１のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第２の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第２の増幅回路と、
   前記第２のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第３の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第３の増幅回路と、
   前記第２のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第４の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第４の増幅回路と、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧に基づいて前記センサの故障を判定し、この判定結果に応じた故障判定信号を出力する故障判定部と、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧をそれぞれ取得し、前記第１の増幅回路の出力電圧と第２の増幅回路の出力電圧との差電圧、および前記第３の増幅回路の出力電圧と第４の増幅回路の出力電圧との差電圧に基づいて前記センサに加わる物理的作用に応じた検知情報を演算し、この検知情報に応じたセンサ信号を出力するセンサ信号処理回路と、
   を備え、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路は、前記ブリッジ回路の出力端子の電圧が入力される端子に、前記ブリッジ回路の入力端子に印加される前記センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、その増幅率特性が、それぞれ設定され、
   前記故障判定部は、
   （ａ）前記第１、第２、第３、および第４の増幅回路の出力電圧のいずれか１つが飽和出力電圧である場合、
   （ｂ）前記第１の増幅回路の出力電圧と第２の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、
   および（ｃ）前記第３の増幅回路の出力電圧と第４の増幅回路の出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、に前記センサの故障と判定し、
   前記センサ信号処理回路は、前記故障判定信号を取得し、この故障判定信号が前記センサの故障に応じた信号であった場合、前記センサ信号の出力を停止することを特徴とするセンサ装置。
3. 請求項２に記載のセンサ装置であって、
   前記センサにおいて、前記抵抗はその抵抗値が外部から加えられる磁束の向きにより変化する磁気抵抗素子であって、このセンサは、ステアリング軸に固定された磁石の近傍に配置され、
   前記センサ信号処理回路における前記検知情報は、ステアリングの蛇角であることを特徴とするセンサ装置。
4. 請求項３に記載のセンサ装置を搭載した自動車。
5. ブリッジ状に接続された４つの抵抗から構成され、４つの抵抗の接続点のうちの一方の対向する接続点対を入力端子とし、他方の接続点対を出力端子とする第１および第２のブリッジ回路を含み、第１および第２のブリッジ回路の入力端子間にセンサ電源電圧を印加し第１および第２のブリッジ回路の出力端子間に検出信号を出力するセンサにおける故障を判定するセンサの故障判定方法であって、
   前記第１のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第１の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第１の増幅ステップと、
   前記第１のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第２の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第２の増幅ステップと、
   前記第２のブリッジ回路の一方の出力端子に接続された第３の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第３の増幅ステップと、
   前記第２のブリッジ回路の他方の出力端子に接続された第４の出力端子の電圧を定電圧に対して非飽和増幅し、出力する第４の増幅ステップと、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅ステップにおいて、前記ブリッジ回路の出力端子の電圧が入力される端子に、前記ブリッジ回路の入力端子に印加される前記センサ電源電圧が入力されるとその出力が飽和出力電圧となるように、その増幅率特性を、それぞれ設定する設定ステップと、
   前記第１、第２、第３、および第４の増幅ステップにおいて出力された出力電圧に基づいて前記センサの故障を判定する故障判定ステップと、
   前記故障判定結果に応じた故障判定信号を出力する故障判定信号出力ステップと、
   を含み、
   前記故障判定ステップは、
   （ａ）前記第１、第２、第３、および第４の増幅ステップにおいて出力された出力電圧のいずれか１つが飽和出力電圧である場合、
   （ｂ）前記第１の増幅ステップにおいて出力した出力電圧と第２の増幅ステップにおいて出力した出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、
   および（ｃ）前記第３のの増幅ステップにおいて出力した出力電圧と第４の増幅の増幅ステップにおいて出力した出力電圧との平均が、所定の電圧範囲にない場合、
   に前記センサの故障と判定することを特徴とする故障判定方法。
   

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