JP2010025730A - Magnetic sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサデバイスに関し、特に、ダイアグ機能を有する磁気センサデバイスに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor device, and more particularly to a magnetic sensor device having a diagnosis function.
ステアリングシャフトと一体に回転するロータ歯車の回転を遊星歯車機構によって構成された減速機構によって減速し、減速後の回転を減速側検出用ギアに伝達するものとした回転角度検出装置がある(例えば、特許文献1)。この回転角度検出装置は、減速機構を構成する各ギアの軸が同一方向であるため、ステアリングシャフトの回転を少ないガタによって減速側検出用ギアに伝達することができる。したがって、減速機構でのガタつきが少ないのでステアリングシャフトの回転角をより正確に検出することができるとされている。 There is a rotation angle detection device in which the rotation of the rotor gear that rotates integrally with the steering shaft is decelerated by a reduction mechanism configured by a planetary gear mechanism, and the rotation after deceleration is transmitted to the reduction-side detection gear (for example, Patent Document 1). In this rotation angle detection device, since the shafts of the respective gears constituting the speed reduction mechanism are in the same direction, the rotation of the steering shaft can be transmitted to the speed reduction side detection gear with less play. Therefore, it is said that the rotation angle of the steering shaft can be detected more accurately because there is little backlash in the speed reduction mechanism.
さらに、故障診断部を有し、減速機構側演算部のステアリング角変換部より出力された概略絶対角と、増速機構側演算部のステアリング角変換部から出力された詳細絶対角とを比較し、絶対角度の差が一定値以上となった場合には、MRセンサに故障が発生したものとして、外部装置へ故障診断結果を出力する。ステアリングの回転角度を検出する上で必要な減速機構、減速側検出用ギア、減速機構側演算部と、増速側検出用ギア、増速機構側演算部のみを利用することによってMRセンサに故障が発生しているかどうかを判断するようにしたものであり、故障診断用に別部材を設けていないため、コストアップ、大型化せずに故障診断できるとされている。
しかし、特許文献1の回転角度検出装置によれば、ステアリングシャフトが回転し、ロータ歯車や遊星歯車機構等が回転運動をしているときはMRセンサの故障診断ができるが、車両が走行していないとき、例えば、システムスタート時には、ロータ歯車や遊星歯車機構等が回転運動をしていないので、MRセンサの故障診断を行なうことができないという問題がある。
However, according to the rotation angle detection device of
従って、本発明の目的は、検出対象が動作していないシステムスタート時でも確実に故障診断を行なうことができる磁気センサデバイスを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor device capable of reliably performing a failure diagnosis even when the system is started when the detection target is not operating.
[1]本発明は、上記目的を達成するため、印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子(MR素子)をブリッジ状に接続し、前記抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する検出回路と、前記検出信号を増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路の入力端子に外部から所定の電圧を印加し、前記増幅回路の出力を検出することにより故障検出を行なうダイアグ端子を備えたダイアグ回路と、を有することを特徴とする磁気センサデバイスを提供する。 [1] In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of magnetoresistive elements (MR elements) whose resistance values change according to the direction of the applied magnetic field are connected in a bridge shape so that the resistance value changes. A detection circuit for outputting a corresponding detection signal; an amplification circuit for amplifying and outputting the detection signal; and applying a predetermined voltage from the outside to the input terminal of the amplification circuit to detect the output of the amplification circuit There is provided a magnetic sensor device comprising a diagnostic circuit having a diagnostic terminal for detecting a failure.
[2]前記増幅回路は、オペアンプで構成され、前記ダイアグ回路は、スイッチング回路で構成され、前記ダイアグ回路の前記ダイアグ端子に所定の電圧を印加することにより、前記スイッチング回路を動作させて前記オペアンプのプラス入力端子又はマイナス入力端子を略グランドレベルにすることで故障診断を行なうことを特徴とする上記[1]に記載の磁気センサデバイスであってもよい。 [2] The amplifier circuit is composed of an operational amplifier, the diagnosis circuit is composed of a switching circuit, and the operational circuit is operated by applying a predetermined voltage to the diagnosis terminal of the diagnosis circuit. The magnetic sensor device according to the above [1], wherein failure diagnosis is performed by setting the plus input terminal or minus input terminal to a substantially ground level.
[3]また、前記スイッチング回路を動作させないレベルの信号を前記ダイアグ回路の前記ダイアグ端子に入力しておくことで、前記増幅回路から検出信号を出力する定常時の動作を行なうことを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の磁気センサデバイスであってもよい。 [3] Further, by inputting a signal at a level that does not operate the switching circuit to the diagnosis terminal of the diagnosis circuit, a normal operation of outputting a detection signal from the amplification circuit is performed. The magnetic sensor device according to [1] or [2] may be used.
本発明によれば、検出対象が動作していないシステムスタート時でも確実に故障診断を行なうことができる磁気センサデバイスを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor device capable of reliably performing a failure diagnosis even at the time of system start when the detection target is not operating.
[本発明の実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス1の回路図である。図2は、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス1をステアリング回転角センサに適用した例の構成ブロック図である。図3は、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス1のダイアグ機能を車両のステアリング回転角検出に適用した場合における故障診断のフローチャートである。
[Embodiments of the present invention]
FIG. 1 is a circuit diagram of a
(磁気センサデバイス1の構成)
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス1は、検出回路10、増幅回路20、及び、ダイアグ回路30を有して構成されている。
(Configuration of magnetic sensor device 1)
As shown in FIG. 1, the
検出回路10は、第1〜第4の磁気抵抗素子(以下、MR素子という)Ra,Rb,Rc,Rdがブリッジ状に接続された第1のMRブリッジ11と、第5〜第8のMR素子Re,Rf,Rg,Rhがブリッジ状に接続された第2のMRブリッジ12から構成されている。上記の第1のMRブリッジ11と第2のMRブリッジ12は互いに45°傾斜した配置とされており、出力信号の位相がπ/2異なっている。
The detection circuit 10 includes a
第1のMRブリッジ11において、第1のMR素子Ra及び第3のMR素子Rcには電源電圧Vccが供給され、第2のMR素子Rb及び第4のMR素子Rdはグランドに接続されている。第1のMR素子Raと第2のMR素子Rbの接続点は第1の中点電圧V1として出力され、第3のMR素子Rcと第4のMR素子Rdの接続点は第2の中点電圧V2として出力される。
In the
また、第2のMRブリッジ12においても同様に、第5のMR素子Re及び第7のMR素子Rgには電源電圧Vccが供給され、第6のMR素子Rf及び第8のMR素子Rhはグランドに接続されている。第5のMR素子Reと第6のMR素子Rfの接続点は第3の中点電圧V3として出力され、第7のMR素子Rgと第8のMR素子Rhの接続点は第4の中点電圧V4として出力される。
Similarly, in the
増幅回路20は、オペアンプ21,22を有している。オペアンプ21のプラス入力端子に接続される抵抗R1、マイナス入力端子に接続される抵抗Ri1、マイナス入力端子と出力端子OUT1間に接続される抵抗Rf1で反転増幅器が構成されている。同様に、オペアンプ22のプラス入力端子に接続される抵抗R2、マイナス入力端子に接続される抵抗Ri2、マイナス入力端子と出力端子OUT2間に接続される抵抗Rf2で反転増幅器が構成されている。
The amplifier circuit 20 includes
出力端子OUT1での出力信号Vout1は、プラス端子の基準電圧にオペアンプ21の入力(V1−V2)がゲイン(−Rf1/Ri1)で反転増幅されて重畳された信号となり、Vout1=(V2−V1)・Rf1/Ri1+Vcc・R4/(R3+R4)である。同様に、出力端子OUT2での出力信号Vout2は、プラス端子の基準電圧にオペアンプ22の入力(V3−V4)がゲイン(−Rf2/Ri2)で反転増幅されて重畳された信号となり、Vout2=(V4−V3)・Rf2/Ri2+Vcc・R4/(R3+R4)である。Vout1とVout2は、π/2の位相差を有する。
The output signal Vout1 at the output terminal OUT1 is a signal in which the input (V1−V2) of the
ダイアグ回路30は、オペアンプ21,22のマイナス入力端子及びプラス入力端子をそれぞれ独立にHiレベル(以下Hという)又はLoレベル(以下Lという)に設定するためのスイッチング回路で構成されている。DIAG1の端子をHにすることで、ゲートG1、G2がHとなりFETが導通し、オペアンプ21のマイナス入力端子及びオペアンプ22のプラス入力端子がそれぞれグランドレベルになる。また、DIAG2の端子をHにすることで、ゲートG3、G4がHとなりFETが導通し、オペアンプ21のプラス入力端子及びオペアンプ22のマイナス入力端子がそれぞれグランドレベルになる。尚、それぞれのゲートG1〜G4を、スイッチング回路を動作させないレベルの信号としてLレベルにした場合は、FETが導通せず、それぞれのマイナス入力端子及びプラス入力端子には、第1の中点電圧V1〜第4の中点電圧V4がそのまま入力される。
The diagnosis circuit 30 includes a switching circuit for independently setting the negative input terminal and the positive input terminal of the
上記の検出回路10、増幅回路20、及び、ダイアグ回路30は、1つの磁気センサデバイス1としてパッケージされた状態で形成されている。磁気センサデバイス1は、外部から電源電圧が供給され、ダイアグ端子(DIAG1、DIAG2)へ電圧が印加されると共に、ダイアグ端子をすべてLレベルにした場合は、増幅回路20から検出信号を出力する定常時の動作を行なう。
The detection circuit 10, the amplification circuit 20, and the diagnosis circuit 30 are formed as a single
本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス1のダイアグ機能を、車両のステアリング回転角検出に適用した場合で説明する。
The case where the diagnostic function of the
図2の構成ブロック図において、S及びN極に着磁されたマグネット102が車両のステアリング装置(一部のみ図示)100の回転部材101に装着され、このマグネット102に近接して磁気センサデバイス1が載置されている。図示しないステアリングの回転操作により回転部材101と共にマグネット102が回転し、磁気センサデバイス1に磁界の変化が印加される。
In the configuration block diagram of FIG. 2, a
センサECU200は、処理部201、判断部202、及び、記憶部203を有して構成されている。
The sensor ECU 200 includes a
処理部201は、磁気センサデバイス1からの出力信号Vout1、Vout2を受け、また、回転角出力として制御対象機器へ出力するためのインターフェース部、波形信号処理部、A/DあるいはD/A変換部等から構成される。位相がπ/2ずれた出力信号Vout1、Vout2から、Arctan(Vout2/Vout1)を演算することで、ステアリング装置のステアリングアングル(操舵角)が検出できる。検出されたステアリングアングルは、必要に応じて、アナログ信号またはデジタル信号として各種車載機器ECUへ出力される。
The
判断部202は、後述するダイアグ機能によるフローチャートに基づいて、故障診断を行なうため、磁気センサデバイス1に対してダイアグ端子(DIAG1、DIAG2)へ電圧印加を行なう。磁気センサデバイス1の出力信号Vout1、Vout2に基づいて故障しているかどうかの判断を行なう。また、故障と判断された場合は、制御対象機器へ警告等の信号を出力する。
The
記憶部203は、ROMで構成され、ダイアグ機能を実行するための診断プログラム、及び、磁気センサデバイス1からの出力信号Vout1、Vout2等が正常範囲内かどうかの判断基準値等のパラメータが記憶されており、必要に応じて判断部202から参照される。
The
本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス1のダイアグ機能を車両のステアリング回転角検出に適用した場合における故障診断は、図3のようなフローチャートで示される。
The failure diagnosis in the case where the diagnosis function of the
(ステップ01(S01))
車両のイグニッションスイッチがONされてステアリング回転角検出のシステムがスタートすると、ステップ01において、システムスタート時かどうかがセンサECU200の判断部202で判断される。システムスタート時においては、車両が走行していない場合が多くステアリング回転角の変化がないのでダイアグ機能による故障診断を行なう。システムスタート時かどうかは、システムスタート時から所定時間経過したかどうか、又は、磁気センサデバイス1からの出力信号が変化したかどうか、等種々の設定にすることが可能である。システムスタート時と判断された場合は、ステップ02へ進み、システムスタート時でないと判断された場合は、ステップ11へ進み定常時の故障診断を行なう。
(Step 01 (S01))
When the ignition switch of the vehicle is turned on and the system for detecting the steering rotation angle starts, in
(ステップ02(S02))
センサECU200の判断部202から磁気センサデバイス1のDIAG1の端子をH、DIAG2の端子をLにする。このとき、磁気センサデバイス1からの出力信号Vout1、Vout2がH、Lになれば正常と判断する。出力信号に異常があれば故障と判断(S21)し、必要に応じて警告(S22)等を行なう。
(Step 02 (S02))
From the
(ステップ03(S03))
ステップ02と逆に、DIAG1の端子をL、DIAG2の端子をHにする。磁気センサデバイス1からの出力信号Vout1、Vout2がL、Hになれば正常と判断する。出力信号に異常があれば故障と判断(S21)し、必要に応じて警告(S22)等を行なう。正常動作と判断された場合は、ステップ01に戻り、所定の時間間隔で繰り返してダイアグ機能による故障診断が行なわれる。
(Step 03 (S03))
Contrary to step 02, the terminal of DIAG1 is set to L and the terminal of DIAG2 is set to H. If the output signals Vout1 and Vout2 from the
(ステップ11(S11))
定常時においては、センサECU200の判断部202から磁気センサデバイス1のDIAG1の端子をL、DIAG2の端子をLに設定しておく。このように設定すれば、ステアリング回転角検出信号がそのまま出力信号Vout1、Vout2としてセンサECU200の処理部201へ出力される。
(Step 11 (S11))
In the normal state, the terminal of DIAG1 of the
(ステップ12(S12))
出力信号Vout1、Vout2は、記憶部203のパラメータを参照して正常範囲内かどうか判断される。正常範囲内の場合は、再びステップ12へ戻り、所定の時間間隔で繰り返して定常時の故障診断が行なわれる。故障と判断(S21)された場合は、必要に応じて警告(S22)等を行なう。尚、出力信号Vout1、Vout2に基づいて、処理部201においてステアリングアングルとして算出され、必要とする車載機器へアナログ信号またはデジタル信号として出力される。
(Step 12 (S12))
It is determined whether the output signals Vout1 and Vout2 are within the normal range with reference to the parameters of the
車両のイグニッションスイッチがOFFされた場合や、ステップ21で故障とされた場合は、上記示したフローは終了する。
When the ignition switch of the vehicle is turned off or when a failure is detected in
[本発明の実施の形態の効果]
上記示した本発明の実施の形態によれば以下のような効果を有する。
(1)オペアンプ21,22のマイナス入力端子及びプラス入力端子をそれぞれ独立にH、又は、Lレベルに設定するためのスイッチング回路、及び、このスイッチング回路を動作させるためのダイアグ端子(DIAG1、DIAG2)を備えたダイアグ回路30を有しているので、検出対象が動作していないシステムスタート時でも確実に故障診断、故障検出を行なうことができる。
(2)上記示したように、磁気センサデバイス1内にダイアグ回路30を有しているので、外付け部品の追加をすることなく、故障検出ができ、磁気センサデバイスの品質向上に繋がる。
[Effect of the embodiment of the present invention]
The above-described embodiment of the present invention has the following effects.
(1) A switching circuit for setting the negative input terminal and the positive input terminal of the
(2) Since the diagnostic circuit 30 is included in the
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from or changing the technical idea of the present invention.
1…磁気センサデバイス、10…検出回路、11…第1のMRブリッジ、12…第2のMRブリッジ、20…増幅回路、21,22…オペアンプ、30…ダイアグ回路、100…ステアリング装置、101…回転部材、102…マグネット、200…センサECU、201…処理部、202…判断部、203…記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記検出信号を増幅して出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力端子に外部から所定の電圧を印加し、前記増幅回路の出力を検出することにより故障検出を行なうダイアグ端子を備えたダイアグ回路と、
を有することを特徴とする磁気センサデバイス。 A detection circuit that connects a plurality of magnetoresistive elements (MR elements) whose resistance values change according to the direction of the applied magnetic field in a bridge shape and outputs a detection signal according to the change in the resistance value;
An amplification circuit that amplifies and outputs the detection signal;
A diagnosis circuit comprising a diagnosis terminal for detecting a failure by applying a predetermined voltage to the input terminal of the amplification circuit from the outside and detecting the output of the amplification circuit;
A magnetic sensor device comprising:
前記ダイアグ回路は、スイッチング回路で構成され、
前記ダイアグ回路の前記ダイアグ端子に所定の電圧を印加することにより、前記スイッチング回路を動作させて前記オペアンプのプラス入力端子又はマイナス入力端子を略グランドレベルにすることで故障診断を行なうことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサデバイス。 The amplifier circuit is composed of an operational amplifier,
The diagnostic circuit is composed of a switching circuit,
A failure diagnosis is performed by applying a predetermined voltage to the diagnostic terminal of the diagnostic circuit to operate the switching circuit to bring the positive input terminal or the negative input terminal of the operational amplifier to a substantially ground level. The magnetic sensor device according to claim 1.
3. A steady state operation of outputting a detection signal from the amplifier circuit is performed by inputting a signal at a level that does not operate the switching circuit to the diagnostic terminal of the diagnostic circuit. The magnetic sensor device according to 1.
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