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特開2024-130837センサーモジュールの故障診断方法及びセンサーモジュール
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024130837
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】センサーモジュールの故障診断方法及びセンサーモジュール
(51)【国際特許分類】
G01P 21/00 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
G01P21/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023040755
(22)【出願日】2023-03-15
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100148323
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 通
(74)【代理人】
【識別番号】100168860
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 充史
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 郁哉
(57)【要約】
【課題】同じ検出軸回りの角速度を検出する２つのセンサー素子のいずれが故障しているかを効率よく診断することが可能なセンサーモジュールの故障診断方法を提供すること。
【解決手段】第１軸回りの角速度を検出する第１センサー素子の出力信号に基づく第１角速度信号に含まれる第１角速度と、前記第１軸回りの角速度を検出する第２センサー素子の出力信号に基づく第２角速度信号に含まれる第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、第２軸方向の加速度を検出する第３センサー素子の出力信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【選択図】図２
【解決手段】第１軸回りの角速度を検出する第１センサー素子の出力信号に基づく第１角速度信号に含まれる第１角速度と、前記第１軸回りの角速度を検出する第２センサー素子の出力信号に基づく第２角速度信号に含まれる第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、第２軸方向の加速度を検出する第３センサー素子の出力信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、を備えるセンサーモジュールの故障診断方法であって、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と、前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と、前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項2】
請求項１において、
前記第１センサー素子は、前記第２センサー素子よりも検出精度が高い、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第１センサー素子は、前記第２センサー素子よりも検出精度が高い、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項3】
請求項１又は２において、
前記第２診断工程は、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度との比を算出する工程と、
前記比が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第２診断工程は、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度との比を算出する工程と、
前記比が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項4】
請求項１又は２において、
前記第２診断工程は、
前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の速度を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の速度とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第２診断工程は、
前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の速度を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の速度とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項5】
請求項１又は２において、
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする前記第２軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第２軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする前記第２軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第２軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項6】
請求項１又は２において、
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のオイラー加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のオイラー加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のオイラー加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のオイラー加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項7】
請求項１又は２において、
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のコリオリ加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のコリオリ加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のコリオリ加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のコリオリ加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含む、センサーモジュールの故障診断方法。
【請求項8】
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、
前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、
前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、
故障診断回路と、
を備え、
前記故障診断回路は、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断し、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う、センサーモジュール。
前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、
前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、
故障診断回路と、
を備え、
前記故障診断回路は、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断し、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う、センサーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサーモジュールの故障診断方法及びセンサーモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、第１の慣性力センサーが検出した慣性力に基づいて車両の運動状態を制御する第１の車両運動制御ユニットと、第１の車両運動制御ユニットとは異なる車両の運動状態を制御する第２の車両運動制御ユニットと、第１の慣性力センサーと同一の慣性力を検出する第２の慣性力センサーに接続されるとともに、第１及び第２の車両運動制御ユニットと双方向通信可能に接続された中央ユニットとを含み、第１の車両運動制御ユニット及び中央ユニットの少なくとも一方は、第１及び第２の慣性力センサーが検出した慣性力を相互比較し、比較結果に基づいて故障を診断する故障診断部を含む、車両の制御装置が記載されている。特許文献１に記載の制御装置によれば、慣性力センサーを冗長化して、電源やＭＰＵの故障に対する信頼性の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８－２４７０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載の制御装置では、第１の慣性力センサーと第２の慣性力センサーのいずれかが故障していることは判断できるが、どちらの慣性力センサーが故障しているかを判断するのが難しい。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係るセンサーモジュールの故障診断方法は、
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、を備えるセンサーモジュールの故障診断方法であって、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と、前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、
を含む。
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、を備えるセンサーモジュールの故障診断方法であって、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と、前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、
を含む。
【0006】
本発明に係るセンサーモジュールの一態様は、
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、
前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、
前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、
故障診断回路と、
を備え、
前記故障診断回路は、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断し、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う。
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、
前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、
前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、
故障診断回路と、
を備え、
前記故障診断回路は、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断し、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例を示す図。
【図2】本実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。
【図3】第１実施形態における第２診断工程の手順の一例を示すフローチャート図。
【図4】センサーモジュール及び故障診断装置の具体例の構成を示す図。
【図5】センサーモジュールのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の説明図。
【図6】実測から得られた角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す図。
【図7】回転角速度ベクトルω、位置ベクトルｒ及び向心加速度ベクトルａｃｅｎの関係を示す図。
【図8】回転角速度ベクトルω、位置ベクトルｒ及びオイラー加速度ベクトルａｅｕｌの関係を示す図。
【図9】回転角速度ベクトルω、位置ベクトルｒ及びコリオリ加速度ベクトルａｃｏｌの関係を示す図。
【図10】実測により得られた角速度ΩＺの時系列データを示す図。
【図11】実測により得られた加速度ＡＹの時系列データを示す図。
【図12】実測から得られた角速度ΩＺと加速度ＡＹとの関係を示す図。
【図13】シミュレーションにより得られた角速度ΩＺ及び角速度ＧＺとの関係を示す図。
【図14】シミュレーションにより得られた加速度ＡＹと角速度ΩＺとの関係を示す図。
【図15】第２実施形態における第２診断工程の手順の一例を示すフローチャート図。
【図16】シミュレーションにより得られた加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの関係を示す図。
【図17】第３実施形態における第２診断工程の手順の一例を示すフローチャート図。
【図18】シミュレーションにより得られた加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との関係を示す図。
【図19】第４実施形態における第２診断工程の手順の一例を示すフローチャート図。
【図20】第５実施形態における第２診断工程の手順の一例を示すフローチャート図。
【図21】本実施形態のセンサーモジュールの機能的な構成例を示す図。
【図22】本実施形態のセンサーモジュールの具体的な構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0009】
１．センサーモジュールの故障診断方法
１－１．第１実施形態
１－１－１．故障診断方法の説明
図１は、本実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の故障診断方法の対象となるセンサーモジュール１は、第１センサー素子１１と、第２センサー素子１２と、第３センサー素子１３とを含む。
１－１．第１実施形態
１－１－１．故障診断方法の説明
図１は、本実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の故障診断方法の対象となるセンサーモジュール１は、第１センサー素子１１と、第２センサー素子１２と、第３センサー素子１３とを含む。
【0010】
第１センサー素子１１は、第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する。第２センサー素子１２は、第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する。すなわち、第１センサー素子１１と第２センサー素子１２とは、ともに第１軸回りの角速度を検出するが、第１センサー素子１１は、第２センサー素子１２よりも検出精度が高くてもよい。「検出精度が高い」とは、例えば、検出信号に含まれるノイズが小さく、バイアスの安定性が高いことを意味する。
【0011】
第３センサー素子１３は、第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する。第１軸と第２軸とは互いに直交してもよい。なお、「第１軸と第２軸とが直交する」とは、第１軸と第２軸とのなす角が厳密に９０°である場合のみならず、センサーモジュール１の製造誤差に起因して第１軸と第２軸とのなす角が９０°に対して誤差を有する場合も含まれる。
【0012】
例えば、第１軸は、第１センサー素子１１及び第２センサー素子１２が実装される回路基板の面に垂直な方向の軸であり、第２軸は、当該回路基板の面に平行な軸であってもよい。例えば、センサーモジュール１は、第１軸が設置面に垂直な方向となり、第２軸が設置面に平行となるように、設置される。
【0013】
故障診断装置２は、センサーモジュール１に接続され、本実施形態の故障診断方法によりセンサーモジュール１の故障診断を行う。なお、本実施形態の故障診断方法では、第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３のうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いことを前提としている。
【0014】
図２は、本実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。例えば、故障診断装置２は、不図示のプログラムを実行することにより、図２の手順に従って各工程の処理を行ってもよい。図２に示すように、本実施形態の故障診断方法は、第１診断工程Ｓ１０と、第２診断工程Ｓ２０とを含む。図２では、第１診断工程Ｓ１０は、工程Ｓ１１と、工程Ｓ１２と、工程Ｓ１３とを含む。
【0015】
まず、工程Ｓ１１において、故障診断装置２は、第１センサー素子１１から出力される第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる第１軸回りの角速度である第１角速度と、第２センサー素子１２から出力される第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較する。第１角速度信号は、第１検出信号そのものであってもよいし、第１検出信号に対して所定の信号処理が施された信号であってもよい。同様に、第２角速度信号は、第２検出信号そのものであってもよいし、第２検出信号に対して所定の信号処理が施された信号であってもよい。
【0016】
当該所定の信号処理は、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、補正処理、フィルター処理等を含んでもよい。センサーモジュール１が、第１検出信号及び第２検出信号に所定の信号処理を行って第１角速度信号及び第２角速度信号を生成し、故障診断装置２が、センサーモジュール１から第１角速度信号及び第２角速度信号を取得してもよい。あるいは、故障診断装置２が、センサーモジュール１から第１検出信号及び第２検出信号を取得し、第１検出信号及び第２検出信号に所定の信号処理を行って第１角速度信号及び第２角速度信号を生成してもよい。あるいは、センサーモジュール１が、第１検出信号及び第２検出信号に所定の信号処理の一部を行って第１中間信号及び第２中間信号を生成し、故障診断装置２が、
センサーモジュール１から第１中間信号及び第２中間信号を取得し、第１中間信号及び第２中間信号に所定の信号処理の他の一部を行って第１角速度信号及び第２角速度信号を生成してもよい。
センサーモジュール１から第１中間信号及び第２中間信号を取得し、第１中間信号及び第２中間信号に所定の信号処理の他の一部を行って第１角速度信号及び第２角速度信号を生成してもよい。
【0017】
例えば、故障診断装置２は、第１角速度と第２角速度との差分や比を算出することによって、第１角速度と第２角速度とを比較してもよい。
【0018】
次に、工程Ｓ１２において、故障診断装置２は、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たすか否かを判定し、比較結果が第１規格を満たす場合は、工程Ｓ１３において、第１センサー素子１１及び前記第２センサー素子１２が正常であると診断する。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ１１において第１角速度と第２角速度との差分を算出する場合、第１規格は、０を含む所定の範囲であってもよい。また、例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ１１において第１角速度と第２角速度との比を算出する場合、第１規格は、１を含む所定の範囲であってもよい。
【0019】
工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たさない場合、第２診断工程Ｓ２０において、故障診断装置２は、第１角速度信号又は第２角速度信号と、第３センサー素子１３から出力される第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、第１センサー素子１１の故障診断を行う。加速度信号は、第３検出信号そのものであってもよいし、第３検出信号に対して所定の信号処理が施された信号であってもよい。当該所定の信号処理は、例えば、Ａ／Ｄ変換処理、補正処理、フィルター処理等を含んでもよい。センサーモジュール１が、第３検出信号に所定の信号処理を行って加速度信号を生成し、故障診断装置２が、センサーモジュール１から加速度信号を取得してもよい。あるいは、故障診断装置２が、センサーモジュール１から第３検出信号を取得し、第３検出信号に所定の信号処理を行って加速度信号を生成してもよい。あるいは、センサーモジュール１が、第３検出信号に所定の信号処理の一部を行って第３中間信号を生成し、故障診断装置２が、センサーモジュール１から第３中間信号を取得し、第３中間信号に所定の信号処理の他の一部を行って加速度信号を生成してもよい。
【0020】
そして、故障診断装置２は、工程Ｓ３０において故障診断を終了するまで、工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２０の処理を繰り返し行う。
【0021】
【0022】
図３に示すように、工程Ｓ２１において、故障診断装置２は、第１角速度又は第２角速度と、第３検出信号に基づく加速度信号に含まれる第２軸方向の加速度との比を算出する。
【0023】
そして、工程Ｓ２２において、故障診断装置２は、工程Ｓ２１で算出した第１角速度又は第２角速度と加速度との比が第２規格を満たすか否かにより、第１センサー素子１１の故障診断を行う。故障診断装置２は、ノイズの影響を低減させるために、第１角速度又は第２角速度と加速度との比として、所定期間における当該比の平均値を算出してもよい。例えば、故障診断装置２は、第１角速度と加速度との比が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が正常であると診断し、第１角速度と加速度との比が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、第２角速度と加速度との比が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と加速度との比が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
【0024】
例えば、第２規格は、所定の基準値を含む所定の範囲であってもよい。例えば、故障診断装置２あるいは他の装置が、実測やシミュレーションにより、第１センサー素子１１と第３センサー素子１３がともに正常である場合に想定される第１角速度と加速度との比の値を基準値としてあらかじめ算出しておいてもよい。あるいは、故障診断装置２あるいは他の装置が、実測やシミュレーションにより、第２センサー素子１２と第３センサー素子１３がともに正常である場合に想定される第２角速度と加速度との比の値を基準値としてあらかじめ算出しておいてもよい。
【0025】
なお、第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３のうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ２２において、故障診断装置２は、第１センサー素子１１が故障している場合は第２センサー素子１２が正常であると診断し、第１センサー素子１１が正常である場合は第２センサー素子１２が故障していると診断する。
【0026】
以下、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例を挙げて、第１実施形態の故障診断方法について詳細に説明する。
【0027】
１－１－２．センサーモジュール及び故障診断装置の具体例
図４は、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例の構成を示す図である。図４の例では、センサーモジュール１は、角速度センサー１０と、６Ｄｏｆセンサー２０と、処理装置３０とを備える。Ｄｏｆは、Degrees Of Freedomの略である。なお、センサーモジュール１は、図４の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。角速度センサー１０、６Ｄｏｆセンサー２０及び処理装置３０は、不図示の筐体に収容されている。
図４は、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例の構成を示す図である。図４の例では、センサーモジュール１は、角速度センサー１０と、６Ｄｏｆセンサー２０と、処理装置３０とを備える。Ｄｏｆは、Degrees Of Freedomの略である。なお、センサーモジュール１は、図４の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。角速度センサー１０、６Ｄｏｆセンサー２０及び処理装置３０は、不図示の筐体に収容されている。
【0028】
センサーモジュール１には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸による３軸座標系が定義される。角速度センサー１０は、Ｚ軸回りの角速度を検出する。また、６Ｄｏｆセンサー２０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸回りの角速度及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を検出する。すなわち、角速度センサー１０の検出軸の方向がセンサーモジュール１のＺ軸の方向であり、６Ｄｏｆセンサー２０の３つの検出軸の方向が、センサーモジュール１のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向である。例えば、角速度センサー１０と６Ｄｏｆセンサー２０とは同じ回路基板に実装され、当該回路基板の面に垂直な方向の軸がＺ軸であり、当該回路基板の面に平行な２つ軸がＸ軸及びＹ軸である。
【0029】
以下の説明では、センサーモジュール１が自動車に搭載される場合を想定する。図５に示すように、センサーモジュール１は、Ｘ軸が自動車５の進行方向に沿い、Ｙ軸が自動車５の進行方向と直交する右方向に沿い、Ｚ軸が自動車５が走行する平面に垂直な下方向に沿うように、自動車５に設置される。
【0030】
図４に示すように、角速度センサー１０は、センサー素子１１Ｚ、検出回路１５及びインターフェース回路１６を含む。
【0031】
センサー素子１１Ｚは、Ｚ軸を検出軸として角速度を検出し、検出信号ＳＳ１Ｚを出力するセンサー素子である。センサー素子１１Ｚは、例えば、水晶を材料とし、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を高精度に検出する。
【0032】
検出回路１５は、センサー素子１１Ｚから出力される検出信号ＳＳ１Ｚを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＺ軸回りの角速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ１Ｚを生成する。
【0033】
インターフェース回路１６は、処理装置３０に対して所定の通信規格のインターフェース処理を行う。例えば、所定の通信規格は、ＳＰＩであってもよいし、Ｉ２Ｃであってもよい。ＳＰＩはSerial Peripheral Interfaceの略であり、Ｉ２ＣはInter-Integrated Circuitの略である。例えば、インターフェース回路１６は、処理装置３０からの読み出しコマンドに応じて、検出回路１５から出力される検出データＳＤ１Ｚを取得し、取得した検出データＳＤ１Ｚをシリアルデータに変換し、処理装置３０に出力する。
【0034】
図４に示すように、６Ｄｏｆセンサー２０は、センサー素子１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ，１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ、検出回路２５及びインターフェース回路２６を含む。
【0035】
センサー素子１２Ｘは、Ｘ軸を検出軸として角速度を検出し、検出信号ＳＳ２Ｘを出力するセンサー素子である。センサー素子１２Ｙは、Ｙ軸を検出軸として角速度を検出し、検出信号ＳＳ２Ｙを出力するセンサー素子である。センサー素子１２Ｚは、Ｚ軸を検出軸として角速度を検出し、検出信号ＳＳ２Ｚを出力するセンサー素子である。
【0036】
センサー素子１３Ｘは、Ｘ軸を検出軸として加速度を検出し、検出信号ＳＳ３Ｘを出力するセンサー素子である。センサー素子１３Ｙは、Ｙ軸を検出軸として加速度を検出し、検出信号ＳＳ３Ｙを出力するセンサー素子である。センサー素子１３Ｚは、Ｚ軸を検出軸として加速度を検出し、検出信号ＳＳ３Ｚを出力するセンサー素子である。センサー素子１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ，１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚは、例えば、セラミックやシリコン等を材料とするセンサー素子である。
【0037】
検出回路２５は、センサー素子１２Ｘから出力される検出信号ＳＳ２Ｘを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＸ軸回りの角速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ２Ｘを生成する。また、検出回路２５は、センサー素子１２Ｙから出力される検出信号ＳＳ２Ｙを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＹ軸回りの角速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ２Ｙを生成する。また、検出回路２５は、センサー素子１２Ｚから出力される検出信号ＳＳ２Ｚを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＺ軸回りの角速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ２Ｚを生成する。
【0038】
さらに、検出回路２５は、センサー素子１３Ｘから出力される検出信号ＳＳ３Ｘを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＸ軸方向の加速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ３Ｘを生成する。また、検出回路２５は、センサー素子１３Ｙから出力される検出信号ＳＳ３Ｙを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＹ軸方向の加速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ３Ｙを生成する。また、検出回路２５は、センサー素子１３Ｚから出力される検出信号ＳＳ３Ｚを所定の周期で取得し、増幅処理やフィルター処理等の所定の処理を行ってＺ軸方向の加速度に応じた電圧のアナログ信号を生成し、当該アナログ信号をデジタル信号に変換して検出データＳＤ３Ｚを生成する。
【0039】
インターフェース回路２６は、処理装置３０に対して所定の通信規格のインターフェース処理を行う。例えば、所定の通信規格は、ＳＰＩであってもよいし、Ｉ２Ｃであってもよい。例えば、インターフェース回路２６は、処理装置３０からの読み出しコマンドに応じて、検出回路１５から出力される検出データＳＤ２Ｘ，ＳＤ２Ｙ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚを取得し、取得した検出データＳＤ２Ｘ，ＳＤ２Ｙ，ＳＤ２Ｚ，Ｓ
Ｄ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚをそれぞれシリアルデータに変換し、処理装置３０に出力する。
Ｄ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚをそれぞれシリアルデータに変換し、処理装置３０に出力する。
【0040】
本実施形態では、角速度センサー１０は、６Ｄｏｆセンサー２０と比較して検出精度の高いセンサーである。逆に、６Ｄｏｆセンサー２０は、角速度センサー１０と比較して検出精度は低いが、比較的安価なセンサーである。例えば、角速度センサー１０は、水晶を材料とするセンサー素子１１Ｚを有する高精度なセンサーであり、６Ｄｏｆセンサー２０は、シリコン基板をＭＥＭＳ技術で加工した静電容量型のセンサーであってもよい。ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。
【0041】
処理装置３０は、所定の周期で、検出データの読み出しコマンドを角速度センサー１０に出力し、角速度センサー１０から出力される検出データＳＤ１Ｚを取得する。また、処理装置３０は、所定の周期で、検出データの読み出しコマンドを６Ｄｏｆセンサー２０に出力し、６Ｄｏｆセンサー２０から出力される検出データＳＤ２Ｘ，ＳＤ２Ｙ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚを取得する。そして、処理装置３０は、取得した各検出データに対して、各種の演算を実行する。
【0042】
例えば、処理装置３０は、各検出データに対して、温度補正演算、感度補正演算、オフセット補正演算、アラインメント補正演算、ダウンサンプリング演算等を行ってもよい。さらに、処理装置３０は、各種の演算を行った後の検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｘ，ＳＤ２Ｙ，ＳＤ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚに基づいて、センサーモジュール１の姿勢、速度、角度等を算出する演算を行ってもよい。姿勢は、ロール、ピッチ、ヨーで表現されてもよいし、オイラー角やクォータニオンで表現されてもよい。オイラー角は、図５に示すように、ロール角φ、ピッチ角θ及びヨー角ψの３つの回転角によって定義される。すなわち、ロール角φは、自動車５の進行方向に沿うＸ軸を回転軸とする回転角である。また、ピッチ角θは、自動車５の進行方向と直交する右方向に沿うＹ軸を回転軸とする回転角である。また、ヨー角ψは、自動車５が走行する平面に垂直な下方向に沿うＺ軸を回転軸とする回転角である。
【0043】
また、処理装置３０は、ホストデバイス３との間で、所定の通信規格のインターフェース処理を行う。例えば、所定の通信規格は、ＳＰＩであってもよいし、Ｉ２Ｃであってもよい。処理装置３０は、ホストデバイス３からの読み出しコマンドに応じて、各種の演算後の検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｘ，ＳＤ２Ｙ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚや、姿勢、速度、角度等のデータをホストデバイス３に送信する。ホストデバイス３は、処理装置３０から各種のデータを受信し、例えば、自動車５の走行制御等の処理を行う。自動車５の走行制御では、ロール角φ、ピッチ角θ及びヨー角ψのうちヨー角ψが最も重要である。そのため、センサーモジュール１は、ヨー角ψを高精度に算出するために、６Ｄｏｆセンサー２０に加えて、Ｚ軸回りの角速度を高精度に検出する角速度センサー１０を備えている。
【0044】
また、処理装置３０は、故障診断装置２との間で、所定の通信規格のインターフェース処理を行う。例えば、所定の通信規格は、ＳＰＩであってもよいし、Ｉ２Ｃであってもよい。処理装置３０は、故障診断装置２からの読み出しコマンドに応じて、検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｘ，ＳＤ２Ｙ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｘ，ＳＤ３Ｙ，ＳＤ３Ｚの少なくとも一部や、ロール角φ及びピッチ角θのデータを故障診断装置２に送信する。故障診断装置２は、処理装置３０から取得した各種のデータを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0045】
ここで、自動車５がＺ軸を回転軸とする回転運動をしたとき、Ｚ軸回りの角速度ωＺが発生する。この角速度ωＺは、角速度センサー１０のセンサー素子１１Ｚと６Ｄｏｆセン
サー２０のセンサー素子１２Ｚによって検出される。したがって、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚがともに正常であれば、センサー素子１１Ｚが検出するＺ軸回りの角速度ΩＺと、センサー素子１２Ｚが検出するＺ軸回りの角速度ＧＺとはほぼ一致することになる。図６に、実測から得られた角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す。図６に示すように、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚがともに正常であれば、角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す近似直線の傾きは１になる。そこで、故障診断装置２は、まず、角速度ΩＺと角速度ＧＺとを比較して、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
サー２０のセンサー素子１２Ｚによって検出される。したがって、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚがともに正常であれば、センサー素子１１Ｚが検出するＺ軸回りの角速度ΩＺと、センサー素子１２Ｚが検出するＺ軸回りの角速度ＧＺとはほぼ一致することになる。図６に、実測から得られた角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す。図６に示すように、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚがともに正常であれば、角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す近似直線の傾きは１になる。そこで、故障診断装置２は、まず、角速度ΩＺと角速度ＧＺとを比較して、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0046】
一方、自動車５に働く加速度ベクトルａは、式（１）のように、ＸＹＺ座標系の種々の加速度ベクトルが合成されたものである。式（１）において、ａｇは重力加速度ベクトルであり、ａｔｒａは並進運動に伴う加速度ベクトルである。式（１）の右辺の第３項以降は回転運動に伴う加速度ベクトルである。ａｃｅｎは向心加速度ベクトルであり、ａｅｕｌはオイラー加速度ベクトルであり、ａｃｏｌはコリオリ加速度ベクトルである。
【0047】
【数1】
【0048】
回転運動に伴う加速度ベクトルである向心加速度ベクトルａｃｅｎ、オイラー加速度ベクトルａｅｕｌ及びコリオリ加速度ベクトルａｃｏｌは、回転角速度ベクトルωと相関がある。向心加速度ベクトルａｃｅｎは、回転角速度ベクトルωと、並進速度ベクトルｖ又は回転中心を原点Ｏとする位置ベクトルｒとを用いて、式（２）で表現される。向心加速度ベクトルａｃｅｎは、自動車５の回転運動により並進運動の方向が変わる際に回転中心方向に働く加速度であり、これにより発生する慣性力が遠心力である。図７に、自動車５がＺ軸回りの回転運動をしたときの、回転角速度ベクトルω、位置ベクトルｒ及び向心加速度ベクトルａｃｅｎの関係を示す。
【0049】
【数2】
【0050】
オイラー加速度ベクトルａｅｕｌは、回転角速度ベクトルωの微分と位置ベクトルｒとを用いて、式（３）で表現される。オイラー加速度ベクトルａｅｕｌは、回転角速度ベクトルωの時間変化、すなわち、角加速度ベクトルにより回転運動の接線方向に働く加速度ベクトルである。図８に、自動車５がＺ軸回りの回転運動をしたときの、回転角速度ベクトルω、位置ベクトルｒ及びオイラー加速度ベクトルａｅｕｌの関係を示す。
【0051】
【数3】
【0052】
コリオリ加速度ベクトルａｃｏｌは、回転角速度ベクトルωと位置ベクトルｒの微分とを用いて、式（４）で表現される。コリオリ加速度ベクトルａｃｏｌは、回転運動中に回転中心を原点Ｏとする位置ベクトルｒの変化により自動車５の移動方向と垂直な向きに働く加速度ベクトルであり、これにより発生する慣性力がコリオリ力である。図９に、自動車５がＺ軸回りの回転運動をしたときの、回転角速度ベクトルω、位置ベクトルｒ及びコリオリ加速度ベクトルａｃｏｌの関係を示す。
【0053】
【数4】
【0054】
式（２）、式（３）及び式（４）より、向心加速度ベクトルａｃｅｎ、オイラー加速度ベクトルａｅｕｌ及びコリオリ加速度ベクトルａｃｏｌは、いずれも回転角速度ベクトルωと相関があり、故障診断装置２は、この相関を利用してセンサー素子１１Ｚの故障診断を行うことができる。
【0055】
自動車５の運動がＺ軸回りの回転運動のみの場合、式（１）において、並進運動に伴う加速度ベクトルａｔｒａは無視できる。すなわち、自動車５の運動がＺ軸回りの回転運動のみの場合、６Ｄｏｆセンサー２０が検出する３軸加速度ベクトルＡ＝（ＡＸ，ＡＹ，ＡＺ）に含まれる並進運動に伴う加速度ベクトルａｔｒａはゼロとみなすことができる。一方、重力加速度ベクトルａｇは無視できないので、３軸加速度ベクトルＡから重力加速度ベクトルａｇを分離する必要がある。
【0056】
重力加速度ベクトルａｇは、重力加速度ｇ、ロール角φ、ピッチ角θ及びヨー角ψを用いて、式（５）で表される。式（５）より、自動車５の傾きに応じて、Ｘ軸とＹ軸にも重力加速度ｇに由来する加速度が生じる。したがって、３軸加速度ベクトルＡ＝（ＡＸ，ＡＹ，ＡＺ）から重力加速度ベクトルａｇ＝（－ｇｓｉｎθ，ｇｓｉｎφｃｏｓθ，ｇｃｏｓφｃｏｓθ）を減算することにより、重力加速度ベクトルａｇが分離される。
【0057】
【数5】
【0058】
回転角速度ベクトルω＝（ωＸ，ωＹ，ωｚ）及び並進速度ベクトルｖ＝（ｖＸ，ｖＹ，ｖｚ）を用いて、式（２）に示した向心加速度ベクトルａｃｅｎを展開すると、式（６）が得られる。
【0059】
【数6】
【0060】
式（２）より、回転角速度ベクトルω＝（ωＸ，ωＹ，ωｚ）及び位置ベクトルｒ＝（ｒＸ，ｒＹ，ｒｚ）を用いて、並進速度ベクトルｖを展開すると、式（７）が得られる。
【0061】
【数7】
【0062】
また、式（６）及び式（７）より、向心加速度ベクトルａｃｅｎは、式（８）のように
も表現される。
も表現される。
【0063】
【数8】
【0064】
回転角速度ベクトルω＝（ωＸ，ωＹ，ωｚ）及び位置ベクトルｒ＝（ｒＸ，ｒＹ，ｒｚ）を用いて、式（３）に示したオイラー加速度ベクトルａｅｕｌを展開すると、式（９）が得られる。
【0065】
【数9】
【0066】
回転角速度ベクトルω＝（ωＸ，ωＹ，ωｚ）及び位置ベクトルｒ＝（ｒＸ，ｒＹ，ｒｚ）を用いて、式（４）に示したコリオリ加速度ベクトルａｃｏｌを展開すると、式（１０）が得られる。
【0067】
【数10】
【0068】
ここで、Ｚ軸回りの角速度ωＺ以外の運動入力がない理想条件を考えると、ωＸ＝ωＹ＝０，ｖＹ＝ｖＺ＝０，ｒＸ＝ｒＺ＝０とみなすことができる。したがって、式（６）及び式（８）より、式（１１）が得られる。
【0069】
【数11】
【0070】
また、式（９）より、式（１２）が得られる。
【0071】
【数12】
【0072】
また、式（１０）より、式（１３）が得られる。
【0073】
【数13】
【0074】
式（１１）、式（１２）及び（式１３）より、理想条件において自動車５に働く加速度ベクトルａは、式（１４）のようになる。
【0075】
【数14】
【0076】
式（１１）及び式（１４）より、Ｙ軸方向の加速度ａＹである向心加速度はＺ軸回りの角速度ωＺと相関がある。すなわち、角速度センサー１０のセンサー素子１１Ｚ及び６Ｄｏｆセンサー２０のセンサー素子１３Ｙがともに正常であれば、センサー素子１１Ｚが検出するＺ軸回りの角速度ΩＺと、センサー素子１３Ｙが検出するＹ軸方向の加速度ＡＹとの間には相関があると考えられる。図１０に、実測により得られた角速度ΩＺの時系列データを示す。また、図１１に、実測により、図１０と同じタイミングで得られた加速度ＡＹの時系列データを示す。図１０と図１１とを比較すると、角速度ΩＺと加速度ＡＹとの間に相関が見られる。図１２に、実測から得られた角速度ΩＺと加速度ＡＹとの関係を示す。図１２に示すように、ほとんどの点が破線で示す楕円内に位置しており、角速度ΩＺと加速度ＡＹとの間に相関があることが確認される。
【0077】
そこで、故障診断装置２は、角速度ΩＺと角速度ＧＺとが一致しない場合、次に、角速度ΩＺと加速度ＡＹとを比較して、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0078】
図４に示すように、故障診断装置２は、故障診断回路１００、インターフェース回路１０１、制御回路１０２、ローパスフィルター１０３及び重力加速度分離回路１０４を含む。
【0079】
インターフェース回路１０１は、処理装置３０とのインターフェース処理を行う回路である。例えば、インターフェース回路１０１は、処理装置３０との間で、マスターとして所定の通信規格のインターフェース処理を行う。例えば、所定の通信規格は、ＳＰＩであってもよいし、Ｉ２Ｃであってもよい。
【0080】
制御回路１０２は、処理装置３０との通信を制御する。本実施形態では、制御回路１０２は、自動車５が右折や左折のために回転運動を行う期間において、処理装置３０から、インターフェース回路１０１を介して、検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｙ、ロール角φ及びピッチ角θを取得する。制御回路１０２は、不図示の装置からＺ軸回りの回転を示す信号を取得して自動車５が回転運動を行う期間を特定してもよいし、処理装置３０から、所定の周期で、Ｚ軸回りの角速度のデータである検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｚを取得し、検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｚの少なくとも一方に基づいて自動車５が回転運動を行う期間を特定してもよい。
【0081】
ローパスフィルター１０３は、制御回路１０２から検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｙを取得し、高周波のノイズ成分を低減させるためにローパスフィルター処理を行う。ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ１Ｚは、第１角速度データＧ１Ｚと
して故障診断回路１００に入力される。第１角速度データＧ１Ｚには、センサー素子１１Ｚが検出したＺ軸回りの角速度に基づく角速度ΩＺが含まれている。また、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ２Ｚは、第２角速度データＧ２Ｚとして故障診断回路１００に入力される。第２角速度データＧ２Ｚには、センサー素子１２Ｚが検出したＺ軸回りの角速度に基づく角速度ＧＺが含まれている。
して故障診断回路１００に入力される。第１角速度データＧ１Ｚには、センサー素子１１Ｚが検出したＺ軸回りの角速度に基づく角速度ΩＺが含まれている。また、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ２Ｚは、第２角速度データＧ２Ｚとして故障診断回路１００に入力される。第２角速度データＧ２Ｚには、センサー素子１２Ｚが検出したＺ軸回りの角速度に基づく角速度ＧＺが含まれている。
【0082】
重力加速度分離回路１０４は、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ３Ｙから重力加速度成分を分離する。具体的には、重力加速度分離回路１０４は、ロール角φ及びピッチ角θを用いて、重力加速度ベクトルａｇのＹ軸方向の重力加速度成分であるｇｓｉｎφｃｏｓθを算出し、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度から、ｇｓｉｎφｃｏｓθを減算する。重力加速度分離回路１０４が重力加速度成分を分離した後の検出データＳＤ３Ｙは、加速度データＡ３Ｙとして故障診断回路１００に入力される。加速度データＡ３Ｙには、センサー素子１３Ｙが検出したＹ軸方向の加速度に基づく加速度ＡＹが含まれている。
【0083】
故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。具体的には、故障診断回路１００は、図２及び図３の手順に従って、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。ここで、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｙが、それぞれ、図１の第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｙが、それぞれ、図２の第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙが、それぞれ、図２の第１角速度信号、第２角速度信号及び加速度信号に相当し、Ｚ軸及びＹ軸が、それぞれ、図２及び図３の第１軸及び第２軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹが、それぞれ、図２及び図３の第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
【0084】
まず、図２の工程Ｓ１１において、故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚに含まれる角速度ΩＺと、第２角速度データＧ２Ｚに含まれる角速度ＧＺとを比較する。
【0085】
次に、工程Ｓ１２において、故障診断回路１００は、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たすか否かを判定し、比較結果が第１規格を満たす場合は、工程Ｓ１３において、センサー素子１１Ｚ及びセンサー素子１２Ｚが正常であると診断する。
【0086】
本願発明者は、センサー素子１２Ｚが正常であり、かつ、センサー素子１１Ｚが正常である場合と故障している場合において、自動車５が右折したときに検出される角速度ΩＺ及び角速度ＧＺをシミュレーションにより算出し、所定の閾値を超えた角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を導出した。図１３に、当該シミュレーションにより得られた、角速度ΩＺ及び角速度ＧＺとの関係を示す。図１３において、丸印は、センサー素子１１Ｚが正常である場合の角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示し、三角印は、センサー素子１１Ｚが故障している場合の角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す。図１３に示すように、センサー素子１１Ｚが正常である場合は、角速度ΩＺと角速度ＧＺとがほぼ一致するため、角速度ΩＺと角速度ＧＺとの関係を示す近似直線の傾き、すなわち角速度ΩＺと角速度ＧＺとの比はほぼ１である。これに対して、センサー素子１１Ｚが故障している場合は、角速度ΩＺと角速度ＧＺとの比がほぼ１ではない。
【0087】
したがって、工程Ｓ１２において、例えば、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第１規格とし、角速度ΩＺと角速度ＧＺとの比が第１規格を満たすか否かを判定してもよい。
【0088】
工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たさない場合、第２診断工程Ｓ２０において、故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚ又は第２角速度データと、加速度データＡ３Ｙとを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0089】
具体的には、図３の工程Ｓ２１において、故障診断回路１００は、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと、加速度データＡ３Ｙに含まれる加速度ＡＹとの比を算出する。そして、工程Ｓ２２において、故障診断回路１００は、工程Ｓ２１で算出した角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと加速度ＡＹとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。故障診断回路１００は、ノイズ等の影響を低減させるために、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと加速度ＡＹとの比として、所定期間における当該比の平均値を算出してもよい。例えば、故障診断回路１００は、角速度ΩＺと加速度ＡＹとの比が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断し、角速度ΩＺと加速度ＡＹとの比が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、角速度ＧＺと加速度ＡＹとの比が第２規格を満たす場合は、センサー素子１２Ｚが正常であるため、センサー素子１１Ｚが故障していると診断し、角速度ＧＺと加速度ＡＹとの比が第２規格を満たさない場合は、センサー素子１２Ｚが故障しているため、センサー素子１１Ｚが正常であると診断してもよい。
【0090】
本願発明者は、センサー素子１３Ｙが正常であり、かつ、センサー素子１１Ｚが正常である場合と故障している場合において、自動車５が右折したときに検出される加速度ＡＹ及び角速度ΩＺをシミュレーションにより算出し、所定の閾値を超えた加速度ＡＹと角速度ΩＺとの関係を導出した。図１４に、当該シミュレーションにより得られた、加速度ＡＹと角速度ΩＺとの関係を示す。図１４において、丸印は、センサー素子１１Ｚが正常である場合の加速度ＡＹと角速度ΩＺとの関係を示し、三角印は、センサー素子１１Ｚが故障している場合の加速度ＡＹと角速度ΩＺとの関係を示す。図１４に示すように、センサー素子１１Ｚが正常である場合と故障している場合とでは、いずれも加速度ＡＹと角速度ΩＺとに相関が見られるが、加速度ＡＹと角速度ΩＺとの関係を示す近似直線の傾き、すなわち加速度ＡＹと角速度ΩＺとの比が異なる。
【0091】
したがって、工程Ｓ２２において、例えば、故障診断回路１００は、センサー素子１１Ｚとセンサー素子１３Ｙがともに正常である場合に想定される加速度ＡＹと角速度ΩＺとの比の値を基準値として、当該基準値を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＹと角速度ΩＺとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、センサー素子１２Ｚとセンサー素子１３Ｙがともに正常である場合に想定される加速度ＡＹと角速度ＧＺとの比の値を基準値として、当該基準値を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＹと角速度ＧＺとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。
【0092】
なお、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｙのうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ２２において、故障診断回路１００は、センサー素子１１Ｚが故障している場合はセンサー素子１２Ｚが正常であると診断し、センサー素子１１Ｚが正常である場合はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断する。
【0093】
そして、故障診断回路１００は、図２の工程Ｓ３０において故障診断を終了するまで、工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２の処理を繰り返し行う。
【0094】
制御回路１０２は、故障診断回路１００による診断結果を、インターフェース回路１０１を介して、処理装置３０に送信する。処理装置３０は、当該診断結果を内蔵する不図示
のメモリーに記憶する。処理装置３０は、当該診断結果が、センサー素子１１Ｚが故障していることを示している場合は、検出データＳＤ１Ｚに対して各種の演算を行わなくてもよいし、検出データＳＤ１Ｚに代えて検出データＳＤ２Ｚを用いて、センサーモジュール１の姿勢、速度、角度等を算出する演算を行ってもよい。また、ホストデバイス３は、処理装置３０から当該診断結果を読み出し、当該診断結果が、センサー素子１１Ｚが故障していることを示している場合は、センサー素子１１Ｚの交換が必要であることをユーザーに通知してもよい。
のメモリーに記憶する。処理装置３０は、当該診断結果が、センサー素子１１Ｚが故障していることを示している場合は、検出データＳＤ１Ｚに対して各種の演算を行わなくてもよいし、検出データＳＤ１Ｚに代えて検出データＳＤ２Ｚを用いて、センサーモジュール１の姿勢、速度、角度等を算出する演算を行ってもよい。また、ホストデバイス３は、処理装置３０から当該診断結果を読み出し、当該診断結果が、センサー素子１１Ｚが故障していることを示している場合は、センサー素子１１Ｚの交換が必要であることをユーザーに通知してもよい。
【0095】
１－１－３．作用効果
以上に説明したように、第１実施形態の故障診断方法では、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｙの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いことを前提として、故障診断装置２は、第１診断工程Ｓ１０において、センサー素子１１Ｚ及びセンサー素子１２Ｚが正常であるか、センサー素子１１Ｚ又はセンサー素子１２Ｚが故障しているかを診断することができる。また、故障診断装置２は、第１診断工程Ｓ１０においてセンサー素子１１Ｚ又はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断した場合、上記の前提より、センサー素子１３Ｙは正常であるので、第２診断工程Ｓ２０において、第１角速度データＧ１Ｚ又は第２角速度データＧ２Ｚと加速度データＡ３Ｙとを用いて、センサー素子１１Ｚが故障しているか否かを診断することができる。そして、故障診断装置２が、第２診断工程Ｓ２０において、センサー素子１１Ｚが正常であると診断した場合はセンサー素子１２Ｚが故障していることになり、センサー素子１１Ｚが故障していると診断した場合はセンサー素子１２Ｚが正常であることになる。
以上に説明したように、第１実施形態の故障診断方法では、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｙの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いことを前提として、故障診断装置２は、第１診断工程Ｓ１０において、センサー素子１１Ｚ及びセンサー素子１２Ｚが正常であるか、センサー素子１１Ｚ又はセンサー素子１２Ｚが故障しているかを診断することができる。また、故障診断装置２は、第１診断工程Ｓ１０においてセンサー素子１１Ｚ又はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断した場合、上記の前提より、センサー素子１３Ｙは正常であるので、第２診断工程Ｓ２０において、第１角速度データＧ１Ｚ又は第２角速度データＧ２Ｚと加速度データＡ３Ｙとを用いて、センサー素子１１Ｚが故障しているか否かを診断することができる。そして、故障診断装置２が、第２診断工程Ｓ２０において、センサー素子１１Ｚが正常であると診断した場合はセンサー素子１２Ｚが故障していることになり、センサー素子１１Ｚが故障していると診断した場合はセンサー素子１２Ｚが正常であることになる。
【0096】
さらに、第１実施形態の故障診断方法では、センサー素子１１Ｚとセンサー素子１２ＺがともにＺ軸回りの角速度を検出するので、第１角速度データＧ１Ｚと第２角速度データＧ２Ｚとの差が小さく、故障診断装置２は、第１診断工程Ｓ１０において、センサー素子１１Ｚ及びセンサー素子１２Ｚが正常であるか、センサー素子１１Ｚ又はセンサー素子１２Ｚが故障しているかを容易かつ正確に診断することができる。そして、故障診断装置２は、第１診断工程Ｓ１０においてセンサー素子１１Ｚ及びセンサー素子１２Ｚが正常であると診断した場合は、第２診断工程Ｓ２０を行う必要はない。
【0097】
したがって、第１実施形態の故障診断方法によれば、故障診断装置２は、ともにＺ軸回りの角速度を検出するセンサー素子１１Ｚ及びセンサー素子１２Ｚのいずれが故障しているかを効率よく診断することができる。
【0098】
また、第１実施形態の故障診断方法によれば、センサー素子１１Ｚが正常であるか故障しているかを診断することができるので、例えば、センサーモジュール１又はホストデバイス３が、センサー素子１１Ｚが正常である場合は、検出精度の高いセンサー素子１１Ｚから出力される検出信号ＳＳ１Ｚを用いて必要な演算を高精度に行い、センサー素子１１Ｚが故障している場合は、センサー素子１２Ｚから出力される検出信号ＳＳ２Ｚを用いて必要な演算を継続することができる。
【0099】
例えば、ホストデバイス３は、角速度センサー１０のセンサー素子１１Ｚが故障した場合、自動車５の自動運転制御を停止させるようなフェールセーフや、角速度センサー１０が検出するＺ軸周りの加速度に代えて６Ｄｏｆセンサー２０が検出するＺ軸周りの角速度を用いて自動車５の位置推定を行うようなフェールソフトなど、システムの堅牢性に寄与するフォールトトレラント設計が可能となる。
【0100】
また、ホストデバイス３が自動車５の走行を高精度に制御するために、センサーモジュール１は、自動車５の位置や姿勢の算出に必要な３軸角速度及び３軸加速度を検出する６Ｄｏｆセンサー２０と、高精度な走行制御に特に重要なヨー角ψの算出に必要な検出精度
の高い角速度センサー１０とを備えている。すなわち、角速度センサー１０及び６Ｄｏｆセンサー２０は、いずれも故障診断に専用のセンサーではなく、第１実施形態の故障診断方法によれば、本来必要なセンサーを故障診断に兼用することができるので、低コスト化を実現しやすい。
の高い角速度センサー１０とを備えている。すなわち、角速度センサー１０及び６Ｄｏｆセンサー２０は、いずれも故障診断に専用のセンサーではなく、第１実施形態の故障診断方法によれば、本来必要なセンサーを故障診断に兼用することができるので、低コスト化を実現しやすい。
【0101】
１－２．第２実施形態
以下、第２実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第２実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。
【0102】
第２実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例は、図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。また、第２実施形態の故障診断方法の全体的な手順を示すフローチャート図は、図２と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第２実施形態では、図２の第２診断工程Ｓ２０の手順が第１実施形態と異なる。
【0103】
【0104】
図１５に示すように、工程Ｓ１２１において、故障診断装置２は、第１軸及び第２軸と交差する第３軸方向の速度を取得する。第１軸と第２軸と第３軸とは互いに直交してもよい。なお、「第１軸と第２軸と第３軸とが直交する」とは、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、すべて厳密に９０°である場合のみならず、センサーモジュール１の製造誤差に起因して、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、９０°に対して誤差を有する場合も含まれる。例えば、第１軸は、センサーモジュール１の設置面に直交する軸であり、第２軸及び第３軸は、センサーモジュール１の設置面に平行な軸であってもよい。
【0105】
例えば、故障診断装置２は、車輪速センサー、ＧＮＳＳドップラー等の装置から、第３軸方向の速度を取得してもよい。ＧＮＳＳは、Global Navigation Satellite Systemの略である。あるいは、センサーモジュール１が、第３軸方向の速度を検出する速度センサーを備え、故障診断装置２は、センサーモジュール１から、速度センサーが検出する第３軸方向の速度を取得してもよい。また、例えば、センサーモジュール１が、第３軸方向の加速度を検出する加速度センサーを備え、故障診断装置２は、センサーモジュール１から、加速度センサーが検出する第３軸方向の加速度を取得し、当該第３軸方向の加速度を積分して第３軸方向の速度を算出してもよい。
【0106】
次に、工程Ｓ１２２において、故障診断装置２は、第１角速度又は第２角速度と、工程Ｓ１２１で取得した第３軸方向の加速度とを用いて、第２軸回りの角速度と第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの第２軸方向の向心加速度を算出する。故障診断装置２は、第１角速度と第３軸方向の加速度とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出してもよいし、第２角速度と第３軸方向の加速度とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出してもよい。
【0107】
そして、工程Ｓ１２３において、故障診断装置２は、第３センサー素子１３から出力される第３検出信号に基づく加速度信号に含まれる第２軸方向の加速度と、工程Ｓ１２２で算出した第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、第１センサー素子１１の故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ１２２において第１角速度と第３軸方向の加速度とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が正常であると診断し、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心
加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、工程Ｓ１２２において第２角速度と第３軸方向の加速度とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、工程Ｓ１２２において第２角速度と第３軸方向の加速度とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
【0108】
例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ１２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との差分を算出する場合、第２規格は、０を含む所定の範囲であってもよい。また、例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ１２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比を算出する場合、第２規格は、１を含む所定の範囲であってもよい。
【0109】
なお、第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３のうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ１２３において、故障診断装置２は、第１センサー素子１１が故障している場合は第２センサー素子１２が正常であると診断し、第１センサー素子１１が正常である場合は第２センサー素子１２が故障していると診断する。
【0110】
以下、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例として、第１実施形態において図４に示した構成例を挙げて、第２実施形態の故障診断方法について詳細に説明する。センサーモジュール１の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、故障診断装置２において、インターフェース回路１０１、制御回路１０２、ローパスフィルター１０３及び重力加速度分離回路１０４の機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0111】
第２実施形態では、故障診断回路１００は、図２及び図１５の手順に従って、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。ここで、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｙが、それぞれ、図１の第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｙが、それぞれ、図２の第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙが、それぞれ、図２の第１角速度信号、第２角速度信号及び加速度信号に相当し、Ｚ軸、Ｙ軸及びＸ軸が、それぞれ、図２及び図１５の第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹが、それぞれ、図２及び図１５の第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
【0112】
まず、故障診断回路１００は、第１実施形態と同様、図２の工程Ｓ１１、工程Ｓ１２及び工程Ｓ１３を順に行う。
【0113】
工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たさない場合、第２診断工程Ｓ２０において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｙを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0114】
具体的には、まず、図１５の工程Ｓ１２１において、故障診断回路１００は、Ｘ軸方向の速度ＶＸを取得する。故障診断装置２は、車輪速センサー、ＧＮＳＳドップラー等の装置から、Ｘ軸方向の速度ＶＸを取得してもよい。あるいは、センサーモジュール１が、Ｘ軸方向の速度ＶＸを検出する速度センサーを備え、故障診断回路１００は、センサーモジュール１から、速度センサーが検出するＸ軸方向の速度ＶＸを取得してもよい。また、例
えば、制御回路１０２が、インターフェース回路１０１を介して、センサーモジュール１からＸ軸方向の加速度ＡＸを含む検出データＳＤ２Ｘを取得して故障診断回路１００に出力し、故障診断回路１００が検出データＳＤ２Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸを積分してＸ軸方向の速度ＶＸを算出してもよい。
えば、制御回路１０２が、インターフェース回路１０１を介して、センサーモジュール１からＸ軸方向の加速度ＡＸを含む検出データＳＤ２Ｘを取得して故障診断回路１００に出力し、故障診断回路１００が検出データＳＤ２Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸを積分してＸ軸方向の速度ＶＸを算出してもよい。
【0115】
次に、工程Ｓ１２２において、故障診断回路１００は、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと、工程Ｓ１２１で取得したＸ軸方向の速度ＶＸとを用いて、Ｙ軸回りの角速度ωＹとＸ軸回りの角速度ωＸとをゼロとしたときのＹ軸方向の向心加速度を算出する。具体的には、故障診断回路１００は、角速度ΩＺと速度ＶＸとを用いて、前出の式（１１）に示した向心加速度ベクトルａｃｅｎのＹ軸成分に対応するＹ軸方向の向心加速度ＶＸΩＺを算出する。あるいは、故障診断回路１００は、角速度ＧＺと速度ＶＸとを用いてＹ軸方向の向心加速度ＶＸＧＺを算出する。
【0116】
そして、工程Ｓ１２３において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹと、工程Ｓ１２２で算出したＹ軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。例えば、故障診断回路１００は、工程Ｓ１２２においてＹ軸方向の向心加速度ＶＸΩＺを算出した場合、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断し、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、工程Ｓ１２２においてＹ軸方向の向心加速度ＶＸＧＺを算出した場合、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸＧＺとの比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断し、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸＧＺとの比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断してもよい。
【0117】
本願発明者は、センサー素子１３Ｙが正常であり、かつ、センサー素子１１Ｚが正常である場合と故障している場合において、自動車５が右折したときに検出される加速度ＡＹ及び向心加速度ＶＸΩＺをシミュレーションにより算出し、所定の閾値を超えた加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの関係を導出した。図１６に、当該シミュレーションにより得られた、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの関係を示す。図１６において、丸印は、センサー素子１１Ｚが正常である場合の加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの関係を示し、三角印は、センサー素子１１Ｚが故障している場合の加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの関係を示す。図１６に示すように、センサー素子１１Ｚが正常である場合は、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとがほぼ一致するため、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの関係を示す近似直線の傾き、すなわち加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比はほぼ１である。これに対して、センサー素子１１Ｚが故障している場合は、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比がほぼ１ではない。
【0118】
したがって、工程Ｓ１２３において、例えば、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸＧＺとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。
【0119】
なお、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｙのうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ１２３において、故障診断回路１００は、センサー素子１１Ｚが故障している場合はセンサー素子１２Ｚが正常であると診断し、センサー素子１１Ｚが正常である場合はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断する。
【0120】
そして、故障診断回路１００は、図２の工程Ｓ３０において故障診断を終了するまで、工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１２１，Ｓ１２２，Ｓ１２３の処理を繰り返し行う。
【0121】
以上に説明した第２実施形態の故障診断方法によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0122】
１－３．第３実施形態
以下、第３実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第３実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
【0123】
第３実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例は、図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。また、第３実施形態の故障診断方法の全体的な手順を示すフローチャート図は、図２と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第３実施形態では、図２の第２診断工程Ｓ２０の手順が第１実施形態と異なる。
【0124】
【0125】
図１７に示すように、工程Ｓ２２１において、故障診断装置２は、センサーモジュール１が第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする第２軸方向の位置を取得する。第２軸方向の位置は、回転中心からセンサーモジュール１までの距離とも言える。例えば、故障診断装置２は、ＧＮＳＳから得られる位置情報や地図データと、ＬｉＤＡＲやカメラなどの外界センサーとによるマップマッチングなどにより、第２軸方向の位置を取得することができる。ＬｉＤＡＲは、Light Detection And Rangingの略である。また、故障診断装置２は、車輪速センサーから得られる左右車輪速を用いて、第２軸方向の位置を算出することもできる。
【0126】
次に、工程Ｓ２２２において、故障診断装置２は、第１角速度又は第２角速度と、工程Ｓ２２１で取得した第２軸方向の位置とを用いて、第２軸回りの角速度と、第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの第２軸方向の向心加速度を算出する。第１軸と第２軸と第３軸とは互いに直交してもよい。なお、「第１軸と第２軸と第３軸とが直交する」とは、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、すべて厳密に９０°である場合のみならず、センサーモジュール１の製造誤差に起因して、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、９０°に対して誤差を有する場合も含まれる。例えば、第１軸は、センサーモジュール１の設置面に直交する軸であり、第２軸及び第３軸は、センサーモジュール１の設置面に平行な軸であってもよい。
【0127】
故障診断装置２は、第１角速度と第２軸方向の位置とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出してもよいし、第２角速度と第２軸方向の位置とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出してもよい。
【0128】
そして、工程Ｓ２２３において、故障診断装置２は、第３センサー素子１３から出力される第３検出信号に基づく加速度信号に含まれる第２軸方向の加速度と、工程Ｓ２２２で算出した第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、第１センサー素子１１の故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ２２２において第１角速度と第２軸方向の位置とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は
第１センサー素子１１が正常であると診断し、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、工程Ｓ２２２において第２角速度と第２軸方向の位置とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
第１センサー素子１１が正常であると診断し、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、工程Ｓ２２２において第２角速度と第２軸方向の位置とを用いて第２軸方向の向心加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向の向心加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
【0129】
例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ２２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との差分を算出する場合、第２規格は、０を含む所定の範囲であってもよい。また、例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ２２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向の向心加速度との比を算出する場合、第２規格は、１を含む所定の範囲であってもよい。
【0130】
なお、第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３のうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ２２３において、故障診断装置２は、第１センサー素子１１が故障している場合は第２センサー素子１２が正常であると診断し、第１センサー素子１１が正常である場合は第２センサー素子１２が故障していると診断する。
【0131】
以下、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例として、第１実施形態において図４に示した構成例を挙げて、第３実施形態の故障診断方法について詳細に説明する。センサーモジュール１の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、故障診断装置２において、インターフェース回路１０１、制御回路１０２、ローパスフィルター１０３及び重力加速度分離回路１０４の機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0132】
第３実施形態では、故障診断回路１００は、図２及び図１７の手順に従って、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。ここで、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｙが、それぞれ、図１の第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｙが、それぞれ、図２の第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙが、それぞれ、図２の第１角速度信号、第２角速度信号及び加速度信号に相当し、Ｚ軸、Ｙ軸及びＸ軸が、それぞれ、図２及び図１７の第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹが、それぞれ、図２及び図１７の第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
【0133】
まず、故障診断回路１００は、第１実施形態と同様、図２の工程Ｓ１１、工程Ｓ１２及び工程Ｓ１３を順に行う。
【0134】
工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たさない場合、第２診断工程Ｓ２０において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｙを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0135】
具体的には、まず、図１７の工程Ｓ２２１において、故障診断回路１００は、Ｙ軸方向の位置ｒＹを取得する。故障診断回路１００は、ＧＮＳＳから得られる位置情報や地図データと、ＬｉＤＡＲやカメラなどの外界センサーとによるマップマッチングなどにより、Ｙ軸方向の位置ｒＹを取得することができる。また、故障診断回路１００は、車輪速セン
サーから得られる左右車輪速を用いて、Ｙ軸方向の位置ｒＹを算出することもできる。
サーから得られる左右車輪速を用いて、Ｙ軸方向の位置ｒＹを算出することもできる。
【0136】
次に、工程Ｓ２２２において、故障診断回路１００は、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと、工程Ｓ２２１で取得したＹ軸方向の位置ｒＹとを用いて、Ｙ軸回りの角速度ωＹとＸ軸回りの角速度ωＸとをゼロとしたときのＹ軸方向の向心加速度を算出する。具体的には、故障診断回路１００は、角速度ΩＺと位置ｒＹとを用いて、前出の式（１１）に示した向心加速度ベクトルａｃｅｎのＹ軸成分に対応するＹ軸方向の向心加速度－ｒＹΩＺ
２を算出する。あるいは、故障診断回路１００は、角速度ＧＺと位置ｒＹとを用いてＹ軸方向の向心加速度－ｒＹＧＺ
２を算出する。
【0137】
そして、工程Ｓ２２３において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹと、工程Ｓ２２２で算出したＹ軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ２２２においてＹ軸方向の向心加速度－ｒＹΩＺ
２を算出した場合、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断し、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸΩＺとの比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、工程Ｓ２２２においてＹ軸方向の向心加速度－ｒＹＧＺ
２を算出した場合、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸＧＺとの比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断し、加速度ＡＹと向心加速度ＶＸＧＺとの比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断してもよい。
【0138】
本願発明者は、センサー素子１３Ｙが正常であり、かつ、センサー素子１１Ｚが正常である場合と故障している場合において、自動車５が右折したときに検出される加速度ＡＹ及び向心加速度－ｒＹΩＺ
２をシミュレーションにより算出し、所定の閾値を超えた加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との関係を導出した。図１８に、当該シミュレーションにより得られた、加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との関係を示す。図１８において、丸印は、センサー素子１１Ｚが正常である場合の加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との関係を示し、三角印は、センサー素子１１Ｚが故障している場合の加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との関係を示す。図１８に示すように、センサー素子１１Ｚが正常である場合は、加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２とがほぼ一致するため、加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との関係を示す近似直線の傾き、すなわち加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との比はほぼ１である。これに対して、センサー素子１１Ｚが故障している場合は、加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との比がほぼ１ではない。
【0139】
したがって、工程Ｓ２２３において、例えば、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹΩＺ
２との比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＹと向心加速度－ｒＹＧＺ
２との比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。
【0140】
なお、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｙのうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ２２３において、故障診断回路１００は、センサー素子１１Ｚが故障している場合はセンサー素子１２Ｚが正常であると診断し、センサー素子１１Ｚが正常である場合はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断する。
【0141】
そして、故障診断回路１００は、図２の工程Ｓ３０において故障診断を終了するまで、工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２２１，Ｓ２２２，Ｓ２２３の処理を繰り返し行う。
【0142】
以上に説明した第３実施形態の故障診断方法によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0143】
１－４．第４実施形態
以下、第４実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
以下、第４実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
【0144】
第４実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例は、図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。また、第４実施形態の故障診断方法の全体的な手順を示すフローチャート図は、図２と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第４実施形態では、図２の第２診断工程Ｓ２０の手順が第１実施形態と異なる。
【0145】
【0146】
図１９に示すように、工程Ｓ３２１において、故障診断装置２は、センサーモジュール１が第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、第１軸及び第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する。第１軸と第２軸と第３軸とは互いに直交してもよい。なお、「第１軸と第２軸と第３軸とが直交する」とは、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、すべて厳密に９０°である場合のみならず、センサーモジュール１の製造誤差に起因して、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、９０°に対して誤差を有する場合も含まれる。例えば、第１軸は、センサーモジュール１の設置面に直交する軸であり、第２軸及び第３軸は、センサーモジュール１の設置面に平行な軸であってもよい。
【0147】
第２軸方向の位置は、回転中心からセンサーモジュール１までの距離とも言える。例えば、故障診断装置２は、ＧＮＳＳから得られる位置情報や地図データと、ＬｉＤＡＲやカメラなどの外界センサーとによるマップマッチングなどにより、第２軸方向の位置を取得することができる。また、故障診断装置２は、車輪速センサーから得られる左右車輪速を用いて、第２軸方向の位置を算出することもできる。
【0148】
次に、工程Ｓ３２２において、故障診断装置２は、第１角速度又は第２角速度と、工程Ｓ３２１で取得した第３軸方向の位置とを用いて、第２軸回りの角速度と第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの第２軸方向のオイラー加速度を算出する。故障診断装置２は、第１角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のオイラー加速度を算出してもよいし、第２角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のオイラー加速度を算出してもよい。
【0149】
そして、工程Ｓ３２３において、故障診断装置２は、第３センサー素子１３から出力される第３検出信号に基づく加速度信号に含まれる第２軸方向の加速度と、工程Ｓ３２２で算出した第２軸方向のオイラー加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、第１センサー素子１１の故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ３２２において第１角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のオイラー加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向のオイラー加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が正常であると診断し、第２軸方向の加速度と第２軸方向のオイラー加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、工程Ｓ３２２において
第２角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のオイラー加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向のオイラー加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向のオイラー加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
第２角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のオイラー加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向のオイラー加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向のオイラー加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
【0150】
例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ３２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向のオイラー加速度との差分を算出する場合、第２規格は、０を含む所定の範囲であってもよい。また、例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ３２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向のオイラー加速度との比を算出する場合、第２規格は、１を含む所定の範囲であってもよい。
【0151】
なお、第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３のうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ３２３において、故障診断装置２は、第１センサー素子１１が故障している場合は第２センサー素子１２が正常であると診断し、第１センサー素子１１が正常である場合は第２センサー素子１２が故障していると診断する。
【0152】
以下、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例として、第１実施形態において図４に示した構成例を挙げて、第４実施形態の故障診断方法について詳細に説明する。センサーモジュール１の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、故障診断装置２において、インターフェース回路１０１の機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0153】
第４実施形態では、制御回路１０２は、自動車５が右折や左折のために回転運動を行う期間において、処理装置３０から、インターフェース回路１０１を介して、検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｘ及びピッチ角θを取得する。
【0154】
ローパスフィルター１０３は、制御回路１０２から検出データＳＤ１Ｚ，ＳＤ２Ｚ，ＳＤ３Ｘを取得し、高周波のノイズ成分を低減させるためにローパスフィルター処理を行う。ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ１Ｚは、第１角速度データＧ１Ｚとして故障診断回路１００に入力される。第１角速度データＧ１Ｚには、センサー素子１１Ｚが検出したＺ軸回りの角速度に基づく角速度ΩＺが含まれている。また、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ２Ｚは、第２角速度データＧ２Ｚとして故障診断回路１００に入力される。第２角速度データＧ２Ｚには、センサー素子１２Ｚが検出したＺ軸回りの角速度に基づく角速度ＧＺが含まれている。
【0155】
重力加速度分離回路１０４は、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ３Ｘから重力加速度成分を分離する。具体的には、重力加速度分離回路１０４は、ピッチ角θを用いて、重力加速度ベクトルａｇのＸ軸方向の重力加速度成分である－ｇｓｉｎθを算出し、ローパスフィルター処理された後の検出データＳＤ３Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度から、－ｇｓｉｎθを減算する。重力加速度分離回路１０４が重力加速度成分を分離した後の検出データＳＤ３Ｘは、加速度データＡ３Ｘとして故障診断回路１００に入力される。加速度データＡ３Ｘには、センサー素子１３Ｘが検出したＸ軸方向の加速度に基づく加速度ＡＸが含まれている。
【0156】
故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｘを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。具体的には、故障診断回路１００は、図２及び図１９の手順に従って、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。ここで、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｘが、それぞれ、図１の第１センサー素子１１
、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｘが、それぞれ、図２の第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｘが、それぞれ、図２の第１角速度信号、第２角速度信号及び加速度信号に相当し、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸が、それぞれ、図２及び図１９の第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸが、それぞれ、図２及び図１９の第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｘが、それぞれ、図２の第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｘが、それぞれ、図２の第１角速度信号、第２角速度信号及び加速度信号に相当し、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸が、それぞれ、図２及び図１９の第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸが、それぞれ、図２及び図１９の第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
【0157】
まず、故障診断回路１００は、第１実施形態と同様、図２の工程Ｓ１１、工程Ｓ１２及び工程Ｓ１３を順に行う。
【0158】
工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たさない場合、第２診断工程Ｓ２０において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｘを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0159】
具体的には、まず、図１９の工程Ｓ３２１において、故障診断回路１００は、Ｙ軸方向の位置ｒＹを取得する。故障診断回路１００は、ＧＮＳＳから得られる位置情報や地図データと、ＬｉＤＡＲやカメラなどの外界センサーとによるマップマッチングなどにより、Ｙ軸方向の位置ｒＹを取得することができる。また、故障診断回路１００は、車輪速センサーから得られる左右車輪速を用いて、Ｙ軸方向の位置ｒＹを算出することもできる。
【0160】
次に、工程Ｓ３２２において、故障診断回路１００は、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと、工程Ｓ３２１で取得したＹ軸方向の位置ｒＹとを用いて、Ｘ軸回りの角速度ωＸとＹ軸回りの角速度ωＹとをゼロとしたときのＸ軸方向のオイラー加速度を算出する。具体的には、故障診断回路１００は、角速度ΩＺと位置ｒＹとを用いて、前出の式（１２）に示したオイラー加速度ベクトルａｅｕｌのＸ軸成分に対応するＸ軸方向のオイラー加速度－ｒＹΩＺ’を算出する。なお、ΩＺ’はΩＺの微分を表す。あるいは、故障診断回路１００は、角速度ＧＺと位置ｒＹとを用いてＸ軸方向のオイラー加速度－ｒＹＧＺ’を算出する。なお、ＧＺ’はＧＺの微分を表す。
【0161】
そして、工程Ｓ３２３において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸと、工程Ｓ３２２で算出したＸ軸方向のオイラー加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ３２２においてＸ軸方向のオイラー加速度－ｒＹΩＺ’を算出した場合、加速度ＡＸとオイラー加速度－ｒＹΩＺ’との比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断し、加速度ＡＸとオイラー加速度－ｒＹΩＺ’との比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、工程Ｓ３２２においてＸ軸方向のオイラー加速度－ｒＹＧＺ’を算出した場合、加速度ＡＸとオイラー加速度－ｒＹＧＺ’との比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断し、加速度ＡＸとオイラー加速度－ｒＹＧＺ’との比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断してもよい。
【0162】
工程Ｓ３２３において、例えば、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＸとオイラー加速度－ｒＹΩＺ’との比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＸとオイラー加速度－ｒＹＧＺ’との比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。
【0163】
なお、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｘのうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ３２３において、故障診断回路１００は、センサー素子１１Ｚが故障している場合はセンサー素子１２Ｚが正常であると診断し、センサー素子１１Ｚが正常である場合はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断する。
【0164】
そして、故障診断回路１００は、図２の工程Ｓ３０において故障診断を終了するまで、工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ３２１，Ｓ３２２，Ｓ３２３の処理を繰り返し行う。
【0165】
以上に説明した第４実施形態の故障診断方法によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0166】
以上に説明した第４実施形態の故障診断方法によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0167】
１－５．第５実施形態
以下、第５実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態～第４実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第４実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第４実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
以下、第５実施形態のセンサーモジュールの故障診断方法について、第１実施形態～第４実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第４実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第４実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
【0168】
第５実施形態の故障診断方法を実現するためのシステムの構成例は、図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。また、第５実施形態の故障診断方法の全体的な手順を示すフローチャート図は、図２と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第５実施形態では、図２の第２診断工程Ｓ２０の手順が第１実施形態と異なる。
【0169】
【0170】
図２０に示すように、工程Ｓ４２１において、故障診断装置２は、センサーモジュール１が第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、第１軸及び第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する。第１軸と第２軸と第３軸とは互いに直交してもよい。なお、「第１軸と第２軸と第３軸とが直交する」とは、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、すべて厳密に９０°である場合のみならず、センサーモジュール１の製造誤差に起因して、第１軸と第２軸とのなす角、第２軸と第３軸とのなす角及び第３軸と第１軸とのなす角が、９０°に対して誤差を有する場合も含まれる。例えば、第１軸は、センサーモジュール１の設置面に直交する軸であり、第２軸及び第３軸は、センサーモジュール１の設置面に平行な軸であってもよい。
【0171】
第２軸方向の位置は、回転中心からセンサーモジュール１までの距離とも言える。例えば、故障診断装置２は、ＧＮＳＳから得られる位置情報や地図データと、ＬｉＤＡＲやカメラなどの外界センサーとによるマップマッチングなどにより、第２軸方向の位置を取得することができる。また、故障診断装置２は、車輪速センサーから得られる左右車輪速を用いて、第２軸方向の位置を算出することもできる。
【0172】
次に、工程Ｓ４２２において、故障診断装置２は、第１角速度又は第２角速度と、工程Ｓ４２１で取得した第３軸方向の位置とを用いて、第２軸回りの角速度と第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの第２軸方向のコリオリ加速度を算出する。故障診断装置２は、第１角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のコリオリ加速度を算出してもよい
し、第２角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のコリオリ加速度を算出してもよい。
し、第２角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のコリオリ加速度を算出してもよい。
【0173】
そして、工程Ｓ４２３において、故障診断装置２は、第３センサー素子１３から出力される第３検出信号に基づく加速度信号に含まれる第２軸方向の加速度と、工程Ｓ４２２で算出した第２軸方向のコリオリ加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、第１センサー素子１１の故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ４２２において第１角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のコリオリ加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向のコリオリ加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が正常であると診断し、第２軸方向の加速度と第２軸方向のコリオリ加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断装置２は、工程Ｓ４２２において第２角速度と第３軸方向の位置とを用いて第２軸方向のコリオリ加速度を算出した場合、第２軸方向の加速度と第２軸方向のコリオリ加速度との比較結果が第２規格を満たす場合は第１センサー素子１１が故障していると診断し、第２角速度と第２軸方向のコリオリ加速度との比較結果が第２規格を満たさない場合は第１センサー素子１１が正常であると診断してもよい。
【0174】
例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ４２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向のコリオリ加速度との差分を算出する場合、第２規格は、０を含む所定の範囲であってもよい。また、例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ４２３において、第２軸方向の加速度と第２軸方向のコリオリ加速度との比を算出する場合、第２規格は、１を含む所定の範囲であってもよい。
【0175】
なお、第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３のうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ４２３において、故障診断装置２は、第１センサー素子１１が故障している場合は第２センサー素子１２が正常であると診断し、第１センサー素子１１が正常である場合は第２センサー素子１２が故障していると診断する。
【0176】
以下、センサーモジュール１及び故障診断装置２の具体例として、第１実施形態において図４に示した構成例を挙げて、第５実施形態の故障診断方法について詳細に説明する。センサーモジュール１の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、故障診断装置２において、インターフェース回路１０１、制御回路１０２、ローパスフィルター１０３及び重力加速度分離回路１０４の機能は、第４実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0177】
第５実施形態では、故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｘを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。具体的には、故障診断回路１００は、図２及び図２０の手順に従って、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。ここで、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｘが、それぞれ、図１の第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｘが、それぞれ、図２の第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｘが、それぞれ、図２の第１角速度信号、第２角速度信号及び加速度信号に相当し、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸が、それぞれ、図２及び図２０の第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸが、それぞれ、図２及び図２０の第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
【0178】
まず、故障診断回路１００は、第１実施形態と同様、図２の工程Ｓ１１、工程Ｓ１２及び工程Ｓ１３を順に行う。
【0179】
工程Ｓ１２において、工程Ｓ１１の比較結果が第１規格を満たさない場合、第２診断工程Ｓ２０において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｘを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。
【0180】
具体的には、まず、図２０の工程Ｓ４２１において、故障診断回路１００は、Ｙ軸方向の位置ｒＹを取得する。故障診断回路１００は、ＧＮＳＳから得られる位置情報や地図データと、ＬｉＤＡＲやカメラなどの外界センサーとによるマップマッチングなどにより、Ｙ軸方向の位置ｒＹを取得することができる。また、故障診断回路１００は、車輪速センサーから得られる左右車輪速を用いて、Ｙ軸方向の位置ｒＹを算出することもできる。
【0181】
次に、工程Ｓ４２２において、故障診断回路１００は、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと、工程Ｓ４２１で取得したＹ軸方向の位置ｒＹとを用いて、Ｘ軸回りの角速度ωＸとＹ軸回りの角速度ωＹとをゼロとしたときのＸ軸方向のコリオリ加速度を算出する。具体的には、故障診断回路１００は、角速度ΩＺと位置ｒＹとを用いて、前出の式（１３）に示したコリオリ加速度ベクトルａｃｏｌのＸ軸成分に対応するＸ軸方向のコリオリ加速度－２ｒＹ’ΩＺを算出する。なお、ｒＹ’はｒＹの微分を表す。あるいは、故障診断回路１００は、角速度ＧＺと位置ｒＹとを用いてＸ軸方向のコリオリ加速度－２ｒＹ’ＧＺを算出する。
【0182】
そして、工程Ｓ４２３において、故障診断回路１００は、加速度データＡ３Ｘに含まれるＸ軸方向の加速度ＡＸと、工程Ｓ４２２で算出したＸ軸方向のコリオリ加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。例えば、故障診断装置２は、工程Ｓ４２２においてＸ軸方向のコリオリ加速度－２ｒＹ’ΩＺを算出した場合、加速度ＡＸとコリオリ加速度－２ｒＹ’ΩＺとの比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断し、加速度ＡＸとコリオリ加速度－２ｒＹ’ΩＺとの比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、工程Ｓ４２２においてＸ軸方向のコリオリ加速度－２ｒＹ’ＧＺを算出した場合、加速度ＡＸとコリオリ加速度－２ｒＹ’ＧＺとの比較結果が第２規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが故障していると診断し、加速度ＡＸとコリオリ加速度－２ｒＹ’ＧＺとの比較結果が第２規格を満たさない場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断してもよい。
【0183】
工程Ｓ４２３において、例えば、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＸとコリオリ加速度－２ｒＹ’ΩＺとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。あるいは、故障診断回路１００は、１を含む所定の範囲を第２規格とし、加速度ＡＸとコリオリ加速度－２ｒＹ’ＧＺとの比が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障を診断してもよい。
【0184】
なお、センサー素子１１Ｚ、センサー素子１２Ｚ及びセンサー素子１３Ｘのうちの２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いので、工程Ｓ４２３において、故障診断回路１００は、センサー素子１１Ｚが故障している場合はセンサー素子１２Ｚが正常であると診断し、センサー素子１１Ｚが正常である場合はセンサー素子１２Ｚが故障していると診断する。
【0185】
そして、故障診断回路１００は、図２の工程Ｓ３０において故障診断を終了するまで、工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ４２１，Ｓ４２２，Ｓ４２３の処理を繰り返し行う。
【0186】
以上に説明した第５実施形態の故障診断方法によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0187】
２．センサーモジュール
図２１は、本実施形態のセンサーモジュールの機能的な構成例を示す図である。図２１に示すように、本実施形態のセンサーモジュール２００は、第１センサー素子１１と、第２センサー素子１２と、第３センサー素子１３と、故障診断回路１００とを含む。
図２１は、本実施形態のセンサーモジュールの機能的な構成例を示す図である。図２１に示すように、本実施形態のセンサーモジュール２００は、第１センサー素子１１と、第２センサー素子１２と、第３センサー素子１３と、故障診断回路１００とを含む。
【0188】
第１センサー素子１１は、第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号ＳＳ１を出力する。第２センサー素子１２は、第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号ＳＳ２を出力する。すなわち、第１センサー素子１１と第２センサー素子１２とは、ともに第１軸回りの角速度を検出するが、第１センサー素子１１は、第２センサー素子１２よりも検出精度が高くてもよい。
【0189】
第３センサー素子１３は、第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号ＳＳ３を出力する。第１軸と第２軸とは互いに直交してもよい。例えば、第１軸は、センサーモジュール１の設置面に直交する軸であり、第２軸は、センサーモジュール１の設置面に平行な軸であってもよい。
【0190】
故障診断回路１００は、センサーモジュール１に接続され、前述の第１実施形態～第５実施形態のいずれかの故障診断方法により、第１センサー素子１１の故障診断を行う。具体的には、故障診断回路１００は、第１検出信号ＳＳ１に基づく第１角速度信号Ｇ１に含まれる第１軸回りの角速度である第１角速度と第２検出信号ＳＳ２に基づく第２角速度信号Ｇ２に含まれる第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は第１センサー素子１１が正常であると診断する。また、故障診断回路１００は、第１角速度と第２角速度との比較結果が第１規格を満たさない場合に、第３検出信号ＳＳ３に基づく加速度信号Ａ３を用いて、第１センサー素子１１の故障診断を行う。
【0191】
図２２は、センサーモジュール２００の具体的な構成例を示す図である。図２２において、図４と同じ構成要素には同じ符号が付されている。図２２の例では、センサーモジュール２００は、角速度センサー１０と、６Ｄｏｆセンサー２０と、処理装置３０と、故障診断装置４０と、を備える。なお、センサーモジュール２００は、図２２の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。角速度センサー１０、６Ｄｏｆセンサー２０、処理装置３０及び故障診断装置４０は、不図示の筐体に収容されている。角速度センサー１０、６Ｄｏｆセンサー２０及び処理装置３０の構成及び機能は、図４で説明した通りであるため、その説明を省略する。
【0192】
図２２に示すように、故障診断装置４０は、故障診断回路１００、インターフェース回路１０１、制御回路１０２、ローパスフィルター１０３及び重力加速度分離回路１０４を含む。インターフェース回路１０１、制御回路１０２、ローパスフィルター１０３及び重力加速度分離回路１０４の機能は、図４で説明した通りであるため、その説明を省略する。
【0193】
故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。具体的には、故障診断回路１００は、検出信号ＳＳ１Ｚに基づく第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺと検出信号ＳＳ２Ｚに基づく第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺとを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合はセンサー素子１１Ｚが正常であると診断する。また、故障診断回路１００は、角速度ΩＺと角速度ＧＺとの比較結果が第１
規格を満たさない場合に、検出信号ＳＳ３Ｙに基づく加速度データＡ３Ｙを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。なお、図２２において、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｘが、それぞれ、図２１の第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｙが、それぞれ、図２１の第１検出信号ＳＳ１、第２検出信号ＳＳ２及び第３検出信号ＳＳ３に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙが、それぞれ、図２１の第１角速度信号Ｇ１、第２角速度信号Ｇ２及び加速度信号Ａ３に相当し、Ｚ軸、Ｙ軸及びＸ軸が、それぞれ、第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹが、それぞれ、第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
規格を満たさない場合に、検出信号ＳＳ３Ｙに基づく加速度データＡ３Ｙを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行う。なお、図２２において、センサー素子１１Ｚ，１２Ｚ，１３Ｘが、それぞれ、図２１の第１センサー素子１１、第２センサー素子１２及び第３センサー素子１３に相当し、検出信号ＳＳ１Ｚ，ＳＳ２Ｚ，ＳＳ３Ｙが、それぞれ、図２１の第１検出信号ＳＳ１、第２検出信号ＳＳ２及び第３検出信号ＳＳ３に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｙが、それぞれ、図２１の第１角速度信号Ｇ１、第２角速度信号Ｇ２及び加速度信号Ａ３に相当し、Ｚ軸、Ｙ軸及びＸ軸が、それぞれ、第１軸、第２軸及び第３軸に相当する。また、第１角速度データＧ１Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ΩＺ、第２角速度データＧ２Ｚに含まれるＺ軸回りの角速度ＧＺ及び加速度データＡ３Ｙに含まれるＹ軸方向の加速度ＡＹが、それぞれ、第１角速度、第２角速度及び第２軸方向の加速度に相当する。
【0194】
【0195】
センサーモジュール２００のその他の構成及び機能は、図４に示したセンサーモジュール１と同様であるため、その説明を省略する。
【0196】
なお、センサーモジュール２００においても、第４実施形態及び第５実施形態で説明した通り、故障診断回路１００は、第１角速度データＧ１Ｚ、第２角速度データＧ２Ｚ及び加速度データＡ３Ｘを用いて、センサー素子１１Ｚの故障診断を行ってもよい。具体的には、故障診断回路１００は、図２及び図１９又は図２０の手順に従って、センサー素子１１Ｚの故障診断を行ってもよい。これらの手順については、前述の通りであるので、その説明を省略する。
【0197】
以上に説明した本実施形態のセンサーモジュール２００によれば、上記の第１実施形態～第５実施形態の故障診断方法と同様の効果が得られる。
【0198】
３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0199】
例えば、上記の各実施形態では、センサーモジュール１が自動車５に搭載される例を挙げたが、センサーモジュール１は自動車以外の移動体に搭載されてもよい。移動体としては、例えば、自動車の他、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星、鉄道車両等が挙げられる。
【0200】
また、第２診断工程Ｓ２０の具体的な手順は、図３、図１５、図１７、図１９又は図２０の手順に限られない。例えば、故障診断装置２、故障診断装置４０又は故障診断回路１００は、図１２に示した楕円の範囲内を第２規格として、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと加速度ＡＹとの分布が第２規格を満たすか否かにより、センサー素子１１Ｚの故障診断を行ってもよい。また、例えば、故障診断装置２、故障診断装置４０又は故障診断回路１００は、角速度ΩＺ又は角速度ＧＺと加速度ＡＹとをカルマンフィルターに入力して、センサー素子１１Ｚの故障診断を行ってもよい。
【0201】
例えば、上記の各実施形態では、センサーモジュール１又はセンサーモジュール２００は、角速度センサー１０と６Ｄｏｆセンサー２０とを備えるが、これらに代えて他のセンサーを備えてもよい。例えば、センサーモジュール１又はセンサーモジュール２００は、ともにＺ軸の角速度を検出する２つの角速度センサーと３軸加速度センサーとを備えても
よいし、２つの６Ｄｏｆセンサーを備えてもよい。
よいし、２つの６Ｄｏｆセンサーを備えてもよい。
【0202】
また、上記の各実施形態では、処理装置３０がセンサーモジュール１の姿勢、速度、角度等を演算する例を挙げたが、ホストデバイス３がセンサーモジュール１の姿勢、速度、角度等を演算してもよい。
【0203】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0204】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0205】
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
【0206】
センサーモジュールの故障診断方法は、
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、を備えるセンサーモジュールの故障診断方法であって、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と、前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、
を含む。
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、を備えるセンサーモジュールの故障診断方法であって、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と、前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断する第１診断工程と、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う第２診断工程と、
を含む。
【0207】
この故障診断方法では、第１センサー素子、第２センサー素子及び第３センサー素子の２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いことを前提として、故障診断装置は、第１診断工程において、第１センサー素子及び第２センサー素子が正常であるか、第１センサー素子又は第２センサー素子が故障しているかを診断することができる。また、故障診断装置は、第１診断工程において第１センサー素子又は第２センサー素子が故障していると診断した場合、上記の前提より、第３センサー素子は正常であるので、第２診断工程において、第１角速度信号又は第２角速度信号と加速度信号とを用いて、第１センサー素子が故障しているか否かを診断することができる。そして、故障診断装置が、第２診断工程において、第１センサー素子が正常であると診断した場合は第２センサー素子が故障していることになり、第１センサー素子が故障していると診断した場合は第２センサー素子が正常であることになる。さらに、この故障診断方法では、第１センサー素子と第２センサー素子がともに第１軸回りの角速度を検出するので、第１角速度信号と第２角速度信号との差が小さく、故障診断装置は、第１診断工程において、第１センサー素子及び第２センサー素子が正常であるか、第１センサー素子又は第２センサー素子が故障しているかを容易かつ正確に診断することができる。そして、故障診断装置は、第１診断工程において第１センサー素子及び第２センサー素子が正常であると診断した場合は、第２診断工程を行う必要はない。したがって、この故障診断方法によれば、故障診断装置は、ともに第１軸回りの角速度を検出する第１センサー素子及び第２センサー素子のいずれが故障しているか
を効率よく診断することができる。
を効率よく診断することができる。
【0208】
前記センサーモジュールの故障診断方法において、
前記第１センサー素子は、前記第２センサー素子よりも検出精度が高くてもよい。
前記第１センサー素子は、前記第２センサー素子よりも検出精度が高くてもよい。
【0209】
この故障診断方法によれば、第１センサー素子が正常であるか故障しているかを診断することができる。したがって、例えば、センサーモジュール又はセンサーモジュールと接続されるホストデバイスが、第１センサー素子が正常である場合は、検出精度の高い第１センサー素子から出力される第１検出信号を用いて必要な演算を高精度に行い、第１センサー素子が故障している場合は、第２センサー素子から出力される第２検出信号を用いて必要な演算を継続することができる。
【0210】
前記センサーモジュールの故障診断方法において、
前記第２診断工程は、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度との比を算出する工程と、
前記比が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
前記第２診断工程は、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度との比を算出する工程と、
前記比が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
【0211】
前記センサーモジュールの故障診断方法において、
前記第２診断工程は、
前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の速度を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の速度とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
前記第２診断工程は、
前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の速度を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の速度とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
【0212】
前記センサーモジュールの故障診断方法において、
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする前記第２軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第２軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする前記第２軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第２軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向の向心加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向の向心加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
【0213】
前記センサーモジュールの故障診断方法において、
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のオイラー加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のオイラー加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のオイラー加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のオイラー加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
【0214】
前記センサーモジュールの故障診断方法において、
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のコリオリ加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のコリオリ加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
前記第２診断工程は、
前記センサーモジュールが前記第１軸回りの回転運動をしたときの回転中心を原点とする、前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸方向の位置を取得する工程と、
前記第１角速度又は第２角速度と、前記第３軸方向の位置とを用いて、前記第２軸回りの角速度と前記第３軸回りの角速度とをゼロとしたときの前記第２軸方向のコリオリ加速度を算出する工程と、
前記加速度信号に含まれる前記第２軸方向の加速度と、前記第２軸方向のコリオリ加速度とを比較し、比較結果が第２規格を満たすか否かにより、前記第１センサー素子の故障診断を行う工程と、
を含んでもよい。
【0215】
センサーモジュールの一態様は、
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、
前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、
前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、
故障診断回路と、
を備え、
前記故障診断回路は、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断し、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う。
第１軸回りの角速度を検出して第１検出信号を出力する第１センサー素子と、
前記第１軸回りの角速度を検出して第２検出信号を出力する第２センサー素子と、
前記第１軸と交差する第２軸方向の加速度を検出して第３検出信号を出力する第３センサー素子と、
故障診断回路と、
を備え、
前記故障診断回路は、
前記第１検出信号に基づく第１角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第１角速度と前記第２検出信号に基づく第２角速度信号に含まれる前記第１軸回りの角速度である第２角速度とを比較し、比較結果が第１規格を満たす場合は前記第１センサー素子及び前記第２センサー素子が正常であると診断し、
前記比較結果が第１規格を満たさない場合に、前記第１角速度信号又は前記第２角速度信号と、前記第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて、前記第１センサー素子の故障診断を行う。
【0216】
このセンサーモジュールでは、第１センサー素子、第２センサー素子及び第３センサー素子の２つ以上が同時に故障する可能性は極めて低いことを前提として、故障診断回路は、第１センサー素子及び第２センサー素子が正常であるか、第１センサー素子又は第２センサー素子が故障しているかを診断することができる。また、故障診断回路は、第１センサー素子又は第２センサー素子が故障していると診断した場合、上記の前提より、第３センサー素子は正常であるので、第１角速度信号又は第２角速度信号と加速度信号とを用いて、第１センサー素子が故障しているか否かを診断することができる。そして、故障診断回路が、第１センサー素子が正常であると診断した場合は第２センサー素子が故障していることになり、第１センサー素子が故障していると診断した場合は第２センサー素子が正常であることになる。さらに、このセンサーモジュールでは、第１センサー素子と第２センサー素子がともに第１軸回りの角速度を検出するので、第１角速度信号と第２角速度信号との差が小さく、故障診断回路は、第１センサー素子及び第２センサー素子が正常であるか、第１センサー素子又は第２センサー素子が故障しているかを容易かつ正確に診断することができる。そして、故障診断回路は、第１センサー素子及び第２センサー素子が正常であると診断した場合は、第３検出信号に基づく加速度信号とを用いて第１センサー素子の故障診断を行う必要はない。したがって、このセンサーモジュールによれば、故障診断回路は、ともに第１軸回りの角速度を検出する第１センサー素子及び第２センサー素子
のいずれが故障しているかを効率よく診断することができる。
のいずれが故障しているかを効率よく診断することができる。
【符号の説明】
【0217】
１…センサーモジュール、２…故障診断装置、３…ホストデバイス、５…自動車、１０…角速度センサー、１１…第１センサー素子、１１Ｚ…センサー素子、１２…第２センサー素子、１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ…センサー素子、１３…第３センサー素子、１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ…センサー素子、１５…検出回路、１６…インターフェース回路、２０…６Ｄｏｆセンサー、２５…検出回路、２６…インターフェース回路、３０…処理装置、４０…故障診断装置、１００…故障診断回路、１０１…インターフェース回路、１０２…制御回路、１０３…ローパスフィルター、１０４…重力加速度分離回路、２００…センサーモジュール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】