JP6020420B2 - 移動体用の風検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両又はその他の移動体のための、横風等の風外乱の存在を検知するための風検知装置に係る。

自動車等の車両又はその他の移動体（航空機、船舶など）に於いて、横風などの風外乱による走行中の挙動又は姿勢の不安定化は、車体又は胴体の空力特性を制御する空力デバイスを用いて低減又は抑制することが可能である。そのような空力デバイスを用いた挙動又は姿勢制御に於いては、風外乱の存在が検知されると、車体又は胴体のヨー方向の運動を抑制するよう空力デバイスが作動される。具体的には、例えば、特許文献１では、車体前方から流れる風によって向きが変化する風向板を有する横風検知手段（風検知専用センサ）によって横風の存在が検知されると、その出力に応じて車体周囲の空気流の流れを制御するファンが駆動され、ヨー方向の動きが低減される構成が開示されている。また、風外乱による走行中の挙動又は姿勢の不安定化は、主として、ヨー方向の運動に現れるので、風検知専用センサを用いずに、ヨーレートセンサの出力を参照して風外乱の有無を判定し、空力デバイスを適宜作動させる場合もある。なお、特許文献２、３に於いて、ヨーレートセンサ又は車体の姿勢を検出するためのセンサの出力精度を向上するための構成例が開示されている。

実開昭６２−９５９８７ 特開平１０−６２４５０ 特開２００９−７３４６６

上記の如き風外乱による影響を抑制するための挙動又は姿勢制御に於いて、風外乱の存在を検知する方法としては、特許文献１の如き風検知専用センサや風速（圧力）センサを用いたり、車体又は胴体の空気の流れを複数のセンサを用いて検出する方法が知られている。しかしながら、地上付近の道路上や橋の上、トンネルの出入り口付近では、風向きが激しく変動しており、風速を直接に検出するセンサでは精度良く風を検知することが難しい場合があり、誤検知してしまう恐れがある。また、ヨーレートセンサを用い、車体又は胴体の姿勢の変化から風外乱の存在を検知しようとする場合、ヨーレートセンサの出力に於いて、移動体の旋回によるヨーレート変化と風外乱によって惹起された姿勢変化によるヨーレート変化との区別は困難であること、そして、ヨーレートの値は、空力デバイスに作動による挙動又は姿勢制御の効果によって低減することとなるので、ヨーレート値のみを参照するだけでは、風外乱の有無、より詳細には、風が吹き続けているかどうかについて精度良く判定することが困難となり得る。そして、ヨーレートの低減に応答して空力デバイスの作動を終了する制御構成となっていると、風外乱が存在し続けているにもかかわらず、挙動又は姿勢制御の効果によるヨーレートの低減によって空力デバイスの作動が停止し、その停止後のヨーレートの増大によって空力デバイスの作動が再開される、所謂、制御ハンチングが発生することもある。

かくして、本発明の一つの課題は、自動車等の車両又はその他の移動体の風外乱の影響を抑制するための挙動又は姿勢制御に於いて利用可能な風外乱の存在を検知するための装置に於いて、風向きが変動する場合や空力デバイスの作動によってヨーレートの低減が生じる場合であっても、風外乱の存在を精度よく検知し続けることが可能な構成を提供することである。

ところで、横風などの風外乱が生じている場合、車体又は胴体に於いては、ヨーレートだけでなく、ロール角、上下方向及び横方向の加速度などの値も同時に変化する。また、ヨーレートの変化に関して、空力デバイスの作動によってヨーレートが低減する方向に変化する場合、一般に、その値は０に収束するのでなく、向きが反転して変化することとなる。かかる知見は、本発明の構成に於いては、利用される。

本発明によれば、上記の課題は、移動体が受ける風の有無を検知するための風検知装置であって、ヨーレートの絶対値と、ロール角の絶対値と、上下方向加速度の絶対値と、横加速度の絶対値とを、それぞれ、算出する手段と、これらの算出された絶対値の全てが、それぞれの対応する所定の閾値を越えているときに移動体に当たる横風が存在すると判定する判定手段とを含む装置によって達成される。なお、ここで、「移動体」とは、自動車等の車両、航空機、船舶などその他の移動体であってよい。

既に触れた如く、横風などの風外乱が生じている場合、車体又は胴体では、ヨーレート（ヨー角速度）の他、ロール角、上下方向及び横方向の加速度の大きさも増大する。そこで、本発明では、上記の如く、ヨーレート、ロール角、上下方向及び横方向の加速度の大きさ、即ち、絶対値の各々が対応する所定の閾値を越えているときに、横風が存在すると判定するよう構成される。具体的には、ヨーレート、ロール角、上下方向及び横方向の加速度の絶対値が所定の閾値を越えていることの論理積を算出し、かかる論理積の結果に基づいて横風の有無を判定するようになっていてよい。かかる構成によれば、ヨーレート以外の横風に影響を受けるパラメータも参照するので、移動体の旋回によってヨーレートのみが変化した場合でも、横風による影響であると誤って判定することはなくなる。また、横風の存在に応答して、空力デバイスやその他の手段によってヨーレートの低減が実施され、空力デバイス等の手段によりヨーレートの値が低減される場合、通常、ヨーレートの値は、瞬間的にゼロになるが、そのまま、反対の方向へ変化する。その場合、上記の本発明の構成に於いては、ヨーレートの絶対値を用いて判定するので、ヨーレートの絶対値が閾値を超えた状態が実質的に維持されつづけ、従って、横風がなくならない限り、横風が存在するとの判定が維持されることとなる。

なお、上記の構成に於いて、更に、移動体の移動速度が所定の閾値を越えているときのみ、横風が存在するとの判定が為されるようになっていてよい。これにより、移動速度が低く、挙動や姿勢に於ける横風の影響が小さい場合には、横風が存在するとの判定が為されないようになっていてよい。また、上記の判定のために参照する一連のパラメータに加えて、ヨーレートの変化率（微分）の絶対値も所定の閾値を越えているか否かも参照されるようになっていてよい。（即ち、論理積のパラメータとして、ヨーレートの微分の絶対値が所定の閾値を越えていることが追加されていてよい。）

かくして、上記の本発明の構成によれば、風向きが変動する場合や空力デバイスの作動によってヨーレートの低減が生じる場合であっても、風外乱の存在を精度よく検知し続けることが可能となる。特に、本発明に於いては、横風の有無を判定するためのパラメータとして、ヨーレート、ロール角、上下方向及び横方向の加速度等の絶対値を参照することにより、風の向きの判定は行わないが、向きの変動する風や旋回風の存在を精度よく検知することができ、また、風の有無の判定のために、ヨーレート以外のパラメータも参照しているので、移動体の旋回によるヨーレートの増大があっても、それを風によるものと誤判定する可能性が低減されることとなる。更に、空力デバイス等の制御開始後にその制御によるヨーレートの低減があっても、本発明に於いては、ヨーレートの絶対値を参照して、風の有無の判定が為されるので、横風が存在する限り、風の存在の判定が維持できることとなる。そして、本発明の構成で参照されるパラメータは、典型的な車両又は移動体の運動制御等に使用されるヨーレートセンサ、ロールセンサ、加速度センサ等により検出される値であり、風検出専用の特殊な構造のセンサを利用しなくてもよい点で有利である。

本発明による風検知装置は、風外乱による車両又は移動体の挙動又は姿勢の不安定化を抑制するための空力デバイスの作動制御に有利に用いることができる。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。

図１は、本発明の風検知装置の実施形態が適用される車両の模式的な側面図である。 図２は、本発明の風検知装置の実施形態（風外乱検知ロジック）が組み込まれる車両の空力デバイス制御処理をフローチャートの形式で表した図である。 図３は、図２の空力デバイス制御処理に利用される風検知装置の実施形態に於ける風の存在判定処理をフローチャートの形式で表した図である。 図４（Ａ）は、本発明の風検知装置を適用して空力デバイス制御処理を行った場合の車両のヨーレート、ロールレート、ピッチレートの計算によるシミュレーション結果の例を示している。図４（Ｂ）は、本発明の風検知装置を適用しなかった場合の空力デバイス制御処理に於ける車両のヨーレート、ロールレート、ピッチレートの計算によるシミュレーション結果の例を示している。

１…移動体（車両）
１ａ…車輪
２…各種センサ
３…空力デバイス制御装置（ＣＰＵ）
３ａ…ペダル
４ａ…車輪速センサ
４ｂ…ピトー管
６、８…入出力装置ＩＯ
９…空力デバイス駆動部
９ａ…空力デバイス空気流偏向部材

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。

本発明の風検知装置の実施形態が適用される移動体は、自動車等の車両、航空機、船舶等のその他の任意の移動体であってよい。図１を参照して、例示の車輪１ａを有する移動体１に於いては、車体のピッチ、ロール、ヨーの各方向の角度・角速度を検出可能なセンサ、上下、左右方向の加速度を検出可能なセンサを含むセンサ２が搭載され、また、移動体１の移動速度値を得るために、車輪速センサ４ａ、ピトー管４ｂ、ＧＰＳシステム（図示せず）等の任意の手段が設けられる。（なお、移動速度値は、センサ２に於ける前後加速度成分を積分して算出されてもよい。）そして、これらのセンサの出力は、入出力装置６を介して、空力デバイス制御装置（ＣＰＵ）３へ入力される。空力デバイス制御装置３に於いては、本発明による風検知装置の実施形態である風外乱検知ロジックが実装されており、風外乱検知ロジックでは、後述の如く、センサ２等からの検出値を用いて、横風の有無を検知し、その検知結果に従って、空力デバイスのための制御指令が、入出力装置８を介して空力デバイスの駆動部９へ送信され、空力デバイス駆動部９は、制御指令に従って、図に模式的に描かれている如く、空力デバイス空気流偏向部材を動作し、これにより、移動体１の空力特性が適宜調節される。

ＣＰＵ３、即ち、空力デバイス制御装置は、任意の形式のコンピュータであってよく、コンピュータ内のメモリ等の記憶装置に予め記憶されたプログラムに従ったＣＰＵ及びその他の要素の処理作動により実現される。空力デバイス制御に於ける制御処理は、典型的には、図２に例示されている如く、風外乱検知ロジック（ステップ１０）に於いて、風の存在が検知されている間（ステップ２０）のみ、空力デバイス駆動部９のアクチュエータを作動するよう制御指令が与えられる（ステップ３０）。なお、図示の処理は、移動体の運転中又は運転者の要求により反復して実行されてよい。

風検知装置の実施形態、即ち、ステップ１０の風外乱検知ロジックに於いては、図３に示されている如く、まず、初期化が実行され、処理に於いて使用される全てのフラグが０に設定される。そして、典型的には、各センサの出力値の正常時（風外乱不存在時）に於ける値を用いてバイアス値が設定される。しかる後、センサ２から、ロール角、ヨーレート、上下方向加速度、横方向加速度のセンサ値が判定のためのパラメータとしてそれぞれ読み込まれ、それぞれの値について、絶対値が算出される。なお、例えば、図中、ロール角について示されている如く、各センサ値について、正常時の値が有意な値を有する場合には、バイアス値を付加して正常時の値からの検出値の差分を算出してから、絶対値が算出されるようになっていてよい。また、ヨーレートについては、任意に、ヨーレートの変化をも考慮すべく、その微分値が算出されてよい。そして、各パラメータについて、センサ値の絶対値とそれぞれ対応する所定の閾値との差分が入力値として算出され、それぞれについて、入力値が０より大きいか否かが判定される。ここで、それぞれ対応する所定の閾値は、風外乱不存在時に於いて得られるべき値の許容値であってよく、実験的に又は理論的に適宜設定されてよい。かくして、入力値が０より大きいパラメータについては、対応するフラグＦ１〜Ｆ５が１に設定される（Ｆｉ←１）。

しかる後、各パラメータのフラグの論理積ＡＮＤ（ＬＰ１）が算出される。ここに於いて、論理積の出力は、全てのフラグが１に設定されている場合、即ち、全てのパラメータのセンサ値の絶対値と閾値との差分が０より大きい場合に、１となり、それ以外は、０となる。そして、論理積ＬＰ１の出力が１であるとき（Ｔｒｕｅであるとき）、横風等の風外乱が存在すると判定される。

なお、既に触れた如く、移動体１の移動速度が低いときには、風外乱の影響は、小さく、空力デバイスを動作させる必要性は低い。従って、移動速度が低いときには、風外乱の有無によらず、空力デバイスの作動が実行されず、移動速度が所定レベルより高いときのみ、空力デバイスの作動が為されるようになっていてよい。そのために、本実施形態の風外乱検知ロジックに於いては、図示の如く、更に、移動体の移動速度値が読み込まれ、移動速度値とそれに対応する所定の閾値との差分が入力値として算出され、それぞれについて、入力値が０より大きいか否かが判定されるようになっていてよい。移動速度値は、上記の如く、車輪速センサ４ａ、ピトー管４ｂ、ＧＰＳシステム（図示せず）等の任意の手段、又は、前後加速度値の積分によって得られる値であってよい。移動速度値に対する所定の閾値は、空力デバイスを動作させる必要性の低い範囲の上限値であってよく、実験的に又は理論的に適宜設定されてよい。そして、移動速度値についての入力値が０以上であるとき、そのことを表すフラグＦ６が１に設定される。

かくして、論理積ＬＰ１の出力が１であり、且つ、フラグＦ６が１であるとき、論理積ＡＮＤ（ＬＰ２）に於いて、１が出力され、風外乱中フラグが１に設定される（移動速度値による判別をしない場合は、論理積ＬＰ１の出力が１のとき、風外乱中フラグが１に設定される。）。そして、風外乱中フラグが１であるとき、図２に示されている如く、空力デバイスのためのアクチュエータが作動されることとなる。一方、フラグＦ１〜６のいずれか一つが０であるときには、風外乱は存在していないと判定され、その場合、空力デバイスのためのアクチュエータの作動は停止される。

図４（Ａ）は、上記の本発明による実施形態が組み込まれた空力デバイス制御処理を実行した場合に得られる車両の姿勢（ヨーレートＹＲ、ロールレートＲＲ、ピッチレートＰＲ）の時間変化の例を示している。なお、最下段は、付与した風外乱（横風）の時間変化を示している。また、図４（Ｂ）に於いて、比較として、空力デバイス制御処理を実行しない場合と、ヨーレートのみを用いて空力デバイス制御処理を実行した場合の例も示されている。

まず、図４（Ｂ）を参照して、空力デバイス制御処理を実行しない場合（上段）には、風の存在する時間に対応して、ヨーレートＹＲの増大が見られた。ヨーレートのみを用いて空力デバイス制御処理を実行した場合には、風の存在する時間に於いて、ヨーレートＹＲが増大すると、空力デバイス制御が作動して、ヨーレートＹＲが低減するが、ヨーレートに基づく制御は、ヨーレートの絶対値による風の有無の判定を実行していないために、ヨーレートＹＲが或る程度低減した段階で空力デバイス制御の作動が停止し、ヨーレートＹＲの再増大が発生した。この現象は、図示の如く、風の存在する時間に反復して発生した（制御ハンチング）。

一方、本発明による実施形態が組み込まれた空力デバイス制御処理を実行した場合（図４（Ａ））には、風の発生開始後、ヨーレートＹＲの増大が見られた後、風検知ロジックの結果に於いて、風検知が為され（風検知ｏｎ）、空力デバイス制御が動作されると、ヨーレートＹＲが低減された。しかしながら、図４（Ｂ）とは異なり、本発明の場合には、ヨーレートＹＲの低減が起きても、風検知ｏｎの状態が風の存在する時間に亘って継続し、空力デバイス制御の動作が維持されるので、ヨーレートＹＲの増大は、実質的に発生しなかった。また、風の存在する時間が終了すると、風検知ロジックの結果に於いて、風検知ｏｎの状態は解除された（風検知ｏｆｆとなった。）。

かくして、上記の本発明によれば、ヨーレート、ロール角、上下方向及び横方向の加速度の絶対値の各々が対応する所定の閾値を越えているときに、横風が存在すると判定する構成により、風外乱の存在をより精度よく検知することが可能となる。かかる構成によれば、移動体に於いて空力デバイスを、風外乱の存在時に、より的確に動作させることが可能となる。

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。

Claims (1)

1. 移動体が受ける風の有無を検知するための風検知装置であって、ヨーレートの絶対値と、ロール角の絶対値と、上下加速度の絶対値と、横加速度の絶対値とを、それぞれ、算出する手段と、前記算出された絶対値の全てが、それぞれの対応する所定の閾値を越えているときに移動体に当たる横風が存在すると判定する判定手段とを含む装置。

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