JP6976797B2 - 移動体運動制御装置、移動体運動制御方法、及び移動体運動制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、移動体運動制御装置、移動体運動制御方法、及び移動体運動制御プログラムに関する。

横風がある環境下で自動車等の移動体が移動する場合に、横風に応じた空気力が移動体に作用して変動する移動体の挙動を抑制する技術が知られている。例えば、車両の車体側面左右一対の圧力検出点における車体表面の圧力を、ホース又は管路を通じて唯一のセンサで差圧として検出し、検出した差圧を用いて横風外乱の車両挙動への影響を最小化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、唯一のセンサで検出した車両の左右側面の差圧を用いて、横風帯への突入及び離脱を判断し、横風外乱の車両に対する影響を最小化する車両の制御量を求め、操舵機構を制御する。また、車両の前後左右に圧力計を設けて、これらの圧力計の出力値各々による差圧を用いて車両に作用する空気力を検出し、横風外乱による車両の挙動変化に対して、直進走行安定性等を図るために操舵補助する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１９３５１２号公報 特開２００７−１３１０１８号公報

ところで、移動体に作用する空気力を推定する場合、車速と外乱風速による合成風速に基づく動圧を考慮することが要求される。しかしながら、自動車等の移動体における左右一対の圧力を検出し、その差圧を用いて移動体に作用する空気力を推定する場合、外乱風速を実時間で取得することは困難である。このため、差圧を用いて推定した移動体に作用する空気力には動圧が考慮されておらず、移動体に作用する空気力を精度よく推定することが困難である。この結果、動圧が時々刻々と変化する状況では、空気力推定が不充分であるから車両運動制御系が不安定化するなどの懸念もあり、十分な車両運動制御の効果を発揮できない場合がある。従って、移動体に作用する空気力に応じて車両の挙動として生じる影響を抑制する移動体運動制御装置を提供することには改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮してなされたもので、簡単な構成で、移動体に作用する空気力に応じて移動体の挙動として生じる影響を抑制することができる移動体運動制御装置、移動体運動制御方法、及び移動体運動制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の移動体運動制御装置は、
移動体前方の左右方向に離れた一対の個所各々の風圧を検出する検出部と、
前記検出部で検出された左右各々の風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、前記移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力を方向別に推定する空気力推定部と、
前記空気力推定部で推定された空気力に基づいて、前記空気力の作用に応じて変化する前記移動体の挙動を予測する挙動予測部と、
前記移動体が、前記挙動予測部で予測された挙動を打ち消す挙動を行うように前記移動体の運動を制御する運動制御装置を制御する制御部と、
を備えている。

本発明の移動体運動制御装置によれば、検出部は、移動体前方の左右方向に離れた一対の個所各々の風圧を検出する。これにより、移動に伴って移動体に作用する空気力に関係する無次元量としての風圧を、早期に検出することができる。空気力推定部は、検出部で検出された左右各々の風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力を方向別に推定する。一対の個所での風圧は早期に検出され、その風圧の差は左右方向に離れた個所での風圧によるため、移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力の詳細な変化を表すものとなる。また、風圧の和は、移動体に与えられる風圧として、車速と外乱風速による動圧に対応するものとなる。従って、前記風圧の差及び風圧の和から移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力を精度よく推定することができる。挙動予測部は、空気力推定部で推定された空気力から空気力の作用に応じて変化する移動体の挙動を予測する。そして、制御部は、移動体が、挙動予測部で予測された挙動を打ち消す挙動を行うように移動体の運動を制御する運動制御装置を制御する。このように、空気力を精度よく推定し、その推定した空気力によって生じる移動体の挙動を打ち消すように移動体の運動を制御するので、簡単な構成でかつ短時間で移動体に作用する空気力に応じて移動体の挙動として生じる影響を抑制することができる。

前記検出部は、前記移動体の前方に左右対称に配置された一対の圧力センサであり、
前記空気力推定部は、前記一対の圧力センサで検出された風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、前記空気力を方向別に推定することができる。

前記検出部は、移動体前方の風圧を検出するので、圧力を示す無次元量を検出可能であることが好ましい。また、移動体の挙動を変化させる方向として例えば左方向又は右方向から同じ空気力が作用する場合には、一対のセンサで検出される各々の風圧の和が同じ値で検出されることが好ましい。そこで、移動体の前方に左右対称に配置された一対の圧力センサにより移動体前方の風圧を検出し、検出された風圧の差及び風圧の和の組み合わせから空気力を方向別に推定することで、移動体の挙動を変化させる方向として左方向及び右方向の各々に作用する空気力が同じである場合に、差圧は極性が相違した同じ大きさになり、空気力の大きさが左右の何れか一方向に偏ることなく推定することができる。

前記空気力推定部は、前記検出部で検出された左右各々の風圧の差を風圧の和で除算した無次元量に基づいて前記移動体の挙動を変化させる空気力を方向別に推定することができる。

このように、風圧の差を風圧の和で除算した無次元量を用いて空気力を方向別に推定することにより、車速と外乱風速による動圧を考慮して、移動体の挙動を変化させる空気力を簡単に推定でき、移動体の挙動として生じる影響を簡単に抑制することができる。

前記空気力推定部は、異なる風向に対して前記風圧の差及び風圧の和の組み合わせと前記空気力とを対応させたマップを用いて前記検出部で検出された左右各々における風圧の差及び風圧の和の組み合わせに対応する空気力を方向別に導出することができる。

このように、風圧の差及び風圧の和の組み合わせと、空気力とを対応させたマップを用いることで、短時間で空気力を方向別に導出することができる。

前記運動制御装置が制御する移動体の運動は、車速、ヨーレート、横移動量、ロールレート、及びピッチレートとすることができる。

このように、移動体の挙動として生じる影響を抑制するために、車速、ヨーレート、横移動量、ロールレート、及びピッチレートの少なくとも１つを用いることで、移動体の挙動を制御することができる。従って、制御部が、移動体の運動を制御して空気力によって生じる挙動を打ち消す挙動を行うように制御することで、移動体の横風安定性を向上させることができる。

本発明の移動体運動制御方法は、
移動体に搭載されたコンピュータが、
移動体前方の左右方向に離れた一対の個所の風圧を検出する検出部で検出された風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、前記移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力を方向別に推定し、
推定された空気力に基づいて、前記空気力の作用に応じて変化する前記移動体の挙動を打ち消す挙動を行うように前記移動体の運動を制御する運動制御装置を制御する。

本発明の移動体運動制御プログラムは、コンピュータを、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載された移動体運動制御装置として機能させる。

このような、移動体運動制御方法、及び移動体運動制御プログラムによっても、移動体に作用する空気力に応じて移動体の挙動として生じる影響を抑制することが可能になる。

以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で、移動体に与えられた空気力に応じて車両の挙動として生じる影響を抑制することができる、という効果が得られる。

実施形態に係る移動体運動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る車両運動制御装置の配置及び空気力に関する座標系の一例を示すイメージ図である。 本実施形態に係る車両運動制御装置の装置本体の一例を示す機能ブロック図である。 圧力係数とモーメント係数との関係の一例を示すイメージ図である。 圧力係数と空気力係数との関係の一例を示すイメージ図である。 和圧及び差圧と、空気力との対応関係を示すマップの一例を示すイメージ図である。 外乱空気力によって生じたヨーレートを抑制するブレーキ制御を行った場合のヨーレート時間特性の一例を示すイメージ図である。 本実施形態に係るコンピュータによる車両運動制御装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
本実施形態は、横風によって移動体に作用する空気力により変化する移動体の挙動を相殺するように移動体の運動を制御する場合の一例を説明する。また、本実施形態では、移動体の一例として、自動車等の車両の運動を制御する場合を説明する。

図１に、本実施形態に係る移動体運動制御装置としての車両運動制御装置１０を、コンピュータにより実現する構成の一例を示す。
図１に示すように、車両運動制御装置１０として動作するコンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２Ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２Ｂ、およびＲＯＭ（Read Only Memory）１２Ｃを備えた装置本体１２を含んで構成されている。ＲＯＭ１２Ｃは、横風によって移動体に作用する空気力により変化する移動体の挙動を相殺するように移動体の運動を制御する各種機能を実現するための車両挙動制御プログラム１２Ｐを含んでいる。装置本体１２は、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｄを備えており、ＣＰＵ１２Ａ、ＲＡＭ１２Ｂ、ＲＯＭ１２Ｃ、及びＩ／Ｏ１２Ｄは各々コマンド及びデータを授受可能なようにバス１２Ｅを介して接続されている。また、Ｉ／Ｏ１２Ｄには、車速を計測する車速センサ１４、風圧を計測する左右一対の圧力センサ１６、車両周囲の大気圧及び温湿度を計測する大気圧及び温湿度センサ１７、不揮発性メモリ１８、及び車両運動制御部２０が接続されている。

装置本体１２は、車両挙動制御プログラム１２ＰがＲＯＭ１２Ｃから読み出されてＲＡＭ１２Ｂに展開され、ＲＡＭ１２Ｂに展開された車両挙動制御プログラム１２ＰがＣＰＵ１２Ａによって実行されることで、車両運動制御装置１０として動作する。なお、車両挙動制御プログラム１２Ｐは、横風によって移動体に作用する空気力により変化する移動体の挙動を相殺するように移動体の運動を制御する各種機能を実現するためのプロセスを含む（詳細は後述）。

図２に、車両運動制御装置１０として、車両に搭載された電子機器の配置例、及び空気力に関する座標系の一例を示す。

図２に示すように、移動体としての車両には、車両運動制御装置１０の装置本体１２、車速を計測する車速センサ１４、風圧を計測する圧力センサ１６、車両周囲の大気圧及び温湿度を計測する大気圧及び温湿度センサ１７及び車両の運動を制御する車両運動制御部２０が搭載されている。本実施形態では、一対の圧力センサ１６の一例として、車両の前方でかつ車両幅方向の左右２か所に圧力センサを設置した場合を説明する。具体的には、一対の圧力センサ１６は、車両幅方向の左右２か所、つまり車両前方のフロントバンパＦＢＰ付近で、かつ左右の異なる位置に、前方左側設置の圧力センサ１６Ｌ及び前方右側設置の圧力センサ１６Ｒを設置した場合を説明する。

一対の圧力センサ１６は、左右の異なる位置に設置する場合、左右のバランスを考慮して、左右対称な位置またはその近傍の位置に設置することが好ましい。また、一対の圧力センサ１６は表面圧力を時系列で計測できればよい。このため、一対の圧力センサ１６は、車両表面に直接配置して表面圧力を直接計測しても良く、車両内部に配置し（埋め込み）、車両表面の孔から一対の圧力センサ１６各々まで連通管を介して計測しても良い。計測する場合は、車両表面に設けられる孔は、直接計測する場合と同様の左右対称な位置またはその近傍の位置に設けることが好ましい。さらに、一対の圧力センサ１６は、雨天時及び高温環境においても機能することが好ましい。

また、本実施形態では、空力６分力を用いて空気力を扱う。具体的には、空気力に関する座標系として、車両の重心ＣＭを原点とする３次元座標系を用いる。つまり、車両の重心ＣＭから車両前後方向の後方へ向かう方向をｘ方向の軸とし、車両の重心ＣＭから車両幅方向の右方へ向かう方向をｙ方向の軸とし、車両の重心ＣＭから車両上下方向の上方へ向かう方向をｚ方向の軸とする。そして、ｘ方向の軸に沿う方向に作用する空気力を空気力Ｆｘとし、ｙ方向の軸に沿う方向に作用する空気力を空気力Ｆｙとし、ｚ方向の軸に沿う方向に作用する空気力を空気力Ｆｚとする。また、ｘ方向の軸を中心に時計周りの回転方向に作用するモーメントをモーメントＭｘとし、ｙ方向の軸を中心に時計周りの回転方向に作用するモーメントをモーメントＭｙとし、ｚ方向の軸を中心に時計周りの回転方向に作用するモーメントをモーメントＭｚとする。なお、空気力Ｆ及びモーメントＭは、同様に扱うことが可能な場合は、空気力Ｆｉ及びモーメントＭｉと称して説明する。また、ｘｙｚの各軸を区別して説明する場合には対象軸の記号を付して説明する。

図３に、本実施形態に係る車両運動制御装置１０の装置本体１２の動作を機能的に分類したブロック構成の一例を示す。

図３に示すように、装置本体１２は、車速センサ１４、一対の圧力センサ１６、大気圧及び温湿度センサ１７から各々のセンサ出力に基づいて、車両に作用する空気力に応じて変化する車両の挙動を相殺する車両運動制御量を求めて、車両運動制御部２０へ出力する。なお、車両運動制御部２０は、車両の挙動に作用する操舵制御、制動制御、及びエンジン制御等の車両運動制御を行う機能部である。

装置本体１２は、情報取得部１２１、圧力演算部１２２、空気力演算部１２５、及び車両運動演算部１２９を備えている。

情報取得部１２１は、車速センサ１４、一対の圧力センサ１６、大気圧及び温湿度センサ１７からの各々のセンサ出力を取得し、圧力演算部１２２へ出力する機能部である。なお、詳細は後述するが、本実施形態では、大気圧及び温湿度センサ１７は、必須のものではなく、検証用に備えた一例である。

圧力演算部１２２は、圧力センサ１６に含まれる左側設置の圧力センサ１６Ｌ及び右側設置の圧力センサ１６Ｒの差圧及び和圧を演算して、演算された差圧及び和圧を各センサ出力と共に空気力演算部１２５へ出力する機能部である。

本実施形態では、圧力演算部１２２は、ノイズ除去のために予め定めたカットオフ周波数を有する図示しないローパスフィルタを備えており、図示しないローパスフィルタでノイズが除去されたセンサ出力の圧力値を用いる。すなわち、圧力演算部１２２は、図示しないローパスフィルタでノイズが除去された圧力センサ１６の出力である圧力値を用いる。詳細には、圧力演算部１２２は、圧力センサ１６Ｌの圧力値ｐ_Ｌ及び圧力センサ１６Ｒの圧力値ｐ_Ｒを用いて、次に示す（１）式により和圧ｐ_ｓｕｍを演算し、（２）式により差圧ｐ_ｄｉｆｆを演算する。
ｐ_ｓｕｍ ＝ｐ_Ｌ＋ｐ_Ｒ ・・・（１）
ｐ_ｄｉｆｆ ＝ｐ_Ｌ−ｐ_Ｒ ・・・（２）

また、本実施形態では、車速と外乱風速による合成風速に基づく動圧を考慮するため、次に示す（３）式を用いて、圧力値を無次元化する。すなわち、圧力センサ１６Ｌの圧力値ｐ_Ｌ及び圧力センサ１６Ｒの圧力値ｐ_Ｒの和圧ｐ_ｓｕｍを動圧とみなし、（２）式を用いて演算された差圧ｐ_ｄｉｆｆを、（１）式を用いて演算された和圧ｐ_ｓｕｍで除算して圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆを演算する。
Ｃｐ_ｄｉｆｆ ＝ｐ_ｄｉｆｆ／ｐ_ｓｕｍ ・・・（３）

このように、和圧ｐ_ｓｕｍを動圧とみなすことにより、車速［ｍ／ｓ］及び車両周囲の大気圧、並びに温湿度から算出する気流密度［ｋｇ／ｍ^３］を用いる必要はない。このため、図３に示す大気圧及び温湿度センサ１７は必須のものではない。

次に、空気力演算部１２５は、一対の圧力センサ１６の時間特性、及び一対の圧力センサ１６の差圧と和圧に基づいて、車両に作用する空気力の時間変動を推定演算する機能部である。つまり空気力演算部１２５は、車両に作用する空気力を推定演算して、演算された推定空気力を車両運動演算部１２９へ出力する。

本実施形態では、空気力演算部１２５は、圧力演算部１２２で演算された圧力値を用いて空力６分力の各々を演算することで、空気力を推定する。この演算では、和圧ｐ_ｓｕｍ を動圧として扱い、和圧ｐ_ｓｕｍを用いて無次元化する。すなわち、モーメント係数Ｃ_Ｍｉを演算し、空気力係数Ｃ_ｉ を演算することで、空気力を推定できる。

詳細には、各々の空気力は、次のようにして演算することで、空気力を推定できる。
モーメント係数Ｃ_Ｍｉは、モーメントＭ_ｉ を用いて次の（４）式に示すように定義でき、空気力係数Ｃ_ｉ は、空気力Ｆ_ｉ を用いて次の（５）式に示すように定義できる。
Ｃ_Ｍｉ＝Ｍ_ｉ ／（ｐ_ｓｕｍ ・Ａ・Ｌ） ・・・（４）
Ｃ_ｉ ＝Ｆ_ｉ ／（ｐ_ｓｕｍ ・Ａ） ・・・（５）
ただし、Ａは車両前方投影面積[ｍ^２]であり、Ｌは車両代表長さ（ホイールベース長）[ｍ]である。

また、これらの各係数は、各時刻における圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆを用いて表すことができる。詳細には、モーメント係数Ｃ_Ｍｉは、（６）式に示すモーメント推定式を用いることにより精度良く推定することができる。

・・・（６）

また、空気力係数Ｃ_ｉ は、次の（７）式に示す空気力推定式を用いることにより精度良く推定することができる。

・・・（７）

なお、（６）式及び（７）式で用いた係数θ_ｉｊ及びθ_Ｍｉｊ は不揮発性メモリ１８に予め記憶しておく。この係数は、風洞実験及び数値計算等で予め求めても良い。

図４に、圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆと、モーメント係数Ｃ_Ｍｉとの関係の一例として、ｚ方向の軸を中心に時計周りの回転方向に作用するモーメントＭｚに関するモーメント係数Ｃ_Ｍｚとの関係を示す。図４では、車速が６０、８０、１００、１２０、１４０［ｋｍ／ｈ］の各々の走行状態による圧力センサ１６の圧力値を用いて求めた圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆ及びモーメント係数Ｃ_Ｍｚの関係各々と、（６）式を用いて推定した結果とを示した。図４に示すように、車速に拘らず、和圧ｐ_ｓｕｍ を動圧として扱った（６）式を用いてモーメント係数Ｃ_Ｍｉを推定できることが理解される。

図５に、圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆと、空気力係数Ｃ_ｉ との関係の一例として、ｘ方向の軸に沿う方向に作用する空気力に関する空気力係数Ｃｘとの関係を示す。図５でも、車速が６０、８０、１００、１２０、１４０［ｋｍ／ｈ］の各々の走行状態による圧力センサ１６の圧力値を用いて求めた圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆ及び空気力係数Ｃｘの関係各々と、（７）式を用いて推定した結果とを示した。図５に示すように、車速に拘らず、和圧ｐ_ｓｕｍ を動圧として扱った（７）式を用いて空気力係数Ｃ_ｉ を推定できることが理解される。

従って、車両が走行中の或る時刻ｔにおける圧力センサ１６Ｌの圧力値を圧力値ｐ_Ｌ(t)とし、圧力センサ１６Ｒの圧力値を圧力値ｐ_Ｒ(t)とすると、或る時刻ｔにおける圧力係数Ｃｐ_ｄｉｆｆ(t)は、前記（１）式及び（２）式と同様にして演算された、或る時刻ｔにおける和圧ｐ_ｓｕｍ(t)、及び差圧ｐ_ｄｉｆｆ(t)を用いて、次に示す（８）式から演算できる。
Ｃｐ_ｄｉｆｆ(t) ＝ｐ_ｄｉｆｆ(t)／ｐ_ｓｕｍ(t) ・・・（８）

そして、（８）式の演算結果を、（４）式から（７）式に代入することで、車両が走行中の或る時刻ｔにおけるモーメントＭ_ｉ(t)、及び空気力Ｆ_ｉ(t)を導出することができる。すなわち、次に示す（９）式を用いて、車両が走行中の或る時刻ｔにおけるモーメントＭ_ｉ(t)を導出でき、次に示す（１０）式を用いて、空気力Ｆ_ｉ(t)を導出できる。
Ｍ_ｉ(t)＝Ｃ_Ｍｉ・（ｐ_ｓｕｍ (t)・Ａ・Ｌ） ・・・（９）
Ｆ_ｉ(t)＝Ｃ_ｉ ・（ｐ_ｓｕｍ (t)・Ａ） ・・・（１０）

このように、空気力演算部１２５は、圧力演算部１２２から出力された或る時刻ｔにおける圧力センサ１６の圧力値の差圧及び和圧を用いて空気６分力（モーメントＭ_ｉ(t)及び空気力Ｆ_ｉ(t)）を導出することで推定し、車両運動演算部１２９へ出力する。

ところで、車両周辺の空気の流れが大きく剥離するような大きな偏揺角の条件においては、空気力が（６）式及び（７）式による推定式で一意に定まらず、空気力の推定誤差が大きくなる可能性がある。このような場合、予め風洞等において、偏揺角β、風速Ｕを変化させて実験又はシミュレーション演算を実施し、実験結果又は演算結果から、差圧ｐ_ｄｉｆｆ及び和圧ｐ_ｓｕｍ と、空気力との対応関係をマップとして、導出する。この導出したマップを不揮発性メモリ１８に記憶しておき、内挿などの補間により空気力を導出すればよい。

図６に、差圧ｐ_ｄｉｆｆ及び和圧ｐ_ｓｕｍ と、空気力との対応関係を示すマップの一例を示す。図６では、モーメント係数Ｃ_Ｍｉとの関係の一例として、ｚ方向の軸を中心に時計周りの回転方向に作用するモーメントＭｚに関する等高線マップが示されている。なお、マップは、各軸に個別の圧力値ｐ_Ｌ ，ｐ_Ｒ を採用してもよい。

次に、図３に示す車両運動演算部１２９を説明する。車両運動演算部１２９は、入力された空気力の作用に応じて変化する車両の挙動を相殺する車両運動制御量を演算し、車両運動制御部２０へ出力する機能部である。車両運動制御部２０は、車両の挙動に作用する操舵制御、制動制御、及びエンジン制御等の車両運動制御を行う機能部である。

具体的には、車両運動演算部１２９は、車両運動制御部２０において車両運動制御が行われる制御量を演算する。このため、車両運動演算部１２９は、車両運動制御モデルを用いて制御量を演算する。

本実施形態では、車両運動制御モデルとして、一般的な２輪モデルの車両運動方程式を用いる。この車両運動方程式に、推定された空気力Ｆｙ、ヨーモーメントＭｚを、外力項として追加する。車両運動方程式では、追加された外力項によるヨーレートを相殺するフィードフォワード制御を行うため、さらに追加した外力項として制御量パラメータを設定する。制御量パラメータの一例には、車両のヨーレートを最小限にする操舵角制御を行うための制御量パラメータ、及びトルクベクタリングを行うための制御量パラメータ等が挙げられる。なお、操舵角制御を行う技術の一例には、特許４６１３６６８号公報に記載された技術があり、トルクベクタリングを行う技術の一例には、特開２０１６−３７１７９号公報に記載された技術がある。

本実施形態では、制動制御のうち、前輪のブレーキ制御の制御量パラメータを用いて制御する一例を説明する。

まず、ブレーキによる入力ヨーモーメントＭｔを、２輪モデルを用いて決定する。２輪モデルにより、車両運動は、次に示す（１１）式及び（１２）式で表すことができる。

ただし、式中の記号は次のものである。
ｍ ：車両質量［ｋｇ］
ｖ ：車速［ｍ／ｓ］
ｓ ：ラプラス演算子
β ：車両重心点の横すべり角［ｄｅｇ］
ｒ ：車両のヨーレート［ｄｅｇ／ｓ］
Ｋ_f ：前輪等価コーナリングパワー［Ｎ／ｄｅｇ］
Ｋ_r ：後輪等価コーナリングパワー［Ｎ／ｄｅｇ］
ｌ_f ：車両重心点と前車軸間の距離［ｍ］
ｌ_r ：車両重心点と後車軸間の距離［ｍ］
δ_f ：前輪舵角［ｄｅｇ］
δ_r ：後輪舵角［ｄｅｇ］
Ｉ_z ：車両のヨーイング慣性モーメント［Ｎｍ］
Ｍ_ｔ ：ブレーキ制御により発生するヨーモーメント［Ｎｍ］

前記（１１）式及び（１２）式により、車両に作用するモーメントＭｚ、空気力Ｆｙにより生じるヨーレート及びヨーレート変化を抑制するために必要なモーメントＭｔは、次に示す（１３）式で表すことができる。

前記（１３）式で示されるモーメントをブレーキ制御によりタイヤ前後力として与えることで、車両の挙動を抑制することができる。この場合、タイヤ前後力により生じるヨーモーメントは、タイヤ前後力とブレーキトルクの関係から、次に示す（１４）式で表すことができる。なお、後輪については常に前後力が一定、かつエンジン駆動力、転がり抵抗が左右前輪で同じと仮定する。

ただし、式中の記号は次のものである。
ｄ_ｆ ：フロント車輪トレッド幅［ｍ］
Ｒ ：車輪有効半径［ｍ］
Ｔ_ｂｒ：右車輪ブレーキトルク［Ｎｍ］
Ｔ_ｂｌ：左車輪ブレーキトルク［Ｎｍ］

これにより、入力ブレーキトルクは、次に示す（１５）式及び（１６）式で表すことができる。

図７に、外乱空気力によって生じたヨーレートを抑制するブレーキ制御を行った場合のヨーレート時間特性を示す。図７では、前記（１５）式、又は（１６）式を用いたフィードフォーワード制御により外乱空気力によって生じたヨーレートを抑制するブレーキ制御を実施した場合を実線で示した。一方、前記フィードフォーワード制御によるブレーキ制御を非実施の場合に、実施した場合のヨーレートに対して効果が生じる部分を斜線で示した。図７に示すように、ブレーキ制御が非実施の場合と比べて、ブレーキ制御（フィードフォーワード制御）により、外乱空気力によって生じたヨーレートを抑制できることが理解される。

なお、図１及び図３に示す車両運動制御装置１０は、移動体運動制御装置の一例である。また図１及び図３に示す一対の圧力センサ１６は、検出部の一例である。空気力演算部１２５は、空気力推定部の一例である。車両運動演算部１２９は、挙動予測部の一例である。車両運動制御部は、運動制御装置の一例である。

次に、車両運動制御装置１０として動作するコンピュータの装置本体１２の動作について説明する。

図８には、コンピュータにより実現した車両運動制御装置１０における車両挙動制御プログラム１２Ｐによる処理の流れの一例が示されている。装置本体１２では、車両挙動制御プログラム１２ＰがＲＯＭ１２Ｃから読み出されてＲＡＭ１２Ｂに展開され、ＲＡＭ１２Ｂに展開された車両挙動制御プログラム１２ＰをＣＰＵ１２Ａが実行する。

まず、ステップＳ１００では、車速センサ１４により計測された車速、一対の圧力センサ１６により計測された（空気力に応じた）圧力の取得処理が実行される。ステップＳ１００の処理は、図３に示す情報取得部１２１の動作に対応する。次のステップＳ１０２では、圧力演算処理が実行される。すなわち、ステップＳ１０２では、一対の圧力センサ１６の差圧及び和圧を演算する処理が実行される。ステップＳ１０２の処理は、図３に示す圧力演算部１２２の動作に対応する。

次のステップＳ１０４では、前述のように、（９）式及び（１０）式に示す関係式を用いて車両が走行中の或る時刻ｔにおけるモーメントＭ_ｉ(t)、及び空気力Ｆ_ｉ(t)を導出する。ステップＳ１０４の処理は、図３に示す空気力演算部１２５の動作に対応する。

次に、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で演算された空気力が予め定めた閾値を超えたか否かの判断処理が実行される。閾値は、例えば、外乱空気力によって生じたヨーレートを抑制するブレーキ制御を実施する場合の空気力の下限値が予め実験等で求められており、その下限値が設定される。空気力が閾値を超えた場合には、ステップＳ１０６で肯定判断され、ステップＳ１０８へ処理が移行される。一方、空気力が閾値以下の場合には、ステップＳ１０６で否定判断され、ステップＳ１００へ処理が戻される。このステップＳ１０６の処理は、図３に示す空気力演算部１２５の動作に含まれる。

次に、ステップＳ１１０では、前記のようにステップＳ１０４で演算された空気力に応じて変化する車両の挙動を相殺する車両の運動制御量演算処理が実行される。ステップＳ１１０の処理は、図３に示す車両運動演算部１２９の動作に対応する。

次のステップＳ１１２では、電源遮断等による終了指示がなされたかを判断し、否定判断された場合には、ステップＳ１００へ処理を戻す。ステップＳ１１２で肯定判断された場合には、本処理ルーチンを終了する。

このように、本実施形態の移動体運動制御装置によれば、車両前方で風等の圧力を計測する左右の異なる位置に設置された一対の圧力センサ１６を設置し、差圧、及び和圧に基づいて、車両の挙動を変化させる空気力を推定できる。特に、一対の圧力センサ１６の和圧を動圧とみなして、車両に作用する空気力を推定するので、時々刻々と変化する動圧を考慮して、車両の挙動変化を抑制することができる。このように、本実施形態によれば、簡単な構成でかつ短時間で車両に作用する空気力に応じて車両の挙動として生じる影響を抑制することができる。

なお、本実施形態に係る車両運動制御装置１０に含まれる装置本体１２は、構成する各構成要素を、上記で説明した各機能を有する電子回路等のハードウェアにより構築してもよく、構成する各構成要素の少なくとも一部を、コンピュータにより当該機能を実現するように構築してもよい。

また、本実施形態では、説明を簡単にするために、車両に対して左右方向に流れる横風を考慮する場合を説明したが、車両に対して上下方向に流れる風を考慮することもできる。この場合、一対の圧力センサ１６として、上下方向の空気力のセンサ出力を得るために、左右方向だけでなく、上下方向の圧力を計測できるように配置すればよい。

さらに、本実施形態に係る一対の圧力センサ１６は、車両前方のフロントバンパＦＢＰ付近で、かつ左右の異なる位置に設置された圧力センサ１６Ｌ及び圧力センサ１６Ｒに限定されるものではない。

なお、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ 車両運動制御装置
１２ 装置本体
１２Ｐ 車両挙動制御プログラム
１４ 車速センサ
１６ 一対の圧力センサ
１６Ｌ 圧力センサ
１６Ｒ 圧力センサ
１８ 不揮発性メモリ
２０ 車両運動制御部
１２１ 情報取得部
１２２ 圧力演算部
１２５ 空気力演算部
１２９ 車両運動演算部

Claims (7)

1. 移動体前方の左右方向に離れた一対の個所各々の風圧を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された左右各々の風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、前記移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力を方向別に推定する空気力推定部と、
   前記空気力推定部で推定された空気力に基づいて、前記空気力の作用に応じて変化する前記移動体の挙動を予測する挙動予測部と、
   前記移動体が、前記挙動予測部で予測された挙動を打ち消す挙動を行うように前記移動体の運動を制御する運動制御装置を制御する制御部と、
   を備えた移動体運動制御装置。
2. 前記検出部は、前記移動体の前方に左右対称に配置された一対の圧力センサであり、
   前記空気力推定部は、前記一対の圧力センサで検出された風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、前記空気力を方向別に推定する
   請求項１に記載の移動体運動制御装置。
3. 前記空気力推定部は、前記検出部で検出された左右各々の風圧の差を風圧の和で除算した無次元量に基づいて前記移動体の挙動を変化させる空気力を方向別に推定する
   請求項１又は請求項２に記載の移動体運動制御装置。
4. 前記空気力推定部は、前記風圧の差及び風圧の和の組み合わせと前記空気力とを対応させたマップを用いて前記検出部で検出された左右各々における風圧の差及び風圧の和の組み合わせに対応する空気力を方向別に導出する
   請求項２又は請求項３に記載の移動体運動制御装置。
5. 前記運動制御装置が制御する移動体の運動は、車速、ヨーレート、横移動量、ロールレート、及びピッチレートである
   請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の移動体運動制御装置。
6. 移動体に搭載されたコンピュータが、
   移動体前方の左右方向に離れた一対の個所の風圧を検出する検出部で検出された風圧の差及び風圧の和の組み合わせに基づいて、前記移動体の挙動を変化させる方向に作用する空気力を方向別に推定し、
   推定された空気力に基づいて、前記空気力の作用に応じて変化する前記移動体の挙動を打ち消す挙動を行うように前記移動体の運動を制御する運動制御装置を制御する
   移動体運動制御方法。
7. コンピュータを、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載された移動体運動制御装置として機能させるための移動体運動制御プログラム。

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