(57)【要約】【課題】進行方向前方で移動体に作用する風向き及び風速を適切に予測する。【解決手段】制御装置１０は、車両１の進行方向前方への移動速度を取得する車両情報取得部１２２と、車両１に搭載された測定装置４によって測定された、車両１の進行方向前方の離れた第１位置よりも高度が高い第２位置における風向き及び風速を取得する風情報取得部１２４と、車両情報取得部１２２が取得した移動速度と、風情報取得部１２４が取得した第２位置における風向き及び風速とに基づいて、第１位置において車両１に作用する相対風向き及び相対風速を推定する推定部１２６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の進行方向前方への移動速度を取得する第１取得部と、
前記移動体に搭載された測定装置によって測定された、前記移動体の進行方向前方の離れた第１位置よりも高度が高い第２位置における風向き及び風速を取得する第２取得部と、
前記第１取得部が取得した前記移動速度と、前記第２取得部が取得した前記第２位置における風向き及び風速とに基づいて、前記第１位置において前記移動体に作用する相対風向き及び相対風速を推定する推定部と、
を備える、風推定装置。
【請求項２】
前記進行方向前方において障害物が無い位置を前記第２位置に設定する位置設定部を更に備え、
前記第２取得部は、前記位置設定部によって設定された第２位置に対して前記測定装置によって測定された風向き及び風速を取得する、
請求項１に記載の風推定装置。
【請求項３】
前記第２取得部が取得した前記第２位置における風速を、前記第１位置における風速に補正する補正部を更に備え、
前記推定部は、前記第１取得部が取得した前記移動速度と、前記補正部による補正後の前記第１位置における風速とに基づいて、前記第１位置における前記相対風速を推定する、
請求項１又は２に記載の風推定装置。
【請求項４】
地図情報に基づいて、移動中の前記移動体の進行方向前方の前記第１位置を設定する位置設定部を更に備え、
前記推定部は、前記位置設定部によって設定された前記第１位置における前記相対風向き及び前記相対風速を推定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の風推定装置。
【請求項５】
前記推定部によって推定された前記相対風向き及び前記相対風速に基づいて、前記第１位置において前記移動体に作用する空気力が異常か否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記空気力が異常であると判定された場合には、前記移動体に搭載された空力デバイスを動作させるデバイス制御部と、を更に備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載の風推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の進行方向前方の離れた位置における風向き及び風速を推定する風推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体である車両は、走行中に車体に沿って流れる風（気体流）の影響を受けることが知られており、車両に搭載された空力デバイスを動作させて風の影響を抑える対策が講じられている。例えば、下記の特許文献１には、車両に搭載された風向きセンサによって風向きを検出して、空力デバイスであるフィン部材を動作させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１４０９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、進行方向前方の離れた地点における風向きや風速を予測し、予測結果に基づいて車両の走行を制御することで、走行を安定等させることが要請されている。上記の特許文献１の技術は、車両の周囲の風向きを検出するのであり、車両の進行方向前方の離れた地点における風向きや風速を予測できない。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、進行方向前方で移動体に作用する風向き及び風速を適切に予測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様においては、移動体の進行方向前方への移動速度を取得する第１取得部と、前記移動体に搭載された測定装置によって測定された、前記移動体の進行方向前方の離れた第１位置よりも高度が高い第２位置における風向き及び風速を取得する第２取得部と、前記第１取得部が取得した前記移動速度と、前記第２取得部が取得した前記第２位置における風向き及び風速とに基づいて、前記第１位置において前記移動体に作用する相対風向き及び相対風速を推定する推定部と、を備える、風推定装置を提供する。
【０００７】
また、前記風推定装置は、前記進行方向前方において障害物が無い位置を前記第２位置に設定する位置設定部を更に備え、前記第２取得部は、前記位置設定部によって設定された第２位置に対して前記測定装置によって測定された風向き及び風速を取得することとしてもよい。
【０００８】
また、前記風推定装置は、前記第２取得部が取得した前記第２位置における風速を、前記第１位置における風速に補正する補正部を更に備え、前記推定部は、前記第１取得部が取得した前記移動速度と、前記補正部による補正後の前記第１位置における風速とに基づいて、前記第１位置における前記相対風速を推定することとしてもよい。
【０００９】
また、前記風推定装置は、地図情報に基づいて、移動中の前記移動体の進行方向前方の前記第１位置を設定する位置設定部を更に備え、前記推定部は、前記位置設定部によって設定された前記第１位置における前記相対風向き及び前記相対風速を推定することとしてもよい。
【００１０】
また、前記風推定装置は、前記推定部によって推定された前記相対風向き及び前記相対風速に基づいて、前記第１位置において前記移動体に作用する空気力が異常か否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記空気力が異常であると判定された場合には、前記移動体に搭載された空力デバイスを動作させるデバイス制御部と、を更に備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、進行方向前方で移動体に作用する風向き及び風速を適切に予測できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】車両１の構成を示すブロック図である。
【図２】車両１の進行方向前方の地点Ｌ１における風を説明するための模式図である。
【図３】地点Ｌ１上の風の測定位置を説明するための模式図である。
【図４】相対風向き及び相対風速を説明するための模式図である。
【図５】車両１に作用する空気力を説明するための模式図である。
【図６】風推定に基づく空力デバイス６の動作処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜車両の構成＞
本発明の一の実施形態に係る風推定装置が搭載された車両の構成について、図１を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、車両１の構成を示すブロック図である。車両１は、移動体であり、一例としてトラックである。車両１は、図１に示すように、エンジン２と、測定装置４と、空力デバイス６と、制御装置１０とを有する。
【００１５】
エンジン２は、車両１を走行させる動力源である。エンジン２は、燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。
【００１６】
測定装置４は、走行中の車両１の進行方向前方の風（具体的には、風向き及び風速）を測定する。すなわち、測定装置４は、車両１の周囲の風ではなく、走行中の車両１の前方で発生している風を測定する。測定装置４は、例えば、車両１のキャブ８（図３）のフロントガラス上部やエアデフレクタ９（図３）に設けられている。
【００１７】
測定装置４の測定範囲は、例えば１００（ｍ）以下であり、水平３６０°全方位を測定可能である。また、測定装置４は、斜め上方も測定可能である。測定装置４は、例えばドップラーライダーである。ドップラーライダーは、レーザ光を発射して、大気中のエアロゾル（塵や微粒子）からの反射光を受信し、その移動速度及び方向を風速及び風向きとして検出する。
【００１８】
図２は、車両１の進行方向前方の地点Ｌ１における風を説明するための模式図である。ここでは、車両１は、図２に示すように、右側から左側へ移動速度Ｖｔで走行するものとし、地点Ｌ１においては風速Ｖｗの横風が発生しているものとする。この場合、車両１は、地点Ｌ１を通過する際に横風を受けて横滑りする恐れがある。
【００１９】
図３は、地点Ｌ１上の風の測定位置を説明するための模式図である。測定装置４が、進行方向前方の地点Ｌ１上の風を測定するが、実際には、地点Ｌ１上の障害物が無い位置の風を測定する。例えば、測定装置４は、車両１の車高よりも高い位置Ｈ２での風を測定する。なお、図３の地点Ｌ１上の位置Ｈ１は、車両１の車高の１／２の高さの位置である。
【００２０】
空力デバイス６は、車両１に搭載されている。空力デバイス６は、例えばキャブ８やエアデフレクタ９に設けたパネルを開閉して、空気の流れを制御する。例えば、空力デバイス６は、測定装置４の測定結果から地点Ｌ１上に横風が発生する場合には、例えば車両１が地点Ｌ１を通過する際にパネルを開く。これにより、空力デバイス６は、車両１が地点Ｌ１において横風を受ける際に風下側で気流の剥離を促すので、車両１の横滑りを抑制できる。
【００２１】
また、空力デバイス６は、車両１の後方に圧縮空気を噴射する噴射部を含んでもよい。例えば、空力デバイス６は、地点Ｌ１を通過する際に前方から風が発生する場合には、減速時に蓄えた圧縮空気を後方に噴射することで推力を得ることで、地点Ｌ１における抗力を抑制できる。なお、空力デバイス６としては、上述したパネルや噴射部以外の構成（例えば、円筒の回転や車両１の外表面の膨出等）を含んでもよい。
【００２２】
制御装置１０は、車両１の動作を制御する。例えば、制御装置１０は、前述したエンジン２、測定装置４、空力デバイス６等の動作を制御する。制御装置１０は、走行中の車両１が地点Ｌ１において作用する相対風向き及び相対風速を推定する風推定装置の機能を有する。
【００２３】
詳細は後述するが、制御装置１０は、車両１の進行方向前方への移動速度と、測定装置４の測定結果とに基づいて、地点Ｌ１において車両１に作用する相対風向き及び相対風速を推定する。これにより、制御装置１０は、車両１が地点Ｌ１を通過する際の風の影響を事前に予測でき、また予測結果に基づいて空力デバイス６を動作させることで地点Ｌ１における風の影響を抑制できる。
【００２４】
＜制御装置の構成＞
図１を参照しながら、制御装置１０の詳細構成について説明する。
制御装置１０は、図１に示すように、記憶部１１０と、制御部１２０とを有する。
【００２５】
記憶部１１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部１１０は、車両１に作用する空気力が異常（過剰）か否かを判定する際の閾値を記憶する。
【００２６】
制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、車両１の動作を制御する。本実施形態では、制御部１２０は、車両情報取得部１２２と、位置設定部１２３と、風情報取得部１２４と、補正部１２５と、推定部１２６と、判定部１２７と、デバイス制御部１２８として機能する。本実施形態では、車両情報取得部１２２が第１取得部に該当し、風情報取得部１２４が第２取得部に該当する。
【００２７】
車両情報取得部１２２は、走行中の車両１に関する情報を取得する。車両情報取得部１２２は、車両１の進行方向前方への移動速度（車速）を取得する。車両情報取得部１２２は、例えば車両１のアクセルの踏み込み量等から、車両１の移動速度を取得する。
【００２８】
位置設定部１２３は、測定装置４によって測定される測定地点（例えば、図２に示す地点Ｌ１）を設定する。位置設定部１２３は、地図情報に基づいて、走行中の車両１の進行方向前方の測定地点を設定する。例えば、位置設定部１２３は、車両１がトンネル内を走行している際には、地図情報を参照してトンネル出口を測定地点として設定する。また、位置設定部１２３は、車両１がトンネルに近づく際には、地図情報を参照してトンネル入口を測定地点として設定する。トンネル出入口は突風が発生する可能性が高いので、トンネル出入口を測定地点として設定することで、トンネル出入口において車両１に作用する風の影響を適切に予測できる。同様に、位置設定部１２３は、車両１が橋梁に近づく場合には、地図情報を参照して橋梁出入口を測定地点として設定してもよい。
【００２９】
また、位置設定部１２３は、進行方向前方の測定地点において障害物が無い高さの位置を、測定位置に設定する。例えば、車両１の前方にビルがある場合には、位置設定部１２３は、ビルよりも高い位置を、測定位置に設定する。これにより、測定装置４が障害物を測定することを防止できる。
【００３０】
風情報取得部１２４は、測定装置４によって測定された、車両１の進行方向前方の離れた地点Ｌ１上の位置Ｈ１（第１位置に該当）よりも高度が高い位置Ｈ２（第２位置に該当）における風向き及び風速を取得する。すなわち、風情報取得部１２４は、位置設定部１２３によって設定された位置Ｈ２に対して測定装置４によって測定された風向き及び風速を取得する。これにより、障害物の無い位置における風の風向き及び風速を適切に取得できる。
【００３１】
補正部１２５は、風情報取得部１２４が取得した位置Ｈ２における風速を、位置Ｈ１における風速に補正する。地点Ｌ１上の位置Ｈ２と位置Ｈ１では風速が異なるので、上記のように風速を補正することで、位置Ｈ１における風速を適切に求めることができる。この際、補正部１２５は、地表面粗度により決まっている所定の係数を用いることで、高度が異なる２つの位置の速度を補正する。また、補正部１２５は、位置Ｈ２における風向きを、位置Ｈ１における風向きに補正してもよい。
【００３２】
推定部１２６は、位置設定部１２３によって設定された位置Ｈ１における相対風向き及び相対風速を推定する。すなわち、推定部１２６は、車両情報取得部１２２が取得した移動速度と、風情報取得部１２４が取得した位置Ｈ２における風向き及び風速とに基づいて、位置Ｈ１において車両１に作用する相対風向き及び相対風速を推定する。これにより、走行中の車両１が前方の地点Ｌ１を通過する際に受ける風の影響を予測することができる。この結果、車両１が地点Ｌ１を通過する際の風の影響を抑制するための方策を採ることが可能となる。
【００３３】
推定部１２６は、車両情報取得部１２２が取得した移動速度と、補正部１２５による補正後の位置Ｈ１における風速とに基づいて、位置Ｈ１における相対風速を推定する。これにより、測定装置４が位置Ｈ２の風を測定しても、補正した風速を用いることで、相対風速を高精度に推定できる。
【００３４】
図４は、相対風向き及び相対風速を説明するための模式図である。ここでは、車両１が移動速度Ｖｔで進行方向に走行しており、地点Ｌ１で発生する横風の風速がＶｗで、かつ進行方向に対する風向きがφであるものとする。この際、地点Ｌ１での相対風速はＶｒであり、相対風向きはψである。
【００３５】
図４に示す関係から、推定部１２６は、下記の２つの式を用いて、相対風向きψ及び相対風速Ｖrを求める。
ψ＝tan-1［（Ｖwsinφ）／（Ｖt＋Ｖwcosφ）］    …（１）
Ｖr＝Ｖt2＋Ｖw2＋２ＶtＶwcosφ                    …（２）
【００３６】
判定部１２７は、推定部１２６によって推定された相対風向き及び相対風速に基づいて、地点Ｌ１上の位置Ｈ１において車両１に作用する空気力が異常か否かを判定する。例えば、判定部１２７は、相対風向き及び相対風速から求まる力が所定値よりも大きいと、異常な空気力が発生していると判定する。
【００３７】
図５は、車両１に作用する空気力を説明するための模式図である。車両１には、Ｘ軸方向（図２）に沿った抗力Ｄ、Ｙ軸方向（図２）に沿った横力Ｓ、Ｚ軸方向（図３）に沿った揚力Ｌの３分力が作用する。また、車両１には、Ｘ軸周りのローリングモーメントＲＭ、Ｙ軸周りのピッチングモーメントＰＭ、Ｚ軸周りのヨーイングモーメントＹＭの３モーメントが作用する。上記の３分力及び３モーメントは、相対風向きψ（図４）に応じて変化することが知られている。また、３分力及び３モーメントは、相対風向きψ、相対風速Ｖr、環境条件（空気密度）、車両１の前面の投影面積等から算出できる。
【００３８】
デバイス制御部１２８は、判定部１２７によって空気力が異常であると判定された場合には、空力デバイス６を動作させる。例えば、デバイス制御部１２８は、車両１が地点Ｌ１を通過する際に空力デバイス６を動作させる。これにより、車両１が地点Ｌ１を通過する際に、異常な空気力を受けることを抑制できる。
例えば、地点Ｌ１で横風が発生する場合には空力デバイス６を動作させることにより、車両１の横風突入時の横力やヨーイングモーメントを軽減して、操縦安定性を確保し、蛇行などの危険を回避できる。
【００３９】
＜風推定に基づく空力デバイスの動作処理＞
図６を参照しながら、風推定に基づく空力デバイス６の動作処理の流れについて説明する。
【００４０】
図６は、風推定に基づく空力デバイス６の動作処理の一例を説明するためのフローチャートである。風推定に基づく空力デバイス６の動作処理は、制御部１２０が記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することで、行われる。図６のフローチャートは、車両１の走行中に実行される。
【００４１】
まず、制御部１２０の車両情報取得部１２２は、走行中の車両１の移動速度（車速）を取得する（ステップＳ１０２）。次に、位置設定部１２３は、測定装置４が風を測定する地点Ｌ１を設定する（ステップＳ１０４）。この際、位置設定部１２３は、地図情報に基づいて、地点Ｌ１を設定してもよい。
【００４２】
次に、風情報取得部１２４は、測定装置４が測定した地点Ｌ１上（ここでは、位置Ｈ２）の風の風向き及び風速を取得する（ステップＳ１０６）。次に、補正部１２５は、位置Ｈ２の風速を位置Ｈ１の風速に補正する（ステップＳ１０８）。
【００４３】
次に、推定部１２６は、車両１の車速と、風の風向き及び風速に基づいて、地点Ｌ１上の位置Ｈ１における相対風向き及び相対風速を推定する（ステップＳ１１０）。
【００４４】
次に、判定部１２７は、推定部１２６によって推定された相対風向き及び相対風速に基づいて、車両１が地点Ｌ１を通過する際に異常な空気力が作用するか否かを判定する（ステップＳ１１２）。
【００４５】
そして、ステップＳ１１２において異常な空気力が作用すると判定された場合には（Ｙｅｓ）、デバイス制御部１２８は、車両１が地点Ｌ１を通過する際に、空力デバイス６を動作させる（ステップＳ１１４）。これにより、車両１が地点Ｌ１を通過する際に車両１に異常な空気力が作用することを抑制できる。
これにより、風推定に基づく空力デバイス６の動作処理が完了する。
【００４６】
＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の制御装置１０は、走行中の車両１の進行方向に離れた地点Ｌ１（具体的には、地点Ｌ１の障害物が無い高度の位置Ｈ２）の風の風向き及び風速を測定装置４に測定させる。そして、制御装置１０は、車両１の車速と、測定装置４が測定した位置Ｈ２の風向き及び風速に基づいて、地点Ｌ１（具体的には、車両１の高さの位置Ｈ１）において車両１に作用する相対風向き及び相対風速を推定する。
これにより、車両１が地点に通過する前に、地点Ｌ１上の位置Ｈ１において車両１に作用する相対風向き及び相対風速を事前に予測できる。これにより、仮に車両１が地点Ｌ１を通過する際に横風の影響を受けると予測される場合には、車両１が地点Ｌ１を通過する前に空力デバイス６の動作準備を行うことができる。これにより、空力デバイス６の動作遅れによるショックや車両１のふらつきを防止できる。この結果、車両１の走行安定性を向上させることができる。
また、空気抵抗がより低い走路を選択して走行することにより、車両１の省燃費化に寄与できる。
【００４７】
なお、上記では、移動体としてトラックを例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、移動体は、バスや乗用車等の他の車両であってもよい。
【００４８】
以上、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ず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【００４９】
１    車両
４    測定装置
６    空力デバイス
１０    制御装置
１２２    車両情報取得部
１２３    位置設定部
１２４    風情報取得部
１２５    補正部
１２６    推定部
１２７    判定部
１２８    デバイス制御部
【図１】
2020046248.tif 000003
【図２】
2020046248.tif 000004
【図３】
2020046248.tif 000005
【図４】
2020046248.tif 000006
【図５】
2020046248.tif 000007
【図６】
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