CN103890545B - 路径搜索方法以及路径搜索装置 - Google Patents

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Abstract

具有：计算机从地图数据中提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路的步骤；针对这些链路计算与能量消耗或能量再生相关的链路成本的步骤；针对提取出的各个节点和链路，分别生成多个副本，生成第1网络的步骤；对第1网络追加第1以及第2追加链路，生成第2网络的步骤；使用第2网络搜索从与出发地对应的节点的副本到与目的地对应的节点的副本的路径的步骤。第1追加链路是设定有预定的非负的链路成本，将链路的副本的终点的节点变更为该链路的其它副本的终点的节点的链路。第2追加链路设定有预定的非负的链路成本，将与目的地对应的节点的副本之间连接。

Description

路径搜索方法以及路径搜索装置
技术领域
本发明涉及路径搜索方法以及路径搜索装置。
背景技术
在电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV)等具备驱动用的电池的车辆中，为了恰当地管理可续航距离，除了行驶中的电池的电力消耗以外，还关注电池的电力再生。在专利文献1中记载了根据电力再生量计算路径搜索用的链路成本来进行路径搜索的路径搜索装置。
另外，作为根据链路成本来进行路径搜索的方法，众所周知使用被称为迪杰斯特拉法(Dijkstra)的单一起点最短路径问题的算法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-101745号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1中，虽然将电力再生量包含在链路成本中，但是说不上考虑到每个链路的电力消耗量。因此，有可能搜索到电力消耗量超过电力再生量，无法达到目的地的路径。
本发明的目的在于能够搜索考虑到电池的电力消耗和电力再生的双方的路径。
用于解决课题的手段
根据本发明的第1方式，路径搜索方法，具有：提取步骤，计算机从包含与节点相关的节点数据以及与链路相关的链路数据的地图数据中，提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路；链路成本计算步骤，计算机针对通过提取步骤提取出的链路，计算与能量消耗相关的非负的链路成本或者与能量再生相关的非正的链路成本；第1网络生成步骤，计算机针对通过所述提取步骤提取出的各个节点和链路，分别生成多个副本，生成第1道路网络；第2网络生成步骤，计算机对第1道路网络追加第1追加链路和第2追加链路，生成第2道路网络；以及路径搜索步骤，计算机使用通过链路成本计算步骤计算出的链路成本和通过第2网络生成步骤生成的第2道路网络，搜索从与出发地对应的节点的副本到与目的地对应的节点的副本的路径，第1追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将通过第1网络生成步骤生成的链路的副本的终点的节点变更为该链路的其它副本的终点的节点的链路，第2追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将与目的地对应的节点的副本之间分别连接的链路。
根据本发明的第2方式，路径搜索方法，具有：提取步骤，计算机从包含与节点相关的节点数据和与链路相关的链路数据的地图数据中，提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路；第1网络生成步骤，计算机针对通过提取步骤提取出的各个节点和链路，分别生成多个副本，生成第1道路网络；第2网络生成步骤，计算机对第1道路网络追加第1追加链路和第2追加链路，生成第2道路网络；以及路径搜索步骤，计算机使用第2道路网络，搜索从与出发地对应的节点的副本到与目的地对应的节点的副本的路径，在链路数据中，针对各链路包含分别作为非负或非正的链路成本的能量消耗或再生，第1追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将通过第1网络生成步骤生成的链路的副本的终点的节点变更为该链路的其他副本的终点的节点的链路，第2追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将与目的地对应的节点的副本之间分别连接的链路。
根据本发明的第3方式，在第1或第2方式的路径搜索方法中，优选在第1网络生成步骤中，生成多个由通过提取步骤提取出的各个节点和链路构成的多个图形的副本，使用多个图形的副本生成具有多个层次的第1道路网络。
根据本发明的第4方式，在第3方式的路径搜索方法中，优选第1追加链路，是将第1网络生成步骤中生成的链路的副本的终点变更为属于与链路成本对应的仅层次数不同的层次的该链路的其它副本的终点的链路，第2追加链路，是将与目的地对应的节点的副本中与彼此层次相差一层的目的地对应的节点的副本之间连接的链路。
根据本发明的第5方式，在第3或第4方式的路径搜索方法中，优选地图数据包含与道路地图上的地点的标高相关的标高值信息，根据标高值信息计算第1道路网络的总层次数。
根据本发明的第6方式，路径搜索方法具有：提取步骤，计算机从包含与节点相关的节点数据以及与链路相关的链路数据的地图数据中，提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路；链路成本计算步骤，计算机针对通过提取步骤提取出的链路，计算与电力消耗相关的非负的链路成本或与电力再生相关的非正的链路成本，以及与燃料消耗相关的链路成本；第1网络生成步骤，计算机针对通过提取步骤提取出的各个节点和链路，分别生成多个副本，生成第1道路网络；第2网络生成步骤，计算机对第1道路网络追加第1追加链路来生成第2道路网络；以及路径搜索步骤，计算机使用通过链路成本计算步骤计算出的链路成本和通过第2网络生成步骤生成的第2道路网络，搜索从与出发地对应的节点的副本到与目的地对应的节点的副本的路径，第1追加链路，作为与电力消耗量相关的链路成本被设定为预定的非负值的链路，是将链路的副本的终点的节点变更为该链路的其它副本的终点的节点的链路。
根据本发明的第7方式，路径搜索方法具有：提取步骤，计算机从包含与节点相关的节点数据以及与链路相关的链路数据的地图数据中，提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路；第1网络生成步骤，计算机针对通过提取步骤提取出的各个节点和链路，分别生成多个副本，生成第1道路网络；第2网络生成步骤，计算机对第1道路网络追加第1追加路径，生成第2道路网络；以及路径搜索步骤，计算机使用通过第2网络生成步骤生成的第2道路网络，搜索从与出发地对应的节点的副本到与目的地对应的节点的副本的路径，在链路数据中，针对各个链路，包含与电力消耗相关的非负的链路成本或与电力再生相关的非正的链路成本，以及与燃料消耗相关的链路成本，第1追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将链路的副本的终点的节点变更为该链路的其它副本的终点的节点的链路。
根据本发明的第8方式，在第6或第7方式的路径搜索方法中，优选在第1网络生成步骤中，生成多个由通过提取步骤提取出的各个节点和链路构成的多个图形的副本，使用多个图形的副本来生成具有多个层次的第1道路网络。
根据本发明的第9方式，在第8方式的路径搜索方法中，优选第1追加链路，是将在第1网络生成步骤中生成的链路的副本的终点变更为属于与电力消耗相关的链路成本或与电力再生相关的链路成本对应的仅层次数不同的层次的该链路的其它副本的终点的链路。
发明效果
根据本发明，能够搜索考虑到电池的电力消耗和电力再生的双方的路径。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的路径搜索装置的一个结构例的框图。
图2(a)是用于说明地图数据中包含的节点和链路的图形的一例。图2(b)是表示本发明的第1实施方式中的地图数据的一例的图。
图3是表示基于地图数据生成的层次型图形的一例。
图4(a)和(b)是用于说明在本发明的第1实施方式中追加层次间链路的规则的图。
图5是本发明的第1实施方式中的路径搜索用图形的一例。
图6是与本发明的第1实施方式的路径搜索装置中的路径搜索处理相关的流程图的一例。
图7是表示本发明的第2实施方式的路径搜索装置的一个结构例的框图。
图8是与本发明的第2实施方式的路径搜索装置中的第2路径搜索处理相关的流程图的一例。
图9(a)和(b)是用于说明本发明的第2实施方式中追加层次间链路的规则的图。
图10是与本发明的第3实施方式的路径搜索装置中的路径搜索处理相关的流程图的一例。
图11是与本发明的第4实施方式的路径搜索装置中的路径搜索处理相关的流程图的一例。
图12是说明用于提供程序产品的设备的整体结构的图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式的路径搜索装置的一个结构例的框图。图1所示的路径搜索装置1作为导航装置被安装在具备驱动用的电池的电动汽车等车辆上。路径搜索装置1具备控制部10、存储部11、监视器12、扬声器13、GPS接收部14和输入装置15。
控制部10由微处理器、各种周边电路、RAM、ROM等构成。控制部10控制路径搜索装置1的各结构来执行后述的路径搜索处理等。即，控制部10将RAM作为作业区域，执行在ROM中存储的程序，进行路径搜索装置1的控制。
存储部11是硬盘或闪速存储器等非易失性的存储部件。在存储部11中存储有地图数据、安装有路径搜索装置1的电动汽车等的车重。地图数据中包含控制部10在路径搜索处理中使用的节点数据、链路数据。
节点数据是与表示道路地图上的预定地点的节点相关的信息。节点数据包含各节点的ID、各节点表示的地点的位置信息、各节点表示的地点的标高值信息。
链路数据是与表示道路地图上的道路的链路相关的信息。链路数据包含各链路的ID、各链路的起点的节点ID、终点的节点ID、链路成本。链路数据表示的链路作为有向链路，在其起点和终点存在节点。另外，对于链路数据表示的链路设定了被称为链路成本的权重。链路成本例如是电动汽车等在与链路对应的道路上行驶时的电池的消耗量等，可能存在负的链路成本。道路地图被表现为基于地图数据中包含的多个节点、1条或多条链路的加权有向图形。
图2是用于说明节点和链路的图。在图2(a)中表示了由节点N1～N6这六个节点、链路L1～L7这七条链路构成的有向图形G1。图2(b)表示链路L1～L7的链路数据的一例。
在图2(b)中，针对图2(a)中的各链路分别表示了起点的节点ID、终点的节点ID、链路成本的一例。例如，链路L1以节点N1为起点，以节点N2为终点。并且，链路L1的链路成本被设定为20Wh。该链路成本表示当电动汽车等在与链路L1对应的道路上行驶时，电动汽车等的电池的充电量仅被消耗20Wh。在链路L6的链路成本中设定了-20Wh的负值。这表示当电动汽车等在与链路L6对应的道路上行驶时，电动汽车等的电池的充电量仅被再生出20Wh。如图2所示，将设定了被称为链路成本的权重的有向图形称为加权有向图形。
在被表现为加权有向图形G1的道路地图中，路径被表现为通过的链路的列。将各路径中包含的链路的链路成本的合计称为路径成本。例如在图2的加权有向图形中，在按照链路L1、链路L2、链路L5的顺序通过的从节点N1到节点N6的路径的情况下，路径成本为40Wh。另外，即使是同样从节点N1到节点N6的路径，按照链路L3、链路L6、链路L7的顺序通过的路径的路径成本为30Wh。将两个节点间的路径中、路径成本最小的路径称为最小路径。例如在图2的例子中，从节点N1到节点N6的最小路径是按照链路L3、链路L6、链路L7的顺序通过的路径。
监视器12例如是液晶监视器，按照控制部10的控制，在其画面中显示道路地图、通过路径搜索处理搜索出的路径等。扬声器13按照控制部10的控制输出预定的声音。GPS接收部14接收从GPS卫星发送的GPS信号，发送给控制部10。控制部10基于从GPS接收部14接收到的GPS信号，可以计算出安装有路径搜索装置1的车辆的当前位置。
输入装置15由各种开关类或将操作面板、监视器12一体化而得的触摸面板等构成。用户可以使用输入装置15进行出发地或目的地的设定等路径搜索装置1的操作。控制部10在路径搜索处理中搜索从经由输入装置15设定的出发地到目的地的路径。
对控制部10执行的路径搜索处理进行说明。控制部10通过迪杰斯特拉法搜索从与出发地对应的节点到与目的地对应的节点的路径。以后，将与出发地对应的节点称为出发地节点，将与目的地对应的节点称为目的地节点。
迪杰斯特拉法，是在链路成本全部为非负值的加权图形中计算从出发地节点出发的最小路径的算法。在对存在具有负的链路成本的链路的加权图形应用迪杰斯特拉法时，已知计算出的路径未必为最小路径。图2所示的加权有向图形G1是通过迪杰斯特拉法无法搜索最小路径的图形的一例。例如，当将图2的节点N1设为出发地节点，将节点N6设为目的地节点来执行迪杰斯特拉法时，会计算出按照链路L1、链路L2、链路L5的顺序通过链路的路径。此外，如前所述，图2的最小路径路是按照链路L3、链路L6、链路L7的顺序通过链路的路径。
在存储部11中存储的地图数据中，针对具有电池的电力再生的链路，设定了负的链路成本。因此，基于存储部11中存储的地图数据的道路地图全体的加权有向图形本身有时无法通过迪杰斯特拉法计算最小路径。因此，路径搜索装置1的控制部10根据基于地图数据的加权有向图形，生成不包含负的链路成本的路径搜索用的加权有向图形。以后，将路径搜索用的加权有向图形称为路径搜索用图形。另外，以后将基于地图数据的加权有向图形称为原地图图形。
当基于原地图图形来生成路径搜索图形时，首先，从原地图图形中提取出包含出发地节点和目的地节点的部分图形。例如，从地图数据中提取以出发地和目的地作为焦点的椭圆形状的道路地图区域中包含的节点和链路，作为部分图形。然后，控制部10生成所提取的部分图形的副本，生成层次化的图形构造。以后，将把部分图形的副本层次化所得的图形构造称为层次型图形。
图3是基于原地图图形的部分图形所生成的层次型图形的一例。图3的例子中的原地图图形的部分图形是图2所示的加权有向图形G1。并且，图3中表示了由复制加权有向图形G1而得的四个图形G1a～G1d构成的层次型图形G2。图3的节点N1a～N1d是加权有向图形G1的节点N1的副本。同样，节点N2a～N2d是加权有向图形G1的节点N2的副本。并且，节点N3a～N3d、节点N4a～N4d、节点N5a～N5d以及节点N6a～N6d分别是加权有向图形G1的节点N3、节点N4、节点N5以及节点N6的副本。链路L1a～L1d是加权有向图形G1的链路L1的副本。同样，链路L2a～L2d是加权有向图形G1的链路L2的副本。同样，链路L3a～L3d、链路L4a～L4d、链路L5a～L5d、链路L6a～L6d以及链路L7a～L7d分别是加权有向图形G1的链路L3、链路L4、链路L5、链路L6以及链路L7的副本。以后，如图3的图形G1a～G1d那样，将复制原地图图形的部分图形所得的图形称为副本图形。
层次型图形中包含的副本图形的个数，根据原地图图形的部分图形中包含的节点数据和链路数据来计算。首先，控制部10针对原地图图形的部分图形中包含的节点，检索节点数据的标高值信息，提取其最大值h1和最小值h2。接着，控制部10从原地图图形的部分图形中包含的链路中提取具有负的链路成本的链路。然后，控制部10针对提取出的链路的负的链路成本，计算其绝对值的最大公约数x。最大公约数x为非负的有理数。最大公约数x通过将公知的欧几里得互除法扩展到有理数而得的算法来计算即可。图2的加权有向图形的情况下，最大公约数x的值为“10”。控制部10将从节点数据提取出的标高值信息的最大值h1以及最小值h2和最大公约数x代入下述的数学式(1)，计算在层次型图形中包含的副本图形的个数s。此外，数学式(1)中的再生效率A以及重力加速度g是预先决定的常数。车重m被存储在存储部11中。
[数学式1]
对各副本图形分配了预定的层次编号。并且，控制部10基于该层次编号和层次型图形中包含的链路的链路成本在层次间(副本图形间)追加链路，由此生成路径搜索用图形。以下，将在层次间追加的链路称为层次间链路。此外，层次编号被分配了从1到s的连续数值，数值越大越为下层。在图3的例子中，假定计算出s＝4，对副本图形G1a～G1d分别分配了1、2、3、4。
为了生成路径搜索用图形，在层次型图形中追加的层次间链路存在2种。第1层次间链路对层次型图形中包含的负的链路成本的链路进行置换。
图4是用于说明第1层次间链路的图。图4(a)仅表示出图3的层次型图形中链路L6a～L6d和它们两端的节点。链路L6a～L6d具有负的链路成本y。第1层次间链路将负的链路成本y除以所述最大公约数x。在图4(a)的例子中，x＝10[Wh]、y＝-20[Wh]，因此，y/x＝-2。然后，基于该y/x的结果，根据如下的[规则1]将具有负的链路成本的链路置换为第1层次间链路。
[规则1]
将具有负的链路成本y，起点为层次编号j的副本图形Gj的节点Np、终点为层次编号j的副本图形Gj的节点Nq的链路，置换为具有零链路成本，起点为层次编号j的副本图形Gj的节点Np、终点为层次编号k＝j-(y/x)的副本图形Gk的节点Nq的第1层次间链路。但是，当与副本图形Gk相当的图形不存在于层次型图形中时删除。
图4(b)表示对图4(a)的链路L6a～L6d应用了上述[规则1]的状态。链路L6a具有负的链路成本-20[Wh]，起点为层次编号1的副本图形G1a的节点N4a，终点为层次编号1的副本图形G1a的节点N5a。链路L6a中的层次编号k是k＝1-(-2)＝3。层次编号3为副本图形G1c，因此，链路L6a被置换为具有零链路成本，起点为层次编号1的副本图形G1a的节点N4a、终点为层次编号3的副本图形G1c的节点N5a的第1层次间链路L100a。同样，链路L6b被置换为第1层次间链路L100b。关于链路L6c以及L6d，由于不存在层次编号5以上的副本图形，因此被删除。
在层次编号相邻的副本图形的目的地节点间，按照[规则2]追加第2层次间链路。
[规则2]
追加将链路成本设为最大公约数x，将层次编号i的副本图形Gi的目的地节点Nd设为起点，将层次编号j＝i+1的副本图形Gj的目的地节点Nd设为终点的第2层次间链路。但是，当与副本图形Gj相当的图形不存在于层次型图形中时不追加。
例如，当目的地节点为图2的节点N6的情况下，在图3的层次型图形中追加将层次编号1的副本图形G1a的目的地节点N6a设为起点，将层次编号2的副本图形G1b的目的地节点N6b设为终点的链路成本为10的第2层次间链路。而且，还追加将节点N6b设为起点，将节点N6c设为终点的链路成本为10的第2层次间链路。同样，还追加将节点N6c设为起点，将节点N6d设为终点的链路成本为10的第2层次间链路。但是，由于层次编号5的副本图形不存在，因此不追加将节点N6d设为起点的第2层次间链路。
图5表示通过按照[规则1]以及[规则2]对图3的层次型图形G2追加层次间链路而生成的路径搜索用图形G3。在图5中，按照[规则1]，链路L6a、L6b、L7a、L7b、L7c分别被替换为第1层次间链路L100a、L100b、L101a、L101b、L101c。另外，按照[规则2]追加了第2层次间链路L102a、L02b、L102c。
控制部10生成路径搜索用图形后，通过迪杰斯特拉法计算从出发地节点的副本中位于最上位的层次的节点到目的地节点的副本中位于最下位的层次的节点的路径。例如，在图5的情况下计算从节点N1a到节点N6d的路径。
在基于路径搜索用图形的路径搜索中，“通过路径中具有负的链路成本的链路”被置换为“通过链路成本为零的第1层次间链路，由此避免y/x条链路成本为x的第2层次间链路”，即被置换为层次差y/x。例如，在图2中按照链路L1、链路L2、链路L5的顺序通过的路径，在图5中成为按照链路L1a、链路L2a、链路L5a、第2层次间链路L102a、第2层次间链路L102b、第2层次间链路L102c的顺序通过的路径。该路径的路径成本为70Wh。另外，在图2中按照链路L3、链路L6、链路L7的顺序通过的路径，在图5中成为按照链路L3、第1层次间链路L100a、第1层次间链路L101c的顺序通过的路径。该路径的路径成本为60Wh。
此外，如前所述，按照链路L1、链路L2、链路L5的顺序通过的路径的实际路径成本为40Wh，按照链路L3、链路L6、链路L7的顺序通过的路径的实际路径成本为30Wh。使用图5的路径搜索用图形的情况下的路径成本(分别为70Wh、60Wh)分别各增大30Wh。该路径成本的差与图5中存在的第2层次间链路L102a～L102c的各链路成本的合计值相等。使用了路径搜索用图形的情况下的路径成本与实际路径成本的差成为与所追加的第2层次间链路的链路成本的合计相等。
图6是关于将图5那样的路径搜索用图形作为虚拟的道路网络来使用，搜索路径成本最小的路径的路径搜索处理的流程图。首先，在步骤S10中，在道路地图上设定出发地、目的地。例如，出发地设为电动汽车等的当前位置即可。另外，目的地由用户经由输入装置15从监视器12上显示的道路地图中选择希望的地点即可。
接着，在步骤S20中，控制部10在道路地图上设定包含所设定的出发地和目的地的道路地图上的地图区域。例如，在道路地图上设定以出发地和目的地为焦点的预定大小的椭圆形状的道路地图区域。然后，在步骤S30中，控制部10提取出在存储部11中存储的地图数据中节点的位置信息位于该椭圆形状的道路地图区域的范围内的节点的节点数据，进而还提取出处于这些提取出的节点间的链路的链路数据。由此，可以从地图数据中提取将原地图图形作为母图形的部分图形。
接着，在步骤S40中，控制部10基于数学式(1)计算层次型图形中包含的副本图形的个数s、即路径搜索用图形的层次数s。在步骤S50中，控制部10仅以步骤S40中计算出的层次数s生成部分图形的副本，生成层次型图形。在步骤S60中，通过对步骤S50中生成的层次型图形应用[规则1]以及[规则2]，生成路径搜索用图形。在步骤S70中，通过迪杰斯特拉法计算从位于通过步骤S60生成的路径搜索用图形的最上位的层次的出发地节点到位于该路径搜索用图形的最下位的层次的目的地节点的路径。
通过像这样基于地图数据生成路径搜索用图形，并用于基于迪杰斯特拉法的路径搜索中，可以搜索考虑到电池的电力消耗量和电力再生量的正确的推荐路径。
(第2实施方式)
对本发明的第2实施方式进行说明。图7是表示本发明的第2实施方式的路径搜索装置的一个结构例的框图。图7的路径搜索装置2作为导航装置，被安装在并用基于汽油等燃料的能量和从电池供给的电能来行驶的混合动力汽车(HEV)上。路径搜索装置2具备控制部20、存储部21、监视器12、扬声器13、GPS接收部14和输入装置15。针对与第1实施方式相同的构成要素，省略其说明。
控制部20由微处理器、各种周边电路、RAM、ROM等构成。控制部20控制路径搜索装置2的各结构来执行路径搜索处理等。即，控制部20将RAM作为作业区域执行在ROM中存储的程序，进行路径搜索装置2的控制。控制部20可以从HEV取得与其电池的充电状态相关的信息。
存储部21是硬盘或闪速存储器等非易失性的存储部件。在存储部21中存储了地图数据和安装有路径搜索装置2的HEV的车重。地图数据中包含控制部20在路径搜索处理中使用的节点数据和链路数据。节点数据与第1实施方式相同。但是，链路数据中链路成本表示的信息的内容与第1实施方式不同。
第2实施方式中的链路成本用汽油等燃料消耗量和电池的电力消耗量的对来表示。关于链路成本中的电池的电力消耗量，有时取负值，表示电池进行电力再生。
对第2实施方式中控制部20执行的路径搜索处理进行说明。在第2实施方式中，控制部20基于地图数据生成与第1实施方式的路径搜索用图形不同的第2路径搜索用图形。
图8是关于基于在存储部21中存储的地图数据，控制部20将第2路径搜索用图形作为虚拟的道路网络来使用，搜索路径成本最小的路径的路径搜索处理的流程图的一例。图8所示的生成第2路径搜索用图形的处理与图6所示的处理在步骤S30以前相同。
在步骤S100中，控制部20针对原地图图形的部分图形，生成预定数s2个副本，生成层次型图形。预定数s2是F/gcd(F,x2)的整数倍的常数。F[Wh]是HEV的电池为满充电时的电池余量。x2[Wh]是与地图数据中包含的电力消耗量相关的全部链路成本的绝对值的最大公约数。gcd(F,x2)是F和x2的最大公约数。
在步骤S110中，控制部20基于下述的[规则3]，在步骤S100中生成的层次型图形中追加第3层次间链路，生成第2路径搜索用图形。第3层次间链路表示HEV的电池的充电状态的变化，第2实施方式中的层次型图形的各层次表示电池的充电状态。层次编号i(1≦i≦s2)的层次对应于HEV的电池的电池余量为F×(s2-i)/(s2-1)[Wh]的状态。在步骤S120中，控制部20使用步骤S110中生成的第2路径搜索用图形，通过迪杰斯特拉法计算从出发地到目的地的路径。关于出发地节点和目的地节点的设定方法，在后面进行叙述。
[规则3]
基于在存储部21中存储的链路L(下述)追加第3层次间链路Ls(下述)。但是，在与层次编号k对应的副本图形在层次型图形中不存在，j≠1并且j≠s2的情况下，将k的值设为与1以及s2的某个接近的值。另外，在与层次编号k对应的副本图形在层次型图形中不存在，j＝1或j＝s2的情况下，不追加层次间链路。
[链路L]
与电力消耗量相关的链路成本：y1，
与燃料消耗量相关的链路成本：y2，
起点：层次编号j的副本图形的节点Np，
终点：层次编号j的副本图形的节点Nq，
[链路Ls]
与电力消耗量相关的链路成本：零，
与燃料消耗量相关的链路成本：y2，
起点：层次编号j的副本图形的节点Np，
终点：层次编号k＝j+y1/(F/(s2-1))的副本图形的节点Nq
图9是用于说明[规则3]的图。在图9(a)中表示由副本图形G4a、副本图形G4b、副本图形G4c组成的s2＝3的层次型图形G5。图形G4a由节点N20a、节点N21a、节点N22a、链路L20a、链路L21a构成。同样，副本图形G4b由节点N20b、节点N21b、节点N22b、链路L20b、链路L21b构成。副本图形G4c由节点N20c、节点N21c、节点N22c、链路L20c、链路L21c构成。链路L20a～L20c关于电力消耗量具有负的链路成本(例如-2kWh)。链路L21a～L21c关于电力消耗量具有正的链路成本(例如+4kWh)。假定HEV的电池的满充电时的电池余量F为4kWh。副本图形G4a层次编号为1，对应于HEV的电池的电池余量为4kWh的状态。副本图形G4b层次编号为2，对应于HEV的电池的电池余量为2kWh的状态。副本图形G4c层次编号为3，对应于HEV的电池的电池余量为零的状态。
图9(b)的层次间链路L103a是基于链路L21a根据[规则3]追加的第3层次间链路。链路L21a具有与电力消耗量相关的链路成本y＝+4kWh，起点是层次编号1的副本图形G4a的节点N20a，终点是层次编号1的副本图形G4a的节点N22a。第3层次间链路L103a，起点成为层次编号1的副本图形G4a的节点N20a，终点成为层次编号k＝3＝1+4000/(4000/(3-1))的副本图形G4c的节点N22c。并且，与第3层次间链路L103a的电力消耗量相关的链路成本被设定为零。
图9(b)的层次间链路L103b是基于链路L21b根据[规则3]追加的第3层次间链路。链路L21b具有与电力消耗量相关的链路成本y＝+4kWh，起点是层次编号2的副本图形G4b的节点N20b，终点是层次编号1的副本图形G4b的节点N22b。在第3层次间链路L103b中，起点是层次编号1的副本图形G4b的节点N20a。由于层次编号k＝4＝2+4000/(4000/(3-1))的副本图形不存在于图形G5中，因此，终点成为k＝s2＝3的副本图形G4c的节点N22c。并且，与第3层次间链路L103a的电力消耗量相关的链路成本被设定为零。
关于链路L21c，层次编号k＝5＝3+4000/(4000/(3-1))的副本图形不存在于图形G5中，j＝s2，因此不追加层次间链路。
层次间链路L104a是基于链路L20b根据[规则3]追加的层次间链路。链路L20b具有与电力消耗量相关的链路成本y＝-2kWh，起点是层次编号2的副本图形G4b的节点N20b，终点是层次编号1的副本图形G4b的节点N21b。层次间链路L104a，起点成为层次编号2的副本图形G4b的节点N20b，终点成为层次编号k＝1＝2+(-2000/(4000/(3-1))的副本图形G4a的节点N21a。并且，层次间链路L104a的链路成本被设定为零。并且，层次间链路L104a的链路成本被设定为零。层次间链路L104b与层次间链路L104a同样是基于链路L20c根据[规则3]追加的层次间链路。层次编号1以下的副本图形不存在于层次型图形G5中，原来的层次编号j为1，因此不追加基于链路L20a的层次间链路。
在第2实施方式中，控制部20在生成第2路径搜索用图形后，进行基于迪杰斯特拉法的路径搜索。此时，搜索考虑到与电力消耗量相关的链路成本、与燃料消耗量相关的链路成本的双方的路径。
出发地节点，选择在出发地位于与HEV的当前地最近的位置的节点中，路径搜索处理开始时刻的HEV的电池的充电状态为f[Wh]时，层次编号n＝f/F×(1-s2)+s2的层次的节点。另外，目的地节点可以是任意层次的目的地节点，可以在确定到任意层次的目的地节点的路径后结束路径搜索，也可以由用户指定预定的层次。
在由用户选择预定的层次来决定结束路径搜索的目的地节点的情况下，可以按照以下的[规则4]进一步追加第4层次间链路以及第5层次间链路。
[规则4]
追加与电力消耗量相关的链路成本以及与燃料消耗量相关的链路成本的双方为零，将层次编号i的副本图形Gi的目的地节点Nd作为起点，将层次编号j＝i+1的副本图形Gj的目的地节点Nd作为终点的第4层次间链路。但是，与副本图形Gj相当的图形不存在于层次型图形中的情况下不追加。
追加与电力消耗量相关的链路成本以及与燃料消耗量相关的链路成本的双方为零，将层次编号i的副本图形Gi的目的地节点Nd作为起点，将层次编号k＝i-1的副本图形Gk的目的地节点Nd作为终点的第5层次间链路。但是，与副本图形Gk相当的图形不存在于层次型图形中的情况下不追加。
在第2实施方式的路径搜索处理中，基于电力消耗量和燃料消耗量这两种链路成本计算两种路径成本，同时进行路径搜索。原来的部分图形中包含的链路、即链路L20a～L20c以及链路L21a～L21c用于计算与燃料消耗量相关的路径成本，不用于计算与电力消耗量相关的路径成本。即，意味着混合动力汽车在与链路对应的道路上消耗燃料地行驶。第3层次间链路L103a、第3层次间链路L103b以及第3层次间链路L104a～L104c用于计算与电力消耗量相关的路径成本，不用于计算与燃料消耗量相关的路径成本。与电力消耗量相关的链路成本中与路径成本相关的链路成本被设定为零，被置换为层次间的移动，因此可以通过迪杰斯特拉法搜索正确的推荐路径。
(第3实施方式)
本发明的第3实施方式的路径搜索装置与图1所示的第1实施方式的路径搜索装置1具备相同的结构。第3实施方式的路径搜索装置在存储部11中存储的地图数据的链路数据与第1实施方式不同。
第3实施方式中的链路数据不包含链路成本。在第3实施方式中，控制部10推定电动汽车等行驶在与各链路对应的道路上而损失或再生的电力量，控制部10基于该电力量的推定值计算链路成本。通过控制部10推定的电力量，在损失电力的链路中为非负值，在再生电力的链路中为非正值。控制部10使用计算出的链路成本生成路径搜索用图形。
图10是与控制部10使用路径搜索用图形进行路径搜索的路径搜索处理相关的流程图。图10中举例表示的处理，在步骤S30以前与图6所示的处理相同。
在第3实施方式中，控制部10在步骤S30中从地图数据中提取出以原地图图形作为母图形的部分图形后，开始步骤S200的处理。在步骤S200中，控制部10针对在步骤S30中提取出的部分图形中包含的各链路，推定由于电动汽车等行驶而损失或再生的电力量。
控制部10例如如下这样推定电力量。首先，控制部10使用式(2)计算在步骤S30中提取出的部分图形中包含的各链路的能量变化量Ek。控制部10针对能量变化量Ek为正值的链路推定损失的电力量，针对能量变化量Ek为负值的链路推定再生的电力量。此外，V1、H1、D1是各链路的平均车速、标高、链路距离，V2、H2是各链路的下一链路的平均车速和标高。λ1、λ2、λ3、λ4分别是加速阻力系数、梯度阻力系数、路面阻力系数、空气阻力系数。
[数2]
E 1 = λ 1 2 × ( V 2 2 - V 1 2 ) + λ 2 × ( H 2 - H 1 ) + λ 3 × D 1 + λ 4 × V 1 2 × D 1 . . . ( 2 )
损失的电力量，例如可以由控制部10在能量变化量E1上乘以预定的电力变换系数C来推定。再生的电力量，例如可以由控制部10在能量变化量E1上乘以预定的电力变换系数C、再生制动与摩擦制动的分配比例α、再生系数R来推定。
在步骤S210中，控制部10针对步骤S30中提取出的部分图形中包含的各链路，使用在步骤S200中针对该链路推定的电力量，计算与电力消耗量相关的链路成本。例如，通过在步骤S200中推定的电力量上乘以根据链路表示的道路的宽度或弯角的角度而变化的加权系数来计算。
控制部10可以在针对步骤S30中提取出的部分图形中包含的各链路计算出链路成本后，使用该链路成本执行步骤S40～S60的处理，生成与第1实施方式同样的路径搜索用图形。通过将路径搜索用图形用于基于迪杰斯特拉法的路径搜索，可以搜索考虑到电池的电力消耗量和电力再生量的正确的推荐路径。
(第4实施方式)
本发明的第4实施方式的路径搜索装置具备与图7所示的第2实施方式的路径搜索装置1相同的结构。第4实施方式的路径搜索装置在存储部21中存储的地图数据的链路数据与第2实施方式不同。
第4实施方式中的链路数据与第3实施方式同样不包含链路成本。此外，第4实施方式中的链路成本与第2实施方式同样包含与燃料消耗量相关的链路成本、与电力消耗量相关的链路成本。
在第4实施方式中，控制部20通过与第3实施方式同样的方法，推定由于混合动力汽车在与各链路对应的道路上行驶而损失或再生的电力量。通过控制部20推定的电力量，在损失电力的链路中为非负值，在再生电力的链路中为非正值。然后，控制部20使用该电力量的推定值计算与电力消耗量相关的链路成本。
另外，控制部20推定混合动力汽车在与各链路对应的道路上行驶时的燃料消耗量Q，使用该燃料消耗量Q计算与燃料消耗量相关的链路成本。例如，控制部20可以使用引擎的基础消耗量FBASE、各链路的链路旅行时间T、力学能量当量E2、车重W、链路的地形特征量MB、MC以及MD、链路内加速行驶的比例PA、空气阻力损失EAIR、伴随加速的运能导致的加速损失EACC，通过数学式(3)推定燃料消耗量Q。
[数学式3]
Q＝F×T+E2×[W×{MB×PA+MC×(1-PA)+MD}+EAIR+EACC]...(3)
图11是与控制部20使用第2路径搜索用图形进行路径搜索的路径搜索处理相关的流程图。对图11中举例表示的流程中与图8以及图10相同的流程赋予同样的符号，省略其说明。在步骤S300中，控制部20使用数学式(3)推定燃料消耗量Q。在步骤S310中，使用在步骤S300中推定的燃料消耗量计算链路成本。
根据以上说明的实施方式，起到以下的作用效果。
在本发明的第1实施方式的路径搜索装置1中，控制部10通过执行在存储部11中存储的程序来执行图6所示的处理。控制部10从存储部11中存储的地图数据中提取出与包含出发地和目的地的地图区域相关的部分图形(图6的步骤S30)。控制部10生成作为部分图形的副本的副本图形，生成层次型图形(步骤S50)。控制部10对层次型图形追加第1层次间链路和第2层次间链路，生成路径搜索用图形(步骤S60)。控制部10使用路径搜索用图形搜索路径(步骤S70)。第1层次间链路是在层次型图形中将具有负的链路成本的链路的终点的节点变更为其他层次的部分图形中包含的该节点的链路，具有非负的链路成本。第2层次间链路具有非负的链路成本，将层次编号相邻的副本图形的目的地节点间连接。由此，可以搜索考虑了电池的电力消耗量和电力再生量的路径。
在本发明的第2实施方式的路径搜索装置2中，控制部20通过执行在存储部21中存储的程序来执行图8所示的处理。控制部20从存储部21中存储的地图数据中提取与包含出发地和目的地的地图区域相关的部分图形(图8的步骤S30)。控制部20生成作为部分图形的副本的副本图形，生成层次型图形(步骤S100)。控制部20对层次型图形追加第3层次间链路，生成第2路径搜索用图形(步骤S110)。控制部20使用第2路径搜索用图形搜索路径(步骤S120)。第3层次间链路是将各链路的终点的节点变更为其他层次的部分图形的终点的该节点的链路。由此，也可以搜索考虑到电池的电力消耗量和电力再生量的路径。另外，在第2实施方式中，不仅能够提供到目的地为止的能量消耗最小的路径，还可以搜索恰当地选择了使用引擎行驶的链路和使用电动机行驶的链路的路径。
在本发明的第3实施方式的路径搜索装置中，控制部10通过执行在存储部11中存储的程序来执行图10所示的处理。控制部10从存储部11中存储的地图数据中提取出与包含出发地和目的地的地图区域相关的部分图形(图10的步骤S30)。控制部10针对该部分图形中包含的各链路，计算链路成本(步骤S200以及S210)。控制部10生成作为部分图形的副本的副本图形，生成层次型图形(步骤S50)。控制部10对层次型图形追加第1层次间链路和第2层次间链路，生成路径搜索用图形(步骤S60)。控制部10使用路径搜索用图形搜索路径(步骤S70)。第1层次间链路是将层次型图形中具有负的链路成本的链路的终点的节点变更为其他层次的部分图形中包含的该节点而得的链路，具有非负的链路成本。第2层次间链路具有非负的链路成本，将层次编号相邻的副本图形的目的地节点间连接。由此，可以搜索考虑到电池的电力消耗量和电力再生量的路径。
在本发明的第4实施方式的路径搜索装置中，控制部20通过执行在存储部21中存储的程序来执行图11所示的处理。控制部20从存储部21中存储的地图数据中提取出与包含出发地和目的地的地图区域相关的部分图形(图11的步骤S30)。控制部20针对该部分图形中包含的各链路，计算与电力消耗相关的链路成本以及与燃料消耗相关的链路成本(步骤S200、步骤S210、S300以及S310)。控制部20生成作为部分图形的副本的副本图形，生成层次型图形(步骤S100)。控制部20对层次型图形追加第3层次间链路，生成第2路径搜索用图形(步骤S110)。控制部20使用第2路径搜索用图形搜索路径(步骤S120)。第3层次间链路是将各链路的终点的节点变更为其他层次的部分图形的终点的该节点的链路。由此，也可以搜索考虑到电池的电力消耗量和电力再生量的路径。另外，在第4实施方式中，不仅能够提供到目的地为止的能量消耗最小的路径，还可以搜索恰当地包含使用引擎行驶的链路和使用电动机行驶的链路的路径。
以上说明的实施方式可以如下这样变形后实施。
在上述实施方式中，将出发地设为电动汽车等的当前位置。但是，关于出发地，也可以与目的地同样由用户经由输入装置15来输入。
路径搜索装置1假定为导航装置，但是，也可以是导航装置以外的装置。只要是具备能够执行路径搜索处理的控制部的计算机即可，例如也可以是笔记本PC等个人计算机或便携终端等信息处理装置。关于路径搜索装置2也相同。另外，在个人计算机等信息处理装置中应用本发明的情况下，与上述的控制相关的程序可以通过CD-ROM等记录介质或因特网等的数据信号来提供。图12是表示该情况的图。个人计算机400经由CD-ROM404接受程序的提供。另外，个人计算机400具有与通信线路401的连接功能。计算机402是提供上述程序的服务器计算机，在硬盘403等记录介质中存储程序。通信线路401是因特网、个人计算机通信等的通信线路或者专用通信线路等。计算机402使用硬盘403读出程序，经由通信线路401将程序发送到个人计算机400。即，将程序作为数据信号经由载波，经由通信线路401来发送。这样，程序可以作为记录介质或数据信号(载波)等各种形态的计算机可读的计算机程序产品来提供。
在图6或图10的步骤S60中，CPU10可以使用以下所示的[规则5]进一步在层次型图形中追加第6层次间链路。[规则5]将层次型图形中包含的具有正的链路成本的链路置换为第6层次间链路。通过同时使用第6层次间链路和第1层次间链路，在层次型图形中有时可以削减需要的层次数。
[规则5]
将具有正的链路成本y3，起点为层次编号j的副本图形Gj的节点Np，终点为层次编号j的副本图形Gj的节点Nq的链路，置换为起点为层次编号j的副本图形Gj的节点Np、终点为层次编号k2＝j+(y3-mod(y3,x))/x的副本图形Gk2的节点Nq的第6层次间链路。mod(y3,x)是将链路成本y3除以最大公约数x时的余数。第6层次间链路的链路成本设为该余数mod(y3,x)即可。此外，在与副本图形Gk2相当的图形不存在于层次型图形中的情况下不进行置换。
在[规则1]中，CPU10使用最大公约数x将第1层次间链路的终点的节点Nq所存在的层次编号k计算为k＝j-(y/x)。但是，CPU10也可以代替最大公约数x，使用预定值x3(例如，x3＝10)将层次编号k计算为k＝j-(y-mod(y,x3))/x3。在代替最大公约数x而使用预定值x3的情况下，优选将第1层次间链路的链路成本设为mod(y,x3)。另外，在代替最大公约数x而使用预定值x3的情况下，优选在数学式(1)的层次数s的计算中也将最大公约数x变更为预定值x3。另外，针对第2层次间链路的链路成本，也优选变更为预定值x3。此外，当最大公约数x为预定值x3以下时，CPU10也可以代替最大公约数x而使用预定值x3来决定层次编号k、层次数s、第2层次间链路的链路成本。当最大公约数x为预定值以下时，通过使用预定值x3来计算层次数s，可以抑制路径搜索用图形的尺寸。由此，可以抑制路径搜索导致的RAM的使用率过度增大。
在图8以及图11的步骤110中，CPU20可以使用以下所示的[规则6]在层次型图形中进一步追加第7层次间链路。通过在层次型图形中追加第7层次间链路，能够搜索达到目的地的时刻的混合动力汽车的电池的电池余量为预定余量Wrem以上的路径。
[规则6]
对于i≦s2-Wrem/(F/(s2-1))的层次编号i，追加与电力消耗量相关的链路成本为零，与燃料消耗量相关的链路成本为F/(s2-1)，将层次编号i的副本图形Gi的目的地节点Nd作为起点，将层次编号j＝i-1的副本图形Gj的目的地节点Nd作为终点的第7层次间链路。但是，在与副本图形Gj相当的图形不存在于层次型图形中的情况下不追加。
在路径搜索装置1以及路径搜索装置2中，作为路径搜索处理的方法，使用了迪杰斯特拉法，但是不限于此。也可以使用其他已知的路径搜索的计算方法。
以上所说明的实施方式或变形例只不过是举例表示，只要无损于发明的特征，本发明不限定这些内容。另外，以上所说明的实施方式或变形例，只要无损于发明的特征，可以组合来执行。
如下优先权基础申请的公开内容作为引用文被并入本申请。
日本专利申请2011年第227625号(2011年10月17日申请)。

Claims (14)

1.一种路径搜索方法，其特征在于，
从包含与节点相关的节点数据以及与链路相关的链路数据的地图数据中，提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路，
针对提取出的所述链路，决定与能量消耗相关的非负的链路成本或者与能量再生相关的非正的链路成本，
针对提取出的各所述节点和所述链路生成多个副本，来生成第1道路网络，
对所述第1道路网络追加第1追加链路和第2追加链路，来生成第2道路网络，
使用所决定的所述链路成本和所生成的所述第2道路网络，搜索从与所述出发地对应的节点的副本到与所述目的地对应的节点的副本的路径，
所述第1追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将所生成的所述链路的副本的终点的节点变更为该链路的其它副本的终点的节点的链路，
所述第2追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将与所述目的地对应的节点的副本之间分别连接的链路。
2.根据权利要求1所述的路径搜索方法，其特征在于，
在所述链路数据中，针对各链路分别包含作为非负或非正的链路成本的能量消耗或再生。
3.根据权利要求1或2所述的路径搜索方法，其特征在于，
生成多个由提取出的各所述节点和链路构成的图形的副本，使用多个所述图形的副本生成具有多个层次的所述第1道路网络。
4.根据权利要求3所述的路径搜索方法，其特征在于，
所述第1追加链路，是将所生成的所述链路的所述副本的所述终点变更为属于与所述链路成本对应的仅层次数不同的层次的该链路的其它副本的终点的链路，
所述第2追加链路，是将与所述目的地对应的节点的副本中，彼此层次相差一层的与所述目的地对应的节点的副本之间连接的链路。
5.根据权利要求3所述的路径搜索方法，其特征在于，
所述地图数据包含与所述道路地图上的地点的标高相关的标高值信息，
根据所述标高值信息计算所述第1道路网络的总层次数。
6.根据权利要求4所述的路径搜索方法，其特征在于，
所述地图数据包含与所述道路地图上的地点的标高相关的标高值信息，
根据所述标高值信息计算所述第1道路网络的总层次数。
7.根据权利要求1所述的路径搜索方法，其特征在于，
决定与所述能量消耗相关的所述非负的链路成本所对应的与电力消耗相关的非负的链路成本或者与所述能量再生相关的所述非正的链路成本所对应的与电力再生相关的非正的链路成本，和与所述能量消耗相关的所述非负的链路成本所对应的与燃料消耗相关的链路成本。
8.一种路径搜索装置，其特征在于，
具有控制部，该控制部
从包含与节点相关的节点数据以及与链路相关的链路数据的地图数据中，提取在包含出发地和目的地的地图区域中包含的节点和链路，
针对提取出的所述链路，决定与能量消耗相关的非负的链路成本或者与能量再生相关的非正的链路成本，
针对提取出的各所述节点和所述链路生成多个副本，来生成第1道路网络，
针对所述第1道路网络追加第1追加链路和第2追加链路，来生成第2道路网络，
使用所决定的所述链路成本和所生成的所述第2道路网络，搜索从与所述出发地对应的节点的副本到与所述目的地对应的节点的副本的路径，
所述第1追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将所生成的所述链路的副本的终点的节点变更为该链路的其它副本的终点的节点的链路，
所述第2追加链路，作为设定有预定的非负的链路成本的链路，是将与所述目的地对应的节点的副本之间分别连接的链路。
9.根据权利要求8所述的路径搜索装置，其特征在于，
在所述链路数据中，针对各链路分别包含作为非负或非正的链路成本的能量消耗或再生。
10.根据权利要求8或9所述的路径搜索装置，其特征在于，
所述控制部，生成多个由提取出的各所述节点和链路构成的图形的副本，使用多个所述图形的副本生成具有多个层次的所述第1道路网络。
11.根据权利要求10所述的路径搜索装置，其特征在于，
所述第1追加链路，是将所生成的所述链路的所述副本的所述终点变更为属于与所述链路成本对应的仅层次数不同的层次的该链路的其它副本的终点的链路，
所述第2追加链路，是将与所述目的地对应的节点的副本中，彼此层次相差一层的与所述目的地对应的节点的副本之间连接的链路。
12.根据权利要求10所述的路径搜索装置，其特征在于，
所述地图数据包含与所述道路地图上的地点的标高相关的标高值信息，
所述控制部根据所述标高值信息计算所述第1道路网络的总层次数。
13.根据权利要求11所述的路径搜索装置，其特征在于，
所述地图数据包含与所述道路地图上的地点的标高相关的标高值信息，
所述控制部根据所述标高值信息计算所述第1道路网络的总层次数。
14.根据权利要求8所述的路径搜索装置，其特征在于，
所述控制部决定与所述能量消耗相关的所述非负的链路成本所对应的与电力消耗相关的非负的链路成本或者与所述能量再生相关的所述非正的链路成本所对应的与电力再生相关的非正的链路成本，和与所述能量消耗相关的所述非负的链路成本所对应的与燃料消耗相关的链路成本。
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