CN103959014A - 能量消耗量估计装置、能量消耗量估计方法、能量消耗量估计程序以及记录介质 - Google Patents
能量消耗量估计装置、能量消耗量估计方法、能量消耗量估计程序以及记录介质 Download PDFInfo
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Abstract
能量消耗量估计装置(100)具有:估计部(103),其根据消耗能量估计式来估计移动体在规定的旅行区间行驶时的能量消耗量,该消耗能量估计式包括由与移动体所具备的装备品消耗的能量相关的第一信息、与移动体的加减速时消耗和回收的能量相关的第二信息以及与由移动体的行驶时产生的阻力消耗的能量相关的第三信息;校正系数计算部(106),其计算对应于包含在旅行区间中的一个信号机与不同于一个信号机的其它信号机之间的距离、或者包含在旅行区间中的一个信号机与一个交叉点之间的距离的校正系数;以及校正部(104),其根据由校正系数计算部(106)计算出的校正系数,对由估计部(103)估计出的能量消耗量进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及根据移动体的剩余能量的量来估计移动体的能量消耗量的能量消耗量估计装置、能量消耗量估计方法、能量消耗量估计程序以及记录介质。但是,本发明的利用不限于能量消耗量估计装置、能量消耗量估计方法、能量消耗量估计程序以及记录介质。
背景技术
以往,已知有根据移动体的燃料消耗量来搜索到达目的地的路径的路径搜索装置(例如,参照下述专利文献1。)。在专利文献1所记载的技术中,当搜索到达目的地的路径时,为了搜索内燃机排放的二氧化碳排放量最小的路径,按照各个区间对路径进行分割,根据每个区间的距离、高低差、车辆重量、摩擦系数重力加速度、每个区间的停止次数等来计算二氧化碳排放量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第4462316号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是,在上述专利文献1所示的技术中,因为没有进行考虑了与每个区间的距离相应的速度变化程度的计算,所以不能高精度地进行与各个区间中的拥堵状态变化对应的计算。例如,对于各个区间可根据信号机来进行分割,但速度变化的程度根据信号间距离的差异而不同,所以各个区间中的消耗能量不同,但由于未考虑该差别,因此作为一例可举出无法高精度地估计二氧化碳排放量和消耗能量的量这样的问题点。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并达成目的,本发明的能量消耗量估计装置,其特征在于,具有:估计单元,其根据消耗能量估计式来估计移动体在规定的区间(以下,称为“旅行区间”)行驶时的能量消耗量,所述消耗能量估计式包括与由所述移动体所具备的装备品消耗的能量相关的第一信息、与所述移动体的加减速时消耗和回收的能量相关的第二信息以及与由所述移动体的行驶时产生的阻力消耗的能量相关的第三信息;计算单元,其计算与包含在所述旅行区间中的一个信号机与不同于所述一个信号机的其它信号机之间的距离、或者包含在所述旅行区间中的一个信号机与一个交叉点之间的距离相应的校正系数;以及校正单元,其根据由所述计算单元计算出的校正系数,对由所述估计单元估计出的能量消耗量进行校正。
另外,本发明的能量消耗量估计方法是估计移动体的能量消耗量的能量消耗量估计装置中的能量消耗量估计方法,其特征在于,包括:估计步骤,根据消耗能量估计式来估计移动体在规定的区间(以下,称为“旅行区间”)行驶时的能量消耗量,所述消耗能量估计式包括与由移动体所具备的装备品消耗的能量相关的第一信息、与所述移动体的加减速时消耗和回收的能量相关的第二信息以及与由所述移动体的行驶时产生的阻力消耗的能量相关的第三信息;计算步骤,计算与包含在所述旅行区间中的一个信号机与不同于所述一个信号机的其它信号机之间的距离、或者包含在所述旅行区间中的一个信号机与一个交叉点之间的距离相应的校正系数;以及校正步骤,根据由所述计算步骤计算出的校正系数,对由所述估计步骤估计出的能量消耗量进行校正。
另外,本发明的能量消耗量估计程序的特征在于,使计算机执行上述记载的能量消耗量估计方法。
另外,本发明的记录介质的特征在于,以计算机可读取的状态记录上述记载的能量消耗量估计程序。
附图说明
图1是示出实施方式的能量消耗量估计装置的功能性结构的框图。
图2是示出能量消耗量估计装置的能量消耗量估计处理步骤的流程图。
图3是示出导航装置的硬件结构的框图。
图4是示出导航装置的能量消耗量估计处理步骤的流程图。
图5是用于说明信号间距离的图。
图6-1是示出与信号间距离对应的校正系数的例子的图表(其1)。
图6-2是示出与信号间距离对应的校正系数的例子的图表(其2)。
图7是示出信号间距离和校正系数的计算例的流程图。
图8是示出信号间距离和校正系数的其它计算例的流程图。
图9-1是说明各个信号间距离的计算例的图(其1)。
图9-2是说明各个信号间距离的计算例的图(其2)。
图9-3是说明各个信号间距离的计算例的图(其3)。
图10是示出导航装置的校正处理步骤的流程图。
图11是示意性地示出对在具有坡度的道路上行驶的车辆施加的加速度的说明图。
图12是示出导航装置的能量消耗量估计处理中的道路信息的一例的说明图。
图13是示出EV车的回收率的计算方法的说明图。
图14是示出EV车的速度与输出之间的关系的特性图。
图15是示出按照EV车的行驶状况的能量消耗量的特性图。
图16是示出在导航装置的显示器上显示的显示画面的一例的说明图。
图17-1是示出与信号间距离对应的校正系数的其它例的图表(其1)。
图17-2是示出与信号间距离对应的校正系数的其它例的图表(其2)。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的能量消耗量估计装置、能量消耗量估计方法、能量消耗量估计程序以及记录介质的优选实施方式。
(实施方式)
图1是示出实施方式的能量消耗量估计装置的功能性结构的框图。实施方式的能量消耗量估计装置100估计移动体的旅行区间中的行驶能量(消耗能量)。该能量消耗量估计装置100由当前位置取得部101、变量取得部102、估计部103、校正部104、存储部105构成。
这里,所谓能量例如是指,在EV车、HV车、PHV车等(以下,简称为“EV车”)的情况下,例如基于电气等的能量。另外,所谓能量例如是指,在汽油车,柴油车等(以下,简称为“汽油车”)的情况下,例如基于汽油、轻油或气体等的能量。所谓剩余能量例如是指在移动体的燃料箱或电池内剩余的能量,是可用于之后的移动体行驶的能量。
当前位置取得部101取得搭载了能量消耗量估计装置100的移动体的当前位置。具体地说,当前位置取得部101例如使用从GPS卫星接收到的GPS信息等,计算自装置的当前位置,由此取得位置信息。
变量取得部102取得与移动体行驶的规定区间(以下,称为“旅行区间”)中的移动体的速度相关的信息,并用作消耗能量估计式的变量。所谓旅行区间是指从移动体一旦出发并行驶之后停止到下一次出发之前所通过的区间。具体地说,所谓旅行区间例如是指道路的规定地点(以下,称为“节点(道路点)”)与其它节点之间的区间(以下,称为“链路(道路区间)”)。也就是说,所谓节点是指移动体停止的地点,是移动体出发的地点。
链路是构成道路网络的要素之一,将节点与节点之间作为一个单位。在链路信息中例如包含有链路长度(距离)数据和行驶时日中的旅行速度、旅行时间或平均加速度的预测数据等。例如,在市区街道行驶中移动体在信号机等处停止的情况较多。在此情况下,所谓节点例如是指设置了信号机的交叉点。所谓链路例如是指一个交叉点与其它交叉点之间的区间。
旅行区间可以是由一个链路构成的区间,也可以是由多个连续的链路构成的区间。例如,在由5个节点(4个链路)构成的连续的区间中,移动体有可能反复4次出发和停止,也有可能一次行驶完5个节点。具体地说,在将5个节点作为设置有信号机的交叉点的情况下,移动体有可能在所述的交叉点处都停止,也有可能在任何交叉点处都不停止。因此,详细地说,旅行区间是由移动体有可能出发和停止的2个节点构成的一个链路、或者由移动体有可能出发和停止的3个以上节点构成的连续的多个链路。期望的是,旅行区间最好是由有可能停止的2个节点构成的一个链路。其理由是因为,能够全部网罗向所有方向分支的链路而进行计算。
所谓与移动体的速度相关的信息例如是指移动体的速度、加速度。所谓消耗能量估计式是指估计旅行区间中的移动体的能量消耗量的公式。具体地说,消耗能量估计式是包含使能量消耗量增减的要因不同的第一信息、第二信息以及第三信息的多项式。另外,在道路坡度明显的情况下,在消耗能量估计式中还增加第四信息。后面详细叙述消耗能量估计式。
第一信息是与由移动体所具备的装备品消耗的能量相关的信息。具体地说,第一信息是由与移动体的行驶无关的要因所消耗的能量的量。更具体地说,第一信息是由移动体上具有的空气调节器、汽车音频,车头灯,汽车转向灯、制动泵等装备品所消耗的能量的量。
第二信息是与在移动体的加减速时消耗和回收的能量相关的信息。所谓移动体的加减速时是指移动体的速度在时间上变化的行驶状态。具体地说,所谓移动体的加减速时是指在规定的时间内移动体的速度变化的行驶状态。所谓规定的时间是指一定间隔的时间划分,例如是每单位时间等。
另外,所谓第二信息也可以是在EV车的情况下移动体加速时所消耗的能量的量与移动体减速时所回收的能量的量之间的比例(以下,称为“回收率”)。所谓回收的能量是指在EV车的情况下移动体加速时产生的运动能量在减速时转换为电能量而回收的能量。后面叙述关于回收率的详细说明。
另外,所谓回收能量是指在汽油车的情况下不消耗必要以上的能量而能够节约的能量。详细地说,在汽油车的情况下,作为提高燃料费的运转方法,已知有减少踩油门的时间的方法。也就是说,在汽油车中,通过由移动体的加速产生的运动能量(惯性力)来维持移动体的行驶,由此能够抑制燃料的消耗。另外,在移动体减速时可通过利用引擎制动来抑制燃料的消耗。也就是说,在汽油车的情况下,降低(切断燃料)所消耗的燃料来节约燃料,但此处为与EV车同样地回收的能量。
第三信息是与由在移动体行驶时产生的阻力所消耗的能量相关的信息。所谓移动体行驶时是指在规定时间内移动体的速度恒定的行驶状态。在移动体行驶时产生的阻力成为在移动体行驶时移动体的行驶状态发生变化的要因。具体地说,所谓在移动体行驶时产生的阻力是指由于气象状况、道路状况、车辆状况等而在移动体中产生的阻力。
所谓由于气象状况而在移动体中产生的阻力例如是指基于雨、风等气象变化而产生的空气阻力。所谓由于道路状况而在移动体中产生的阻力是指基于道路坡度、路面的铺设状态等而产生的路面阻力。所谓由于车辆状况而在移动体中产生的阻力是指由于轮胎的空气压力、乘车人数、装载重量等而对移动体施加的负载阻力。
具体地说,第三信息是在受到空气阻力、路面阻力或负载阻力的状态下使移动体以恒定速度行驶时的能量消耗量。更具体地说,第三信息是例如在受到由于逆风而在移动体中产生的空气阻力或由于没有铺修的道路而导致的路面阻力等的状态下使移动体以恒定速度行驶时所消耗的能量消耗量。
第四信息是与根据移动体所处的高度变化而消耗和回收的能量相关的信息。所谓移动体所处的高度变化是指移动体所处的高度在时间上变化的状态。具体地说,所谓移动体所处的高度变化是指在规定时间内随着移动体在具有坡度的道路上行驶而使高度发生变化的行驶状态。
另外,第四信息是在规定区间内的道路坡度明显时能够求出的附加信息,由此能够提高能量消耗量的估计精度。此外,在道路倾斜不明显的情况下或者简化计算的情况下,可设移动体所处的高度没有变化而使后述的能量估计式中的道路坡度θ=0来估计能量消耗量。以下,除了存在特别说明的情况和说明消耗能量估计式的情况之外,都以旅行区间中的坡度没有变化、即后述的消耗能量估计式中的θ=0(不考虑第四信息)这样的情况为前提进行说明。
变量取得部102可经由例如根据CAN(Controller Area Network:控域网)等通信协议进行动作的车内通信网络(以下,简称为“CAN”),来取得例如由电子控制单元(ECU:Electronic Control Unit)管理的移动体的速度、加速度,并使用为与第一信息、第二信息以及第三信息相关的变量。
另外,变量取得部102取得在旅行区间的行驶中所需的旅行时间来作为消耗能量估计式的变量。具体地说,变量取得部102取得移动体过去在相同的旅行区间行驶时的所需时间来作为旅行时间。
另外,变量取得部102取得与移动体的剩余能量的量相关的信息和旅行区间中的移动体的实际能量消耗量,使用为消耗能量估计式的变量。这里,所谓剩余能量的量是指在移动体的燃料箱或电池中剩余的能量的量。也就是说,在EV车的情况下,所回收的能量的量也包含于剩余能量的量中。具体地说,变量取得部102例如经由根据CAN等通信协议进行动作的车内通信网络,取得例如由ECU管理的剩余能量的量和实际能量消耗量。
另外,在一个旅行区间或与一个旅行区间相邻的其它旅行区间是移动体的当前位置所属的范围内或特定种类的旅行区间的情况下、或者满足这两方的情况下,变量取得部102取得与在旅行区间中行驶的移动体的此时刻的速度相关的信息,作为与第一信息、第二信息以及第三信息相关的变量。
所谓一个旅行区间是指移动体当前行驶中的旅行区间。所谓与一个旅行区间相邻的其它旅行区间是指与作为一个旅行区间的终点的节点连接的旅行区间。例如,当作为一个旅行区间的终点的节点是四岔路时,在从作为一个旅行区间的终点的节点向4个方向分支的旅行区间中的除了一个旅行区间之外的3个方向的旅行区间为其它旅行区间。
所谓移动体的当前位置所属的范围是指包含移动体正在行驶的情况下的移动体的当前位置的范围。具体地说,所谓移动体的当前位置所属的范围可以是例如10km2等具有包含移动体行驶中的旅行区间在内的规定面积的范围,也可以是以市镇村等行政区划进行分割的范围。另外,所谓特定种类的旅行区间是指以特定种类进行区分的范围。所谓特定种类例如是指道路种类等。
这里,所谓道路种类是指可根据法定速度、道路坡度、道路宽度或有无信号等道路状态的差异来进行区别的道路种类。具体地说,所谓道路种类是指一般国道、高速道路、一般道路、穿过市区等的狭窄的街道(以下,称为“狭窄街道”)等。
即,具体地说,变量取得部102取得正在一个旅行区间中行驶的移动体的实际速度、加速度,作为与一个旅行区间中的速度相关的信息。此外,变量取得部102在一个旅行区间和其它旅行区间是移动体的当前位置所属的范围内或特定种类的旅行区间时,取得正在一个旅行区间中行驶的移动体的实际速度、加速度,作为与其它旅行区间中的速度相关的信息。由此,后述的估计部103能够估计与旅行区间中的移动体的实际能量消耗量(以后,称为“实际能量消耗量”)接近的能量消耗量。
另外,变量取得部102在一个旅行区间或其它旅行区间不是移动体的当前位置所属的范围内和特定种类的旅行区间的某个范围时,取得与移动体的行驶历史中的过去在旅行区间行驶时的移动体的速度相关的信息(以下,称为“与旅行速度相关的信息”)。
这里,所谓移动体的行驶历史是指移动体过去在旅行区间行驶时的速度、加速度、旅行时间、实际能量消耗量、车辆信息等。所谓车辆信息是指车辆重量、车辆旋转部的重量、效率、空气阻力等。例如,针对每个旅行区间和每个道路种类在存储部105中存储移动体的行驶历史。
具体地说,在移动体是出发前(不存在于一个旅行区间内)时或没有到达其它旅行区间时,变量取得部102取得移动体过去在相同的旅行区间或相同的规定范围内行驶时的速度、加速度,作为与旅行速度相关的信息。所谓规定范围例如是指在剩余能量的量消失之前能够到达的范围或都道府县、市镇村等。
另外,在一个旅行区间或其它旅行区间是移动体的当前位置所属的范围内或特定种类的旅行区间时,变量取得部102也可以取得与旅行速度相关的信息。在此情况下,变量取得部102也可以根据与实际速度相关的信息和与过去的旅行速度相关的信息这双方,例如算出这些信息的平均值。
变量取得部102取得与旅行区间中的道路相关的信息,并用作消耗能量估计式的变量。具体地说,变量取得部102例如取得与在存储部105中存储的过去行驶历史所涉及的道路相关的信息。另外,变量取得部102例如也可以从存储部105所存储的地图信息取得与道路相关的信息,也可以从倾斜传感器等取得道路坡度等。
另外,变量取得部102具有校正系数计算部106。校正系数计算部106判断在每一个旅行区间中移动体有可能进行停止和出发的距离,并根据距离使用校正系数对第二信息进行校正。如果距离短则一个旅行区间中的第二信息的消耗能量变化的比例大,如果距离长则一个旅行区间中的第二信息的消耗能量的量的变化的比例小,给能量消耗的程度带来影响。
例如,一个旅行区间具有信号与信号之间的距离、信号与交叉点之间的距离,但在以下的说明中,将在每一个旅行区间中移动体有可能进行停止和出发的距离作为信号间距离进行说明。信号间距离可将一个链路单位、多个链路单位或者不是链路单位而是将距离本身作为单位来进行计算。
并且,在校正系数计算单元106中预先设定有与信号间距离对应的校正系数。然后,对每个旅行区间中的信号间距离,将针对第二信息的校正系数输出到估计部103的校正部104。由此,可考虑信号间距离来校正能量消耗量,使消耗能量的估计精度提高。虽然后面进行了叙述,但基于信号间距离的校正系数不仅限于用作第二信息的系数,还可以用作针对加速度或速度的系数。另外,关于针对信号间距离的校正系数,也可以参考在行驶时取得的数据进行计算并设定。具体地说,也可以根据实际的行驶速度、加速度、从CAN等取得的能量消耗量等信息使校正系数变化。
这里,所谓与道路相关的信息例如是使通过移动体的行驶而消耗或回收的能量的量产生变化的道路信息。具体地说,所谓与道路相关的信息例如是根据道路种类、道路坡度或路面状况等而在移动体中产生的行驶阻力。例如,可根据以下式(1)来计算行驶阻力。一般情况下,当加速时或行驶时在移动体中产生行驶阻力。
[公式1]
Rt=μMg+kv2+Mgsinθ+(M+m)α …(1)
这里,
Rt:行驶阻力
v:速度
α:加速度
μ:滚动阻力
θ:道路坡度
M:移动体的重量
g:重力加速度
k:空气阻力系数
m:行驶装置的旋转体的重量
估计部103根据包含第一信息、第二信息以及第三信息的消耗能量估计式,对在旅行区间中行驶时的能量消耗量进行估计。具体地说,估计部103根据与由变量取得部102取得的移动体的速度相关的信息,对旅行区间中的移动体的能量消耗量进行估计。此外,在道路坡度明显的情况下,估计部103也可以根据进一步增加了第四信息的消耗能量估计式,对在旅行区间中行驶时的能量消耗量进行估计。
更详细地说,估计部103根据以下的式(2)或式(3)所示的消耗能量估计式或者这两个公式,对每单位时间的能量消耗量进行估计。加速时和行驶时的移动体的能量消耗量是行驶阻力、行驶距离、有效电机效率与传递效率之积,用以下的式(2)表示。式(2)所示的消耗能量估计式是估计加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量的理论公式。
[公式2]
这里,
Pt1:加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量(Kw/sec)
Pidle:空载时的能量消耗量(第一信息)
μ:滚动阻力
θ:道路坡度
M:移动体的重量
g:重力加速度
εη:移动体的能量消耗效率
k:空气阻力系数
v:速度
∣α∣:合成加速度
β:回收率
m:行驶装置的旋转体的重量
γ:校正系数
这里,ε是有效热效率,η是总传递效率,γ是与信号间距离对应的第二信息的校正系数。当设移动体的加速度α与由道路坡度θ产生的重力加速度g的合计设为合成加速度|α|时,合成加速度|α|为负时的消耗能量估计式是行驶阻力、行驶距离、有效电机效率与传递效率之积,用以下的式(3)表示。所谓合成加速度|α|为负时是指移动体减速时。式(3)所示的消耗能量估计式是估计减速时的每单位时间的能量消耗量的理论公式。
[公式3]
这里,
Pt2:减速时的每单位时间的能量消耗量(kW/sec)
β:回收率
在上述式(2)和式(3)中,右边第1项是由移动体中具备的装备品所消耗的能量消耗量,例如是空载时的能量消耗量(第一信息)。右边第2项是基于坡度成分的能量消耗量(第四信息)和基于滚动阻力成分的能量消耗量(第三信息)。右边第3项是基于空气阻力成分的能量消耗量(第三信息)。另外,式(2)的右边第4项是基于加速成分的能量消耗量(第二信息)。式(3)的右边第4项是基于减速成分的能量消耗量(第二信息)。其它变量所示的信息与上述式(1)相同。
另外,在上述式(2)和式(3)中,认为电机效率和驱动效率恒定。但是,实际上,电机效率和驱动效率是根据电机转速和转矩的影响而变动的。因此,以下的式(4)和式(5)示出估计每单位时间的消耗能量的经验公式。估计合成加速度|α+g·sinθ|为正时的能量消耗量的经验公式用以下的式(4)表示。即,式(4)所示的消耗能量估计式是估计加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量的经验公式。
[公式4]
P1=k1+k2·|α+g·sinθ|·V·γ+k3·(V3+a1·V2+a2·V) …(4)
另外,估计合成加速度|α+g·sinθ|为负时的能量消耗量的经验公式用以下的式(5)表示。也就是说,式(5)所示的消耗能量估计式是估计减速时的每单位时间的能量消耗量的经验公式。
[公式5]
P2=k1-β·k2·|α+g·sinθ|·V·γ+k3·(V3+a1·V2+a2·V) …(5)
在上述式(4)和式(5)中,系数a1、a2是根据移动体的状况等而设定的常数。系数k1、k2、k3是基于加速时的能量消耗量的变量。另外,右边第1项~右边第4项所示的信息与上述式(2)和式(3)相同。
作为理论公式的上述式(2)和作为经验公式的上述式(4)为类似的构造。式(2)和式(4)的右边第1项都是不依赖于速度的成分,都是第一信息。式(4)的右边第2项是坡度阻力和加速阻力量的能量消耗量。也就是说,式(4)的右边第2项是表示基于速度增加的运动能量增量的第二信息和表示基于高度变化的位置能量增量的第四信息,与式(2)的右边第4项的加速成分和式(2)的右边第2项的坡度成分相对应。式(4)的右边第3项是第三信息,与式(2)的右边第2项的滚动阻力成分和式(2)的右边第3项的空气阻力成分相对应。
即使在作为理论公式的上述式(3)和作为经验公式的上述式(5)中,也成为与上述式(2)和式(4)的关系同样类似的构造。式(5)的右边第2项的β是位置能量与运动能量的回收量(以下,称为“回收率”)。
估计部103采用上述式(4)或式(5)所示的消耗能量估计式或者这两个公式,输入每单位时间的行驶速度V和行驶加速度α,由此可估计已取得行驶速度和行驶加速度的瞬间的消耗能量。但是,在采用上述式(4)或式(5)来估计可行驶范围的情况下,当例如每1秒取得在此之后行驶的全旅行区间行程中的每单位时间的速度和加速度、且每1秒估计能量消耗量时,具有计算量变得巨大这样的担心。
因此,估计部103可使用某程度概括起来的区间中的行驶速度的平均值和行驶加速度的平均值来估计该区间中的能量消耗量。这里,所谓某程度概括起来的区间是指移动体行驶的区间,例如也可以是旅行区间。可采用根据上述式(4)或式(5)定义的消耗能量估计式来获得区间中的能量消耗量。具体地说,估计部103使用对在移动体加速时消耗的每单位时间的能量消耗量与在移动体减速时回收的每单位时间的能量消耗量进行平均的估计式,作为第二信息。
更具体地说,估计部103也可以使用以下的式(6)或式(7)所示的区间中的能量消耗量的经验公式或者这两个公式来估计能量消耗量。
以下的式(6)所示的消耗能量估计式是在移动体行驶的区间的高度差Δh为正时的区间中的消耗能量估计式。所谓高度差Δh为正的情况是指移动体在上坡行驶的情况。
[公式6]
另一方面,以下的式(7)所示的消耗能量估计式是移动体行驶的区间的高度差Δh为负时的区间中的消耗能量估计式。所谓高度差Δh为负的情况是指移动体在下坡行驶的情况。
[公式7]
在上述式(6)和式(7)中,右边第1项是由移动体中具备的装备品所消耗的能量消耗量,例如,是空载时的能量消耗量(第一信息)。右边第2项是加速阻力的能量消耗量(第二信息)。右边第3项是作为位置能量消耗的能量消耗量(第四信息)。右边第4项是每单位面积所受的空气阻力和滚动阻力(以下,将它们统称为“行驶阻力”)的能量消耗量(第三信息)。
另外,估计部103例如可取得由制造商提供的回收率β,也可以根据与由变量取得部102取得的速度相关的信息来计算回收率β。
接着,说明回收率β的计算方法。在上述式(6)中,当将右边第2项设为旅行区间中的加速成分的能量消耗量Pacc时,加速成分的能量消耗量Pacc是从旅行区间中的全部能量消耗量(左边)减去空载时的能量消耗量(右边第1项)与行驶阻力的能量消耗量(右边第4项)所得的值,用以下的式(8)表示。
[公式8]
此外,在上述式(8)中,移动体没有受到道路坡度θ的影响(θ=0)。即,将上述式(6)的右边第3项设为零。并且,可通过将上述式(8)代入上述式(6),获得以下的式(9)所示的回收率β的计算公式。
[公式9]
关于回收率β,在EV车中是0.7~0.9左右,在HV车中是0.6~0.8左右,在汽油车中是0.2~0.3左右。此外,所谓汽油车的回收率是指在移动体加速时的能量消耗量与在减速时切断燃料的能量的量之间的比例。
另外,估计部103根据上述式(2)~式(5)所示的消耗能量估计式的任意一个以上的公式,估计在旅行区间行驶时的每单位时间的能量消耗量,并且将其乘以旅行时间来估计在旅行区间行驶时的能量消耗量。
具体地说,估计部103使用与实际速度相关的信息或与旅行速度相关的信息,根据消耗能量估计式来估计每单位时间的能量消耗量,并在由变量取得部102取得的旅行时间上进行积分,由此估计旅行区间中的能量消耗量。由于使用移动体过去在旅行区间实际行驶时的旅行时间来估计旅行区间中的能量消耗量,因此能够估计更接近于实际能量消耗量的能量消耗量。
另外,估计部103将剩余能量的量用作消耗能量估计式的解,估计剩余能量的量消失的地点,并计算移动体的可行驶距离。具体地说,估计部103根据由上述式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式估计出的能量消耗量和由变量取得部102取得的剩余能量的量,估计剩余能量的量失去的地点,并计算移动体的可行驶距离。
具体地说,估计部103对在连续的旅行区间中的一个旅行区间行驶时的能量消耗量进行估计,然后,从移动体的当前位置起到剩余能量的量消失为止,反复进行估计在与一个旅行区间相邻的其它旅行区间行驶时的能量消耗量的处理,由此估计剩余能量的量消失的地点。
校正部104根据由变量取得部102取得的实际能量消耗量,对使用为消耗能量估计式的变量的与移动体相关的信息进行校正。具体地说,校正部104根据由变量取得部102取得的实际能量消耗量、对该实际能量消耗量进行计测的时刻的实际速度、实际加速度、与道路相关的信息等,对使用为消耗能量估计式的变量的与移动体相关的信息进行校正。
这里,所谓与移动体相关的信息是使由于移动体行驶而消耗或回收的能量的量产生变化的信息。具体地说,所谓与移动体相关的信息例如是车辆信息的整备状况等与移动体本身相关的信息、与道路的路面状况或根据过去的行驶历史而变化的速度相关的信息等与移动体行驶相关的信息。
另外,校正部104根据由校正系数计算部106算出的信号间距离的校正系数,对使用为消耗能量估计式的变量的与移动体相关的信息进行校正。例如,对第二信息乘以与信号间距离相应的系数而进一步进行校正。由此,可考虑信号间距离来对能量消耗量进行校正,使消耗能量的估计精度提高。
另外,校正部104对旅行区间中的过去的行驶历史与当前的行驶状况进行比较,当过去的行驶历史与当前的行驶状况不同时,也可以对与移动体相关的信息进行校正。通过利用校正部104对与移动体相关的信息进行校正,从而每当移动体在旅行区间或规定的范围内行驶时,可在消耗能量估计式中反映与当前的移动体相关的信息。
具体地说,校正部104根据由变量取得部102取得的实际能量消耗量、与速度相关的信息,对使用为消耗能量估计式的变量的与移动体相关的信息进行校正。更具体地说,校正部104例如根据由变量取得部102每1秒取得的实际能量消耗量、速度、加速度、移动体的坡度,使用上述式(4)和式(5)所示的消耗能量估计式,通过多重回归分析法和回归分析法,每隔1秒计算第一信息Pidle、效率εη、移动体的重量M等。
存储部105存储对每个规定范围区分的地图信息和每个旅行区间的种类信息。具体地说,存储部105例如存储每个旅行区间、每个道路种类、每个规定范围的移动体的行驶历史和与移动体的行驶历史所涉及的道路相关的信息、地图信息等。另外,存储部105也可以存储由估计部103估计出的能量消耗量、回收率β、可行驶距离等。另外,存储部105也可以存储由校正部104对在所算出的上述式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式中使用的变量进行校正的与移动体相关的信息。此外,还可以存储与信号间距离对应的校正系数。
显示部110将由估计部103估计出的信息与地图数据一起进行显示。具体地说,显示部110显示包含与估计部103算出的可行驶距离相关的信息的地图数据。更具体地说,显示部110在地图数据中显示能够以由估计部103算出的可行驶距离到达的路径、区域等。
接着,对能量消耗量估计装置100的能量消耗量估计处理进行说明。图2是示出能量消耗量估计装置的能量消耗量估计处理步骤的流程图。在图2的流程图中,能量消耗量估计装置100通过变量取得部102取得与移动体行驶的旅行区间中的道路相关的信息(步骤S201)。接着,能量消耗量估计装置100通过变量取得部102取得与旅行区间中的移动体的速度相关的信息(步骤S202)。
接着,在变量取得部102中设置的校正系数计算部106根据由步骤S201取得的地图信息等来计算信号间距离(步骤S203)。之后,校正系数计算部106计算与信号间距离对应的校正系数(步骤S204)。
接着,能量消耗量估计装置100通过估计部103根据与旅行区间中的移动体的速度相关的信息,使用包含第一信息、第二信息以及第三信息的消耗能量估计式,对在旅行区间行驶时的能量消耗量进行估计(步骤S205)。此时,通过使用由步骤S204求出的校正系数,根据信号间距离来对与第二信息相关的变量进行校正,由此能够高精度地估计能量消耗量。
接着,能量消耗量估计装置100通过变量取得部102取得移动体的剩余能量的量(步骤S206)。接着,能量消耗量估计装置100根据剩余能量的量来估计移动体的可行驶距离,并估计移动体的可行驶范围(步骤S207),结束本流程图的处理。
如以上所说明的那样,实施方式的能量消耗量估计装置100使用包含第一信息、第二信息和第三信息的消耗能量估计式,对旅行区间中的能量消耗量进行估计。更详细地说,能量消耗量估计装置100根据移动体的空载状态、加减速时和行驶时所消耗的能量和移动体加减速时所回收的能量,使用消耗能量估计式来对旅行区间中的能量消耗量进行估计。这样,能量消耗量估计装置100对每个所消耗能量的量不同的行驶状况计算并估计能量消耗量,所以能够更正确地估计能量消耗量。
另外,能量消耗量估计装置100根据与移动体的速度相关的信息,对旅行区间中的能量消耗量进行估计。因此,能量消耗量估计装置100能够估计反映了该旅行区间中的实际行驶状况的能量消耗量。
另外,能量消耗量估计装置100根据从移动体取得的剩余能量的量,对移动体的可行驶的范围进行估计。因此,能量消耗量估计装置100能够估计以当前剩余的能量的量能够行驶到哪个地点或者只要在那条路径上行驶则能够以当前剩余的能量的量到达目的地点等。
另外,上述式(1)~式(9)所示的消耗能量估计式包含车辆信息和道路信息等作为变量。另外,根据信号间距离来对第二信息进行校正。因此,能量消耗量估计装置100能够对旅行区间中的实际的移动体状态、反映了实际的道路状况的能量消耗量以及可行驶距离进行估计。
实施例1
以下,对本发明的实施例1进行说明。在本实施例中,对将在车辆上搭载的导航装置300作为能量消耗量估计装置100而应用了本发明时的一例进行说明。
(导航装置300的硬件结构)
接着,对导航装置300的硬件结构进行说明。图3是示出导航装置的硬件结构的框图。在图3中,导航装置300具有CPU301、ROM302、RAM303、磁盘驱动器304、磁盘305、光盘驱动器306、光盘307、声音I/F(接口)308、麦克风309、扬声器310、输入设备311、影像I/F312、显示器313、照相机314、通信I/F315、GPS单元316、各种传感器317。各构成部301~317利用总线320分别进行连接。
CPU301担当导航装置300整体的控制。ROM302记录引导程序、能量消耗量估计程序、数据更新程序、地图数据显示程序等程序。RAM303被用作CPU301的工作区域。即,CPU301使用RAM303作为工作区域,并且执行在ROM302中记录的各种程序,由此担当导航装置300整体的控制。
磁盘驱动器304根据CPU301的控制来控制针对磁盘305的数据读取/写入。磁盘305对通过磁盘驱动器304的控制来写入的数据进行记录。作为磁盘305例如可使用HD(硬盘)或FD(软盘)。
另外,光盘驱动器306根据CPU301的控制来控制针对光盘307的数据读取/写入。光盘307是根据光盘驱动器306的控制读出数据的拆装自如的记录介质。光盘307还能够利用可写入的记录介质。作为可拆装的记录介质,除了光盘307之外还可以使用MO、存储卡等。
作为在磁盘305和光盘307中记录的信息的一例,可举出地图数据、车辆信息、道路信息、行驶历史等。地图数据在汽车导航系统中显示与可行驶距离相关的信息时使用,包含表示建筑物、河川、地表面等地貌(特征)的背景数据、利用链路或节点等表示道路形状的道路形状数据等。这里,所谓车辆信息、道路信息以及行驶历史是指与在上述式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式中使用为变量的道路相关的数据。
声音I/F308与声音输入用的麦克风309和声音输出用的扬声器310连接。由麦克风309接收的声音在声音I/F308内进行A/D转换。麦克风309例如设置在车辆的仪表板部等上,其数量可以是单个也可以是多个。从扬声器310输出将规定的声音信号在声音I/F308内进行了D/A转换后的声音。
输入设备311可举出用于输入文字、数值、各种指示等的具有多个键的遥控器、键盘、触控面板等。输入设备311可通过遥控器、键盘、触控面板中的任意一个方式来实现,但也可以通过多个方式来实现。
影像I/F312与显示器313连接。具体地说,影像I/F312例如由控制显示器313整体的图形控制器、临时记录可立即显示的图像信息的VRAM(Video RAM:图像随机存储器)等缓冲存储器以及根据从图形控制器输出的图像数据来控制显示器313的控制IC等构成。
在显示器313上显示图标、光标、菜单、窗口或者文字及图像等各种数据。作为显示器313例如可采用TFT液晶显示器、有机EL显示器等。
照相机314对车辆内部或外部的影像进行摄影。影像可以是静态图像或者动态图像中的某一个,例如,通过照相机314对车辆外部进行摄影,在CPU301中对所摄影的图像进行图像分析,或者经由影像I/F312输出至磁盘305或光盘307等记录介质中。
通信I/F315经由无线与网络连接,作为导航装置300和CPU301的接口发挥功能。关于作为网络发挥功能的通信网,存在公共网络、移动电话网、DSRC(DedicatedShort Range Communication:专用短程通信)、LAN或WAN等。通信I/F315例如是公共网络用连接模块、ETC(24小时自动费用支付系统)单元、FM调谐器、VICS(Vehicle Information and Communication System:道路交通信息通信系统(注册商标))/信标接收机等。
GPS单元316接收来自GPS卫星的电波,并输出表示车辆的当前位置的信息。GPS单元316的输出信息与后述的各种传感器317的输出值一起在基于CPU301计算车辆的当前位置时被利用。表示当前位置的信息例如是纬度/经度、高度等确定地图数据上的一点的信息。
各种传感器317输出车速传感器、加速度传感器、角速度传感器、倾斜传感器等用于判断车辆的位置和举动的信息。各种传感器317的输出值被用于基于CPU301的车辆的当前位置的计算和速度及方位的变化量的计算中。
图1所示的能量消耗量估计装置100的当前位置取得部101、变量取得部102、估计部103、校正部104、存储部105使用上述导航装置300中的ROM302、RAM303、磁盘305、光盘307等中所记录的程序和数据,通过由CPU301执行规定的程序并控制导航装置300中的各个部来实现其功能。
(导航装置300的消耗能量估计的概要)
本实施例的导航装置300对在搭载了自装置的车辆的行驶中的能量消耗量进行估计。具体地说,导航装置300例如根据速度、加速度、车辆的坡度,使用以下的式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式的任意一个以上的公式来估计车辆的能量消耗量。
[公式10]
这里,
Pt1:加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量(Kw/sec)
Pidle:空载时的能量消耗量(第一信息)
μ:滚动阻力
θ:道路坡度
M:移动体的重量
g:重力加速度
εη:移动体的能量消耗效率
k:空气阻力系数
v:速度
∣α∣:合成加速度
β:回收率
m:行驶装置的旋转体的重量
γ:校正系数
[公式11]
这里,
Pt2:减速时的每单位时间的能量消耗量(kW/sec)
β:回收率
上述式(2)所示的消耗能量估计式是估计加速时和行驶时的每单位时间的消耗能量的理论公式。上述式(3)所示的消耗能量估计式是估计减速时的每单位时间的消耗能量的理论公式。
另外,在上述式(2)和式(3)中,右边第1项是由移动体所具备的装备品消耗的能量消耗量,例如是空载时的能量消耗量(第一信息)。右边第2项是基于坡度成分的能量消耗量(第四信息)和基于滚动阻力成分的能量消耗量(第三信息)。右边第3项是基于空气阻力成分的能量消耗量(第三信息)。另外,式(2)的右边第4项是基于加速成分的能量消耗量(第二信息)。式(3)的右边第4项是基于减速成分的能量消耗量(第二信息)。
[公式12]
P1=k1+k2·|α+g·sinθ|·V·γ+k3·(V3+a1·V2+a2·V) …(4)
[公式13]
P2=k1-β·k2·|α+g·sinθ|·V·γ+k3·(V3+a1·V2+a2·V) …(5)
上述式(4)所示的消耗能量估计式是估计加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量的经验公式。上述式(5)所示的消耗能量估计式是估计减速时的每单位时间的能量消耗量的经验公式。
另外,在上述式(4)和式(5)中,系数a1、a2是根据车辆状况等而设定的常数。系数k1、k2、k3是基于加速时的能量消耗量的变量。另外,设定速度V、加速度α,其它变量以及相当于右边第1项~右边第4项的部分所示的信息与上述式(2)以及式(3)相同。
另外,导航装置300可使用某程度概括起来的区间中的车辆的平均速度和平均加速度,根据以下的式(6)或式(7)所示的消耗能量估计式,对车辆行驶的区间中的能量消耗量进行估计。
[公式14]
[公式15]
上述式(6)所示的消耗能量估计式是对移动体行驶的区间的高度差Δh为正时的区间中的能量消耗量进行估计的理论公式。上述式(7)所示的消耗能量估计式是对移动体行驶的区间的高度差Δh为负时的区间中的能量消耗量进行估计的理论公式。此外,在没有高度差的情况下,优选使用上述式(6)所示的消耗能量估计式。
另外,在上述式(6)和式(7)中,右边第1项是由移动体中具备的装备品所消耗的能量消耗量,例如是空载时的能量消耗量(第一信息)。右边第2项是基于加速阻力的能量消耗量(第二信息)。右边第3项是作为位置能量消耗的能量消耗量(第四信息)。右边第4项是基于每个单位面积受到的空气阻力和滚动阻力(行驶阻力)的能量消耗量(第三信息)。
另外,导航装置300可采用上述式(4)或式(5)所示的消耗能量估计式或者这两个公式,利用多重回归分析法或回归分析法,每隔1秒计算第一信息Pidle、效率εη、移动体的重量M等,并对上述式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式的变量进行校正。
(导航装置300中的能量消耗量估计处理)
如上所述,导航装置300取得旅行区间、与旅行区间中的车辆的速度相关的信息,使用消耗能量估计式来估计旅行区间中的能量消耗量。另外,导航装置300取得车辆的剩余能量的量,使用消耗能量估计式来估计车辆的可行驶距离。以下,详细说明能量消耗量估计处理。
图4是示出导航装置的能量消耗量估计处理步骤的流程图。在图4的流程图中,导航装置300首先例如根据预先取得的车辆的当前位置来取得当前位置所属的旅行区间,作为最初的能量消耗量的估计对象的旅行区间(以下,简称为“估计对象的旅行区间”)(步骤S401)。接着,导航装置300例如通过车速传感器、加速度传感器来判断搭载了自装置的车辆是否为行驶中(步骤S402)。
在车辆为行驶中的情况下(步骤S402:是),导航装置300通过通信I/F315取得搭载了自装置的车辆的当前位置(步骤S403)。此时,导航装置300与车辆的当前位置一起取得旅行区间的道路信息。在道路信息中例如可包含旅行区间内的气候、风向以及风速等。
接着,导航装置300判断在步骤S401中取得的旅行区间是否是车辆的当前位置所属的范围内、或者是否是特定种类的旅行区间(步骤S404)。此外,如后所述,在估计对象的旅行区间存在多个的情况下,对各个旅行区间进行判断,在各个旅行区间中独立地进行之后的处理。在旅行区间处于步骤S404所示的范围时(步骤S404:是),导航装置300从存储装置(磁盘305或光盘307)读出当前时刻的车辆信息(步骤S405)。车辆信息例如可以是在出厂时由制造商提供的信息,或者可以是利用后述的校正处理进行了校正的信息。
导航装置300例如通过车速传感器、加速度传感器来取得与当前时刻的速度相关的信息(步骤S406)。所谓与速度相关的信息是指车辆的速度、加速度等。
接着,导航装置300计算估计对象的各个旅行区间内的信号间距离(步骤S407)。下面,叙述信号间距离的计算例。然后,根据信号间距离,对应于信号间距离而计算对第二信息的校正系数(步骤S408)。
然后,导航装置300从后述的存储装置所记录的行驶历史读出过去在步骤S401中取得的旅行区间行驶时的旅行时间(步骤S409)。
接着,导航装置300使用在步骤S405中读出的车辆信息、在步骤S406中取得的速度相关的信息以及在步骤S408中算出的每个信号间距离的校正系数,根据上述式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式的任意一个以上的公式,对在步骤S401中取得的旅行区间内的能量消耗量进行估计(步骤S410)。此时,导航装置300在估计了每单位时间的能量消耗量时,在过去的旅行时间上对旅行区间中的每单位时间的能量消耗量进行积分,估计旅行区间的能量消耗量。
另外,可通过执行以下的处理来估计车辆的可行驶距离。首先,导航装置300经由车内通信网取得车辆的剩余能量的量(步骤S411)。接着,导航装置300从在步骤S409中取得的剩余能量的量减去估计对象的旅行区间的能量消耗量来估计车辆的可行驶距离(步骤S412)。即,在还存在剩余能量的量时,导航300估计为能够以当前的剩余能量的量行驶估计对象的旅行区间。
接着,导航装置300判断对于所有估计对象的旅行区间的剩余能量是否为零(步骤S413)。这里,在对于所有旅行区间的剩余能量不是零的情况下,关于与估计对象的旅行区间连接的前一个旅行区间,存在还可以行驶的可能性。在对于所有的旅行区间的剩余能量不是零的情况下(步骤S413:否),导航装置300取得与剩余能量不为零的估计对象的旅行区间相邻的下一个旅行区间(步骤S414)。这里,在例如交叉点等与估计对象的旅行区间相邻的下一个旅行区间存在多个时,取得全部旅行区间作为估计对象的旅行区间。然后,导航装置300返回至步骤S402,在进行车辆是否是行驶中的判断之后,反复进行之后的处理。
另一方面,在对于所有旅行区间的剩余能量是零的情况下(步骤S413:是),导航装置300例如将与可行驶距离相关的信息与显示在显示器313上的地图数据一起进行显示(步骤S415),结束本流程图的处理。这里,所谓与可行驶距离相关的信息是指用于在地图上显示车辆的可行驶范围的图像信息和用于将可行驶范围作为文字进行显示的文字信息等。
另外,在车辆不是行驶中的情况下(步骤S402:否),并且,旅行区间不处于步骤S404所示的范围的情况下(步骤S404:否),导航装置300从存储装置读出过去的车辆信息(步骤S416)。然后,导航装置300从存储装置读出与过去的旅行速度相关的信息(步骤S417),转移至步骤S409,进行之后的处理。
这里,过去的车辆信息和与旅行速度相关的信息是过去在步骤S401或步骤S414中取得的旅行区间行驶时由导航装置300取得并存储到存储装置的信息。所谓车辆不是行驶中的情况例如是指出发之前的情况。此外,关于过去的车辆信息和与旅行速度相关的信息,不是自己在过去行驶时所存储的信息,而是导航装置300在能够与经由服务器的通信系统连接时,使用由服务器收集的其它车辆过去行驶时的信息。此外,导航装置300可使用在存储装置中预先记录的、与对应于各个旅行区间的旅行速度和车辆信息相关的信息。具体地说,可举出在制造导航装置300时预先存储在存储装置中的统计信息等。
在上述能量消耗量估计处理中,导航装置300不仅在车辆停止中而且在车辆行驶中也能够依次估计与车辆当前所处的旅行区间相连的其它旅行区间中的能量消耗量,例如能够估计以当前剩余能量的量能够行驶到哪个地点等。
另外,导航装置300在确定到目的地点为止的路径时,只要仅依次取得路径上的旅行区间并对能量消耗量进行积分即可。另外,在搜索到目的地点为止的路径时,可针对到达目的地点的多个候选路径对能量消耗量进行积分,例如也可以估计只要在哪个路径上行驶就能够以当前剩余能量的量到达目的地点或者以当前的剩余能量的量不能到达目的地点等。
另外,在步骤S412中,当在全部旅行区间中剩余能量的量为零时,导航装置300例如向步骤S415转移,为了补给能量,也可以向用户报知能够以剩余能量的量到达的EV车用充电站或加油站等的路径。另外,将在能量消耗量估计处理中导航装置300所取得的数据作为行驶历史记录到存储装置中。
(关于与信号间距离对应的校正系数的计算)
图5是用于说明信号间距离的图。信号间距离L1~L5是预定的行驶路径上的链路间距离,例如,信号间距离L1是信号机s1-s2间的距离。另外,不仅限于一对信号机s1、s2间的距离,即使是车辆有可能停止的交叉点c1也可以作为信号间距离计算的对象。例如,在图示的例子中,即使信号机s4-交叉点c1之间的信号间距离L4也可以作为信号间距离来进行计算。另外,即使关于信号机彼此间的信号间距离,也可以如图示的例子那样,如信号机s3与信号机s4之间的信号间距离L3所示,求出到达设置有信号机s4的交叉点之前的距离而作为信号间距离L3。
导航装置300通过磁盘305、光盘307或者通信I/F315从外部的服务器等取得地图数据,根据该地图数据的信息,取出上述信号机的位置,计算相邻的信号机彼此间的距离(信号间距离)。另外,也可以取得预先设定信号间距离的地图数据。
图6-1和图6-2是示出与信号间距离对应的校正系数的例子的图表。在导航装置300的ROM302等中,以规定的运算式或者数据方式存储与图6-1所示的信号间距离对应的校正系数。如图所示,横轴是系数计算区间、即信号间距离,纵轴是校正系数γ。如图所示,系数计算区间(信号间距离)的长度越短,将校正系数γ的值设定得越大,系数计算区间(信号间距离)的长度越长,将校正系数γ的值设定得越小。
这是因为信号间距离越短,相对于距离车辆以恒定速度行驶的比例越小,相对于距离第二信息所示的消耗能量变化的比例越高。相反,信号间距离越长,相对于距离车辆以恒定速度行驶的比例越高,相对于距离第二信息所示的消耗能量变化的比例越小。
图6-1中,是对每个距离使校正系数γ阶段性地变化的例子,但不仅限于此,也可以如图6-2所示,设定为校正系数γ相对于距离连续地变化。
(信号间距离和校正系数的计算例-其1)
图7是示出信号间距离和校正系数的计算例的流程图。在该计算例中,根据一个链路的距离和链路所包含的信号机的数量来计算信号间距离。在图3中记载的导航装置300的CPU301进行信号间距离和校正系数的计算。当对应于图1而观察时变量取得部102的校正系数计算部106进行信号间距离和校正系数的计算。
首先,导航装置300从路线信息取得链路(旅行区间)信息(步骤S701)。接着,从链路(旅行区间)信息取出信号机的位置(步骤S702)。并且,根据信号机的位置计算相邻的信号间距离(步骤S703)。之后,确定与在步骤S703中获得的信号间距离对应的校正系数γ(步骤S704)。
(信号间距离和校正系数的计算例-其2)
图8是示出信号间距离和校正系数的其它计算例的流程图。在该计算例中,根据链路的距离和链路所包含的信号机的数量来计算信号间距离。首先,导航装置300从路线信息取得链路(旅行区间)信息(步骤S801)。接着,从链路(旅行区间)信息取出链路的距离和信号机的数量(步骤S802)。并且,根据链路的距离和信号机的数量来计算信号间距离(步骤S803)。然后,确定与在步骤S803中获得的信号间距离对应的校正系数γ(步骤S804)。
(信号间距离的按照单位的计算例)
图9-1~图9-3是说明各个信号间距离的计算例的图。图9-1所示的例子是以一个链路为单位计算信号间距离的例子。如图所示,在一个链路的情况下,根据该链路的距离a和该链路所包含的信号机的数量b来计算信号间距离。在此情况下,利用a/(b+1{链路数})求出信号间距离。
图9-2所示的例子是以多个链路为单位计算信号间距离的例子。如图所示,关于多个链路,根据各个链路的距离c、d、e和各个链路所包含的信号机的数量f、g、h来计算信号间距离。在此情况下,利用(c+d+e)/(f+g+h+3{链路数})来求出信号间距离。
图9-3所示的例子是以距离为单位计算信号间距离的例子。如图所示,根据规定的距离L所包含的链路数、各个链路的距离j、k以及各个链路所包含的信号机的数量f、g来计算信号间距离。在此情况下,利用L/(f+g+2{链路数})来求出信号间距离。
(导航装置300中的校正处理)
接着,在导航装置300的能量消耗量估计处理中,对在消耗能量估计式中作为变量使用的行驶历史的校正处理进行说明。图10是示出导航装置的校正处理步骤的流程图。在图10所示的流程图中,说明在旅行区间行驶结束之后对行驶历史进行校正的情况。
导航装置300经由通信I/F315取得旅行区间内的道路信息(步骤S1001)。这里,导航装置300也可以在进行能量消耗量估计处理(参照图4)的步骤S403的处理时进行步骤S1001的处理,并进行之后的处理。
接着,导航装置300在到车辆结束旅行区间的行驶为止进行待机(步骤S1002:否的循环)。在车辆结束旅行区间的行驶之后(步骤S1002:是),导航装置300读出存储在存储装置(磁盘305或光盘307)中的行驶历史(步骤S1003)。
这里,导航装置300从行驶历史中读出的信息是在步骤S1002中刚刚结束了行驶的旅行区间的行驶历史。具体地说,导航装置300从行驶历史中读出的信息是作为消耗能量估计式的变量使用的信息,例如是速度、加速度、平均速度、平均加速度等。
接着,导航装置300例如经由车内通信网取得在步骤S1002中刚刚结束了行驶的旅行区间的本次行驶时的行驶信息(步骤S1004)。这里,导航装置300所取得的行驶信息成为与在步骤S1003中导航装置300从存储装置读出的行驶历史进行比较的信息,具体地说,例如是速度、加速度、平均速度、平均加速度等。
接着,导航装置300对在步骤S1004中取得的行驶信息与在步骤S1003中读出的行驶历史进行比较,判断行驶信息是否与行驶历史不同(步骤S1005)。也就是说,判断旅行区间中的本次的车辆行驶是否与相同旅行区间中的过去的行驶不同。
当行驶信息与行驶历史不同时(步骤S1005:是),导航装置300将存储装置所存储的行驶历史改写为本次的行驶信息(步骤S1006),并结束本流程图的处理。另一方面,当行驶信息与行驶历史没有不同时(步骤S1005:否),导航装置300不改写行驶历史,并结束本流程图的处理。
另外,在该校正处理中,也可以在步骤S1002中到车辆完全行驶完规定范围为止进行等待之后,进行之后的处理。在此情况下,在步骤S1003中可读出规定范围内的过去的行驶历史,在步骤S1004中可取得本次行驶刚刚结束的规定范围内的行驶信息。关于导航装置的校正处理,作为上述其它步骤,还可以构成为在旅行区间行驶中对行驶历史进行校正的结构。
这样,根据导航装置300,可根据车辆的行驶信息对与在消耗能量估计式中使用为变量的速度相关的信息进行校正。另外,可根据车辆的行驶信息和行驶历史,对在消耗能量估计式中使用为变量的车辆信息进行校正。然后,根据信号间距离对第二信息进行校正,因此能够更正确地估计旅行区间中的能量消耗量,而且能够更正确地估计车辆的可行驶范围。
(关于道路坡度)
接着,对在上述式式(1)~式(5)的右边中使用为变量的道路坡度θ进行说明。图11是示意性示出对在具有坡度的道路行驶的车辆施加的加速度的说明图。如图11所示,对在道路坡度为θ的坡道行驶的车辆实施伴随车辆行驶的加速度A(=dx/dt)和重力加速度g的行进方向成分B(=g·sinθ)。上述式(1)的右边第2项表示伴随该车辆行驶的加速度A和重力加速度g的行进方向成分B的合成加速度C。另外,将车辆行驶的区间的距离设为L,将行驶时日设为T,将行驶速度设为V。
在未考虑道路坡度θ而进行了燃费的估计时,在道路坡度θ小的区域中估计出的燃费与实际燃费之间的误差小,但在道路坡度θ大的区域中估计出的燃费与实际燃费之间的误差大。因此,在导航装置300中考虑道路坡度、即第四信息而进行燃费的估计,由此提高估计精度。
关于车辆行驶的道路的坡度,例如可使用在导航装置300上搭载的倾斜计来了解。另外,当在导航装置300上没有搭载倾斜计时,例如,可使用地图数据中所包含的道路的坡度信息。
(关于行驶历史)
接着,对通过上述能量消耗量估计处理在图4的步骤S405中读出的记录到存储装置中的信息进行说明。图12是示出导航装置的能量消耗量估计处理中的道路信息的一例的说明图。如图12所示,道路信息数据1200例如是将区域信息1201和道路种类1202作为主要关键字在每一个记录中记录平均速度1203、平均加速度1204以及道路坡度1205的表。道路信息数据1200存储由导航装置300读出和写出的车辆的行驶历史。
区域信息1201例如是对每个地名、地域名分割的范围(例如,规定的范围)等。道路种类1202是能够根据法定速度、道路的坡度、道路宽度、有无信号等道路状态的差异来进行区别的道路种类。具体地说,所谓道路种类是指国道、高速道路、一般道路、穿过市区等的狭窄的街道(狭窄街道)等。
平均速度1203、平均加速度1204以及道路坡度1205是在车辆行驶时取得的行驶历史。虽然省略图示,但也可以在道路信息数据1200中记录车辆过去在旅行区间行驶时的实际能量消耗量、车辆过去在旅行区间行驶时所需的时间(旅行时间)、车辆信息等。此外,如上所述,关于这些信息,可以利用从其它车辆通过通信取得的信息,或者也可以利用在装置中预先存储的统计信息。
(关于行驶阻力)
接着,对在车辆中产生的行驶阻力进行说明。导航装置300例如通过以下的式(1)来计算行驶阻力。一般情况下,行驶阻力是由于道路种类、道路坡度、路面状况等而在加速时和行驶时在移动体中产生的。
[公式16]
Rt=μMg+kv2+Mgsinθ+(M+m)α …(1)
这里,
Rt:行驶阻力
v:速度
α:加速度
μ:道路坡度
M:移动体的重量
g:重力加速度
k:空气阻力系数
m:行驶装置的旋转体的重量
(回收率β的定义)
接着,对EV车的回收率的概念进行说明。图13是示出EV车的回收率的计算方法的说明图。将假设车辆在旅行区间行驶时,在从出发地点起加速之后以恒定的速度进行行驶,然后减速停止的情况作为例子,使用以下的式(10)~式(13)来定义回收率β。另外,将车辆在旅行区间实际行驶时所计测的能量消耗量(实际能量消耗量)设为Pt。此外,设旅行区间中的道路坡度θ=0。
在图13中,如以下的式(10)所示,加速时的能量消耗量1301是基于行驶阻力的能量消耗量Ps与基于加速阻力的能量消耗量Pa之和。这里,能量消耗量Ps、Pa是理论上算出的数据。
Pt=Ps+Pa…(10)
这里,还如下这样地进行假设。车辆所产生的行驶阻力在从加速到减速期间相等。另外,由加速阻力产生的运动能量在减速时部分转换为电力,作为被回收的能量进行积蓄。也就是说,在车辆减速时,由于行驶阻力而消耗能量,但因为回收了由加速阻力产生的运动能量,所以实际消耗能量的量成为从基于行驶阻力的能量的量减去被回收的能量的量所得的值。
因此,当将基于加速阻力的运动能量的量的、在减速时被回收的比例(回收率)设为β时,减速时的能量消耗量1302如以下的式(11)所示,成为基于行驶阻力的能量消耗量Ps与被回收的能量的量β·Pa之差。
Pt=Ps-β·Pa…(11)
如以下的式(12)所示,实际能量消耗量Pt成为上述式(10)和式(11)的合计。
Pt=Ps+(1-β)·Pa…(12)
这里,因为实际能量消耗量Pt、行驶阻力的能量消耗量Ps、加速阻力的能量消耗量Pa是已知的值,所以能够采用以下的式(13)来算出回收率β。
β=1-(Pt-Ps)/(Pa)…(13)
接着,对根据车辆实际的行驶来算出回收率β的方法进行说明。图14是示出EV车的速度与输出之间的关系的特性图。另外,图15是示出按照EV车的行驶状况的能量消耗量的特性图。在图14、图15中,将纵轴的正部分设为能量消耗量,将纵轴的负部分设为能量节约量,将横轴设为时间。首先,每隔规定的时间测定在旅行区间行驶的车辆的速度、能量消耗量(输出)、由加减速以外的行驶阻力消耗的能量的量。在图14、图15中表示其结果。
在图14中,折线图(以下,称为“速度”)1401示出在旅行区间行驶的车辆的速度变化。折线图(以下,称为“输出”)1402示出在旅行区间行驶的车辆的能量消耗量与被回收的能量的量之差。折线图(以下,称为“行驶阻力”)1403示出在旅行区间行驶的车辆的、由加速以外的行驶阻力消耗的能量的量。
根据图14所示的结果,在车辆正在加速时(速度1401),输出1402、行驶阻力1403都上升。并且,在车辆以恒定的速度行驶时,输出1402、行驶阻力1403都成为恒定的值。另外,在车辆正在减速时,输出1402减少至负的区域,行驶阻力1403减少正的区域。
也就是说,如输出1402所示可知,在减速时能量被回收。另一方面,行驶阻力1403仅在纵轴的正区域推移,因此可知在加速以外的行驶阻力中仅产生能量消耗量。例如,图15示出这样的输出1402、行驶阻力1403的变化。
如图15所示,如以下的式(14)所示,加速时的能量消耗量E13成为基于加速阻力的能量消耗量E11与基于加速(减速)以外的行驶阻力的能量消耗量E12之和。所谓基于加速以外的行驶阻力的能量消耗量是指为了维持行驶而被消耗的能量消耗量。
E13=E11+E12…(14)
另外,如以下的式(15)所示,以恒定速度(巡航)行驶时的能量消耗量E23成为基于加速以外的行驶阻力的能量消耗量E22。
E23=E22…(15)
另外,如以下的式(16)所示,减速时的能量消耗量E33成为在减速时被回收的能量的量E31与基于加速以外的行驶阻力的能量消耗量E32之和。
E33=E31+E32=E32-β×E11…(16)
也就是说,可使用以下的式(17)来计算加速时的能量消耗量E11与在减速时被回收的能量的量E31之间的比例、即回收率β。
β=E33/E11…(17)
也就是说,上述式(17)相当于以下的式(9)。详细地说,如以下这样地导出以下的式(9)所示的回收率的计算公式。在上述式(6)中,当将右边第2项设为旅行区间中的加速成分的能量消耗量Pacc时,加速成分的能量消耗量Pacc是从旅行区间中的全部能量消耗量(左边)减去空载时的能量消耗量(右边第1项)和基于行驶阻力的能量消耗量(右边第4项)所得的值,用以下的式(8)来表示。
[公式17]
在上述式(8)中,车辆没有受到道路坡度θ的影响(θ=0)。并且,能够通过将上述式(8)代入上述式(6),获得以下的式(9)所示的回收率β的计算公式。
[公式18]
回收率β在EV车中是0.7~0.9左右,在HV车中是0.6~0.8左右,在汽油车中是0.2~0.3左右。此外,所谓汽油车的回收率是移动体在加速时的能量消耗量与在减速时切断燃料的能量的量之间的比例。
(可行驶范围的显示例)
接着,对通过上述能量消耗量估计处理而显示在显示器上的信息进行说明。图16是示出在导航装置的显示器上显示的显示画面的一例的说明图。如图16所示,例如,在显示器1600上与地图数据一起显示根据由导航装置300估计出的可行驶距离进行了路径搜索的路径信息1601、1602。这是在能够以通过导航装置300估计出的可行驶距离从车辆的当前位置到达目的地点时显示在显示器1600上的信息的一例。具体地说,是已进行了图4的步骤S415所示的处理的状态。
具体地说,导航装置300在车辆出发时或行驶中,例如根据所估计出的能量估计量和车辆的剩余能量的量,对车辆的可行驶距离(在可行驶到目的地点时到目的地为止的能量消耗量)进行估计。然后,导航装置300根据可行驶距离,将路径信息1601、1602与地图数据一起显示到显示器1600上,该路径信息是例如设能够以车辆的剩余能量的量行驶到目的地点来进行了路径搜索的信息。导航装置300例如将从当前位置到目的地点的距离、所需时间、到达目的地点之前所消耗的能量的量等作为路径信息1601、160来显示到显示器1600上。另外,导航装置300能够将可行驶的区域与地图数据一起显示在显示器1600中。
这样,导航装置300将根据可行驶距离进行了路径搜索的路径信息、区域等与地图数据一起显示在显示器1600中。因此,用户可在视觉上确认能够以车辆剩余能量的量到达的多个路径或区域。
如以上所说明的那样,根据导航装置300,基于车辆的空载状态、在加减速时和行驶时消耗的能量以及在车辆加减速时被回收的能量,使用消耗能量估计式来估计旅行区间中的能量消耗量。这样,导航装置300按照所消耗能量的量不同的行驶状况来计算并估计能量消耗量,因此能够更正确地估计能量消耗量。
另外,导航装置300使用车辆的速度、加速度以及与信号间距离相应的校正系数来估计旅行区间中的能量消耗量。因此,导航装置300能够估计反映了该旅行区间中的实际行驶状况的能量消耗量。
另外,导航装置300根据从车辆取得的剩余能量的量来估计车辆的可行驶范围。因此,导航装置300能够估计能够以当前剩余能量的量行驶到哪个地点、或者只要在哪条路径上行驶就能够以当前剩余能量的量到达目的地点等。
另外,上述式(1)~式(9)包含车辆信息和道路信息等作为变量。因此,导航装置300能够估计旅行区间中的实际的移动体的行驶状态、反映了实际道路状况的能量消耗量和可行驶距离。
另外,导航装置300根据旅行区间中的每单位时间的能量消耗量和移动体过去在该旅行区间行驶时所需的时间(旅行时间),对旅行区间中的能量消耗量进行估计。因此,导航装置300可根据该旅行区间中的用户的行驶状况来估计反映了所需的行驶时日的能量消耗量。
另外,导航装置300根据车辆的速度、加速度、剩余能量的量,使用上述式(2)~式(7)所示的消耗能量估计式的任意一个以上的公式来估计车辆的可行驶距离。这样,导航装置300根据车辆过去在旅行区间实际行驶时的行驶状况和实际的剩余能量的量来估计车辆的可行驶距离,因此能够更正确地估计可行驶距离。
另外,导航装置300作为与移动体在加减速时消耗和回收的能量相关的第二信息,使用对移动体在加速时消耗的每单位时间的能量的量和移动体在减速时被回收的每单位时间的能量的量进行平均的估计式,对车辆的能量消耗量进行估计。因此,导航装置300能够考虑在加速时消耗的能量的量与在减速时回收的能量的量双方来估计行驶前的旅行区间中的能量消耗量。
实施例2
接着,对本发明的实施例2进行说明。实施例1虽然是使用与信号间距离相应的校正系数来校正第二信息的结构,但在实施例2中,关于能量消耗量,使用与信号间距离相应的校正系数来校正第2信息所包含的变量、即加速度。例如,可利用以下的式(10)来进行计算。
[公式19]
这里,
Pt1:加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量(Kw/sec)
Pidle:空载时的能量消耗量(第一信息)
μ:滚动阻力
θ:道路坡度
M:移动体的重量
g:重力加速度
εη:移动体的能量消耗效率
k:空气阻力系数
v:速度
∣α∣:合成加速度
β:回收率
m:行驶装置的旋转体的重量
γ:校正系数
该式(10)与上述式(2)等同,对加速度α乘以与信号间距离相应的校正系数γ。因此,在实施例2中,通过加速度传感器等来检测车辆的加速度α。然后,与实施例1同样地计算信号间距离,求出与信号间距离相应的校正系数γ。并且,对加速度α乘以校正系数γ。由此,可与实施例1同样地考虑信号间距离来估计接近于实际行驶状况的能量消耗量。
实施例3
接着,对本发明的实施例3进行说明。在实施例3中,使用与信号间距离相应的校正系数来校正第二信息和包含在第三信息中的变量、即速度。图17-1和图17-2是示出与信号间距离对应的校正系数的其它例的图表。在导航装置300的ROM302等中以规定的运算式或者数据的形式存储有与图17-1所示的信号间距离对应的校正系数。如图所示,横轴是系数计算区间、即信号间距离,纵轴是校正系数γ。如图所示,系数计算区间(信号间距离)的长度越短,设定校正系数γ的值越小,系数计算区间(信号间距离)的长度越长,设定校正系数γ的值越大。
这是因为信号间距离越短,速度相对于距离发生变化的比例越小。图17-1是对每个距离使校正系数γ阶段性地变化的例子,但不仅限于此,如图17-2所示,也可以设定校正系数γ相对于距离连续地变化。
然后,导航装置300能够通过以下的式(11)来计算能量消耗量。
[公式20]
这里,
Pt1:加速时和行驶时的每单位时间的能量消耗量(Kw/sec)
Pidle:空载时的能量消耗量(第一信息)
μ:滚动阻力
θ:道路坡度
M:移动体的重量
g:重力加速度
εη:移动体的能量消耗效率
k:空气阻力系数
v:速度
∣α∣:合成加速度
β:回收率
m:行驶装置的旋转体的重量
γ:校正系数
该式(11)与上述式(2)等同,对速度V乘以与信号间距离相应的校正系数γ。因此,在实施例3中,通过速度传感器等来检测车辆的速度V。然后,与实施例1同样地计算信号间距离,求出与信号间距离相应的校正系数γ。并且,对速度V乘以校正系数γ。由此,可与实施例1同样地考虑信号间距离来估计接近于实际行驶状况的能量消耗量。
此外,可通过利用个人计算机或工作站等计算机执行预先准备的程序来实现本实施方式所说明的能量消耗量估计方法。该程序通过记录在硬盘、软盘、CD-ROM、MO、DVD等计算机可读取的记录介质中并由计算机从记录介质读出而被执行。另外,该程序也可以是能够经由互联网等网络分配的传送介质。
标号说明
100 能量消耗量估计装置
101 当前位置取得部
102 变量取得部
103 估计部
104 校正部
105 存储部
106 校正系数计算部
110 显示部
Claims (7)
1.一种能量消耗量估计装置,其特征在于,具有:
估计单元,其根据消耗能量估计式来估计移动体在规定的区间(以下,称为“旅行区间”)行驶时的能量消耗量,所述消耗能量估计式包括与由所述移动体所具备的装备品消耗的能量相关的第一信息、与所述移动体的加减速时消耗和回收的能量相关的第二信息以及与由所述移动体的行驶时产生的阻力消耗的能量相关的第三信息;
计算单元,其计算与包含在所述旅行区间中的一个信号机与不同于所述一个信号机的其它信号机之间的距离、或者包含在所述旅行区间中的一个信号机与一个交叉点之间的距离相应的校正系数;以及
校正单元,其根据由所述计算单元计算出的校正系数,对由所述估计单元估计出的能量消耗量进行校正。
2.根据权利要求1所述的能量消耗量估计装置,其特征在于,
所述校正单元通过在所述第二信息上乘上所述校正系数而对所述能量消耗量进行校正。
3.根据权利要求1所述的能量消耗量估计装置,其特征在于,
所述能量消耗量估计装置还具有加速度取得单元,该加速度取得单元取得在所述旅行区间行驶的所述移动体的加速度,作为与所述第二信息相关的变量,
所述校正单元通过对所述加速度乘以所述校正系数而对所述能量消耗量进行校正。
4.根据权利要求1所述的能量消耗量估计装置,其特征在于,
所述能量消耗量估计装置还具有速度取得单元,该速度取得单元取得在所述旅行区间行驶的所述移动体的速度,作为与所述第二信息和第三信息相关的变量,
所述校正单元通过对所述速度乘以所述校正系数而对所述能量消耗量进行校正。
5.一种对移动体的能量消耗量进行估计的能量消耗量估计装置中的能量消耗量估计方法,该能量消耗量估计方法的特征在于,包括:
估计步骤,根据消耗能量估计式来估计移动体在规定的区间(以下,称为“旅行区间”)行驶时的能量消耗量,所述消耗能量估计式包括与由移动体所具备的装备品消耗的能量相关的第一信息、与所述移动体的加减速时消耗和回收的能量相关的第二信息以及与由所述移动体的行驶时产生的阻力消耗的能量相关的第三信息;
计算步骤,计算与包含在所述旅行区间中的一个信号机与不同于所述一个信号机的其它信号机之间的距离、或者包含在所述旅行区间中的一个信号机与一个交叉点之间的距离相应的校正系数;以及
校正步骤,根据由所述计算步骤计算出的校正系数,对由所述估计步骤估计出的能量消耗量进行校正。
6.一种能量消耗量估计程序,其特征在于,
使计算机执行权利要求5所述的方法。
7.一种计算机可读取的记录介质,其特征在于,
记录有权利要求6所述的能量消耗量估计程序。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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