JP2005207859A - 最適給油案内システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、出発地から目的地まで遠く、途中で給油を行う必要が有る場合に、最新の道路・交通環境に応じて最良の燃料消費が達成できる最適給油案内システムを提供することにある。
【解決手段】車両重量の変化を推測演算する車両重量演算手段と、目的地までの経路に関する道路勾配を導出する勾配演算手段と、車両重量関連情報、勾配関連情報および地図データを演算処理して、出発地から目的地まで走行したときに総計燃料消費量が最小となるように、最適給油ポイントを導出する最適給油演算手段を備えて、出発地から目的地に到達する間に消費した燃料消費および通行料金が最良になるように最適給油ポイントを案内することにより課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーナビゲーションを使用した最適給油案内に関するものである。

自動車に対する安全性向上、便利性向上、情報化対応などの社会的ニーズに応えてナビゲーション装置に対する需要が急速に増えている。このナビゲーション装置は目的地を地図表示で設定したり、住所や電話番号等の入力で目的地を簡単に設定することができる。走行が開始されると推奨経路が地図上に表示され、交差点等で進路を変更するときには、地図上に最適な進路方向が表示されると共に音声で予告・直前案内もされるので、経路案内に沿って目的地まで安心して誘導される。その結果、ナビゲーション装置を搭載した車両における運転は、目的地までゆとりを持って適切に経路案内されことが可能であり、自動車の経済性／便利性の向上並びに運転の疲労軽減等に役立っている。

また、事故等に伴う交通規制や交通渋滞に巻き込まれて迂回したり、旅行の行路・行程を変更したりする場合にも道路交通情報通信システム等を利用して、ナビゲーション装置は車両を柔軟かつ適切に目的地まで導くこともできる。このようなナビゲーション装置は目的地までの最短距離あるいは最短時間の経路案内をすることはできても、その経路上に丘陵地帯や山間地帯があり、急勾配の昇降区間を長い間走行することによって車両の燃料消費が必ずしも最適にならないことがあった。また都市部の走行における信号間隔が短い道路や、渋滞地域の走行のように加減速が頻繁におこなわれる道路が含まれる経路の走行においては、燃料消費（以後、「燃費」ともいう）が良好にならない場合もあった。このような燃費課題を解決するために、出発地から目的地までの候補経路について燃費シュミレーションをおこなって最適経路を選定し、燃料消費を向上する経路案内をおこなうナビゲーション装置が特許文献１に示されている。
特開２０００−２５５３号公報

このようなナビゲーション装置では、出発地から目的地まで推奨経路を途中の給油無しに、到達できる場合には有効である。しかしながら、この推奨経路の距離が長くなり、少なくとも１回は給油をおこなう必要が有る場合には、あるいは交通事情の急な変化等によって渋滞や迂回に遭遇してしまうと、シミュレーション通りの良好な燃料消費を得られないという問題を生じる。

本発明の課題は、出発地から目的地まで遠く、途中で給油を行う必要が有る場合にも、あるいは交通事情が急変して経路案内を柔軟に変更していく必要が有る場合にも、高速道路など有料道路上などで、給油所がなく、安易に給油できない状況においても、最新の道路・交通環境に応じて最良の燃料消費が達成できる最適給油案内システムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の最適給油案内システムは、自車位置から目的地までの経路案内をおこなうカーナビゲーション・システムにおいて、
車両が今後使用可能な燃料残量を検出する燃料残量検出手段と
車両重量に関連する情報を検出する重量検出装置を使用して、車両重量の変化を推測演算する車両重量演算手段と、
標高情報を含む道路データに基づいて出発地から目的地までの経路に関連する道路勾配を含めた勾配情報を導出する勾配演算手段と、
車両重量関連情報、勾配関連情報および地図データを演算処理して、出発地から目的地まで走行したときに総計燃料消費量及び通行料金が最小となるように、最適給油ポイントを導出する最適給油演算手段と、
最適給油ポイントを地図および／または音声で表示する表示手段とを有し、
出発地から目的地に到達する間に消費した全燃料消費量に対する燃料消費及び通行料金が最良になるように最適給油ポイントを案内することを特徴とする。

このようにすると、本発明の最適給油案内システムの給油案内に基づいて給油をすることで目的地まで最良の燃費で到達することができ経済的なメリットが得られる。また、走行の途中におけるガス欠等の心配も無く、さらに給油所の選択に迷うことが無く、落ち着いて心地よいドライブを楽しむこともできる。

また本発明の最適給油案内システムは、燃料残量検出手段は、各最適給油ポイント間の総ての道路勾配において、燃料タンクからエンジンに常に燃料が安定供給可能であるように、燃料タンクの形状、構造および道路勾配の少なくともいずれかによって定まる有効燃料残量を考慮した燃料残量計算をおこなうように構成することが好ましい。

このようにすると、道路勾配が急な道路を走行したときにも、有効燃料残量による車両の走行可能距離を適確に推測することができ、給油所手前等での突然のガス欠によるエンジンストップを心配する必要がない。そのため安心して安全運転に専念できる。

また本発明の最適給油案内システムは、最適給油演算手段において、車載通信システムが受信した道路交通情報が、最適給油ポイントの導出に参酌されるように構成することもできる。

このようにすると、交通事情等の道路・交通環境の変化によって、目的地までの経路の途中で渋滞に巻き込まれたり、あるいは迂回走行を余儀なくされたりした場合にもおいても、最新の道路・交通環境に適した次の最適給油ポイントを適確に見出すことができる。これによって目的地に到達するまでの燃費を最良あるいは次善の最良に保つことが可能となる。

また本発明の最適給油案内システムは、出発地から目的地までの候補経路上にある道路の通行規制データ・リンク長と、前記車両重量と、車両の走行性能曲線と、車両の燃費曲線と、勾配情報とを使用して、
燃費最適経路、通行最小料金および最適給油ポイントにおける最適給油量を導出する最適給油演算手段と、
道路交通情報が重畳表示された燃費最適経路に前記最適給油ポイントを表示する地図表示手段とを、備えるように構成することもできる。

このようにすると、出発地から目的地までの最適経路並びに最適給油ポイント、さらには各最適給油ポイントにおける最適給油量の案内を受けることができる。その結果、走行経路上の各時点における走行並びに給油を適切におこなうことができて、円滑なドライブを楽しむことができると同時に燃費が最良であるという経済的嬉しさが味わえる。

また本発明の最適給油案内システムは、燃費最適経路の平坦地帯の途中に丘陵・山間地帯を通過する道路が存在するときには、
丘陵・山間地帯の標高最高点に近い位置にある給油所を第２最適給油ポイントとし、
丘陵・山間地帯に差し掛かる以前の平坦地帯にあり、燃料タンクの容量を満タンにした状態での登坂走行可能距離をもって、第２最適給油ポイントの給油所から逆算した位置付近にある平坦部の給油所を第１最適給油ポイントとし、
第１最適給油ポイントで満タン給油し、次いで第２最適給油ポイントで満タン給油するように案内する最適給油演算手段を有するように構成してもよい。

このようにすると、目的地までの走行経路の途中に丘陵地帯や、山間部が存在する場合にも、車両の登坂性能や降坂性能を反映した最適の燃費を達成することが可能である。

また本発明の最適給油案内システムは、燃料最適経路上に、高速道路等有料道路が、存在するときには、
給油のために、下線することなく、高速道路等の有料道路上の最適な給油ポイントで、満タン給油するように案内する最適給油演算手段を有するように構成することもできる。

このようにすると、有料道路から一般道に下線して最適給油ポイントで給油後上線する必要がなくなり、走行中あるいはこれから走行する有料道路の路線上における次善の最適給油ポイント（サービスエリア等）を案内することができる。その結果、走行時間を短縮すると共に通行料金の最適化を図ることが可能である。

また本発明の最適給油案内システムは、高速道路等、料金を支払って通行している道路の入り口から次の出口までの距離が長距離に渡り、かつその間に給油所が無い場合には、給油不可能な道路の距離を考慮して、乗線する前に給油ポイントを案内するように構成してもよい。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の最適給油案内システムの最良形態について説明する。図１に本発明の最適給油案内システムのブロック構成を示す。市車両の現在位置つまり、自車位置の検出を検出する位置検出器1は、地磁気センサ2、光ファイバ・ジャイロ等を使用したジャイロスコープ3、車輪の回転を検出する車速センサ等を使用した距離センサ4および測位衛星の電波を受信してグローバルな3次元測位をおこなうGPS受信機5で構成される。GPS受信機はSelective Availability のかかっていいない現状では自車位置に対するその時刻における衛星の配置で定まるDOP（Dilution of Precision）等によって決まり、車両上空が見通しのよい郊外では凡そ10mから20m程度の測位精度が得られている。中高層ビルが多い市街地においては、測位衛星から到来する電波が遮蔽されたり多重反射するため、その測位精度は郊外測位精度の数倍に悪化するが、FM多重放送等を利用したDGPS（Differential Global Positioning System）が利用されると測位精度は市街地でも10m以下にすることも可能である。高架橋の下、トンネル走行等でGPS電波が受信されない走行環境においては、距離センサ2やジャイロスコープ3等を使用した慣性航法の測位が主に適用される。

CDあるいはDVD等を使用した地図データ入力器6は所要の地図データ等をCPU、DSP等を使用した制御装置8に入力する。またVICS（Vehicle Information and Communication System）の電波ビーコン、光ビーコンと通信し、あるいはFM多重放送を受信する外部情報入出力装置11は得られた道路交通情報を適時に制御装置8に入力する。またLCD（Liquid Crystal Display）等を使用したカラーディスプレィ10は制御回路８にインターフェースしており、システムの動作状況に応じて、走行経路の地図情報、交差点進路情報、道路交通等を表示する。運転者、乗員が目的地の入力等を操作するリモコン13から送信された指示信号はリモコンセンサ12で受信され、制御回路８に送られる。この最適給油案内システムの基本的機能は、通常のナビゲーション装置と同様であり、それを簡単に説明すると次の通りである。目的地を地図上で検索して該当位置を設定したり、公共施設、イベント会場、ホテル等を検索選定したり、あるいは住所や電話番号等をキーで入力することにより、目的地を簡単に設定することができる。走行が開始されると推奨経路が地図上に表示され、交差点等で進路を変更するときには、地図上に最適な進路方向が表示されると共に音声で予告・直前案内もされるので、経路案内に沿って目的地まで円滑に誘導される。また、経路の表示においては、市街地等の道路形状やその配置が複雑な道路環境を走行するときには、地図データと測位データとを精度良く整合させるためのマップマッチングがおこなわれ、交差点・分岐路、あるいは高速道路ジャンクションの乗り降りを精確に案内できるようにしている。

次に本発明の最適給油案内システムの主要機能について説明する。燃料残量検出装置7は燃料タンクの燃料残量を検知して道路環境に応じた有効燃料残量を計算し、その有効燃料残量を制御回路8に所定の周期毎に伝える。また車両重量検出装置9は所要の情報を入力して、現在時刻および将来時刻に対する車両重量を推測計算し、その車両重量を適時に制御回路8に入力する。これらの車両重量検出装置9、燃料残量検出装置7の出力情報に前述のナビゲーション関連の機能に関する位置検出器1、地図データ入力記6および外部情報入出力装置11の出力情報を有機的に一体化することにより、本発明の中心機能である最適給油ポイントの案内がおこなわれる。

まず、目的地までの候補経路に関連する道路の勾配情報についてそれを導出する方法を説明する。地図データの主要部を構成する道路データには各道路のセグメントに対して標高情報が用意されており（共立出版（株）発行の“カーナビゲーション／公開型データ構造KIWIとその利用方法”参照）、この情報のデータを数値演算処理することで各セグメントの標高値と道路傾斜値を知ることができる。この標高情報を含む道路データを制御回路のCPUに入力して、目的地／自車位置から目的地までの候補経路を算出すると経路上の各道路の勾配および高度（標高等）を連続的かつ高精度に導出することができる。

次に、有効燃料残量の導出方法について説明する。燃料タンクに装着された燃料残量センサは道路が平坦なところ、すなわち道路勾配が略ゼロのところでは、燃料タンク内の燃料の液面が車体に対して平行であるので適切に燃料残量が検出される。ところが丘陵地帯や山間部を通る道路では登坂、降坂に際しての道路勾配が大きいところではその燃料の液面が車体に対して大きく傾斜することになり、
燃料タンクの燃料残量に対して液面の傾斜等に伴う無効燃料残量（車体の傾斜に伴い燃料タンクからエンジンに安定供給が困難な液量）が生じる。そのため、燃料タンクの構造と形状に関する情報および車体の傾斜角（これを前述の道路勾配で近似する）をCPUに入力して演算処理することにより、傾斜に伴う「見掛の燃料残量」を「真の燃料残量」に補正し、次いで［真の燃料残量］−［無効燃料残量］＝［有効燃料残量］を算出する。

次に、車両重量の変化を推測演算する方法について説明する。車両の各シートに設置された乗員検知センサの出力、燃料残量検出装置7の出力（前述の「真の燃料残量」）、および手荷物以上の重い、例えばゴルフ、釣り、潜水、登山等に使用するレジャー用具などを積んだ場合にその総荷重を入力するキースイッチ（リモコン13を共用）の出力等を入力して、まず初期値（出発地あるいは自車位置における）の車両重量を推測計算する。次にこの初期値をベースにして候補経路を走行したときの各道路の各区間の燃料消費量を、道路の区間距離と道路勾配を使用して積算し、これを初期値に反映させることにより経路の各地点における車両重量の変化を推測計算する。

次に、最適給油ポイントおよび燃費最適経路の導出方法について図２の演算チャートを用いて説明する。ステップP1においては、前述の目的地設定に基づいて出発地から目的地までの燃費を良好［必要に応じて更に通行料金を最小にする］にすると推測される候補経路を、車両性能情報（走行性能曲線、燃費曲線、駆動力線図など）ならびに通信システムで受信した交通情報あるいはラジオが受信した気象情報等をCPUに入力して演算処理し、総合的に判断して複数選定する。その後、前述の車両重量、燃料残量等の車両情報と道路勾配の道路情報を制御回路に取り込む。ステップP2において、これらの情報に前述の車両性能情報を加えて燃費効率計算等の演算処理をおこない、候補経路の中から燃費最適経路を導出する。［さらに、Totalの経済効果を考慮して、走行総費用（＝燃料消費量の費用＋通行料金の費用等）を最小とする費用最適経路を導出してもよい。］ステップP3において、燃費最適経路上［或いは費用最適経路］の給油所を地図データから検索して予め最適給油ポイント（最適給油位置）を設定する。その後、適時に道路交通情報を参照しながら、ステップP4で各時点の自車位置並びに有効燃料残量を調べて最適給油ポイントを案内する。

これに該当する給油所を運転者が見つけ車両が給油所に着いた場合には、次の候補最適給与ポイントを地図表示等で予告案内すると共に、必要が有る場合には最適給油量も併せて案内表示する。P5ではこの給油実績を踏まえてP2と同様な燃費効率計算をおこない、燃費最適経路の更新と次回の最適給油ポイントの検索を開始する。
もし、ステップP4で最適給油ポイントの案内ができなかったとき（迂回規制等により）には、あるいは該当する給油所が事情（休日／移転等）によって見つからない場合には、次善の最寄の最適給油ポイントを検索しその結果を案内する。このような観点から有効燃料残量検出、すなわち予備の残量を必要最小限にキープしておくことはFail Safe の役割も果たす。

次に、図３の登坂・降坂チャートを使用して、丘陵地帯あるいは山間部における車両重量／道路勾配（標高）と最適給油ポイントの関係ならびに最適給油ポイントの導出方法について説明する。車両走行区間の〇、△、×は車両重量が燃費効率に与える影響を表しており、〇はその効率を高める、×はその効率を低下させる、△はその効率に対して殆ど影響しないことを意味する。平坦区間、すなわち道路勾配がゼロの道路における定速走行では、［平坦走行時の走行抵抗］≒［転がり抵抗］＋［空気抵抗］-----(1)、であり燃費に対する車両重量の影響は本質的に無い。登坂／降坂における定速走行では、［登坂走行時の走行抵抗］≒［平坦走行時の走行抵抗］＋［勾配抵抗］----（2） で、［勾配抵抗］＝［車両重量］×sinθ----(3)、但しθ＝道路の傾斜角(θは登坂で＋、降坂で−の値をとり、その単位はrad)となる。ここで道路勾配＝tanθであり、車両が走行する通常の坂道であれば、tanθ≒sinθの近似が成り立つので、sinθ≒勾配----(4)の関係を得る。本質的に、［燃料消費量］∝［走行抵抗］の関係を有するので、
(2)、(3)、(4)から、［登坂走行時の走行抵抗］≒［平坦走行時の走行抵抗］＋［車両重量］×［勾配］----(5)の関係を考慮すると、坂道走行時の燃費は概ね車両重量に比例して登坂で低下、降坂で増加することが分かる。

このような登坂における燃費の低下、降坂における燃費の向上の関係、さらには重力位置エネルギーの公式を車両に適用した場合に、その位置エネルギー：U＝［車両重量］×［標高］----(6)で表されることを考慮すると次のような結論が導き出される。平坦地域の途中に丘陵地帯が有り、一度の給油でこの丘陵地帯を通過できる場合（日本国内ではこのような地形が多い）には、有効燃料残量が略ゼロの状態で標高の最高点に車両が到達でき、その最高点で満タン給油（燃料タンクに燃料が満杯に供給される）できると、その最高点で燃料供給量の観点から車両重量は極大値をとり、その重力位置エネルギーは最大となる。この丘陵地帯を通過する際に、登坂時には車両重量が最小になっているので(5)より登坂に必要な燃料消費量は最小になり、降坂時には車両重量が最大になっているので(5)より登坂に必要な燃料消費量は最小になる。よってこの丘陵地帯を通過する際の燃費は、標高最高点で満タン給油を行ったときに最良になることが判る。

(5)のような関係式を拡張し、さらに車両の走行性能曲線、燃費曲線等を有機的に結合させて演算処理することで、出発地から目的地までの燃費を最良にできる燃費最適経路とその最適給油ポイントを精確に導出できることが理解される。またVICS等の道路交通情報や気象情報を適時に取り込んで、この燃費最適経路とその最適給油ポイントを最新の道路走行環境にフィットするように改良／更新することにより、時々刻々変化する現実の道路環境に一層円滑・柔軟に適応できる最適な給油案内システムを実現できる。

本発明の最適給油案内システムのブロック構成を説明する図。 本発明の最適給油案内システムの最適給油ポイントおよび燃費最適経路の導出方法を説明する図。 車両重量／道路勾配と最適給油ポイントの関係ならびに最適給油ポイントの導出方法について説明する図。

符号の説明

１ 位置検出器
２ 地磁気センサ
３ ジャイロスコープ
４ 距離センサ
５ GPS受信機
６ 地図データ入力器
７ 燃料残量検出装置（燃料残量検出手段）
８ 制御回路(CPU、勾配演算手段、最適給油演算手段)
９ 車両重量検出装置（車両重量演算手段）
１０ カラーデイスプレイ
１１ 外部情報入出力装置
１２ リモコンセンサ
１３ リモコン

Claims (6)

1. 自車位置から目的地までの経路案内をおこなうカーナビゲーション・システムにおいて、
   車両が今後使用可能な燃料残量を検出する燃料残量検出手段と
   車両重量に関連する情報を検出する重量検出装置を使用して、車両重量の変化を推測演算する車両重量演算手段と、
   標高情報を含む道路データに基づいて出発地から目的地までの経路に関連する道路勾配を含めた勾配情報を導出する勾配演算手段と、
   前記車両重量関連情報、前記勾配関連情報および地図データを演算処理して、出発地から目的地まで走行したときに総計燃料消費量及び通行料金が最小となるように、最適給油ポイントを導出する最適給油演算手段と、
   前記最適給油ポイントを地図および／または音声で表示する表示手段とを有し、
   出発地から目的地に到達する間に消費した前記全燃料消費量に対する燃料消費及び通行料金が最良になるように前記最適給油ポイントを案内することを特徴とする最適給油案内システム。
2. 前記燃料残量検出手段は、各前記最適給油ポイント間の総ての前記道路勾配において、燃料タンクからエンジンに常に燃料が安定供給可能であるように、燃料タンクの形状、構造および道路勾配の少なくともいずれかによって定まる有効燃料残量を考慮した燃料残量計算をおこなう請求項１に記載の最適給油案内システム。
3. 前記最適給油演算手段において、車載通信システムが受信した道路交通情報が、前記最適給油ポイントの導出に参酌される請求項１に記載の最適給油案内システム。
4. 出発地から目的地までの候補経路上にある道路の通行規制データ・リンク長と、前記車両重量と、車両の走行性能曲線と、車両の燃費曲線と、前記勾配情報とを使用して、
   燃費最適経路、最小通行料金および前記最適給油ポイントにおける最適給油量を導出する前記最適給油演算手段と、
   前記道路交通情報が重畳表示された前記燃費最適経路に前記最適給油ポイントを表示する前記地図表示手段とを、
   備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の最適給油案内システム。
5. 前記燃費最適経路の平坦地帯の途中に丘陵・山間地帯を通過する道路が存在するときには、
   該丘陵・山間地帯の標高最高点に近い位置にある給油所を第２最適給油ポイントとし、
   前記丘陵・山間地帯に差し掛かる以前の平坦地帯にあり、前記燃料タンクの容量を満タンにした状態での登坂走行可能距離をもって、前記給油所から逆算した位置付近にある平坦部の給油所を第１最適給油ポイントとし、
   前記第１最適給油ポイントで満タン給油し、次いで第２最適給油ポイントで満タン給油するように案内する前記最適給油演算手段を有する請求項４に記載の最適給油案内システム。
6. 前記燃料最適経路上に、高速道路等有料道路が、存在するときには、
   給油のために、下線することなく、高速道路等の有料道路上の最適な給油ポイントで、満タン給油するように案内する前記最適給油演算手段を有する請求項４に記載の最適給油案内システム。

Images