JP2010143304A - 車両走行支援制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
車両の走行中に有している運動エネルギーを最大限に活用することによって車両走行に必要なエネルギーおよび排出ガス量を削減する。
【解決手段】
走行経路中の停止点S0、S1、・・・Sn、Sn+1、・・・及びその停止順序をあらかじめ設定し、設定された停止点Sn およびSn+1 間の車両走行距離距離Dn+1 および前記停止点Sn からの走行距離ΔD から、現時点から次に停止すべき地点Sn+1 までの残距離Dr ＝（Dn+1−ΔD）を算出し、前記残距離Dr が現時点での走行速度ｖで惰性走行に移行した場合、次に停止すべき地点Sn+1 に惰性走行で到達可能な距離か否かを判定し、到達不可と判定した場合は現時点まで行ってきた加速走行あるいは定速走行を継続し、その後一定時間あるいは一定走行距離走行後改めて前記惰性走行可否の判定を行う。到達可能と判定した場合は惰性走行に移行して次に停止すべき地点Sn+1まで走行する。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、車両走行による運動エネルギーを無駄に増加させることなく、かつ車両がすでに獲得している運動エネルギーを最大限に有効活用することによって、省エネルギー化・排出ガス量の削減を行う車両走行支援制御方法および装置に関する。

車両の走行に要するエネルギーの削減には大別して2つの方策がある。一つは使用エネルギーを含む自動車単体の改良であり、もう一つは車両の走行方法の改善である。
後者の具体的方策として、走行中に有している車両の運動エネルギーを、車両減速時に有効活用・回収して燃料消費量、排出ガス量を削減しようとする試みがハイブリッド車両の如きエネルギー回生機能を有する車両用として数多くなされている (特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
また、交差点での赤信号停止後の発進・加速による燃料消費量、排出ガス量を削減するため交差点での赤信号停止頻度を極力低減するシステム、即ち交差点無停止走行制御システム、も提案されている（特許文献５、特許文献６、特許文献７）。

特開平６−１８７５９５ 特開平８−３３７１３５ 特開２００５−１４６９６６ 特開２００７−２９１９１９ 特開２００６−０３１５７３ 特開２００６−２５１８３６ 特開２００７−２３３９６２

本願発明は上記車両の有する運動エネルギーＥ＝ｍ・ｖ²／２（ここでｍ：車両の質量、ｖ：車両走行速度）を有効活用して惰性走行を行う考え方を、短い走行距離の間に発進・加速・減速・停止を多く繰り返す車両（２輪車を含む）、例えば郵便配達用車両、新聞配達用車両、宅配便用車両等、に合理的に適用することによって車両の省エネルギー化、排出ガス量削減化、を可能にしようとするものである。
ここで惰性走行とは、通常の加速走行・定速走行においては車両走行のための駆動力をエンジン・モータ等から獲得するのに対し、惰性走行においては車両走行の駆動力はエンジン・モータから得るのではなく、その時点での車両の有している運動エネルギーを活用しての（車両の走行抵抗に打ち勝っての）走行をいう。

以下図１を用いて本願発明の基本的考え方を説明する。
ここで、図１（ａ）は本願発明による走行パターン例を「走行速度−時間（時刻）」領域に示したもの、また図１（ｂ）は前記（ａ）と同一の走行パターン例を「走行速度−走行距離」領域に置き換えて示したものである。
図１（ａ）において、時刻t0 に走行開始点（S0）を発進した車両は時刻t1 までの間加速し、時刻t1 経過後は定速走行を行う。この間車両においては常時車両の走行速度ｖ、車両の次の停止点（S1）までの残距離Dr 、および車両が惰性走行を行う場合の減速度（−α）、から車両が次の停止点までの間（厳密には次の停止点から制動距離Db 手前の地点までの間）許容走行速度範囲内（Vmin 〜Vmax ）の速度で到達可能か否かを判定し続け、到達可能となった時点(時刻t3 )で減速度（−α）による惰性走行に移行し、惰性走行移行後は次の停止点から制動距離Db 分手前の地点に到達した時点（時刻t3 、走行開始点S0 から距離(D1 − Db）の地点 ）から制動（ブレーキング）を開始して時刻t4 に次の停止点（S1）に到達して停止する。時刻t5 から時刻t8 までの動作も、加速走行の後一定速度での走行がなく惰性走行に移行する点を除けば、前記と同様である。
従って図１（ａ）、（ｂ）の場合とも斜線部分が惰性走行および制動による走行領域となる。
即ち時刻t2 あるいは時刻t6 時の走行速度での運動エネルギーを惰性走行のエネルギーに変換しての走行となり、この間のエンジンあるいはモーター等による車両駆動のためのエネルギー消費はなくなる。

上記基本的考え方に即しての車両走行支援装置の基本構成及びその制御動作の概要を以下に述べる。
１．車両は走行に先立ち、車両の惰性走行時の標準減速度（−αs）、車両の停止点（S0 、S1、S2、・・・）、およびその停止点通過順序（S0 → S1 → S2 →・・・）を設定する。
２．上記停止点間走行距離( D1、D2、D3、・・・)、制動距離 Db 、許容走行速度範囲（Vmin 〜Vmax ）、惰性走行を行うに際しての標準減速度（−α）の補正係数（道路の勾配、舗装状況等によって標準減速度の補正を行う係数：β1、β2、β3、・・・）を地図データ・ベース上に記憶する。
３．車両停止点Sn を発進して、次の停止点Sn+1（n：0、１、２、・・・）に向かう途中その時点での車両走行速度 v 、直前の停止点 Sn からの走行距離ΔD を継続的に計測し、（数１）を満足するか否かによって現地点から次の停止点までの間惰性走行が可能か否かを判定する。

（数１）
Di ＞ Dr − Db

ここで（数１）におけるDr 、Di は各々（数２）、（数３）で、また（数３）におけるtr は（数４）で、あらわされる。
（数２）
Dr = Dn+1 −ΔD
（数３）
Di ＝ v・tr −α・tr² ／２
（数４）
tr =（ v − Vmin ）／α
（数５）
α＝αs ・βn+1

上記（数１）、（数２）、（数３）、（数４）、（数５）において、
Dr：次の停止点までの残距離
tr ：速度v の現時点から減速度（−α）で惰性走行して、許容最低速度
Vmin に達するまでの時間
Di ：現地点から惰性走行して許容最低速度
Vmin に達するまでの走行距離
Db ：車両の停止までに必要な制動距離
v ：現時点での車両速度
−α：惰性走行時の車両減速度
−αs ：自車の標準減速度
βn+1 ：当該道路の減速度補正係数
である。

上記判定結果惰性走行が可能であれば、その旨を車両ドライバーに通報し、ドライバーは惰性走行を開始して車両は惰性走行およびそれに継続する制動後次の停止点に至る。惰性走行が不可と判定した場合は通常の走行を継続した後再度上記判定を行う。

上記においては、現地点から惰性走行して許容最低速度Vmin に達するまでの走行距離 Di を都度その時点の走行速度ｖに対応して計算しているが、あらかじめ一定間隔の走行速度ｖ毎にDiを計算して地図データベースに走行速度ｖ対走行距離Di の表として記憶しておく方法もある。

上記操作によって、車両は次の停止点の手前一定距離の地点からは常に惰性走行によって停止点に向かうことになり、惰性走行開始直前に車両の有していた運動エネルギーの有効活用、即ち無駄な車両駆動エネルギー消費、及び地球温暖化ガスの排出、を削減することができる。

また上記は、次の停止点に向けての最適な惰性走行による省エネルギー方策であるが、通常の走行においても車両の有する運動エネルギーの有効活用による省エネルギー方策が考えられる。
この基本的考え方を図４を用いて説明する。即ち、自車が通常の走行中、前方車両が存在した場合、その時点（時刻 t1 ）での前方車両との車間距離 dc1 および前方車両との相対速度 vr を検知し（ここで、前方車両との車間距離および前方車両との相対速度の検知は例えば自車両前方に設置した測距レーダによって距離を測定し、距離の時間変化によって相対速度の測定を行うことによって可能である）、相対速度 vr が（数６）を満足し、車間距離 dc1 がその時点の前方車両走行速度 va に対応する安全車間距離 dsv 以上、すなわち（数７）を満足する場合、その時点から惰性走行に移行して（ただし自車惰性走行時の減速度：−α）自車走行速度 v が前方車両走行速度 va に一致するのに要する時間
ts を（数８）より、また前記時間ts 後の自車および前方走行車両の車間距離 dc を（数９）より算出し、前記dc が（数１０）を満足するか否かを判定する。（ただし上記判定に際しては前方走行車両の走行速度va は一定とする）。

前記判定の結果、否の場合はそのまま走行を一定時間あるいは一定距離継続して後再度前記惰性走行可否の判定を行う。満足する場合は、自車は惰性走行で安全車間距離 dsv にまで到達可能と判定してその時点から惰性走行に移行し、前方走行車との車間距離が安全車間距離
dsv に到達した時点で、以降安全車間距離 dsv を保って(ただし前方走行車両の走行速度が変化した場合は変化後の走行速度に対応する安全車間距離を保って)の追従走行に移行する。

（数６）
vr ＝ v − va ＞０
（数７）
dc1 ＞ dsv
（数８）
ts ＝（ v − va ）／α
（数９）
dc ＝ dc1 −（ v − va ）・ts ＋α・ts² ／２
（数１０）
dc ＜ dsv

上記（数６）、（数７）、（数８）、（数９）、（数１０）において、
vr：自車−前方車両との相対速度、
v：自車走行速度、
va：前方車両走行速度、
dc：自車−前方車両車間距離、
dc1：時刻t１ 時の自車−前方車両車間距離、
dsv：自車−前方車両安全車間距離、
α：自車の惰性走行時の減速度絶対値、
ts：時刻t1 から減速度（−α）で惰性走行した自車両の走行速度が va となるまでに要する時間、
である。

このように走行制御することによって、自車運動エネルギーの効率的活用による省エネルギー化した、また安全車間距離を確保した、形での前方車両への追従走行移行が可能となる。
上記方策のみによる走行においての省エネルギー効果は小さいが、例えば図１に示す方策と合わせて実施する、さらに前記交差点無停止走行制御と一体化する、ことによって総合的に大きな省エネルギー効果を上げることができる。

上記本願発明によって、短い走行距離の間に発進・加速・減速・停止を多く繰り返す車両において、運動エネルギーを有効に活用した、エネルギー消費量の少ない、従って排出ガス量の少ない走行が可能になる。
これは特に上記用途に適合した電気自動車において、バッテリーの容量削減、小型化、軽量化、従って車両の小型・低価格化に大きな効果が期待できることになる。
また、主として都市部を走行する一般車両においても、一時停止点等の停止すべき地点を確実かつ無駄なエネルギーの消費を抑えての安全走行・停止が、あるいは前方車両への安全でかつエネルギー消費を抑えての追従走行移行が、可能になる。

本願発明は、主として新聞配達用車両、郵便配達用車両、あるいは宅配用車両等の短い走行距離の間に発進・加速・減速・停止を多く繰り返す車両用として、従来のカーナビゲーション装置に上記走行支援制御機能を付加すること、さらには一般車両用として前記交差点無停止走行制御機能を付加すること、によってシステムを構成することが省エネルギーおよび排出ガス量削減に最も効果的である。
また、新聞配達２輪車用、郵便配達２輪車用として上記走行制御支援機能に必要な構成要素のみからなる専用装置も有効であろう。

図１を用いて説明した本願発明による走行支援方法の具体的実施例を、図２に示す車載装置構成、および図３に示す走行支援制御手順、を用いて説明する。
本願発明による車載装置構成は、従来のカーナビゲーション装置の機能を拡大向上させた形で実現可能であるが、図２においては従来のカーナビゲーション装置の機能のうち本願発明に関連する構成部分に、また図３においては図２に示す本願発明による走行支援制御機能構成の制御手順に、各々限定して説明する。

図２において、
２０１は、従来のカーナビゲーション装置の有する演算制御機能に本願発明による走行支援制御のための演算制御機能を付加した車載装置の演算制御部、
２０２は、車両の現在位置特定部であり、ＧＰＳ受信機、方位計、あるいはジャイロ等で構成される、

２０４は、車両の自車速を較正する速度較正部、
２０５は、車両走行路中の一つの停止点Sn（ n：１、２、３、・・・）発進後の車両走行距離ΔD を計測する走行距離計測部であり、走行距離計測は後述の速度較正部２０４で較正された自車走行速度（自車速）を時間積分することによって行う。

２０７は、自車のアクセル、ブレーキの押下状態を検知して車両の運転制御状態を知るアクセル、ブレーキＯＮ／ＯＦＦ検知部、
２０８は、カーナビゲーションに必要な地図データ等に加えて、本願発明による走行支援制御に必要な停止点位置Sn 情報、停止点での停止順序情報、隣接する停止点間距Dn 情報、許容速度範囲（Vmin 〜Vmax） 情報、惰性走行時の減速度補正係数βn 情報、等を有する地図データベース、

２０９は、本願発明による走行支援に必要な音声出力を行う音声出力部、
２１０は、本願発明による走行支援に必要な表示出力を行う表示出力部、
２１１は、あらかじめ本願発明による惰性走行に必要な自車両減速度標準値（−αs ）を設定する標準減速度設定部、
２００は、上記２０１〜２１１の各機能要素によって構成される本願発明を実施するに必要な車両走行支援制御装置、
である。

次に図３において、
３０１は、走行支援制御手順（その１）開始点、
３０２は、現地点が車両走行路中の走行開始点
S0 か否かを判定する走行開始点判定処理、
３０３は、処理３０２において現地点が走行開始点S0と判定した場合には、次の停止点S1を特定するための次数ｎ値を初期値１に設定する、次の停止点特定次数初期設定処理

３０５は、次の停止点名、位置、等を表示あるいは音声出力する次の停止点表示／音声出力処理、
３０６は、自車ドライバーに発進可の旨を表示／音声によって出力する走行開始可出力処理、

３０７は、自車が停止点から走行開始したか否かを判定する走行開始判定処理であり、まだ走行開始されていない場合は処理３０４に戻る。
３０８は、処理３０７において自車が走行開始したと判定した場合は走行開始時点からの走行距離ΔD の計数を開始するΔD 計数開始処理、
３０９は、走行開始点から次の停止点までの走行距離情報、許容速度範囲情報、減速度補正係数情報等を地図データベースから取り込むデータ取り込み処理、

３１０は、自車の現時点での走行速度ｖを取り込む走行速度取り込み処理、
３１１は、前記（数２）を用いて現地点−次の停止点間距離、即ち現地点から次の停止点までの残距離Dr を算出する残距離算出処理、
３１２は、処理３０９、３１０および３１１において取り込み算出した各種データを用いて前記（数１）より現時点から惰性走行に移行した場合惰性走行で次の停止点に到達可能か否かを判定する惰性走行可否判定処理であり、惰性走行移行不可と判定した場合は処理３１０に戻る。

３１３は、処理３１２において惰性走行移行可と判定した場合に惰性走行を行う惰性走行処理、ただし実際には惰性走行移行処理はドライバーが行うので、ドライバーに対して表示出力部２０９あるいは音声出力部２１０によって惰性走行移行指示を出力することになる。
３１４は、処理３１３によって惰性走行に移行した後、現地点から次の停止点までの距離、すなわち残距離Dr が制動距離Db に達したか否かを判定する制動領域到達判定処理であり、制動距離に達していないと判定した場合は処理３１３に戻って惰性走行を継続する。
３１５は、処理３１４で制動領域に達したと判定した場合は車両を停止させるべく制動する制動処理、

３１６は、車両が制動によって停止したか否かを判定する停止判定処理であり、まだ停止していないと判定した場合は制動処理を継続する。
３１７は、処理３１６で車両が停止したと判定した場合は、停止点が走行路中の走行終了点か否かを判定する走行終了点判定処理であり、停止点が走行終了点ではないと判定した場合は、処理３１８に移る。
３１８は、停止点特定のための次数ｎをインクリメントするｎインクリメント処理であり、本処理終了後は走行路中の次の停止点への発進準備のため処理３０４に戻る。
３１９は、処理３１７において停止点が走行路中の走行終了点と判定した場合は走行支援制御処理を終了する走行支援制御処理終了点、
である。

以上の如く本願発明による走行支援方法および装置によって、短い走行距離範囲の中で発進・加速・減速・停止を頻繁に繰り返す必要のある車両ドライバーは各停止点を正確にかつ順序正しく走行することによって配達業務等を正確に効率よく行うことができると同時に走行中のエネルギー消費量、従って排出ガス量を最低限に抑えることができる。

次に、本願発明の第二の省エネルギー方策である前方車両への追従走行移行の省エネルギー化実施例について述べる。
本願発明を実現するための車載装置としては、図２に示す車両走行支援制御装置２００構成中の地図データベース２０８に走行速度に対応した安全車間距離情報を付加すると共に、前方車両との車間距離 dc および前方車両との相対速度 vr 計測用の前方レーダを付加することによって実現可能である。
上記構成の制御手順を図５に示す。

図５において、
５０１は、走行支援制御手順(その２)開始点、
５０２は、このまま走行を継続するか否かの判定をする走行継続判定処理、
５０３は、処理５０２での判定結果、走行を継続しないとした場合本処理を終了する走行支援制御手順(その２)終了点、
５０４は、処理５０２での判定結果、走行を継続するとした場合、前方に車両（あるいは障害物等）の有無を判定する前方車両有無判定処理、

５０５は、処理５０４で前方車両（あるいは障害物）有りと判定した場合、自車の走行速度ｖを取り込む自車速度取り込み処理、
５０６は、自車と前方車両との車間距離および相対速度を前方レーダから取り込む車間距離・相対速度取り込み処理、
５０７は、処理５０６で取り込んだ車間距離が、その時の前方車両走行速度va （ここでva は自車走行速度ｖと、自車−前方車両相対速度vr からva ＝（ｖ − vr）より求める,ただし自車が前方車両に接近中のときvr
＞０）に対応した安全車間距離dsv を超えているか否かを判定する車間距離判定処理、

５０８は、処理５０７において自車−前方車両車間距離が安全車間距離を超えていないと判定した場合、自車−前方車間距離が安全車間距離か否か（厳密には一定許容誤差値の範囲内か否か）を判定する安全車間距離判定処理、
５０９は、処理５０８で自車−前方車両車間距離が安全車間距離よりも短いと判定した場合には、自車−前方車両車間距離を安全車間距離に戻すべく制動を行う制動処理、
５１０は、処理５０８で自車−前方車両車間距離が安全車間距離であると判定した場合には安全車間距離を保っての前方車両への追従走行を行う追従走行処理、

５１１は、処理５０７において自車−前方車両車間距離が安全車間距離を超えていると判定した場合には、その時点から惰性走行を行って自車−前方車両相対速度が０になるまでの間の自車−前方車両車間距離を算出する車間距離推定処理、
５１２は、処理５１１で行った車間距離の推定値が安全車間距離以下か否か、すなわち惰性走行への移行が可能か否かを判定する惰性走行可否判定処理、
５１３は、処理５１２の結果、惰性走行可と判定した場合には惰性走行を行う惰性走行処理、
５１４は、処理５１２の結果、惰性走行不可と判定した場合には、現状走行（基本的には加速走行）を行う走行継続処理、
である。

以上の如く車両を制御することによって、自車は前方走行車への追従走行移行を安全・スムースにかつ惰性走行によるエネルギー消費を削減した形で行うことができる。

本願発明による車両走行支援制御方法および装置は、近距離の間に発進・加速・減速・停止を多く繰り返す車両例えば郵便配達、新聞配達、あるいは宅配便集配用車両に適用することによって大きな効果が期待できる一方、一般車両においても都市部道路等で一時停止点、信号のない交差点等停止点が多くある走行環境において、また前方車両に追従走行を行う頻度が多い走行において安全運転、省エネルギー運転に有効である。
特に電気自動車において実用化に際して大きな課題であるバッテリー容量・サイズ・重量の問題は、本願発明によって、特に特定用途の車両（２輪車を含む）に対してその問題点を大きく改善できものである。

本願発明による車両走行支援制御方法の基本的考え方（その１）説明図 本願発明による車両走行支援制御装置の構成例、 本願発明による車両走行支援制御装置の制御手順（その１）説明図、 本願発明による車両走行支援制御方法の基本的考え方（その２）説明図、 本願発明による車両走行支援制御装置の制御手順（その２）説明図、である。

符号の説明

図１において、
v ：車両走行速度、
d ：車両走行距離、
Vmax：許容最高速度、
Vmin：許容最低速度、
S0：走行開始点、
S1：最初の停止点、
S2：２番目の停止点、

ｔ0：走行開始点S0における発車（加速開始）時刻、
ｔ1：加速終了時刻、
ｔ2：惰性走行開始時刻、
ｔ3：惰性走行終了時刻、制動開始時刻、
ｔ4：停止点S１における車両停止時刻、
ｔ5：停止点S１における発車（加速開始）時刻、
ｔ6：加速終了時刻、惰性走行開始時刻、
ｔ7：惰性走行終了時刻、制動開始時刻、
ｔ8：停止点S2における車両停止時刻、
ｔ9：停止点S2における発車（加速開始）時刻、

D1：走行開始点S0−最初の停止点S1間走行距離、
D2：最初の停止点S1−２番目の停止点S2間走行距離、
Db：制動距離、
斜線部：惰性走行領域、
である。

Claims (4)

1. 現時点の自車走行速度、現地点から次に停車すべき地点までの車両走行距離、及び自車惰性走行時の減速度、から、現地点から次に停車すべき地点までの間惰性走行によって到達可能か否かを判定し、到達可能と判定した場合は以降惰性走行によって次に停車すべき地点に向けて走行することを特徴とする車両走行支援制御方法。
2. 走行予定路中の停車地点名および位置情報、前記停車地点の停車順序情報、各停車地点間走行距離情報、前記各停車地点間の許容走行速度範囲情報、惰性走行に際しての自車標準減速度情報および前記各停車地点間の減速度補正係数、を設定・記憶した地図データベース、
   自車走行速度検知機能、自車走行距離検知機能、自車位置特定機能、前記各情報を用いての現地点から次の停車地点までの間の惰性走行可否を演算判定する演算機能、および前記演算結果が惰性走行可能と判定した場合その旨を自車ドライバーに通報する音声・表示出力機能、
   を有することを特徴とする車両走行支援制御装置。
3. 従来の経路探索・誘導を主体機能としたカーナビゲーション装置に、請求項2記載の走行支援制御機能を付加したことを特徴とする車両走行支援制御装置。
4. 自車走行速度、自車−前方車両車間距離、および自車−前方車両間相対速度から、自車が現時点から惰性走行によって前方車両に安全車間距離まで接近可能か否かを判定し、可能と判定した場合は惰性走行によって前方車両に接近し、安全車間距離に到達後は前方車両走行速度に合わせての追従走行を行うことを特徴とする車両走行支援制御方法。