JP2014232497A - シミュレーション装置、シミュレーション方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の第1の実施形態に係るシミュレーションシステムについて図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態に係るシミュレーションシステム1を示す図である。
図1に示す通り、本実施形態に係るシミュレーションシステム1は、走行履歴情報収集装置100と、シミュレーション装置200とを備えている。この走行履歴情報収集装置100は、例えば、車両に搭載される車載器やデータロガー等であって、所定の車両による実際の走行に基づく、当該車両の実際の走行履歴を示す情報(以下、「走行履歴情報」という)を収集する。なお走行履歴情報の具体的な内容については後述する。
次に図2を参照して、走行履歴情報収集装置100における走行履歴情報の一例について説明する。このシステムは、道路を事前走行する車両に搭載された走行履歴情報収集装置100と、GPS(Global Positioning System)衛星90とを備えている。なお以下の説明においては、走行履歴情報収集装置100によって走行履歴情報が収集される対象の車両を「実測用車両A」と呼称する。なお、実測用車両Aは、様々な車種の車両であってよく、ガソリン自動車や電気自動車等であってもよい。またトラックやバスなどの大型車両であってもよい。この場合、走行履歴情報収集装置100は、実測用車両Aの車種等の情報と合わせて、走行履歴情報を収集してもよい。つまり、シミュレーション装置200に入力される走行履歴情報には、走行履歴情報収集装置100によって収集された走行履歴情報に対応付けられる実測用車両Aに関する車種固有情報(後述)も含まれるものであってもよい。
また、走行履歴情報が収集される対象は車両に限定されず、道路を走行可能な走行物であればよく、例えば自転車や自動二輪車等であってもよい。また、走行履歴情報は、人が走行履歴情報収集装置100を所持した状態で、バスや自動車等に乗車する方法で取得される情報であってもよい。
以下、走行履歴情報収集装置100が車載器である場合の構成例について説明する。この走行履歴情報収集装置100は、電源回路101と、内蔵電池102と、位置検出部103と、速度取得部104と、走行履歴情報作成部105と、記憶部106と、外部インターフェイス107と、計時部108とを備えている。また位置検出部103は、GPS受信機131と、GPS補完センサ部132と、推測航法処理部133とを備えている。さらに記憶部106は、位置検出部103によって検出された位置情報と、速度取得部104によって取得された速度情報と、をそれぞれ対応づけて記憶する走行履歴情報テーブル161を備えている。
内蔵電池102は、バックアップバッテリであり、実測用車両Aの電源が消失、または瞬断した際に、走行履歴情報収集装置100の内部に記憶されているデータを保護するため各部に電源を供給する。
GPS受信機131は、GPS衛星90から電波を受信して時刻の情報を読み出すとともに、受信した電波に基づいて緯度と経度を測定する。
GPS補完センサ部132は、ジャイロセンサと加速度センサを有しており、ジャイロセンサと加速度センサの情報から走行履歴情報収集装置100の位置を推定する演算を行う。なお、GPS補完センサ部132は、例えば、GPS衛星90からの電波の受信感度が好ましくない場合などに用いられる構成部であってもよい。
推測航法処理部133は、GPS受信機131が受信した電波に含まれる情報の精度に応じて、GPS受信機131が測定した緯度と経度と、GPS補完センサ部132が推定した走行履歴情報収集装置100の位置の情報とに基づいて走行履歴情報収集装置100の位置を補完する演算を行う。
また速度取得部104は、位置検出部103によって検出された位置情報に基づき、実測用車両Aの速度を算出するものであってもよい。この場合、速度取得部104は、例えば、位置情報に基づき算出される検出地点間の距離と、位置情報が検出された時刻を示す情報に基づき、この地点間における実測用車両Aの速度(平均速度)を算出してもよい。
外部インターフェイス107は、外部機器、例えば、シミュレーション装置200と接続し、記憶部106に記憶されている情報をシミュレーション装置200に出力する。
図4を参照して、走行履歴情報テーブル161の一例について説明する。図4に示す通り、走行履歴情報テーブル161は、時刻情報と、位置情報(緯度、経度)と、速度情報(単位:km)とを、それぞれ対応付けて記憶するテーブルである。本実施形態において走行履歴情報とは、位置情報と、速度情報とが時刻情報ごとに対応付けられた情報群であり、また位置情報と速度情報とは、時刻情報が示す時刻における実測用車両Aの位置と速度を示す情報である。したがって走行履歴情報は、同一開始時点から単位時間ごと(例えば10秒ごと)に、移動する実測用車両Aの走行軌跡及びその挙動を示す情報群である。
次に図5を参照して、シミュレーション装置200の機能構成について説明する。本実施形態に係るシミュレーション装置200は、自動車を模擬した所定の自動車モデルの走行を模擬する装置である。なお以下の説明においては、シミュレーション装置200において実測用車両Aの実際の走行と同等の走行を模擬する車両を仮想車両Bと呼称する。本実施形態に係るシミュレーション装置200は、特に、仮想車両Bの自動車モデルとして電気自動車を適用し、仮想車両Bの模擬走行において想定される電力消費量を算出する機能を有している。
ここで電気自動車とは、電力で駆動する自動二輪車、普通自動車(タクシーを含む)、バス、及びトラック、並びに、ガソリンと電気のハイブリッド車(上記各種自動車のハイブリッド車)であって蓄電池に充電可能なものを示す。これに対し、ガソリン自動車とは、ガソリンのみで駆動する自動二輪車、普通自動車(タクシーを含む)、バス、及びトラック等を示す。以下の説明において、単に自動車という場合は、ガソリン自動車と電気自動車の両方を示す。
またHDD204は、所定の道路ネットワーク情報を格納する道路ネットワーク情報テーブル400を有している。道路ネットワーク情報とは、ある範囲における現実の道路のネットワークを仮想的に再現した情報群である。具体的には、交差点を模擬した交差点モデル(「リンク」ともいう)と、交差点同士を結ぶ道路を模擬した道路モデル(「ノード」ともいう)と、が網目状に結合して構築された仮想の道路ネットワークである。道路ネットワーク情報は、別途用意された地図情報等と対比されながら、現実の道路ネットワークを再現するように構築される。また道路モデルは、実際の道路の距離、車線数、勾配などの情報を有している。この道路ネットワーク情報は、特に交通流シミュレータ213において仮想車両Bの模擬走行をより忠実に模擬する目的で用いられる。なお本実施形態においては、道路ネットワーク情報は予め構築され、HDD204の道路ネットワーク情報テーブル400に記憶されている。
例えば、仮想車両Bとしてバスやトラック等の大型車両が適用される場合、車種設定部215は、当該大型車両を示す車種固有情報を仮想車両Bの車種固有情報に設定する。なお本実施形態においては、仮想車両Bに適用される複数の車種固有情報(例えば、普通自動車、バス、二輪車等を示す各々の車種固有情報)が予めHDD204に記憶されている。そして車種設定部215は、予め記憶された複数の車種固有情報のうちから、オペレータが所望する一の車種固有情報を選択し、その車種固有情報を車両状態演算部212に出力する。
車両状態演算部212は、図6に示すような電力消費量算出モデルに基づいて、仮想車両Bの模擬走行による電力消費量を算出する。
車両状態演算部212は、電力消費量を、模擬走行中の仮想車両Bの単位時間当たり(例えば10秒当たり)の電力消費量を積算して算出する。ここで車両状態演算部212は、「単位時間当たりの蓄電池消費量」の算出に、例えば図6に示される電力消費量算出モデル1,2の何れかを用いる。この電力消費量算出モデル1,2は、いずれも加速度演算部211が算出した加速度情報に基づいて電力消費量が算出される算出モデルとなっている。ここで自動車の燃費には、その車両の走行における加速、減速の影響が特に大きいことが一般的に知られている。つまり電力消費量算出モデル1,2においては、加速度情報に基づいて、単位時間ごとの仮想車両Bの加速度が反映されることから、車両状態演算部212は、仮想車両Bの模擬走行における電力消費量を精度よく算出することができる。
また、車両状態演算部212は、模擬走行中の各時点において式(1)に示す演算を行うことで仮想車両Bにおける蓄電池残量を算出してもよい。
また、ここで入力する加速度情報は、上述したように、走行履歴情報収集装置100が、実測用車両Aの実際の走行中の単位時間ごとに取得した走行履歴情報(図4)から算出して取得したものである。つまり、車両状態演算部212は、単位時間当たりの電力消費量ごとに、当該単位時間ごとの実際の加速度を用いて算出することとなる。このようにすることで、車両状態演算部212は、電力消費量が特に増大する一時的な急加速を電力消費量の演算に反映させることができるため、より精度の高い電力消費量の推定を行うことができる。
また電気自動車の場合、加速する場合に蓄電池は放電するが、減速する場合は蓄電池が充電される。そこで車両状態演算部212は、仮想車両Bが所定の地点において加速する場合、その加速度の符号を正とし、仮想車両Bが減速する場合、加速度の符号を負として、単位時間当たりの電力消費量を算出してもよい。またこの場合において、充電時と放電時で異なる値の固定係数を用いてもよい。
また電力消費量算出モデル1,2に示す照明点灯状態は、仮想車両Bのライトの点灯数に基づいた値であり、空調運転状態は、仮想車両Bの空調の温度に基づいた値である。例えば、仮想車両Bのライトがオフとされている場合は、照明点灯状態としての値は0(零)となり、仮想車両Bの空調がオフとされている場合は、空調運転状態としての値は0(零)となる。また、蓄電池は外気温度によって動力への変換効率が変化するため、消費量算出モデル1,2は、外気温度を考慮して蓄電池消費量を算出する。このようにすることで、車両状態演算部212は、電気自動車の電力消費量を、実際の電気自動車において電力を消費する機器等の使用状況に基づいて算出するので、さらに精度の高い蓄電池消費量を算出できる。
また電力消費量算出モデル1,2に示す「勾配」は、道路ネットワーク情報テーブル400から取得される仮想車両Bの走行ルート上の各地点における勾配である。ここで、例えば、仮想車両Bの走行ルート中に上り坂がある場合、その上り坂の区間において仮想車両Bの加速度は0(零)であっても、実際にはその上り坂を上るための電力を消費する。一方、下り坂の区間では電力を消費しない惰行運転のみで加速度が増す場合がある。本実施形態における車両状態演算部212は、仮想車両Bの加速度のみならず、模擬走行を行う走行ルート上の各地点における勾配を反映させることで、さらに精度の高い蓄電池消費量を算出できる。
図7は、CPU201によって実行される車両電力消費シミュレーションプログラムの処理の流れを示すフローチャート図である。当該車両電力消費シミュレーションプログラムはHDD204の所定領域に予め記憶されている。なお、車両電力消費シミュレーションプログラムは、操作入力部205を介してオペレータによって実行指示が入力された場合に実行を開始する。なおオペレータによって実行指示が入力された時点において、走行履歴情報収集装置100が取得した走行履歴情報は、既にシミュレーション装置200に入力され、HDD204に記憶されているものとする。
次に、交通流シミュレータ213は、仮想車両Bの模擬走行を実行する(ステップS12)。ここでまず交通流シミュレータ213は、HDD204に記憶される走行履歴情報テーブル241及び道路ネットワーク情報テーブル400を参照する。交通流シミュレータ213は、模擬走行中の各時点における仮想車両Bの位置が、走行履歴情報テーブル241の位置情報で指定される道路ネットワーク上の各地点に存在するように走行させる。また交通流シミュレータ213は、模擬走行中の各時点における仮想車両Bの速度が、走行履歴情報テーブル241の速度情報で示される速度となるように走行させる。このようにすることで、交通流シミュレータ213は、実測用車両Aの実際の走行における挙動を忠実に再現することができる。
また交通流シミュレータ213は、オペレータの指定を受け付けて、仮想車両Bの模擬走行における仮想の時刻(日中または夜間など)、外気温度等を設定してもよい。交通流シミュレータ213は、さらに、設定された時刻や外気温度を、仮想車両Bの模擬走行中における仮想の経過時間に応じて更新してもよい。
車両状態演算部212は、仮想車両Bの模擬走行中の各時点における電力消費量を算出すると、その結果を画像表示部206に表示させるなどしてオペレータに通知する。ここで充電判定部216は、模擬走行中の仮想車両Bにおける蓄電池残量(式(1)により算出した値)を参照することで、模擬走行中の各時点において蓄電池残量が不足しているか否か、すなわち、充電を要するか否か、の判定結果を表示してもよい。
例えば、本実施形態に係る走行履歴情報収集装置100は、GPS衛星90から受信する緯度、経度情報に基づいて位置検出部103が実測用車両Aの位置情報を取得する手法を用いている。しかし、他の実施形態に係る走行履歴情報収集装置100は、この手法の代わりに、単に搭載されているジャイロセンサと加速度センサ等の情報から走行履歴情報収集装置100の位置を推定する演算を行っても用いてもよい。
また本実施形態に係る加速度演算部211は、走行履歴情報収集装置100が収集した速度情報を参照して単位時間当たりの速度の変化から加速度情報を算出し、車両状態演算部212は、加速度演算部211が算出した加速度情報に基づいて電力消費量を算出する手法を用いている。しかし、他の実施形態に係る車両状態演算部212は、実測用車両Aの実際の走行において直接計測された加速度情報を参照して電力消費量を算出してもよい。この場合、走行履歴情報収集装置100は、実測用車両Aの実際の走行中における加速度を加速度センサで直接検知して、加速度情報として記憶する機能を有していてもよい。なおこの場合において、走行履歴情報テーブル161には、時刻情報と、位置情報(緯度、経度)と、速度情報(単位:km)と、に加え、さらに加速度情報(単位:m/s2)をそれぞれ対応付けて記憶される。
以下、本発明の第2の実施形態に係るシミュレーションシステムについて図面を参照して説明する。第2の実施形態に係るシミュレーションシステム1では、シミュレーション装置200の構成が第1の実施形態と異なる。
図8は、本発明の第2の実施形態に係るシミュレーション装置の機能構成を示すブロック図である。なおこの図において、第1の実施形態に係るシミュレーション装置200と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態に係る交通流シミュレータ213は、追従モデル演算部214によって実現される「追従モデル」を利用して、実測用車両Aの後方を走行する車両(以下、仮想後続車両Cと呼称する。)の走行の挙動を模擬することができる。ここで追従モデルとは、現実と同じように一台一台の車両を異なるドライバーが運転する個別の車両として表現しながら現実の交通の流れを模擬するシミュレーションモデルである。より具体的に説明すると、追従モデルは、実際のドライバーが、前方直近を走行する車両との相対的な関係に応じて自車両を加速または減速する特性に着目し、その特性に基づいて当該自車両の走行の挙動をモデル化したものである。
なお、上述した追従モデルは一例であり、別の追従モデルとして上述した各項の一部が含まれない場合や、他の項が含まれる場合があってもよい。
同様に、本実施形態に係る追従モデル演算部214は、複数の仮想後続車両C,D,E,・・・について、それぞれ異なる追従モデルを適用してもよい。例えば、現実では車両のドライバーごとの性格の相違により、基準車間距離f(ドライバーが安全性を感じる車間距離)や自由流速Vexp(ドライバーが希望する走行速度)が異なってくる。また、ドライバーごとに加速、減速へのフィードバックの早さも異なる。このような違いを考慮して、仮想後続車両C,D,E,・・・ごとに異なるパラメータ(f(V),Vexp,T1,T2,T3,l,m,n)を与えて算出してもよい。このようにすることで、シミュレーション全体として、さらに現実に近い模擬走行を実現することができる。
また自由流速Vexpは、道路の車線数との相関性から導かれるものであってもよい。この場合において、追従モデル演算部214は、道路ネットワーク情報テーブル400に記憶される模擬走行中の道路の車線数を参照しながら、自由流速Vexpを逐次変化させてもよい。また追従モデル演算部214は、自由流速Vexpとして、実測用車両Aの実際の走行で取得された走行履歴情報に基づいて算出される走行ルート中の所定の区間ごとの平均値を設定してもよい。
100・・・走行履歴情報収集装置
101・・・電源回路
102・・・内蔵電池
103・・・位置検出部
131・・・GPS受信器
132・・・GPS保管センサ部
133・・・推測航法処理部
104・・・速度取得部
105・・・走行履歴情報作成部
106・・・記憶部
161・・・走行履歴情報テーブル
107・・・外部インターフェイス
108・・・計時部
200・・・シミュレーション装置
201・・・CPU
211・・・加速度演算部
212・・・車両状態演算部
213・・・交通流シミュレータ
214・・・追従モデル演算部
215・・・車種設定部
216・・・充電判定部
202・・・ROM
203・・・RAM
204・・・HDD
241・・・走行履歴情報テーブル
205・・・操作入力部
206・・・画像表示部
207・・・外部インターフェイス
208・・・読取部
209・・・システムバス
300・・・可搬型記憶媒体
400・・・道路ネットワーク情報テーブル
90・・・GPS衛星
Claims (7)
- 実測用車両による所定の走行ルートの実際の走行に基づいて取得される情報である走行履歴情報に基づいて、前記実測用車両の走行中の各時点における加速度を示す加速度情報を算出する加速度演算部と、
前記加速度情報に基づいて、所定の仮想車両が前記実測用車両と同等の走行を行った場合に想定される当該仮想車両の所定の状態量を算出する車両状態演算部と、
を備えることを特徴とするシミュレーション装置。 - 前記車両状態演算部は、
前記加速度情報と、予め車種ごとに一意に定められる固有値群からなる一つまたは複数の車種固有情報のうちから選択された一つと、に基づいて、当該選択された一の車種固有情報についての前記仮想車両の前記所定の状態量を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション装置。 - 前記走行履歴情報に基づいて、前記実測用車両の後方を走行する仮想後続車両の走行を模擬する追従モデル演算部を備え、
前記車両状態演算部は、さらに、
前記仮想後続車両の模擬走行から求められる当該仮想後続車両についての加速度情報に基づいて、前記仮想後続車両が前記実測用車両の後方を走行した場合に想定される当該仮想後続車両の前記状態量を算出する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシミュレーション装置。 - 前記車両状態演算部は、
前記状態量として、電力消費量を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載のシミュレーション装置。 - 前記加速度演算部は、
前記走行履歴情報として、GPSにより取得される前記実測用車両についての位置情報及び速度情報を入力する
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載のシミュレーション装置。 - 実測用車両による所定の走行ルートの実際の走行に基づいて取得される情報である走行履歴情報に基づいて、前記実測用車両の走行中の各時点における加速度を示す加速度情報を算出し、
前記加速度情報に基づいて、所定の仮想車両が前記実測用車両と同等の走行を行った場合に想定される当該仮想車両の所定の状態量を算出する
を備えることを特徴とするシミュレーション方法。 - シミュレーション装置のコンピュータを、
実測用車両による所定の走行ルートの実際の走行に基づいて取得される情報である走行履歴情報に基づいて、前記実測用車両の走行中の各時点における加速度を示す加速度情報を算出する加速度演算手段、
前記加速度情報に基づいて、所定の仮想車両が前記実測用車両と同等の走行を行った場合に想定される当該仮想車両の所定の状態量を算出する車両状態演算手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
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