JP2014240233A - 運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の力量に依存せずに、実走行燃費向上を支援するシステムを提供する。
【解決手段】実施形態に係る運転支援システムは、先行車に追従して自車を走行させるオートクルーズコントロール手段と、自車の実走行燃費を向上させる現時点以降の目標走行速度を示す走行計画を演算する走行計画演算手段と、前記走行計画及び現時点の自車の車速を表示する走行計画表示手段と、前記先行車との車間距離に応じて、前記オートクルーズコントロール手段によるオートクルーズコントロールモードと、前記走行計画を前記走行計画表示手段に表示し運転者の運転操作に応じて自車を走行させる走行計画表示モードとの切替を行う切替制御手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、車両の実走行燃費を向上させることを実現する運転支援システム技術に関する。

車の燃費は、使用する燃料、タイヤの空気圧、エンジンオイル、積載容量、走行パターン等によって変化することが知られている。車のカタログに記載されている燃費の中には、平地を一定速度で走行した場合の「定地走行燃費」と、実際の公道走行を想定して、発進、停止、アイドリングを含めた「モード走行燃費」とがある。さらに車の燃費には、実際に運転者が市街地等を走行したときの燃費である「実走行燃費」がある。運転者の経済性や地球環境を考慮した場合、この実走行燃費を向上させることが重要である。

実走行燃費を向上させる運転支援システム技術としては、例えば、燃費低下運転が行われたと判断した場合に、その旨を運転者に知らせる運転支援装置が開示されている。

特開２００６−２４０３６８号公報

しかしながら従来のものは、現時点までの運転者の運転操作に対して燃費低下を知らせるものであり、将来、どのような運転をしたらよいかを示したものでない。このため、燃費改善度が運転者の力量に依存し、且つ、様々な交通状況においては期待した効果が得られない可能性がある。

実施形態は、上述の課題を解決するためのものであり、運転者の力量に依存せずに、実走行燃費向上を支援するシステムを提供するものである。

先行車が自車の近くにある場合は、先行車の車速、自車の車速、及び先行車との車間距離情報を基に、自車の加減速回数が極力少なくなるよう、自車の車速を制御して先行車に追従するオートクルーズコントロールを行うことで実走行燃費の向上を実現する。また、先行車が自車の近くにない場合は、運転者がカーナビゲーションシステムに登録した目的地、到着希望時刻、及びカーナビゲーションシステムより得られる規制速度などの道路情報から、自車の加減速回数が極力少なく、可能な限り一定速度を保ち、必要以上に車速を上げないような走行計画（横軸時間、縦軸速度）をモニタで運転者に提示し、それに沿うよう運転させることで、実走行燃費の向上を実現する。

実施形態に係る運転支援システム１００を含む車両システムのブロック図である。 車速に応じたアクセル開度とトルクの関係を示す図である。 運転支援システム切替制御部４の制御動作を示すフローチャートである。 目標アクセル開度の決定方法を示す図である。 オートクルーズコントロールシステム５の制御ブロック図である。 目標車間距離演算部２１の動作を示すフローチャートである。 走行計画演算部８の動作を示すフローチャートである。 走行計画表示モニタ１０に表示される走行計画を一例を示す図である。 走行計画表示モニタ１０に表示される走行計画を他の例を示す図である。

以下、実施形態に係る運転支援システムについて、図面を参照して説明する。

図１は実施形態に係る運転支援システムを含む車両システムのブロック図である。本実施形態では、車両として電気自動車を採用しているが、ガソリン車、ハイブリッド車、燃料電池車等のいずれでもよい。

運転支援システム１００は図１に示すように、運転者が運転支援システムを起動するための運転支援システム起動スイッチ１と、車両の前方を含む周囲を撮影する車載カメラ２、車載カメラ２の画像データを処理する画像処理装置３、運転支援システム起動スイッチ１からの信号によりイネーブル状態となり、また、画像処理装置３にて演算した先行車との車間距離を基に、オートクルーズコントロールモードと走行計画表示モードの切替を行う運転支援システム切替制御部４と、先行車との車間距離と先行車車速及び自車の車速より自車の目標車速を決定し、インバータにトルク指令２を出力するオートクルーズコントロールシステム５と、運転者のアクセル１２の踏込量（アクセル開度）と自車の車速よりトルク指令１を演算するトルク指令演算部１１と、運転支援システム切替制御部４の出力信号に応じて、オートクルーズコントロールシステム５のトルク指令２とトルク指令演算部１１のトルク指令１の切替を行う切替スイッチ６と、運転者が目的地と到着希望時刻を含む情報を入力可能なカーナビゲーションシステム７と、運転者がカーナビゲーションシステム７に入力した情報と目的地までの道路情報とＩＴＳ（高度道路交通システム）受信部９より得られる道路信号切替情報から、燃費向上を目的とした走行計画を演算する走行計画演算部８と、走行計画演算部８より出力される走行計画と現時点での自車の車速等を表示する走行計画表示モニタ１０より構成される。尚、ここでいうオートクルーズコントロールとは、適当な車間距離をおいて、制限速度以内で自動的に先行車に追従して走行する制御を示す。また、画像処理装置３における車載カメラから得られる画像データから車間距離を演算する技術は、例えば特開平１０−４７９５４号公報に開示され、車間距離から先行車の車速を算出する技術は例えば特開平１０−４７９５４号公報に開示されている。

切替スイッチ６により選択されたトルク指令はインバータ１３に入力される。インバータ１３は、バッテリ１４の直流電圧を、トルク指令に応じた大きさの交流電圧に変換し、モータ１５を駆動する。ブレーキ１６の踏込量に対応するブレーキストローク信号は、ブレーキＥＣＵ（電子制御ユニット）１７を介してブレーキ制御信号としてブレーキアクチュエータに入力される。このブレーキＥＣＵはＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等のブレーキ制御システムを含む。ブレーキアクチュエータ１８はブレーキ制御信号に応じた大きさの電圧を発生し、ブレーキ機構１９を駆動する。

図２は車速に応じたアクセル開度とトルクの関係を示す図である。トルク指令演算部１１は図２に示す関係に従って、トルク指令１を出力する。例えば、車速１０ｋｍ／ｈでアクセル開度が２０％であれば、トルク指令演算部１１はトルク指令１として５０Ｎ・ｍを出力する。また、車速１００ｋｍ／ｈでアクセル開度が０％（全閉）であれば、トルク指令演算部１１はトルク指令１として−５０Ｎ・ｍを出力する。このように負のトルク指令は、回生ブレーキトルク（減速力）である。

図３は、運転支援システム切替制御部４の制御動作を示すフローチャートである。この切替制御部４は、運転支援システム起動スイッチ１がオンか判断し（Ｓ１０１）、起動スイッチ１がオフであれば（Ｓ１０１のＮＯ）、トルク指令演算部１１からのトルク指令１を選択して出力するよう切替スイッチ６を制御する（Ｓ１０２）。切替制御部４は、起動スイッチ１がオンであれば（Ｓ１０１のＹＥＳ）、例えばカーナビゲーションシステムより得られる現在走行中の道路の制限速度と、車間時間（例えば４秒）を乗算することにより、オートクルーズコントロールシステム上限車間距離を算出する（Ｓ１０３）。ここで車間時間とは、先行車が通過した地点に自車が到達する時間を示し、車間距離が同じであれば速度に反比例する値である。例えば現在走行中の道路の制限速度が６０ｋｍ／ｈであれば、オートクルーズコントロールシステム上限車間距離は、約６７ｍ（＝６０［ｋｍ／ｈ］×１０００×４［ｓ］／３６００）となる。

現在の車間距離が上限車間距離より大きい場合（Ｓ１０４のＮＯ）、切替制御部４は運転支援システムを走行計画表示モードとする。すなわち切替制御部４は、切替スイッチ６をトルク指令１側に設定するとともに、走行計画表示モニタ１０に運転計画を表示する。一方、現在の車間距離が上限車間距離より小さい場合（Ｓ１０４のＹＥＳ）、切替制御部４はオートクルーズコントロールモードとする。すなわち切替制御部４は、切替スイッチ６をトルク指令２側に設定するとともに、例えば走行計画表示モニタ１０に走行計画ではなくオートクルーズコントロールモード中であることを表示する（Ｓ１０６）。

ステップＳ１０７及びＳ１０８は、オートクルーズコントロールモードから走行計画表示モードへの切替を運転者にとってスムーズに行うためのステップである。すなわち切替制御部４は、現在の先行車との車間距離が自車の車速×車間時間３秒以上であるか判断する（Ｓ１０７）。例えば、先行車が制限速度を超えて加速して走行した場合などには、先行車との車間距離が自車の車速×車間時間３秒以上となる。

現在の先行車との車間距離が自車の車速×車間時間３秒以上である場合（Ｓ１０７のＹＥＳ）、切替制御部４は、アクセル開度が目標アクセル開度±５％であり、且つ、その状態が２秒継続しているか判断する（Ｓ１０８）。図４は目標アクセル開度の決定方法を示す図である。図４（ａ）の縦軸はオートクルーズコントロールモード走行時のモータトルク（現行のトルク）、横軸は目標アクセル開度である。オートクルーズコントロールモード走行時の車速をパラメータとして、トルクと目標アクセル開度の関係が示されている。例えば、オートクルーズコントロールモード走行時の車速が７０ｋｍ／ｈ、発生されているトルクが５０Ｎ・ｍのとき、目標アクセル開度は４０％となる。この時、例えば走行計画表示モニタ１０に、オートクルーズコントロールモード中であることと共に、図４（ｂ）のように、アクセル開度インジケータを表示し、運転者に適切なアクセル開度を案内する。

運転者が目標アクセル開度の範囲（図４（ｂ）では４０％±５％）内を目標にアクセルを操作し、アクセル開度が２秒間継続して目標範囲内であった場合（Ｓ１０８のＹＥＳ）、運転者が走行モード移行中であることを認識していると判断し、切替制御部４はオートクルーズコントロールモードを解除し、走行計画表示モードに移行する（Ｓ１０５）。

図５はオートクルーズコントロールシステム５の構成を示す図である。

目標車間距離演算部２１は、画像処理装置３から得られる先行車の車速と自車の車速に基づいて目標車間距離を演算する。減算器２２は、画像処理装置３から得られる先行車との車間距離と目標車間距離の誤差を算出する。この誤差が０となるようにＰＩＤ制御部２３にてＰＩＤ制御して、目標車速が算出される。その後、目標車速はリミッタ２４により現在走行中の道路の制限速度の値にてリミットされて、最終的な目標車速が得られる。減算器２５は、この目標速度と自車の現在速度との差分を演算する。この差分が０となるようにＰＩＤ制御部２６にてＰＩＤ制御してトルク指令２が決定される。

また、オートクルーズコントロールシステム内の目標車間距離演算部２１は、自車の加減速回数を減らし及び可能な限り一定速度を保つことを目的に演算する。図６は目標車間距離演算部２１の動作を示すフローチャートである。目標車間距離演算部２１は、先行車の車速の所定時間当たりの変化を基に先行車の加速の有無を判断し（Ｓ２０１）、先行車が加速している場合（Ｓ２０１のＹＥＳ）、目標車間距離を、自車の車速×車間時間３ｓ（割り込みの危険性がないだけの車間距離）とする（Ｓ２０２）。例えば自車の車速が６０ｋｍ／ｈのとき、目標車間距離は５０ｍ（＝６０［ｋｍ／ｈ］×１０００×３［ｓ］／３６００）となる。先行車が減速している場合（Ｓ２０３のＹＥＳ）、自車の車速×車間時間２ｓ（車両十分に停止できるだけの車間距離）とする（Ｓ２０４）。例えば自車の車速が６０ｋｍ／ｈのとき、目標車間距離は約３３ｍ（＝６０［ｋｍ／ｈ］×１０００×２［ｓ］／３６００）となる。先行車が加速も減速もしていない場合は（Ｓ２０３のＮＯ）、今回算出する目標車間距離が前回値と同じなるよう（実車も一定速度となるよう）、目標車間距離を設定する（Ｓ２０５）。

このように、先行車が加速している場合の目標車間距離を、先行車が減速している場合の目標車間距離より長く設定することで、加速時のアクセル開度を抑えることができ、実走行燃費の向上に寄与することができる。

カーナビゲーションシステム７は、運転者が目的地の設定と目的地までの到着希望時刻を入力可能であり、且つ、道路の制限速度の情報を出力するものとする。尚、この到着希望時刻はカーナビゲーションシステム７が算出する予想到着時刻より後の時刻である必要がある。つまり、運転者が時間に余裕があり燃費を向上させたい場合、予想到着時刻より後の時刻を到着希望時刻としてカーナビゲーションシステム７に設定する。

ＩＴＳは本運転支援システムにおいては、信号が後どのくらいの時間で青から赤に変わるかを知らせる信号切替情報を送信するものとする。

走行計画演算部８は、不必要な加減速をなくし、なるべく車速を一定に保ち、且つ、不必要に車速を上げないという走りを実現するため、運転者に理想的な走行計画を示すためのものである。図７は走行計画演算部８の動作を示すフローチャート、図８は走行計画表示モニタ１０に表示される走行計画を示す。

走行計画演算部８は先ず、例えばカーナビゲーションシステム７より出発点の制限速度Ｖａを抽出する（Ｓ３０１）。走行計画演算部８は、車両発進時における加速度は、穏やかなスタートとなるような加速度ａ１（例えば０．１Ｇ）として、このとき車速Ｖａに到達するまでの時間ｔ１（＝（Ｖａ−０）／ａ１）を算出する（Ｓ３０２）。次に走行計画演算部８は、ｔ１秒後の走行距離Ｌ１（＝１／２×ａ１×ｔ１^２）を算出する（Ｓ３０３）。

走行計画演算部８は、出発点から目的地までに制限速度が変更となるポイントがあるかどうかを、例えばカーナビゲーションシステム７より検出し（Ｓ３０４）、制限速度の変更がない場合（Ｓ３０４のＮＯ）、目標車速Ｖａ一定として表示モニタ１０に表示する（Ｓ３０５）。制限速度の変更がある場合（Ｓ３０４のＹＥＳ）、走行計画演算部８は変更後の制限速度Ｖｂと出発点からの距離Ｌ３を抽出し（Ｓ３０６）、また、減速度を−ａ２として、車速がＶａからＶｂに到達するまでの時間ｔ２（＝（Ｖｂ−Ｖａ）／（−ａ２））を算出する（Ｓ３０７）。尚、減速度−ａ２は、車両の燃費を向上させるため、電気自動車の回生ブレーキのみによる制動力より算出してもよい。次に走行計画演算部８は、ｔ２秒間に車両が走行する走行距離Ｌ２（＝Ｖａ×ｔ２−１／２×ａ２×ｔ２^２）を算出し（Ｓ３０８）、これらより、Ｖａで定速走行する時間ｔ３（＝Ｌ３−（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖａ）を算出する（Ｓ３０９）。

以上より演算した走行計画と現時点の車速とを図８のように運転者に表示することで、将来的にどのように走るべきかを運転手に提示し、不必要な加減速を抑制し実走行燃費を向上できる。

尚、運転者に運転に集中させ必要以上の情報を与えないために図９のように、現時点から数秒前の車速と、現時点から数秒後までの走行計画をモニタに示すのが好ましい。図９（ａ）は、運転者に対し過去３秒の走行実績と、これから３秒の走行計画を示す。現在の車速はグラフ中央に表示される。図９（ｂ）は、図９（ａ）から１秒後の走行計画を示す。このように走行計画は、時間と共に右から左へスクロールする。

また、カーナビゲーションシステム７が計算した予想到着時刻より後の到着希望時刻が設定されている場合、予想到着時刻と到着希望時刻の差分と、目的地までの距離に応じて、目標車速を制限速度より下げることで、車両の空気抵抗や加速抵抗を抑制することができ、燃費向上が期待できる。

また、一般車道においては、走行計画は信号による影響を受ける。このため、社会インフラが発達している地域ではＩＴＳより信号の点灯情報を入手し、自車が走行している車線の青信号が赤信号になるまでの時間を推定し（例えば１０秒）、現地点から車道の信号までの距離を考慮して、走行計画を再演算してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (4)

1. 先行車に追従して自車を走行させるオートクルーズコントロール手段と、
   自車の実走行燃費を向上させる現時点以降の目標走行速度を示す走行計画を演算する走行計画演算手段と、
   前記走行計画及び現時点の自車の車速を表示する走行計画表示手段と、
   前記先行車との車間距離に応じて、前記オートクルーズコントロール手段によるオートクルーズコントロールモードと、前記走行計画を前記走行計画表示手段に表示し運転者の運転操作に応じて自車を走行させる走行計画表示モードとの切替を行う切替制御手段と、
   を具備する運転支援システム。
2. 前記切替制御手段は、前記オートクルーズコントロールモードから前記走行計画表示モードに切換える際に移行期間を設け、演算結果である走行計画における車速に、運転者のアクセル操作量に対応する車速が一致した後に、オートクルーズコントロールモードを走行計画表示モードに切換え、前記運転支援システムのモード切替を運転者にとって違和感なく行う請求項１記載の運転支援システム。
3. 前記オートクルーズコントロール手段は、先行車に追従する自車の車速を、カーナビゲーションシステムより得られる現在走行中の道路の制限速度に制限する請求項１又は２記載の運転支援システム。
4. 前記オートクルーズコントロール手段は、先行車及び自車の車速から目標車間距離を演算する演算手段と、現在の車間距離と前記目標車間距離との差分に応じたトルク指令を生成する手段とを有し、
   前記演算手段は、前記先行車が加速しているか減速しているか判断する手段を有し、前記先行車が加速しているときの目標車間距離を、前記先行車が減速しているときの目標車間距離より長く設定する請求項１乃至３の１記載の運転支援システム。

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