JP2015091683A - 車両用エネルギーマネジメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率の良い車両機器の制御を可能にする車両用エネルギーマネジメント装置を提供する。【解決手段】車両用エネルギーマネジメント装置１００において、走行経路算出部１０１は、車両の走行経路を算出し、エネルギー消費関連情報取得部１０２は、当該走行経路におけるエネルギー消費関連情報を取得する。エネルギー消費量演算部１０３は、エネルギー消費関連情報に基づいて、車両が走行経路を走行するときの車両機器１２０によるエネルギー消費量の予測値（必要走行エネルギー量）を算出する。制御計画立案部１０４は、必要走行エネルギー量に基づいて、車両機器１２０の制御計画を立てる。フィードバック制御部１０６は、車両機器１２０によるエネルギー消費量の予測値と実測値との差が小さくなるように車両機器１２０のフィードバック制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエネルギー消費を管理する車両用エネルギーマネジメント装置に関し、特に、異なる複数のエネルギー源を持つ車両に適した車両用エネルギーマネジメント装置に関するものである。

燃料エネルギーや電気エネルギーなど、異なる複数のエネルギー源を動力源とする車両、いわゆるハイブリッド車は、エネルギー消費量を抑えるために様々な動作モードを備えている。ハイブリッド車の動作モードとしては、例えば、エンジンが出力する動力のみを動力源にして走行するモード、モーターが出力する動力のみを動力源にして走行するモード、エンジン出力とモーター出力とを合わせた動力を動力源にして走行するモード、エンジン出力で発電してその電力を蓄電したりモーターの駆動に用いたりするモード、などがある。

従来、これらの動作モードの切り替え制御は、車載センサが取得した情報（センサ情報）から判断される現在の車両状態に基づいて行われていた。すなわち、センサ情報に基づき、車両の走行に必要な出力を算出し、その出力を得るのに最適な動作モードを選択するという逐次制御によって、エネルギー消費ができるだけ少なくなるように動作モードが切り替えられていた。

例えば、下記の特許文献１には、エンジン走行で必要とされる燃料消費量と、モーター走行で必要とされる燃料消費量と、モーターアシスト走行（エンジンとモーターの出力を合わせた動力を動力源とする走行）で必要とされる燃料消費量とをそれぞれ算出して比較し、実質的に燃料消費量が小さい動力源を選択する技術が開示されている。

また、下記の特許文献２には、要求される駆動力を得るために基本トルクに上載せして追加トルクを発生させる場合に、追加トルクを発生するときのエンジンのエネルギー効率とモータージェネレータのエネルギー効率とを比較し、その比較結果に基づいて、エンジンおよびモータージェネレータの追加トルクに対するトルク分担比を決定することにより、エネルギー効率の高いトルクアシスト制御を得る技術が開示されている。

特許文献３には、車両がアイドリング・ストップ（停車時自動エンジン停止）を実施している間、冷房能力が確保されている否かを確認し、確保されていればエンジンを始動させず、確保できなくなるとエンジンを始動させ、一旦エンジンを始動させた後は冷房能力が確保できたとしてもエンジンを停止させない、といったエンジン制御の技術が開示されている。この技術では、燃費の悪化の防止と、エンジンの始動・停止が繰り返されることによる不快感の発生を防止することができる。

特許第３５３７８１０号公報 特許第３８９４１０５号公報 特許第３３８６０４４号公報

ハイブリッド車の場合、電気エネルギーによるモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回生（車両の運動エネルギーを用いた発電）が、車両の蓄電池の充電状態によって制限されることがある。例えば、蓄電池の充電量が少ない状態では、上り坂で大きな駆動力が必要なときであっても、モーターを駆動させずにエンジンのみで走行しなければならず、燃費が悪化する。また、蓄電池の充電量が上限に近い状態では、回生した電力を蓄電池に充電できないため、下り坂で回生が可能なときであっても回生ブレーキを使用できず、摩擦ブレーキを使わざるを得ない。摩擦ブレーキを使用すると、運動エネルギーが熱として無駄に捨てられることになる。

また、市街地の道路と高速道路の両方を含む経路を走行する場合、市街地ではモーターを用いて走行し、高速道路ではエンジンを用いて走行すると、エネルギー効率が良いと考えられる。そのため、高速道路の出口付近では蓄電池の充電量を増やす動作モード、例えばエンジン出力で発電を行う動作モードとなることが望ましい。しかし、動作モードの選択を現在のセンサ情報に応じて行う従来の方式では、エンジン出力による発電をどのタイミングで開始すればよいか判断はできないため、そのような動作モードの切り替え制御は不可能であった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、エネルギー効率の良い車両機器の制御を行うことが可能な車両用エネルギーマネジメント装置を提供することを目的とする。

本発明に係る異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、前記走行経路における前記車両のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部と、前記エネルギー消費関連情報に基づいて、前記車両が前記走行経路を走行するときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を算出するエネルギー消費量演算部と、前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記複数の車両機器の制御計画を立てる制御計画立案部と、前記制御計画に従って前記複数の車両機器を制御する車両機器制御部と、前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値とその実測値との差が小さくなるように前記複数の車両機器のフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備えるものである。

本発明に係るエネルギーマネジメント装置によれば、走行経路におけるエネルギー消費関連情報を前もって取得し、その情報に基づいて車両が走行経路を走行するときの複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値が算出されるので、走行経路全体を通しての燃料の残量変化および蓄電池の充電量の変化を事前に把握できる。そのため、従来は不可能であった車両機器の制御を行うことができる。

例えば、エンジンとモーターを動力源とする車両において、車両機器の制御計画を立てる際に、電気エネルギーによるモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回生が、蓄電池の充電状態で制限されないように、車両機器の制御計画を立てることができる。それにより、必要以上にエンジンを駆動させることによる燃費の悪化や、摩擦ブレーキによって運動エネルギーが熱として無駄に捨てられることを防止することができる。

実施の形態１に係る車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。 制御計画立案部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る車両用エネルギーマネジメント装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る車両用エネルギーマネジメント装置で作成される車両機器の制御計画の例を示す図である。 実施の形態２に係る車両用エネルギーマネジメント装置で作成される車両機器の制御計画（エアコンの制御計画）の例を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、２以上のエネルギー源を持つ車両に広く適用可能であるが、本実施の形態では、燃料エネルギーと電気エネルギーの２つを動力源とする車両に搭載される車両用エネルギーマネジメント装置を示す。

車両用エネルギーマネジメント装置１００は、当該車両用エネルギーマネジメント装置１００を搭載した車両（以下「自車」ともいう）のモーター（電動機）、エンジン、ジェネレータ（発電機）などの車両機器１２０を制御する。なお、モーターは車両の減速時には、電力を回生する発電機（回生ブレーキ）として機能することができる。また、車両用エネルギーマネジメント装置１００が制御する車両機器１２０には、エアコンなど、車両の動作モードには直接関係しないが、車両のエネルギー消費に影響する機器が含まれていてもよい。

図１に示すように、車両用エネルギーマネジメント装置１００は、走行経路算出部１０１、エネルギー消費関連情報取得部１０２、エネルギー消費量演算部１０３、制御計画立案部１０４、車両機器制御部１０５、フィードバック制御部１０６、再計画指示部１０７および現在位置取得部１０８を含む構成となっている。また、車両用エネルギーマネジメント装置１００はコンピュータを用いて構成されており、上記の各要素はコンピュータがプログラムに従って動作することにより実現される。

走行経路算出部１０１は、地図データを用いて、自車の出発地から目的地（到着地）までの走行経路を算出する。走行経路算出部１０１は、走行経路の他にも、出発地からの出発時刻や、目的地への到着予想時刻も算出することができる。ここで、走行経路算出部１０１が出力する自車の走行経路の情報には、その経路に含まれる各道路の標高情報（すなわち勾配情報）、道路属性（例えば、市街地の道路、山岳路、高速道路などの種別）、道路幅、カーブの曲率、時刻に応じて各道路で予測される車両の流れを示す速度情報（予測速度情報）などの情報が含まれるものとする。なお、走行経路算出部１０１は、自車の走行経路、出発時刻、到着予想時刻などを自ら算出せずに、外部のナビゲーション装置が算出したそれらの情報を取得するものであってもよい。

エネルギー消費関連情報取得部１０２は、走行経路算出部１０１が算出した走行経路における車両のエネルギー消費に関係する情報（エネルギー消費関連情報）を取得する。エネルギー消費関連情報は、例えば、走行経路に含まれる各道路の勾配情報、道路属性、道路幅、カーブの曲率および予測速度情報、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System）などの情報配信サービスが配信する渋滞情報および各道路での実際の車両の流れを示す車速情報（実測速度情報）、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）と呼ばれる先進運転支援システム（例えば衝突予防安全装置など）が取得したレーダー情報など、車両のエネルギー消費量に影響し得る情報である。これらの情報は、従来、車両の動作モードの切り替え制御の目的に使用されることはなかったが、本実施の形態ではそれらの情報が車両の動作モードの切り替え制御に活用される。

エネルギー消費量演算部１０３は、走行経路算出部１０１が算出した自車の走行経路と、エネルギー消費関連情報取得部１０２が取得したエネルギー消費関連情報とに基づき、自車が出発地から目的地まで走行する間のエネルギー消費量の予測値、すなわち自車が走行経路を走破するのに必要となるエネルギー量（必要走行エネルギー量）を計算する。必要走行エネルギー量は、予め定められた数式や特性データを用いて計算できる。そのような数式としては、走行経路に含まれる各道路の道路勾配および予測速度情報ならびに車両諸元情報（車両重量や走行抵抗係数など）から、必要走行エネルギー量を算出する物理式や、必要走行エネルギー量を、エンジン駆動に必要な燃料の量や、モーター駆動に必要な電力量、またはそれらを組み合わせたときに必要な燃料の量および電力量へ変換する変換式などがある。また、特性データとしては、エンジンの回転数に対する、トルク、エンジン出力、燃料消費量などの特性を示すデータマップなどがある。

制御計画立案部１０４は、自車の走行前および走行中に、走行経路全体での自車のエネルギー消費量（燃料消費量および電力消費量）が、予め定められた条件（例えば、特定の目標値に最も近づく条件や、燃料消費量が最小になる条件など）を満たすように、モーター、エンジン、ジェネレータ等の車両機器１２０の制御計画を立てる。

ここで、制御計画立案部１０４をより詳細に説明する。図２は、制御計画立案部１０４の構成を示すブロック図である。図２のように、制御計画立案部１０４は、走行経路分割部２０１および動作モード割り当て部２０２から成っている。

走行経路分割部２０１は、走行経路算出部１０１が算出した走行経路を、その走行経路におけるエネルギー消費関連情報に基づいて、複数の区間に分割する。動作モード割り当て部２０２は、走行経路全体での自車のエネルギー量が予め設定された条件を満たすように、区間ごとの自車の動作モードの割り当てを行う。

車両のエネルギー消費量は動作モードによって変化するため、動作モード割り当て部２０２は、エネルギー消費量演算部１０３を用いて、各区間を走破するのに必要なエネルギー量（各区間の必要走行エネルギー量）を各動作モードに場合分けして算出し、走行経路全体での自車のエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各区間の動作モードの組み合わせを選択することになる。この動作モード割り当て部２０２が決定した、区間ごとの動作モードの割り当てが、車両機器１２０の制御計画として制御計画立案部１０４から出力される。

図１に戻り、車両機器制御部１０５は、制御計画立案部１０４が出力した車両機器１２０の制御計画（各区間の動作モードの割り当て）に従い、車両機器１２０を制御して、動作モードの切り替えを行う。なお、動作モードの切り替えは、通常、自車が新たな区間に入ったときに行われるが、後述するように、走行の途中で車両機器１２０の制御計画が変更（再計画）される場合や、運転者の操作によって制御計画どおりの動作モードを維持できない場合もあり、そのような場合には区間の途中でも動作モードは切り替えられる。

フィードバック制御部１０６は、車両機器制御部１０５によって制御された車両機器１２０における実際のエネルギー消費量（エネルギー消費量の実測値）と、制御計画立案部１０４が制御計画を作成したときに算出した各区間のエネルギー消費量（エネルギー消費量の予測値（計画値））とを比較し、両者の差が小さくなるように動作モードのパラメータ（エンジンとモーターの出力比率、電力回生の強さなど）を補正する。

再計画指示部１０７は、例えば、エネルギー消費量の予測値と実測値の差の大きさ又は差の変化量が予め定められた閾値を超えた場合や、自車が予定の走行経路（走行経路算出部１０１が算出した走行経路）から外れ、走行経路算出部１０１が走行経路を変更した場合、に、制御計画立案部１０４に対して、車両機器１２０の制御計画の立て直しを指示する。さらに再計画指示部１０７は、利用者が車両機器１２０の制御計画の変更を指示した場合にも、制御計画立案部１０４に計画のやり直しを指示することができる。

現在位置取得部１０８は、ＧＰＳ（Global Positioning System）から取得した自車の絶対位置（緯度・経度）および自車の速度センサや方位センサが取得した情報（センサ情報）から分かる相対位置から、自車の現在位置を算出する。現在位置取得部１０８が算出した自車の現在位置は、走行経路算出部１０１が走行経路を算出する処理や、車両機器制御部１０５が自車の存在する区間を判断する処理などに用いられる。

次に、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作を説明する。図３は、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作を示すフローチャートである。図４は、制御計画立案部１０４が作成する走行計画の例を示す図である。

車両（もしくは車載システム）の起動により、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作フローが開始されると、まず、走行経路算出部１０１が、現在地から設定された目的地までの走行経路を探索する（ステップＳ１０１）。目的地の設定は、車両の利用者がユーザインタフェースを用いて行ってもよいし、走行経路算出部１０１が、過去の走行履歴などから目的地を推定することによって自動的に行われてもよい。

走行経路の探索が終了すると、エネルギー消費関連情報取得部１０２が、その走行経路上におけるエネルギー消費関連情報を取得する（ステップＳ１０２）。図４に示される道路属性（道路種別）、道路勾配、平均車速は、エネルギー消費関連情報から抽出されたものである。なお、図４の平均車速は、予測される自車の平均速度であり、地図表示装置１０１が出力した走行経路の情報に含まれている予測速度情報でもよいし、情報配信サービスから取得した実測速度情報でもよい。

続いて、制御計画立案部１０４において、走行経路分割部２０１が、自車の走行経路を、道路属性、道路勾配、平均車速などの情報を考慮して、複数の区間に分割する（ステップＳ１０３）。走行経路の分割方法としては、例えば、走行経路をまずは道路種別ごとの大まかな区間に分割し、その後、道路勾配の大きい区間を抽出したり、一定の長さ以上の区間を複数の区間に分割したりする方法が考えられる。図４においては、走行経路が区間Ｄ１〜Ｄ１０の１０個の区間に分割されている。なお、走行経路の分割方法は上記に限られず、例えば、一定距離または自車が一定時間で走行可能な距離ごとに分割する方法や、道路の分岐点で区切って分割する方法なども考えられる。

走行経路の分割が完了すると、動作モード割り当て部２０２が、走行経路全体での自車のエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各区分の動作モードの割り当てを行うことによって、車両機器１２０の制御計画を作成する（ステップＳ１０４）。

ここで、ステップＳ１０４で行われる車両機器１２０の制御計画の作成処理（各区分の動作モードの割り当て処理）の詳細を説明する。まず、動作モード割り当て部２０２は、道路勾配、平均車速といったエネルギー消費関連情報と、車両の諸元情報（寸法・重量などの仕様）とから、以下の式１〜式５を用いて、区間ごとの必要走行エネルギー量を計算する。

式１は、道路勾配（傾斜角θ）が車両に作用する力Ｆ_Ｇｒａｄの算出式である。ｍは車両の重量、ｇは重力加速度を表している。式２は、タイヤの転がり抵抗が車両に作用する力Ｆ_Ｒｏｌｌの算出式である。Ｃ_Ｒｏｌｌはタイヤの転がり抵抗係数を表している。式３は、空気抵抗が車両に作用する力Ｆ_Ａｉｒの算出式である。ρは空気密度、Ｃ_ＣＤは空気抵抗係数、Ｃ_ＦＡは車両の前面投影面積、ｖは車速を表している。式４は、加速抵抗が車両に作用する力Ｆ_Ａｃｃの算出式である。式５は、単位時間当たりのエネルギーＥの算出式である。図４に示す各区間の必要走行エネルギー量は、式１〜式５を用いて算出した区間ごとの必要走行エネルギー量を、キロワット時（ｋＷｈ）の単位で表したものである。

続いて、動作モード割り当て部２０２は、各区間をどの動作モードで走行するか、すなわち、各区間の必要走行エネルギー量を、自車の複数のエネルギー源のうちのどれで担保するかを割り当てる。図４に示す各区間の動作モードの割り当ては、動作モード割り当て部２０２によって割り当てられた結果を示している。

実施の形態１では、自車の動作モードとして、蓄電された電力を用いたモーター駆動により走行する「ＥＶ（Electric Vehicle）モード」、燃料をエネルギー源とするエンジンのみで走行する「エンジンモード」、モーターとエンジンの両方で走行する「ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）モード」、エンジンで発電機を回して得た電力を蓄電する「エンジン＋発電モード」、下り坂や減速の際に運動エネルギーを使って発電する「回生モード」、慣性によって走行する「惰性走行モード」の６つを仮定している。

「ＥＶモード」では、必要走行エネルギー量を全て電力で賄うので、燃料消費量は０であり、電力消費量は、必要走行エネルギー量にモーターやインバータの効率で除した値として得ることができる。モーターやインバータの効率は物理式から求めてもよいし、データマップから得てもよい。

「エンジンモード」では、必要走行エネルギー量を全て燃料で賄うので、電力消費量は０であり、燃料消費量は、例えばエンジンのトルク、回転数、出力と燃料消費量の関係を表すＢＳＦＣ（Brake Specific Fuel Consumption）と呼ばれる燃料消費率マップを使って算出することができる。

「ＨＥＶモード」では、必要走行エネルギー量が電力と燃料で分担して賄われる。例えば、エンジンの出力は、ＢＳＦＣにおいてエンジンのトルクおよび回転数が最も効率良くなる値に設定され、モーターの出力は、エンジンの出力だけでは足りないエネルギー量を賄うように設定される。その場合、燃料消費量は、そのように設定されたエンジンのトルク、回転数、出力からＢＳＦＣを用いて算出できる。また、電力消費量は、必要走行エネルギー量からエンジンが出力するエネルギー量を減じた値に、モーターやインバータの効率で除した値として得ることができる。

「エンジン＋発電モード」では、エンジンの出力を、トルクおよび回転数が最も効率良くなる値に設定した上で、余剰のエンジン出力によって発電が行われる。よって、燃料消費量は、そのように設定されたエンジンのトルク、回転数、出力からＢＳＦＣを用いて算出できる。また、電力消費量は、余剰のエンジン出力で発電可能な電力量に相当する負の値に発電機やインバータの効率を乗じた値として得ることができる。

「回生モード」では、エンジンおよびモーターの出力は０であり、電力回生のみが行われる。従って、燃料消費量は０であり、モーターを用いた回生ブレーキによる発電量に相当する負の値として得ることができる。なお、回生ブレーキによる発電量は、「ＥＶモード」における電力消費量と同じ方法で計算できるが、その正負や効率の乗除は逆である。

「惰性走行モード」では、エンジンおよびモーターの出力は０であり、電力回生も行われないので、電力消費量、燃料消費量とも０となる。

動作モード割り当て部２０２は、自車の走行経路全体の燃料消費量および電力消費量が、予め定められた条件を満たすように、各区分の動作モードの割り当てを決定する。ただし、車両の特性や動作モードごとの制約（例えば、燃料タンクおよび蓄電池の容量、定格、各動作モードで走行可能な速度範囲など）を守る必要があるため、区分によっては特定の動作モードの割り当てが不可能な場合も考えられる。このような制約を守りつつ、予め定められた条件が満たされるように動作モードの割り当てを行う。

動作モードの割り当ての決定方法としては、各区分に割り当て可能な動作モードを総当たり的に比較する方法でもよいし、いわゆる“組み合わせ最適化問題”の解法として一般的に知られた方法を用いてもよい。このようにして決定された各区分の動作モードの割り当てが、車両機器１２０の制御計画となる。

図４には、各区分の動作モードに基づいて計算したエネルギー消費計画、すなわち燃料消費量の予測値から求めた燃料消費計画（燃料の残量変化）と、電力消費量の予測値から求めた電力消費計画（蓄電池の充電量の変化）とをグラフで示している。このように本実施の形態では、走行経路におけるエネルギー消費関連情報を前もって取得しているため、走行経路全体を通しての燃料の残量変化および蓄電池の充電量の変化を事前に把握できる。

そのため、制御計画立案部１０４が車両機器１２０の制御計画を立てる際、電気エネルギーによるモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回生が、自車の蓄電池の充電状態によって制限されないように、各区分の動作モードを割り当てることができる。そのような制御計画を立てることで、必要以上にエンジンを駆動させることによる燃費の悪化や、摩擦ブレーキによって運動エネルギーが熱として無駄に捨てられることが抑制される。

図３に戻り、自車が走行を開始すると、車両機器制御部１０５は、現在位置取得部１０８が取得した自車の現在位置に基づき、自車が走行経路上のどの区間にいるかを認識し、自車が新たな区間に入ったか（区間の境界を通過したか）否かを判断する（ステップＳ１０５）。自車が新たな区間に入れば（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、車両機器１２０の制御計画に従って、必要に応じて自車の動作モードを切り替える（ステップＳ１０６）。自車が新たな区間に入っていなければ（ステップＳ１０５でＮＯ）、現在の動作モードを維持する。そして、車両機器制御部１０５は、現在の動作モードに従って、車両機器１２０を制御する（ステップＳ１０７）。

ここで、自車の走行中には、ステップＳ１０４で算出されるエネルギー消費計画（エネルギー消費量の予測値）と実際のエネルギー消費量（エネルギー消費量の実測値）との間に差が生じ得る。例えば、想定外の渋滞により予定通りの速度で走行できない場合や、運転者の操作によって制御計画どおりの動作モードが維持されない場合があるからである。エンジンおよびモーターの出力が０と仮定される「惰性走行モード」や「回生モード」の区間であっても、運転者が実際の交通状況に応じて自車のアクセルやブレーキの操作を行うことは十分に想定される。また、自車が予定された走行経路から外れた場合にも、その差が生じる。

このようなエネルギー消費計画からのずれを認識するために、フィードバック制御部１０６は、エネルギー消費量の予測値と実測値の差を演算する（ステップＳ１０８）。具体的には、例えばエンジン制御用のコントローラが計測した燃料消費量と予め計算した燃料消費量の予測値（図４の燃料消費計画）との差、および、モーター制御用のコントローラが計測した電力消費量と予め計算した電力消費量の予測値（図４の電力消費計画）との差、をそれぞれ演算する。

再計画指示部１０７は、フィードバック制御部１０６が演算したそれらの差の大きさ又は変化量が予め定められた閾値を超える場合や、自車が走行経路を外れて走行経路に変更が生じた場合、また使用者から指示があった場合に、車両機器１２０の制御計画を立て直す必要があると判断し（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、制御計画立案部１０４にその立て直しを命じ、ステップＳ１０１に戻る。それ以外の場合には（ステップＳ１０９でＮＯ）、フィードバック制御部１０６が、ステップＳ１０４で求めたエネルギー消費量の予測値と実測値の差が小さくなるように、動作モードのパラメータ（エンジンとモーターの出力比率、電力回生の強さなど）を補正して、車両機器１２０のフィードバック制御を行う（ステップＳ１１０）。

その後、車両機器制御部１０５は、自車が走行経路を走破したか否かを確認する（ステップＳ１１１）。自車が走行経路を走破していれば（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、本フローは終了する。走破していなければ（ステップＳ１１１でＮＯ）、ステップＳ１０５に戻る。

以上説明したように、実施の形態１に係る車両用エネルギーマネジメント装置１００においては、走行経路におけるエネルギー消費関連情報を前もって取得することで、走行経路全体を通しての燃料の残量変化および蓄電池の充電量の変化を事前に把握できる。そのため、従来の車両では不可能であった動作モードの切り替え制御を行うことができる。

例えば、車両機器１２０の制御計画を立てる際に、電気エネルギーによるモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回生が、自車の蓄電池の充電状態で制限されないように、各区分の動作モードを割り当てることができる。それにより、必要以上にエンジンを駆動させることによる燃費の悪化や、摩擦ブレーキによって運動エネルギーが熱として無駄に捨てられることを防止することができる。

具体的には、上り坂の手前で登坂に必要な電力を蓄電池に充電させ、登坂時にその電力を用いたモーター駆動によってエンジンでの燃料消費を抑えるような動作モードの切り替え制御や、下り坂の手前ではモーターやエアコンの出力を上げて積極的に電力を消費することで、前もって蓄電池に、坂を下るときの回生電力を無駄なく充電できるだけの空き容量を確保するような動作モードの切り替え制御が考えられる。また、高速道路の出口付近で蓄電池の充電量を増やしておき、市街地の道路を走行するときにその電力を用いたモーター駆動を行う動作モードの切り替え制御も考えられる。

さらに、走行経路における市街地の道路と高速道路の割合といった情報も予め得られるため、市街地をできるだけ電力によるモーター駆動を行い、高速道路ではエンジンを効率の良い領域で駆動して走行および充電を行うような動作モードの切り替え制御なども可能となる。

なお、エネルギー消費関連情報取得部１０２により取得され、車両機器１２０の制御計画の立案時に考慮されるエネルギー消費関連情報は、上に例示したものの他、気象情報（天気、気温、湿度、日射量など）や、インフラのエネルギー網（例えば、家庭や工場、ビルなどの電力網（グリッド））の需給情報なども考えられる。インフラのエネルギー網の需給情報としては、例えば、家庭や工場、ビルなどのエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）が作成した電力の需給計画がある。これらの情報は、車両の走行に要するエネルギー量（エンジンやモータのエネルギー消費量）に直接影響しないが、エンジンやモーターの駆動に費やすことができるエネルギー量に影響する。

例えば、走行経路の気温や天気、湿度等によっては、エアコン、ワイパー、照明などの機器の消費電力が大きくなり、その分だけモーター駆動に費やすことができる電力が減ることになるため、そのような状況が想定される区間にはモーター駆動の優先度の低い動作モードが割り当てられるようにするとよい。また、例えば、自宅や勤務先の電力需給計画に自車の蓄電池の電力を利用するような場合、到着時の蓄電池の充電量が、自宅や勤務先の電力需給計画に合うようにエンジン駆動やモーター駆動の分担比を制御するとよい。

＜実施の形態２＞
車両が消費するエネルギーのうち、エアコン（特に電動コンプレッサーや電気式ヒーターなど）が消費するエネルギーが占める割合は比較的大きく、電力を用いて空調を行うと、車両の電力での走行可能距離は大幅に短くなる。逆に言えば、エアコンは、車両のエネルギー消費量を調整する手段としても利用できる。そこで、実施の形態２では、実施の形態１における車両機器１２０の制御計画に、エアコンの制御計画も含ませる。

実施の形態２に係る車両用エネルギーマネジメント装置１００の構成および動作は、制御計画立案部１０４が作成する車両機器１２０の制御計画の内容以外は実施の形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

図５は、実施の形態２に係る車両用エネルギーマネジメント装置の制御計画立案部が作成する走行計画の例を示す図である。図５においては、車両機器１２０の制御計画を作成する際に算出する必要走行エネルギー量を、区間ごとの値ではなく時間変化で表している。また、ここではエアコンが車室の温度を上げる暖房運転をする状況を想定している。

本実施の形態では、区間ごとに、エアコンで消費させる電力を割り当て、それに応じてエアコンの出力計画を作成する。具体的には、必要走行エネルギー量に閾値（図５の必要走行エネルギー量のグラフ内の点線）を設け、必要走行エネルギー量がその閾値より小さくなる区間はエアコンの出力を上げ、閾値より大きくなる区間はエアコンの出力を下げるように計画する。つまり、エアコンによる車室温度の調整を、主に必要走行エネルギー量が小さい区間で行い、必要走行エネルギー量が大きい区間ではエアコンによる電力消費を抑えて、蓄電池の電力をモーター駆動に活用できるようにする。

ただし、車室温度が設定温度から大きく外れると、快適性が損なわれるため、エアコンの出力の調整は、車室温度が設定温度を基準にして一定の範囲内（図５の車室温度計画のグラフ内の２つの点線の間）に収まるようにする。

また、自車が目的地（走行経路の終点）に近づいたとき（現在位置と目的地までの距離が特定の値以下になったとき、あるいは現在時刻と目的地への到着予定時刻との差が特定の値以下になったとき）、エアコンの出力を制限するように計画して、エアコンの無駄な使用を抑えるようにしてもよい（図５では、目的地直前の区間Ｄ１０に入ったときにエアコンの出力を０にする計画としている）。

このようにしてエアコンの制御計画が決まれば、その後は、エアコンの制御計画に基づいたエアコンの消費電力を考慮しつつ、実施の形態１と同様の方法で、各区間の動作モードの割り当てを行えばよい。

実施の形態２に係る車両用エネルギーマネジメント装置１００によれば、車室内の快適性を維持しつつ、必要走行エネルギー量が大きい区間ではエアコンのエネルギー消費を減らし、必要走行エネルギー量が小さい区間ではエアコンのエネルギー消費を増やすといったエアコンの制御計画が立てられた上で、動作モードの制御計画が立案される。それにより、エアコンの電力消費によってモーター駆動が制限されることが抑えられ、実施の形態１よりもさらに効率的な動作モードの切り替え制御を行うことが可能になる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 車両用エネルギーマネジメント装置、１０１ 走行経路算出部、１０２ エネルギー消費関連情報取得部、１０３ エネルギー消費量演算部、１０４ 制御計画立案部、１０５ 車両機器制御部、１０６ フィードバック制御部、１０７ 再計画指示部、１０８ 現在位置取得部、１２０ 車両機器、２０１ 走行経路分割部、２０２ 動作モード割り当て部。

本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、前記走行経路における前記車両のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部と、前記エネルギー消費関連情報に基づいて、前記車両が前記走行経路を走行するときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を算出するエネルギー消費量演算部と、前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記複数の車両機器の制御計画を立てる制御計画立案部と、前記制御計画に従って前記複数の車両機器を制御する車両機器制御部と、前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値とその実測値との差が小さくなるように前記複数の車両機器のフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備え、前記複数の車両機器は、電力をエネルギー源とするエアコンを含み、前記制御計画立案部は、前記車両の車室温度が特定の範囲に収まる限度で、前記車両の走行に比較的多くの電力を使用するときは前記エアコンの出力を下げ、前記車両の走行に比較的少ない電力を使用するときは前記エアコンの出力を上げるように、前記エアコンの制御計画を立てるものである。

走行経路の分割が完了すると、動作モード割り当て部２０２が、走行経路全体での自車のエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各区間の動作モードの割り当てを行うことによって、車両機器１２０の制御計画を作成する（ステップＳ１０４）。

ここで、ステップＳ１０４で行われる車両機器１２０の制御計画の作成処理（各区間の動作モードの割り当て処理）の詳細を説明する。まず、動作モード割り当て部２０２は、道路勾配、平均車速といったエネルギー消費関連情報と、車両の諸元情報（寸法・重量などの仕様）とから、以下の式１〜式５を用いて、区間ごとの必要走行エネルギー量を計算する。

動作モード割り当て部２０２は、自車の走行経路全体の燃料消費量および電力消費量が、予め定められた条件を満たすように、各区間の動作モードの割り当てを決定する。ただし、車両の特性や動作モードごとの制約（例えば、燃料タンクおよび蓄電池の容量、定格、各動作モードで走行可能な速度範囲など）を守る必要があるため、区間によっては特定の動作モードの割り当てが不可能な場合も考えられる。このような制約を守りつつ、予め定められた条件が満たされるように動作モードの割り当てを行う。

動作モードの割り当ての決定方法としては、各区間に割り当て可能な動作モードを総当たり的に比較する方法でもよいし、いわゆる“組み合わせ最適化問題”の解法として一般的に知られた方法を用いてもよい。このようにして決定された各区間の動作モードの割り当てが、車両機器１２０の制御計画となる。

図４には、各区間の動作モードに基づいて計算したエネルギー消費計画、すなわち燃料消費量の予測値から求めた燃料消費計画（燃料の残量変化）と、電力消費量の予測値から求めた電力消費計画（蓄電池の充電量の変化）とをグラフで示している。このように本実施の形態では、走行経路におけるエネルギー消費関連情報を前もって取得しているため、走行経路全体を通しての燃料の残量変化および蓄電池の充電量の変化を事前に把握できる。

そのため、制御計画立案部１０４が車両機器１２０の制御計画を立てる際、電気エネルギーによるモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回生が、自車の蓄電池の充電状態によって制限されないように、各区間の動作モードを割り当てることができる。そのような制御計画を立てることで、必要以上にエンジンを駆動させることによる燃費の悪化や、摩擦ブレーキによって運動エネルギーが熱として無駄に捨てられることが抑制される。

例えば、車両機器１２０の制御計画を立てる際に、電気エネルギーによるモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回生が、自車の蓄電池の充電状態で制限されないように、各区間の動作モードを割り当てることができる。それにより、必要以上にエンジンを駆動させることによる燃費の悪化や、摩擦ブレーキによって運動エネルギーが熱として無駄に捨てられることを防止することができる。

Claims (15)

1. 異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、
   前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、
   前記走行経路における前記車両のエネルギー消費に関係する情報であるエネルギー消費関連情報を取得するエネルギー消費関連情報取得部と、
   前記エネルギー消費関連情報に基づいて、前記車両が前記走行経路を走行するときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を算出するエネルギー消費量演算部と、
   前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記複数の車両機器の制御計画を立てる制御計画立案部と、
   前記制御計画に従って前記複数の車両機器を制御する車両機器制御部と、
   前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値とその実測値との差が小さくなるように前記複数の車両機器のフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを備える
   ことを特徴とする車両用エネルギーマネジメント装置。
2. 前記エネルギー消費関連情報は、前記走行経路に含まれる各道路の勾配情報、道路属性、道路幅、カーブの曲率、予測速度情報、実測速度情報のいずれかを含む
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
3. 前記エネルギー消費関連情報は、気象情報を含む
   請求項１または請求項２記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
4. 前記エネルギー消費関連情報は、インフラのエネルギー網の需給情報を含む
   請求項１から請求項３のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
5. 制御計画立案部は、前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値とその実測値との差の大きさ又は差の変化量が予め定められた閾値を超えると、前記制御計画を立て直す
   請求項１から請求項４のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
6. 制御計画立案部は、前記車両が前記走行経路から外れた場合、または前記走行経路に変更が生じた場合に、前記制御計画を立て直す
   請求項１から請求項５のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
7. 制御計画立案部は、利用者からの指示に応じて、前記制御計画を立て直すことができる
   請求項１から請求項６のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
8. 前記複数の車両機器のうちの１以上を用いる複数の動作モードが規定されており、
   前記制御計画立案部は、
   前記走行経路を複数の区間に分割する走行経路分割部と、
   前記区分ごとに前記複数の動作モードのいずれかを割り当てる動作モード割り当て部とを備え、
   前記エネルギー消費量演算部は、前記車両が各動作モードで走行したときの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値を前記区分ごとに算出し、
   前記動作モード割り当て部は、前記区分ごとの前記複数の車両機器によるエネルギー消費量の予測値に基づいて、前記走行経路全体での前記複数の車両機器によるエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各区分に割り当てる動作モードを決定する
   請求項１から請求項７のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
9. 前記走行経路分割部は、前記走行経路を、各道路の勾配情報、道路属性、道路幅、カーブの曲率、予測速度情報、実測速度情報のいずれかに基づいて区切ることによって、複数の区分に分割する
   請求項８記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
10. 前記走行経路分割部は、前記走行経路を、一定距離または前記車両が一定時間で走行可能な距離ごと区切ることによって、複数の区分に分割する
    請求項８記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
11. 前記走行経路分割部は、前記走行経路を、道路の分岐点で区切ることによって、複数の区分に分割する
    請求項８記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
12. 前記複数の車両機器は、燃料をエネルギー源とするエンジン、電力をエネルギー源とする電動機、および前記エンジンの出力または前記車両の運動エネルギーを用いて発電する発電機を含む
    請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
13. 前記複数の車両機器は、電力をエネルギー源とするエアコンを含む
    請求項１から請求項１２のいずれか一項記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
14. 前記制御計画立案部は、前記車室温度が特定の範囲に収まる限度で、前記車両の走行に比較的多くの電力を使用するときは前記エアコンの出力を下げ、前記車両の走行に比較的少ない電力を使用するときは前記エアコンの出力を上げるように、前記エアコンの制御計画を立てる
    請求項１３記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
15. 前記制御計画立案部は、
    前記車両の現在位置から前記走行経路の終点までの距離が特定の値以下になったとき、あるいは現在時刻と前記走行経路の終点への到着予定時刻との差が特定の値以下になったときに、前記エアコンの出力を制限するように、前記エアコンの制御計画を立てる
    請求項１３または請求項１４記載の車両用エネルギーマネジメント装置。

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