JP2949174B2 - 陸用乗用物の走行能力自動計測方法および装置 - Google Patents

陸用乗用物の走行能力自動計測方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、市街地走行時において
も、陸用乗用物、特に電気自動車の運用評価のためにそ
の効率(エネルギー入出力性能)を評価するための自動
計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】クリーンエネルギーの利用を図るため
に、ガソリンを燃料とする陸用乗用物に代わって、電気
自動車等の低公害車の実用化が推進されている。
【0003】このような電気自動車の性能を評価するた
めに、財団法人日本電動車両協会では、「電気自動車登
坂試験方法」、「電気自動車一充電走行距離試験方
法」、「電気自動車電力消費率試験方法」、「電気自動
車走行電力消費率試験方法」、「電気自動車最高速度試
験方法」等を定めて、評価方法の統一を図っている。
【0004】また、特公昭52−45361号公報に
は、台上試験装置にて電気自動車の動力特性を測定する
ことが記載されている。さらに、特開平5−13721
1号公報には、電気自動車の電源に出入りする電気量を
厳密に監視するだけでなく、放置条件、放電条件を加味
し、更に電池の履歴も考慮に入れることにより、従来の
ガソリンエンジン車と同様に電池の充電状態を明確に表
示することが記載されている。
【0005】ところで、このような性能評価試験方法に
おいて必要とされる測定値は、蓄電池回りの電気量計測
の他に、車速、走行距離を専用センサを用いて計測する
システムを用いて測定されているが、これは、試験コー
スや走行台等の、決められた走行路での試験には対応で
きるものの、一般道路での走行を含む不特定の走行路で
の試験では充分な評価ができない。
【0006】すなわち、従来の技術では、図6に示す車
速センサ11をトランスミッションに設置し、パワート
レイン系の回転によって走行速度および加速度を算出し
ていた。しかし、これはトランスミッションの改造が必
要となるばかりでなく、そのデータはカーブ走行時の誤
差をかなり包含しており、計測機器としては信頼性にお
いての問題があった。なお、図6中、12は電流・電圧
・温度検出器、13はデータ収集装置、14はICカー
ド、15は解析用電算機である。また、乗用物の姿勢に
ついては、試験走行路を走行していたために予め既知の
パラメータとしており計測された例がない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このため、従来の計測
装置では周回舗装路や定められた市街地走行路および台
上試験装置等の既知の走行路を試験走行する際には何ら
問題はないが、任意の試験走行路を選択した場合の走行
状態における電気自動車の評価試験は行われていなかっ
た。
【0008】そこで、本発明が解決すべき課題は、陸用
乗用物の水平方向に対する姿勢、位置、速度、加速度お
よび走行距離を陸用乗用物本体から電気的または機械的
に直接情報を得ることなく計測し、登坂角、気温変化等
の各種環境下における陸用乗用物の性能評価を定量的に
実施する陸用乗用物の走行能力自動計測方法および装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の陸用乗用物の走行性能自動計測方法は、車
両に搭載したグローバル・ポジショニング・システム
(以下、「GPS」という)から出力される当該車両の
位置データを一定時間間隔毎に計測し、これらの位置デ
ータと前記時間間隔とにより当該車両の速度データを算
出し、一方、当該車両に併設の加速度計からの出力の一
次積分により当該車両の速度を算出するとともに、当該
車両に搭載したジャイロシステムから出力される当該車
両の姿勢角に基づいて速度データおよび移動距離を算出
し、前記GPSから得られた当該車両の速度データとジ
ャイロシステムから得られた速度データとを比較し、G
PSから得られた速度データがジャイロシステムから得
られた速度データと所定の偏差範囲内にあれば前記GP
Sから得られた速度データを、前記所定の偏差範囲を超
えているときは前記ジャイロシステムから得られた速度
データを採用し、ジャイロシステムから出力されるピッ
チ角と併せて当該車両の3次元の走行速度、加速度、走
行方向距離を算出して、機械仕事量を把握し、走行能力
評価に用いることを特徴とするものである。
【0010】さらに、本発明の陸用乗用物の走行性能自
動計測装置は、車両に搭載されたGPSおよびジャイロ
システムと、前記GPSから出力される当該車両の位置
データを一定時間間隔毎に計測し、これらの位置データ
と前記時間間隔とにより当該車両の速度データを算出す
る手段と、当該車両に併設の加速度計からの出力の一次
積分により当該車両の速度を算出する手段と、前記ジャ
イロシステムから出力される当該車両の姿勢角に基づい
て速度データを算出する手段と、前記GPSから得られ
た当該車両の速度データとジャイロシステムから得られ
た速度データとを比較し、GPSから得られた速度デー
タがジャイロシステムから得られた速度データと所定の
偏差範囲内にあれば前記GPSから得られた速度データ
を出力し、前記所定の偏差範囲を超えているときは前記
ジャイロシステムから得られた速度データを出力し、こ
れらの速度データとジャイロシステムから出力されたピ
ッチ角とに基づいて当該車両の3次元の走行速度、加速
度、走行方向距離を算出する手段と、これらの算出され
た走行速度、加速度、走行方向距離から機械仕事量を算
出し、走行能力評価を行う手段とを備えたことを特徴と
するものである。
【0011】
【作用】本発明においては、性能計測を行うべき車両の
位置を、GPSを用いて測定する。これは、特定の人工
衛星からの電波を受信して現在の自己の位置(経度、緯
度で表される位置)を計測するものである。自己の位置
を一定時間間隔で測定することにより、当該車両の速度
を算出することができ、またこれによって、加速度、加
加速度も算出することができる。但し、GPSのデータ
は故意に測定精度が落とされる場合や、高層ビルの陰、
トンネル内等ではノイズが入る場合があるので、ジャイ
ロシステムから算出されたデータとGPSからの計測デ
ータを照合し、大きな誤差があるときは、ジャイロシス
テムからのデータに置き換える。
【0012】図1は本発明の概略構成を示すもので、G
PS1およびジャイロ2を組み合わせることによって、
電気自動車の水平方向に対する姿勢、位置、速度、加速
度および走行距離を、電気自動車本体から電気的または
機械的に直接情報を得ることなく計測し、併せて各種環
境(登坂角、気温変化)下における、蓄電池放電電流、
電圧等を自動計測(電流・電圧・温度検出器3による)
して、さらに蓄電池の温度特性を加味し、市街地走行時
における電気自動車の定量的な性能評価(入力エネルギ
ー、出力エネルギーおよびエネルギー損失の把握、評
価)を行う。
【0013】上記のように構成されたシステムにより、
各種環境(登坂角、気温変化)下における、電気自動車
の加速度および加加速度等をGPS1およびジャイロ2
で計測するとともに、蓄電池放電電流、電圧を電流・電
圧・温度検出器3にて自動計測して、電気自動車の姿
勢、加速度及び大気温度等の変化に伴う放電エネルギー
を把握し、もって電気自動車の性能評価を定量的に実施
することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例を参照しながら具体的
に説明する。図1は本発明に係る自動計測システムの構
成を示すブロック図であり、1はGPS、2はジャイ
ロ、3は電流・電圧・温度検出器、4はデータ収集装
置、5はICカード、6は解析用電算機である。
【0015】実施例については、データ計測の方法を述
べた後、評価方法について説明する。図1に示すよう
に、GPS1にて陸用乗用物の速度、加速度、加加速度
を、またジャイロ2にて乗用物の姿勢を随時計測でき
る。なおデータ収集装置に収集されたデータはICカー
ド5に記録、保存される。
【0016】図1に示すように、GPS1にて電気自動
車の速度、加速度そして加加速度を、またジャイロ2に
て姿勢を随時計測するとともに、蓄電池放電電流、電
圧、気温変化(蓄電池室温度変化)を電流・電圧・温度
検出器3にて自動計測することができる。前記検出器3
により温度変化を計測するのは、蓄電池電解液温度によ
り内部抵抗が変化し、同一走行状態においても放電電力
量が異なってくるためである。なお、データ収集装置4
に収集されたデータはICカード5に記録、保存され
る。
【0017】上記手段によって収集されたデータは、解
析用電算機6によってICカード5に記録されたデータ
を取込み、予め構成部の損失を陸用乗用物の速度等の関
数として把握することによって評価することができる。
【0018】性能評価を行う手順において、車両のピッ
チ角、ヨー角、ロール角をジャイロ2にて計測する。図
2(a)に示すように、ピッチ角θはY軸回りの回転角
であり、車両の傾斜を把握するのに必要である。ヨー角
は、Z軸回りの回転角であり、車体の進行方向を把握す
るのに必要である。ロール角は、X軸回りの回転角であ
り、路面凹凸によるダンパ動揺誤差の補正に用いる。但
し、本明細書では、ヨー角およびロール角による測定値
の補正については、本発明の趣旨から外れるため、説明
を省略する。
【0019】図2(b)は、登坂時の車両の運動力学系
を説明するための図である。ピッチ角θ(t)のとき、
車両重量をM、積載重量をm、加速度をα、重力加速度
をg、慣性力をFm 、傾斜抵抗力をFp 、垂直効力をF
v 、駆動に必要な力をFtota l 、仕事率をFtotal V、
路面と車両との転がり摩擦係数をμとすると、次の関係
式が導き出される。
【0020】Fm =(M+m)α Fp =(M+m)gsinθ(t) Fv =(M+m)gcosθ(t) Ftotal =μFv +Fp +Fmtotal V=(M+m)(μgcosθ(t)+gsi
nθ(t)+α)V
【0021】図3は本発明による性能評価手順を示すフ
ローチャートである。同図から分かるように、ステップ
010において、GPSの出力データとして、計測時t
における経度、緯度(X,Y)を出力する。ステップ0
20において、ジャイロの出力データとして、計測時t
における計測値の姿勢(ピッチ角、ロール角、ヨー
角)、加速度αと演算結果の速度V、移動距離Dを出力
する。ステップ030では、緯度、経度、時間から速
度、加速度、走行距離を計算し、不適値については、ジ
ャイロのデータに置き換え、姿勢角と併せて記録装置に
保存する
【0022】ステップ040では、時間t1 からt2
の機械仕事量W2 を計算し、計算結果はデータベースに
保存する。
【0023】
【数1】
【0024】ステップ050では、電気量データとし
て、充電電圧・電流VC 、Ic 、放電電圧・電流Vd
d 、回生電圧・電流Vr 、Ir 、電池温度T、時間t
を計測する。ステップ060では、上記データを記録装
置に保存する。
【0025】ステップ070では、1日の総入力仕事量
2 、走行時の時間t1 からt2 の間の出力仕事量Wを
計算し、データベースに保存する。
【0026】W1 =∫VC c dt W =∫Vd d dt−∫Vr r dt
【0027】ステップ080では、性能評価パラメータ
として、一充電当たりの走行距離L(km)、走行電力
消費率P(km/kWh)を計算する。
【0028】(1)一充電当たりの走行距離は、移動距
離データを(x,y,z)とすると、 L=Σ√(x2 +y2 +z2 ) (2)走行電力消費率は、 P=L/W1 (3)電気自動車の効率は、 W2 /W1 となる。
【0029】図4に、ステップ010〜030までの処
理の詳細フローチャートを示す。
【0030】図5に電気自動車消費エネルギーのエネル
ギーフローを示す。電気自動車に搭載されている蓄電池
の放電エネルギーは、充電損失1、自己放電損失2、コ
ントローラ損失3、モータ損失4、トランスミッション
損失5、デフ損失6および走行抵抗7、補機使用損失8
の損失を経由して慣性仕事量およびブレーキ損失9に変
化する。これらの損失は、自動車速度の関数として関係
づけることができるので、このデータベースを解析用電
算機6内に予め保有することによって、前記の運動力学
系計算式より電気自動車の仕事効率を評価することがで
きる。
【0031】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載されるような効果を奏する。
【0032】 GPSおよびジャイロを組み合わせる
ことによって、各種環境(登坂角、気温変化)下におけ
る、陸用乗用物の定量的な性能評価を実施することがで
きる。
【0033】 GPS、ジャイロ、電流・電圧・温度
検出器およびデータ収集装置を具備した自動計測装置に
より、各種環境(登坂角、気温変化)下における電気自
動車の定量的な性能評価を実施することができる。
【0034】 上記のような効果を奏することによっ
て、電気自動車構成機材(モータ、蓄電池および車体
等)の使用目標値を設定することができる。
【0035】この技術は、従来技術に比較して、陸用乗
用物の試験走行時、周回舗装路等を使用せずに市街地試
験走行時等においてその定量的な性能評価を実施するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の概略構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明における車両の運動力学系の説明図で
ある。
【図3】 本発明の性能評価手順を示すフローチャート
である。
【図4】 GPS出力データおよびジャイロ出力データ
の処理の詳細を示すフローチャートである。
【図5】 電気自動車のエネルギーフローを示す説明図
である。
【図6】 従来の計測システムの概略構成を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1 GPS、2 ジャイロ、3 電流・電圧・温度検出
器、4 データ収集装置、5 ICカード、6 解析用
電算機
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−346328(JP,A) 特開 平7−280926(JP,A) 特開 平4−204349(JP,A) 特開 昭59−55566(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60L 3/00 G01M 17/007

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両に搭載したグローバル・ポジショニ
    ング・システムから出力される当該車両の位置データを
    一定時間間隔毎に計測し、これらの位置データと前記時
    間間隔とにより当該車両の速度データを算出し、一方、
    当該車両に併設の加速度計からの出力の一次積分により
    当該車両の速度を算出するとともに、当該車両に搭載し
    たジャイロシステムから出力される当該車両の姿勢角に
    基づいて速度データおよび移動距離を算出し、前記グロ
    ーバル・ポジショニング・システムから得られた当該車
    両の速度データとジャイロシステムから得られた速度デ
    ータとを比較し、グローバル・ポジショニング・システ
    ムから得られた速度データがジャイロシステムから得ら
    れた速度データと所定の偏差範囲内にあれば前記グロー
    バル・ポジショニング・システムから得られた速度デー
    タを、前記所定の偏差範囲を超えているときは前記ジャ
    イロシステムから得られた速度データを採用し、ジャイ
    ロシステムから出力されるピッチ角と併せて当該車両の
    3次元の走行速度、加速度、走行方向距離を算出して、
    機械仕事量を把握し、走行能力評価に用いることを特徴
    とする陸用乗用物の走行能力自動計測方法。
  2. 【請求項2】 車両に搭載されたグローバル・ポジショ
    ニング・システムおよびジャイロシステムと、前記グロ
    ーバル・ポジショニング・システムから出力される当該
    車両の位置データを一定時間間隔毎に計測し、これらの
    位置データと前記時間間隔とにより当該車両の速度デー
    タを算出する手段と、当該車両に併設の加速度計からの
    出力の一次積分により当該車両の速度を算出する手段
    と、前記ジャイロシステムから出力される当該車両の姿
    勢角に基づいて速度データを算出する手段と、前記グロ
    ーバル・ポジショニング・システムから得られた当該車
    両の速度データとジャイロシステムから得られた速度デ
    ータとを比較し、グローバル・ポジショニング・システ
    ムから得られた速度データがジャイロシステムから得ら
    れた速度データと所定の偏差範囲内にあれば前記グロー
    バル・ポジショニング・システムから得られた速度デー
    タを出力し、前記所定の偏差範囲を超えているときは前
    記ジャイロシステムから得られた速度データを出力し、
    これらの速度データとジャイロシステムから出力された
    ピッチ角とに基づいて当該車両の3次元の走行速度、加
    速度、走行方向距離を算出する手段と、これらの算出さ
    れた走 行速度、加速度、走行方向距離から機械仕事量を
    算出し、走行能力評価を行う手段とを備えたことを特徴
    とする陸用乗用物の走行能力自動計測装置。
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