JP4539608B2 - 運転支援装置 - Google Patents

Description

この発明は、ドライバがいわゆるエコドライブをするように運転の支援を行う運転支援装置に関する。

現在、車両による燃料消費は、地球の資源を枯渇させる一因となっており、また、車両から発生する排気ガスや熱は地球温暖化の一因となっている。地球の環境の悪化を食い止めるため、ドライバは、車両に不要な燃料消費をさせないように、いわゆるエコドライブを心掛ける必要がある。エコドライブでない運転の態様の典型例として、波状運転がある。これは、例えば運転に慣れていないドライバが発進時によく行う運転であり、先行車両を追いかけて、過剰にアクセルを踏み込み、これにより先行車両との距離が詰まると、急激に減速させる、という具合に、アクセルの踏み込みを断続的に繰り返す運転である。図４は、定速運転、波状運転の各場合における車両の速度と瞬間的な燃料消費量を示している。この図に示すように、波状運転では、断続的に行われる加速の度に大きな燃料消費量が発生し、全体としての燃料消費量は定速運転の場合よりも大きくなる。全てのドライバがこのような波状運転をしないように努めれば、地球全体としての燃料消費量、排気ガス、熱の発生を低減し、地球環境の悪化にブレーキを掛けることができる。
特開２００１−２６０７０４号公報

ところで、自分が波状運転を行っていることに気が付くのは、慣れないドライバにとっては一般的に困難である。ここで、運転中、車両に搭載されている瞬間燃費計を頻繁に目視すれば、波状運転を行っていることに気付くことができる。しかし、瞬間燃費計に目線を移動させながらの運転は危険である。そこで、運転中、瞬間燃費計の計測結果を記録し、運転後にその記録データを分析することも考えられる。しかし、そのようなデータの分析は面倒である。一方、ドライバに波状運転を気付かせ、ドライバ自身に波状運転を止めさせるのではなく、定速走行支援装置を車両へ搭載し、強制的に定速走行を行わせることにより波状運転を防止することも考えられる（例えば特許文献１を参照）。しかし、この種の定速走行支援装置は、高速道路などでの長時間の定速走行には向くが、市街地などでの走行には不向きである。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、ドライバに目線を移動させることなく、波状運転を検出した場合にそれをリアルタイムにドライバに伝え、ドライバにエコドライブの学習をさせることができる運転支援装置を提供することを目的とする。

この発明は、車両内に設けられたスピーカと、前記車両において発生したエンジン音または擬似的なエンジン音を表すエンジン音信号を生成し、前記スピーカに供給するエンジン音信号生成手段と、前記車両を加速させる操作の程度を示す加速操作量を監視することにより前記車両の運転状況を監視し、監視結果に基づいて加工制御信号を生成する手段であり、波状運転が行われているときにはその波状運転の状況を反映した加工制御信号を生成する制御手段と、前記加工制御信号に従って前記スピーカに供給されるエンジン音信号に変化を与えるエンジン音加工手段とを具備することを特徴とする運転支援装置を提供する。
かかる発明によれば、波状運転が行われた場合にスピーカから出力されるエンジン音に変化が生じる。ドライバは、このエンジン音の変化により波状運転に気が付き、波状運転を避けようとする。このようなことを繰り返すことにより、ドライバは次第にエコドライブを行うための運転技術を身に付けてゆく。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態である運転支援装置の構成を示すブロック図である。この運転支援装置は、車両の加速のための操作量を監視することにより運転の状況を監視し、波状運転を検知した場合に、収音により得られるエンジン音信号に変化を与えてドライバに波状運転を通知するものである。

図１に示す例では、吸気音、エンジンルーム内の音、排気音、車外音がエンジン音の構成要素として選択されており、マイク１１〜１４は、それらの音を収音可能な各位置に配置されている。フィルタ２１〜２４は、マイク１１〜１４から得られる各電気信号から吸気音としての特徴を有する成分、エンジンルーム内の音としての特徴を有する成分、排気音としての特徴を有する成分、車外音としての特徴を有する成分を各々選択して出力するフィルタである。ミキサ３０は、フィルタ２１〜２４を通過した音声信号から左右２チャネルのエンジン音信号ＸＬおよびＸＲを合成して出力する。エンジン音加工部４０は、制御部１００から与えられる加工制御信号によりエンジン音信号ＸＬおよびＸＲを各々加工し、エンジン音信号ＹＬおよびＹＲを出力する装置である。なお、制御部１００による加工制御信号の発生の態様については後述する。

信号処理部５０は、エンジン音信号ＹＬおよびＹＲに各々所定の信号処理を施して左右２チャネルのスピーカ６０Ｌおよび６０Ｒに出力する回路である。エンジン音信号ＹＬおよびＹＲは、この信号処理部５０内の、左右の各チャネルに対応したＡＴＴ（減衰器）５１Ｌおよび５１Ｒと、ＨＰＦ（高域通過フィルタ）５２Ｌおよび５２Ｒと、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５３Ｌおよび５３Ｒと、遮音特性フィルタ５４Ｌおよび５４Ｒとを順次通過し、最終的なエンジン音信号ＺＬおよびＺＲとしてスピーカ６０Ｌおよび６０Ｒに各々出力される。

ここで、ＡＴＴ５１Ｌおよび５１Ｒは、エンジン音信号ＹＬおよびＹＲのレベルをスピーカ駆動に適したレベルに調整する回路である。ＨＰＦ５２Ｌおよび５２ＲとＬＰＦ５３Ｌおよび５３Ｒは、スピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力するのに適さない不要な高域成分および低域成分をＡＴＴ５１Ｌおよび５１Ｒの各出力信号から除去する。遮音特性フィルタ５４Ｌおよび５４Ｒは、車両のボディの遮音特性、すなわち、エンジンから車両のボディを介して運転者の耳に至る音の伝達系の特性をシミュレートしたフィルタである。

制御部１００には、アクセル開度センサ１０１と、瞬間燃費計１０２と、エンジン回転数センサ１０３と、操作部１１０が接続されている。制御部１００は、車両を加速させる加速操作量として、アクセル開度センサ１０１の出力信号を監視することにより車両の運転状況を監視する。そして、制御部１００は、運転の状況を反映した加工制御信号を生成し、エンジン音加工部４０に供給する。なお、加速操作量として、アクセル開度センサ１０１の出力信号の代わりに、瞬間燃費計１０２の出力信号を監視するように制御部１００を構成してもよい。加工制御信号の発生の態様には、各種の態様が考えられる。本実施形態では、次の２種類が用意されている。ドライバは、車両内に設けられた操作部１１０を操作することにより、いずれの態様で加工制御信号を発生させるかを制御部１００に指示することができる。
ａ．第１のモード
このモードにおいて、制御部１００は、アクセル開度センサ１０１の出力信号が示すアクセル開度と理想的な運転におけるアクセル開度との差分に応じてエンジン音加工部４０における音圧増幅率を変化させる加工制御信号を生成する。
ｂ．第２のモード
このモードでは、アクセル開度センサ１０１の出力信号が示すアクセル開度が理想的な運転におけるアクセル開度を越えている期間、所定の振幅変調率での振幅変調を行わせるための周期的な変調信号ｍ（ｔ）を生成し、加工制御信号としてエンジン音加工部４０に供給する。

次に本実施形態の動作を説明する。図２（ａ）において、実線は車両発進時において波状運転が行われた場合においてアクセル開度センサ１０１の出力信号が示すアクセル開度の軌跡（以下、実測加速操作量軌跡という）を示しており、破線は理想的な運転が行われた場合におけるアクセル開度の軌跡（以下、理想的加速操作量軌跡という）を示している。

そして、第１のモードでの動作が指示されている場合、制御部１００は、実測加速操作量軌跡と理想的加速操作量軌跡の差分を求め、エンジン音加工部４０における音圧増幅率を標準値からこの差分に相当する量だけ上下させる加工制御信号を生成し、エンジン音加工部４０に供給する。

理想的加速操作量軌跡をどのように定めるかに関しては、各種の態様が考えられるが、本実施形態では次のように取り扱っている。まず、制御部１００は、車両が発進する度に、アクセル開度センサ１０１の出力信号をサンプリングすることにより実測加速操作量軌跡を採取し、この実測加速操作量軌跡において正のピークＰＰおよび負のピークＮＰ（図２（ａ）参照）の間を縫うような理想的加速操作量軌跡を求め、この理想的加速操作量軌跡と実測加速操作量軌跡の発進開始直後における時間勾配とを対応付けて内蔵のメモリに記録する。そして、制御部１００は、発進時において、発進開始直後の実測加速操作量軌跡の時間勾配に対応したものをメモリに記録された各理想的加速操作量軌跡の中から選択し、実測加速操作量軌跡との比較に用いるのである。

図２（ｂ）は、第１のモードにおいて制御部１００により発生される加工制御信号の波形を例示するものである。このような加工制御信号が発生される結果、実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡を越えている期間は、その超過分相当だけスピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音の音圧が高くなり、実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡を下回っている期間はその不足分相当だけスピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音の音圧が低くなる。このため、波状運転時には、スピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音の音圧が波打ち、これによりドライバは自分が波状運転を行ったことに気が付く。

なお、第１のモードにおいて、実測加速操作量軌跡と理想的加速操作量軌跡の差分をそのまま加工制御信号に反映すると、実測加速操作量軌跡における微小な振動の影響によりスピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音の音圧に微小な振動が生じ、これがドライバにとって耳障りなものとなる。そこで、本実施形態では、実測加速操作量軌跡と理想的加速操作量軌跡の差分のうち所定の閾値を越えた分だけを加工制御信号に反映させるようにしている。

第２のモードでの動作が指示されている場合、制御部１００は、「１」を最大振幅値とする正弦波、より詳しくは次式に示す周期的な波形の変調信号ｍ（ｔ）を生成する。
ｍ（ｔ）＝１−（ｋ／２）・（ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ）＋１） ……（１）
上記式（１）において、ｆは変調信号ｍ（ｔ）の変調周波数、ｋは変調の深さである。図３はこの変調信号ｍ（ｔ）を示す波形図である。

変調信号ｍ（ｔ）を発生するに当たり、制御部１００は、気筒数Ｎとエンジン回転数ｒ（ｒｐｍ）とから下記式（２）に従い、エンジン音の基音の周波数である基本周波数ｆ０を算出する。次いで制御部１００は、この基本周波数ｆ０と周波数補正係数ｊとを用いて下記式（３）により変調周波数ｆを決定する。
ｆ０＝（ｒ／６０）・（Ｎ／２） （Ｈｚ） ……（２）
ｆ＝ｊ・ｆ０ （Ｈｚ） ……（３）
ただし、上記式（２）は４サイクルエンジンの場合の基本周波数ｆ０を示している。

第２のモードにおいて、制御部１００は、実測加速操作量軌跡と理想的加速操作量軌跡とを比較する。そして、実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡を下回っている期間、制御部１００は、上記変調信号ｍ（ｔ）における振幅変調率ｋを「０」とする。従って、この間は、振動成分が全くなく、値が「１」である変調信号ｍ（ｔ）が加工制御信号としてエンジン音加工部４０に送られる。一方、実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡を上回っている期間、制御部１００は、振幅変調率ｋを０＜ｋ０＜１の範囲の所定値ｋ０に高める。図２（ｃ）に示す例において、実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡を上回る各期間のうち発進直後の最初の期間については、その期間を要して振幅変調率ｋを「０」から所定値ｋ０まで直線的に増加させ、その後の各期間は、当該期間を通じて振幅変調率ｋが所定値ｋ０を維持するように振幅変調率ｋを台形波状に変化させる。そして、制御部１００は、このような振幅変調率ｋを用いて式（１）に示す変調信号ｍ（ｔ）を生成し、加工制御信号としてエンジン音加工部４０に供給する。このようにして加工制御信号が発生される結果、波状運転が行われている場合には、実測アクセル開度が理想的アクセル開度を越えている期間だけスピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音が振幅変調の施されたものとなり、これによりドライバは自分が波状運転を行ったことに気が付く。

なお、発進直後の最初の期間だけ振幅変調率ｋを「０」から所定値ｋ０まで直線的に増加させるのは、発進時は、アクセル開度が不安定であるため、たとえ実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡を上回っていたとしても、直ちに振幅変調率ｋを所定値ｋ０に高めたのではドライバを不安にさせ、波状運転の防止をする上で逆効果だからである。同様の理由により、上記第１のモードにおいても、発進開始直後の所定期間については、実測加速操作量軌跡と理想的加速操作量軌跡との差分を無視し、音圧増幅率を変化させないようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドライバが波状運転を行った場合に、スピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音に音圧の変化あるいは振幅変調が生じるため、ドライバは自分が波状運転を行ったことに気が付き、波状運転をしないように努める。このような行為の繰り返しにより、ドライバはエコドライブのための運転テクニックを身に付けることができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明にはこれ以外にも他の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）第２のモードにおいて、振幅変調率ｋ０を大きくすると、スピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音は不快なものになると考えられる。また、周波数補正係数ｊとしては、３／２倍、５／４倍などの単純な整数の組み合わせによる分数では表現することができない値を採用すると、スピーカ６０Ｌおよび６０Ｒから出力されるエンジン音の不快度が増すと考えられる。そこで、例えば実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡にどれだけ近いかを定期的に評価し、実測加速操作量軌跡が理想的加速操作量軌跡からかけ離れている度合いに応じて不快度が増すように、振幅変調率ｋ０または周波数補正係数ｊを設定するようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、エンジン音を収音して、これを加工し、波状運転を知らせるエンジン音を発生した。しかし、このように実際にエンジン音を収音する代わりに、エンジン音の波形データを予め記憶したメモリから、エンジンの回転数に応じた読み出し速度で波形データを読み出して、擬似エンジン音信号を再生し、この擬似エンジン音信号に対して、加工制御信号に基づく加工を施してスピーカから出力するようにしてもよい。この態様によれば、エンジンを有しておらず、モータにより走行する車両においても上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

（３）上記実施形態では、変調信号ｍ（ｔ）として正弦波を用いたが、変調信号ｍ（ｔ）は周期的に振動するものであればよく、三角波や矩形波でもよい。

（４）エンジン音信号に対する音圧増幅率の制御や振幅変調を行う代わりに、波状運転が行われている期間、エンジン音信号に含まれるこもり音成分や高域成分を強調して、エンジン音がドライバの耳につきやすくするようにしてもよい。

（５）上記実施形態では、実測加速操作量軌跡と理想的加速操作量軌跡との比較により波状運転を反映した加工制御信号を生成したが、それ以外の方法により加工制御信号を生成してもよい。例えば実測加速操作量軌跡に現れる正のピークＰＰと負のピークＮＰを監視し、連続した正のピーク（負のピーク）と負のピーク（正のピーク）との差分が所定の閾値を越えた場合に、それ以後、波状運転が始まるを解釈し、実測加速操作量軌跡に時間微分あるいはハイパスフィルタ処理を施して加工制御信号を生成し、エンジン音信号の増幅の際の音圧増幅率の制御やエンジン音信号を振幅変調する際の振幅変調率の制御に用いてもよい。

この発明の一実施形態である運転支援装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態の動作を示す波形図である。 同実施形態における変調信号ｍ（ｔ）の波形を例示する波形図である。 波状運転、定速走行の各場合における燃料消費量を対比して示した図である。

符号の説明

１００……制御部、１０１……アクセル開度センサ、１０２……瞬間燃費計、１０３……エンジン回転数センサ、１１〜１４……マイク、２１〜２４……フィルタ、３０……ミキサ、４０……エンジン音加工部、５０……信号処理部、６０Ｌ，６０Ｒ……スピーカ。

Claims (6)

1. 車両内に設けられたスピーカと、
   前記車両において発生したエンジン音または擬似的なエンジン音を表すエンジン音信号を生成し、前記スピーカに供給するエンジン音信号生成手段と、
   前記車両を加速させる操作の程度を示す加速操作量を用いて加工制御信号を生成する手段であり、波状運転が行われているときにはその波状運転の状況を反映した加工制御信号を生成する制御手段と、
   前記加工制御信号に従って前記スピーカに供給されるエンジン音信号に変化を与えるエンジン音加工手段と
   を具備することを特徴とする運転支援装置。
2. 前記制御手段は、
   前記加速操作量として、アクセル開度または瞬間燃費を監視することを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
3. 前記制御手段は、前記加速操作量の実測値の軌跡である実測加速操作量軌跡を求め、この実測加速操作量軌跡と理想的な運転が行われた場合の加速操作量の軌跡である理想的加速操作量軌跡とを比較することにより、前記加工制御信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の運転支援装置。
4. 前記制御手段は、前記実測加速操作量軌跡と前記理想的加速操作量軌跡との差分に応じた音圧増幅率で前記エンジン音信号の増幅を行わせる加工制御信号を生成し、前記エンジン音加工手段に供給することを特徴とする請求項３に記載の運転支援装置。
5. 前記制御手段は、前記実測加速操作量軌跡が前記理想的加速操作量軌跡を上回っている期間、前記エンジン音信号の振幅変調を行わせる周期的な波形の変調信号を加工制御信号として生成し、前記エンジン音加工手段に供給することを特徴とする請求項３に記載の運転支援装置。
6. 前記制御手段は、車両の発進の度に、前記実測加速操作量軌跡を採取し、前記実測加速操作量軌跡から理想的加速量軌跡を求めて、前記実測加速操作量軌跡の発進開始直後における時間勾配と対応付けて記憶し、車両の発進時には、発進開始直後における実測加速操作量軌跡の時間勾配を求め、過去記憶した理想的加速量軌跡の中から当該時間勾配に対応したものを前記実測加速操作量軌跡との比較対象として選択することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１の請求項に記載の運転支援装置。
   
   

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