JP5306475B2 - 走行パターン生成装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の走行パターンを生成する走行パターン生成装置に関するものである。

車両が消費するエネルギーを低減する走行パターンを生成する走行パターン生成装置としては、車両の走行する経路について、設定条件に基づいて速度パターンを生成する速度パターン生成手段と、交通状況を取得する交通状況取得手段と、速度パターンと交通状況とに基づいて車両の走行パターンを生成するものがある（例えば、特許文献１参照）。

上記走行パターン生成装置において、交通状況取得手段は、走行計画生成手段によって車両が第１の交差点を停止することなく通行可能な第１走行計画を生成できる場合には、車両が第１走行計画で走行する際の第１の交差点より遠方の第２交差点における交通信号情報を交通状況として取得し、走行計画生成手段は、第１速度パターンと、第２の交差点における交通信号情報とに基づいて第２走行計画を生成する。このようにすることで、第１速度パターンを用いた車両制御によって走行するとした場合に、交差点の信号が赤信号で通過できない場合には、第１速度パターンの場合よりも交差点に早く到達する第２速度パターンを生成し、第２速度パターンを用いて走行計画を生成している。

特開２００９−０７０１０１号公報（第３頁〜第４頁、図１）

しかしながら、上記走行パターン生成装置では、２つ先の交差点までの交通信号情報のみを参照し、参照した交通信号情報に応じて加速するので、３つ先の交差点では止まらざるを得ない状況に陥る可能性がある。このような場合の加速は、本来、不必要なものであり、結果としてより多くのエネルギーを燃料として消費してしまうという問題がある。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、不必要な加速を低減し、車両が消費するエネルギーをより低減する走行パターンを生成することができる走行パターン生成装置を得ることを目的としている。

この発明による走行パターン生成装置は、車両の走行速度と走行時間から構成される参照走行パターンおよび前記車両が走行する走行経路を示す走行経路情報に基づいて、前記走行経路を複数の基準点で複数の走行区間に分割する走行区間分割部と、各走行区間の走行時間が前記参照走行パターンの各走行区間の走行時間の所定の範囲内であるとともに、各走行区間での累積速度上昇量が前記参照走行パターンよりも少ない低燃費走行パターンを処理対象区間および次区間の平均速度に基づいて生成する低燃費走行パターン生成部とを備えたものである。

この発明の走行パターン生成装置によれば、不必要な加速を低減し、車両が消費するエネルギーをより低減する走行パターンを生成することができる。

この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の低燃費走行パターン生成部による低燃費走行パターン生成処理の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の低燃費走行パターン生成部による走行区間の走行局面の判断例を示す速度パターンの図である。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置で生成した終端に信号機が存在する走行区間の参照走行パターンと、当該参照走行パターンを基に求めた低燃費走行パターンの例を示す図である。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置で生成した複数の走行区間に渡る参照走行パターンと、複数の走行区間に渡る参照走行パターンを基に作成した低燃費走行パターンの例を示す図である。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の低燃費走行パターン生成部の簡易生成手法による動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の低燃費走行パターン生成部の簡易生成手法により低燃費走行パターンを生成する例を示す図である。 この発明の実施の形態２による走行パターン生成装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る走行パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による走行パターン生成装置の構成を示すブロック図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

本実施の形態１に係る走行パターン生成装置１は、エンジン駆動車、ハイブリッド車または電気自動車（以下車両と表記）が走行予定の走行経路について、走行経路情報および交通状況情報に基づいて、低燃費走行パターンを生成するものである。図１に示すとおり、走行パターン生成装置１は、走行パターン生成部２、交通状況検知部６、車両情報検知部７、現在位置特定部８、および走行経路特定部９を備えている。

交通状況検知部６は、例えば、信号機の現示スケジュールを表す信号情報、渋滞状況の情報、信号待ちをしている車両列の最後尾位置（信号待機列末尾位置）の情報、および走行パターン生成装置１を搭載する車両（自車両）付近の他車両の位置などの周辺状況を交通状況情報として取得し、取得した交通状況情報を走行パターン生成部２へ出力する。交通状況検知部６が交通状況情報を取得する手段としては、他車両または路側装置との通信による方法、ミリ波センサ、超音波センサまたは画像センサなどの各種センサを使用する方法、または過去の走行履歴から学習することによって取得する方法がある。走行履歴からの学習では、例えば、過去に同じ時刻に走行した事のある走行経路を走行する場合またはドライバーが頻繁に走行する経路の場合は、過去の信号機の現示スケジュールである信号情報および信号位置を交通状況情報として利用してもよい。また、付近の信号機の現示情報と、過去の走行履歴から得られる同経路の各信号機の信号情報の相対時間とを用いて予測した信号情報を利用しても良い。交通状況検知部６による交通状況情報の取得は、所定のタイミングで繰り返し実行され、走行パターン生成部２への出力は、交通状況情報を検知した場合、交通状況情報の検知結果に変化がある場合、またはリクエストがあった場合に行われる。

車両情報検知部７は、各種センサまたはジャイロなどを利用して、例えば、速度、加速度、燃料噴射量、アクセルまたはブレーキペダルの操作量など、自車両の現在の車両情報を取得し、取得した車両情報を走行パターン生成部２へ出力する。車両情報検知部７は、所定のタイミングで車両情報の取得と出力とを継続的に繰り返し実行する。

現在位置特定部８は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）またはジャイロスコープなどを利用して、地図情報とのマッピング処理を行うことで、自車両の存在する現在位置を特定し、特定した現在位置情報を走行パターン生成部２へ出力する。現在位置特定部８は、所定のタイミングで現在位置情報の取得と出力とを継続的に繰り返し実行する。

走行経路特定部９は、自車両が走行する（と推定される）走行経路を特定し、特定した走行経路情報を走行パターン生成部２へ出力する。走行経路特定部９は、例えば、ユーザが設定した目的地への誘導経路を走行経路として特定してもよい。また、走行経路特定部９は、現在位置を含む、過去に頻繁に走行した経路を走行経路として特定してもよい。さらに、走行経路特定部９は、走行中の道路が幹線道路であった場合は、当該幹線道路上を走行経路と特定するなど、現在位置と進行方向とから推定した経路を走行経路としても良い。走行経路情報には、交差点情報、経路長、制限速度、信号位置情報、カーブ情報、右左折の有無などが含まれる。走行経路特定部９による走行経路の特定は、所定のタイミングの他に、走行開始時、誘導経路が設定もしくは変更されたとき、または自車両が以前に特定した走行経路から外れた時点で実行される。

走行パターン生成部２は、参照走行パターンを生成する参照走行パターン生成部３、走行経路を複数の走行区間に分割する走行区間分割部４および低燃費走行パターンを生成する低燃費走行パターン生成部５を備える。走行パターンは、走行時間に対する速度または走行距離に対する速度で表される。

参照走行パターン生成部３は、交通状況検知部６、車両情報検知部７、現在位置特定部８および走行経路特定部９から取得した交通状況情報、車両情報、現在位置情報および走行経路情報を用いて、走行経路上における自車両の現在位置からの参照走行パターンを生成する。参照走行パターンは、ドライバーが渋滞状況、制限速度およびその時点での信号現示である信号現示情報のみを考慮し消費エネルギーを考慮せずに運転した場合のモデル走行パターンである。

走行区間分割部４は、参照走行パターン生成部３で生成した参照走行パターンを利用して複数の基準点を設定し、設定した基準点を基に走行経路を複数の走行区間に分割する。基準点は、参照走行パターンにおいて、自車両の停止位置、所定量以上減速後に再加速した位置、および無停止での通過が予測される信号位置とする。また、走行区間分割部４は、分割した走行区間ごとの走行特徴（走行区間の距離、車両の平均速度、初速度など）を抽出する。

低燃費走行パターン生成部５は、走行区間分割部４で分割した走行区間ごとの走行特徴を参照し、消費エネルギーを低減する低燃費走行パターンを生成する。低燃費走行パターン生成部５は、車両モデルを用いてエネルギー消費量の定式化を行い、各走行区間の走行特徴を基に生成される信号の通過時刻などの時間的拘束条件および制限速度などの速度的拘束条件を用いて、最適化問題を解くことにより実行される。

（数１）は、低燃費走行パターン生成部５が解く最適化問題を表しており、Ｑは燃料消費量を、ｔ_ｎは第ｎ走行区間における走行終了時刻を、Ｌ_ｎは第ｎ走行区間の距離を表している。また、Ｔ_{ｎ ｍｉｎ}は走行終了時刻ｔ_ｎの最小許容時刻（例えば青信号開始時刻）であり、Ｔ_{ｎ ｍａｘ}は走行終了時刻ｔ_ｎの最大許容時刻（例えば青信号終了時刻）であり、走行終了時刻ｔ_ｎの最小許容時刻Ｔ_{ｎ ｍｉｎ}および最大許容時刻Ｔ_{ｎ ｍａｘ}は、参照走行パターンと信号情報を含む交通状況情報とを用いて算出される。

ここでは、ガソリンエンジンなどを搭載する車両を想定し、Ｑを燃料消費量（単位は、例えばｃｃ）としたが、ハイブリッド車、電気自動車を想定し、Ｑを消費エネルギー量（単位は、例えばｋＷまたはＪ（ジュール））としても良い。
以下の説明においては、ガソリンエンジン車の場合の例を示す（例えば、非特許文献「都市部道路交通における自動車の二酸化炭素排出量推定モデル」、大口敬他、土木学会論文集、Ｎｏ．６９５／ＩＶ−５４，ｐｐ．１２５−１３６参照）。

例えば、一般に、単位時間あたりの燃料消費量ｆは、アイドリング維持の為の燃料消費量ｆ_ｉ、勾配・路面抵抗による燃料消費量ｆ_ｒｒ、空気抵抗による燃料消費量ｆ_ｒａ、および加速時の運動エネルギー増加分に関する燃料消費量ｆ_ａの和として（数２）のように表される。
なお、上記非特許文献では、必ずｆ≧ｆ_ｉとなるように条件が課されているが、以下の記載では簡単のため簡略化して記載している。

ここで、（１）勾配・路面抵抗による燃料消費量は走り方によらずほぼ一定、（２）市街地における中低速走行では空気抵抗は無視できる、（３）アイドリングによる燃料消費量は走行時間に比例する、という前提が成立すると仮定する。本実施形態では、参照走行パターンと低燃費走行パターンとでは、走行経路が変わらないため、勾配・路面抵抗による燃料消費量は一定とみなすことができる。さらに、参照走行パターンと低燃費走行パターンとでは、走行時間が大きく変化しないという条件から、アイドリングによる燃料消費量も一定であると言える。以上から、本最適化問題は、加速による燃料消費量ｆ_ａのみに関するものへと簡略化することができる。
なお、ハイブリッド車や電気自動車の場合、加速によって生じた運動エネルギー増加分を回生により部分的に再利用できるため、回生分を追加で考慮しても良い。ただし、回生効率が１００％でない以上、可能な限り加速による消費エネルギー量（上記の場合は燃料消費量）を抑制するという本実施の形態の方法はハイブリッド車や電気自動車の場合でも適用可能である。

時間的拘束条件として、例えば、各走行区間における走行時間が、参照走行パターンと低燃費走行パターンとでは、同じであるとする。この場合、最適化問題の解、すなわち加速による運動エネルギーを最小にするような解を解析的に求めることができる。
なお、各走行区間における走行時間は、参照走行パターンと低燃費走行パターンとでは、全く同一でなくても所定の範囲内であればよい。

図２は、本実施の形態１による走行パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態１に係る走行パターン生成装置１の動作について説明する。
図２に示す走行パターン生成装置１の走行パターン生成処理は、走行が開始された後、所定のタイミングで実行される。例えば、経路設定後に誘導が開始されるタイミング、所定距離もしくは所定時間走行ごと、または走行経路における走行区間を通過するごとに繰り返して実行される。

まず、Ｓ１において、参照走行パターン生成部３は、現在位置特定部８から現在位置情報を取得し、車両情報検知部６から車両情報を取得する。
次に、Ｓ２において、参照走行パターン生成部３は、Ｓ１で取得した現在位置から目的地までの走行経路情報または一定距離分の走行経路情報を走行経路特定部９から取得する。
Ｓ３において、参照走行パターン生成部３は、Ｓ２で取得した走行経路上に存在する信号現示スケジュール、車両周辺の交通状況などの交通状況情報を交通状況検知部７から取得する。

Ｓ４において、参照走行パターン生成部３は、Ｓ２およびＳ３で取得した走行経路情報および交通状況情報を基にして、参照走行パターンにおける上限速度、加速度を設定する。なお、減速度は、極力小さい値としている。上限速度は、例えば、走行経路の制限速度（法定速度）、カーブ情報、右左折の有無、また渋滞情報などに基づき、走行経路上の所定の地点（法定速度の設定地点の他、カーブ地点、右左折などの走行経路上の特定地点等）ごとに設定される。加速度は、参照走行パターン生成に用いられるものであり、固定値とする。設定される加速度は、一般的な車両の平均的な加速度でもよいし、車種ごとに決定されるエネルギー消費の点で最適な加速度でもよい。また、設定される加速度は、ユーザが設定する加速度であってもよいし、ユーザが運転操作した場合の加速度であってもよい。

Ｓ５において、参照走行パターン生成部３は、Ｓ３で取得した交通状況情報およびＳ４で設定した上限速度および加速度に基づいて、Ｓ２で取得した走行経路上にＳ１で取得した現在の車両の位置および速度を始点とする参照走行パターンを生成する。例えば、参照走行パターン生成部３は、現在の車両の速度が上限速度より小さい場合は、指定した加速度で上限速度まで加速し、上限速度で一定速度となるように参照走行パターンを生成する。現在の車両の速度が上限速度より大きい場合は、上限速度を超えないように、所定の減速度で減速するように参照走行パターンを生成する。また、参照走行パターン生成部３は、信号待機列末尾位置、走行履歴の学習による停止位置、または現示が赤の信号位置では停止するように、所定の減速度で減速し停止するよう参照走行パターンを生成する。このようにして参照走行パターン生成部３が生成した参照走行パターンは、上限速度まで速度を上げ、信号が赤ならば停止するというように、ドライバーが信号現示スケジュールおよび加速による消費エネルギーに拘らず、制限速度、現在の信号表示である信号現示情報および周辺の交通状況のみを考慮した通常走行した場合のモデル走行パターンとなる。

Ｓ６において、走行区間分割部４は、Ｓ５で生成された参照走行パターンおよび信号位置を基に、走行経路を複数の区間へと分割する。走行区間分割部４は、信号位置、信号機の影響などで前方に他車両が存在する場合などの交通状況情報に応じて、通過時刻が制限される地点を基準点と設定し、設定した基準点を基にして走行経路を分割する。例えば、参照走行パターンにおいて停止している地点を基準点とし、規定値以下の低速度から加速している地点も、前方に他車両が存在するために停止もしくは減速すると判断し、基準点とすればよい。また、参照走行パターンで停止せずに通過できる信号機の位置も基準点とする。

Ｓ７において、走行区間分割部４は、Ｓ５で分割された走行経路の走行区間ごとの走行特徴を抽出する。抽出される走行特徴は、例えば、走行区間の距離、初速度、終端速度、平均速度、走行時間などである。

Ｓ８において、低燃費走行パターン生成部５は、Ｓ３で設定された上限速度および加速度、Ｓ７で抽出された各走行区間の走行特徴に基づいて、低燃費走行パターンを生成する。各走行区間の低燃費走行パターンは、走行区間の走行時間および平均速度、２走行区間先までの平均速度を考慮して生成される。低燃費走行パターンは、参照走行パターンにおいて停止もしくは減速が予想される地点である基準点を、参照走行パターンと同時刻に停止や減速することなく通過できるように算出され、参照走行パターンよりも累積の速度上昇量が少なくなるように算出される。これによって、低燃費走行パターンのエネルギー消費量は、参照走行パターンのエネルギー消費量よりも小さくなる。Ｓ８の処理が終了すると、図２の制御処理を終了する。

図３は、本発明の実施の形態１による低燃費走行パターン生成部による低燃費走行パターン生成処理の動作を示すフローチャートである。
図３に示す低燃費走行パターン生成処理は、図２のＳ８に示す低燃費走行パターン生成処理の詳細を示すものであり、低燃費走行パターン生成部５による低燃費走行パターンの生成は、車両の走行開始位置から順に走行経路の全走行区間について実施され、全走行区間の処理が完了した時点で終了する。

図３に示すように、低燃費走行パターン生成部５による低燃費走行パターン生成処理が開始されると、Ｓ１００において、低燃費走行パターン生成部５は、走行経路に低燃費走行パターン生成処理が行われていない走行区間（未処理走行区間）が存在するかどうかの判定を行う。未処理走行区間が存在しない場合は低燃費走行パターン生成処理を終了し、低燃費走行パターンを確定する。未処理走行区間が存在する場合は、未処理走行区間を処理対象走行区間とし走行局面設定処理Ｓ１０１へ移行する。

Ｓ１０１において、低燃費走行パターン生成部５は、処理対象走行区間の初速度と処理対象区間の平均速度とを比較し、車両が加速局面にあるのか、減速局面にあるのかという自区間内の走行局面を決定する。平均速度が初速度よりも大きい場合は、加速局面であり、平均速度が初速度よりも小さい場合は、減速局面である。

Ｓ１０２において、低燃費走行パターン生成部５は、処理対象走行区間の先の次走行区間における走行の特徴を判断する。この処理では、処理対象走行区間から２区間先（次々走行区間）までの各走行区間の平均速度を比較することで、次走行区間が隣接する走行区間と比較してどのような走行局面を持つのかを決定する。

図４は、本発明の実施の形態１による低燃費走行パターン生成部による走行区間の隣接する走行区間と比較した走行局面の判断例を示す速度パターンの図である。
図４を用いて、Ｓ１０２における低燃費走行パターン生成部５の次走行区間の走行局面の判断方法を説明する。図４（ａ）においては、「処理対象走行区間の平均速度＜次走行区間の平均速度＜次々走行区間の平均速度」となっている。図４（ａ）の場合、低燃費走行パターン生成部５は、次走行区間を処理対象走行区間から次々走行区間にかけての加速の途中とみなし、次走行区間の走行局面は「加速中」であると判断する。また、図４（ｂ）においては、「処理対象走行区間の平均速度＜次走行区間の平均速度＞次々走行区間の平均速度」となっている。図４（ｂ）の場合、低燃費走行パターン生成部５は、次走行区間を速度における直近の極大点であるとみなし、次走行区間の走行局面は「速度極大」であると判断する。図４（ｃ）においては、「処理対象走行区間の平均速度＞次走行区間の平均速度＞次々走行区間の平均速度」となっている。図４（ｃ）の場合、低燃費走行パターン生成部５は、次走行区間を処理対象走行区間から次々走行区間にかけての減速の途中とみなし、次走行区間の走行局面は「減速中」であると判断する。図４（ｄ）においては、「処理対象走行区間の平均速度＞次走行区間の平均速度＜次々走行区間の平均速度」となっている。図４（ｄ）の場合、低燃費走行パターン生成部５は、次走行区間を速度における直近の極小点であるとみなし、次走行区間の走行局面は「速度極小」であると判断する。次走行区間または次々走行区間が存在しない場合は、低燃費走行パターン生成部５は、存在しない走行区間を平均速度０として扱い、同様に判断する。

Ｓ１０３において、低燃費走行パターン生成部５は、設定された加速度、Ｓ１０１において求めた処理対象走行区間の走行局面、Ｓ１０２の処理によって判断した次走行区間の走行局面、および処理対象走行区間から次々走行区間までの各平均速度から、次走行区間の最適速度パターンの生成に必要な次走行区間の初速度の範囲を求める。
次走行区間の初速度の範囲は、次走行区間における低燃費走行パターンを求める際に、解が存在しなかったり、急加速など不自然な加減速を行わなければならなかったりするような事がないように設定される。例えば、処理対象走行区間が加速局面かつ次走行区間が加速中の場合において、次走行区間の初速度は、少なくとも次々走行区間の平均速度まで加速できるような範囲でなければならない。

Ｓ１０４において、低燃費走行パターン生成部５は、処理対象走行区間の初速度、走行時間およびＳ１０３で設定した次走行区間の初速度の範囲を基に、処理対象走行区間の低燃費走行パターンを生成する。また、処理対象走行区間の低燃費走行パターンは、走行時間が参照走行パターンと同一という条件下で、Ｓ４で設定した走行経路の所定の地点ごとの上限速度を超過しないように、かつ、極力加減速を行わないようにして生成される。このようにすることで、低燃費走行パターン生成部５は、参照走行パターンにおいて停止もしくは減速している基準点を、同時刻に、停止することなく通過できるような低燃費走行パターンを生成し、加速による消費エネルギーの低減化を行うことができる。

また、低燃費走行パターン生成部５は、予め設定されている最低定速度以下で定速走行しなければ、基準点を無停止で通過できない場合は、最低定速度で走行し、基準点で停止するよう低燃費走行パターンを生成しても良い。これによって、極端に低速度で走行し、かえって消費エネルギーが増大したり、交通に悪影響を及ぼしたりすることを防ぐことができる。さらに、低燃費走行パターン生成部５は、下り勾配前や勾配途中にある信号については、早めに到達して停止し、アイドリングストップを促すような低燃費走行パターンを生成しても良い。これによって、発進時が下り勾配である場合においては、発進時のエネルギーとして位置エネルギーを利用できるため、消費エネルギーが少ないためである。このため、低燃費走行パターンの各走行区間の走行時間は、参照走行パターンの走行時間と全く同一である必要はなく、所定の範囲内であればよい。

加えて、信号の現示スケジュールである信号情報が取得でき、当該信号を挟んだ連続する２つの走行区間において、前区間の低燃費走行パターンの最高速度が大きい場合は、低燃費走行パターン生成部５は、時間的拘束条件を緩め、当該信号現示が青から変化しない範囲内で、前走行区間の最高速度を小さくするとして低燃費走行パターンを生成してもよい。これによって、走行区間内だけでなく、走行区間と走行区間との間の速度差の最適化を行うことができ、より消費エネルギーが少ない走行パターンを求めることができる。

Ｓ１０４の処理が終了すると、算出した低燃費走行パターンの終端速度を次走行区間の初速度として設定し（Ｓ１０５）、未処理走行区間の判定（Ｓ１００）へ戻る。

図５は、本発明の実施の形態１による走行パターン生成装置で生成した終端に信号機が存在する走行区間の参照走行パターンと、当該参照走行パターンを基に求めた低燃費走行パターンの例を示す図である。図５において、縦軸は速度を示し、横軸は時刻を示している。また、図５において、細線は参照走行パターン（同図のＲＰ）を示し、太線は低燃費走行パターン（同図のＬＰ）を示している。

図５に示す例では、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｂまでが走行区間の走行時間である。図５に示す参照走行パターンＲＰにおいては、時刻ｔ_０から加速を行い、時刻ｔ_Ａで現示が赤の信号位置に到達して停止し、信号機の現示が青に遷移した時刻ｔ_Ｂで再加速を行っている。このように、参照走行パターンで赤信号により停止すると予想される走行区間の場合は、低燃費走行パターン生成部５は、再加速するタイミング、すなわち当該信号の現示が青に遷移するタイミングである時刻ｔ_Ｂで信号位置に到達するように、走行区間内の低燃費走行パターンＬＰを決定する。そのためには、参照走行パターンと時間軸で囲まれた縦線部分の面積と、低燃費走行パターンＬＰと時間軸で囲まれた斜線部分の面積が一致するように、低燃費走行パターン生成部５は、定速走行速度を低下させ、低燃費走行パターンＬＰを求めるのが望ましい。

次に、複数の走行区間に渡る参照走行パターンと、これら複数の走行区間に渡る参照走行パターンを基に作成した低燃費走行パターンの例を説明する。
図６は、本発明の実施の形態１による走行パターン生成装置で生成した複数の走行区間に渡る参照走行パターンＲＰと、複数の走行区間に渡る参照走行パターンＲＰを基に作成した低燃費走行パターンＬＰの例を示す図である。図６において、縦軸は速度を示し、横軸は時刻を示している。また、図６において、実線は参照走行パターンＲＰを示し、破線は低燃費走行パターンＬＰを示し、一点鎖線は各走行区間の平均速度を示す。

まず、走行区間分割部４は、実線の参照走行パターンＲＰを基に走行経路を４つの走行区間（Ｒ_１〜Ｒ_４）に分割する。走行区間分割部４は、時刻ｔ_１および時刻ｔ_３のような信号位置および時刻ｔ_２のような所定量以上減速した後加速する場合（または所定量以上加速した場合）である凹状（または凸状）に鳴っている地点を基準点として走行経路を分割する。次に、走行区間ごとの平均速度（Ｖ_１〜Ｖ_４）、走行距離（Ｌ_１〜Ｌ_４）、走行時間（Ｔ_１〜Ｔ_４）などの走行特徴を抽出し、時系列の古い区間から順に低燃費走行パターン生成処理が行われる。

例えば、走行区間Ｒ_１の低燃費走行パターン生成処理では、まず走行区間Ｒ_１の初速度ｖ０と平均速度Ｖ_１の比較が行われ、処理対象走行区間Ｒ_１の自区間内の走行局面が「加速局面」であると判断される（図３のＳ１０１）。次に、処理対象走行区間Ｒ_１から２区間先（次々走行区間Ｒ_３）までの走行区間の各平均速度（Ｖ_１〜Ｖ_３）を参照し、次走行区間Ｒ_２の隣接区間と比較した走行局面が「加速中」であると判断される（図３のＳ１０２）。ここで、処理対象走行区間Ｒ_１の自区間内の走行局面、次走行区間Ｒ_２の隣接区間と比較した走行局面、処理対象走行区間Ｒ_１から２区間先（次々走行区間Ｒ_３）までの走行区間の各平均速度（Ｖ_１〜Ｖ_３）および設定された加速度から、次走行区間Ｒ_２が許容できる次走行区間Ｒ_２の初速度の範囲が設定される（図３のＳ１０３）。

破線で表される低燃費走行パターンＬＰは、定められた加速度で初速度ｖ０から走行距離Ｌ_１を走行時間Ｔ_１で走行でき、かつ終端速度が設定した次走行区間Ｒ_２の初速度の範囲内となるような条件の下で、最も加速（累積速度上昇量）が少ないような走行パターンとして生成される。その結果、低燃費走行パターンＬＰでは、参照走行パターンＲＰで再加速する時刻ｔ_１に、信号位置に到達することができ、信号位置で停止することなく走行することが可能となる。最も加速の少ない走行パターンとしては、終端速度が次区間の初速度の設定範囲に収まる限りは、処理対象走行区間Ｒ_１のように定められた加速度で、適切な速度まで加速した後、定速となるパターンとなる。

同様に、走行区間Ｒ_２を処理対象走行区間とした場合、処理対象走行区間Ｒ_２は「加速局面」であり、次走行区間Ｒ_３の隣接区間と比較した走行局面は「速度極大」であると判断される。処理対象走行区間Ｒ_２の自区間内の走行局面、次走行区間Ｒ_３の隣接区間と比較した走行局面、処理対象走行区間Ｒ_２から２区間先までの走行区間の各平均速度、および予め定められた加速度から、次走行区間Ｒ_３が許容できる初速度の範囲が設定される。走行区間Ｒ_１のような加速後定速となる走行パターンを用いると、処理対象走行区間の終端速度が、次走行区間の許容初速度範囲外の場合は、走行区間Ｒ_２のように設定された加速度・減速度を用いて走行区間の最後に速度の調整を行う。

また、低燃費走行パターンを生成するためのより簡易な手法として、可能な限り各走行区間の平均速度に近くなるように走行区間の境界における速度の変化パターンを求める方法を以下に説明する。
この手法は、各走行区間の平均速度を低燃費走行パターンの基本とし、隣り合う走行区間（処理対象走行区間と次走行区間）の間の速度遷移を平均速度の平均値（時間−速度平面状の中点）を通る直線で補間する。
図７は、本発明の実施の形態１に係る走行パターン生成装置の低燃費走行パターン生成部の簡易生成手法による動作を示すフローチャートである。また、図８は、本発明の実施の形態１に係る走行パターン生成装置の低燃費走行パターン生成部の簡易生成手法により低燃費走行パターンを生成する例を示す図である。
図７に示す手法を図２に示すフローチャートのＳ８（図３に示すＳ１０１〜Ｓ１０５）に代えて用いると、より少ない計算量で低燃費走行パターンの算出が可能となる。

まず、Ｓ１１１において、隣り合う２つの走行区間（図８に示す走行区間Ａおよび走行区間Ｂ）のそれぞれの平均速度（走行区間Ａおよび走行区間Ｂについて、それぞれＶＡおよびＶＢとする）の平均値ＡＡを求める。
次に、Ｓ１１２で、上記２つの走行区間の境界時点で求めた平均値ＡＡを通り予め設定した傾き（加速度および減速度の設定値）を持つ直線Ｌと、上記２つの走行区間のそれぞれの平均速度を示す２本の直線との交点（交点ＰＡおよび交点ＰＢ）をそれぞれ求める。走行区間あたりの時間が短いなどの理由により、予め設定した傾きでは算出不可能な場合は、傾きを調整する。
Ｓ１１３において、Ｓ１１１で求めた隣り合う２つの走行区間の平均速度を示す２本の線分と、当該２つの走行区間の平均速度の平均値ＡＡおよびＳ１１２で求めた交点（交点ＰＡおよび交点ＰＢ）を通る線分とにより図８の太線に示す低燃費走行パターンを算出する。
Ｓ１１４において、隣り合う２つの走行区間が定義できない場合には、Ｓ１１５に進み、処理対象走行区間の両端の走行区間の平均速度から処理対象走行区間での走行距離を満足するよう、３つの直線で低燃費走行パターンを算出する。

以上のとおり、本発明の実施の形態１に係る走行パターン生成装置１によれば、不必要な加速を低減し、車両が消費するエネルギーをより低減する走行パターンを生成することができる。また、走行経路の制限速度、信号位置などの走行経路情報、信号現示スケジュール、信号待機列末尾位置などの交通状況情報、カーブなどの経路形状情報を取得することで、走行経路の形状、走行時の交通状況に合わせたエネルギー消費の少ない走行パターンを生成することができる。

また、本発明の実施の形態１に係る走行パターン生成装置１によれば、ドライバーが信号などの交通状況による加減速、すなわち消費エネルギーを意識せずに走行する場合に比べて、速度上昇量の累積をより抑制する走行パターンを走行することができるので、エネルギー消費の少ない走行パターンを生成することができる。さらに、参照速度パターンと同じ走行時間での走行を保証できるため、省エネルギー走行を心がけたために、旅行時間が増大してしまうような状況が発生することがない。

また、本発明の実施の形態１に係る走行パターン生成装置１によれば、信号機など、通行時刻に制約がある基準点の通過時刻は、参照走行パターンと大きく変化させないことから、後続車両への影響も小さくなる。赤信号によって停止するような走行区間においては、次に青信号へと遷移したタイミングで信号機を通過するため、後続車両も自車両が参照速度パターンで走行した場合と、ほぼ同じタイミングで信号を通過することができる。このため、後続車に対する走行時間の影響も最小限に抑えられる。

また、本発明の実施の形態１に係る走行パターン生成装置１によれば、設定および取得した情報を基に、低燃費走行パターンを解析的に生成することができるため、繰り返し計算によって生成するものよりも、計算量を大幅に削減することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２に係る走行パターン生成装置１１は、車両走行後に走行評価をするために、走行経路を含む走行履歴に基づいて、評価基準となる低燃費走行パターンを生成するものである。本実施の形態２に係る走行パターン生成装置１１は、実施の形態１に係る走行パターン生成装置１が走行予定の経路における低燃費走行パターンを生成するのに対して、過去の走行に対する低燃費走行パターンを生成する点で異なっている。本実施の形態２においては、実施の形態１に示した走行パターン生成装置１との相違点を中心に行う。

図９は、本発明の実施の形態２による走行パターン生成装置の構成を示すブロック図である。
走行パターン生成装置１１は、走行履歴管理部１６および走行パターン生成部１２を備えている。本実施の形態２の走行パターン生成装置１１では、実施の形態１に示す走行パターン生成装置１が有していた交通状況検知部６、車両情報検知部７、現在位置特定部８、および走行経路特定部９を備えておらず、走行履歴管理部１６が保持する走行履歴情報を利用して、低燃費走行パターンを生成する。

走行履歴管理部１６は、車両が走行した走行経路、時刻、走行速度、走行距離を取得して、走行履歴情報として保存し、保存していた走行履歴情報を走行パターン生成部１２へ出力する。走行履歴情報に含まれる走行経路情報は、図１に示す実施の形態１の走行パターン生成装置１の走行経路特定部９で扱う走行経路情報と同様に、交差点情報または経路長、制限速度、信号位置情報、カーブ情報、右左折の有無などが含まれる。また、走行履歴情報の１つとして、ミリ波センサなどを利用した前方車の有無などの車両周辺情報を含む交通状況情報を保存しても良い。

走行パターン生成部１２は、参照走行パターン生成部１３、走行区間分割部１４、および低燃費走行パターン生成部１５を備える。走行パターン生成部１２は、走行履歴管理部１６から入力された走行履歴情報を基に、走行履歴と同時刻、同経路における交通状況を考慮し、走行履歴と同じ走行時間のままで、消費エネルギーが参照走行パターンよりも低減される低燃費走行パターンを生成する。

参照走行パターン生成部１３は、走行履歴管理部１６から取得した走行履歴情報を用いて、参照走行パターンを生成する。実施の形態１に示した参照走行パターン生成部３は、予測された走行経路上のモデル走行パターンを生成するのに対し、本実施の形態２に示す参照走行パターン生成部１３は、評価対象である過去の走行履歴である走行パターンを参照速度パターンとして設定する点で異なる。また、参照走行パターン生成部１３は、走行履歴を参照速度パターンとして登録する際に、速度のスムージングを行うなど、評価を行いやすい情報に変換する機能も有する。

走行区間分割部１４は、実施の形態１の走行区間分割部４と同等の構成および機能を有し、参照走行パターン生成部１３で生成した参照速度走行パターンを基に、走行経路を複数の走行区間に分割する。

低燃費走行パターン生成部１５は、実施の形態１の低燃費走行パターン生成部５と同等の構成および機能を有し、走行区間分割部４で分割した各走行区間について、走行時間が参照走行パターンと同じになるように、消費エネルギーが参照走行パターンよりも低減される低燃費走行パターンを生成する。

図１０は、本発明の実施の形態２に係る走行パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態２に係る走行パターン生成装置１１の動作について説明する。
図１０に示す走行パターン生成装置１１の走行パターン生成処理は、走行後、または走行中の所定のタイミングで実行される。例えば、車両がドライバーの設定した目的地へ到着した場合、または所定時間または所定距離ごとに走行パターン生成処理は、繰り返し実行される。また、走行パターン生成処理は、信号などによる停車ごとに繰り返し実行されても良い。

図１０において、走行パターン生成処理は、Ｓ１０の走行履歴情報の取得処理から開始される。Ｓ１０において、参照走行パターン生成部１３は、評価対象の走行履歴情報を走行履歴管理部１６から取得する。取得する範囲は、例えば、走行開始もしくは前回の走行評価を行った範囲の直後から、今回の走行パターン生成処理が開始される直前までの走行履歴情報である。

Ｓ１１において、参照走行パターン生成部１３は、Ｓ１０で取得した走行履歴情報を用いて、参照走行パターンを生成する。参照走行パターン生成部１３は、走行履歴情報における走行時間に対する走行速度に対して、例えば移動平均法を用いるなどしてスムージングを行ったり、データの間引きを行ったりするなどして、走行履歴情報を走行区間分割部１４または低燃費走行パターン生成部１５が扱いやすいデータへと変換した後に、当該変換データを参照走行パターンとして登録する。

Ｓ１２において、走行区間分割部１４は、Ｓ１１で生成された参照走行パターンおよびＳ１０で取得した走行履歴情報に含まれる走行経路情報を利用して基準点を設定し、設定された基準点を基に、走行経路を複数の走行区間に分割する。分割の基準点は、実施の形態１に示した走行区間分割部４が行う区間分割処理Ｓ６と同様に、信号位置、信号機の影響などで前方に他車両が存在する場合などの交通状況に応じて、通過時刻が制限される地点を基準点と設定される。走行履歴情報に含まれる走行経路情報に、前方車両の有無の情報が含まれている場合は、前方車両の有無の情報を用いて区間分割を行うと、より消費エネルギーを低減する低燃費走行パターンを得ることができる。

Ｓ１３において、走行区間分割部１４は、Ｓ１２で分割された各走行区間の特徴を抽出する。このＳ１３に示す特徴抽出処理は、実施の形態１のＳ７に示す走行特徴抽出と同一の処理である。

Ｓ１４において、低燃費走行パターン生成部１５は、Ｓ１０で取得した走行履歴情報を基にして、低燃費走行パターンにおける上限速度、加速度を設定する。上限速度は、例えば、走行履歴の走行経路情報における走行経路の法定速度、カーブ情報、右左折の有無、渋滞情報などに基づき、走行経路上の地点ごとに設定される。また例えば、右左折時は走行履歴情報の走行速度を上限速度に設定するなど、走行履歴情報の走行速度を参照して、上限速度を決定しても良い。Ｓ１４で設定する加速度は、低燃費走行パターン生成に用いられる加速度であり、実施の形態１に示したＳ４と同様に設定する。

Ｓ１５において、低燃費走行パターン生成部１５は、実施の形態１におけるＳ７と同様の低燃費走行パターン生成処理を行う。低燃費走行パターン生成部１５は、Ｓ１２で分割された走行区間ごとに実行され、各走行区間の走行時間が同じになるようにかつ、加速（累積速度上昇量）の最も少ない走行パターンを算出することで、消費エネルギーが参照走行パターンよりも低減できる低燃費走行パターンを生成する。また、低燃費走行パターンは、基本的にＳ１４で設定した加速度を用い、Ｓ１４で設定した上限速度以下の走行速度となるように低燃費走行パターンを生成する。また、低燃費走行パターン生成部１５は、定速走行の最低速度を規定する最低定速度を設定し、最低定速度以下で走行しなければ基準点を無停止で通過できない場合は、最低定速度で走行した後、基準点で停止するような走行パターンを生成する。これによって、極端に低速度で走行し、かえって消費エネルギーが増大するのを防ぐことができる。

以上のとおり、実施の形態２に係る走行パターン生成装置１１によれば、不必要な加速を低減し、車両が消費するエネルギーをより低減する走行パターンを生成することができる。また、制限速度、信号位置などの走行経路情報および信号現示スケジュール、前方車による停止などの交通状況情報を走行履歴情報から推定もしくは取得することで、走行履歴が記録された時点の交通状況や走行経路の形状に合わせたエネルギー消費の少ない走行パターンを生成することができる。さらに、走行履歴と同じ走行時間で、エネルギー消費を低減した低燃費走行パターンを生成できるため、本実施の形態２に係る走行パターン生成装置１１によって生成される低燃費走行パターンと走行履歴とを比較することで、同じ到着時刻という条件下で交通状況を考慮したドライバーの走行評価を行うことが可能となる。

また、走行履歴などをサーバに送付することによって各個人の運転について燃費を指標として評価する燃費ランキングなどのサービスにおいて、実施の形態２に係る走行パターン生成装置１１が生成した走行パターンを、各個人の運転を評価する際の基準として利用すれば、走行場所などの違いによるランキング参加者間の成績のばらつきを正規化することができる。より具体的には、走行パターン生成装置１１が生成した低燃費走行パターンによる燃料消費量と実際の個人の走行履歴による燃料消費量とを比較し、その誤差をランキングの際の指標とすれば良い。指標となる誤差値は、単純に低燃費走行パターンの燃料消費量に対する比率（小さいほど良い）としても良いし、低燃費走行パターンと走行履歴の走行パターンとの間の２乗誤差（各時刻の速度誤差の２乗値の時間平均値）などを用いても良い。このようにすれば、実際の平均燃料消費量だけに基づく燃費ランキングの場合には、市街走行でいくらエコ運転を心がけた参加者が、市街走行に比べて燃料消費量が少なくなりやすい高速道路を主に走行した参加者に負けてしまうというランキングの不平等を解消することができる。

１ 走行パターン生成装置、２ 走行パターン生成部、３ 参照走行パターン生成部、４ 走行区間分割部、５ 低燃費走行パターン生成部、６ 交通状況検知部、７ 車両情報検知部、８ 現在位置検知部、９ 走行経路特定部、１１ 走行パターン生成装置、１２ 走行パターン生成部、１３ 参照走行パターン生成部、１４ 走行区間分割部、１５ 低燃費走行パターン生成部、１６ 走行履歴管理部。

Claims (9)

1. 車両の走行速度と走行時間から構成される参照走行パターンおよび前記車両が走行する走行経路を示す走行経路情報に基づいて、前記走行経路を複数の基準点で複数の走行区間に分割する走行区間分割部と、
   各走行区間の走行時間が前記参照走行パターンの各走行区間の走行時間の所定の範囲内であるとともに、各走行区間での累積速度上昇量が前記参照走行パターンよりも少ない低燃費走行パターンを処理対象区間および次区間の平均速度に基づいて生成する低燃費走行パターン生成部とを備えたことを特徴とする走行パターン生成装置。
2. 走行経路情報および交通状況情報に基づいて参照走行パターンを生成する参照走行パターン生成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。
3. 車両の走行履歴に基づいて参照走行パターンを生成する参照走行パターン生成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。
4. 走行区間分割部は、参照走行パターンの信号位置、車両の停止位置または所定量以上減速後に加速した位置を基準点として走行経路を分割することを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。
5. 走行区間分割部は、交通状況情報を用いて走行経路を分割することを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。
6. 低燃費走行パターン生成部は、処理対象区間、次区間および次々区間の平均速度に基づいて低燃費走行パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。
7. 低燃費走行パターン生成部は、処理対象区間の初速度および平均速度から求められる前記処理対象区間の自区間内の走行局面と、前記処理対象区間、次区間および次々区間の平均速度から求められる前記次区間の隣接区間と比較した走行局面とに基づいて前記次区間で許容できる初速度の範囲を求め、前記次区間で許容できる初速度の範囲から低燃費走行パターンを生成することを特徴とする請求項５に記載の走行パターン生成装置。
8. 低燃費走行パターン生成部は、処理対象区間および次区間の平均速度に基づいて低燃費走行パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。
9. 低燃費走行パターン生成部は、制限速度または最低速度を用いて低燃費走行パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の走行パターン生成装置。

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