JP5382136B2

JP5382136B2 - 車両制御装置

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Publication number: JP5382136B2
Application number: JP2011545898A
Authority: JP
Inventors: 康治田口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JPWO2011074096A1; CN102741899B; CN102741899A; US8620569B2; WO2011074096A1; US20120239282A1

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来、このような分野の技術として、例えば特開２００８−１２９８０４号公報に記載された走行制御計画生成システムが知られている。この走行制御計画生成システムにおいては、走行制御の計画を上位計画と下位計画とに階層化することで、上位計画により車両の燃費性等の走行方針を満たしつつ、周辺車両の下位計画を考慮し、所定の指標による評価に基づいて車両の下位計画を選定できるため、所定の条件に沿う適切な計画に基づいた一の車両の制御を実現している。

特開２００８−１２９８０４号公報

しかし、上記の特許文献１に記載の走行制御計画生成システムにおいては、例えば周辺車両の台数増加等により渋滞が発生すると、生成した走行制御計画どおりに車両が走行することができず、燃費性等の走行方針を満たすことができないという問題があった。

そこで、本発明は、周辺車両の車速を考慮して最適な低燃費速度パターンを生成することにより、燃費性に優れた車両の走行を実現できる車両制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、所定の走行区間における車両の速度パターンを生成し、速度パターンに基づいて車両を制御する車両制御装置において、所定の走行区間における平均交通流車速を取得する平均交通流車速取得手段と、平均交通流車速に基づいて、所定の走行区間における車両の燃料消費を低くするように最適化された速度パターンを生成する最適低燃費速度パターン生成手段と、最適低燃費速度パターンに基づいて車両を制御する制御手段と、を備えること、を特徴とする車両制御装置を提供する。

上記本発明においては、平均交通流車速取得手段により所定の走行区間における平均交通流車速を取得することによって、平均交通流車速に基づいて、所定の走行区間における車両の燃料消費を低くするように最適化された速度パターンを生成することができ、周辺車両の車速を考慮した走行をすることができ、渋滞等が生じても燃費性に優れた車両の走行を実現することが可能となる。

また、本発明の車両制御装置において、所定の走行区間は車両の走行位置から交通遮断部までの現区間を含み、交通遮断部の遮断タイミング情報を取得する遮断タイミング情報取得手段と、平均交通流車速及び遮断タイミング情報に基づいて、車両の現区間における推定走行速度及び推定走行距離を算出する推定走行算出手段と、を備え、最適低燃費速度パターン生成手段は、推定走行速度及び推定走行距離を用いて、車両の現区間における最適低燃費速度パターンを生成することが好ましい。

所定の走行区間に信号機などの交通遮断部がある場合は、例えば、周辺車両などが交通遮断部において停止することによる渋滞などが発生しやすくなるが、本発明においては、交通遮断部の遮断タイミング情報を取得し、平均交通流車速と遮断タイミング情報から、車両の走行位置から交通遮断部までの現区間における推定走行速度及び推定走行距離を算出することによって、車両の現区間における最適低燃費速度パターンを生成することができ、燃費性に優れた車両の走行を実現することが可能となる。

本発明の車両制御装置は、推定走行距離と車両から交通遮断部までの距離に基づいて、車両が交通遮断部によって停止させられるか否かを判定する停止判定手段と、車両が交通遮断部に停止させられないと判定されたときに、車両が交通遮断部を通過できる通過速度を算出する通過速度算出手段と、通過速度を用いて、車両の現区間における通過速度パターンを生成する、通過速度パターン生成手段と、を備えることが好ましい。

上記車両制御装置においては、推定走行距離が車両から交通遮断部までの距離よりも長いと判定された場合には、車両は交通遮断部によって停止させられず、停止によるエネルギーロスも生じないことから、交通遮断部を通過できる通過速度を算出し、現区間における通過速度パターンを生成することが好ましい。

さらに本発明の車両制御装置は、平均交通流車速が取得された経路に応じて信頼度を算出する信頼度算出手段と、信頼度に基づいて、最適低燃費速度パターンに基づいた車両の制御を調整する制御調整手段と、を備えることも好ましい。平均交通流車速は取得する経路に応じて信頼性が異なることから、平均交通流車速が取得された経路に応じて信頼度を算出することによって、最適低燃費速度パターンに基づいた車両の制御を信頼度に応じて調整することが可能となる。

本発明によれば、周辺車両の車速を考慮して最適な低燃費速度パターンを生成することにより、燃費性に優れた車両の走行を実現できる車両制御装置を提供することができる。

本発明に係る車両制御装置の構成の一実施形態を示すブロック図である。図１の車両制御装置を備えた車両の走行例を示す概念図である。最適低燃費速度パターンの生成手順の前半部を示すフローチャートである。最適低燃費速度パターンの生成手順の後半部を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る車両制御装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る車両制御装置１は、車両Ａの燃料消費を低くするように最適化された速度パターンを生成し、この最適低燃費速度パターンに沿って車両Ａを走行制御することで、最適な低燃費運転を実現するものである。なお、最適低燃費速度パターンとは、所定の走行区間における平均交通流車速に基づいて、車両Ａが最適な低燃費走行を実現するように、車両Ａの走行予定軌跡上の各地点における速度目標を計画したものである。

車両制御装置１は、装置を統括的に制御するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２を有している。ＥＣＵ２は、例えば最適低燃費速度パターン生成手段、推定走行算出手段、停止判定手段、通過速度算出手段、通過速度パターン生成手段及び制御手段を備えており、車速センサ３、ナビゲーションシステム４、路車間通信機５及び作動部６と電気的に接続されている。

車速センサ３は、車両Ａの４つの車輪にそれぞれ設けられ、車輪の回転速度から車両Ａの車速を検出するものである。車速センサ３は、検出した車速を車速情報としてＥＣＵ２に出力する。

ナビゲーションシステム４は、現在地から設定された目的地までの経路を案内するものである。ナビゲーションシステム４は、車両Ａの現在位置を検出するためのＧＰＳ受信部と、地図データベースと、を有している、地図データベースには、道路形状に関する道路形状情報や道路上の停止線の位置に関する停止線情報が記録されている。ナビゲーションシステム４は、車両Ａの現在位置の情報及び車両Ａの付近の地図データをナビゲーション情報としてＥＣＵ２に検出する。また、ＶＩＣＳ等にも利用されているセンサから平均交通流車速に係る詳細な情報を入手できる場合には、そのセンサ（もしくは中央センター経由）で平均交通流車速を取得する。

路車間通信機５は、道路脇に設置された光ビーコンなどのインフラ設備と路車間通信を行うためのものである。このようなインフラ設備は、例えば交通遮断部である信号機Ｂ１の２００ｍ手前の地点における路車間通信を予定して配置されている。路車間通信機５は、インフラ設備との路車間通信により、車両Ａ前方の信号機Ｂ１の遮断タイミング（信号機の色が切り替わるタイミング）に関する遮断タイミング情報を取得する。路車間通信機５は、取得した遮断タイミング情報をＥＣＵ２に出力する。

作動部６は、車両Ａの制御を行うものである。制御部６は、エンジンのスロットル弁を制御するスロットルアクチュエータや、ブレーキシステムを制御するブレーキアクチュエータ、ステアリング機構を制御する操舵アクチュエータなどから構成される。制御部６は、ＥＣＵ２からの指令により、各アクチュエータを駆動して車両Ａの制御を行う。

ＥＣＵ２は、各センサ類３〜５から取得した各種情報に基づいて、最適低燃費速度パターンを生成し、生成した最適低燃費速度パターンに沿って車両Ａの制御を行う。ＥＣＵ２は最適低燃費速度パターンを生成するにあたって、車両Ａが信号機Ｂ１において停止するか否かを判定する。車両Ａは信号機Ｂ１が青信号のときに通過できると判定したときは、信号通過を優先するため、通過速度を算出し、現区間における通過速度パターンを生成する。よってこの場合は、ＥＣＵ２は最適低燃費速度パターンを生成しない。ＥＣＵ２は、生成した最適低燃費速度パターン又は通過速度パターンに基づいて、作動部６に指令を出力することで、最適低燃費速度パターン又は通過速度パターンに沿った車両Ａの走行制御を行う。

図２は、図１の車両制御装置１を備えた車両Ａの走行例を示す概念図である。車両Ａの走行区間は車両の走行位置から信号機Ｂ１までの現区間Ｐ１と信号機Ｂ１から信号機Ｂ２までの次区間Ｐ２を含んでいる。図２には示していないが、車両Ａの前後左右には周辺車両が存在することから、例えば信号機Ｂ１や信号機Ｂ２が赤信号になると、現区間や次区間においては渋滞が発生する場合がある。

次に、ＥＣＵ２における最適低燃費速度パターン生成の手順について、図３及び４のフローチャートにより説明する。まず、図３に示すように、ステップ１において、道路に設置されたＶＩＣＳ等にも利用されているセンサ（又は中央センター経由）から、現区間Ｐ１を走行する車両群の車速の略平均（以下、「平均交通流車速」という）が入手できるか否かを判定する。

上記センサから平均交通流車速が入手できる場合には、ステップ２において本平均交通流車速（Ｖ１）に係る推定信頼度（Ｒ１）を設定する。Ｖ１は上記センサから入手できた比較的詳細な情報であることから、例えばＲ１は５０％と設定される。一方、上記センサから平均交通流車速が入手できない場合には、ステップ３においてＶＩＣＳ情報から平均交通流車速が入手できるか否かを判定する。

ＶＩＣＳ情報から平均交通流車速が入手できる場合には、ステップ４においてＦＭやビーコン経由で平均交通流車速（Ｖ２）を受信し、Ｖ２に係る推定信頼度（Ｒ２）を設定する。ＶＩＣＳ情報から得られる平均交通流車速は、現区間を含む所定の走行区間の平均交通流車速である場合には、詳細なデータではないため、Ｒ２は例えば３０％と設定される。

ステップ５においては、ナビゲーションシステム４によりプローブ情報に接続することが可能か否か判定し、接続できる場合にはステップ６においてプローブ情報から平均交通流車速（Ｖ３）を取得し、Ｖ３に係る推定信頼度（Ｒ３）を設定する。プローブ情報から得られる平均交通流車速は、リアルタイムな詳細データであるため、Ｒ３は例えば７０％と設定される。

ステップ７においては、上記のＶ１〜Ｖ３が入手できたか否かを判定する。入手できない場合、ステップ８において、車速センサ３で取得した、過去５分間の車両Ａの平均速度（停止時間含む）を推定平均交通流車速（Ｖｅ）と設定する。この場合は平均交通流車速信頼度（Ｒｅ）を小さい値（例えば１０％）に設定し、ステップ１２へスキップする。

ステップ９では、ステップ１〜７において入手できた平均交通流車速がＶ１〜Ｖ３の内のいずれか１つか否かを判定する。Ｖ１〜Ｖ３の内のいずれか１つだけ入手できている場合には、ステップ１０において、その値を推定平均交通流車速とし（例：Ｖｅ＝Ｖ１）、平均交通流車速信頼度を代入する（例：Ｒｅ＝Ｒ１）。

一方、ステップ９において判定した結果、平均交通流車速を２つ以上入手している場合には、ステップ１１において、複数の入手経路の信頼度に応じた重み付け平均を加味して算出する。例えば、Ｖ１とＶ３が得られた場合は例えば以下の式（１）及び（２）のように算出する。
Ｖｅ＝（Ｖ１×Ｒ１＋Ｖ３×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ３）・・・（１）
Ｒｅ＝（Ｒ１＋Ｒ３）／２・・・（２）

次に、ステップ１２において、信号機や管制センターなどのインフラ強調システムから、現区間の交通遮断部（信号機Ｂ１）の遮断タイミング情報である信号サイクル（赤信号の時間：Ｔｒ、青黄信号の時間：Ｔｂ）を入手し、信号サイクルが固定されているか否かを判定する。信号サイクルが固定されている場合は、ステップ１３において前回の信号サイクルを採用する。ここで、一般的に信号サイクルは交通流適正化のため毎回数秒程度変化しているため、信号サイクルが固定されていない場合は、ステップ１４において例えば過去３回分の信号サイクルの平均サイクルを採用する。

ステップ１５においては、Ｔｂを車両Ａの仮定走行時間、Ｔｒを車両Ａの仮定停止時間とし、車両Ａの現区間における推定走行速度（Ｖｔ）及び推定走行距離（Ｓｔ）を例えば以下の式（３）及び（４）のように算出する。
Ｖｔ＝Ｖｅ／（Ｔｂ／（Ｔｒ＋Ｔｂ））・・・（３）
Ｓｔ＝Ｖｔ・Ｔｂ・・・（４）

次に、ステップ１６においては制御速度マージン（Ｖｍ）を設定し、基本制御誤差マージンとして例えば２ｋｍ／ｈをＶｍに代入する。ステップ１７においてバッテリー充填状態（ＳＯＣ）が５０％未満か否かを判定し、例えば５０％未満と低い場合には、ステップ１８においてＶｍを以下の式（５）のように増加させる。制御マージンを考慮して速度生成を行い。予測誤差・制御誤差による不必要なエンジン始動と油圧ブレーキの作動が発生し燃費が悪化することを防止する。
Ｖｍ＝Ｖｍ＋３ｋｍ／ｈ・・・（５）

ステップ１９においては、Ｓｔが信号までの距離（Ｓｓ）よりも長いか否かを判定する。ＳｔがＳｓよりも長い場合には、車両Ａが信号機Ｂ１を青信号で通過することが可能と判断し、ステップ２２へスキップする。一方、ＳｔがＳｓ以下である場合には、車両Ａは信号機Ｂ１を青信号で通過することができないと判断し、現区間で停止する場合の処理を実施する。具体的にはステップ２０において上限車速を例えば法定制限速度（Ｖｒ）からＶｍを引くなどにより設定し、Ｓｔ、Ｖｔを条件とし、最適化技術等を用いて最適低燃費速度パターンを生成する。

ステップ２１においては、例えば平均車速誤差が５ｋｍ／ｈ以上など、ステップ２０における平均車速等の条件を満たしてるか否かを判定する。満たしている場合には、ステップ２９へスキップする。一方、平均車速等の条件を大きく満たしていないなどの場合はステップ２２において上限車速の増減など条件を見直し、ステップ２０において最適低燃費速度パターンを再生成する。

次に図４に基づいてステップ２３以降の処理について述べる。ステップ２３においては、現区間の信号機Ｂ１を青信号で通過できる最高の平均速度（Ｖｍａｘ）を、青信号開始までの時間Ｔｂ１（秒）の場合に例えば以下のように算出する。
Ｖｍａｘ＝ｍｉｎ（Ｖｒ，Ｓｓ／Ｔｂ１）

ステップ２４において、Ｖｔ＝Ｖｍａｘとし、ステップ１９及びステップ２０と同様にして、現区間の通過速度パターンを生成する。この通過速度パターンは現区間の信号機Ｂ１を青信号で通過することを最優先とするものであるため、最適な低燃費を考慮した速度パターンには必ずしもならない場合がある。

ステップ２５において、ステップ２４における現区間の信号機Ｂ１の通過速度、通過時刻を初期条件として、ステップ１〜１５までと同様にして、Ｖｅ２、Ｒｅ２、Ｖｔ２及びＳｔ２を算出する。ステップ２６においては、次区間の信号機Ｂ２までの距離（Ｓｓ２）よりもＳｔ２が長い場合には、車両Ａが信号機Ｂ２を青信号で通過することが可能と判断し、ステップ２８へスキップする。

ステップ２７においては、車両Ａが信号機Ｂ２を青信号で通過することができないと判断した場合であり、ステップ１９及びステップ２０と同様にして、次区間の最適低燃費速度パターンを生成する。一方、ステップ２８において、ステップ２２と同様にして、次区間を青信号で通過できる最高平均速度を条件として、次区間の速度パターンを生成する。

ステップ２９において、ドライバー協調技術を用いて、最適低燃費速度パターンへの支援制御を実施する。その際に信頼度Ｒｅを強制誘導ゲインに積算するなど、支援の度合い（高いほど強い支援）を示す数値に積算することにより、制御調整手段で支援レベルを調整することができる。

このように、本実施形態の車両制御装置１では、所定の走行区間における平均交通流車速を取得し、平均交通流車速に基づいて、所定の走行区間における車両の燃料消費を低くするように最適化された速度パターンを生成することによって、周辺車両の車速を考慮した最適な低燃費速度パターンで車両を制御することができ、燃費性に優れた車両の走行を実現できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、交通遮断部は線路の踏み切りであってもよく、高速自動車道の料金所であってもよい。

１・・・車両制御装置、２・・・ＥＣＵ、３・・・車速センサ、４・・・ナビゲーションシステム、５・・・路車間通信機、６・・・作動部、Ａ・・・車両、Ｂ１・・・第１の信号機（第１の交通遮断部）、Ｂ２・・・第２の信号機（第２の交通遮断部）、Ｐ１・・・現区間、Ｐ２・・・次区間。

Claims

所定の走行区間における車両の速度パターンを生成し、前記速度パターンに基づいて前記車両を制御する車両制御装置において、
前記所定の走行区間における平均交通流車速を取得する平均交通流車速取得手段と、
前記平均交通流車速に基づいて、前記所定の走行区間における前記車両の燃料消費を低くするように最適化された速度パターンを生成する最適低燃費速度パターン生成手段と、
前記最適低燃費速度パターンに基づいて前記車両を制御する制御手段と、
前記平均交通流車速が取得された経路に応じて平均交通流車速信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記平均交通流車速信頼度に基づいて、前記最適低燃費速度パターンに基づいた前記車両の制御を調整する制御調整手段と、
を備え、
前記平均交通流車速取得手段において前記平均交通流車速を複数取得する場合に、複数の前記平均交通流車速信頼度に応じて重み付け平均を加味し平均交通流車速を算出することを特徴とする車両制御装置。
前記所定の走行区間は前記車両の走行位置から交通遮断部までの現区間を含み、
前記交通遮断部の遮断タイミング情報を取得する遮断タイミング情報取得手段と、
前記平均交通流車速及び前記遮断タイミング情報に基づいて、前記車両の現区間における推定走行速度及び前記推定走行速度と仮定走行時間との積である推定走行距離を算出する推定走行算出手段と、を備え、
前記最適低燃費速度パターン生成手段は、前記推定走行速度及び前記推定走行距離を用いて、前記車両の前記現区間における最適低燃費速度パターンを生成する、請求項１記載の車両制御装置。
前記推定走行距離と前記車両から前記交通遮断部までの距離に基づいて、前記車両が前記交通遮断部によって停止させられるか否かを判定する停止判定手段と、
前記車両が前記交通遮断部に停止させられないと判断されたときに、前記車両が前記交通遮断部を通過できる通過速度を算出する通過速度算出手段と、
前記通過速度を用いて、前記車両の前記現区間における通過速度パターンを生成する、通過速度パターン生成手段と、を備える、請求項２記載の車両制御装置。