JP5387152B2

JP5387152B2 - 車両走行制御装置

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Publication number: JP5387152B2
Application number: JP2009138261A
Authority: JP
Inventors: 英明菅沼; 忠大柏井; 守倉石
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: JP2010284996A

Description

本発明は、走行予定経路を走行する場合に必要な走行パワーである必要走行パワーを推定し、推定された必要走行パワーを発生させるように走行モードの切り替えを行う車両走行制御装置に関するものである。

ハイブリッド車両は、燃費性能が重要視されており、バッテリの使用可能な電力を効率よく消費できるようにエンジンとモータとの使用割合の変更を行っている。このようなハイブリッド車両では、エンジンのみによる走行、モータのみによる走行、エンジンおよびモータによる走行を状況に応じて切り替えることで、消費燃料の低減を図っている。

また、特許文献１に記載のハイブリッド車両では、走行予定経路上で必要とされる走行パワー（走行抵抗）と運転者の運転特性（アクセル操作など）とに基づいて、ＨＶ走行モード（エンジンおよびモータを動作させて走行する走行モード）と、ＥＶ走行モード（エンジンを停止させて走行する走行モード）との切り替えを行っている。

特開２００８−６８７３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、運転者によるアクセル操作など、運転者の運転特性に影響を受けて走行パワーの推定値のバラツキが大きくなる場合に、適切な走行モードの切り替えができなくなるおそれがあった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、走行パワーの推定値のバラツキが大きくなるような場合でも精度良く走行パワーの推定を行うことが可能な車両走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明による車両走行制御装置は、走行予定経路上の各地点で必要な走行パワーである必要走行パワーを、車両運転状態に関する動的情報に基づいて推定し、推定された必要走行パワーを発生させるように走行モードの切り替えを行う車両走行制御装置において、動的情報の履歴に基づく必要走行パワーの推定値のバラツキが判定値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、判定手段によってバラツキが大きいと判定された場合に、走行予定経路における道路状態に関する静的情報に基づいて必要走行パワーを推定する必要走行パワー推定手段と、を備え、必要走行パワー推定は、道路状態に関する静的情報として、道路形状及び道路属性の少なくとも一方に関する情報を含む道路特性情報に基づいて、静的情報に基づく必要走行パワーを推定することを特徴としている。

このような車両走行制御装置は、走行予定経路を走行する場合に必要な走行パワーである必要走行パワーを、車両運転情報に関する動的情報（例えば、車速、エンジン回転数など運転者の運転特性に影響を受ける情報）に基づいて推定する。そして、動的情報の履歴に基づく必要走行パワーの推定値と判定値とを比較してバラツキ（分散値）が大きいか否かを判定し、バラツキが大きいと判定した場合に、走行予定経路における道路情報に関する静的情報（道路形状、道路属性）に基づいて、必要走行パワーを推定する。これにより、信号機の灯色情報の違いなどにより走行パワーの推定値（動的情報に基づく必要走行パワー）のバラツキが大きくなるような場合であっても、静的情報に基づいて必要走行パワーを推定することが可能となり、推定精度の向上を図ることができる。

また、車両運転状態に関する動的情報として、車速及びエンジン回転数の少なくとも一方に関する情報を含む運転者の運転特性情報に基づいて、動的情報に基づく走行パワーを推定することが好ましい。

また、必要走行パワー推定手段は、道路情報に関する静的情報として、道路形状及び道路属性の少なくとも一方に関する情報を含む道路特性情報に基づいて、静的情報に基づく必要走行パワーを推定することが好適である。

また、車両の走行パワーを発生させるエンジンとモータを備えたハイブリッド車両の走行制御装置において、推定された必要走行パワーに基づいて、エンジンとモータの使用割合である運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段を備えることが好ましい。

本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、走行パワーの推定値のバラツキが大きくなるような場合でも精度良く走行パワーの推定を行うことができる。

本実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成図である。走行パワー推定曲線、及び走行モードの切り替えの関係を示す図である。動的情報データベース、及び静的情報データベースの一例を示す図である。第１実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置における動作手順を示すフローチャートである。第２実施形態に係る走行制御システムの構成図である。第２実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置における動作手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る車両走行制御装置の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る車両走行制御装置を備え、ナビゲーションシステムと協調して制御を行うハイブリッド車両について説明する。本実施の形態に係るハイブリッド車両は、電気走行（以下、ＥＶ[Electric Vehicle]走行と記載）とハイブリッド走行（以下、ＨＶ[Hybrid Vehicle]走行と記載）との切り替えができ、ＥＶ走行用とＨＶ走行用の２つのバッテリを備えている。また、本実施の形態に係るハイブリッド車両は、ナビゲーションシステムで目的地までの経路が設定されている場合、その経路におけるＥＶ／ＨＶ走行モードの切替計画を示す走行計画（運転スケジュールに相当）に基づいてＥＶ走行とＨＶ走行との切り替えを行う。

図１は、本実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成図である。ハイブリッド車両は、エンジン２とモータ３を備えている。ハイブリッド車両では、ＥＶ走行モードの場合、エンジン２からモータ３を切り離してモータのみで走行する。また、ハイブリッド車両では、ＨＶ走行モードの場合、エンジン２とモータ３で走行し、エンジン２がメインの駆動源であり、モータ３がアシストする。

ハイブリッド車両の制御装置１では、車両停止時に、ナビゲーションシステムで目的地が設定され、目的地までの経路が設定されている場合、その経路におけるＥV／ＨＶ走行モードの切り替えを計画した走行計画を立案する。制御装置１では、目的地までの走行予定経路上の走行パワー（走行抵抗）を推定し、当該推定値に応じて、ＥＶ／ＨＶ走行モードの切替計画を示す走行計画を作成する。

また、制御装置１では、車両運転状態に関する動的情報に基づく走行パワーを推定し、動的情報に基づく走行パワーの推定値のバラツキが大きい場合には、道路情報に関する静的情報を考慮して走行パワーの推定値を算出する。車両運転状態に関する動的情報としては、例えば、車速、エンジン回転数など、運転者の運転特性に影響を受ける情報などが挙げられる。道路情報に関する静的情報としては、道路形状（標高・勾配）、道路属性（信号・停止線）に関する情報などが挙げられる。

図１に示すように、制御装置１構成（特に、ＥＶ／ＨＶ走行モードの切り替え制御に関するもの）は、ＨＶ走行用バッテリ１０、ＥＶ走行用バッテリ１１、ＨＶ走行用バッテリセンサ２０、ＥＶ走行用バッテリセンサ２１、ＨＶ−ＥＣＵ[Electronic Control Unit]３０及びナビゲーションシステムのナビＥＣＵ４０などからなるハイブリッドＥＣＵ３０（以下、「ＨＶ−ＥＣＵ」という。）とナビＥＣＵ４０とは、ＣＡＮ[Controller Area Network]で通信を行っている。

ＨＶ走行用バッテリ１０は、ＨＶ走行モードの場合に使用されるバッテリであり、モータの回生による充電が可能である。ＥＶ走行用バッテリ１１は、ＥＶ走行モードの場合に使用されるバッテリであり、モータの回生による充電の他に外部電源からの充電が可能である。

ＨＶ走行用バッテリセンサ２０は、ＨＶ走行用バッテリ１０の充電量（残電力量）を検
出するセンサである。ＨＶ走行用バッテリセンサ２０では、一定時間毎に、ＨＶ走行用バ
ッテリ１０の充電量を検出し、その検出値をＨＶ−ＥＣＵ３０に送信する。

ＥＶ走行用バッテリセンサ２１は、ＥＶ走行用バッテリ１１の充電量を検出するセンサ
である。ＥＶ走行用バッテリセンサ２１では、一定時間毎に、ＥＶ走行用バッテリ１１の
充電量を検出し、その検出値をＨＶ−ＥＣＵ３０に送信する。

ナビＥＣＵ４０は、ナビゲーションシステムを統括制御する電子制御ユニットである。ナビＥＣＵ４０は、目的地設定部４１、走行パワー算出部４２、地図ＤＢ５１、動的情報（履歴・学習）ＤＢ５２、静的情報（履歴・学習）ＤＢ５３を有する。

目的地設定部４１は、操作者による入力操作に基づいて目的地を設定する。目的地設定部４１は、一定時間毎に、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号や各種センサで検出した検出値及び地図ＤＢ５１に格納されている各種地図データに基づいて、自車両の現在位置や走行方向を検出する。目的地設定部４１は、現在位置から目的地までの案内経路（走行予定経路）を設定する。

走行パワー算出部４２は、走行予定経路上の必要走行パワー（走行抵抗）の推定値を算出する。走行パワー算出部４２は、車両の運転状態に関する動的情報（車速、エンジン回転数など、運転者の運転特性に影響を受ける情報）に基づいて走行パワーを推定する。

地図ＤＢ５１は、各種地図データを記憶する記憶手段である。動的情報ＤＢ５２は、車両運転状態に関する動的情報（車速、エンジン回転数など、運転者の運転特性に影響を受ける情報）履歴もしくは学習した情報を格納する。静的情報ＤＢ５３は、道路状態に関する静的情報（道路形状、道路属性に関する情報）履歴もしくは学習した情報を格納する。格納される情報には、平均値とバラツキ（分散値）が含まれる。

ＨＶ−ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ[Central ProcessingUnit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。ＨＶ−ＥＣＵ３０では、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって計画立案処理（運転スケジュール設定処理）、計画修正処理、走行モード切替処理などを行う。ＨＶ−ＥＣＵ３０では、各センサから検出情報を受信するとともに、ナビＥＣＵ４０から各種情報を受信する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ３０では、これらの取得した情報に基づいて各処理を実行し、エンジンとモータを制御する。

ＨＶ−ＥＣＵ３０は、ナビＥＣＵ４０から取得した走行パワーに関する情報に基づいて、走行計画を設定し、ＥＶ走行モード／ＨＶ走行モードの切替計画を設定する。

ここで、ＨＶ−ＥＣＵ３０は、動的情報に基づく走行パワーの推定値のバラツキが大きい場合に走行予定経路における道路状態に関する静的情報に基づいて走行パワーを推定する。ＨＶ−ＥＣＵ３０は、走行パワーの推定値のバラツキが大きいか否かを判定する本発明の判定手段として機能する。また、ＨＶ−ＥＣＵ３０は、必要走行パワーの推定値のバラツキが大きい場合に、走行予定経路における道路状態に関する静的情報に基づいて必要走行パワーを推定する本発明の推定手段として機能する。

図２は、自車両が走行する予定経路の標高、予定経路における走行パワーの推定値、走行モードの切替履歴、走行モードの切替制御の関係を示すグラフである。図２では、横軸に、走行方向、距離（ｍ）を示している。図２（ａ）では、予定経路の標高の変化を示している。図２では、自車両の現在位置をＱ_０、信号の位置をＳ_１、上り坂の手前の地点をＱ_１、上り坂を通過した地点をＱ_２、目的地をＱ_３としている。

図２（ｂ）は、動的情報に基づく走行パワーの推定値の変化を示している。図２（ｂ）では、走行履歴Ａにおける走行パワーの推定値の変化をＰ_Ａ、走行履歴Ｂにおける走行パワーの推定値の変化をＰ_Ｂ、走行履歴Ｃにおける走行パワーの推定値の変化をＰ_Ｃとして示している。

例えば、走行履歴Ａ，Ｂでは信号で停車しているため、信号位置Ｓ_１において走行パワーＰ_Ａ、Ｐ_Ｂが低下し、走行履歴Ｃでは信号で停車せずに通過しているため、信号位置Ｓ_１走行パワーにおいて走行パワーＰ_Ｃが低下せず、走行パワーＰ_Ａ，Ｐ_Ｂより大きな値となっている。また、信号通過後、上り坂の手前の地点Ｑ_１において、走行パワーＰ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃのバラツキが大きくなっている。

図２（ｃ）は、走行モードの切替履歴を示している。上段のＨＶは、ＨＶ走行モードであることを示し、下段のＥＶは、ＥＶ走行モードであることを示している。図２（ｃ）では、走行履歴Ａにおける走行モードの切替履歴をＲ_Ａ、走行履歴Ｂにおける走行モードの切替履歴をＲ_Ｂ、走行履歴Ｃにおける走行モードの切替履歴をＲ_Ｃとして示している。

図２（ｄ）は、走行モード切替計画を示している。上段のＨＶは、ＨＶ走行モードであることを示し、下段のＥＶは、ＥＶ走行モードであること示している。例えば、走行パワーのバラツキが大きいと判断された地点Ｓ_１，Ｑ_１については、動的情報によりも静的情報を優先して処理を実施する。これにより、切替計画Ｗ_１では、当初計画より前倒しでＥＶ走行モードからＨＶ走行モードへの切替が設定される。

図３は、動的情報データベース、及び静的情報データベースの一例を示す図である。図３（ａ）では、動的情報データベースの一例を示し、図３（ｂ）では、静的情報データベースの一例を示し、記憶する項目としては、「リンク」、「データ平均」、「データバラツキ」、「種別」などがある。

次に、ハイブリッド車両の制御装置１における動作について説明する。図４を参照して、ハイブリッド車両の制御装置１におけるナビゲーションシステムで目的地までの経路が設定されている場合のＥＶ／ＨＶ走行モードの切り替え制御の動作の流れを説明する。図４は、ハイブリッド車両の制御装置における動作手順を示すフローチャートである。

車両停止中に、ドライバなどによって目的地が設定された場合、ナビＥＣＵ４０では、地図ＤＢ５１に記憶されている各種データに基づいて目的地までの経路を算出し、その走行予定経路情報をＨＶ−ＥＣＵ３０に送信する。ＨＶ−ＥＣＵ３０では、その走行予定経路情報を取得する（Ｓ１）。

ＨＶ−ＥＣＵ３０は、動的情報ＤＢ５２から、走行予定経路に紐づく動的情報を取得し（Ｓ２）、動的情報に基づく走行パワーの推定値を取得する。次に、走行パワーのバラツキ判定を行う（Ｓ３）。動的情報に基づく走行パワーの推定値のバラツキが大きいか否かの判定を行う。任意の判定値よりもバラツキが大きい場合には、ステップ４に進み、そうでない場合には、ステップ５に進む。

ステップ４では、動的情報の使用が不適格であると判断し、ＨＶ−ＥＣＵ３０は、静的情報ＤＢ５３から走行予定経路に紐づく静的情報を取得し、静的情報に基づく走行パワーの推定値を取得して、ステップ５に進む。

ステップ５では、ＨＶ−ＥＣＵ３０は、走行パワーの推定値を制御計画参照情報として設定する。すなわち、走行パワーの推定値のバラツキが小さい場合には、動的情報に基づく走行パワーの推定値を制御計画参照情報として設定し、走行パワーの推定値のバラツキが大きい場合には、静的情報に基づく走行パワーの推定値を制御計画参照情報として設定する。

続く、ステップ６では、動的情報ＤＢ５２、又は静的情報ＤＢ５３を更新する。具体的には、制御計画参照情報として、動的情報を採用した場合には、動的情報ＤＢ５２を更新し、静的情報を採用した場合には、静的情報ＤＢ５３を更新する。

このようなハイブリッド車両の制御装置１では、走行予定経路を走行する場合に必要な走行パワーである必要走行パワーを、車両運転情報に関する動的情報（例えば、車速、エンジン回転数など運転者の運転特性に影響を受ける情報）に基づいて推定する。そして、制御装置１では、動的情報に基づく必要走行パワーの推定値のバラツキが大きいと判定した場合に、走行予定経路における道路情報に関する静的情報（道路形状、道路属性）に基づいて、必要走行パワーを推定する。これにより、例えば、信号機の灯色情報の違いなどにより走行パワーの推定値（動的情報に基づく必要走行パワー）のバラツキが大きくなるような場合であっても、静的情報に基づいて必要走行パワーを推定することが可能となり、推定精度の向上を図ることができる。その結果、運転者の運転特性などによって影響を受け走行パワーの推定値のバラツキが大きくなる場合であっても、適切な走行モードの切替を実行することができる。

このように制御装置１によれば、標高・勾配などの道路形状に関する情報、信号・停止線などの道路属性に関する情報など、走行に依存せず時間的変化が少ない静的情報と、車速やエンジン回転数に関する情報など、走行に依存し時間的に変化する動的情報とを組み合わせて、必要走行パワーを推定することができるため、車両制御の精度（確からしさ）を向上させることができる。

制御装置１では、走行予定経路に紐づいて走行負荷を見積もり、最適な車両走行制御計画、バッテリ消費計画を立案することができる。制御装置１は、走行に依存する動的情報を、走行に依存しない静的情報で補完することで、走行パワーの推定精度をより高めることができる。動的情報は、運転者のアクセル操作による加減速によって、運転者の走行の意図が反映されたものであり、外部環境の影響を受けてバラツキが大きくなる虞があった。動的情報のバラツキが大きい状況において、静的情報による制御判断を優先することで、制御精度の確からしさを高めることができる。

次に、本発明の第２実施形態の車両走行制御装置について説明する。なお、この実施形態において、上記の実施形態に記載の構成と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。上記第１実施形態の車両走行制御装置では、動的情報ＤＢ５２、及び静的情報ＤＢ５３を備える構成としている。第２実施形態では、動的情報ＤＢ５２、及び静的情報ＤＢ５３が、通信ネットワークに接続された管理センターに設けられている。

図５は、本発明の第２実施形態に係る車両走行制御装置を備える走行制御システムの構成図である。図５に示す走行制御システム６１は、複数の車両から情報を収集することが可能な管理センターを備える。走行制御システム６１の管理センターは、複数の車両から走行パワーに関する情報などを収集するサーバ７０（以下、「センターサーバ」という。）を有する。

センターサーバ７０は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。また、センターサーバ７０は、通信ネットワークに接続され、複数の車両（車載機）と通信可能な構成とされている。そして、センターサーバ７０には、地図ＤＢ５１、動的情報ＤＢ５２、及び静的情報ＤＢ５３が設けられている。

また、自車Ａ、他車Ｂ，Ｃ（以下、「車両Ａ〜Ｃ」ともいう。）には、センターサーバ７０と通信可能な通信機４が設けられている。車両Ａ〜Ｃは、制御装置１を備え、ナビＥＣＵ４０を有する車載機５を搭載している。制御装置１では、通信機４を用いて、センターサーバ７０との間で、データ送受信を行う。

次に、ハイブリッド車両の制御装置１における動作について説明する。図６を参照して、ハイブリッド車両の制御装置１におけるナビゲーションシステムで目的地までの経路が設定されている場合のＥＶ／ＨＶ走行モードの切り替え制御の動作の流れを説明する。図６は、ハイブリッド車両の制御装置における動作手順を示すフローチャートである。

ＨＶ−ＥＣＵ３０は、センターサーバ７０との通信を行い、動的情報ＤＢ５２から、走行予定経路に紐づく動的情報を取得し（Ｓ１２）、動的情報に基づく走行パワーの推定値を取得する。次に、走行パワーのバラツキ判定を行う（Ｓ３）。動的情報に基づく走行パワーの推定値のバラツキが大きいか否かの判定を行う。任意の判定値よりもバラツキが大きい場合には、ステップ１４に進み、そうでない場合には、ステップ５に進む。

ステップ１４では、動的情報の使用が不適格である判断し、ＨＶ−ＥＣＵ３０は、センターサーバ７０との通信を行い、静的情報ＤＢ５３から走行予定経路に紐づく静的情報を取得し、静的情報に基づく走行パワーの推定値を取得し、ステップ５に進む。

続く、ステップ１６では、ＨＶ−ＥＣＵ３０は、センターサーバ７０との通信を行い、動的情報ＤＢ５２、又は静的情報ＤＢ５３を更新する。具体的には、制御計画参照情報として、動的情報を採用した場合には、動的情報ＤＢ５２を更新し、静的情報を採用した場合には、静的情報ＤＢ５３を更新する。

このような走行制御システムでは、複数の車両から走行履歴に関する情報を収集して、動的情報ＤＢ５２、及び静的情報ＤＢ５３を更新することができる。これにより、ハイブリッド車両の制御装置１では、センターサーバ７０に蓄積されたデータを取得して、必要走行パワーを推定することができる。その結果、精度良く走行パワーを推定することが可能となる。また、制御装置１では、車両運転状態に関する動的情報に基づく走行パワーの推定値のバラツキが大きい場合に、道路情報に関する静的情報を考慮して走行パワーを推定するため、走行パワーの推定精度を向上させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ＨＶ走行モード／ＥＶ走行モードの切り替えを行うハイブリッド車両に、本発明の車両走行制御装置を適用しているが、その他の走行モードの切り替えを行う車両に本発明を適用してもよい。また、駆動源としてエンジンのみを備える車両、駆動源としてモータを備える電気自動車において、本発明の車両走行制御装置を適用してもよい。

１…ハイブリッド車両の制御装置、３０…ＨＶ−ＥＣＵ（ハイブリッドＥＣＵ、必要走行パワー推定手段、運転スケジュール設定手段）、４０…ナビＥＣＵ。

Claims

走行予定経路上の各地点で必要な走行パワーである必要走行パワーを、車両運転状態に関する動的情報に基づいて推定し、推定された前記必要走行パワーを発生させるように走行モードの切り替えを行う車両走行制御装置において、
前記動的情報の履歴に基づく前記必要走行パワーの推定値のバラツキが判定値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によってバラツキが大きいと判定された場合に、前記走行予定経路における道路状態に関する静的情報に基づいて前記必要走行パワーを推定する必要走行パワー推定手段と、を備え、
前記必要走行パワー推定手段は、前記道路状態に関する静的情報として、道路形状及び道路属性の少なくとも一方に関する情報を含む道路特性情報に基づいて、前記静的情報に基づく必要走行パワーを推定することを特徴とする車両走行制御装置。
前記車両運転状態に関する動的情報として、車速及びエンジン回転数の少なくとも一方に関する情報を含む運転者の運転特性情報に基づいて、前記動的情報に基づく走行パワーを推定する請求項１記載の車両走行制御装置。
車両の走行パワーを発生させるエンジンとモータを備えたハイブリッド車両の走行制御装置において、
推定された前記必要走行パワーに基づいて、前記エンジンと前記モータの使用割合である運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両走行制御装置。