JP5810621B2 - 道路勾配データ作成装置、記憶媒体、並びに、車両のエネルギー消費量予測装置 - Google Patents

Description

本発明は、道路地図データにおける各リンクの勾配度合を表す道路勾配データを作成する道路勾配データ作成装置、記憶媒体、並びに、所定の走行経路を走行する際の車両のエネルギー消費量を予測する車両のエネルギー消費量予測装置に関する。

例えば車両（自動車）に搭載されるカーナビゲーション装置においては、ユーザの指定した目的地までの推奨する経路を探索し、案内するルートガイダンスの機能を備えている。経路探索の計算には周知のダイクストラ法が用いられ、この経路探索は、簡単にいうと、道路地図データ中のリンクデータに基づき、出発地（現在地）から目的地へ向けて、次に到達できる交差点（ノード）までの道路（リンク）のコストの計算（積算）を順次行なっていき、目的地までが最小コストとなる経路を選ぶことにより行なわれる。尚、日本では、１つの道路リンクのリンク長は、１リンク当たり数百ｍが一般的であり、また、高速道路の場合、１リンク当たり数ｋｍ程度となることが多い。

ところで、近年では、燃費の向上（経済走行）や排出ガスの低減を図ろうとするエコドライブという考え方が強く求められてきている。カーナビゲーション装置においても、経路探索と併せて、当該経路を走行した際の燃料消費量を予測することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。このとき、上記経路探索に用いられるリンクデータ中には、各リンクのリンク長や、始点、終点の位置（座標）の他に、制限速度、道路幅員（車線数）、平均的な勾配のデータ等が含まれている。例えば上り坂では平坦な道路に比べて燃料の消費が大きくなる事情があり、上記特許文献１では、車両の予測される走行速度と、平均勾配のデータとから、より正確な燃焼消費量の予測を行おうとしている。

特開２００７−２４８３３号公報

上記したリンクデータ中に含まれる勾配データは、始点と終点との間の標高差を、リンク長（始点から終点までの平面的な距離）で除算した数値となり、つまり、そのリンクにおける平均的な勾配となる。しかしながら、各リンクにおける平均勾配のデータを用いて、燃料消費量を求めた場合には、平均勾配が実情を反映していないことがあり、燃料消費量を正確に予測する点では、必ずしも十分とはいえなかった。

例えば、リンクの始点から終点までのほとんどの部分は平坦であるが、一部のみ急な上り坂がある場合や、リンクの始点から終点まで上り坂、下り坂が何度も繰返されるような場合には、実際の燃料消費量が、平均勾配データを用いた計算よりも大きくなる。従って、予測される燃料消費量を求める際に、リンクの実際の勾配を考慮した計算手法の開発が要望されるのである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、道路地図データにおける各リンクの勾配度合を表す勾配データを、エネルギー消費量を予測する場合に適したデータとして作成することができる道路勾配データ作成装置、記憶媒体を提供するにある。本発明の第２の目的は、所定の走行経路を走行する際のエネルギー消費量を予測するものにあって、各リンク内における勾配変化を考慮して、エネルギー消費量をより正確に算出することが可能な車両のエネルギー消費量予測装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の道路勾配データ作成装置は、カーナビゲーション装置で利用されるデータであって、道路をノード及びリンクの組合せで表現した道路地図データにおける、前記各リンクの勾配度合を表すデータを作成するものにおいて、前記道路地図データを記録した地図データベースから、前記各リンクの始点、終点の位置及び道路種別を含むリンクデータを入力するリンクデータ入力手段と、地形図を所定間隔のメッシュで区切った各位置についての標高を記録した標高データベースから、標高データを入力する標高データ入力手段と、前記リンクデータ及び標高データに基づいて、前記各リンクにおける前記始点から終点までの間がどれくらいの勾配であるかを示す指標となる勾配のデータを、当該リンクを車両が走行した際のエネルギー消費量に換算して評定した燃料換算勾配データとして作成する勾配データ作成手段とを具備すると共に、前記勾配データ作成手段は、前記各リンクに関して、当該リンクに沿って始点から終点まで所定間隔でリンク構成点を割付けるリンク構成点割付手段と、前記各リンク構成点の標高データに基づき、前記始点、各リンク構成点、終点を順に直線でつないだ際に、前記各リンク構成点の前後の直線での勾配変化の度合が閾値より大きくなる点を勾配変化点として抽出する勾配変化点抽出手段と、前記リンクの始点から終点までの間を前記勾配変化点で区切った区間に分け、予め設定されている勾配、車速、燃費の相互の関係を示す計算用データに基づいて、前記各区間に関してエネルギー消費量を求めそれらを積算して該リンク全体のエネルギー消費量を求めると共に、そのエネルギー消費量及び該リンク全体の長さから燃料換算勾配データを逆算する算出手段とを備えるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

本発明の道路勾配データ作成装置によれば、リンクデータ入力手段により入力されたリンクデータ、及び、標高データ入力手段により入力された標高データに基づいて、勾配データ作成手段により、各リンクにおける勾配のデータが、該リンクを車両が走行した際のエネルギー消費量に換算して評定した燃料換算勾配データとして作成される。

この場合、燃料換算勾配データは、リンクにおける始点、終点間の平均勾配のデータと異なり、そのリンクの走行時のエネルギー消費量を計算する場合に関して、実情に見合ったデータとなる。従って、作成された燃料換算勾配データを用いることにより、リンク内における勾配変化を考慮したエネルギー消費量をより正確に算出することができる。しかも、燃料換算勾配データはリンク毎に設けられるデータであるため、徒にデータ量が増えることなく、エネルギー消費量を算出するためのデータを少なく済ませることが可能となる。

本発明においては、上記勾配データ作成手段を、前記各リンクに関して、当該リンクに沿って始点から終点まで所定間隔でリンク構成点を割付けるリンク構成点割付手段と、前記各リンク構成点の標高データに基づき、前記始点、各リンク構成点、終点を順に直線でつないだ際に、前記各リンク構成点の前後の直線での勾配変化の度合が閾値より大きくなる点を勾配変化点として抽出する勾配変化点抽出手段と、前記リンクの始点から終点までの間を前記勾配変化点で区切った区間に分け、予め設定されている勾配、車速、燃費の相互の関係を示す計算用データに基づいて、前記各区間に関してエネルギー消費量を求めそれらを積算して該リンク全体のエネルギー消費量を求めると共に、そのエネルギー消費量及び該リンク全体の長さから燃料換算勾配データを逆算する算出手段とを備えて構成している。

これによれば、リンク内における勾配の変化状態の特徴を、勾配が比較的大きく変動する勾配変化点を求めて、リンクをその勾配変化点で複数の区間に区切ることに基づいて捉えるようにしている。そして、計算用データに基づいて各区間のエネルギー消費量を求め、それらを積算することに基づいてリンク全体のエネルギー消費量ひいては燃料換算勾配データを求めるので、道路の勾配の変化状態を、エネルギー消費の観点から正確に反映した燃料換算勾配データを得ることができる。

更にこのとき、前記勾配変化点抽出手段を、まず、前記リンクの始点と終点とを結ぶ第１基準直線を引き、それら始点と終点との間にあるリンク構成点のうち、前記第１基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点を、第１勾配変化点として抽出し、次に、前記始点と第１勾配変化点とを結ぶ第２基準直線を引き、それら始点と第１勾配変化点との間にあるリンク構成点のうち、前記第２基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点を、第２勾配変化点として抽出すると共に、前記第１勾配変化点と終点を結ぶ第３基準直線を引き、それら第１勾配変化点と終点との間にあるリンク構成点のうち、前記第３基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点を、第３勾配変化点として抽出し、更に、始点、複数の勾配変化点、終点に関して、隣り合う点間を結ぶ基準直線を引き、同様に、前記基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きいリンク構成点を、勾配変化点として抽出していくことを、新たな勾配変化点が抽出されなくなるまで繰返すことにより、全ての勾配変化点を求めるように構成することができる（請求項２の発明）。

これによれば、前後で勾配が比較的大きく変動する勾配変化点を確実に求めることが可能となる。またその際の基準値の設定によって、どの程度の勾配変動を勾配変化点として設定するかの精度を調整することができ、必要な精度を容易に得ることができる。

また、上記した計算用データとして、予め標準的な車両に関して基準となる計算用データが与えられており、前記勾配データ作成手段において、前記基準となる計算用データに対し、車両の車種又は重量又は排気量に応じて設定されている係数を乗算することにより、該当車両における前記燃料換算勾配データを算出するように構成することができる（請求項３の発明）。

これによれば、勾配や車速が同じであっても、燃費が異なるような複数の車両間においても、計算用データに設定された係数を乗算することによって該当車両におけるエネルギー消費量を正確に求めることができる。この結果、計算用データを共用化することができ、その計算用データや燃料換算勾配データを用いて、車両の車種又は重量又は排気量に応じたエネルギー消費量を算出することが可能となる。

本発明の請求項４の記憶媒体は、請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データを記憶する。また、本発明の請求項５の記憶媒体は、請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データを、前記道路地図データと関連付けて記憶する。これによれば、各リンクの燃料換算勾配データを、記憶媒体を介して流通することができる。尚、記憶媒体としては、ハードディスク、光ディスク、磁気ディスク、スティック型やカード型のメモリ等、各種メディアを採用できることは勿論である。

本発明の車両のエネルギー消費量予測装置は、所定の走行経路を走行する際の車両のエネルギー消費量を予測するものであって、請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データを、前記道路地図データと関連付けて記憶する燃料換算勾配データ記憶手段と、この燃料換算勾配データ記憶手段に記憶された前記各リンクの燃料換算勾配データを用いて、前記走行経路を走行する際に予測される車両のエネルギー消費量を算出する消費量演算手段とを具備するところに特徴を有する（請求項６の発明）。

これによれば、上記請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データが、燃料換算勾配データ記憶手段により、リンクデータと関連付けて記憶される。そして、消費量演算手段により、走行経路を走行する際の予測される車両のエネルギー消費量が、前記燃料換算勾配データを用いて算出される。従って、リンク内における勾配変化を考慮したエネルギー消費量をより正確に算出することができる。しかも、燃料換算勾配データはリンク毎に設けられるデータであるため、徒にデータ量が増えることなく、エネルギー消費量を算出するためのデータを少なく済ませることが可能となる。

本発明の一実施例を示すもので、道路勾配データ作成装置の機能ブロック図 計算用データの構成を概略的に示す図 勾配データ作成の手順を説明するための図（その１） 勾配データ作成の手順を説明するための図（その２） 勾配データ作成の手順を説明するための図（その３） 勾配データ作成の手順を説明するための図（その４） 平均勾配データと燃料換算勾配データとの相違を説明するための図 カーナビゲーション装置の電気的構成を示すブロック図

以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施例では、例えば、車両（自動車）としてのガソリンエンジン車に搭載されるカーナビゲーション装置に用いられる道路地図データにおける、勾配データを作成する場合を具体例としている。また、この場合、カーナビゲーション装置が、車両のエネルギー消費量予測装置として機能するようになっている。

まず、図８を参照しながら、車両（ガソリンエンジン車）に搭載されるカーナビゲーション装置１の構成について簡単に述べる。カーナビゲーション装置１は、コンピュータ（ＣＰＵ）を主体として構成され全体を制御する制御装置２を備えている。そして、その制御装置２に接続された、自車両の位置を検出するための自車位置検出手段としての位置検出部３、外部の情報通信センタ４との間で無線通信を行うための通信装置５、例えばハードディスク装置等の記憶装置６、例えばフルカラー液晶ディスプレイからなり表示手段として機能する表示装置７、表示装置７の画面上に設けられたタッチパネルや表示装置７の周囲に設けられたメカスイッチを含む操作スイッチ群８、合成音声をスピーカから出力する音声出力装置９、ナビ用地図データベース１０等を備えて構成されている。

前記位置検出部３は、ＧＰＳ用の人工衛星からの送信電波に基づいて自車両の位置を検出（測位）するＧＰＳ（Global Positioning System ）のためのＧＰＳ受信機１１、地磁気センサ１２、ジャイロセンサ１３、車速センサ１４を含んでいる。前記制御装置２は、そのソフトウエア構成（及びハードウエア構成）により、前記位置検出部３を構成する各センサ１１〜１４からの入力に基づいて、自車両の現在位置（絶対位置）、進行方向、速度や走行距離、現在時刻等を高精度で検出する。

そして、制御装置２は、その自車両の現在位置、及び、前記ナビ用地図データベース１０から得られる道路地図データに基づいて、前記表示装置７の画面に、自車両周辺の道路地図と共に、自車の現在位置や進行方向を重ね合せて表示させるロケーション機能を実現する。この場合、ロケーション機能を実現するにあたっては、自車両の位置を表示される電子地図上の道路に乗せるために、自車両の移動軌跡と道路地図データ中の道路形状とを比較照合して、現在走行中の道路を推測するマップマッチングが行われる。

前記ナビ用地図データベース１０は、例えば日本全土の道路地図データや、それに付随する、各種施設や店舗等の施設データ等を記憶するものである。前記道路地図データは、地図上の道路を線で表現した道路ネットワークからなり、交差点、分岐点等をノードとして複数の部分に分割し、各ノード間の部分をリンクとして規定したリンクデータとして与えられる。このリンクデータは、リンク固有のリンクＩＤ（識別子）、リンク長、リンクの始点，終点（ノード）の位置データ（経度，緯度）、角度（方向）データ、道路幅（車線数）、道路種別、制限速度などのデータを含んで構成される。また道路地図を表示装置７の画面上に再生（描画）するためのデータも含まれている。

このとき、ナビ用地図データベース１０には、本実施例に係る道路勾配データ作成装置（作成方法）によって作成された燃料換算勾配データが、リンクデータに付随して（各リンクと関連付けて）記憶されている。従って、ナビ用地図データベース１０が燃料換算勾配データ記憶手段として機能する。尚、燃料換算勾配データを、ナビ用地図データベース１０とは別の記憶手段（記憶装置６）に、前記道路地図データ（リンクデータ例えばリンクＩＤ）と関連付けて記憶していても良い。

詳しくは後述するように、この燃料換算勾配データは、各リンクに関し、始点から終点までの間の勾配度合（平面的な距離に対して高度（標高）がどれだけ変動しているか）を表すものであるが、ここでは、各リンクを車両が走行した際のエネルギー（燃料）消費量に換算して評定したデータとされる。尚、燃料換算勾配データは、当該車両の車種（重量や排気量）に応じた値とされている。

また、カーナビゲーション装置１（制御装置２）は、前記通信装置５により、例えば、図示しない無線基地局及びインターネット等の通信ネットワークを介して、情報通信センタ４のサーバとの間で通信を行う。これにより、道路交通情報（渋滞、事故、工事、車線規制、交通規制などの情報）、気象情報（天候、風向き、路面状況）、ＰＯＩ情報（周辺の施設情報）などの最新のデータを受信し記憶するようになっている。

カーナビゲーション装置１は、制御装置２における経路探索、案内プログラムの実行により、出発地（現在地）から、例えばユーザの操作スイッチ群８の操作によって設定された目的地までの推奨する走行経路（ルート）を演算により求め、その推奨する走行経路を案内するルートガイダンス機能を実行する。そのうち経路探索には、例えば周知のダイクストラ法が用いられる。

このダイクストラ法は、簡単に言うと、指定された優先条件などに応じて、ナビ用地図データベース１０の道路地図データ（リンクデータ）を用いて、出発地（現在地）から目的地へ向けて、次に到達できる交差点（ノード）までの道路（リンク）の探索及びそのコスト（評価値）の計算を順次行っていき、目的地までが最小コストとなるつながったルート（リンク列）を求めることにより行われる。前記コストは、各リンクにおける、道路長や道路種別、道路幅（車線数）、有料無料の別、渋滞度等から、所定の重み付けがなされて計算される。この経路探索において、上記道路交通情報や気象情報等を加味することもできる。

このとき、制御装置２は、目的地までの推奨する１又は複数の走行経路の候補を探索し、それら走行経路の候補をユーザに提示するのであるが、本実施例では、走行経路の探索と共に、それら各走行経路を自車両が走行した際に、予測される燃料（エネルギー）消費量を算出し、併せてユーザに提示（表示）するようになっている。

具体的には、制御装置２は、走行経路を構成する各リンクを走行する際に想定される速度（道路種別や道路幅員、制限速度から求められる）と、当該リンクの燃料換算勾配データとから、リンクの燃費（単位距離あたりの燃料消費量）を求め、その燃費にリンク長（距離）を乗算することにより、当該リンクの燃料消費量を求める。そして、走行経路を構成する全リンクの燃料消費量の総和から、予測される燃料消費量を演算する。従って、制御装置２が、消費量演算手段として機能するのである。

尚、上記経路案内は、周知のように、表示装置７の画面に、道路地図上の走行すべきルートを例えば他の道路と異なる色で表示すると共に、自車の現在位置が所定のポイントに至ったときに、音声出力装置９により案内音声を出力することにより行われる。具体的には、例えば交差点での右左折や分岐を案内する場合には、まず、当該交差点の十分に手前の位置において、例えば「３００ｍ先、右方向です。」といった、予告的な案内が行われ、その後、自車両が交差点の直前に至ったタイミングで、表示装置７の画面に交差点の拡大表示が行われると共に、「まもなく右方向です。」といった音声出力が行われる。

次に、上記燃料換算勾配データを作成する（道路勾配データ作成方法を実行する）ための本実施例に係る道路勾配データ作成装置１５の構成について、図１及び図２を参照して述べる。図１は、道路勾配データ作成装置１５の機能ブロック図を示している。ここで、道路勾配データ作成装置１５は、パソコン等のコンピュータシステムから構成され、詳しく図示はしないが、コンピュータ本体からなる本体部１６に、表示装置、キーボードやマウス等の入力装置、記憶装置等を接続して構成されている。

そして、本体部１６には、内蔵するインタフェース（図示せず）を介して、例えば日本全国の道路地図データを記録した地図データベース１７が接続され、この地図データベース１７からリンクデータが入力される。これと共に、日本全土の標高データを記録した標高データベース１８が接続され、この標高データベース１８から標高データが入力される。従って、前記インタフェースが、リンクデータ入力手段及び標高データ入力手段として機能する。また、本体部１６には、計算用データ記憶部１９から後述する計算用データが入力されるようになっている。

前記道路地図データ（リンクデータ）は、上記と同様に、道路をノードとリンクとの組合せで表現したものであり、リンクデータは、リンク固有のリンクＩＤ、リンク長、リンクの始点，終点の位置データ（経度，緯度）、方向データ、道路幅（車線数）、道路種別、制限速度等のデータを含んで構成される。前記標高データは、日本全土の地形図を、所定間隔のメッシュ（例えば都市部で５ｍ間隔、郡部（地方部）で１０ｍ間隔）で東西南北に区切った各位置（メッシュの交点）の標高（高度）を示すもので、国土地理院から無償で提供されるものである。

更に、前記計算用データは、道路勾配、車速、燃費の相互の関係を示すものである。具体的には、図２に示すように、縦に勾配、横に車速をとって、それらに関する燃費（この場合単位距離（１ｍ）あたりの燃料消費量（ｍｌ））を示すデータテーブルとされている。つまり、道路の勾配がａ（％）で、車速がｂ（ｋｍ／ｈ）のとき、燃費がｃ（ミリリットル／ｍ）になるといった関係を示すものである。尚、燃費としては、単位燃料量あたりの走行距離（ｍ／ミリリットル）を用いても良い。勾配についても、％（１００ｍの距離で１ｍ上がっていれば１％）を用いるのでなく、角度を用いても良い。

このとき本実施例では、計算用データは、標準的な車両、例えば中型の乗用車に関する基準計算用データとされ、それ以外の車両については、燃費のデータに関し、車種又は重量又は排気量に応じた所定の係数を乗算したデータを用いて、燃料換算勾配データを作成するようになっている。標準的な乗用車よりも大型（重量や排気量の大きい）の車両の場合には、単位距離あたりの燃料消費量は中型車よりも大きくなるので、係数は１より大きくなり、重量や排気量の小さい小型車の場合には、係数が１未満となる。

さて、次の作用説明にて述べるように、前記本体部１６は、そのハードウエア及びソフトウエア的構成により、前記リンクデータ及び標高データを入力し、それらリンクデータ及び標高データ、並びに前記計算用データを用いて、前記各リンクに関する燃料換算勾配データを作成する工程を実行する勾配データ作成手段として機能する。

このとき、本体部１６は、燃料換算勾配データを作成するにあたって、各リンクに関して、当該リンクに沿って始点から終点まで所定間隔でリンク構成点を割付ける工程を実行するリンク構成点割付手段としてのリンク構成点割付部２０、各リンク構成点の標高データに基づき、前記始点、各リンク構成点、終点を順に直線でつないだ際に、各リンク構成点の前後の直線での勾配変化の度合が閾値より大きくなる点を勾配変化点として抽出する工程を実行する勾配変化点抽出手段としての勾配変化点抽出部２１、各リンクの燃料換算勾配データを算出する工程を実行する算出手段としての算出部２２を備えている。

より具体的には、前記算出部２２は、リンクの始点から終点までの間を勾配変化点で区切った区間に分け、前記計算用データに基づいて各区間に関して燃料（エネルギー）消費量を求める区間燃料算出部２３、各区間の燃料（エネルギー）消費量を積算して該リンク全体の燃料（エネルギー）消費量を求めるリンク燃料算出部２４、リンク全体の燃料（エネルギー）消費量と当該リンクを走行する際の標準車速とから、前記計算用データを用いて燃料換算勾配データを逆算する燃料換算勾配データ算出部２５を備えている。

次に、上記構成の作用について、図３〜図７も参照して述べる。尚、以下、燃料換算勾配データの作成の例をあげるが、ここでは、図４〜図６に示すように、始点Ａから、緩やかに上った後、緩やかに下り、更に緩やかに上って終点Ｂに至るような勾配形状を有する道路（リンクＬ）を具体例として説明する。このリンクＬのリンク長は平面的に見て約２４０ｍであり、所定間隔として、平面的に１０ｍ毎にリンク構成点を割付けるものとしている。この場合の所定間隔は、前記標高データのメッシュの細かさの度合に応じたものとされる。また、各リンクに関して、道路種別、道路幅員（車線数）、制限速度等から、リンク毎の標準車速が求められている。

道路勾配データ作成装置１５（本体部１６）において燃料換算勾配データの作成の処理を実行するにあたっては、まず、リンクデータ及び標高データが入力され、リンク構成点割付部２０によるリンク構成点割付の工程が実行される。この工程では、図３に示すように、リンクＬの始点Ａから順に該リンクＬに沿って、所定間隔として１０ｍ毎の位置をリンク構成点Ｐとして割付ける。図３（ｂ）に示すように、各リンク構成点Ｐは、始点Ａを原点（０，０）として、横軸Ｘを始点Ａからの平面的な距離（単位ｍ）、縦軸Ｙを始点Ａからの高度（単位ｍ）としたＸＹ平面が想定され、そのＸＹ平面上にプロットされる。図３（ａ）に示すように、１番目のリンク構成点Ｐ１は、始点Ａからの距離がｘ１（この場合１０ｍ）であり、高さがｙ１であるため、（ｘ１、ｙ１）と表される。

このようにして、リンクＬに沿ってリンク構成点ＰをＸＹ平面上にプロット（割付）していくと、図４（ａ）に示すように、リンクＬに沿って始点Ａから終点Ｂまで、例えば平面的に見て１０ｍ間隔で複数個のリンク構成点Ｐが割付けられる。次に、勾配変化点抽出部２１による、リンク構成点Ｐのうち前後の勾配変化の度合が大きくなる勾配変化点の抽出の工程が実行される。

この勾配変化点の抽出にあたっては、上記図４（ａ）のように、始点Ａ、各リンク構成点Ｐ、終点ＢをＸＹ平面上にプロットした状態で、図４（ｂ）に示すように、まず、リンクの始点Ａと終点Ｂとを結ぶ第１基準直線ＡＢを引き、その第１基準直線ＡＢと各リンク構成点Ｐとの間の距離（垂線を下ろした際の垂線の長さ）を求める。それら始点Ａと終点Ｂとの間にあるリンク構成点Ｐのうち、前記第１基準直線ＡＢから最も離間した点の離間距離が基準値（例えば０．２ｍ）より大きい場合に、そのリンク構成点Ｐを、第１勾配変化点として抽出する。

図４（ｃ）に示すように、リンク構成点Ｐのうち点Ｃについては、第１基準直線ＡＢから最も離間しており、且つ、その離間距離が基準値（０．２ｍ）よりも大きいので、第１勾配変化点Ｃが求められる。尚、このときの基準値は、例えば、リンク構成点Ｐの割付け間隔（この場合１０ｍ）の２％といった数値に設定される。１％或いは３％以上の値を基準値とすることもできる。

第１勾配変化点Ｃが求められると、次に、図５（ａ）に示すように、始点Ａと第１勾配変化点Ｃとを結ぶ第２基準直線ＡＣを引き、それら始点Ａと第１勾配変化点Ｃとの間にあるリンク構成点Ｐのうち、前記第２基準直線ＡＣから最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点Ｐを、第２勾配変化点Ｄとして抽出する。これと共に、第１勾配変化点Ｃと終点Ｂを結ぶ第３基準直線ＣＢを引き、それら第１勾配変化点Ｃと終点Ｂとの間にあるリンク構成点Ｐのうち、前記第３基準直線ＣＢから最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点Ｐを、第３勾配変化点Ｅとして抽出する。

更に、図５（ｂ）に示すように、始点Ａ、複数の勾配変化点Ｄ、Ｃ、Ｅ、終点Ｂに関して、隣り合う点間を結ぶ基準直線（直線ＡＤ、直線ＤＣ、直線ＣＥ、直線ＥＢ）を引き、同様に、前記基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きいリンク構成点Ｐを、勾配変化点として抽出していく。この場合、点Ａと点Ｄとの間に勾配変化点Ｆが抽出され、点Ｄと点Ｃとの間に勾配変化点Ｇが抽出される。直線ＣＥ間、直線ＥＢ間には、離間距離が基準値より大きいリンク構成点Ｐは存在しない。このような処理を繰返すことにより、図５（ｃ）に示すように、点Ｄと点Ｇとの間に勾配変化点Ｈが抽出される。

新たな勾配変化点が抽出されなくなった時点で、全ての勾配変化点の抽出が完了する。リンクＬの例では、図６（ａ）に示すように、始点Ａと終点Ｂとの間に、勾配変化点Ｆ、Ｄ、Ｈ、Ｇ、Ｃ、Ｅが抽出される。これら勾配変化点Ｆ、Ｄ、Ｈ、Ｇ、Ｃ、Ｅは、始点Ａ、各勾配変化点Ｆ、Ｄ、Ｈ、Ｇ、Ｃ、Ｅ、終点Ｂを順に直線でつないだ際に、各勾配変化点Ｆ、Ｄ、Ｈ、Ｇ、Ｃ、Ｅの前後での勾配変化の度合が比較的（閾値よりも）大きくなるリンク構成点となっている。

勾配変化点抽出部２１による勾配変化点の抽出の工程が終了すると、算出部２２による各リンクの燃料換算勾配データの算出の工程が実行される。ここではまず、区間燃料算出部２３により、リンク中の勾配変化点で区画された各区間に関して燃料（エネルギー）消費量が求められる。リンクＬの例では、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、始点Ａから終点Ｂまでの間が、勾配変化点Ｆ、Ｄ、Ｈ、Ｇ、Ｃ、Ｅによって、複数の区間（この場合、区間ＡＦ、区間ＦＤ、区間ＤＨ、区間ＨＧ、区間ＧＣ、区間ＣＥ、区間ＥＢの７区間）に区切られる。

そして、各区間（区間ＡＦ、区間ＦＤ、区間ＤＨ、区間ＨＧ、区間ＧＣ、区間ＣＥ、区間ＥＢ）に関して、夫々、勾配ａ（％）と距離ｄ（ｍ）とが求められる。各リンク毎に当該リンクの標準車速ｂは求められているので、前記計算用データに基づいて各区間に関しての燃料消費量が求められる。この場合、ある区間において、道路の勾配がａ（％）で、標準車速（リンク内で共通）がｂ（ｋｍ／ｈ）であるとすると、計算用データから燃費ｃ（ミリリットル／ｍ）が求められるので、その燃費ｃに、区間の距離ｄ（ｍ）を乗算すれば、燃料消費量（ミリリットル）が算出される。

次のリンク燃料算出部２４では、区間燃料算出部２３で求められた各区間の燃料消費量が積算され、リンク全体の燃料消費量（ミリリットル）が求められる。そして、燃料換算勾配データ算出部２５では、そのリンク全体の燃料消費量（ミリリットル）を、リンク全体の距離（リンク長：ｍ）で除算して、燃費ｃ（ミリリットル／ｍ）を求める。そして、その燃費ｃとリンクの標準車速ｂ（ｋｍ／ｈ）とから、計算用データを用いて該当する勾配ａ（％）を逆算する。この勾配ａ（％）が燃料換算勾配データとなる。

以上のようにして、リンクデータ中の全てのリンクに関して燃料換算勾配データが求められる。求められた燃料換算勾配データは、道路地図データ（リンクデータ）に各リンクと関連付けて（リンクデータに付随したデータとして）記憶される。この燃料換算勾配データは、上記のように、カーナビゲーション装置１（車両のエネルギー消費量予測装置）において、ナビ用地図データベース１０に書込まれ、例えば目的地までの推奨する走行経路の探索において、走行経路を車両が走行した際に予測される燃料消費量の算出に用いられる。

この燃料換算勾配データは、通常では、従来の平均勾配のデータとは異なる値を撮るケースが多くなる。図７に例示するように、リンク内で、上り勾配、下り勾配が繰返されるような場合を考えると、従来の平均勾配は、リンクの始点と終点との標高の差から、例えば２％と求められる。これに対し、本実施例の燃料換算勾配データは、リンクを車両が走行した際のエネルギー消費量に換算して評定したデータであり、例えば３％といった値となる。

このとき、もし、リンクの始点から終点までずっと２％の勾配の緩やかな上り坂の道路が続いていると仮定すると、平均勾配の２％で当該リンク走行時の燃料消費量を算出しても、正確な燃料消費量が求められるが、上記の勾配変動を考えると、実際には、より多くの燃料を消費するものとなる。燃料換算勾配データ（例えば３％）は、リンクの走行時のエネルギー消費量を計算する場合に関して実情に見合ったデータとなるので、この燃料換算勾配データを用いることにより、リンク内における勾配変化を考慮したエネルギー消費量をより正確に算出することができるのである。

尚、詳しく説明しなかったが、上記したように、計算用データは、標準的な車両についてのデータとされているので、車種や重量又は排気量が標準とは異なる場合には、燃費ｃのデータに関し、車種又は重量又は排気量に応じた所定の係数を乗算した燃費のデータを用いて、同様に燃料換算勾配データを作成することができる。例えば、ワンボックス車等の大型車両では、燃費（単位走行距離あたりの燃焼消費量）は大きくなるので、燃費ｃの値に係数１．１を乗算し、排気量１０００ｃｃの小型車両では、燃費は小さくなるので、係数０．９を乗算する等により、計算用データを共用化しながら、該当車両における燃料換算勾配データひいてはエネルギー消費量を正確に求めることができる。

以上のように、本実施例の道路勾配データ作成装置１５及び作成方法によれば、各リンクの勾配を車両走行時のエネルギー消費量に換算して評定した燃料換算勾配データという考え方を導入したので、従来の平均勾配のデータと異なり、リンクの走行時のエネルギー消費量を計算する場合に関して、実情に見合ったデータとなる。従って、作成された燃料換算勾配データを用いることにより、リンク内における勾配変化を考慮したエネルギー消費量をより正確に算出することができる。しかも、燃料換算勾配データはリンク毎に設けられるデータであるため、徒にデータ量が増えることなく、エネルギー消費量を算出するためのデータを少なく済ませることが可能となる。

また、特に本実施例では、勾配データの作成にあたって、リンク内における勾配の変化状態の特徴を、勾配が比較的大きく変動する勾配変化点を求めて、リンクをその勾配変化点で複数の区間に区切ることに基づいて捉えるようにしている。そして、計算用データに基づいて各区間のエネルギー消費量を求め、それらを積算することに基づいてリンク全体のエネルギー消費量ひいては燃料換算勾配データを求めるので、道路の勾配の変化状態を、エネルギー消費の観点から正確に反映した燃料換算勾配データを得ることができるといったメリットを得ることができる。

更に、本実施例の車両のエネルギー消費量予測装置（カーナビゲーション装置１）によれば、上記の道路勾配データ作成装置１５により作成された燃料換算勾配データをリンクデータと関連付けて記憶し、各リンクの燃料換算勾配データを用いて、走行経路を走行する際に予測される車両の燃料（エネルギー）消費量を算出するので、リンク内における勾配変化を考慮した燃料消費量をより正確に算出することができ、しかも、燃料消費量を算出するためのデータを少なく済ませることが可能となる。

尚、本発明は上記した一実施例に限定されるものではなく、種々の拡張、変更が可能である。
例えば、上記実施例では、ガソリンエンジン車における燃料消費量を求める場合を例としたが、エネルギー消費量として、電気自動車の場合にはバッテリの電力消費量を求めることができ、エンジンと電気モータとを併用するハイブリッド車の場合にも本発明を適用できることは勿論である。さらには、燃料消費量の予測だけでなく、別の用途、例えばハイブリッド車における先読み制御等に、本発明の燃料換算勾配データを利用することもできる。

また、上記実施例では、カーナビゲーション装置において、探索した走行経路に関する燃料消費量を予測するようにしたが、経路探索の処理時に、燃料換算勾配データを用いて燃料消費量を計算しながら燃料消費量が最小となる走行経路を求めるようにしても良い。情報センタにおいて推奨経路を探索して車両に配信するようにしたセンタ計算型のカーナビゲーションシステムにおいても、情報センタにおいて、道路地図データに付随した燃料換算勾配データを用いたエネルギー消費量の算出を行う構成とすることができる。情報センタのコンピュータにおいて、燃料換算勾配データを作成（演算）しても良い。

本発明においては、上記した道路勾配データ作成装置（道路勾配データ作成方法）によって作成された各リンクの燃料換算勾配データを、記憶媒体に記憶し、メディアとして流通させることも可能である。この場合、各リンクの燃料換算勾配データを、前記道路地図データと関連付けて記憶するようにしても良い。また、記憶媒体としては、ハードディスク、光ディスク、磁気ディスク、スティック型やカード型のメモリ等、各種のメディアを採用できることは勿論である。

上記実施例では、勾配変化点抽出の処理において、２点間に基準直線を引いて、その基準直線からのリンク構成点の離間距離に基づいて勾配変化点を求めるようにしたが、勾配変化点を求めるための手法としては、それ以外にも、最小二乗法を用いる等、様々な方法が可能である。この場合、標高データの誤差を考慮して勾配変化点の抽出処理も可能である。その他、計算用データを車種（重量、排気量）毎に設けるようにしても良いなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１はカーナビゲーション装置（エネルギー消費量予測装置）、２は制御装置（消費量演算手段）、１０はナビ用地図データベース（燃料換算勾配データ記憶手段）、１５は道路勾配データ作成装置、１６は本体部（勾配データ作成手段）、１７は地図データベース、１８は標高データベース、１９は計算用データ記憶部、２０はリンク構成点割付部（リンク構成点割付手段）、２１は勾配変化点抽出部（勾配変化点抽出手段）、２２は算出部（算出手段）、Ｌはリンク、Ａは始点、Ｂは終点、Ｐはリンク構成点、Ｃ〜Ｈは勾配変化点を示す。

Claims (6)

1. カーナビゲーション装置で利用されるデータであって、道路をノード及びリンクの組合せで表現した道路地図データにおける、前記各リンクの勾配度合を表すデータを作成する道路勾配データ作成装置において、
   前記道路地図データを記録した地図データベースから、前記各リンクの始点、終点の位置及び道路種別を含むリンクデータを入力するリンクデータ入力手段と、
   地形図を所定間隔のメッシュで区切った各位置についての標高を記録した標高データベースから、標高データを入力する標高データ入力手段と、
   前記リンクデータ及び標高データに基づいて、前記各リンクにおける前記始点から終点までの間がどれくらいの勾配であるかを示す指標となる勾配のデータを、当該リンクを車両が走行した際のエネルギー消費量に換算して評定した燃料換算勾配データとして作成する勾配データ作成手段とを具備すると共に、
   前記勾配データ作成手段は、
   前記各リンクに関して、当該リンクに沿って始点から終点まで所定間隔でリンク構成点を割付けるリンク構成点割付手段と、
   前記各リンク構成点の標高データに基づき、前記始点、各リンク構成点、終点を順に直線でつないだ際に、前記各リンク構成点の前後の直線での勾配変化の度合が閾値より大きくなる点を勾配変化点として抽出する勾配変化点抽出手段と、
   前記リンクの始点から終点までの間を前記勾配変化点で区切った区間に分け、予め設定されている勾配、車速、燃費の相互の関係を示す計算用データに基づいて、前記各区間に関してエネルギー消費量を求めそれらを積算して該リンク全体のエネルギー消費量を求めると共に、そのエネルギー消費量及び該リンク全体の長さから燃料換算勾配データを逆算する算出手段とを備えることを特徴とする道路勾配データ作成装置。
2. 前記勾配変化点抽出手段は、
   まず、前記リンクの始点と終点とを結ぶ第１基準直線を引き、それら始点と終点との間にあるリンク構成点のうち、前記第１基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点を、第１勾配変化点として抽出し、
   次に、前記始点と第１勾配変化点とを結ぶ第２基準直線を引き、それら始点と第１勾配変化点との間にあるリンク構成点のうち、前記第２基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点を、第２勾配変化点として抽出すると共に、前記第１勾配変化点と終点を結ぶ第３基準直線を引き、それら第１勾配変化点と終点との間にあるリンク構成点のうち、前記第３基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きい場合に、そのリンク構成点を、第３勾配変化点として抽出し、
   更に、始点、複数の勾配変化点、終点に関して、隣り合う点間を結ぶ基準直線を引き、同様に、前記基準直線から最も離間した点の離間距離が基準値より大きいリンク構成点を、勾配変化点として抽出していくことを、新たな勾配変化点が抽出されなくなるまで繰返すことにより、全ての勾配変化点を求めることを特徴とする請求項１記載の道路勾配データ作成装置。
3. 前記計算用データは、予め標準的な車両に関して基準となる計算用データが与えられており、
   前記勾配データ作成手段は、前記基準となる計算用データに対し、車両の車種又は重量又は排気量に応じて設定されている係数を乗算したデータに基づいて、該当車両における前記燃料換算勾配データを算出することを特徴とする請求項１又は２記載の道路勾配データ作成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データを記憶する記憶媒体。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データを、前記道路地図データと関連付けて記憶する記憶媒体。
6. 所定の走行経路を走行する際の車両のエネルギー消費量を予測する車両のエネルギー消費量予測装置であって、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の道路勾配データ作成装置により作成された各リンクの燃料換算勾配データを、前記道路地図データと関連付けて記憶する燃料換算勾配データ記憶手段と、
   この燃料換算勾配データ記憶手段に記憶された前記各リンクの燃料換算勾配データを用いて、前記走行経路を走行する際に予測される車両のエネルギー消費量を算出する消費量演算手段とを具備することを特徴とする車両のエネルギー消費量予測装置。

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