JP5840090B2 - 消費電力量推定装置 - Google Patents
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Description
そのため、EVの搭載する蓄電池の残量で走行可能な距離や、目的地に到着するために必要な充電量などを高精度に推定する技術が望まれている。
例えば、EVの走行履歴から電力消費モデルのパラメータを定める技術である走行可能距離推定システムがある。この技術は、個別のEVの走行履歴を基に、そのEV単体の電力消費モデルのパラメータを調整し、消費電力量の推定精度を向上させる技術である。
また、カーシェアリング、タクシー、宅配車などの商用車の運行管理でも、EVの走行に必要な充電量や、それを充電するのに要する充電時間を把握する必要が生じる。
第2の課題は、自動車メーカー各社の推定値の定義や精度はメーカー間でばらつきがあることである。
第3の課題は、EVの電力消費に影響する外部要因に関する知識をドライバが有効に獲得・利用できないことである。
第1の課題に関して説明する。自動車メーカー各社は自社製EVのみを対象として、そのEVのドライバ向けに蓄電池の電気の残量に基づく走行可能距離の推定値を提示している。この推定値は、例えば運転席のコンソールやカーナビゲーション機器などのユーザインタフェースを介してドライバに通知される。
外部要因としては、例えば、気温や風などの天候、路面状態や勾配などの道路の形状、渋滞などの交通状況、急発進や急ブレーキなどドライバに依存するものなどが考えられる。これら外部要因は刻々と変化するため、外部要因に起因するデータをEV車内に設置されている推定装置にあらかじめ組み込んでおけるとは限らない。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
EVの電力消費に関連する過去の履歴データと、EVの電力消費に関連する現在のデータを用いて、EVの消費電力量を推定するしくみを提案する。
図1は、EV走行消費電力量推定装置の構成例を示すブロック図である。
このEV走行消費電力量推定システムは、データ整形部11、分析用データ格納部12、知識抽出部13、知識格納部14、消費電力量推定部15を有する。
知識格納部14は、知識抽出部13(抽出手段)により抽出した情報に基づいて、EVの走行による電力消費に影響する情報を補うためのパラメータを同定する同定手段として働くものであり、知識抽出部13から抽出されたモデル知識を知識格納部14のモデル知識格納部14aに格納し、また、知識抽出部13から抽出されたパラメータ知識をパラメータ知識格納部14bに格納する。
この消費電力量推定部15は、消費電力量推定機能を使う任意の外部システム30により利用される。外部システムについては、特に限定されない。
図2は、EV走行消費電力量推定装置の構成の変形例を示すブロック図である。
この変形例では、EV走行消費電力量推定装置に知識反映部16がさらに設けられる。また、この変形例では、前述した知識格納部14が、知識抽出部13用の抽出用知識格納部14−1と、消費電力量推定部15用の推定用知識格納部14−2とに分けられている。
知識抽出部13は、最初に、分析用データ格納部12に格納されたデータを分割し、この分割したデータに基づいて、EVの走行による電力消費の傾向が近いグループを生成する(ステップS11)。この分割には人間の知見に基づくヒューリスティクス(heuristics:問題を解決するための、単純で、おおよそでしかない、規則、方法、手がかり、経験則)を用いてもよい。
本実施形態では、知識抽出部13による知識の抽出と、その知識を用いた消費電力量推定の典型的な事例を示す。
図4は、第1の実施形態におけるEV走行消費電力量推定装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態では、図4で説明したように、EV走行消費電力量推定装置は、データ整形部11、分析用データ格納部12、知識抽出部13、知識格納部14、消費電力量推定部15を有する。また、EV走行消費電力量推定装置とは別に、外部装置20、消費電力量推定機能を使用する外部システム30、気象情報提供システム40が設けられる。
データ整形部11は、外部装置20の履歴データ格納部20aに格納される、EV走行ログ、交通情報ログ、気象情報ログを参照する。
EV走行ログは、例えば高速道路の路側装置を介して収集されているデータである。
交通情報ログは例えば交通管制局の履歴であり、気象情報ログは、例えば気象庁などの履歴である。本実施形態では、これら履歴データの収集方法、履歴データへのアクセス方法、それらのデータ形式については特に定めない。
知識格納部14のモデル知識格納部14aには、ドライバモデル、車両モデル、道路モデル、交通情報モデルのグルーピングルールである、ドライバモデルグルーピングルール、車両モデルグルーピングルール、道路モデルグルーピングルール、交通情報モデルグルーピングルールが格納される。これらはあくまで例であり、ここで説明するグルーピングルールが本実施形態で扱う全グルーピングルールというわけではない。例えば、あるドライバがある道路を走行するという組で走行の特性をグルーピングできる場合、そのドライバと道路の組のグルーピングルールを表すための走行モデルグルーピングルールを用意することもできる。
ドライバ情報を構成する各種データは、外部装置20の履歴データ格納部20aから入手したEV走行ログデータを基に、データ整形部11で計算して整形したものである。
EV走行電力消費情報を構成するデータは、外部装置20の履歴データ格納部20aから入手したEV走行ログデータを基に、データ整形部11で計算して整形したものである。
交通情報ログを構成する各種データは、外部装置20の履歴データ格納部20aから入手した交通情報ログデータを基に、データ整形部11が整形したものである。
気象情報ログを構成する各種データは、外部装置20の履歴データ格納部20aから入手した気象情報ログデータを基に、データ整形部11が整形したものである。
EV車両情報を構成する各種データは、外部装置20の履歴データ格納部20aから入手したEV車両情報データ(自動車メーカーが公開しているカタログ情報)を基に、データ整形部11が整形したものである。
道路情報を構成する各種データは、外部装置20の履歴データ格納部20aから入手した道路情報データ(地図情報データを参照)を基に、データ整形部11が整形したものである。
知識抽出部13は、図3に示した知識抽出の手順に従って、モデル知識とパラメータ知識とをそれぞれ生成する。
本実施形態における知識抽出の流れを説明する。最初に、知識抽出部13は、分析用データ格納部12に格納されるEV走行電力消費情報のデータを適切なグループに分割する。そして知識抽出部13は、各グループのパラメータを推定して、精度の向上が認められれば、新たなグルーピングルールを知識格納部14のモデル知識格納部14aに格納し、各グループに対して同定するパラメータを知識格納部14のパラメータ知識格納部14bに格納する。
モデル知識として、上述したグルーピングの観点で抽出されるグルーピングルールについて説明する。
図12は、本実施形態で適用されるグルーピングルール一覧を示す図である。
図12に示した例では、グルーピングルールごとに、このグルーピングルールに固有のルールID、グルーピングルールが対象とするモデルの種別に固有のモデルID、このモデルIDに対応するモデルに対するグルーピングの方法を示すルール項目が関連付けられる。具体的には、本実施形態では、ドライバモデルを個別にグルーピングし、車両モデルをEV車種の属性指定よりグルーピングし、道路モデルを道路切片IDの列挙によりグルーピングし、交通情報モデルを交通情報の属性指定によりグルーピングする。
図13は、道路モデルグルーピングルールの一例を示す図である。
道路モデルは、前述したように道路切片IDの列挙によってグルーピングされる。本実施形態では、隣り合ういくつかの道路切片列が、EV電力消費に影響する同じ特性を持つとの前提でグルーピングされ、パラメータを同定する。
車両(EV)モデルは、前述したように属性を指定してグルーピングされている。本実施形態では、車両モデルは、EV車種IDに対応する車種ごとにグルーピングされている。場合によっては、車種だけでなく、車種と年式の組にグルーピングすることで、より推定精度が向上することも考えられる。
本実施形態では、ドライバモデルは特にグルーピングせず、各ドライバを個別に扱う。
図16は、交通情報モデルグルーピングルールの一例を示す図である。
交通情報モデルは、属性を指定してグルーピングされている。本実施形態では、交通情報モデルは、曜日と時間帯でグルーピングされている。
ここでは、上述したグルーピングにより同定される各モデルのパラメータについて説明する。道路モデル、車両モデル、ドライバモデル、交通情報モデルのそれぞれのパラメータを図17から図20に示す。
本実施形態では、知識抽出部13によって抽出されるパラメータ知識格納部14bのデータ構造(図17乃至図20)には、データ整形部11が生成する分析用データ格納部12のデータ構造(図5乃至図10)に列を追加する形で表現されているものがある。しかし、これらはあくまで例であり、パラメータ知識格納部14bのデータ構造と分析用データ格納部12はそれぞれ、全く異なる形式でも構わない。
図17に示した例では、道路モデルパラメータは、道路切片ごとに、道路切片ID、道路モデルグルーピングルールに基づいて定められる道路グループID、道路切片IDに対応する道路切片の始点と終点、この道路切片の長さ、この道路切片における制限速度(km/h)、勾配、路面転がり抵抗係数などの、EV電力消費に影響するデータが関連付けられる。
図18に示した例では、車両モデルパラメータは、EV車種ごとに、EV車種ID、車両モデルグルーピングルールに基づいて定められるEVグループID、このEVグループIDに属するEV車両の名称、蓄電池容量(kWh)、重量(kg)、空気抵抗係数、投影面積(m^2)、走行効率、回生エネルギー効率などの、EV電力消費に影響するデータが関連付けられる。
図19に示した例では、ドライバモデルパラメータは、ドライバごとに、ドライバID、ドライバモデルグルーピングルールに基づいて定められるドライバグループID、このドライバグループIDに属するドライバが運転するEVの平均速度(km/h)、平均アクセル加速度(km/s^2)、平均ブレーキ加速度(km/s^2)、加減速頻度(%)、エアコン設定温度(℃)などの、EV電力消費に影響するデータが関連付けられる。ドライバモデルのパラメータは、図5に示したドライバ情報データと比較して、ドライバグループIDがさらに設定される点で異なる。
図20に示した例では、交通情報モデルパラメータは、交通情報ID、交通情報モデルグルーピングルールに基づいて定められる交通情報グループID、交通情報の年月日、曜日、時刻、交通情報が対象とする道路切片ID、道路切片IDに対応する道路切片の制限速度(km/h)、道路切片IDに対応する道路切片を通過する車両の平均速度(km/h)、道路切片IDに対応する道路切片についての単位時間当たりの通行台数などの、EV電力消費に影響するデータが関連付けられる。交通情報モデルパラメータは、図7に示した交通情報データと比較して、交通情報グループIDがさらに設定される点で異なる。
ここでは、消費電力量推定部15による消費電力量推定の方法を説明する。図21は、消費電力量推定部における消費電力量推定の手順の一例を示すフローチャートである。
消費電力量=走行消費電力量+走行以外の消費電力量−回生エネルギー量 …式(1)
式(1)の走行消費電力量は以下の式(2)で示される。
走行消費電力量Pe=η×Pp …式(2)
η:走行効率
Pp:走行仕事量
式(2)の走行仕事量Ppは以下の式(3)で示される。
走行仕事量Pp=R×l …式(3)
R:走行抵抗
l:走行距離
式(3)の走行抵抗Rは以下の式(4)で示される。
走行抵抗R=Ra+Rr+Re+Rc …式(4)
Ra:空気抵抗
Rr:転がり抵抗
Re:勾配抵抗
Rc:加速抵抗
式(4)の空気抵抗Raは以下の式(5)で示される。
空気抵抗Ra=1/2×ρ×Cd×A×V^2 …式(5)
ρ:空気密度
Cd:空気抵抗係数
A:投影面積
V:速度
式(4)の転がり抵抗Rrは以下の式(6)で示される。
転がり抵抗Rr=μ×M×g×cosθ …式(6)
μ:路面転がり抵抗係数
M:車両総重量
g:重力加速度
θ:勾配
式(4)の勾配抵抗Reは以下の式(7)で示される。
勾配抵抗Re=M×g×sinθ …式(7)
式(4)の加速抵抗Rcは以下の式(8)で示される。
加速抵抗Rc=α×(M+Mi) …式(8)
α:加速度
Mi:回転部分慣性重量
式(1)に示すように、消費電力量は、EVの走行にかかる消費電力量(走行消費電力量)と走行以外の消費電力量の和から回生エネルギー量を差し引いた量となる。
走行消費電力量は、式(2)に示すように、走行に必要な仕事量(走行仕事量)に、走行効率を乗算した量となる。
走行仕事量は、式(3)に示すように、走行時に車が受ける抵抗(走行抵抗)と走行距離に比例する。
走行抵抗は、式(4)に示すように、空気抵抗、転がり抵抗、勾配抵抗、加速抵抗の和として計算される。
また、特定の自動車メーカーや特定の車種に限定せずに、複数の自動車メーカーや複数の車種を対象として消費電力量や走行可能距離を推定できる。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態における構成のうち第1の実施形態で説明した部分と同一部分の説明は省略する。
本実施形態では、カーシェアやレンタカーなどの予約時に、その予約情報から借用時の消費電力量を推定する事例を示す。
このシステム構成は、第1の実施形態のシステム構成とほぼ同じである。第2の実施形態のシステム構成が第1の実施形態のシステム構成と異なる点は、EVをカーシェアやレンタカーとして利用するための予約申請情報ログが外部装置20の履歴データ格納部20aにさらに格納されている点である。この予約申請情報ログは、そのまま利用されて分析用データ格納部12に格納される。
予約申請情報を引数として受け取った消費電力量推定部15は、パラメータ知識格納部14bに格納されたパラメータのうち、貸出予定のEVに関わるパラメータを以下の手順で特定する。
まず、消費電力量推定部15は、予約申請情報とドライバモデルパラメータ(図19参照)に基づいて、貸出予定のEVを借用するドライバと、そのドライバが属するグループを特定する。この特定により、消費電力量推定部15は、貸出予定のEVを借用するドライバに依存する、ドライバモデルパラメータ、例えばドライバの平均速度、平均アクセル加速度、平均ブレーキ加速度、加減速頻度などを特定する。
次に、消費電力量推定部15は、貸出予定のEVの車種が決まると、この車種と車両モデルパラメータ(図18参照)に基づいて、貸出予定のEVに関わる車両モデルパラメータを特定する。
ここまでで発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (5)
- 電気自動車の走行による電力消費に影響する情報を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶される情報から、電力消費の傾向が類似する複数の前記電気自動車のそれぞれの消費電力量情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出した情報に基づいて、前記電気自動車の走行による電力消費に影響する情報を用いて電気自動車の走行のための必要電力量を推定するためのパラメータを同定する同定手段と、
前記同定手段による同定結果に基づいて、前記電気自動車の走行のための必要電力量を推定する推定手段とを備え、
前記抽出手段は、
電力消費に関わる特性が類似する車種に対応する所定の車両グループに属する複数の前記電気自動車のそれぞれの走行による電力消費に影響する情報である車両モデルパラメータ情報、通行車両による電力消費に関わる特性が類似する道路切片に対応する所定の道路切片グループに属する道路切片を通行する複数の前記電気自動車のそれぞれの走行による電力消費に影響する情報である道路モデルパラメータ情報、および、ドライバによる電力消費に関わる特性が類似する所定のドライバグループに属するドライバに固有かつこのドライバが運転する前記電気自動車の走行による電力消費に影響し、このドライバによる目的地を指定しない情報であるドライバモデルパラメータ情報のうち少なくとも1つを前記記憶装置に記憶される情報から抽出し、
前記同定手段は、
前記抽出手段により抽出した、前記電力消費に関わる特性が類似する所定の車両グループに属する複数の前記電気自動車のそれぞれの前記車両モデルパラメータ情報に基づいて、前記所定の車両グループに属する車両に関わる電気自動車の走行のための必要電力量を推定するためのパラメータであって前記車両の回生エネルギーを示す情報を含むパラメータ、前記抽出手段により抽出した、前記所定の道路切片グループに属する道路切片を通行する複数の前記電気自動車のそれぞれの前記道路モデルパラメータ情報に基づいて、前記所定の道路切片グループに属する道路切片に関わる電気自動車の走行のための必要電力量を推定するためのパラメータ、および、前記抽出手段により抽出した、前記所定のドライバグループに属するドライバに関わる前記電気自動車の前記ドライバモデルパラメータ情報に基づいて、前記所定のドライバグループに属するドライバに関わる電気自動車の走行のための必要電力量を推定するためのパラメータのうち少なくとも1つを同定することを特徴とする消費電力量推定装置。 - 前記記憶装置に記憶する情報は、
複数の電気自動車のそれぞれのドライバに固有かつ、このドライバが運転する前記電気自動車の走行による電力消費に影響する情報であるドライバ情報、所定の日時における、所定区間の道路切片を通行する前記電気自動車の消費電力量を示す消費電力量情報、前記電気自動車の車種に固有かつ前記車種に属する前記電気自動車の走行による電力消費に影響する車両情報、および、前記所定区間の道路切片に固有かつ、この道路切片を走行する前記電気自動車の走行による電力消費に影響する道路情報のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の消費電力量推定装置。 - 前記記憶装置は、
所定の日時における、前記電気自動車の通行箇所における前記電気自動車の走行による電力消費に影響する気象情報をさらに記憶し、
前記推定手段は、
前記気象情報を含む、前記記憶装置に記憶される情報、および前記同定手段による同定結果に基づいて、前記電力消費の傾向が類似する電気自動車の走行のための必要電力量を推定することを特徴とする請求項1に記載の消費電力量推定装置。 - 前記電気自動車は、貸出予約申請に基づく貸出用の自動車であり、
前記記憶装置は、
前記貸出予約申請された電気自動車の目的地を示す情報をさらに記憶し、
前記推定手段は、
前記目的地を示す情報に基づいて、前記貸出予約申請された電気自動車の走行予定経路と関わる道路切片を推定し、
前記抽出手段により抽出した、通行車両による電力消費に関わる特性が類似する所定の道路切片グループに属する道路切片を通行する複数の前記電気自動車のそれぞれの前記消費電力量情報に基づいて、前記推定した、前記貸出予約申請された電気自動車の走行予定経路と関わる道路切片を通行する前記貸出予約申請された電気自動車の前記消費電力量情報を取得し、
前記取得した前記消費電力量情報に基づいて、前記所定の道路切片グループに属する道路切片に関わる前記道路情報を補うためのパラメータを同定することを特徴とする請求項2に記載の消費電力量推定装置。 - 前記記憶装置は、
所定の日時における、前記所定区間の道路切片を通行する前記電気自動車の走行による電力消費に影響する交通情報、および前記貸出予約申請された電気自動車の貸出開始日時、貸出終了日時をさらに記憶し、
前記推定手段は、
前記貸出開始日時、貸出終了日時、前記交通情報、および前記推定した走行予定経路と関わる道路切片の推定結果に基づいて、前記推定した走行予定経路における渋滞情報を推定し、前記推定した渋滞情報に基づいて、前記所定の道路切片グループに属する道路切片に関わる前記道路情報を補うためのパラメータを同定することを特徴とする請求項4に記載の消費電力量推定装置。
Priority Applications (5)
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