JP7287321B2 - 隊列走行システム - Google Patents

Description

本開示は隊列走行システムに係り、特に、前方を走行する車両すなわち前車（先行車）と、後方を走行する車両すなわち後車（後続車）とを隊列走行させるためのシステムに関する。

互いに隣り合う前車と後車の車間距離を自動で略一定に保ちつつ、後車を前車の後に追従走行させる隊列走行システムが公知である。こうした隊列走行システムにより複数台の車両を隊列走行させると、２台目以降の車両の空気抵抗が低減される結果、車両群全体としてのエネルギ消費率を低減できる。

特開２０１９－１４２３３２号公報

ところで、後車が受ける空気抵抗の大きさは、車間距離、車速、前車および後車の外形状、走行環境の風の状態（風速、風向き等）等の様々な要因によって変化する。これら複数の要因を全て考慮して後車の走行状態を決定するのは必ずしも容易ではなく、改善策が望まれる。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、後車が受ける空気抵抗を簡易な方法で低減できる隊列走行システムを提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
前車と後車を隊列走行させるためのシステムであって、
前車の後端部に設置された可変スポイラーと、
後車の走行に要したエネルギの消費率を計算する消費率計算部と、
前記消費率計算部によって計算された消費率が最小となるよう、前記可変スポイラーの角度を制御するスポイラー制御部と、
を備えたことを特徴とする隊列走行システムが提供される。

好ましくは、前記隊列走行システムは、前車の車速に基づいて目標車間距離を設定し、設定した目標車間距離に近づくよう前車および後車の車間距離を制御する車間距離制御部をさらに備える。

本開示によれば、後車が受ける空気抵抗を簡易な方法で低減できる。

隊列走行システムを示す概略側面図である。 目標車間距離を算出するためのマップを示す。 可変スポイラーの角度制御の様子を示すタイムチャートである。 制御ルーチンのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本実施形態に係る隊列走行システムを示す。隊列走行システムは、互いに隣り合う前車ＶＡと後車ＶＢを隊列走行させるためのシステムである。これら車両は図中左側に向かって前進走行している。前車ＶＡと後車ＶＢは、内燃機関（具体的にはディーゼルエンジン）を動力源とするトラックである。但し車両および動力源の種類は限定されない。本実施形態では便宜上、前車ＶＡと後車ＶＢを同じ車両としている。但しこれらを異ならせてもよい。

本実施形態では、２台の車両が隊列走行する例を示すが、車両の台数は３台以上でもよい。仮に３台の場合、図示する後車ＶＢの後にもう１台の車両（３台目車両）が追従走行することとなる。後車ＶＢと３台目車両の関係は、前車ＶＡと後車ＶＢの関係と同じである。勿論、より多くの車両を隊列走行させてもよく、この場合の関係も同様である。

隊列走行システムは、前車ＶＡに搭載された電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００Ａと、後車ＶＢに搭載されたＥＣＵ１００Ｂとを備える。これらＥＣＵ１００Ａ，１００Ｂは、対応する各車両を制御すると共に、互いに無線通信可能に接続され、隊列走行を制御する。各車両に通信装置が設けられることで車車間通信が実現される。なお、これら車両毎のＥＣＵに加え、外部の定置サーバに設置されＥＣＵ１００Ａ，１００Ｂに無線通信可能に接続されたＥＣＵ１００Ｃを含めて、隊列走行を制御してもよい。これらＥＣＵは隊列走行制御装置を構成する。

後述する各計算、演算、検出および制御等は、各ＥＣＵのいずれでも実行可能である。以下では、それらの代表的な一例を説明する。

前車ＶＡには、その車速ＶｓＡを検出するための車速センサ１Ａが設けられる。車速センサ１ＡはＥＣＵ１００Ａに接続される。同様に後車ＶＢにも、その車速ＶｓＢを検出するための車速センサ１Ｂが設けられ、これはＥＣＵ１００Ｂに接続される。これら車速ＶｓＡ，ＶｓＢを総じてＶｓで表す。

隊列走行システムは、隊列走行時に前車ＶＡおよび後車ＶＢの車間距離Ｌを制御する車間距離制御部を備える。車間距離制御部は、実際の車間距離Ｌを検出する車間距離検出部と、検出された車間距離Ｌが所定の目標車間距離Ｌｔに近づくよう、後車ＶＢの車速ＶｓＢを制御する車速制御部とを備える。

具体的には、後車ＶＢの前端部に車間距離センサ２Ｂが前向きに搭載されており、この車間距離センサ２Ｂの出力に基づいてＥＣＵ１００Ｂが実際の車間距離Ｌを検出する。車間距離センサ２Ｂは知られているように、ミリ波レーダー、カメラ、赤外線レーザーレーダー等の少なくとも一つを含む。このように車間距離検出部は車間距離センサ２ＢおよびＥＣＵ１００Ｂにより構成される。

一方、前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａは、車速センサ１Ａにより検出された前車ＶＡの車速ＶｓＡの値を後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂに送信する。ＥＣＵ１００Ｂは、その前車ＶＡの車速ＶｓＡに基づいて、図２に示すような予め記憶したマップ（関数でもよい。以下同様）に従い、目標車間距離Ｌｔを算出する。一般に車間距離Ｌが少ないほど、後車ＶＢの空気抵抗が低減し、後車ＶＢの燃費は良くなる。従って各車速Ｖｓ毎に、実用上可能な最も小さい車間距離の値が実験的に求められ、その値が目標車間距離Ｌｔとしてマップに入力されている。図示例では、車速Ｖｓが高いほど大きな目標車間距離Ｌｔが得られる。

ＥＣＵ１００Ｂは、検出される実際の車間距離Ｌが、算出された目標車間距離Ｌｔに近づくよう、後車ＶＢの車速ＶｓＢを制御する。これにより実際の車間距離Ｌを、目標車間距離Ｌｔ付近、すなわち実用上可能な最小の車間距離付近に一定に保つことができ、後車ＶＢの空気抵抗を最大限減少することができる。

なお、目標車間距離Ｌｔはこのような実用上可能な最小車間距離でなくてもよい。例えば後車ＶＢの運転手が手動で設定した目標車間距離であってもよい。

ＥＣＵ１００Ｂは、車速制御の際、エンジンの燃料噴射量を増減させることにより後車ＶＢを加減速させる。なお減速に関しては、ブレーキの作動、変速機のシフトダウン等を単独であるいは併用して用いてもよい。

さて、前述したように、後車ＶＢが受ける空気抵抗の大きさは、車間距離Ｌのみならず、車速、前車および後車の外形状、走行環境の風の状態（風速、風向き等）等の様々な要因によって変化する。例えば前車および後車の外形状が異なれば、同じ場合に比べて後車への走行風の当たり方が変わり、空気抵抗の大きさは変化する。前記の車間距離制御によれば、少なくとも実験上で空気抵抗が最小となるような車間距離を実現できるものの、それだけでは十分ではない。一方、車間距離以外の他の全ての要因を考慮して後車の走行状態を実験的に決定するのは必ずしも容易ではなく、改善策が望まれる。

そこで本実施形態では、後車が受ける空気抵抗を簡易な方法で低減するため、次のような装置を装備している。

すなわち、本実施形態の隊列走行システムは、前車ＶＡの後端部に設置された可変スポイラー３と、後車ＶＢの走行に要したエネルギの消費率を計算する消費率計算部と、消費率計算部によって計算された消費率が最小となるよう、可変スポイラー３の角度（スポイラー角という）θを制御するスポイラー制御部とを備える。本実施形態の場合、消費率計算部は後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂにより構成され、スポイラー制御部は前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａにより構成される。

ここでエネルギの消費率とは、単位走行距離当たりのエネルギの消費量を意味し、本実施形態では燃料消費率すなわち燃費（ｋｍ／Ｌ）を意味する。従って消費率が最小とは、燃費（ｋｍ／Ｌ）が最大となることを意味する点に留意されたい。

なお電気モータを動力源とする電気自動車の場合だと、エネルギ消費率とは電力消費率すなわち電費（ｋｍ／ｋＷｈ）を意味する。内燃機関および電気モータの両方を動力源とする車両（ハイブリッド車）の場合だと、エネルギ消費率とは燃費および電費の少なくとも一方を意味する。

可変スポイラー３は、左右方向に延びる翼板により形成される。前車ＶＡの荷台４の後面上端に、左右方向に延びる回動軸５が設けられ、この回動軸５に、可変スポイラー３の前端が回動可能に接続される。可変スポイラー３にはアクチュエータ６が接続され、アクチュエータ６がＥＣＵ１００Ａにより制御されることで、スポイラー角θが制御される。アクチュエータ６は、本実施形態では油圧または空圧シリンダとされるが、電気モータ等の他のデバイスとされてもよい。回動軸５およびアクチュエータ６は可変スポイラー３を駆動するための駆動機構を構成する。

可変スポイラー３が鉛直下向きとされたときのスポイラー角θが基準角度θ０すなわち０°とされる。この基準角度θ０から、可変スポイラー３が上向きとなるにつれ、スポイラー角θは増大される。スポイラー角θが９０°のとき、可変スポイラー３は水平とされる。

後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂは、所定の演算周期τ毎に燃費すなわち瞬間燃費Ｆ（ｋｍ／Ｌ）を計算する。この際ＥＣＵ１００Ｂは、例えば、１演算周期τの間に走行した走行距離を、１演算周期τ内で消費した燃料量で除して瞬間燃費Ｆを計算する。ＥＣＵ１００Ｂは、計算した瞬間燃費Ｆの値を前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａに送信する。

前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａは、受信した瞬間燃費Ｆの値が最大となるよう、スポイラー角θを制御する。ＥＣＵ１００Ａは例えば、次の方法でスポイラー角θを制御する。

図３は、制御時におけるスポイラー角θの時間ｔに対する変化を示すタイムチャートである。図示するようにＥＣＵ１００Ａは、演算周期τ毎にスポイラー角θを制御する。

破線で示すのは、瞬間燃費Ｆの値が最大となるようなスポイラー角すなわち目標スポイラー角θｔである。しかし、この目標スポイラー角θｔは実際上、把握不可能である。それが車間距離Ｌ、車速、前車および後車の外形状、走行環境の風の状態（風速、風向き等）等の様々な要因によって変化し、かつそれら要因が時々刻々と変化するからである。従って実際のスポイラー角θは、この不明の目標スポイラー角θｔにできるだけ近づくよう制御されることとなる。

例えば時刻ｔ１で、ＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θをそれ以前と同じように増大すべきと判断する（この判断結果を図中○で示す）。そしてＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θを、所定量Δθだけ増大する。

この後ＥＣＵ１００Ａは、時刻ｔ２で、この時に取得した瞬間燃費Ｆの値を、前回の時刻ｔ１で取得した瞬間燃費Ｆの値と比較する。図示例は、時刻ｔ２の瞬間燃費Ｆの値が、時刻ｔ１の瞬間燃費Ｆの値より減少した（つまり燃費が悪化した）場合を示す。このときＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θを増やしたのは間違いで、スポイラー角θをそれ以前とは逆に減少すべきと判断する（この判断結果を図中×で示す）。そしてＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θを、所定量Δθだけ減少する。

こうしてスポイラー角θを減少すると、実際のスポイラー角θは不明の目標スポイラー角θｔに近づき、瞬間燃費Ｆの値は増大する。時刻ｔ３では、その時の瞬間燃費Ｆの値が、前回の時刻ｔ２の瞬間燃費Ｆの値より大きくなる（つまり燃費は向上する）。このときＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θを減らしたのは正しく、スポイラー角θをそれ以前と同じように減少すべきと判断する（この判断結果を図中○で示す）。そしてＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θを再び所定量Δθだけ減少する。

しかし、減少を続けるとやがて実際のスポイラー角θはアンダーシュートし、目標スポイラー角θｔから離れてしまう。時刻ｔ５では、この時に取得した瞬間燃費Ｆの値が、前回の時刻ｔ４で取得した瞬間燃費Ｆの値より減少している。よってＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θをそれ以前とは逆に増大すべきと判断し（この判断結果を図中×で示す）、スポイラー角θを所定量Δθだけ増大する。

その後、時刻ｔ８で、瞬間燃費Ｆの値が、前回の時刻ｔ７の瞬間燃費Ｆの値より再び減少している。よってＥＣＵ１００Ａは、スポイラー角θをそれ以前とは逆に減少すべきと判断し、スポイラー角θを所定量Δθだけ減少する。

このようにＥＣＵ１００Ａは、瞬間燃費Ｆが以前より悪化したと判断する度に、スポイラー角θの増大と減少を切り替える。これによりスポイラー角θを、目標スポイラー角θｔ付近で変動させながら、目標スポイラー角θｔに近づけることができる。

このようにスポイラー角θを制御すると、図１に示すように、前車ＶＡから後車ＶＢに至る走行風Ｗの流れを、可変スポイラー３によって最適化し、後車ＶＢが受ける空気抵抗を可能な限り少なくすることができる。これにより、後車ＶＢが受ける空気抵抗を簡易な方法で低減することができる。すなわち、車間距離Ｌ、車速、前車および後車の外形状、走行環境の風の状態（風速、風向き等）等の様々な要因を個々に考慮せず、全部含めた形で単一の可変スポイラー制御を行うので、簡単な制御で大きな効果を得ることができる。

しかも本実施形態では、前述の車間距離制御により実際の車間距離Ｌを可能な限り少なくした上で、可変スポイラー制御を行うため、燃費をより増大することが可能である。

次に、ＥＣＵ１００Ａ，１００Ｂが隊列走行時にそれぞれ実行する制御のルーチンを図４を参照して説明する。図示するルーチンは所定の演算周期τ毎に繰り返し実行される。（Ａ）がＥＣＵ１００Ａの制御ルーチン、（Ｂ）がＥＣＵ１００Ｂの制御ルーチンである。

まず、（Ａ）に示す前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａの制御ルーチンを説明する。最初のステップＳ１０１で、ＥＣＵ１００Ａは、車速センサ１Ａにより検出された前車ＶＡの車速ＶｓＡの値を後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂに送信する。

次にステップＳ１０２で、ＥＣＵ１００Ａは、後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂで計算され後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂから送信された瞬間燃費Ｆの値を受信する。

ステップＳ１０３で、ＥＣＵ１００Ａは、受信した瞬間燃費Ｆの値が、１演算周期τ前の前回値より小さいか否かを判断する。

前回値より小さいと判断した場合、ＥＣＵ１００Ａは、ステップＳ１０４に進んで、スポイラー角θの増減方向を切り替え、ルーチンを終了する。すなわち、それまでスポイラー角θを増大していた場合にはスポイラー角θを減少させ、それまでスポイラー角θを減少させていた場合にはスポイラー角θを増大させる。

他方、前回値以上と判断した場合、ＥＣＵ１００Ａは、ステップＳ１０５に進んで、スポイラー角θの増減方向を維持し、ルーチンを終了する。

次に、（Ｂ）に示す後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂの制御ルーチンを説明する。最初のステップＳ２０１で、ＥＣＵ１００Ｂは、前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａから送信された前車ＶＡの車速ＶｓＡの値を受信する。

次にＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２０２において、車間距離センサ２Ｂによって検出された車間距離Ｌの値を取得する。そしてステップＳ２０３において、後車ＶＢの瞬間燃費Ｆを計算し、その計算結果を前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａに送信する。

次いでＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２０４において、受信した車速ＶｓＡの値に基づき、図２に示したマップから目標車間距離Ｌｔを算出する。

この後ＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２０５において、実際の車間距離Ｌを目標車間距離Ｌｔに近づけるよう後車ＶＢの車速ＶｓＢを制御する。すなわち、ステップＳ２０２で取得した車間距離Ｌが目標車間距離Ｌｔに等しければ現在の車速ＶｓＢを維持し、車間距離Ｌが目標車間距離Ｌｔより大きければ車速ＶｓＢを増大し、車間距離Ｌが目標車間距離Ｌｔより小さければ車速ＶｓＢを減少する。以上でルーチンを終了する。

上記の説明で分かるように、後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂが特許請求の範囲にいう消費率計算部と車間距離制御部を構成し、前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａが特許請求の範囲にいうスポイラー制御部を構成する。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。

（１）例えば、前車ＶＡおよび後車ＶＢの少なくとも一方は、電気モータを動力源とする電気自動車であってもよいし、内燃機関および電気モータを動力源とするハイブリッド車であってもよい。後車ＶＢが電気自動車の場合、後車ＶＢの電費が最大となるようスポイラー角θが制御される。後車ＶＢがハイブリッド車の場合、後車ＶＢの燃費および電費の少なくとも一方が最大となるようスポイラー角θが制御される。

（２）前述したように、各ＥＣＵで行われた各計算、演算、検出および制御等は、別のＥＣＵで行うことも可能である。例えば車間距離制御に関し、前車の車間距離センサを用いて検出された車間距離の値を、前車ＶＡのＥＣＵ１００Ａから後車ＶＢのＥＣＵ１００Ｂに送信することも可能である。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

ＶＡ 前車
ＶＢ 後車
３ 可変スポイラー
１００Ａ，１００Ｂ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (2)

1. 前車と後車を隊列走行させるためのシステムであって、
   前車の後端部に設置された可変スポイラーと、
   後車の走行に要したエネルギの消費率を計算する消費率計算部と、
   前記消費率計算部によって計算された消費率が最小となるよう、前記可変スポイラーの角度を制御するスポイラー制御部と、
   を備え、
   前記消費率計算部は、所定の演算周期だけ離れた各時刻毎に瞬間消費率を計算し、
   前記スポイラー制御部は、
   前記可変スポイラーの角度を各時刻毎に所定量ずつ増大または減少し、
   今回の時刻の瞬間消費率が前回の時刻の瞬間消費率以下のときには、今回の時刻において前回の時刻と同じ方向に前記可変スポイラーの角度を増大または減少し、
   今回の時刻の瞬間消費率が前回の時刻の瞬間消費率より大きいときには、今回の時刻において前回の時刻と異なる方向に前記可変スポイラーの角度を増大または減少する
   ように構成されている
   ことを特徴とする隊列走行システム。
2. 前車の車速に基づいて目標車間距離を設定し、設定した目標車間距離に近づくよう前車および後車の車間距離を制御する車間距離制御部をさらに備えた
   請求項１に記載の隊列走行システム。

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