WO2016084583A1 - 車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法 - Google Patents

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竜 山角
伸一 石黒
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle automatic travel control device and a vehicle automatic travel method, and more specifically, calculates a speed when the vehicle is coasted with high accuracy and sets the speed even when the vehicle is coasted.
  • the present invention relates to a vehicle automatic traveling control apparatus and a vehicle automatic traveling method that effectively improve fuel efficiency by avoiding deviating from a range quickly and increasing a traveling distance by inertial traveling.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-219986 (Patent Document 1) of the Japanese application, the vehicle speed is set to be higher than the lower limit speed set slower than the preset target speed, There has been proposed an apparatus that controls inertial traveling of a vehicle so as to fall within a speed range that is slower than an upper limit speed set faster than the speed.
  • This device starts coasting when the slope changes from positive to negative, that is, when it enters a downhill road. Also, when the gradient is positive and the gradient change rate is negative, it is determined that it is near the top, and the relationship between the shape of the road, such as the gradient and the gradient change rate, the current vehicle speed and the vehicle weight is determined in advance. Using the set map, the speed when the vehicle is coasting near the summit is estimated, and coasting is also started when the estimated speed is equal to or greater than the lower limit speed.
  • the above-described device may cause the vehicle speed to stall even if the vehicle is coasted depending on the slope of the downhill road. A split situation occurs.
  • the above-mentioned device has a positive gradient and a negative gradient change rate, it may not be near the top, and even if coasting is started in such a case, the speed of the vehicle stalls. Thus, a situation occurs in which the lower limit speed set earlier is divided.
  • the start of inertial driving is determined based only on the conditions of the road such as the gradient of the road and the gradient change rate, in such a case, a situation occurs in which the set lower limit speed is quickly divided. In such a situation, the fuel consumption is further consumed because the inertia traveling is canceled and the fuel is consumed to return to the target speed, so that the fuel consumption is further deteriorated.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its problem is to accurately calculate the speed when the vehicle is coasting and to set the speed range that is set even if the vehicle is coasting.
  • An object is to provide a vehicle automatic traveling control device and a vehicle automatic traveling method that avoids early departure and lengthens the traveling distance by inertial traveling to effectively improve fuel efficiency.
  • An automatic traveling control device for a vehicle according to the present invention for solving the above-mentioned problems is provided in a vehicle equipped with an internal combustion engine, and is faster than a lower limit speed set slower than a preset target speed,
  • the vehicle has a speed range that is slower than the upper limit speed set faster than the speed, and the vehicle has a short section in which a horizontal distance from the start point to the end point is preset in front of the vehicle.
  • an end point speed that is the speed of the vehicle at the end point when the short section is assumed to be coasted by the vehicle is set to the short section.
  • An end point speed calculating means for calculating based on a change in the energy of the vehicle or an acceleration of the vehicle, and a speed determining means for determining whether the calculated end speed falls within the speed range Comprises, when the end point velocity falls to the speed range, is characterized in that it has a configuration that performs control of the coasting the short interval in the vehicle.
  • a vehicle equipped with an internal combustion engine operates in a short section in which a horizontal distance from a start point to an end point is set in advance in front of the vehicle.
  • a vehicle that automatically travels while maintaining a speed range lower than a lower limit speed set slower than a preset target speed and slower than an upper limit speed set faster than the target speed The end point speed at the end point when it is assumed that the vehicle has traveled inertially in the short section is calculated based on the change in the energy of the vehicle or the acceleration of the vehicle in the short section, and the calculated end point speed Is determined to fall within the speed range, and when the calculated end speed falls within the speed range, the vehicle travels inertially in the short section.
  • the end point speed at the end point is assumed to be accurate when it is assumed that the short section is coasted based on either the energy conservation law or the equation of motion. Calculate well. Thereby, even if the vehicle is coasting, it is possible to avoid deviating from the set speed range quickly, and to increase the travel distance by coasting, thereby effectively improving fuel efficiency.
  • the vehicle weight, the starting speed at the starting point, the gradient thereof, and the horizontal distance can be obtained even on a long-distance downhill road or uphill road.
  • the end point speed at the end point is calculated with high accuracy.
  • the end point speed of each short section is accurately calculated. In other words, the determination is made on the assumption that the vehicle travels inertially over a longer distance than the prior art, which is more advantageous for improving fuel consumption.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of an automatic traveling control apparatus for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of means for calculating the end point speed of the automatic travel control device of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing another example of means for calculating the end point speed of the automatic travel control device of FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of the vehicle automatic traveling method of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a long section in which a plurality of the short sections in FIG. 2 are continuous.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a means for calculating a balance gradient of the automatic travel control device of FIG.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of an automatic traveling control apparatus for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of means for calculating the end point speed of the automatic travel control device of FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between an example of the automatic traveling of the vehicle of FIG. 1 and the speed at that time.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between another example of the automatic traveling of the vehicle of FIG. 1 and the speed at that time.
  • FIG. 1 illustrates the configuration of an automatic travel control device 30 according to an embodiment of the present invention.
  • This automatic travel control device 30 causes inertial travel while keeping the speed within a speed range R1 set in advance in the vehicle 10 on which the engine 11 is mounted.
  • the vehicle 10 includes a control device 20 that controls output of a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 13, a connection and disconnection of a clutch 12, and a shift of the transmission 13, and an automatic travel control device that sends a command to the control device 20 during automatic travel. 30.
  • a diesel engine hereinafter referred to as an engine
  • an automatic travel control device that sends a command to the control device 20 during automatic travel.
  • the control device 20 performs control. Specifically, the control device 20 controls the output of the diesel engine (hereinafter referred to as the engine) 11, the connection / disconnection of the clutch 12, and the shift of the transmission 13, and the power output from the engine 11 is not shown in the drawing. It is transmitted from the shaft to the transmission 13 via the clutch 12. Further, the transmission 13 is transmitted to the differential device 15 through the propulsion shaft 14 and is transmitted from the differential device 15 to the drive wheel 17 through the drive shaft 16 to travel.
  • the engine diesel engine
  • the connection / disconnection of the clutch 12 the shift of the transmission 13 and the power output from the engine 11 is not shown in the drawing. It is transmitted from the shaft to the transmission 13 via the clutch 12. Further, the transmission 13 is transmitted to the differential device 15 through the propulsion shaft 14 and is transmitted from the differential device 15 to the drive wheel 17 through the drive shaft 16 to travel.
  • the vehicle automatically travels (auto-cruise)
  • the vehicle automatically travels according to the operation of the automatic travel switch 32, the target vehicle speed setting device 33, and the increase / decrease value setting device 34 of the automatic travel setting device 31 by the driver.
  • the control device 30 transmits a command to the control device 20, and the control device 20 that has received the command controls the output of the engine 11, the connection / disconnection of the clutch 12, and the shift of the transmission 13 to automatically travel. .
  • the driver operates the target vehicle speed setting device 33 to set the target speed V1 when the vehicle 10 is automatically traveling. Further, the driver operates the increase / decrease value setting device 34 to set the speed increase value + va and the speed decrease value ⁇ vb during automatic driving.
  • the speed increase value + va and the speed decrease value ⁇ vb are added to the target speed V1, and the upper limit set faster than the target speed V1.
  • a speed range R1 that is slower than the speed V2 and faster than the lower limit speed V3 that is set slower than the target speed V1 is set.
  • the target speed V1, the speed increase value + va, and the speed decrease value ⁇ vb can be individually set to arbitrary values by the driver. For example, when the target speed V1 is 80 km / h, the speed increase value + va is +10 km / h, and the speed decrease value ⁇ vb is ⁇ 5 km / h, the upper limit speed V2 is 90 km / h, and the lower limit speed V3 Is 75 km / h.
  • the speed increase value + va and the speed decrease value ⁇ vb may be set to zero km / h.
  • automatic driving starts when the driver turns on the automatic driving switch 32, and automatic driving ends when the driver turns it off or operates the accelerator pedal 24 and the brake pedal 25 of the operating device 21.
  • the automatic travel control device 30 burns the fuel and maintains the target speed V1 with the output of the engine 11 to travel, and the clutch 12 is disengaged.
  • inertial traveling is selected in which the transmission 13 is neutral and the vehicle travels while maintaining the speed range R1.
  • Inertia travel is advantageous in improving fuel consumption because it only consumes fuel for engine idling.
  • the fuel consumption deteriorates because the fuel is used excessively at this time when the mode is switched to the target speed maintenance driving. There is a case.
  • the automatic cruise control device 30 of the present invention as the end point speed calculating means, means for calculating the end point velocity v i from the change in the energy E of the vehicle 10 in the short interval l i shown in FIG. 2, or short shown in FIG. 3
  • One of the means for calculating the acceleration a of the vehicle 10 in the section l i and calculating the end point speed v i is provided.
  • the automatic cruise control device 30 as a speed determining means, when the end point velocity v i is provided with a means for judging whether or not fit in the speed range R1, the end point velocity v i is within the speed range R1 is short
  • the section l i is configured to control the vehicle 10 to coast.
  • the automatic travel control device 30 has means for acquiring parameters used by the end point calculation means, acquires the weight M of the vehicle 10 calculated by the control device 20 as weight acquisition means, and serves as start point speed acquisition means.
  • the detection value of the vehicle speed sensor 26 is configured to be acquired.
  • the automatic travel control device 30 includes a navigation system 36 that communicates with a satellite positioning system (GPS) 35 as a gradient acquisition unit, and a drive recorder 37.
  • GPS satellite positioning system
  • the control device 20 calculates the weight M of the vehicle 10 when changing the gear position of the transmission 13.
  • the means for calculating the weight M is not particularly limited.
  • the means for calculating the driving force of the vehicle 10 based on the detection values of the vehicle speed sensor 26 and the acceleration sensor 27 and calculating from the driving force, an air suspension, It is possible to exemplify a means for obtaining the pressure from the pressure.
  • the navigation system 36 is an apparatus that sequentially communicates with the satellite positioning system 35 to obtain the current position of the vehicle 10 and output the road conditions ahead by referring to prestored three-dimensional road data. .
  • the three-dimensional road data is referred to, and the gradient ⁇ of the short section l i in which the horizontal distance ⁇ x from the current position to the end point P i is set in advance with the current position as the start point P i-1. i and the gradient ⁇ i-1 of the previous short section l i-1 with the start point P i-1 as the end point are obtained, and the gradient ⁇ i , the gradient ⁇ i-1 and the horizontal distance ⁇ x are automatically traveled. It is transmitted to the control device 30.
  • a gradient acquisition means it is not limited to this, For example, the means to acquire from the three-dimensional road data memorize
  • the gradient ⁇ i and the gradient ⁇ i ⁇ 1 acquired by the navigation system 36 are usually expressed as a percentage of how many meters they have risen vertically with respect to the horizontal 100 m, for example, 1% when they rise 1 m. . In addition, it is good also as an angle (degree) or an arc degree (rad), without being limited to this.
  • the drive recorder 37 is a device that stores a travel condition including a travel path on which the vehicle 10 travels and a speed at that time.
  • the end point speed v i is based on the change in the energy of the vehicle 10 in the short section l i . That is, the end point velocity v i, based on the law of conservation of energy, starting energy E i-1 of the vehicle 10 at the starting point P i-1, the end point energy E i of the vehicle 10 at the end point P i, and the start point P i- calculated from the energy loss E loss related to loss from 1 to the end point P i.
  • the starting point energy E i-1 is represented by the position energy and the kinetic energy using the weight M, the starting point velocity v i-1 , and the starting point elevation h i-1 at the starting point P i-1 .
  • the starting point elevation h i-1 is expressed by the following mathematical formula (4).
  • the end point energy E i is represented by the potential energy and the kinetic energy using the weight M at the end point P i , the end point velocity v i , and the end point altitude h i .
  • the end point altitude h i is represented by the following equation (5).
  • the kinetic energy is attenuated by air resistance or rolling resistance. That is, the loss energy E loss is equivalent to the work amount of the air resistance Fa and the rolling resistance Fr applied to the vehicle 10, and therefore the travel distance d i in the short section l i between the air resistance Fa and the rolling resistance Fr. It is expressed by multiplying.
  • the air resistance Fa is expressed by the following formula (6), where V is the average speed of the vehicle 10 at that time, ⁇ is the air density, A is the front projection area of the vehicle 10, C d is the air resistance coefficient, and ⁇ is a constant. Is done.
  • the air density ⁇ , the front projected area A of the vehicle 10 and the air resistance coefficient Cd can be set in advance and replaced with a constant ⁇ .
  • the wind speed may be added to the average speed V instead of the square of the average speed V and squared.
  • the rolling resistance force Fr is expressed by the following formula (7), where the rolling resistance coefficient is ⁇ and the gravitational acceleration is g.
  • Travel distance d i of the vehicle 10 in the short interval l i is represented by the following equation (8).
  • the average speed V when the vehicle 10 is coasting in the short section l i is regarded as a constant value, and the average speed V in the equation (6) is set as the start point speed v i ⁇ 1 of the start point P i ⁇ 1. Yes.
  • the speed when the vehicle 10 is coasted may be sequentially stored by the drive recorder 37, and the average value of the stored speeds may be used.
  • the average value of the speed when the vehicle 10 is coasted by experiment or test is used as the average speed V, or in the case of an uphill road, the average value of the starting speed v i-1 and the lower limit speed V3, In the case of a slope, the average value of the starting point speed v i ⁇ 1 and the upper limit speed V2 may be used as the average speed V.
  • the elevation h 0 of the start point P 0 in the first short interval l 1 may be regarded as zero and calculated.
  • the end point speed v i is integrated with the acceleration a of the vehicle 10 in the short section l i with the integration constant as the start point speed v i ⁇ 1.
  • the gradient resistance force Fs is expressed by the following mathematical formula (9).
  • the average speed V when the vehicle 10 is coasted in the short section l i is regarded as a constant value, and the average speed V in the equation (6) is set as the start point speed v i ⁇ 1 of the start point P i ⁇ 1. Yes.
  • step S ⁇ b> 10 the automatic travel control device 30 acquires the weight M of the vehicle 10 from the control device 20.
  • step S ⁇ b> 20 the automatic travel control device 30 acquires a starting point speed v i ⁇ 1 that is a detection value of the vehicle speed sensor 26 via the control device 20.
  • step S30 auto cruise control unit 30, a gradient theta i short interval l i from the navigation system 36, the previous short interval l i-1 gradient theta i-1 short interval l i, and the horizontal Obtain the distance ⁇ x.
  • step S40 the automatic travel control device 30 considers the average speed V when the vehicle 10 coasts in the short section l i as constant, and obtains the start point speed v i ⁇ 1 .
  • step S50 the automatic travel control device 30 uses the weight M, the starting point speed v i ⁇ 1 , the gradient ⁇ i , the gradient ⁇ i ⁇ 1, and the horizontal distance ⁇ x, and the above formula (1) or formula (2 ) to calculate the end point velocity v i from.
  • step S60 the automatic cruise control device 30, whether the end point velocity v i calculated in step S50 is within the speed range R1, i.e., the end point velocity v i is the lower limit speed V3 or more, below the upper limit speed V2 It is determined whether or not.
  • step S70 the automatic travel control device 30 issues a command to the control device 20 to cause the vehicle 10 to travel in the short section l i while traveling at the target speed.
  • step S80 the automatic travel control device 30 issues a command to the control device 20 to cause the vehicle 10 to travel in the short section l i by inertia traveling.
  • step S70 and step S80 are completed, the process returns to the start, and the automatic traveling method starts the next determination.
  • the vehicle 10 is changed from the change in the energy E of the vehicle 10 in the short section l i according to Formula (1) based on the law of energy conservation.
  • the end point speed v i at the end point P i when the short section l i is coasted is calculated with high accuracy.
  • Equation (2) based on the equation of motion, by calculating the acceleration a of the vehicle 10 in the short interval l i, accurately calculate the end point velocity v i when the short interval l i was coasting the vehicle 10 To do.
  • the end point velocity v i calculated by the equation (1) based on the law of conservation of energy is preferable because the end point velocity v i calculated by the equation (2) based on the equation of motion is higher in accuracy.
  • the equation (2) based on the equation of motion considers the speed when the vehicle 10 is coasting as a constant value in addition to the air resistance Fa.
  • the speed when coasting in the short section l i is not necessarily a constant value like the average speed V. Accordingly, the calculation based on the formula (1) based on the law of energy conservation calculates the end point speed v i with higher accuracy, which is advantageous in improving fuel consumption.
  • FIG. 5 shows a long section L having a plurality of continuous short sections l 1 to l n .
  • the variable n is 1-20.
  • the automatic travel control device 30 includes a navigation system 36 in which a long section L having a plurality of continuous short sections l 1 to l n is set as long section setting means, and the automatic travel control apparatus 30 includes: with respect to the long period L, to calculate the end point velocity v 1 ⁇ v n at each short interval l 1 ⁇ l n, determines whether all endpoints velocity v 1 ⁇ v n falls speed range R1 When all the end point speeds v 1 to v n fall within the speed range R1, it is desirable to perform control that causes the vehicle 10 to travel inertially in the long section L.
  • Each of the short section l 1 to the short section l n is a section having a preset horizontal distance ⁇ x.
  • the horizontal distance ⁇ x is preferably set to a distance that the vehicle 10 travels in a unit time of the target speed V1. For example, when the target speed V1 is 90 km / h, it is set to 25 m, which is the distance traveled per unit time. Thus, by calculating the end point speed v i for each distance traveled in the unit time of the target speed V1, it becomes possible to cope with fine changes in the gradient ⁇ i , which is advantageous in improving accuracy.
  • the horizontal distance ⁇ x may be set to a distance traveled by the vehicle 10 in a unit time of the average speed V when the vehicle 10 is coasted.
  • the long section L is a section having a plurality of continuous short sections l 1 to l n and having a preset horizontal distance ⁇ y.
  • the horizontal distance ⁇ y of the long section L is preferably a value in which at least the short sections l 1 to l n are continuous for 20 sections or more. For example, when the horizontal distance ⁇ x of the short section is 25 m, it is set to 500 m or more. However, if the horizontal distance ⁇ y of the long section L is too long, the chance of coasting decreases, so the distance is 2000 m or less.
  • the start point speeds v 1 to v n ⁇ 1 are set as the calculated end point speeds v 1 to v n ⁇ 1 .
  • the elevation of the start point P 0 in the first short section l 1 is preferably zero.
  • FIG. 6 shows a short section l i in which the slope ⁇ i is negative and the air resistance force Fa acting on the vehicle 10, the rolling resistance force Fr, and the gradient resistance force Fs are balanced.
  • the short section l of the descending road having the negative gradient ⁇ i is balanced. This is a case of traveling i . In such a case, the speed of the vehicle 10 does not increase even in the short section l i of the descending road.
  • the balance gradient calculation means the air resistance Fa, the rolling resistance Fr, and the gradient resistance acting on the vehicle 10 when the vehicle 10 is coasted on the short section l i.
  • the absolute value of the negative gradient ⁇ i in the short section l i of the descending road is less than the absolute value of the balance gradient ⁇ neu as a means for calculating the balance gradient ⁇ neu balanced with the force Fs and as a balance determination means
  • the absolute value of the gradient ⁇ i is less than the absolute value of the balance gradient ⁇ neu , it is desirable to perform control to bring the lower limit speed V3 closer to the target speed V1.
  • the balance gradient ⁇ neuut is a gradient in which the air resistance force Fa, the rolling resistance force Fr, and the gradient resistance force Fs acting on the vehicle 10 are balanced. Is expressed by the following formula (10).
  • the balance gradient ⁇ neu calculated in this way, it is determined whether or not the absolute value of the gradient ⁇ i in the short section l i of the downhill road where the gradient ⁇ i is negative is less than the absolute value of the balance gradient ⁇ neu. . Then, in the case of the gradient ⁇ i less than the absolute value of the balance gradient ⁇ neut , the lower limit speed V3 is brought close to the target speed V1, that is, the start of the inertia traveling is restricted, so that the stall at the inertia traveling on the gentle downhill road is restricted. This avoids an increase in fuel consumption when returning to operation delays or running at a target speed.
  • FIG 7 and 8 illustrate the case where the vehicle 10 is automatically driven by the automatic travel control device 30 of the present invention.
  • the alternate long and short dash line indicates the target speed maintaining traveling
  • the solid line indicates the inertia traveling.
  • Figure 7 shows a length section L 1 gradient theta 2 through the top followed by a negative step down path after the gradient theta 1 positive uphill road.
  • the automatic travel control device 30 calculates the end point speed v i in each short section l i of the long section L 1 . Then, the automatic cruise control device 30, all of the end point velocity v i is because it is determined that the fall in speed range R1, and the long interval L 1 is coasting the vehicle 10.
  • the automatic travel control device 30 determines that the absolute value of the gradient ⁇ 2 is equal to or greater than the absolute value of the balance gradient ⁇ neut , the vehicle 10 is coasted on the long section L 1 while the lower limit speed V3 remains unchanged. Yes.
  • the speed of the vehicle 10 will stall until the vicinity of the lower limit speed V3.
  • the speed of the vehicle 10 exceeds the target speed V1 and increases to the upper limit speed V2.
  • the speed of the vehicle 10 exceeds the upper limit speed V2, where the ends of coasting, is target travel speed maintenance on the vehicle 10.
  • the engine 12 is disengaged until the upper limit speed V2 is exceeded, or the engine brake is performed without performing the neutral inertial travel in which the transmission 13 is neutral and the inertial travel is performed. It is also possible to switch to accelerator-off inertia running where the vehicle is applied.
  • the accelerator-off inertia traveling means that a high pressure generated in the compression stroke of the engine 11 is released, so that generation of energy acting in the direction of turning the crankshaft is avoided, and a compression release brake and an exhaust passage are provided to increase braking force.
  • the vehicle 10 is coasted while applying a braking force to the vehicle 10 by combining any one or a combination of an exhaust brake that closes the shutter valve and an engine brake that travels with the fuel injection of the engine 11 stopped when the accelerator is off.
  • the engine braking force Ff is applied to the vehicle 10 in addition to the air resistance force Fa, the rolling resistance force Fr, and the gradient resistance force Fs. Therefore, it is preferable to add the engine braking force Ff to the equations (1) and (2).
  • the gradient theta 3 indicates a long interval L 2 followed by a flat road after the negative step down path.
  • the automatic travel control device 30 calculates the end point speed v i in each short section l i of the long section L 2 , and all the end point speeds v i thereof. There since it is determined that the fall in speed range R1, and the long interval L 2 is coasting the vehicle 10.
  • the automatic travel control device 30 determines that the absolute value of the gradient ⁇ 3 is less than the absolute value of the balance gradient ⁇ neut , the lower limit speed V3 is set to the target speed V1, that is, the speed decrease value ⁇ vb is set to zero, and the long section L1 is caused to coast on the vehicle 10.
  • the speed of the vehicle 10 stalls to the vicinity of the target speed V1.
  • the speed of the vehicle 10 exceeds the target speed V1, so that the coasting is ended and the vehicle 10 is allowed to travel while maintaining the target speed.
  • the automatic traveling control device 30 and the automatic traveling method of the vehicle 10 of the present invention when the vehicle 10 is coasted in the short section l i based on the law of conservation of energy or the equation of motion.
  • the end point speed v i of is accurately calculated.
  • coasting is performed, and when the end point speed v i deviates from the speed range R1, the target speed is maintained and traveling is performed. Even if the vehicle is operated, it is possible to avoid quickly deviating from the set speed range R1, and to increase the travel distance by inertial travel, thereby effectively improving the fuel efficiency.
  • the gradient obtaining means comprises elevation acquisition means for acquiring the end point altitude h i at the end P i the start altitude h i-1 of the starting point P i-1 as a reference
  • the slope ⁇ i may be represented by the relationship between the horizontal distance ⁇ x and the end point elevation h i .
  • the absolute altitude at each point may be stored in the drive recorder 37, and the absolute altitude may be used.

Abstract

短区間（ｌｉ）を車両（１０）に惰性走行をさせた場合の終点（Ｐｉ）における終点速度（ｖｉ）を、重量（Ｍ）、始点速度（ｖｉ－１）、勾配（θｉ）、（θｉ－１）、及び水平距離（Δｘ）を用いて、短区間（ｌｉ）における車両（１０）のエネルギー（Ｅ）の変化又は車両（１０）の加速度（ａ）に基づいて算出し、算出した終点速度（ｖｉ）が速度範囲（Ｒ１）に収まる場合には、短区間（ｌｉ）を車両（１０）に惰性走行をさせる制御を行う構成にしたことで、車両に惰性走行をさせた場合の速度を精度良く算出し、車両に惰性走行をさせても設定した速度範囲を早々に逸脱することを回避して、惰性走行による走行距離を長くして、効果的に燃費を向上する。

Description

車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法
　本発明は、車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法に関し、より詳細には、車両に惰性走行をさせた場合の速度を精度良く算出し、車両に惰性走行をさせても設定した速度範囲を早々に逸脱することを回避して、惰性走行による走行距離を長くすることで、効果的に燃費を向上する車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法に関する。
　車両を自動走行制御（オートクルーズ制御）する際に、惰性走行の頻度を増やせば燃費が向上する。
　そこで、例えば日本出願の特開２０１２－２１９９８６号公報（特許文献１）に記載されているように、車両の速度を予め設定された目標速度に対して遅く設定された下限速度よりも速く、目標速度に対して速く設定された上限速度よりも遅い速度範囲に収めるように、車両の惰性走行を制御する装置が提案されている。
　この装置は勾配が正から負に変化したとき、すなわち降坂路に進入したときに惰性走行を開始している。また、勾配が正、且つ勾配変化率が負になったときに、頂上付近と判定し、勾配や勾配変化率などの走行路の形状と現在の車両の速度と車両の重量との関係が予め設定されたマップを用いて、頂上付近で車両に惰性走行をさせた場合の速度を推定して、その推定した速度が下限速度以上となる場合にも惰性走行を開始している。
　しかし、上記の装置は、車両に掛かる空気抵抗、ころがり抵抗、及び勾配抵抗の影響により、降坂路の勾配によっては、惰性走行させても車両の速度が失速して、早々に設定した下限速度を割る状況が発生する。
　また、上記の装置は、勾配が正、且つ勾配変化率が負になった場合でも、頂上付近ではない場合もあり、そのような場合で惰性走行を開始しても、車両の速度が失速して、早々に設定した下限速度を割る状況が発生する。
　このように走行路の勾配や勾配変化率などの走行路の状況のみで惰性走行の開始を判断すると、上記のような場合には、早々に設定した下限速度を割る状況が発生する。このような状況に陥ると、惰性走行を解除して燃料を消費して目標速度に復帰させるために、より燃費を消費するので、燃費が余計に悪化する。
日本出願の特開２０１２－２１９９８６号公報
　本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、車両に惰性走行をさせた場合の速度を精度良く算出して、車両に惰性走行をさせても設定した速度範囲を早々に逸脱することを回避して、惰性走行による走行距離を長くして効果的に燃費を向上する車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法を提供することである。
　上記の課題を解決するための本発明の車両の自動走行制御装置は、内燃機関を備えた車両に設けられ、予め設定された目標速度に対して遅く設定された下限速度よりも速く、該目標速度に対して速く設定された上限速度よりも遅い速度範囲を有して、前記車両に、前記車両の前方に始点から終点までの水平距離が予め設定された短区間を、速度を前記速度範囲に維持させて自動で走行させる制御を行う車両の自動走行制御装置において、前記短区間を前記車両に惰性走行させたと仮定した場合の前記終点における前記車両の速度である終点速度を、前記短区間における前記車両のエネルギーの変化又は前記車両の加速度に基づいて算出する終点速度算出手段と、算出した前記終点速度が前記速度範囲に収まるか否かを判定する速度判定手段と、を備え、前記終点速度が前記速度範囲に収まる場合には、前記短区間を前記車両に惰性走行をさせる制御を行う構成にしたことを特徴とするものである。
　また、上記の課題を解決するための本発明の車両の自動走行方法は、内燃機関を備えた車両が、前記車両の前方に始点から終点までの水平距離が予め設定された短区間を、速度を予め設定された目標速度に対して遅く設定された下限速度よりも速く、該目標速度に対して速く設定された上限速度よりも遅い速度範囲に維持して自動で走行する車両の自動走行方法において、前記短区間を前記車両に惰性走行させたと仮定した場合の前記終点における終点速度を、前記短区間における前記車両のエネルギーの変化又は前記車両の加速度に基づいて算出し、算出した前記終点速度が前記速度範囲に収まるか否かを判定し、算出した前記終点速度が前記速度範囲に収まる場合には、前記短区間を前記車両が惰性走行することを特徴とする方法である。
　本発明の車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法によれば、エネルギー保存の法則又は運動方程式のどちらかに基づいて、短区間を惰性走行させたと仮定した場合の終点における終点速度を精度良く算出する。これにより、車両に惰性走行をさせても設定した速度範囲を早々に逸脱することを回避して、惰性走行による走行距離を長くして効果的に燃費を向上する。
　また、上記の車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法によれば、長い距離の降板路や登坂路でも、車両の重量、始点における始点速度、その勾配、及びその水平距離を取得すれば、終点における終点速度を精度良く算出する。更に、短区間を複数連続させても、それぞれの短区間の終点速度を精度よく算出する。つまり、従来技術よりも長い距離を惰性走行させると仮定して、判定するので、より燃費の向上に有利となる。
図１は、本発明の車両の自動走行制御装置の実施形態を例示する説明図である。 図２は、図１の自動走行制御装置の終点速度を算出する手段の一例を示した説明図である。 図３は、図１の自動走行制御装置の終点速度を算出する手段の他の例を示した説明図である。 図４は、本発明の車両の自動走行方法の実施形態を例示するフローチャートである。 図５は、図２の短区間が複数連続した長区間を例示する説明図である。 図６は、図１の自動走行制御装置の釣合勾配を算出する手段の一例を示した説明図である。 図７は、図１の車両の自動走行の一例とそのときの速度との関係を示した説明図である。 図８は、図１の車両の自動走行の他の例とそのときの速度との関係を示した説明図である。
　以下、本発明の車両の自動走行制御装置及び車両の自動走行方法について説明する。図１は、本発明の実施形態の自動走行制御装置３０の構成を例示している。この自動走行制御装置３０は、エンジン１１を搭載した車両１０に予め設定される速度範囲Ｒ１に速度を収めながら惰性走行をさせるものである。
　車両１０は、ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１３の出力、クラッチ１２の断接、及び変速機１３の変速を制御する制御装置２０と、自動走行時に制御装置２０に指令を送る自動走行制御装置３０とを備えている。
　この車両１０の通常走行時においては、運転者による操作機器２１のハンドル２２、シフトレバー２３、アクセルペダル２４、及びブレーキペダル２５の操作と、各種センサ２６の車速センサ２６及び加速度センサ２７の検出値とに応じて、制御装置２０が制御を行う。具体的には、制御装置２０が、ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１１の出力、クラッチ１２の断接、及び変速機１３の変速を制御して、エンジン１１から出力された動力を図示しないクランク軸からクラッチ１２を経由して変速機１３に伝達する。更に、変速機１３より推進軸１４を介して差動装置１５に伝達して、差動装置１５より駆動軸１６を介して駆動輪１７に伝達して、走行している。
　また、この車両１０の自動走行（オートクルーズ）時においては、運転者による自動走行設定装置３１の自動走行スイッチ３２、目標車速設定装置３３、及び増減値設定装置３４の操作に応じて、自動走行制御装置３０が制御装置２０に指令を送信し、その指令を受信した制御装置２０が、エンジン１１の出力、クラッチ１２の断接、及び変速機１３の変速を制御して、自動走行している。
　この自動走行の開始時の操作においては、運転者が目標車速設定装置３３を操作して車両１０の自動走行時の目標速度Ｖ１を設定する。また、運転者が増減値設定装置３４を操作して自動走行時の速度増加値＋ｖａと速度減少値－ｖｂとを設定する。この速度増加値＋ｖａと速度減少値－ｖｂとを設定することにより、目標速度Ｖ１に速度増加値＋ｖａと速度減少値－ｖｂのそれぞれを加算して、目標速度Ｖ１に対して速く設定された上限速度Ｖ２よりも遅く、且つ、目標速度Ｖ１に対して遅く設定された下限速度Ｖ３よりも速い速度範囲Ｒ１を設定する。
　なお、目標速度Ｖ１、速度増加値＋ｖａ、及び速度減少値－ｖｂは、運転者が別々に任意の値にそれぞれ設定可能である。例えば、目標速度Ｖ１を８０ｋｍ／ｈとし、速度増加値＋ｖａを＋１０ｋｍ／ｈとし、及び速度減少値－ｖｂを－５ｋｍ／ｈとした場合には、上限速度Ｖ２は９０ｋｍ／ｈとなり、下限速度Ｖ３は７５ｋｍ／ｈとなる。なお、この速度増加値＋ｖａと速度減少値－ｖｂとは、ゼロｋｍ／ｈに設定してもよい。
　そして、運転者が自動走行スイッチ３２をオンにすると自動走行が開始され、オフにする、あるいは運転者が操作機器２１のアクセルペダル２４及びブレーキペダル２５の操作を行うと自動走行が終了する。
　また、自動走行時の制御においては、自動走行制御装置３０が、燃料を燃焼させてエンジン１１の出力で目標速度Ｖ１を維持して走行する目標速度維持走行と、クラッチ１２を断状態にする、あるいは変速機１３をニュートラルにして速度範囲Ｒ１を維持して走行する惰性走行とを選択している。なお、惰性走行時においては、エンジン１１をアイドル状態に維持することが好ましいが、惰性走行時にエンジン１１を停止させることも可能である。
　惰性走行は、エンジンアイドリングのための燃料しか消費しないため燃費の向上に有利となる。一方で、惰性走行が開始された際に、早々に速度が速度範囲Ｒ１に収まらない状況が発生すると目標速度維持走行に切り換えられると、このとき、余計に燃料を使用するため、却って燃費が悪化する場合がある。
　そこで、本発明の自動走行制御装置３０は、終点速度算出手段として、図２に示す短区間ｌｉにおける車両１０のエネルギーＥの変化から終点速度ｖｉを算出する手段、又は図３に示す短区間ｌｉにおける車両１０の加速度ａを算出して、終点速度ｖｉを算出する手段のどちらか一方を備えて構成される。
　そして、自動走行制御装置３０は、速度判定手段として、終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まるか否かを判定する手段を備えて、終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まる場合には、短区間ｌｉを車両１０に惰性走行をさせる制御を行うように構成される。
　また、自動走行制御装置３０は、終点算出手段で用いるパラメータを取得する手段を有しており、重量取得手段として制御装置２０が算出した車両１０の重量Ｍを取得すると共に、始点速度取得手段として車速センサ２６の検出値を取得するように構成される。また、自動走行制御装置３０は、勾配取得手段として衛星測位システム（ＧＰＳ）３５と通信するナビシステム３６と、ドライブレコーダ３７と、を備えて構成される。
　制御装置２０は変速機１３の変速段を変更する際に車両１０の重量Ｍを算出している。この重量Ｍを算出する手段は、特に限定されずに、例えば、車速センサ２６及び加速度センサ２７の検出値に基づいて車両１０の駆動力を算出し、その駆動力から算出する手段や、エアサスペンションの圧力から取得する手段を例示可能である。
　ナビシステム３６は、衛星測位システム３５と逐次通信して、予め記憶された三次元道路データを参照して、車両１０の現在位置を取得したり、前方の道路状況を出力したりする装置である。このナビシステム３６は、勾配取得手段としては、三次元道路データを参照して、現在位置を始点Ｐｉ－１として終点Ｐｉまでの水平距離Δｘが予め設定された短区間ｌｉの勾配θｉと、始点Ｐｉ－１を終点とする一つ前の短区間ｌｉ－１の勾配θｉ－１とを取得し、その勾配θｉ、勾配θｉ－１及び水平距離Δｘを自動走行制御装置３０に送信している。なお、勾配取得手段としてはこれに限定されずに、例えば、ドライブレコーダ３７に記憶された三次元道路データから取得する手段も例示可能である。
　このナビシステム３６で取得される勾配θｉ及び勾配θｉ－１は通常、水平１００ｍに対して垂直に何ｍ上がったかをパーセントで表されており、例えば、１ｍ上がると１％で表される。なお、これに限定されずに、角度（°）又は弧度（ｒａｄ）としてもよい。
　ドライブレコーダ３７は、車両１０の走行した走行路やそのときの速度を含む走行状況を記憶する装置である。
　図２に示すように、車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させると仮定すると、終点速度ｖｉは短区間ｌｉにおける車両１０のエネルギーの変化に基づく。すなわち、終点速度ｖｉは、エネルギー保存の法則に基づいて、始点Ｐｉ－１における車両１０の始点エネルギーＥｉ－１、終点Ｐｉにおける車両１０の終点エネルギーＥｉ、並びに、始点Ｐｉ－１から終点Ｐｉまでに損失する損失エネルギーＥｌｏｓｓの関係から算出する。
　始点エネルギーＥｉ－１は、始点Ｐｉ－１における重量Ｍ、始点速度ｖｉ－１、及び始点標高ｈｉ－１を用いた位置エネルギー及び運動エネルギーで表される。なお、始点標高ｈｉ－１は以下の数式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　終点エネルギーＥｉは、終点Ｐｉにおける重量Ｍ、終点速度ｖｉ、及び終点標高ｈｉを用いた位置エネルギー及び運動エネルギーで表される。なお、終点標高ｈｉは以下の数式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　始点Ｐｉ－１から終点Ｐｉまでの間に、運動エネルギーは空気抵抗やころがり抵抗によって減衰する。つまり、損失エネルギーＥｌｏｓｓは、空気抵抗力Ｆａ及びころがり抵抗力Ｆｒが車両１０にした仕事量と等価であることから、空気抵抗力Ｆａ及びころがり抵抗力Ｆｒに短区間ｌｉにおける走行距離ｄｉを乗算して表される。
　空気抵抗力Ｆａは、そのときの車両１０の平均速度をＶ、空気密度をρ、車両１０の前面投影面積をＡ、空気抵抗係数をＣｄ、定数をλとして以下の数式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　つまり、空気密度ρ、車両１０の前面投影面積Ａ、及び空気抵抗係数Ｃｄを予め設定しておき、定数λに置き換えることができる。なお、向かい風の風速を取得する手段を備えた場合には、平均速度Ｖの二乗に変えて、平均速度Ｖに風速を加算し、それを二乗したものを用いてもよい。
　ころがり抵抗力Ｆｒは、ころがり抵抗係数をμ、重力加速度をｇとして以下の数式（７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　短区間ｌｉにおける車両１０の走行距離ｄｉは以下の数式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　エネルギー保存の法則に基づいた、始点エネルギーＥｉ－１、終点エネルギーＥｉ、及び損失エネルギーＥｌｏｓｓの関係（Ｅｉ－１－Ｅｌｏｓｓ＝Ｅｉ）から終点速度ｖｉは、以下の数式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　なお、ここでは車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させた場合の平均速度Ｖを一定値と見なして、数式（６）における平均速度Ｖを始点Ｐｉ－１の始点速度ｖｉ－１としている。この平均速度Ｖについては、車両１０に惰性走行させた場合の速度をドライブレコーダ３７で逐次記憶し、その記憶した速度の平均値を用いてもよい。また、実験や試験により車両１０に惰性走行をさせた場合の速度の平均値を平均速度Ｖとして利用する、あるいは、登坂路の場合は始点速度ｖｉ－１及び下限速度Ｖ３の平均値、降坂路の場合は始点速度ｖｉ－１及び上限速度Ｖ２の平均値を平均速度Ｖとして利用してもよい。
　また、短区間ｌｉが連続している場合においては、最初の短区間ｌ１における始点Ｐ０の標高ｈ０をゼロとみなして算出してもよい。
　図３に示すように、車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させると仮定すると、終点速度ｖｉは積分定数を始点速度ｖｉ－１として、短区間ｌｉにおける車両１０の加速度ａを積分して算出できる。つまり、車両１０に加えられる空気抵抗力Ｆａ、ころがり抵抗力Ｆｒ、及び勾配抵抗力Ｆｓが車両１０の運動量の変化に等しいことから、運動方程式に基づいて算出する。
　ここで、勾配抵抗力Ｆｓは、以下の数式（９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　従って、始点Ｐｉ－１から終点Ｐｉまでの運動量の変化が、（Ｆａ＋Ｆｒ＋Ｆｓ＝Ｍ・ａ）で表されることから以下の数式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　なお、ここでも車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させた場合の平均速度Ｖを一定値と見なして、数式（６）における平均速度Ｖを始点Ｐｉ－１の始点速度ｖｉ－１としている。
　この自動走行制御装置３０の動作、すなわち車両１０の自動走行方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
　まず、ステップＳ１０では、自動走行制御装置３０が、制御装置２０から車両１０の重量Ｍを取得する。次いで、ステップＳ２０では、自動走行制御装置３０が、制御装置２０を経由して車速センサ２６の検出値である始点速度ｖｉ－１を取得する。次いで、ステップＳ３０では、自動走行制御装置３０が、ナビシステム３６から短区間ｌｉの勾配θｉ、短区間ｌｉの一つ前の短区間ｌｉ－１の勾配θｉ－１、及び水平距離Δｘを取得する。次いで、ステップＳ４０では、自動走行制御装置３０が、短区間ｌｉを車両１０が惰性走行した場合の平均速度Ｖを一定とみなして、始点速度ｖｉ－１を取得する。
　次いで、ステップＳ５０では、自動走行制御装置３０が、重量Ｍ、始点速度ｖｉ－１、勾配θｉ、勾配θｉ－１及び水平距離Δｘを用いて、上記の数式（１）又は数式（２）から終点速度ｖｉを算出する。
　次いで、ステップＳ６０では、自動走行制御装置３０が、ステップＳ５０で算出した終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まるか否か、すなわち、終点速度ｖｉが下限速度Ｖ３以上、上限速度Ｖ２以下になるか否かを判定する。
　ステップＳ６０で終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まらない、つまり不成立（ＮＯ）の場合には、ステップＳ７０へ進む。次いで、ステップＳ７０では、自動走行制御装置３０が制御装置２０に指令を出して車両１０に短区間ｌｉを目標速度維持走行で走行させる。
　ステップＳ６０で終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まる、つまり成立（ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ８０へ進む。次いで、ステップＳ８０では、自動走行制御装置３０が制御装置２０に指令を出して車両１０に短区間ｌｉを惰性走行で走行させる。
　ステップＳ７０及びステップＳ８０が完了するとスタートへ戻り、この自動走行方法は次の判定を開始する。
　上記の車両１０の自動走行制御装置３０及び車両１０の自動走行方法によれば、エネルギー保存の法則に基づいた数式（１）により、短区間ｌｉにおける車両１０のエネルギーＥの変化から車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させた場合の終点Ｐｉにおける終点速度ｖｉを精度良く算出する。また、運動方程式に基づいた数式（２）により、短区間ｌｉにおける車両１０の加速度ａを算出して、車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させた場合の終点速度ｖｉを精度良く算出する。これにより、車両１０に惰性走行をさせても設定した速度範囲Ｒ１を早々に逸脱することを回避して、惰性走行による走行距離を長くして効果的に燃費を向上する。
　なお、エネルギー保存の法則に基づいた数式（１）により算出した終点速度ｖｉの方が、運動方程式に基づいた数式（２）により算出した終点速度ｖｉよりも精度が高くなるため好ましい。これは、運動方程式に基づいた数式（２）は空気抵抗力Ｆａ以外にも、車両１０が惰性走行した場合の速度を一定値と見なしているためである。短区間ｌｉを惰性走行する場合の速度は必ずしも平均速度Ｖのように一定値になるとは限らない。従って、エネルギー保存の法則に基づいた数式（１）により算出した方が、より精度の高い終点速度ｖｉを算出するので、燃費の向上に有利となる。
　図５は連続した複数の短区間ｌ１～短区間ｌｎを有した長区間Ｌを示している。図中では、変数ｎを１～２０とする。
　上記の自動走行制御装置３０においては、長区間設定手段として、連続した複数の短区間ｌ１～ｌｎを有した長区間Ｌが設定されたナビシステム３６を備え、自動走行制御装置３０が、長区間Ｌに対して、短区間ｌ１～ｌｎのそれぞれで終点速度ｖ１～ｖｎを算出し、その全ての終点速度ｖ１～ｖｎが速度範囲Ｒ１に収まるか否かを判定して、その全ての終点速度ｖ１～ｖｎが速度範囲Ｒ１に収まる場合には、長区間Ｌを車両１０に惰性走行をさせる制御を行うように構成することが望ましい。
　短区間ｌ１～短区間ｌｎのそれぞれは、予め設定された水平距離Δｘを有した区間である。この水平距離Δｘは、目標速度Ｖ１の単位時間に車両１０が走行する距離に設定されることが好ましい。例えば、目標速度Ｖ１が９０ｋｍ／ｈの場合には、単位時間に走行する距離である２５ｍに設定される。このように、目標速度Ｖ１の単位時間に走行した距離ごとに終点速度ｖｉを算出することで、細かな勾配θｉの変化にも対応可能になるので、精度の向上に有利となる。なお、水平距離Δｘを、車両１０の惰性走行させた場合の平均速度Ｖの単位時間に車両１０が走行する距離に設定してもよい。
　長区間Ｌは、連続した複数の短区間ｌ１～ｌｎを有し、予め設定された水平距離Δｙを有した区間である。この長区間Ｌの水平距離Δｙは、少なくとも短区間ｌ１～ｌｎが２０区間以上連続する値が好ましい。例えば、短区間の水平距離Δｘが２５ｍの場合には、５００ｍ以上に設定される。但し、長区間Ｌの水平距離Δｙを長くし過ぎると惰性走行の機会が減少するため、２０００ｍ以下とする。
　この長区間Ｌにおける終点速度ｖ１～ｖｎの算出においては、始点速度ｖ１～ｖｎ－１を算出した終点速度ｖ１～ｖｎ－１とする。
　このようにして算出した長区間Ｌの全ての終点速度ｖ１～ｖｎが速度範囲Ｒ１に収まる場合に、車両１０に長区間Ｌを惰性走行させることで、惰性走行で走行する距離が長くなり、燃費の向上に有利となる。
　なお、長区間Ｌにおいて、終点速度ｖ１～ｖｎを算出する場合には、最初の短区間ｌ１における始点Ｐ０の標高はゼロとするとよい。
　図６は、勾配θｉが負の降板路で、且つ車両１０に働く空気抵抗力Ｆａ、ころがり抵抗力Ｆｒ、及び勾配抵抗力Ｆｓが釣り合う短区間ｌｉを示している。
　短区間ｌｉを車両１０に惰性走行させた場合の車両１０に働く空気抵抗力Ｆａ、ころがり抵抗力Ｆｒ、及び勾配抵抗力Ｆｓが釣り合う場合は、勾配θｉが負の降板路の短区間ｌｉを走行する場合である。このような場合には、降板路の短区間ｌｉであっても車両１０の速度は増加することがない。
　そのため、その降板路の短区間ｌｉの次の短区間ｌｉ＋１が登坂路の短区間ｌｉ＋１の場合には、車両１０の速度は下限速度Ｖ３を割り込む可能性が大きい。
　そこで、上記の自動走行制御装置３０においては、釣合勾配算出手段として、短区間ｌｉを車両１０に惰性走行させた場合の車両１０に働く空気抵抗力Ｆａ、ころがり抵抗力Ｆｒ、及び勾配抵抗力Ｆｓが釣り合う釣合勾配θｎｅｕｔを算出する手段と、釣合判定手段として、降板路の短区間ｌｉにおける負の勾配θｉの絶対値が釣合勾配θｎｅｕｔの絶対値未満か否かを判定する手段と、を備えて構成され、勾配θｉの絶対値が釣合勾配θｎｅｕｔの絶対値未満の場合には、下限速度Ｖ３を目標速度Ｖ１に近づける制御を行うことが望ましい。
　釣合勾配θｎｅｕｔは、車両１０に働く空気抵抗力Ｆａ、ころがり抵抗力Ｆｒ、及び勾配抵抗力Ｆｓが釣り合う勾配であり、上記の数式（６）、（７）、（９）をＦａ＋Ｆｒ＋Ｆｓ＝０に代入して、整理した以下の数式（１０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　この数式（１０）を三角関数の合成公式を用いて整理すると、釣合勾配θｎｅｕｔは以
下の数式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　このように算出した釣合勾配θｎｅｕｔを用いて、勾配θｉが負の降板路の短区間ｌｉにおける勾配θｉの絶対値が釣合勾配θｎｅｕｔの絶対値未満か否かを判定する。そして、釣合勾配θｎｅｕｔの絶対値未満の勾配θｉの場合には、下限速度Ｖ３を目標速度Ｖ１に近づける、すなわち惰性走行の開始を制限することで、緩い降板路における惰性走行時の失速による運行遅れや目標速度維持走行に復帰した際の燃料消費の増加を避けられる。
　図７及び図８は、本発明の自動走行制御装置３０により車両１０を自動走行させた場合を例示している。なお、図中で一点鎖線は目標速度維持走行を示し、実線は惰性走行を示している。
　図７は、勾配θ１が正の登坂路の後に頂上を経て勾配θ２が負の降板路が続く長区間Ｌ１を示している。長区間Ｌ１の始点Ｐ０で、すなわち頂上の手前で、自動走行制御装置３０は、長区間Ｌ１の各短区間ｌｉにおける終点速度ｖｉを算出する。そして、自動走行制御装置３０は、その全ての終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まると判定したため、長区間Ｌ１を車両１０に惰性走行させている。また、自動走行制御装置３０は、勾配θ２の絶対値が釣合勾配θｎｅｕｔの絶対値以上と判定したため、下限速度Ｖ３はそのままの状態で、長区間Ｌ１を車両１０に惰性走行させている。
　長区間Ｌ１の頂上までは、車両１０の速度は下限速度Ｖ３の近傍まで失速する。次いで、頂上を過ぎると、車両１０の速度は目標速度Ｖ１を超えて、上限速度Ｖ２まで増速する。次いで、長区間Ｌ１の終点Ｐｎを過ぎたところで、車両１０の速度は上限速度Ｖ２を超えるので、ここで、惰性走行を終了して、車両１０に目標速度維持走行させる。
　このとき、上限速度Ｖ２を超えるような場合には、上限速度Ｖ２を超えるまでクラッチ１２を断状態にするか、もしくは変速機１３をニュートラルにして惰性走行させるニュートラル惰性走行を行わずに、エンジンブレーキの掛かるアクセルオフ惰性走行に切り換えてもよい。なお、アクセルオフ惰性走行とは、エンジン１１の圧縮行程で生じる高い圧力を逃がすことで、クランクシャフトを回す方向へ作用するエネルギーの発生を回避して制動力を高める圧縮開放ブレーキ、排気通路に設けたシャッターバルブを閉じる排気ブレーキ、及びアクセルオフ時にエンジン１１の燃料噴射を停止した状態で走行するエンジンブレーキのいずれか又は組み合わせて車両１０に制動力を付与しながら惰性走行するものである。
　このアクセルオフ惰性走行を用いる場合には、車両１０に空気抵抗力Ｆａ、ころがり抵抗力Ｆｒ、及び勾配抵抗力Ｆｓに加えて、エンジンブレーキ力Ｆｆが掛かることになる。そのため、数式（１）及び数式（２）にはそのエンジンブレーキ力Ｆｆを追加するとよい。
図８は、勾配θ３が負の降板路の後に平坦路が続く長区間Ｌ２を示している。長区間Ｌ２の始点Ｐ０で、すなわち平坦路の手前で、自動走行制御装置３０は、長区間Ｌ２の各短区間ｌｉにおける終点速度ｖｉを算出し、その全ての終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１に収まると判定したため、長区間Ｌ２を車両１０に惰性走行させている。また、自動走行制御装置３０は、勾配θ３の絶対値が釣合勾配θｎｅｕｔの絶対値未満と判定したため、下限速度Ｖ３を目標速度Ｖ１、すなわち速度減少値－ｖｂをゼロにして、長区間Ｌ１を車両１０に惰性走行させている。
　釣合勾配θｎｅｕｔ未満となる勾配θ３のような緩い降板路では、車両１０の速度は目標速度Ｖ１の近傍まで失速する。次いで、降板路から平坦路に進入したときに、車両１０の速度は目標速度Ｖ１を超えるので、ここで、惰性走行を終了して、車両１０に目標速度維持走行させる。
　このように、本発明の車両１０の自動走行制御装置３０及び車両１０の自動走行方法によれば、エネルギー保存の法則又は運動方程式に基づいて、車両１０に短区間ｌｉを惰性走行させた場合の終点速度ｖｉを精度良く算出する。そして、その終点速度ｖｉが予め設定した速度範囲Ｒ１に収まる場合には惰性走行させ、終点速度ｖｉが速度範囲Ｒ１を逸脱する場合には目標速度維持走行させることで、車両１０に惰性走行をさせても設定した速度範囲Ｒ１を早々に逸脱することを回避して、惰性走行による走行距離を長くして効果的に燃費を向上する。
　また、勾配θｉが負となる降板路の場合には、その勾配θｉと釣合勾配θｎｅｕｔとを比較することで、降板路を走行した際に車両１０が加速できるか否かを判定することで、加速が見込まれない場合には、下限速度Ｖ３を目標速度Ｖ１に近づけることで、下限速度Ｖ３近傍まで速度が失速したときの運行遅れや目標速度維持走行に復帰した際の燃料消費の増加を避けられる。
　更に、長区間Ｌに対して、短区間ｌ１～ｌｎのそれぞれで終点速度ｖ１～ｖｎを算出し、その全ての終点速度ｖ１～ｖｎが速度範囲Ｒ１に収まるか否かを判定することで、従来技術よりもより長い距離で車両１０に惰性走行させるので、燃費の向上に有利となる。
　上記の自動走行制御装置３０においては、勾配取得手段の代わりに、始点Ｐｉ－１の始点標高ｈｉ－１を基準として終点Ｐｉにおける終点標高ｈｉを取得する標高取得手段を備え、勾配θｉを水平距離Δｘ及び終点標高ｈｉの関係で表す構成にしてもよい。この場合には、ナビシステム３６のデータに各地点における絶対標高を記憶させておき、その絶対標高を用いるとよい。また、ドライブレコーダ３７に各地点における絶対標高を記憶させておき、その絶対標高を用いてもよい。
１０　車両
１１　エンジン
１２　クラッチ
１３　変速機
２０　制御装置
２６　車速センサ
２７　加速度センサ
３０　自動走行制御装置
３１　自動走行設定装置
３２　自動走行スイッチ
３３　目標車速設定装置
３４　増減値設定装置
３５　衛星測位システム
３６　ナビシステム
３７　ドライブレコーダ
Ｅ　エネルギー
Ｅｉ　終点エネルギー
Ｅｉ－１　始点エネルギー
Ｅｌｏｓｓ　損失エネルギー
Ｆａ　空気抵抗力
Ｆｒ　ころがり抵抗力
Ｆｓ　勾配抵抗力
Ｌ　長区間
Ｐｉ　終点
Ｐｉ－１　始点
Ｒ１　速度範囲
ａ　加速度
ｌｉ短区間
ｖｉ　終点速度
ｖｉ－１　始点速度
Δｘ　水平距離
θｉ　勾配

Claims (12)

  1. 　内燃機関を備えた車両に設けられ、予め設定された目標速度に対して遅く設定された下限速度よりも速く、該目標速度に対して速く設定された上限速度よりも遅い速度範囲を有して、前記車両に、前記車両の前方に始点から終点までの水平距離が予め設定された短区間を、速度を前記速度範囲に維持させて自動で走行させる制御を行う車両の自動走行制御装置において、
    　前記短区間を前記車両に惰性走行させたと仮定した場合の前記終点における前記車両の速度である終点速度を、前記短区間における前記車両のエネルギーの変化又は前記車両の加速度に基づいて算出する終点速度算出手段と、
    　算出した前記終点速度が前記速度範囲に収まるか否かを判定する速度判定手段と、を備え、
    　前記終点速度が前記速度範囲に収まる場合には、前記短区間を前記車両に惰性走行をさせる制御を行う構成にしたことを特徴とする車両の自動走行制御装置。
  2. 　前記終点速度算出手段を、前記車両の前記始点における位置エネルギー及び運動エネルギー、前記終点における位置エネルギー及び運動エネルギー、並びに、前記始点から前記終点までに損失する損失エネルギーの関係から前記終点速度を算出する構成にした請求項１に記載の車両の自動走行制御装置。
  3. 　前記終点速度算出手段を、前記始点から前記終点までに前記車両に掛かる抵抗力に基づいて前記車両の加速度を算出して、その加速度に基づいて前記終点速度を算出する構成にした請求項１に記載の車両の自動走行制御装置。
  4. 　前記車両の重量を取得する重量取得手段と、前記始点における前記車両の速度である始点速度を取得する始点速度取得手段と、前記短区間及び該短区間の一つ前の短区間の勾配を取得する勾配取得手段と、を備え、
    　前記終点速度算出手段を、前記重量、前記始点速度、前記勾配、及び前記水平距離を用いて前記終点速度を算出する構成にした請求項１～３のいずれか１項に記載の車両の自動走行制御装置。
  5. 　前記終点速度算出手段を、前記重量をＭ、前記始点速度をｖｉ－１、前記終点速度をｖｉ、前記短区間の勾配をθｉ、前記短区間の一つ前の短区間の勾配をθｉ－１、前記水平距離をΔｘ、予め定められた空気抵抗係数をλ、及び予め定められたころがり抵抗係数をμとして、前記終点速度を下記の数式（１）により算出する構成にした請求項４に記載の車両の自動走行制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  6. 　前記終点速度算出手段を、前記重量をＭ、前記始点速度をｖｉ－１、前記終点速度をｖｉ、前記勾配をθｉ、前記水平距離をΔｘ、予め定められた空気抵抗係数をλ、及び予め定められたころがり抵抗係数をμとして、前記終点速度を下記の数式（２）により算出する請求項４に記載の車両の自動走行制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  7. 　連続した複数の前記短区間を有した長区間を設定する長区間設定手段を備え、
    　前記終点速度算出手段を、前記長区間に対して、前記短区間ごとに前記終点速度を算出する構成にすると共に、前記速度判定手段を、その全ての終点速度が前記速度範囲に収まるか否かを判定する構成にし、
    　全ての終点速度が前記速度範囲に収まる場合には、前記長区間を前記車両に惰性走行をさせる制御を行う請求項１～６のいずれか１項に記載の車両の自動走行制御装置。
  8. 　前記短区間の前記水平距離を前記目標速度の単位時間に前記車両が走行する距離に設定した請求項１～７のいずれか１項に記載の車両の自動走行制御装置。
  9. 前記短区間を前記車両に惰性走行させたと仮定した場合の前記車両に働く空気抵抗力、ころがり抵抗力、及び勾配抵抗力が釣り合う釣合勾配を算出する釣合勾配算出手段と、
    　降板路の前記短区間における負の勾配の絶対値が前記釣合勾配の絶対値未満か否かを判定する釣合判定手段と、を備え、
    　前記勾配の絶対値が前記釣合勾配の絶対値未満の場合には、前記下限速度を前記目標速度に近づける制御を行う請求項１～８のいずれか１項に記載の車両の自動走行制御装置。
  10. 　前記釣合勾配算出手段を、前記釣合勾配をθｎｅｕｔ、前記車両の重量をＭ、前記始点における始点速度をｖｉ－１、予め定められた空気抵抗係数をλ、及び予め定められたころがり抵抗係数をμとして、前記釣合勾配を下記の数式（３）により算出する構成にした請求項９に記載の車両の自動走行制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  11. 　前記勾配取得手段の代わりに、前記始点の始点標高を基準として前記終点における終点標高を取得する標高取得手段を備え、
    　前記勾配を前記水平距離、前記始点標高、及び前記終点標高の関係で表す構成にした請求項４～６のいずれか１項に記載の車両の自動走行制御装置。
  12. 　内燃機関を備えた車両が、前記車両の前方に始点から終点までの水平距離が予め設定された短区間を、速度を予め設定された目標速度に対して遅く設定された下限速度よりも速く、該目標速度に対して速く設定された上限速度よりも遅い速度範囲に維持して自動で走行する車両の自動走行方法において、
    　前記短区間を前記車両に惰性走行させたと仮定した場合の前記終点における終点速度を、前記短区間における前記車両のエネルギーの変化又は前記車両の加速度に基づいて算出し、
    　算出した前記終点速度が前記速度範囲に収まるか否かを判定し、
    　算出した前記終点速度が前記速度範囲に収まる場合には、前記短区間を前記車両が惰性走行することを特徴とする車両の自動走行方法。
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