(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象車両のエンジンの吸入空気量を検出する手段と、
評価対象車両のエンジンの排気の空燃比を検出する手段と、
前記検出された吸入空気量と空燃比とに基づき前記エンジンが消費した燃料重量を演算する手段と、
演算された消費燃料重量と走行距離とに基づき評価対象車両の燃費を演算する手段と、
前記評価対象車両の駆動力を演算する手段と、
車両総重量、転がり抵抗係数及び車速に基づき走行抵抗を演算する手段と、
前記駆動力から走行抵抗を減じて過剰駆動力を演算する手段と、
前記演算された燃費と前記演算された過剰駆動力とを表示する手段と、
を備えたことを特徴とする車両運転状態評価システム。
【請求項２】
前記吸入空気量を検出する手段は、前記エンジンの吸気マニホールド内の絶対圧力と前記エンジンの排気量とに基づき吸入空気量を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項３】
前記燃費を演算する手段は、演算された消費燃料重量を燃料比重で除して消費燃料流量に変換し、走行距離を前記消費燃料流量で除して燃費を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項４】
車両が停車した場合に前記燃料比重を補正する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項５】
検出された空燃比の真の空燃比に対する遅れ時間を演算する手段をさらに備え、
前記消費された燃料重量を演算する手段は、前記遅れ時間前に検出された吸入空気量を検出された空燃比で除して前記遅れ時間前に前記エンジンが消費した燃料重量を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項６】
前記表示する手段により表示される燃費の単位を変更する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項７】
車両が停車した場合に前記車両総重量を補正する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項８】
アクセルオフかつクラッチが切れているときの車両の減速状態から前記転がり抵抗係数を補正する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項９】
アクセル操作量を最大としたときの駆動力を演算する手段と、
前記アクセル操作量最大時の駆動力から前記駆動力を減じて余裕駆動力を演算する手段と、
をさらに備え、
前記表示する手段は、前記演算された余裕駆動力をさらに表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１０】
前記評価対象車両の駆動力を演算する手段は、アクセル操作量とエンジン回転速度とに基づき所定のマップを参照してエンジンの軸トルクを求め、この軸トルクに基づき駆動力を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１１】
前記評価対象車両の駆動力を演算する手段は、１サイクル当たりの吸入空気量と空燃比に基づき演算される図示平均有効圧からエンジン回転速度に応じた摩擦平均有効圧を除して正味平均有効圧を演算し、この正味平均有効圧とエンジンの排気量に基づき軸トルクを演算し、この軸トルクに基づき駆動力を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１２】
前記アクセル操作量最大時の駆動力を演算する手段は、
アクセル操作量最大時の１サイクル当たりの吸入空気量と空燃比からアクセル操作量最大時の図示平均有効圧を演算し、このアクセル操作量最大時の図示平均有効圧からエンジン回転速度に応じた摩擦平均有効圧を減じてアクセル操作量最大時の正味平均有効圧を演算し、このアクセル操作量最大時の正味平均有効圧とエンジンの排気量に基づきアクセル操作量最大時の軸トルクを演算し、このアクセル操作量最大時の軸トルクに基づき前記アクセル操作量最大時の駆動力を演算することを特徴とする請求項９に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１３】
車両前後加速度に基づき急制動あるいは急加速を判定する手段をさらに備え、
前記表示する手段は、急制動あるいは急加速と判定された場合に運転者に警告を発する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１４】
前記演算された燃費を含む運転状態を記録媒体に記録する手段と、
前記記録媒体に記録された運転状態を運転後に表示する手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１３のいずれかひとつに記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１５】
前記運転状態を記録媒体に記録する手段は、走行中に選択されたギアポジションを記録し、
前記運転状態を運転後に表示する手段は、各ギアポジションの選択された頻度を表示することを特徴とする請求項１４に記載の車両運転状態評価システム。
【請求項１６】
前記運転状態を記録媒体に記録する手段は、走行中に選択されたギアポジションを記録し、
前記運転状態を運転後に表示する手段は、各ギアポジションでの走行距離あるいは各ギアポジションでの走行距離の総走行距離に対する割合を表示することを特徴とする請求項１４に記載の車両運転状態評価システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃費等の車両の運転状態を評価するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費等の車両運転状態を評価するための装置としては、例えば特開2000-205925号に開示された燃費表示装置がある。この装置は、エンジンコントロールユニットから出力される燃料噴射パルス信号に基づき消費された燃料流量を演算し、車速センサから出力される車速パルス信号に基づき走行距離を演算し、演算された走行距離を消費燃料流量で割ることにより燃費を演算し表示するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかし、上記装置は燃費の演算に燃料噴射パルス信号を用いており、電子式燃料噴射装置（ＥＧＩ）を備えた車両を前提としたものであるため、燃料噴射パルス信号のない非ＥＧＩ車やディーゼルエンジン搭載車に適用することができないという問題があった。
【０００４】
非ＥＧＩ車やディーゼルエンジン搭載車に適用する方法として、エンジン全性能マップ（エンジンの運転条件と燃料消費率との関係を規定したマップ）を参照して燃料消費率を求め、これに基づき燃費を演算する方法もあるが、通常、そのようなエンジン全性能マップは存在せず、仮に存在したとしても入手が困難である。
【０００５】
本発明の目的は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、燃費等の車両の運転状態を評価するためのシステムにおいて、燃料の噴射パルス信号を用いなくても正確な燃費が演算できるようにすることである。また、本発明のさらなる目的は、燃費を含む運転状態を運転者や管理者に具体的に示すことで、運転状態の客観的な評価基準を提供することである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、車両運転状態評価システムにおいて、評価対象車両のエンジンの吸入空気量を検出する手段と、評価対象車両のエンジンの排気の空燃比を検出する手段と、前記検出された吸入空気量と空燃比とに基づき前記エンジンが消費した燃料重量を演算する手段と、演算された消費燃料重量と走行距離とに基づき評価対象車両の燃費を演算する手段と、前記評価対象車両の駆動力を演算する手段と、車両総重量、転がり抵抗係数及び車速に基づき走行抵抗を演算する手段と、前記駆動力から走行抵抗を減じて過剰駆動力を演算する手段と、前記演算された燃費と前記演算された過剰駆動力とを表示する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、吸入空気量を検出する手段が、前記エンジンの吸気マニホールド内の絶対圧力と前記エンジンの排気量とに基づき吸入空気量を検出することを特徴とするものである。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、燃費を演算する手段が、演算された消費燃料重量を燃料比重で除して消費燃料流量に変換し、走行距離を前記消費燃料流量で除して燃費を演算することを特徴とするものである。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、車両が停車した場合に前記燃料比重を補正する手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明において、検出された空燃比の真の空燃比に対する遅れ時間を演算する手段をさらに備え、前記消費された燃料重量を演算する手段が、前記遅れ時間前に検出された吸入空気量を検出された空燃比で除して前記遅れ時間前に前記エンジンが消費した燃料重量を演算することを特徴とするものである。
【００１２】
第６の発明は、第１の発明において、燃費を表示する手段により表示される燃費の単位を変更する手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
第７の発明は、第１の発明において、車両が停車した場合に前記車両総重量を補正する手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
第８の発明は、第１の発明において、アクセルオフかつクラッチが切れているときの車両の減速状態から前記転がり抵抗係数を補正する手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
第９の発明は、第１の発明において、アクセル操作量を最大としたときの駆動力を演算する手段と、前記アクセル操作量最大時の駆動力から前記駆動力を減じて余裕駆動力を演算する手段とをさらに備え、前記表示する手段が前記演算された余裕駆動力をさらに表示することを特徴とするものである。
【００１７】
第１０の発明は、第１の発明において、評価対象車両の駆動力を演算する手段が、アクセル操作量とエンジン回転速度とに基づき所定のマップを参照してエンジンの軸トルクを求め、この軸トルクに基づき駆動力を演算することを特徴とするものである。
【００１８】
第１１の発明は、第１の発明において、評価対象車両の駆動力を演算する手段が、１サイクル当たりの吸入空気量と空燃比に基づき演算される図示平均有効圧からエンジン回転速度に応じた摩擦平均有効圧を除して正味平均有効圧を演算し、この正味平均有効圧とエンジンの排気量に基づき軸トルクを演算し、この軸トルクに基づき駆動力を演算することを特徴とするものである。
【００１９】
第１２の発明は、第９の発明において、アクセル操作量最大時の駆動力を演算する手段が、アクセル操作量最大時の１サイクル当たりの吸入空気量と空燃比からアクセル操作量最大時の図示平均有効圧を演算し、このアクセル操作量最大時の図示平均有効圧からエンジン回転速度に応じた摩擦平均有効圧を減じてアクセル操作量最大時の正味平均有効圧を演算し、このアクセル操作量最大時の正味平均有効圧とエンジンの排気量に基づきアクセル操作量最大時の軸トルクを演算し、このアクセル操作量最大時の軸トルクに基づき前記アクセル操作量最大時の駆動力を演算することを特徴とするものである。
【００２０】
第１３の発明は、第１の発明において、車両前後加速度に基づき急制動あるいは急加速を判定する手段をさらに備え、前記表示する手段が急制動あるいは急加速と判定された場合に運転者に警告を発することを特徴とするものである。
【００２１】
第１４の発明は、第１から第１３の発明において、前記演算された燃費を含む運転状態を記録媒体に記録する手段と、前記記録媒体に記録された運転状態を運転後に表示する手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
第１５の発明は、第１４の発明において、運転状態を記録媒体に記録する手段が走行中に選択されたギアポジションを記録し、運転状態を運転後に表示する手段が各ギアポジションの選択された頻度を表示することを特徴とするものである。
【００２３】
第１６の発明は、第１４の発明において、運転状態を記録媒体に記録する手段が走行中に選択されたギアポジションを記録し、運転状態を運転後に表示する手段が各ギアポジションでの走行距離あるいは各ギアポジションでの走行距離の総走行距離に対する割合を表示することを特徴とするものである。
【００２４】
したがって、第１の発明によると、評価対象車両の吸入空気量と空燃比とに基づきエンジンが消費した燃料の重量が求められ、これと走行距離とに基づき燃費が演算される。従来の燃費演算方法は、燃料の噴射パルス信号に基づき燃料の消費流量を求め、これと走行距離とに基づき燃費を演算する方法であったため、燃料噴射パルス信号を持たない車両には適用することができなったが、本発明に係る評価システムは燃費の演算に噴射パルス信号を用いていないので、非ＥＧＩ車やディーゼルエンジン等のように噴射パルス信号を持たない車両でも燃費を正確に演算することができる。
また、演算された燃費が運転者に表示されるので、運転者は運転状態を具体的な数値として把握することができ、自己の運転技術の改善に役立てることができる。例えば、運転者は燃費が悪化する運転方法、逆に燃費が良くなる運転方法を運転を通じて理解することができるので、燃料消費量が少なくなる運転方法を容易に習得することができる。
また、過剰駆動力（＝現在の駆動力−走行抵抗）が運転者に示されるので、運転者は燃費に加え、それらの情報に基づいても燃費を悪化させる運転を認識することができる。
【００２５】
また、演算に必要な吸入空気量を検出するセンサ、空燃比を検出するセンサは一般に車両に既に取り付けられているので、これらを流用して評価システムを構成すれば、評価システムを低コストで構築することができる。吸入空気量は、一般的にはエアフローメータで検出される吸入空気の流速に基づき演算されるが、他の方法として、吸気マニホールド内の絶対圧力とエンジンの排気量とに基づき吸入空気量を検出することもできる（第２の発明）。
【００２６】
燃費は、例えば、消費燃料重量を燃料比重で除して消費燃料流量に変換し、走行距離をこの消費燃料流量で除して演算されるが（第３の発明）、この場合、車両が停車した場合は給油等により燃料比重が変化する可能性があるので、車両停車した場合に燃料比重を補正するようにすればより正確に燃費を演算することができる（第４の発明）。
【００２７】
また、空燃比をエンジンの排気側に設けたセンサによって検出する場合、エンジンで燃焼した燃料がセンサ装着位置に達するまでには時間を要し、また、排気管内でのガスの拡散もあることから、空燃比は真の空燃比に対して遅れを持って検出されることになるが、この遅れを考慮して消費燃料の重量を演算するようにすれば燃費の演算精度をさらに向上させることができる（第５の発明）。
【００２８】
なお、燃費を表示する際の単位は一般的には[km/l]が用いられるが、必要に応じて他の単位（例えば、[kg/l]、[ton・km/l]等）に変更できるようにしてもよい（第６の発明）。これにより、例えば、評価対象車両が運送用トラック等であって適切な燃費評価を行うには積荷の影響（車両総重量）も考慮する必要がある場合には[ton・km/l]を用いたり、国外で使用される場合には当該使用国で一般的な単位、例えば[MPG]を用いたりすることが可能になる。
【００２９】
また、第１３の発明によると燃費への影響が大きい急制動・急加速の際には運転者に警告が発せられるので、運転者は燃費に加え、それらの情報に基づいても燃費を悪化させる運転を認識することができる。また、第９の発明によると余裕駆動力（＝最大駆動力−現在の駆動力）が運転者に示されるので、どの程度の加速能力が残っているのかを知ることができる。
【００３０】
過剰駆動力を正確に演算するには、演算に用いられる車両総重量や転がり抵抗係数等のデータが正確であることが前提条件であるが、第７の発明によれば、積荷の変化等を受けて車両総重量が変化し得ることを考慮して車両停車時に車両総重量が補正され、第８の発明によれば、アクセルオフかつクラッチが切れているタイミングを利用して転がり抵抗係数が補正されるので、過剰駆動力を正確に演算することができる。
【００３１】
また、評価対象車両の駆動力は、アクセル操作量とエンジン回転速度に基づき所定のマップを参照してエンジンの軸トルクを求め、これに基づき演算することができるが（第１０の発明）、そのようなマップがない場合は、１サイクルあたりの吸入空気量と空燃比から求まる図示平均有効圧からエンジン回転速度応じた摩擦平均有効圧を減じて得られる正味平均有効圧に基づきエンジンの軸トルクを求め、これに基づき演算することもできる（第１１の発明）。
【００３２】
また、余裕駆動力を演算する際に用いる最大駆動力はカタログ等から入手可能な軸トルクの最大値から演算することができるが、このような軸トルクの最大値が不明な場合は、演算によって求まるアクセル操作量最大時の図示平均有効圧からエンジン回転速度に応じた摩擦平均有効圧を減じてアクセル操作量最大時の正味平均有効圧を演算し、これとエンジン排気量とに基づきアクセル操作量最大時の軸トルクを演算し、このアクセル操作量最大時の軸トルクに基づき最大駆動力を演算すればよい（第１２の発明）。
【００３３】
また、第１４から第１６の発明によれば、演算された運転状態（燃費、過剰駆動力、余裕駆動力等）や選択されたギアポジションを記録媒体に記録しておき、運転後に記録媒体に記録されているデータを表示（例えば管理者用パソコンのディスプレイ装置に表示）することができるので、管理者等が車両の運転状態を客観的に評価することができ、適切な運行管理の実現と、積荷に見合った適正車両の選択、運転者に対する指導等が可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明に係る車両運転状態評価システムの構成を示したブロック図である。このシステムは、評価対象となる車両に装着される運転状態表示装置１と、その車両を管理する管理者用パソコン２とで構成される。
【００３６】
図中１０は評価対象車両のエンジンであり、エンジン１０は一般的なディーゼルエンジンの例である。エンジン１０はエアクリーナ１１、吸気マニホールド１２を介してシリンダ内に空気を吸入し、排気マニホールド１３を介して排気を排出する。吸気マニホールド１２には吸入空気の流速を検出する熱線式のエアフローメータ１４が設けられており、また、その近傍には吸気温度を検出する吸気温度センサ１５が設けられている。
【００３７】
一方、排気マニホールド１３には排気の空燃比を検出する空燃比センサ１６が設けられており、検出された空燃比はエンジン１０の空燃比フィードバック制御に利用される他、後述するように、エンジン１０の消費燃料重量を演算し、評価対象車両の燃費を演算するのに用いられる。この他、エンジン１０には、その回転速度を検出するためのクランクセンサ１７、冷却水の温度を検出するための冷却水温センサ１８が取り付けられている。
【００３８】
運転状態表示装置１は、運転状態演算部３と、表示部４と、メモリカード読出／書込部５と、内蔵加速度センサ６とから構成され、少なくとも表示装置４が運転者にとって見やすい位置となるように評価対象車両に装着される。
【００３９】
運転状態演算部３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等で構成され、ＲＯＭにはエンジン１０のアクセル操作量及びエンジン回転速度に対するエンジン１０の軸トルクの関係を規定したトルクマップのほか、後述する運転状態を演算するのに必要な各種データが記憶されている。
【００４０】
運転状態演算部３には、上記エンジン１０に取り付けられている各種センサの出力のほか、評価対象車両の車速を変速機出力軸回転速度から検出する車速センサ１９、運転者によるアクセルペダル操作量を検出するアクセル操作量センサ２０、エンジン１０に供給される燃料の温度を検出する燃温センサ２１、現在どのギアポジション（変速段）で走行しているかを検出するギアポジションセンサ２２等の出力が入力され、それら入力に基づき評価対象車両の燃費、過剰駆動力、余裕駆動力等の運転状態を演算する。そして、その演算した運転状態を表示部４に表示するとともに、メモリカード読出／書込部５でメモリカード７に記録する。また、メモリカード７には走行中各ギアポジションが選択されていた時間や各ギアポジションでの走行距離も併せて記録される。
【００４１】
また、管理者用パソコン２には管理用ソフトウェアがインストールされておりえ、読出し／書込み可能な記録媒体であるメモリカード７を介して走行時に記録された運転状態の演算結果を受け取り、メモリカード７に記録されたデータの分析・表示等に用いられる。
【００４２】
以下、本システムの具体的な内容について説明する。
【００４３】
１．センサの初期調整及びエンジントルクマップの補正
本システムにより車両の運転状態の評価を行う場合、まず、アクセル操作量センサ２０と内蔵加速度センサ６の初期調整が行われる。アクセル操作量センサ２０の初期調整は、例えば、アクセルペダルを全閉状態、全開状態としたときのセンサ出力値を検出することによって行われ、また、内蔵加速度センサ６の初期調整は、例えば、装置に取り付けた水準器を用いて行われる。
【００４４】
センサの初期調整が終了すると、続いてエンジン１０のトルクマップの補正が行われる。このような補正を行うのは、経年劣化等によりトルクマップと実際のエンジン性能との間にはずれがあり、正確な運転状態を演算するためにはこのずれを修正する必要があるからである。なお、この補正は最初の走行時に計測されたデータに基づき行われる。
【００４５】
具体的には、第１のトレース条件（アクセル操作量70％以上）で車両を走行させて全開走行時におけるトルクデータを演算し、第２のトレース条件（アクセル操作量30〜70％）で車両を走行させて指定したトルクにおけるアクセル操作量及びエンジン回転速度を計測する。なお、いずれのトレース条件も、路面勾配ゼロ、水温規定値、加速状態、空車状態に設定されるものとし、エンジントルクは次式（１）、
【００４６】
【数１】
0003711329.tif 000002
により演算されるものとする。Rは後述の式（２）から式（７）を用いて演算される走行抵抗[N]、rはタイヤ動荷重半径[m]、itはそのときのギアポジションにおける変速比、ifは終減速比、ηは伝動効率である。
【００４７】
そして、この計測されたデータに基づきトルクマップの補正が行われる。このように全負荷走行時及び部分負荷時の走行データに基づき補正を行うことにより、トルクマップをほぼ正確なものに修正することができる。
２．走行データに基づく運転状態の演算
以上のようにして正確なトルクマップが得られれば、評価に用いる運転状態の演算を開始する。ここでは、車両の運転状態として過剰駆動力、余裕駆動力、燃費（平均燃費、瞬間燃費）を演算すると共に、燃料消費量に与える影響が大きい急制動・急加速の判定も行う。具体的には、まず、基本データの演算が行われ、運転状態の演算はこの基本データの演算結果を利用して行われる。
【００４８】
２．１．基本データの演算
運転状態の演算に用いる基本データとしては、転がり抵抗係数μr、走行抵抗R及び駆動力Fが演算される。
【００４９】
転がり抵抗係数μrは、後述の転がり抵抗Rrを演算する際に用いるデータで、路面状況（乾燥、雨天、結露、積雪等）とタイヤ種類、磨耗度等の状態によって変化する。転がり抵抗係数μrの演算に用いるデータの計測は、アクセル操作量０％で、かつクラッチを切っているという状態で行われるが、例えば、データ計測をシフトチェンジの瞬間（短時間ではあるが上記条件を満たしている）に行うように設定すれば、運転者に対してデータ計測のための特別な運転を要求することなく転がり抵抗係数μrの演算に必要なデータを計測することができる。転がり抵抗係数μrは、具体的には、減速開始時の速度v1[m/s]、所定時間Δt秒後の速度v2[m/s]とに基づき、次式（２）、
【００５０】
【数２】
0003711329.tif 000003
により演算される。なお、式中のgは重力加速度（＝9.8[m/s2]）である（他の式においても同じ）。
【００５１】
次に、走行抵抗R[N]は、勾配抵抗Rs[N]、加速抵抗Ra[N]、空気抵抗Rl[N]、転がり抵抗Rr[N]をそれぞれ求め、次式（３）、
【００５２】
【数３】
0003711329.tif 000004
により演算される。
【００５３】
ここで、勾配抵抗Rsは内蔵加速度センサ６によって検出された垂直方向を含む加速度と、車速信号に基づき演算される車両前後加速度との差分により勾配角度θを求め、次式（４）、
【００５４】
【数４】
0003711329.tif 000005
により演算される。W[kg]は車両総重量である。
【００５５】
また、加速抵抗Raは、車両を加減速させる際に作用する慣性力による抵抗をいい、車速信号に基づき演算される車両前後加速度[m/s2]と、車両総重量W[kg]と、回転部分相当重量Wr[kg]とに基づき、次式（５）、
【００５６】
【数５】
0003711329.tif 000006
により演算される。回転部分相当重量Wrはエンジン、動力伝達系、車輪等の回転部分の相当質量である。
【００５７】
また、空気抵抗Rlとは、走行中に車体と空気との衝撃のため生じる抵抗をいい、空気密度ρ[kg/m3]、空気抵抗係数Cd、前面投影面積A[m2]及び車速V[m/s]に基づき、次式（６）、
【００５８】
【数６】
0003711329.tif 000007
により演算される。
【００５９】
また、転がり抵抗Rrとは、タイヤと路面との間に生じる抵抗をいい、転がり抵抗係数μrと車両総重量W[kg]に基づき、次式（７）、
【００６０】
【数７】
0003711329.tif 000008
により演算される。
【００６１】
また、駆動力F[N]とは、エンジンからの出力によって車両を動かす力をいい、トルクマップを参照することで得られるエンジン１０の軸トルクTe[N・m]、現在選択されているギアポジションの変速比it、終減速比if、伝動効率η、タイヤ動荷重半径r[m]に基づき、次式（８）、
【００６２】
【数８】
0003711329.tif 000009
により演算される。
【００６３】
２．２．運転状態の演算
以上のようにして基本データが演算されたら、次に、運転状態として、過剰駆動力、余裕駆動力及び燃費の演算と、急制動・急加速の判定が行われる。
【００６４】
過剰駆動力とは、エンジン１０より伝達される駆動力Fから、加速抵抗を除いた走行抵抗Rを減じた値をいい、この過剰駆動力の値が負であれば車両は減速状態にあり、正であれば加速状態にある。このような過剰駆動力を演算するのは、過剰駆動力が極端に大きい場合は無駄な駆動力を働かせていると推定でき、速やかなシフトアップまたは適切なアクセル操作量に戻す操作が必要であると判断ができるからである。
【００６５】
なお、ここでは正確な過剰駆動力を演算するために、過剰駆動力補正も併せて行う。具体的には、車両がアクセル操作量一定かつエンジン回転速度一定で走行しているときは過剰駆動力がゼロの状態であるといえるので、このような状態となったときに過剰駆動力がゼロでないときは、過剰駆動力がゼロとなるように、マップ使用時はトルクマップを変更し、マップを使用しない場合は駆動力の演算式（８）を補正する。
【００６６】
また、余裕駆動力とは、エンジン１０をそのときのエンジン回転速度でアクセル操作量最大としたとき（エンジン１０の軸トルク最大時）に伝達される駆動力Fmから現在の駆動力Fを減じた値をいい、その運転状態からあとどの程度駆動力を増大させることができるか、すなわち車両の加速能力がどの程度残っているかを示すものである。Fmはトルクマップを参照してそのときのエンジン回転速度における軸トルクの最大値を求め、これを式（８）に代入することによって演算することができる。
【００６７】
また、燃費を演算するには、エアフローメータ１４で検出された吸入空気の流速v[m/s]にエアフローメータ１４が設けられている部分の空気通路断面積S[m2]を掛けて単位時間当たりに通過する空気の体積流量[m3/s]を演算する。さらに、吸気温度センサ１５で検出された吸気温度をT[℃]とすれば、吸気温度T[℃]における空気密度は標準状態における空気密度ρa0の273/(273+T)倍となっているので、単位時間当たり吸入空気重量Qa[kg/s]は、次式（９）、
【００６８】
【数９】
0003711329.tif 000010
により演算される。
【００６９】
一方、排気マニホールド１３に装着された空燃比センサ１６の出力特性は図２に示すようになっているので、空燃比センサ１６の出力から空燃比A/Fが求められる。空燃比A/Fは吸入空気重量Qaと供給された燃料重量Qfの比であるので、式（９）で求めた吸入空気重量Qa[kg/s]と空燃比A/Fとに基づき、次式（１０）、
【００７０】
【数１０】
0003711329.tif 000011
によりエンジン１０に単位時間当たりに供給された燃料重量Qf[kg/s]を求めることができる。例えば、Qaが0.075[kg/s]で、このときのA/Fが25であれば、単位時間当たりの燃料消費重量Qfは、0.075／25＝3×10-3[kg/s]と演算される。
【００７１】
これを燃料の比重[kg/l]で割れば単位時間当たりに消費される燃料の体積流量[l/s]となるので、さらに走行時間[s]を掛ければ次式（１１）に示すように消費燃料流量[l ]を求めることができる。
【００７２】
【数１１】
0003711329.tif 000012
さらに、車速信号に基づき得られる車速を積分することで得られる走行距離[km]を上記消費燃料流量で割れば、次式（１２）に示すように燃費[km/l]を演算することができる。
【００７３】
【数１２】
0003711329.tif 000013
ここで燃費としては、例えば、現在の瞬間燃費、過去10分間の平均燃費が演算される。そして、過去の燃費データと比較して瞬間燃費が最もよい値をとった場合はその値を最高燃費として記憶する。
【００７４】
なお、ここでは、燃費の単位を燃料1[l]当たりの走行距離[km]を示す[km/l]としたが、燃料1[kg]当たりの走行距離[km]を示す[km/kg]や車両総重量も考慮に入れた単位[ton・km/l]としてもよい。あるいは、所定の走行距離（100km、1mile）当たりの消費燃料流量を示す単位[l/100kg]、[MPG（マイル／ガロン）]としても良く、必要に応じて評価単位をこれらの中から選択できるようにしても良い。
【００７５】
また、空燃比センサ１６の出力は真の空燃比に対して遅れがあるため、この遅れを考慮して燃費を演算するようにしても良い。
【００７６】
図３に示すように、時刻t1でアクセルペダルを踏み込んで時刻t2まで加速した場合、真の空燃比はアクセル操作量の増大とともに濃くなるが、その燃料がシリンダの中で燃料して、排気マニホールドに装着された空燃比センサ１６に到達するまでには時間を要する。また、排気管内でのガスの拡散もあるため、空燃比センサ１６によって検出される空燃比は真の空燃比に対してΔtだけ遅れることになる。この遅れは、エンジン１０の排気バルブから空燃比センサ１６までの管内容積が大きくなるほど大きくなり、また、エンジン１０の回転速度が高くなるほど小さくなる。例えば、エンジン１０の回転速度が2000[rpm]の遅れ時間が60[ms]であったとすると、3000[rpm]になれば40[ms]となる。
【００７７】
この検出遅れを考慮するには、各回転速度における遅れ時間を規定したテーブルを用意し、このテーブルを参照して得られた遅れ時間Δt前の吸入空気量を記憶しておき、それを空燃比センサ１６で検出された空燃比で割るようにすればよい。これによってΔt前の時刻における瞬間的な消費燃料重量をほぼ正確に演算することができる。そして、この瞬間的な消費燃料重量を積分すればその時間内に消費された燃料の重量を求めることができ、さらにこれを燃料比重で割れば消費された燃料の体積を求めることができる。
【００７８】
また、急制動・急加速の判定は、車速センサ１９で検出された車速の変化量に基づき車両前後加速度を求め、例えば車両前後加速度が±0.78[m/s2]を超えた場合に急制動あるいは急加速が行われたと判定する。
【００７９】
２．３．停車時のデータ補正
以上のようにして車両の運転状態が演算されるのであるが、正確な運転状態を演算するためには演算に用いるデータが正確なものであることが前提となる。しかし、車両が停車した場合には、燃料温度の変化や供給される燃料により燃料比重・粘度が変化したり、積荷の変動を受けて車両総重量W、転がり抵抗係数μrが変化したりする可能性がある。そこで、車両が所定時間以上（例えば10分以上）停車した場合には、これらのデータの補正を行う。
【００８０】
具体的には、車両総重量は、停車状態から再び車両が走り始めた後に、アクセル操作量が70％以上、加速状態、勾配ゼロ、水温が規定値という条件を満たしたときに計測された走行データに基づき、次式（１３）、
【００８１】
【数１３】
0003711329.tif 000014
により演算される。v1[m/s]は加速開始時の速度、v2[m/s]は所定時間Δt秒後の速度、F[N]は駆動力、Rl[N]は空気抵抗である。
【００８２】
但し、演算結果が空車時車両総重量よりも小さくなることはあり得ないので、演算された車両総重量Wが空車時の車両総重量よりも小さな値になった場合には車両総重量の補正は行わないようにする。
【００８３】
また、燃料比重・粘度は、燃料温度の影響を受けることから検出された燃料温度に基づき補正され、転がり抵抗係数μrは「３．１．基本データの演算」で説明したように、シフトチェンジ時に計測された走行データに基づき前記式（２）により演算される。
【００８４】
３．運転状態の表示・記録
以上のようにして運転状態が演算されたら、その演算結果は表示部４にリアルタイムで表示される。
【００８５】
図４は、表示部４の具体的な構成を示したものであり、表示部４は、過剰駆動力表示部４１、余裕駆動力表示部４２、平均燃費表示部４３、現在燃費表示部４４、及び急制動、急加速警告灯４５を備える。なお、図中４６は電源ランプである。
【００８６】
ここで過剰駆動力表示部４１は、演算された過剰駆動力をバーグラフ形式で表示するものであり、過剰駆動力が大きくなるにつれて緑、黄、赤の順で表示色が変化し、過剰駆動力が目標とする値よりも小さくなる推奨走行時において緑となるように構成される。余裕駆動力表示部４２も同様に、演算された余裕駆動力をバーグラフ形式で表示するものであり、余裕駆動力が大きくなるほどバーが長くなるように構成される。
【００８７】
また、平均燃費表示部４３は、過去10分間の平均燃費を表示し、現在燃費表示部４４は現在の瞬間燃費を表示する。なお、切換えによって最高燃費を点滅表示させることもでき、演算される燃費の単位に応じて表示単位を変更することもできる。
【００８８】
また、急制動・急加速警告灯４５は、運転状態演算部３において急制動あるいは急加速が行われたと判定された場合（例えば、車両前後加速度が±0.78[m/s2]を超えた場合）に点灯し、運転者に対して警告を行う。なお、急制動・急加速の警告方法は他の方法、例えば警告ブザーを鳴らす、警告メッセージを発する等の方法であってもよい。
【００８９】
このような表示部４を設けて運転状態を表示することにより、運転者は運転状況をリアルタイムで理解することができ、運転者は自己の運転技術の改善等に利用することができる。
【００９０】
４．運転状態の分析
運転終了後、メモリカード７に記録された運転状態に関する各種データは、運転終了後、管理者用パソコン２に読み込まれ、各種分析処理を施した後、管理者用パソコン２のディスプレイ装置に表示される。
【００９１】
このときディスプレイ装置に表示される内容としては、「Ａ．走行データのグラフ表示」、「Ｂ．低燃費運転に関するヒストグラム表示」、「Ｃ．運転特性の三次元グラフ表示」、「Ｄ．燃料消費量管理データの表示」があり、管理者側で表示させる内容を自由に選択することができる。図５はこのときの分析の手順を示したものである。
【００９２】
「Ａ．走行データのグラフ表示」における表示項目としては、「アクセル操作量」、「エンジン回転速度」、「前後加速度」、「ギアポジション」、「路面勾配」等があり、横軸を時間としてこれらのパラメータがどの様に変化したかを表示することができる。
【００９３】
また、「Ｂ．低燃費運転に関するヒストグラム表示」における表示項目としては、「過剰駆動力」、「アイドリングストップ」、「空吹かし」、「惰性による減速」、「急制動・急加速」、「等速走行」、「速度分布」、「波状走行分析」、「ギアポジション」等がある。
【００９４】
表示項目の一つである「過剰駆動力」の項目では、過剰駆動力の大きさを３段階に分け（過剰駆動力表示部４１の表示に対応）、各段階が全走行時間に対してどの程度の時間を占めているのかを表示する。また、「アイドリングストップ」の項目では、例えば、停車時間120秒以上でエンジン回転速度ゼロの状態をアイドリングストップと判断し、停車時のアイドリングストップ時間を表示する。また、そのアイドリングストップよる燃費節約量を併せて表示する。また、「空吹かし」の項目では、例えば、エンジン回転速度1000[rpm]以上で車速ゼロの状態を空吹かしと判断し、運行中の空吹かし回数を表示する。また、それによる燃料使用量も併せて表示する。
【００９５】
また、「惰性による減速」の項目では、車両前後加速度が基準値以内の減速を惰性による減速と判断し、惰性による減速が総減速回数に占める割合を表示する。また、「急制動・急加速」の項目では、車両前後加速度が基準値以上の減速を急制動、基準値以上の加速を急加速として（運転状態演算部３の判断に対応）、制動回数に占める急制動回数の割合、加速回数に占める急加速回数の割合を表示する。また、「等速走行」の項目では、車速一定の状態が10秒以上続く状態を等速走行と判断し、全体の走行時間に占める等速走行での走行時間の割合、全体の走行距離に占める等速走行での走行距離の割合を表示する。また。「速度分布」の項目では、全体の走行時間における速度域別（例えば、20[km/h]毎）の時間の割合を表示する。
【００９６】
また、「波状走行」の項目では、一定車速で走行しているときに、その車速を維持する際にどの程度車速が変化しているのかを、その車速と実車速との差をしきい値と比較することで求め、その割合を表示する。「ギアポジション」の項目では走行中各ギアポジションがどの程度の頻度（走行時間あるいは走行距離でみた頻度）で選択されたかを表示する。また、各ギアポジションでの走行距離や、各ギアポジションでの走行距離の総走行距離に対する割合も表示する。
【００９７】
一方、「Ｃ．運転特性の三次元グラフ表示」では、時間軸をＺ軸にとり、アクセル操作量、エンジン回転速度、車速、ギアポジションのうち２項目をＸ軸、Ｙ軸としたものを表示する。また、「Ｄ．燃料消費量管理データの表示」では、走行距離、燃料消費量、燃費、車両総重量、給油量等が表示される。
【００９８】
このように、管理者用パソコン２のディスプレイ装置には運転状態がそのままの形で、あるいは加工・整理された形で表示されるので、管理者は運転者の運転状態をより具体的に把握することができ、運転状態を評価するにあたっての客観的な判断材料として活用することができる。さらに、運転状態が具体的な数値で示されることから、運転状態改善の目標値や管理基準を具体的に設定することも可能となり、運転者自身が表示された分析結果を見ることにより自己の運転技術の改善に役立てたり、熟練者の運転状態を見ることで熟練者の運転技術を非熟練者の指導に役立てたりすることもできる。
【００９９】
なお、ここで管理者用パソコン２のディスプレイ装置に表示させるとしたデータは表示させるデータの一例を示したものであり、管理者の必要に応じてここで挙げたデータ以外のデータを表示させることも可能である。
【０１００】
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１０１】
この実施形態では、図６に示すように、評価対象車両のエンジンが排気ターボ等の過給機を備えたエンジン３１であり、運転状態演算部３における燃料の消費重量Qfの演算方法が先の実施形態と相違する。なお、先の実施形態と同じ構成には同一の引用番号を付してある（他の実施形態も同様）。
【０１０２】
エンジン３１においては、空気はエアクリーナ１１で濾過されて排気ターボ３２のコンプレッサーで圧縮され、インタークーラー３３で温度を下げられた上で吸気マニホールド１２を経由してエンジン３１に吸入される。吸気マニホールド１２内の空気の絶対圧力P[hPaabs]は絶対圧センサ３４で検出されるようになっている。
【０１０３】
そしてこの実施形態では、吸入空気重量Qaは、クランクセンサ１７で検出されたエンジン回転速度をN[rpm]、エンジン３１の排気量をVh[m3]とすれば、４ストロークエンジンの場合は２回転でVhの容積変化があることから、次式（１４）、
【０１０４】
【数１４】
0003711329.tif 000015
により演算される。ここでは標準状態における大気圧を1013[hPa]としている。そして、このQaを空燃比センサ１６によって検出された空燃比A/Fで割れば単位時間当たりにエンジン３１に供給された燃料の重量Qfを演算することができる。あとの燃費を演算する処理等は先の実施形態と同じである。このような方法によっても燃料の消費重量Qfを演算することができ、この方法はＮＡエンジンにもこのまま適用できるが、排気ターボ等の過給機付きエンジンの場合特に有効である。
【０１０５】
なお、このような排気ターボ等の過給機付きエンジンであっても、図７に示すように、過給機の入り口にエアフローメータ１４を設け、エアフローメータ１４によって検出された吸気流速と、エアフローメータ１４近傍に設けられた吸気温度センサ１５によって検出された吸気温度とに基づき、第１の実施形態と同様の演算により吸入空気重量Qaを求め、これを排気マニホールド１３に設けられている空燃比センサ１６で検出された空燃比で割って消費された燃料の重量Qfを演算することも可能である（第３の実施形態）。
【０１０６】
また、図８に示す第４の実施形態は、評価対象車両がコモンレール式のディーゼルエンジン３５を備えている場合である。このような場合は、吸入空気重量と空燃比とから燃料の消費重量を算出する代わりに、燃料噴射パルス幅から消費燃料の体積を求めることができる。図中３６は燃料分配管、３７は燃料噴射パルス信号取り出し線である。
【０１０７】
即ち、この様なコモンレール式のディーゼルエンジンにおいては、電子制御式ガソリン噴射エンジンの場合と同様に、図９に示すようにパルス幅[ms]と１パルスあたりの噴射量[mm3]との間に一義的な関係があるので、クランクセンサ１７で検出されたエンジン回転速度から求められる噴射回数に基づき消費燃料の体積を演算することができる。
【０１０８】
以上説明した実施形態では、エンジンの軸トルクをトルクマップを参照することで求めているが、このようなトルクマップがない場合は、以下に説明するように吸入空気量と空燃比から図示平均有効圧を求め、これに基づきエンジンの軸トルクを求めるようにすればよい。
【０１０９】
図１０はエンジンの軸トルク、さらには駆動力を求める処理の内容を示したフローチャートである。
【０１１０】
これによると、これまでの処理により１サイクル当たりの吸入空気重量と空燃比が求まるので、まず、図示平均有効圧Pmi[Pa]が所定のテーブルを参照して求められる（Ｓ１）。また、摩擦平均有効圧Pmf[Pa]がクランクセンサ１７で検出したエンジン回転速度に基づき所定のテーブルを参照して求められる（Ｓ２）。摩擦平均有効圧Pmfはエンジン回転速度のほぼ1.5乗に比例する。そして、図示平均有効圧Pmiから摩擦平均有効圧Pmfを除して正味平均有効圧Pme[Pa]が演算される（Ｓ３）。
【０１１１】
ここで、Pmi、Pmf、Pmeはエンジンの排気量とは無関係にエンジンの特性を評価するときに用いる指標（物理量）であるが、これと排気量Vh[m3]とから次式（１５）、
【０１１２】
【数１５】
0003711329.tif 000016
によりエンジンの軸トルクTe[N・m]を求めることができる（Ｓ４）。式（１５）は４ストロークエンジン用の式であるが、２ストロークエンジンの場合はこれに代えて次式（１６）、
【０１１３】
【数１６】
0003711329.tif 000017
を用いればよい。
【０１１４】
また、各ギアポジションにおける変速比it、終減速比if、伝動効率η、タイヤの動荷重半径rは既知であるので、式（８）によりそのアクセル操作量における駆動力を求めることができる（Ｓ５）。そして、カタログ等から入手可能な当該エンジン回転速度に対する軸トルクの最大値に基づき演算される最大駆動力から上記アクセル操作量に対応する駆動力を引けば余裕駆動力を求めることができる（Ｂ６）。
【０１１５】
さらに、エンジン回転速度に対する軸トルクの最大値が既知でないとき、あるいは既知であっても経時劣化等により軸トルクの最大値が変化している場合には、次に示すような演算によってこれを求めるようにしても良い。
【０１１６】
軸トルクの最大値を演算によって求めるには、アクセル操作量を最大としたときの１サイクル当たりの吸入空気量から求めた充填効率（あるいは吸入空気重量）を論文や類似のエンジンから推察し、図１１に示すようなエンジン回転速度と充填効率との関係を規定するテーブルを用意しておく。また、空燃比に対する充填効率が100％のときのPmi(Pmi100とする。）を常識的に知られている値、あるいは論文等で発表されている値に基づき、図１２に示すような空燃比とPmi100との関係を規定したテーブルを用意しておく。
【０１１７】
そして、クランクセンサ１７で検出されたエンジン回転速度に対応する充填効率をηc、空燃比センサ１６で検出された空燃比におけるPmi100を図１１、図１２に示したテーブルを参照して求める。これらの値が求まれば、図示平均有効圧Pmiは空燃比が同じならほぼ充填効率ηcに比例することから、図１３に示すような比例演算によって当該エンジン回転速度におけるPmiを求めることができる。また、図１４に示すようにエンジン回転速度に対する摩擦平均有効圧Pmfをテーブルとして用意しておき、これを参照することによって当該エンジン回転速度におけるPmfを求める。
【０１１８】
このようにしてPmiとPmfを求めれば、これらの差がアクセル操作量を最大にしたときの正味平均有効圧Pmeとなり、Pmeと排気量を式（１４）あるいは式（１５）に代入すれば当該エンジン回転速度においてアクセル操作量を最大とした時のエンジンの軸トルクを求めることができる。
【０１１９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記構成は本発明を適用したシステムの一例を示したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明はここで示した構成以外の構成のシステムに対しても適用することができるものであり、例えば、記録された運転状態の分析・表示を車載装置で行うようにしても良い。また、車載装置と管理者用パソコンのデータのやり取りはメモリカードの受け渡しによる方法以外であってもよく、磁気ディスクによる受け渡し、無線通信による受け渡しも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両運転状態評価システム及び評価対象車両のエンジンの概略構成図である。
【図２】空燃比センサの出力特性を示した図である。
【図３】吸入空気量変化に対して空燃比センサ出力が遅れる様子を示したタイムチャートである。
【図４】運転状態表示装置の表示部の詳細な構成を示した図である。
【図５】運転状態の分析手順を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を説明するための図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
【図９】燃料噴射パルス幅と１パルス当たりの燃料噴射量の関係を規定するテーブルである。
【図１０】エンジンの軸トルク及び駆動力を求める処理の内容を示したフローチャートである。
【図１１】エンジン回転速度と充填効率との関係を規定するテーブルである。
【図１２】空燃比と充填効率100％のときの図示平均有効圧との関係を規定するテーブルである。
【図１３】図示平均有効圧が比例演算により求められる様子を示した図である。
【図１４】エンジン回転速度と摩擦平均有効圧との関係を規定するテーブルである。
【符号の説明】
１  運転状態表示装置
２  管理者用パソコン
３  運転状態演算部
４  表示部
５  メモリカード読出／書込部
６  加速度センサ
７  メモリカード
１０  エンジン
１４  エアフローメータ
１５  吸気温度センサ
１６  空燃比センサ
１７  クランクセンサ
１８  水温センサ
１９  車速センサ
２０  アクセル操作量センサ
２１  燃温センサ
２２  ギアポジションセンサ
３４  絶対圧センサ
３６  燃料分配管
４１  過剰駆動力表示部
４２  余裕駆動力表示部
４３  平均燃費表示部
４４  現在燃費表示部
４５  急制動・急加速警告灯
【図１】
0003711329.tif 000018
【図２】
0003711329.tif 000019
【図３】
0003711329.tif 000020
【図４】
0003711329.tif 000021
【図５】
0003711329.tif 000022
【図６】
0003711329.tif 000023
【図７】
0003711329.tif 000024
【図８】
0003711329.tif 000025
【図９】
0003711329.tif 000026
【図１０】
0003711329.tif 000027
【図１１】
0003711329.tif 000028
【図１２】
0003711329.tif 000029
【図１３】
0003711329.tif 000030
【図１４】
0003711329.tif 000031