(57)【要約】【課題】演算負荷を抑制しつつ、エネルギー効率の高い車両の制御計画を作成することが可能な車両用エネルギーマネジメント装置を提供する。【解決手段】車両用エネルギーマネジメント装置１００は、異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器１２０を有する車両に用いられる。車両用エネルギーマネジメント装置１００は、車両の走行経路を算出する走行経路算出部１０１と、走行経路を複数の区間に分割する走行経路分割部１０２と、区間ごとの車両機器１２０の制御計画を立案する制御計画立案部１０３と、制御計画に従って車両機器１２０を制御する車両機器制御部１０４とを備える。走行経路分割部１０２は、手前側の区間ほど区間の分解能が高くなるように各区間の長さを定めて、走行経路を分割する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、
前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、
前記走行経路を複数の区間に分割する走行経路分割部と、
前記区間ごとの前記車両機器の制御計画を立案する制御計画立案部と、
前記制御計画に従って前記車両機器を制御する車両機器制御部と
を備え、
前記走行経路分割部は、手前側の区間ほど区間の分解能が高くなるように各区間の長さを定める
ことを特徴とする車両用エネルギーマネジメント装置。
【請求項２】
前記走行経路分割部は、前記車両の走行時間が短い区間ほど分解能が高いと判断する
請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
【請求項３】
前記走行経路分割部は、距離が短い区間ほど分解能が高いと判断する
請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
【請求項４】
前記走行経路分割部は、分岐点が少ない区間ほど分解能が高いと判断する
請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
【請求項５】
前記走行経路分割部は、登降坂が少ない区間ほど分解能が高いと判断する
請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
【請求項６】
前記走行経路分割部は、前記車両の加減速が少ない区間ほど分解能が高いと判断する
請求項１記載の車両用エネルギーマネジメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる複数のエネルギー源を持つ車両のエネルギー消費を管理する車両用エネルギーマネジメント装置に関し、特に、エンジンとモーターの制御計画のための経路区分方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料エネルギーや電気エネルギーなど、異なる複数のエネルギー源を動力源とする車両、いわゆるハイブリッド車は、エネルギー消費量を抑えるために様々な動作モードを備えている。ハイブリッド車の動作モードとしては、例えば、エンジンが出力する動力のみを動力源にして走行するモード、モーターが出力する動力のみを動力源にして走行するモード、エンジン出力とモーター出力とを合わせた動力を動力源にして走行するモード、エンジン出力で発電してその電力を蓄電したりモーターの駆動に用いたりするモード、などがある。
【０００３】
例えば下記の特許文献１には、燃料消費量を最小限に抑制しながら、バッテリー残量が目標値となるように、ハイブリッド車のエンジンとモーターを制御する技術が開示されている。この技術では、目的地までの走行経路を複数の区分に分割し、各区間におけるバッテリーの充電状況（ＳＯＣ：State of Charge）を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
目的地までの走行経路を複数の区間に分割し、各区間におけるエネルギー消費量の予測値に基づいてハイブリッド車の制御計画を立てた場合でも、実際の走行状況の変化によりエネルギー消費量の予測値と実測値と間に誤差が生じる。走行中に誤差が積み重なると、当初の制御計画が適切なものでなくなるため、制御計画の立て直し（再計画）が必要となる。しかし、再計画が頻発するとハイブリッド車の制御装置における演算負荷が大きくなる。特に、目的地までの距離や時間が長いときは、区間の数が多くなるので制御計画の作成に必要な計算量が膨大となり、制御計画の作成および再計画に時間を要することになる。
【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、演算負荷を抑制しつつ、エネルギー効率の高い車両の制御計画を作成することが可能な車両用エネルギーマネジメント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、異なるエネルギー源で駆動される複数の車両機器を有する車両に用いられる車両用エネルギーマネジメント装置であって、前記車両の走行経路を算出する走行経路算出部と、前記走行経路を複数の区間に分割する走行経路分割部と、前記区間ごとの前記車両機器の制御計画を立案する制御計画立案部と、前記制御計画に従って前記車両機器を制御する車両機器制御部とを備え、前記走行経路分割部は、手前側の区間ほど区間の分解能が高くなるように各区間の長さを定めて、前記走行経路を分割する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置によれば、走行経路の最初の方ほど詳細に解析して車両機器の制御内容を計画するため、走行経路の最初の方の誤差（初期誤差）が小さくなり、走行経路の後半までの誤差の積み重なりを小さくできる。それにより、再計画の頻度が下がり、演算負荷を下げることが可能になる。また、走行経路の後半では区間が長くなるため、分割区間数の増大が抑えられ、制御計画の作成に必要な計算量を抑制でき、制御計画の作成および再計画に要する時間を短くできる。
【０００９】
一方、再計画時には、再計画地点から詳細な区間で計画を立て直すので、初期の計画よりも高精度に計算することができ、制御の精度が上がって燃費がよくなる。また、計算量や計算に必要なメモリ量が削減できるため、安価なマイコンやメモリで実現でき、制御器のコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。
【図２】走行経路分割部１０２の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】各区間の区間長の計算結果の例を示す図である。
【図５】走行経路分割部による走行経路の分割例を示す図である。
【図６】走行経路分割部による走行経路の分割例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。本発明に係る車両用エネルギーマネジメント装置は、２以上のエネルギー源を持つ車両に広く適用可能であるが、本実施の形態では、燃料エネルギーと電気エネルギーの２つを動力源とする車両に搭載される車両用エネルギーマネジメント装置を示す。
【００１２】
車両用エネルギーマネジメント装置１００は、当該車両用エネルギーマネジメント装置１００を搭載した車両（以下「自車」ともいう）のモーター（電動機）、エンジン、ジェネレータ（発電機）などの車両機器１２０を制御する。なお、モーターは、車両の減速時には、電力を回生する発電機（回生ブレーキ）として機能することができる。また、車両用エネルギーマネジメント装置１００が制御する車両機器１２０には、エアコンなど、車両の動作モードには直接関係しないが、車両のエネルギー消費に影響する機器が含まれていてもよい。
【００１３】
図１に示すように、車両用エネルギーマネジメント装置１００は、走行経路算出部１０１、走行経路分割部１０２、制御計画立案部１０３、車両機器制御部１０４を含む構成となっている。車両用エネルギーマネジメント装置１００はコンピュータを用いて構成されており、上記の各要素はコンピュータがプログラムに従って動作することにより実現される。
【００１４】
走行経路算出部１０１は、地図データを用いて、自車の出発地から目的地（到着地）までの走行経路を算出する。走行経路算出部１０１は、走行経路の他にも、出発地からの出発時刻や、目的地への到着予想時刻も算出することができる。ここで、走行経路算出部１０１が出力する自車の走行経路の情報には、その経路に含まれる各道路の標高情報（すなわち勾配情報）、道路属性（例えば、市街地の道路、山岳路、高速道路などの種別）、道路幅、カーブの曲率、時刻に応じて各道路で予測される車両の流れを示す速度情報（予測速度情報）などの情報が含まれるものとする。なお、走行経路算出部１０１は、自車の走行経路、出発時刻、到着予想時刻などを自ら算出せずに、外部のナビゲーション装置が算出したそれらの情報を取得するものであってもよい。
【００１５】
走行経路分割部１０２は、走行経路算出部１０１が算出した目的地までの走行経路を特定の区間に分割する。
【００１６】
制御計画立案部１０３は、自車の走行前および走行中に、走行経路全体での自車のエネルギー消費量（燃料消費量および電力消費量）が、予め定められた条件（例えば、特定の目標値に最も近づく条件や、燃料消費量が最小になる条件など）を満たすように、モーター、エンジン、ジェネレータ等の車両機器１２０の制御計画を立てる。
【００１７】
車両機器制御部１０４は、制御計画立案部１０３が出力した車両機器１２０の制御計画（各区間の動作モードの割り当て）に従い、車両機器１２０を制御して、動作モードの切り替えを行う。なお、動作モードの切り替えは、通常、自車が新たな区間に入ったときに行われるが、走行の途中で車両機器１２０の制御計画が変更（再計画）される場合や、運転者の操作によって制御計画どおりの動作モードを維持できない場合もあり、そのような場合には区間の途中でも動作モードは切り替えられる。
【００１８】
図２は、車両用エネルギーマネジメント装置１００の走行経路分割部１０２の詳細構成を示すブロック図である。走行経路分割部１０２は、区間分解能設定部２０１および区間分解能割当て部２０２とから構成されている。
【００１９】
区間分解能設定部２０１は、自車の現在位置（自車位置）から目的地までの走行経路を分割して得られる区間の分解能（区間分解能）を表す定義式を設定する。区間分解能割当て部２０２は、区間分解能設定部２０１が設定した区間分解能の定義式に基づいて、自車に近い区間（手前側の区間）ほど区間分解能が高く、自車から遠い区間（目的地に近い区間）ほど区間分解能が低くなるように、走行区間を分割する。
【００２０】
ここで、区間分解能は、道路の特徴やそれに応じた車両の挙動がどの程度詳細に区間の特徴として現れるか表す指標である。例えば、時間が短い区間は、車両の速度変化の特徴を、多くの区間を使って細かくとらえることができるため、分解能が高いといえる。逆に、時間が長い区間は、その区間内で車両の速度変化が多く繰り返されるため、個々の速度変化の特徴が区間の特徴として現れにくくなり、分解能が低い区間となる。
【００２１】
また、例えば、登降坂が少ない区間は、区間あたりに評価する登降坂の数が少なく、その特徴が区間の特徴として現れやすいため、分解能が高い区間である。逆に、登降坂を多数含む区間は、個々の登降坂の特徴が区間の特徴として現れにくいため、分解能が低い区間である。
【００２２】
次に、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作を説明する。図３は、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００２３】
車両（もしくは車載システム）の起動により、車両用エネルギーマネジメント装置１００の動作フローが開始されると、まず、走行経路算出部１０１が、自車位置から設定された目的地までの走行経路を探索する（ステップＳ１０１）。目的地の設定は、車両の利用者がユーザインタフェースを用いて行ってもよいし、走行経路算出部１０１が、過去の走行履歴などから目的地を推定することによって自動的に行われてもよい。
【００２４】
走行経路の探索が終了すると、走行経路分割部１０２が、自車の走行経路を、複数の区間に分割する（ステップＳ１０２）。本発明は、走行経路分割部１０２が走行経路を複数の区間に分割する処理に特徴を有しているが、この分割処理については後述する。
【００２５】
走行経路の分割が完了すると、制御計画立案部１０３が、走行経路全体での自車のエネルギー消費量が予め定められた条件を満たすように、各区分の動作モードの割り当てを行うことによって、車両機器１２０の制御計画を作成する（ステップＳ１０３）。
【００２６】
自車が走行を開始すると、車両機器制御部１０４は、自車の現在位置に基づき、自車が走行経路上のどの区間にいるかを認識し、自車が新たな区間に入ったか（区間の境界を通過したか）否かを判断する（ステップＳ１０４）。自車が新たな区間に入れば（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、車両機器１２０の制御計画に従って、必要に応じて自車の動作モードを切り替える（ステップＳ１０５）。自車が新たな区間に入っていなければ（ステップＳ１０４でＮＯ）、現在の動作モードを維持する。そして、車両機器制御部１０４は、現在の動作モードに従って、車両機器１２０を制御する（ステップＳ１０６）。
【００２７】
ここで、自車の走行中において、例えば、想定外の渋滞により予定通りの速度で走行できない場合や、運転者の操作によって制御計画どおりの動作モードが維持されない場合には、予め立案した車両機器１２０の制御計画で想定したエネルギー消費量（エネルギー消費量の予測値）と、実際のエネルギー消費量（エネルギー消費量の実測値）とにずれが生じる可能性がある。例えば、エンジンおよびモーターの出力が０と仮定される「惰性走行モード」や「回生モード」の区間であっても、運転者が実際の交通状況に応じて自車のアクセルやブレーキの操作を行うことは十分に想定される。また、自車が予定された走行経路から外れた場合にも、その差が生じる。
【００２８】
このようなエネルギー消費計画からのずれを認識するために、車両機器制御部１０４は、エネルギー消費量の予測値と実測値の差を演算する（ステップＳ１０７）。
【００２９】
この差の大きさ又は変化量が予め定められた閾値を超える場合や、自車が走行経路を外れて走行経路に変更が生じた場合、あるいは使用者から制御計画の変更指示があった場合には、車両機器制御部１０４が、車両機器１２０の制御計画を立て直す必要があると判断し（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、制御計画立案部１０３にその立て直しを命じ、ステップＳ１０１に戻る。それ以外の場合には（ステップＳ１０８でＮＯ）、車両機器制御部１０４が、ステップＳ１０３で求めたエネルギー消費量の予測値と実測値の差が小さくなるように、動作モードのパラメータ（エンジンとモーターの出力比率、電力回生の強さなど）を補正して、車両機器１２０のフィードバック制御を行う（ステップＳ１０９）。
【００３０】
その後、車両機器制御部１０４は、自車が走行経路を走破したか否かを確認する（ステップＳ１１０）。自車が走行経路を走破していれば（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、本フローは終了する。走破していなければ（ステップＳ１１０でＮＯ）、ステップＳ１０４に戻る。
【００３１】
ここで、ステップＳ１０２で走行経路分割部１０２が行う走行経路の分割処理について説明する。ステップＳ１０２においては、まず、走行経路分割部１０２の区間分解能設定部２０１が、区間分解能ＲＳの定義式を設定する。
【００３２】
区間分解能ＲＳの基本式は、
ＲＳ＝ＬＳ／Ｌ０      …（１）
として表される。式（１）において、ＬＳは区間の長さ（区間長）であり、Ｌ０は区間長の最小単位（単位区間長）である。区間分解能ＲＳの値が小さいほど、その区間の分解能は高く、区間内の経路（道路）の特徴がより詳細に評価されることを意味する。
【００３３】
区間長Ｌは、区間の物理的な長さ（距離）とは限らず、車両が区間を通過するのに要する時間の予測値（以下、単に「走行時間」という）、区間内に存在する分岐点の個数、区間内に存在する登降坂の個数、区間内における車両の加減速の回数の予測値（以下、単に「加減速の回数」という）、などによっても規定される。
【００３４】
区間分解能設定部２０１は、区間長Ｌの定義がそれぞれ異なる以下の式（１ａ）〜式（１ｅ）のうちから１つを選択し、それを区間分解能ＲＳの定義式として設定する。
【００３５】
区間長ＬＳを、区間の走行時間ＴＳで規定する場合、単位区間長Ｌ０は単位時間Ｔ０となり、区間分解能ＲＳは、
ＲＳ＝ＴＳ／Ｔ０      …（１ａ）
として表される。この場合、車両が短時間で通過する区間ほど、分解能が高いことになる。なお、車両の速度は道路の種類（高速道路、一般道など）や交通状況（渋滞、事故、工事の有無など）により変わるため、車両が短時間で通過する区間ほど距離が短いとは限らない。
【００３６】
区間長ＬＳを、区間の距離ＤＳで規定する場合、単位区間長Ｌ０は単位距離Ｄ０となり、区間分解能ＲＳは、
ＲＳ＝ＤＳ／Ｄ０      …（１ｂ）
として表される。この場合、距離が短い区間ほど、分解能が高いことになる。
【００３７】
区間長ＬＳを、区間内の分岐点の個数ＢＳで規定する場合、単位区間長Ｌ０は分岐点の単位個数Ｂ０となり、区間分解能ＲＳは、
ＲＳ＝ＢＳ／Ｂ０      …（１ｃ）
として表される。この場合、分岐点が少ない区間ほど、分解能が高いことになる。分岐点とは、道路の分岐点すなわち交差点を意味する。車両は、分岐点の付近で信号停止や右左折のために加減速することが多いため、分岐点では車両のエネルギー消費に変化が生じ易い。そのため、分岐点の個数は、車両のエネルギー消費量を評価するための区間の長さを定める基準として有効である。
【００３８】
区間長ＬＳを、区間内の登降坂の個数ＨＳで規定する場合、単位区間長Ｌ０は登降坂の単位個数Ｈ０となり、区間分解能ＲＳは、
ＲＳ＝ＨＳ／Ｈ０      …（１ｄ）
として表される。この場合、登降坂が少ない区間ほど、分解能が高いことになる。登降坂の個数は、標高差が一定値を超える道路を１つの登坂または降坂として数えてもよいし、登りまたは下りの連続距離が一定値を超える道路を１つの登坂または降坂として数えてもよい。車両は、登坂走行時には多くのエネルギーを消費し、降坂走行時には回生によって電気的エネルギーを回収できるため、登降坂では車両のエネルギー消費に変化が生じ易い。そのため、登降坂の個数は、車両のエネルギー消費量を評価するための区間の長さを定める基準として有効である。
【００３９】
区間長ＬＳを、車両の加減速の回数ＡＳで規定する場合、単位区間長Ｌ０は加減速の単位回数Ａ０となり、区間分解能ＲＳは、
ＲＳ＝ＡＳ／Ａ０      …（１ｅ）
として表される。この場合、車両の加減速回数が少ない区間ほど、分解能が高いことになる。加減速の回数は、加速度または減速度が一定値を超えるときを１回の加速または減速として数えるとよい。車両は、加速時には多くのエネルギーを消費し、減速時には回生によって電気的エネルギーを回収できるため、加減速は車両のエネルギー消費に変化を生じさせ易い。そのため、加減速の回数は、車両のエネルギー消費量を評価するための区間の長さを定める基準として有効である。
【００４０】
区間分解能設定部２０１が区間分解能ＲＳの定義式を設定すると、区間分解能割当て部２０２が、それに基づき各区間の分解能を割り当てながら、走行経路を複数の区間に分割する。
【００４１】
区間分解能割当て部２０２は、区間分解能が、自車に近い区間（手前側の区間）ほど高く、自車から遠い区間（目的地に近い区間）ほど低くなるように、走行区間を分割する。
【００４２】
例えば、自車に近い側から順に、区間［０］、区間［１］、区間［２］…とし、区間分解能割当て部２０２が、区間［ｉ］（ｉ＝０，１，２，…）の分解能を、
ＲＳ［ｉ］＝ＬＳ［ｉ］／Ｌ０＝２ｉ＋１      …（２）
として定めた場合を仮定する。この場合、式（１）および式（２）から、区間［ｉ］の区間長ＬＳ［ｉ］は、
ＬＳ［ｉ］＝（２ｉ＋１）・Ｌ０      …（３）
として表される。
【００４３】
例えば、区間分解能ＲＳの定義式が、区間長を車両の走行時間ＴＳで規定した式（１ａ）に設定されていれば、各区間の区間長ＬＳ［ｉ］は、
ＬＳ［ｉ］＝（２ｉ＋１）・Ｔ０      …（３ａ）
と表され、各区間の区間長は、図４に示すような結果となる。
【００４４】
図５は、区間長を車両の走行時間で規定した場合における走行経路の分割例を示す図である。図５には、横軸を時間として、車両の現在位置（出発地）から目的地（到着地）までの走行経路における標高の変化、車速の変化（予測値）および駆動出力の変化（予測値）が示されている。単位時間Ｔ０を１００秒と仮定すると、式（３ａ）から、区間［０］の区間長ＬＳ［０］は１００秒、区間［１］の区間長ＬＳ［１］は３００秒、区間［２］の区間長ＬＳ［２］は５００秒と計算される。図５に示すように、区間分解能割当て部２０２は、その計算結果に従った区分が得られるように走行経路を分割する。
【００４５】
また例えば、区間分解能ＲＳの定義式が、区間長を車両の加減速の回数で規定した式（１ｅ）に設定されていれば、各区間の区間長ＬＳ［ｉ］は、
ＬＳ［ｉ］＝（２ｉ＋１）・Ａ０      …（３ｅ）
と表される。
【００４６】
図６は、区間長を車両の加減速の回数で規定した場合における走行経路の分割例を示す図である。図６には、横軸を距離として、車両の現在位置（出発地）から目的地（到着地）までの走行経路における標高の変化、標高の変化、車速の変化（予測値）および駆動出力の変化（予測値）が示されている。加減速の単位回数Ａ０を１回（ここでは１組の加速と減速で１回と数える）と仮定すると、区間［０］の区間長ＬＳ［０］は加減速１回、区間［１］の区間長ＬＳ［１］は加減速３回、区間［２］の区間長ＬＳ［２］は加減速５回と計算される。図６に示すように、区間分解能割当て部２０２は、その計算結果に従った区分が得られるように走行経路を分割する。
【００４７】
以上のように、本実施の形態に係る車両用エネルギーマネジメント装置１００においては、自車に近い区間（手前側の区間）ほど区間分解能が高く、自車から遠い区間（目的地に近い区間）ほど区間分解能が低くなるように、走行区間が分割される。従って、走行経路の最初の方ほど、車両機器１２０の制御計画に道路の詳細な特徴が反映されることになる。よって、走行経路の最初の方の誤差（初期誤差）が小さくなり、走行経路の後半までの誤差の積み重なりを小さくできる。それにより、車両機器１２０の制御計画の立て直し（再計画）の頻度が下がり、演算負荷を下げることが可能になる。また、走行経路の後半では区間が長くなるため、分割区間数の増大が抑えられ、制御計画の作成に必要な計算量を抑制でき、制御計画の作成および再計画に要する時間を短くできる。
【００４８】
さらに、走行経路の後半（自車から遠い位置）では、走行経路が粗い間隔で分割されるため、目的地までの距離や時間が長い場合でも区間の数が抑えられ、それによっても車両機器１２０の制御計画の作成に必要な計算量および計算時間を小さくできる。また、計算量およびその計算に必要なメモリ量が少なくなると、車両用エネルギーマネジメント装置１００を安価なマイコンやメモリによって実現でき、コストの削減にも寄与できる。
【００４９】
また、図３のフローから分かるように、本実施の形態の車両用エネルギーマネジメント装置１００は、車両機器１２０の制御計画の再計画が必要となった場合（ステップＳ１０９でＹＥＳの場合）、改めて残りの走行経路の分割を行った上で（ステップＳ１０２）、車両機器１２０の制御計画を作成する（ステップＳ１０３）。そのため、再計画の前よりも高精度な制御計画が作成され、車両の燃費向上の効果も期待できる。
【００５０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  車両用エネルギーマネジメント装置、１０１  走行経路算出部、１０２  走行経路分割部、１０３  制御計画立案部、１０４  車両機器制御部、１２０  車両機器、２０１  区間分解能設定部、２０２  区間分解能割当て部。
【図１】
2015168402.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015168402.tif 000007
【図６】
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