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JP2005035349A - 移動体エネルギー管理装置および移動体エネルギー管理方法 - Google Patents

移動体エネルギー管理装置および移動体エネルギー管理方法 Download PDF

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JP2005035349A JP2003198684A JP2003198684A JP2005035349A JP 2005035349 A JP2005035349 A JP 2005035349A JP 2003198684 A JP2003198684 A JP 2003198684A JP 2003198684 A JP2003198684 A JP 2003198684A JP 2005035349 A JP2005035349 A JP 2005035349A
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moving body
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宏 磯野
Keisuke Seto
圭介 瀬戸
Takahiro Furuhira
貴大 古平
Yoshi Takakuwa
佳 高桑
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体においてエネルギーを移動体の制御に対する要求と消費エネルギーに対する要求との双方を満たすように管理する。
【解決手段】バッテリ12および発電装置14を含む供給部と消費部とを有する移動体であって、その消費部が、当該移動体を移動させるという第1目的を達成するためにエネルギーを消費するモータ20と、当該移動体に関連する第2目的であって当該移動体の移動を除く目的を達成するためにエネルギーを消費するアクチュエータ44等とを含む移動体に、(a)その移動体が置かれる環境に関する環境情報を取得する取得部30,32,34と、(b)その取得された環境情報に基づき、かつ、前記第1目的と第2目的との双方が達成されるように前記消費部と供給部との少なくとも一方を制御する制御部10とを設ける。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体においてエネルギーを管理する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体においてエネルギーを管理する技術が既に知られている(例えば、特許文献1参照。)。供給部の一例は、電気エネルギー蓄積部としてのバッテリであり、別の例は、電気エネルギー生成部としての発電機である。また、消費部の一例は、移動体に推進力を付与するために電気的に駆動されるモータである。
【0003】
【特許文献1】
特表平8−507671号公報
この特許文献1に記載の技術によれば、有限のエネルギーを蓄積する車両が移動体として扱われるとともに、その車両に関するナビゲーション情報に基づいてその車両の運行ルートが選択される。さらに、その車両に関し、エネルギー消費の制御と充電の制御とが行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の移動体は一般に、それの消費部が、その移動体を移動させるという第1目的を達成するためにエネルギーを消費する第1部分と、その移動体に関連する第2目的であってその移動体の移動を除く目的を達成するためにエネルギーを消費する第2部分とを含むように構成される。
【0005】
例えば、その移動体が電気自動車(ハイブリッド電気自動車を含む)である場合には、その電気自動車を駆動するモータが上記第1部分の一例であり、その電気自動車を制動するブレーキのためのアクチュエータ(モータ、電磁バルブ等)や、その電気自動車を操舵するステアリング装置のためのアクチュエータ(モータ、電磁バルブ等)、その電気自動車の客室内の温度、湿度または換気を調節するエアコンシステムのためのアクチュエータ(モータ、電磁バルブ等)が上記第2部分の一例である。
【0006】
ただし、この例においては、ブレーキのためのアクチュエータおよび/またはステアリング装置のためのアクチュエータは、上記第2部分の一例ではなく上記第1部分の一例を構成すると考えることが妥当である場合もある。
【0007】
いずれにしても、この種の移動体においては、移動体に対する制御要求(例えば、移動体の使用者からの運転要求、安全性要求、快適性要求等)を十分に満足させつつ、同じ移動体による消費エネルギーを節減することが要望される。すなわち、移動体の制御に対する要求と消費エネルギーに対する要求とを同時に満足させることが要望されるのである。
【0008】
この際、制御要求は、一つであるとは限らず、複数である場合があり、この場合には、それら複数の制御要求が同時に満足されるように移動体を制御すること、すなわち、移動体を総合的に制御することが必要である。
【0009】
さらに、移動体による消費エネルギーを考慮する際にも、そのエネルギー消費の原因が移動体による複数の制御にある場合には、それら複数の制御全体を考慮して移動体による全消費エネルギーを検討することが必要である。
【0010】
以上要するに、移動体については、その移動体の全体的な制御要求を満足させつつ、その移動体による全消費エネルギーを節減することが望ましいのである。
【0011】
そして、この要望を満たすためには、移動体を移動させるという第1目的と、その移動体に関連する第2目的であってその移動体の移動を除く目的との双方が達成されるように、その移動体における消費部と供給部とのうちの少なくとも一方を制御することが望ましい。
【0012】
このような知見に基づき、本発明は、エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体においてエネルギーを移動体の制御に対する要求と消費エネルギーに対する要求との双方を満たすように管理する技術を提供することを課題としてなされたものである。
【0013】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴のいくつかおよびそれらの組合せのいくつかの理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。
(1) エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体であって、その消費部が、当該移動体を移動させるという第1目的を達成するためにエネルギーを消費する第1部分と、当該移動体に関連する第2目的であって当該移動体の移動を除く目的を達成するためにエネルギーを消費する第2部分とを含むものに設けられる移動体エネルギー管理装置であって、
前記移動体が置かれる環境に関する環境情報を取得する取得部と、
その取得された環境情報に基づき、かつ、前記第1目的と第2目的との双方が達成されるように前記消費部と供給部との少なくとも一方を制御する制御部と
を含む移動体エネルギー管理装置。
【0014】
この装置によれば、移動体を移動させるという第1目的と、その移動体に関連する第2目的であってその移動体の移動を除く目的との双方が達成されるように消費部と供給部との少なくとも一方が制御される。
【0015】
したがって、この装置によれば、それら目的のいずれかのみ達成されるように消費部と供給部との少なくとも一方が制御される場合に比較し、移動体をより総合的に、かつ、制御要求の実現という観点と消費エネルギーの節減という観点との双方から制御することが可能となる。
【0016】
よって、この装置によれば、移動体の制御に対する要求と、その移動体による消費エネルギーに対する要求との同時的満足を、その移動体をより全体的にすなわち総合的に考慮して制御することによって実現することが可能となる。
【0017】
さらに、この装置によれば、消費部と供給部との少なくとも一方の制御が、移動体が置かれる環境を考慮して行われるため、その環境を考慮しないで行われる場合に比較し、移動体の制御に対する要求と、その移動体による消費エネルギーに対する要求との同時的満足をより確実に実現することが可能となる。
【0018】
本項および下記の各項における「供給部」は、エネルギーを蓄積する蓄積部と、エネルギーを生成する生成部との少なくとも一方を含むように構成される。蓄積部の一例は、バッテリであり、生成部の一例は、発電機である。
【0019】
本項および下記の各項における「第1部分」の一例は、移動体に推進力を付与するためのモータ(電動機)であり、「第2部分」の一例は、移動体の各構成要素を駆動するアクチュエータであって移動体の推進力には寄与しないものである。
【0020】
本項および下記の各項における「移動体」としては、例えば、自動車、2輪自動車、鉄道車両、船舶、飛行機、ロケット等がある。
【0021】
本項および下記の各項における「第2目的」としては、例えば、移動体の乗員の安全性を確保する目的、移動体の乗員の快適性を確保する目的等がある。
(2) 前記移動体が、
その移動体の走行状態量とその移動体が置かれている環境との少なくとも一方を検出するセンサと、
前記移動体の現在位置を検出するためのナビゲーションシステムと、
前記移動体の外部において情報を発信する情報発信装置との通信を行うための通信装置と
を備えており、
前記取得部が、それらセンサとナビゲーションシステムと通信装置との少なくとも一つを用いて前記環境情報を取得する手段を含む(1)項に記載の移動体エネルギー管理装置。
【0022】
この装置によれば、移動体が置かれる環境を、その移動体の側から監視したり、その移動体の外部から監視した結果に基づき、消費部と供給部との少なくとも一方が制御される。
【0023】
本項における「情報発信装置」としては、例えば、管制センタ等、情報配信局や、道路、それのガイドレール等に設置された情報発信装置や、他の移動体等がある。
(3) 前記制御部が、前記取得された環境情報に基づき、前記移動体の将来における位置を含む移動体状態を予測し、その予測された移動体状態に基づき、前記少なくとも一方の消費部および供給部を制御する予測型制御手段を含む(1)または(2)項に記載の移動体エネルギー管理装置。
【0024】
移動体においてエネルギーを精度よく管理するためには、エネルギーの消費予測をできる限り長い時間的スパンで行うことが重要である。一方、移動体にあっては、それの環境を考慮すれば、それによるエネルギー消費特性を予測することが可能である。
【0025】
この知見に基づき、本項に係る装置によれば、移動体が置かれる環境に基づき、その移動体の将来における位置を含む移動体状態が予測され、その予測された移動体状態に基づき、消費部と供給部との少なくとも一方が制御される。
(4) 前記制御部が、
前記移動体が制御されるべき目標を設定する目標設定手段と、
その設定された目標と、前記取得された環境情報とに基づき、前記消費部のうちの前記第1部分による消費エネルギーが可及的に少なくなるように前記移動体の運行ルートおよび運転モードを決定する運行ルート・運転モード決定手段と、
前記取得された環境情報に基づき、前記供給部の目標残存エネルギーを決定する目標残存エネルギー決定手段と、
前記設定された目標に基づき、前記消費部のうちの前記第2部分による消費エネルギーが、前記決定された目標残存エネルギーを下回らないように、前記第2部分の作動モードを決定する作動モード決定手段と、
前記決定された運行ルートに沿った運転モードでの前記移動体の移動と、前記決定された作動モードでの前記第2部分の作動とを実現する実現手段と
を含む(1)ないし(3)項のいずれかに記載の移動体エネルギー管理装置。
【0026】
本項および下記の各項における「残存エネルギー」は、前記供給部がバッテリを含むように構成される場合には、例えば、バッテリの充電状態量SOCを意味する用語として使用される。
(5) 前記制御部が、前記取得された環境情報に基づき、前記移動体の将来における位置を含む移動体状態を予測し、その予測された移動体状態に基づき、前記供給部を、前記移動体の外部に配置された外部エネルギー関連装置との間におけるエネルギー授受に関して制御する供給部制御手段を含む(1)ないし(4)項のいずれかに記載の移動体エネルギー管理装置。
【0027】
移動体における供給部は、それが例えばエネルギーの蓄積部(例えば、バッテリ)として構成される場合には、供給可能なエネルギーが有限である。また、供給部がエネルギーの生成部(例えば、発電装置)として構成される場合には、その生成部によるエネルギー消費が存在する限り、エネルギーを無限には生成し得ないため、この場合にも、供給可能なエネルギーが有限である。
【0028】
したがって、いずれにしても、供給部が供給可能なエネルギーが不足してしまう可能性があり、この場合には、その不足分を移動体の外部から補給することが必要となる。
【0029】
一方、供給部がエネルギーの生成部として構成される場合には、その生成部が必要以上にエネルギーを生成してしまう可能性があり、この場合には、その過剰分を移動体の外部に放出すれば、社会系全体としてエネルギーの有効利用が図られる。
【0030】
さらに、前述のように、移動体においてエネルギーを精度よく管理するためには、エネルギーの消費予測をできる限り長い時間的スパンで行うことが重要である。一方、移動体にあっては、それの環境を考慮すれば、それによるエネルギー消費特性を予測することが可能である。
【0031】
以上説明した知見に基づき、本項に係る装置によれば、移動体が置かれる環境に基づき、その移動体の将来における位置を含む移動体状態が予測され、その予測された移動体状態に基づき、供給部が、その移動体の外部に配置された外部エネルギー関連装置との間におけるエネルギー授受に関して制御される。
【0032】
本項における「外部エネルギー関連装置」としては、例えば、移動体の供給部が蓄積部として構成される場合には、その蓄積部にエネルギーを補給する補給システムとされる。
【0033】
また、その蓄積部が、移動体から取り外し可能なカートリッジ式として構成される場合には、「外部エネルギー関連装置」は、充電された交換用のエネルギー蓄積カートリッジを準備するための装置とされる。
(6) 前記供給部制御手段が、前記供給部が前記外部エネルギー関連装置にアクセス可能な時期にその供給部に残存するエネルギーが、その後に前記消費部によって消費されるエネルギーに対して不足する場合には、その不足分のエネルギーが前記外部エネルギー関連装置から前記供給部に補給されるようにその供給部を制御する補給制御手段を含む(5)項に記載の移動体エネルギー管理装置。
(7) 前記供給部制御手段が、前記供給部が前記外部エネルギー関連装置にアクセス可能な時期にその供給部に残存するエネルギーが、その後に前記消費部によって消費されるエネルギーに対して過剰である場合には、その過剰分のエネルギーが前記供給部から前記外部エネルギー関連装置に放出されるようにその供給部を制御する放出制御手段を含む(5)または(6)項に記載の移動体エネルギー管理装置。
(8) 前記制御部が、
前記移動体が制御されるべき目標を設定する目標設定手段と、
その設定された目標と、前記取得された環境情報とに基づき、前記消費部のうちの前記第1部分による消費エネルギーが可及的に少なくなるように前記移動体の運行ルートおよび運転モードを決定する運行ルート・運転モード決定手段と、
前記決定された運行ルートの途中でエネルギーを前記供給部に補給する補給場所および補給モードを決定する補給場所・補給モード決定手段と、
前記取得された環境情報と、前記決定された補給場所と前記移動体との相対位置とのうちの少なくとも相対位置に基づき、前記供給部の目標残存エネルギーを決定する目標残存エネルギー決定手段と、
前記設定された目標に基づき、前記消費部のうちの前記第2部分による消費エネルギーが、前記決定された目標残存エネルギーを下回らないように、前記第2部分の作動モードを決定する作動モード決定手段と、
前記決定された運行ルートに沿った運転モードでの前記移動体の移動と、前記決定された作動モードでの前記第2部分の作動とを実現する実現手段と
を含む(1)ないし(3)および(5)ないし(7)項のいずれかに記載の移動体エネルギー管理装置。
(9) エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体であって、その消費部が、当該移動体を移動させるという第1目的を達成するためにエネルギーを消費する第1部分と、当該移動体に関連する第2目的であって当該移動体の移動を除く目的を達成するためにエネルギーを消費する第2部分とを含むものに対して実施される移動体エネルギー管理方法であって、
前記移動体が置かれる環境に関する環境情報を取得する取得工程と、
その取得された環境情報に基づき、かつ、前記第1目的と第2目的との双方が達成されるように前記消費部と供給部との少なくとも一方を制御する制御工程と
を含む移動体エネルギー管理方法。
【0034】
この方法によれば、前記(1)に係る装置と基本的に同じ原理に従い、基本的に同じ作用効果を実現することが可能である。
【0035】
本項に係る方法は、前記(2)ないし(8)項のいずれかに記載の各構成要素が奏すべき作用を内容とする工程と共に実施することが可能である。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明する。
【0037】
図1には、本発明の一側面の一実施形態に従う移動体エネルギー管理装置を含む運転支援装置10が、それが搭載されている自車両と共に、概念的にブロック図で表されている。この運転支援装置10は、本発明の別の側面の一実施形態に従う移動体エネルギー管理方法を実施する。本実施形態においては、自動車が前記(1)項における「移動体」の一例を構成している。
【0038】
自車両は、種々の駆動方式を採用し得るが、本実施形態においては、シリーズ・ハイブリッド式が採用されている。具体的には、蓄電装置としてバッテリ12を有し、発電装置14としてエンジン16(内燃機関)およびそのエンジン16によって運転させられる発電機18を有し、駆動装置としてモータ20を有している。
【0039】
モータ20は、バッテリ12から供給される電力によって駆動され、それにより、自車両を駆動する。このモータ20は、自車両の制動時に第2の発電機として機能することが可能である。すなわち、バッテリ12は、発電装置14による充電と、モータ20の回生制動による充電とが可能となっているのであり、モータ20はエネルギー回生装置を構成しているのである。
【0040】
図1に示すように、自車両は、それのユーザの指令を運転支援装置10に入力するために操作される入力装置24を備えている。さらに、自車両は、必要な情報を可視化するための表示装置26を備えている。
【0041】
自車両は、それが現在置かれているかまたは将来置かれる可能性がある環境(自車両自体の状態量を含む)に関する環境情報を取得するための情報取得機器をいくつか備えている。
【0042】
そのような情報取得機器としては、自車両の走行状態量(車体速度、車体加減速度、車輪速度、車輪加速度、タイヤ前後力、タイヤ切れ角、タイヤ空気圧、車体傾斜角、積載荷重等)、路面状態量(路面μ等)、室内温度等、自車両自体の状態量を検出する各種センサ30がある。
【0043】
さらに、そのような情報取得機器としては、外部との通信を行うための通信装置32(自車両内で使用される移動電話機、自動車電話機等を含む)と、自車両の位置および運行ルートに関する情報を作成するナビゲーションシステム34とがある。そのナビゲーションシステム34は、表示装置26の画面上に必要な情報を表示する機能を有する。このナビゲーションシステム34は、GPS機能により、自車両の現在位置を道路地図上で特定する機能を有する。さらに、上記の情報取得機器として、自車両の前方、後方または側方の画像を撮影するカメラを自車両に設けることが可能である。
【0044】
図1に示すように、自車両は、さらに、車両運動を制御するために、前記モータ20(車両駆動装置)と、ブレーキ(車両制動装置)40およびステアリング装置42とを備えている。それらのうちブレーキ40およびステアリング装置42は、アクチュエータ44(モータ、電磁バルブ等)によって作動させられ、そのアクチュエータ44は、バッテリ12からの電力によって駆動される。
【0045】
自車両は、さらに、室内温度の調節機能と、後述の換気機能、熱交換機能および水冷機能とを有するエアコンシステム46を備えている。このエアコンシステム46は、バッテリ12からの電力によって駆動される。自車両は、さらに、外側を照らす照明装置48を備えている。この照明装置48も、バッテリ12からの電力によって作動させられる。
【0046】
図2には、この運転支援装置10の用途が概略的に表されている。この運転支援装置10は、必要に応じて外部(他車両(鉄道車両を含む)B、歩行者C、管制センタ50、GPSのための人工衛星52等)と通信を行うことにより、自車両Aによる消費エネルギーの最小化を目的として、出発地から目的地までの運行ルート、運転モードおよび運行速度を最適化するために使用される。
【0047】
図2には、自車両Aについて選択された運行ルートが出発地と目的地とを結ぶ曲がった実線で示されるとともに、その途中に交差点と補給所とが示されている。交差点は拡大して示され、そこには、自車両Aと他車両Bと歩行者Cとの相対的な位置関係の一例が示されている。図2の右下には、自車両Aに搭載されているナビゲーションシステム34による表示装置26の画面上での一表示例が示されている。
【0048】
自車両A、他車両Bおよび歩行者Cはいずれも、各車両のアンテナ60,62(または各車両のユーザが携帯している移動電話機)および歩行者が携帯する移動電話機64とGPSとを利用することにより、それぞれの現在位置を検知することができるようになっている。
【0049】
それら自車両A、他車両Bおよび歩行者Cは相互に情報交換ができるようにもなっている。具体的には、自車両Aと他車両Bは、それぞれのアンテナ60,62を利用し、かつ、管制センタ50を媒介として相互に情報を交換できるようになっている。さらに、自車両Aと歩行者C、および他車両Bと歩行者Cは、各車両のアンテナ30,32および歩行者が携帯する移動電話機34を利用し、かつ、管制センタ50を介して相互に情報を交換できるようになっている。
【0050】
この運転支援装置10は、さらに、目的地までの運行中に通過するエネルギー補給のための補給所の位置、補給モード、補給可能量等、補給に関する情報を取得し、将来におけるエネルギー補給の可能性を予測して運行ルート、運転モードおよび運行速度を決定する。
【0051】
さらに、この運転支援装置10は、自車両が、運行ルート上のすべての交差点をできる限り交通信号機が青信号の状態で、すなわち、停止しない状態で運行するように運行速度を決定する。運行中に自車両が頻繁に加減速を繰り返すほど、自車両による消費エネルギーが増加する傾向があるからである。
【0052】
さらに、この運転支援装置10は、自車両におけるバッテリ12の充電必要度(充電可能性)を予測して自車両におけるアクチュエータ44、エアコンシステム46および照明装置48の駆動状態(前記(4)または(8)項における「作動モード」)を最適化する。
【0053】
以上の説明から明らかなように、この運転支援装置10は、自車両の運転の主導権を運転者に認めつつ、一般にエコランと称される省エネ走行が理想的に実現されることを支援するために自車両に搭載されているのである。
【0054】
図3には、運転支援装置10のハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。この運転支援装置10は、コンピュータ70を主体として構成されており、そのコンピュータ70は、よく知られているように、CPU72、ROM74およびRAM76がバス78により互いに接続されて構成されている。そのROM74に運転支援に必要な運転支援プログラムが予め記憶されていて、それがCPU72によって実行されることにより、自車両における運転支援が実施される。
【0055】
図4には、この運転支援装置10のソフトウエア構成が機能ブロック図で表されるとともに、この運転支援装置10との通信が行われる複数の対象物がブロック図で表されている。
【0056】
具体的には、この運転支援装置10は、自車両の制御目標を設定する目標設定手段100と、前述の環境情報を取得する環境情報取得手段102とを備えている。その環境情報取得手段102は、自車両の外部に位置する複数の対象物と通信可能となっている。それら複数の対象物としては、管制システム104、他車両、歩行者用の移動電話機64、信号システム110、補給システム112および目的地システム114がある。
【0057】
管制システム104は、図2に示す管制センタ50に設置され、交通渋滞、工事通行止め、事故情報等に関する交通情報を各車両に配信する機能を有し、さらに、自車両と他車両および歩行者との間における通信を媒介する機能を有する。後者の機能により、自車両は、他車両および歩行者の位置を取得することができることになる。
【0058】
信号システム110は、図2に示す交差点に設置される交通信号機(以下、単に「信号機」ともいう)の信号切換えプログラム(信号切換えパターンを制御する)を各車両に配信する機能を有する。
【0059】
補給システム112は、図2に示す補給所に設置され、自車両へのエネルギー補給を行う。その補給に先立ち、自車両と通信し、自車両にとって適当であるエネルギー補給に関する情報を自車両から受信する。補給システム112は、種々の形式によってエネルギーを自車両に補給することが可能である。
【0060】
具体的には、この補給システム112は、例えば、その補給システム112に設けられた発電機(図示しない)によって自車両のバッテリ12を充電する方式を採用することができる。さらに、自車両のバッテリ12が、交換可能なエネルギー蓄積モジュール(エネルギー蓄積カートリッジ)として構成されている場合に、そのエネルギー蓄積モジュールを、満充電状態にある別のエネルギー蓄積モジュールに交換する方式(カートリッジ交換方式)を代替的にまたは追加的に採用することも可能である。
【0061】
目的地システム114は、図2に示す目的地に設置される。この目的地システム114は、上述の補給システム112と同様にしてエネルギーを自車両に上述の種々の方式によって補給する機能を有する。さらに、目的地システム114は、目的地に近接した駐車場における駐車スペースの空き状況に関する情報を各車両に配信する機能も有する。
【0062】
図4に示すように、この運転支援装置10は、さらに、前記設定された目標と、前記取得された環境情報とに基づき、自車両が目的地に到達するために運行することが最適なルートを決定する運行ルート決定手段120を備えている。
【0063】
この運転支援装置10は、さらに、前記設定された目標と、前記取得された環境情報とに基づき、選択された運行ルートに沿って自車両が目的地に到達するために運行する過程において自車両を運転することが最適であるモードを決定する運転モード決定手段122を備えている。
【0064】
この運転モード決定手段122は、例えば、交差点を通過する際に赤信号によって自車両を停止させなければならない頻度や、前方車両への異常接近を回避するために自車両を減速させなければならない頻度ができる限り少なくなるように自車両の運行速度を決定する。頻繁な加減速は自車両による消費エネルギーの増加につながるからである。
【0065】
さらに、この運転モード決定手段122は、自車両が前方車両に通常より短い車間距離を保って追従することが可能であるか否かを判定し、可能である場合には、前方車両に詰めて追従するように自車両の運行速度を決定する。前方車両によるスリップストリームを自車両が利用すれば、自車両の空気抵抗が低減し、このことは、消費エネルギーの節減につながるからである。
【0066】
図4に示すように、この運転支援装置10は、さらに、エネルギー補給モード決定手段124を備えている。このエネルギー補給モード決定手段124は、自車両にエネルギーを補給すべき補給場所と、補給すべきエネルギーの量と、今回の運行に当たって自車両が備えるべき発電容量および蓄電容量(積み込みエネルギー容量)と、エネルギーを補給するモードとを決定する。
【0067】
ここに、エネルギーを補給するモードは、例えば、選択された補給場所において充電によって補給するモードと、その補給場所において前記エネルギー蓄積モジュールを別のものに交換するモードとがある。そして、このエネルギー補給モード決定手段124は、例えば、補給所での目標補給時間が設定時間より短い場合には、エネルギー蓄積モジュールを交換する交換モードを選択し、長い場合には、その目標補給時間の長さに応じた速度でバッテリ12を充電する充電モードを選択する。
【0068】
このエネルギー補給モード決定手段124は、さらに、前記選択された運行ルート上に余剰エネルギー蓄積所が存在する場合に、自車両がそこを通過する時点で自車両が保有するエネルギーが必要以上に残存することを条件に、自車両のバッテリ12を放電させる。それにより、そのような余剰エネルギーが余剰エネルギー蓄積所に蓄積される。その蓄積されたエネルギーは、種々の用途に使用することが可能である。
【0069】
図4に示すように、運転支援装置10は、さらに、目標SOC決定手段126を備えている。この目標SOC決定手段126は、自車両のバッテリ12の充電状態量SOCの目標値を、自車両の高度(位置エネルギーに関連する)、設定時間内に回生制動が行われてバッテリ12が充電される可能性、設定時間内に補給所に到達してエネルギーが自車両に補給される可能性等に基づいて決定する。
【0070】
具体的には、この目標SOC決定手段126は、例えば、自車両の減速開始時に自車両のバッテリ12の充電状態量SOCが取るべき値を目標SOCとして、後続する減速に伴うエネルギー回生によってバッテリ12の充電状態量SOCが上限値を超えない大きさ(バッテリ12が過充電とならない大きさ)を有するように決定する。
【0071】
すなわち、この目標SOC決定手段126は、自車両がこれから行うべき減速によるエネルギー回生量を見込んでその減速の開始時における充電状態量SOCの目標値を決定するのである。
【0072】
この目標SOC決定手段126は、さらに、自車両が下り坂を走行し始めるときに自車両のバッテリ12の充電状態量SOCが取るべき値を目標SOCとして、後続する下り坂走行に伴うエネルギー回生によってバッテリ12の充電状態量SOCが上限値を超えない大きさ(バッテリ12が過充電とならない大きさ)を有するように決定する。
【0073】
すなわち、この目標SOC決定手段126は、自車両がこれから行うべき下り坂走行によるエネルギー回生量を見込んでその下り坂走行の開始時における充電状態量SOCの目標値を決定するのである。
【0074】
この目標SOC決定手段126は、さらに、前記決定された運行ルートに沿って、前記決定された運転モードで自車両が走行した結果、自車両が補給所、余剰エネルギー蓄積所、目的地等に到達するときに自車両のバッテリ12の充電状態量SOCが取るべき値を目標SOCとして決定する。
【0075】
図4に示すように、運転支援装置10は、さらに、運転実行手段128を備えている。この運転実行手段128は、前記決定された運行ルートに沿って、前記決定された運転モードで自車両を運転する機能を有する。この機能を実現するため、この運転実行手段128は、自車両のタイヤ前後力およびタイヤ切れ角をアクチュエータ44を介して制御する。
【0076】
この運転実行手段128は、さらに、前記決定された目標SOCに従い、アクチュエータ44、エアコンシステム46、照明装置48等を制御する機能も有する。さらに、前記決定された目標SOCが実現されるように発電装置14を駆動する機能と、その目標SOCが実現されるようにエネルギー回生装置を制御する機能と、補給所において自車両の目標SOCが実現されるように自車両へのエネルギー補給を制御する機能とを有する。
【0077】
図5には、ROM74に記憶されている運転支援プログラムの内容が概念的にフローチャートで表されている。この運転支援プログラムにおいては、まず、ステップS1(以下、単に「S1」で表す。他のステップについても同じとする)において、入力装置24を用いた運転者による入力が行われる。具体的には、例えば、下記の各種パラメータがある。
・自車両が到達すべき目的地(例えば、座標によって特定される)
・目的地に到達するのに必要な時間の目標値である目標到達時間
・自車両が目的地に到達するまでに運転者がとる休息の回数および時間
・自車両が目的地に到達するまでに自車両にエネルギーを補給する回数の許容値である許容補給回数
・自車両が補給所において消費する時間の目標値である目標補給時間
・自車両の室内温度の目標値である目標室温
・自車両が目的地に到達するまでに高速道路を使用することの可否
・道路の選択に際し、運転者が快適性(乗り心地)を優先するか否か
・消費エネルギーの目標値
次に、S2において、ナビゲーションシステム34、GPS等を用いて自車両の位置が検知される。続いて、S3において、ナビゲーションシステム34上において目的地が検索される。
【0078】
その後、S4において、ナビゲーションシステム34上において、自車両が現在位置から目的地までに運行するルートが複数検索される。
【0079】
それら検索された複数の運行ルートの中には、出発地と目的地とを最短距離で結ぶ運行ルートもあれば、それより長いが設定値を超えない距離で結ぶ運行ルートもある。
【0080】
さらに、高速道路を利用する運行ルートが検索される可能性があるが、S1における入力において高速道路の使用が禁止されていれば、高速道路を利用する運行ルートは除外される。
【0081】
さらにまた、非舗装道路、山道、砂利道等、悪路を利用する運行ルートが検索される可能性があるが、S1における入力において快適性の優先が指定されていれば、悪路を利用する運行ルートは除外される。
【0082】
続いて、S5において、その検索された複数の運行ルートに関する道路情報がそれぞれ、管制システム104等から取得される。その道路情報としては、例えば、道路工事の有無、天災による道路封鎖の有無、交通渋滞の有無等がある。
【0083】
その後、S6において、他の対象物との通信が行われる。例えば、各運行ルートの途中にあるエネルギー補給システム112と、今回の目的地に設置された目的地システム114との通信が行われる。この通信により、エネルギー補給システム112からは、エネルギー補給のための待ち時間、所要時間、突発的異常の有無等が受信される。一方、目的地システム114からは、エネルギー補給システム112からの情報と同種の情報、目的地における駐車場の混雑状況等が受信される。
【0084】
続いて、S7において、自車両が各運行ルートに沿って各運転モードで走行する際の消費エネルギーが推定される。ここに、運転モードは、種々の定義が可能であり、例えば、自車両の運行速度の大小により、低速走行、中速走行および高速走行を含むように定義することが可能である。さらに、例えば、自車両の加速度の大小により、緩加速走行、中加速走行および急加速走行を含むように定義することも可能である。
【0085】
なお、自車両が運行されるべき速度および加速度は、前述の目標到達時間を考慮して算出することによって定義される。
【0086】
このS7においては、普通、自車両の現在位置を基準に、目的地までの運行ルートおよび運転モードを想定して自車両による消費エネルギーが演算される。すなわち、自車両がそれの現在位置から目的地まで走行する間に自車両が経験する走行状況が、前記取得された環境情報に基づいて予測され、その予測された走行状況を実現するために自車両が消費しなければならないエネルギーが予測されるのである。
【0087】
その結果、このS7においては、自車両の全体を対象にするとともに、自車両の一連の運行の全体を対象にして、消費エネルギーが推定されることとなる。
【0088】
そして、後のステップにおいては、そのようにして推定された消費エネルギーとの関係において自車両のうちの消費部であるモータ20、アクチュエータ44、エアコンシステム46等が制御されることとなる。
【0089】
このS7においては、目標室温を考慮し、自車両のエアコンシステム46による消費エネルギーを加味して自車両の消費エネルギーを推定することが可能である。
【0090】
このS7においては、自車両による消費エネルギーが、各運行ルート上の各位置に関連付けて推定される。図6ないし図8には、いくつかの例における消費エネルギー(例えば、各瞬間における狭義の電力)の推定値の時間的推移がグラフで概略的に表されている。
【0091】
なお付言するに、本明細書において「電力」という用語は、狭義の電力を意味する用語として使用される場合と、狭義の電力と狭義の電力量とを包含する広義の電力を意味する用語として使用される場合とがあり、その定義は文脈に依存する。
【0092】
その後、図5のS8において、自車両が各運行ルートに沿って各運転モードで走行することによって目的地に到達するまでの所要到達時間が演算される。運行ルートと運転モードとの組合せごとに所要到達時間が演算されるのである。
【0093】
続いて、S9において、前記推定された消費エネルギーと、前記演算された所要到達時間とに基づき、かつ、運転者により入力された各種パラメータを考慮して、最適な運行ルート、最適な運転モードおよび最適なエネルギー補給場所(自車両にとって最適である補給所)が決定される。最適エネルギー補給場所は、例えば、目標到達時間、休憩回数、消費エネルギーの目標値(節約度合い)、補給が必要であるエネルギー量等を考慮して決定される。この際、必要に応じ、バッテリ12の充電状態量SOCの初期値およびバッテリ12の容量に関する必要値も決定される。
【0094】
その後、S10において、前記推定された消費エネルギーのもとに、自車両が目標到達時間内で目的地に到達するために走行開始時に自車両に積み込むことが必要である積み込みエネルギー(例えば、自車両の燃料タンクに搭載する燃料(エンジン16によって消費される)の蓄積容量とバッテリ12の容量(例えば、後述の充電状態量SOC)との和)と、最適なエネルギー補給モード(前記入力された目標補給時間に応じて、充電モードによるか交換モードによるかが決まる)と、自車両の運行速度とが決定される。図6ないし図8には、いくつかの例における運行速度の決定値の時間的推移がグラフで概略的に表されている。
【0095】
続いて、図5のS11において、自車両の運転がスタートされる。その後、S12において、自車両と管制システム104との通信が行われる。その通信の結果、自車両の周辺に位置する他車両(および/または歩行者)の存在が判明する。管制システム104は、自車両と、自車両にとって見知らぬ他車両とを仲介するインターフェースとして機能し、以後、自車両は、それに関連する他車両への個別的な通信が可能となる。
【0096】
その後、S13において、上記の通信の結果を参照し、自車両に他車両が接近する可能性があるか否かが判定される。その可能性がある場合には、自車両と他車両との通信が行われる。ここに、「他車両」としては、自車両と同じ方向に進行する他車両であって、自車両の前方、後方もしくは側方に位置するものと、自車両とは逆方向に進行する対向車とがある。
【0097】
続いて、S14において、他車両の運転情報が取得される。運転情報としては、他車両が到達すべき目的地、その目的地までの運行ルート、運行速度、他車両がレーンチェンジをする場合に走行する車線が他車両より右側の車線であるか左側の車線であるか、追い越し所要時間、コーナリングの有無、ブレーキングの有無、他車両が貨物車である場合の積載状況、他車両の飛び出し等の緊急状態にあるか否か等がある。
【0098】
その後、S15において、自車両の運転モードが追加的に決定される。例えば、自車両のレーンチェンジの要否、追い越しの要否、追従走行の適否、車間距離の調整の要否等が決定され、その結果を反映するように運転モードが追加的に決定される。この際、他車両である先行車両が貨物車である場合には、その貨物車がそれの積載荷重が重いことが原因で直ぐには止まり難いことを考慮し、その貨物車と自車両との間の車間距離が通常より長くなるように自車両の運転モード(走行状態、制動減速度等)が決定される。
【0099】
続いて、S16において、他車両について前記取得された運転情報に基づき、他車両の運動パターン(運転モード)に適合するように、自車両の速度が制御される。
【0100】
このS16においては、さらに、自車両の運転情報が他車両に送信される。例えば、自車両が他車両を追い抜くポイント、自車両に抜かれるときには他車両が減速することが望ましいこと、追い抜き時に一時的に走行する対向車線に関する情報、自車両が他車両を右折によって追い越すこと等が他車両に送信される。
【0101】
このS16においては、さらにまた、他車両の運転情報が自車両に受信される。例えば、自車両が他車両を追い抜くことを他車両が許可するか否か、自車両が他車両を追い抜くための右折を他車両が許可するか否か、歩行者または障害物に関する情報等が受信される。
【0102】
すなわち、このS16の実行により、自車両と他車両との間で双方向に通信が行われ、その結果、それら両車両の運転モードが協調的に修正されることとなるのである。
【0103】
その後、S17において、これまでに取得された情報のうち必要なものと、信号システム110との通信によって取得された情報とに基づき、自車両が通過する交差点の信号機の信号切換え時刻に関する情報が取得される。それにより、自車両が、選択された運行ルート上において各交差点を通過する時刻が推定される。この推定は、自車両ができる限り多数の交差点を青信号の状態で通過し、それにより、省エネ走行を実現するために実行される。
【0104】
続いて、S18において、これまでに取得された情報のうち必要なものに基づき、他車両が前方車両である場合に、自車両がその前方車両に設定距離以下に接近する時刻が推定される。
【0105】
その後、S19において、S10において決定された運行速度が必要に応じて修正される。
【0106】
具体的には、S17による推定結果を踏まえて、自車両が交差点を通過する際に赤信号によって自車両が停止せずに済むという条件が成立するように運行速度が修正される。信号機による自車両の加減速の頻発を抑制して消費エネルギーを節約するためである。図6には、ある例につき、そのように修正された運行速度は実線グラフで、その修正前の運行速度は破線グラフでそれぞれ表されている。
【0107】
さらに、このS19においては、S18による推定結果を踏まえて、自車両が他車両に接近するまでに時間的な余裕があるか否かが判定される。時間的な余裕がない場合には、自車両の運行速度が低下側に修正され、それにより、自車両が他車両に接近し過ぎて自車両が減速(制動を含む)を余儀なくされる事態が回避される。減速が行われればその後に加速が行われ、このような加減速が頻繁に行われることは、自車両の消費エネルギーを節約するために不都合であるからである。
【0108】
さらに、このS19においては、S18による推定結果を踏まえて、自車両が前方車両に通常より短い車間距離を保って追従することが可能であるか否かが判定され、可能である場合には、前方車両に詰めて追従するように自車両の運行速度が修正される。スリップストリームを利用して自車両の空気抵抗を低減させて自車両による消費エネルギーを節減するためである。
【0109】
その後、S20において、前記決定された最適な運行ルートに沿って、前記決定された最適な運転モードで自車両が運転されるように、モータ20と、自車両のアクチュエータ44のうち運動制御に関与するものが制御される。例えば、自車両のタイヤ前後力を制御するために、モータ20と、ブレーキ40を作動させるアクチュエータ44が制御され、タイヤ切れ角を制御するために、ステアリング装置42を作動させるアクチュエータ44が制御される。この制御は、運転者による自車両の運転を支援することを目的としたり、その運転を実質的に省略することを目的として行うことが可能である。
【0110】
続いて、S21において、自車両のための目標SOCが決定される。例えば、自車両がこれから行うべき減速によるエネルギー回生量を見込んでその減速の開始時における充電状態量SOCの目標値が決定される。
【0111】
このS21においては、さらに、自車両がこれから行うべき下り坂走行によるエネルギー回生量を見込んでその下り坂走行の開始時における充電状態量SOCの目標値が決定される。具体的には、図7に例示するように、下り坂走行の手前で充電状態量SOCが設定許容値(例えば、80パーセント)を下回ることが許容されるように、それに先行する期間(例えば、高所での走行期間)における目標SOCが決定される。
【0112】
このS21においては、さらにまた、前記決定された運行ルートに沿って、前記決定された運転モードで自車両が走行した結果、自車両が補給所に到達するときに自車両のバッテリ12の充電状態量SOCが取るべき値が目標SOCとして決定される。具体的には、図8に例示するように、補給所での休憩・エネルギー補給の手前で充電状態量SOCが最小値(例えば、0)になることが許容されるように、それに先行する期間における目標SOCが決定される。
【0113】
その後、図5のS22において、その決定された目標SOCとなるようにアクチュエータ44が制御される。
【0114】
続いて、S23において、室内温度と外気温度との差に基づき、目標温度が実現されるようにエアコンシステム46が制御される。この際、換気機能(室内温度と外気温度との差を利用した換気)、熱交換機能(室内温度と外気温度との差を利用した室温調節)および水冷機能(自車両のボデーやバッテリ12等を水で冷却する機能)も実現される。これによっても消費エネルギーが節減される。
【0115】
その後、S24において、照明装置48が夜間において制御される。目標光度が実現されるように制御されるのであり、このS24においては、自車両の周辺の光度に応じて無駄なく照明装置48が制御され、これによっても消費エネルギーが節減される。
【0116】
以上で、この運転支援プログラムの一回の実行が終了する。
【0117】
以上の説明から明らかなように、コンピュータ70のうち、図5のS1を実行する部分が入力装置24と共同して目標設定手段100を構成し、コンピュータ70のうち、同図のS2ないしS6、S13、S14、S16およびS17を実行する部分がセンサ30、通信装置32およびナビゲーションシステム34と共同して環境情報取得手段102を構成しているのである。
【0118】
さらに、コンピュータ70のうち、図5のS7ないしS9を実行する部分の一部が運行ルート決定手段120を構成し、コンピュータ70のうち、同図のS7ないしS9を実行する部分の別の一部が運転モード決定手段122を構成しているのである。
【0119】
さらに、コンピュータ70のうち、図5のS9およびS10を実行する部分の一部がエネルギー補給モード決定手段124を構成し、S21を実行する部分が目標SOC決定手段126を構成し、S11、S20、S22ないしS24を実行する部分が運転実行手段128を構成しているのである。
【0120】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、環境情報取得手段102が前記(1)項における「取得部」の一例を構成し、目標設定手段100、運行ルート決定手段120、運転モード決定手段122、エネルギー供給モード決定手段124、目標SOC決定手段126および運転実行手段128が互いに共同して同項における「制御部」の一例を構成しているのである。
【0121】
さらに、本実施形態においては、バッテリ12と発電装置14とモータ20(エネルギー回生時に限る)とがそれぞれ前記(1)項における「供給部」の一例を構成し、モータ20(車両駆動時に限る)とアクチュエータ44とエアコンシステム46と照明装置48とがそれぞれ同項における「消費部」の一例を構成しているのである。
【0122】
さらに、本実施形態においては、モータ20が前記(1)項における「第1部分」の一例を構成し、アクチュエータ44、エアコンシステム46および照明装置48がそれぞれ、同項における「第2部分」の一例を構成しているのである。
【0123】
さらに、本実施形態においては、管制システム104と、他車両と、歩行者が使用する移動電話機64と、信号システム110と、補給システム112と、目的地システム114とがそれぞれ前記(2)項における「情報発信装置」の一例を構成しているのである。
【0124】
さらに、本実施形態においては、目標設定手段100が前記(4)項における「目標設定手段」の一例を構成し、運行ルート決定手段120と運転モード決定手段122とが互いに共同して同項における「運行ルート・運転モード決定手段」の一例を構成し、目標SOC決定手段126が同項における「目標残存エネルギー決定手段」の一例を構成し、運転実行手段128の一部が同項における「作動モード決定手段」の一例を構成し、運転実行手段128の別の一部が同項における「実現手段」の一例を構成しているのである。
【0125】
さらに、本実施形態においては、補給システム112が前記(5)ないし(7)項のいずれかにおける「外部エネルギー関連装置」の一例を構成しているのである。
【0126】
さらに、本実施形態においては、エネルギー補給モード決定手段124が前記(8)項における「補給場所・補給モード決定手段」の一例を構成しているのである。
【0127】
さらに、本実施形態においては、図5におけるS2ないしS6、S13、S14、S16およびS17が互いに共同して前記(9)項における「取得工程」の一例を構成し、S1、S7ないしS12、S15、S18ないしS24が互いに共同して同項における「制御工程」の一例を構成しているのである。
【0128】
以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記[課題を解決するための手段および発明の効果]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に従う移動体エネルギー管理装置を含む運転支援装置10をそれが搭載されている自車両と共に概念的に表すブロック図である。
【図2】図1における運転支援装置10の用途を概念的に表す斜視図である。
【図3】図1における運転支援装置10のハードウエア構成を概念的に表すブロック図である。
【図4】図1における運転支援装置10のソフトウエア構成を概念的に表すブロック図である。
【図5】図3におけるROMに記憶されている運転支援プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図6】図5の運転支援プログラムを説明するためのグラフである。
【図7】図5の運転支援プログラムを説明するための別のグラフである。
【図8】図5の運転支援プログラムを説明するためのさらに別のグラフである。
【符号の説明】
10 運転支援装置
12 バッテリ
14 発電装置
20 モータ
30 センサ
32 通信装置
34 ナビゲーションシステム
44 アクチュエータ

Claims (5)

  1. エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体であって、その消費部が、当該移動体を移動させるという第1目的を達成するためにエネルギーを消費する第1部分と、当該移動体に関連する第2目的であって当該移動体の移動を除く目的を達成するためにエネルギーを消費する第2部分とを含むものに設けられる移動体エネルギー管理装置であって、
    前記移動体が置かれる環境に関する環境情報を取得する取得部と、
    その取得された環境情報に基づき、かつ、前記第1目的と第2目的との双方が達成されるように前記消費部と供給部との少なくとも一方を制御する制御部と
    を含む移動体エネルギー管理装置。
  2. 前記移動体が、
    その移動体の走行状態量とその移動体が置かれている環境との少なくとも一方を検出するセンサと、
    前記移動体の現在位置を検出するためのナビゲーションシステムと、
    前記移動体の外部において情報を発信する情報発信装置との通信を行うための通信装置と
    を備えており、
    前記取得部が、それらセンサとナビゲーションシステムと通信装置との少なくとも一つを用いて前記環境情報を取得する手段を含む請求項1に記載の移動体エネルギー管理装置。
  3. 前記制御部が、前記取得された環境情報に基づき、前記移動体の将来における位置を含む移動体状態を予測し、その予測された移動体状態に基づき、前記少なくとも一方の消費部および供給部を制御する予測型制御手段を含む請求項1または2に記載の移動体エネルギー管理装置。
  4. 前記制御部が、前記取得された環境情報に基づき、前記移動体の将来における位置を含む移動体状態を予測し、その予測された移動体状態に基づき、前記供給部を、前記移動体の外部に配置された外部エネルギー関連装置との間におけるエネルギー授受に関して制御する供給部制御手段を含む請求項1ないし3のいずれかに記載の移動体エネルギー管理装置。
  5. エネルギーを供給する供給部とその供給部から供給されたエネルギーを消費する消費部とを有する移動体であって、その消費部が、当該移動体を移動させるという第1目的を達成するためにエネルギーを消費する第1部分と、当該移動体に関連する第2目的であって当該移動体の移動を除く目的を達成するためにエネルギーを消費する第2部分とを含むものに対して実施される移動体エネルギー管理方法であって、
    前記移動体が置かれる環境に関する環境情報を取得する取得工程と、
    その取得された環境情報に基づき、かつ、前記第1目的と第2目的との双方が達成されるように前記消費部と供給部との少なくとも一方を制御する制御工程と
    を含む移動体エネルギー管理方法。
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