JP2023056986A

JP2023056986A - 省エネルギー減速走行制御方法

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Publication number: JP2023056986A
Application number: JP2021166541A
Authority: JP
Inventors: 渡邉雅弘; Masahiro Watanabe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-10-10
Filing date: 2021-10-10
Publication date: 2023-04-20

Abstract

【課題】交差点等の減速・停止目標地点への惰性走行主体の減速・制動走行を、車両状態・道路状態・交通状態等に最適に適合した形態で実行する。【解決手段】交差点等の減速・停止目標地点への惰性走行主体の減速・制動走行を、車両の減速走行開始時の走行速度に対応した前記減速・停止目標地点上流惰性走行可能距離範囲内の車両の有する運動エネルギー利用効率に対応した複数の惰性走行形態（惰性走行開始点―惰性走行終了点（制動走行開始点））中から走行中の車両状態・道路状態・交通状況に最適に対応した一形態を選定して、惰性走行主体（惰性走行＋制動走行）で行う【選択図】図１

Description

本願発明は、走行中の車両の有する運動エネルギーを、当該車両の走行環境・交通環境に適合したかたちで個々の交差点等の目標減速・停止地点に向けての惰性走行主体の減速走行に活用する、省エネルギー減速走行制御方法に関する。

走行中の車両の有している運動エネルギーの有効活用方法として、回生協調制動がある。
これは減速時車両の有している運動エネルギーを回生して減速後の車両走行エネルギーとして利用するものである。
しかしこの制動方法においては、
・モータ駆動用バッテリーが満充電時にはエネルギー回生が不可能となる。
・制動力としては、運動エネルギー回生による制動力は不足となることから摩擦（油圧）制動と併用する、即ち回生協調制動とする、必要があり、このため、運動エネルギー回生効率が低下する。
・市街地走行時等頻繁に回生（協調）制動を繰り返すことが、バッテリーの寿命劣化につながる。
等の大きな問題がある。

特開２０１１－０４６２７２特開２０３０－０３４７３４特開２０１７－１２４８０６

本願発明は、走行中の車両の有している運動エネルギーを利用しての回生協調制動走行に際しての
・運動エネルギー利用効率の低さ
・バッテリーの充放電頻度過大によるバッテリー寿命の低下
の問題を解決することに加えて、惰性走行主体の減速走行によって運動エネルギーのさらなる効率的かつ効果的な活用による減速走行方法を提供しようとするものである。

回生協調制動での運動エネルギーの蓄積およびその後の車両走行において前記蓄積されたエネルギーをその後の車両駆動に活かす回生協調制動の代わりに、減速時、車両の有している運動エネルギーを直接的に車両駆動（減速走行）に活かす、即ち運動エネルギーを惰性走行主体の減速走行できるに直接利用することによって運動エネルギーの利用効率をあげる方法がある（特許文献１、特許文献２）。
この結果、従来の回生協調制動では、せいぜい４０％程度の運動エネルギー利用効率を、惰性走行の活用によって最大１００％近いエネルギー利用効率とすることができる。

ここで惰性走行とは、車両の駆動源（エンジン、モータ等）の動作停止あるいは駆動源と駆動輪間の接続を遮断あるいは疎とする、ことによって、車両の減速走行駆動を車両の有している運動エネルギーで行う走行を云う。
また、惰性走行可能距離とは通常走行状態から惰性走行状態に移行した場合の、車両の走行抵抗（あるいは惰性走行減速度）によって定まる、車両停止までの減速（惰性）走行可能な最大走行距離を云う。

但し、この惰性走行による運動エネルギー利用には大きな問題がある。
それは惰性走行時の減速度が（回生協調制動に比べて）小さいことから、減速に要する時間が長時間、従って減速走行距離が長距離となり、この減速走行の間の車両平均速度が低下する、という問題である。
しかしこの問題は、運動エネルギーの利用効率を許容範囲内で下げることによって、例えば運動エネルギー利用効率を１００％から７０％程度に下げることによって、減速走行距離を運動エネルギー利用効率１００％時に対して約５０％と短縮することができる。この結果減速走行時の平均速度は減速走行開始時の速度の７５％に（従って平均速度低下を２５％に）抑えることができる。

以下に上記惰性走行による運動エネルギー利用効果を、惰性走行距離の変化を中心に、図１を用いて説明する。
図１において
・地点P0は走行速度vcで走行中の車両の惰性走行（惰性走行減速度αi（vc））開始地点、
・地点Psは車両の目標停止地点、
・地点P1 は速度v１で惰性走行から制動走行に移行するための惰性走行（惰性走行減速度αi（vc））開始点、
・地点Pbcは速度vcで走行中の車両が地点Ｅで停止するための制動走行（制動減速度:αb）開始地点、
・地点Pb1は、地点P1からの惰性走行を終了して制動走行（制動減速度:αb）に移行する地点、
である。

先ず、速度vcで走行中の車両の有する運動エネルギーＥvcは（数1）で
（数1）
Ｅvc＝（m・vc²）／２
また、速度vcから速度v1までの間、惰性走行を行うと運動エネルギーの惰性走行への利用効率ηは（数2）で、
（数2）
η＝（vc²－v1²）／vc²
惰性走行速度範囲vc ～ v1間の平均惰性走行速度vc1は（数3）で、
各々あらわすことができる。
（数3）
vc1≒（vc＋v1）／２

即ち、走行中の車両の有する運動エネルギーの惰性走行への利用効率ηを、許容できる範囲（例えば、回生制動での運動エネルギー回生効率を上回る範囲内）で軽減、即ち惰性走行開始速度vcと惰性走行終了速度（制動走行開始速度）v1の比（v1／vc）を最適設定することによって、このη軽減効果を惰性走行距離短縮効果に供することができることがわかる。

但し、図1における惰性走行距離（Li1）は、厳密には「地点P1－地点Pb1間距離」であるが、
「地点P1－地点Pb1間距離」≫「地点Pb1－地点Ps間距離」であることから、
「地点P1－地点Pb1間距離」≒「地点P1－地点Ps間距離」≒惰性走行距離（Li1）
としている。

上記、（数2）、（数3）を用いての、惰性走行距離、および平均惰性走行速度改善効果以下にを具体的数値で例示する。
速度vc＝５０ｋｍ／ｈから速度0までの間の惰性走行可能距離Ｌi0をＬi0＝３００ｍとすると、
その間の平均惰性走行速度vc0は
vc0 ≒（vc＋0）／２
≒２５ｋｍ／ｈ
である。
一方、惰性走行速度範囲をvc＝５０ｋｍ／ｈからv1＝２５ｋｍ／ｈとすると、この間の惰性走行距離Ｌi1は、
Ｌi1≒｛（vc²－v1²）／vc²｝・Ｌic
≒２２５ｍ
また、vc＝５０ｋｍ／ｈからv1＝２５ｋｍ／ｈの間の平均惰性走行速度vc1は
vc1≒（５０＋２５）／２
≒３７ｋｍ／ｈ
となる。

即ち、上記方策を実行することによって、惰性走行距離は、当初の７５％（η＝２２５／３００）に短縮されるが、平均惰性走行速度は惰性走行開始速度vcに対して当初（（vc0／vc）≒５０％に減少していたものが、（（vc1／vc）≒）７４％に改善されることがわかる。
（但し、この平均惰性走行速改善効果は惰性走行速度に限った改善であり、図１に示すP0地点からP1地点までの距離（Ｌic－Ｌi1）を含めた平均減速走行速度を考えれば、その平均減速走行速度は約４１ｋｍ／ｈとなり約８２％への改善となる。）
上記の如く、運動エネルギーの惰性走行への利用効率を、惰性走行速度範囲vc～v1を設けて限定することによって低減して、惰性走行距離を短縮するとともに、平均惰性走行速度を向上させることによって、惰性走行距離の長大化の低減、及び平均減速（惰性）走行速度の低減防止、を図ることができる。

但し上記惰性走行距離最適化を行っても、主として大都市主要道路の交通においては、惰性走行間の走行速度が低下し、この間他車の割り込み等によって交通流の安定化が妨げられる恐れがある。
この対策として図１に示す如く（地点P1－地点Pb1の惰性走行距離に対応して、地点P2－地点Pb２間、あるいは地点P３－地点Pb３間の惰性走行距離の如く）、惰性走行距離を短く（惰性走行開始点を目標減速・停止点に近く）かつ制動開始速度を高くする方法がある。この惰性走行距離短縮は車両に搭載するカーナビゲーション装置側で対応する目標減速・停止点毎にあらかじめ最適な惰性走行距離を設定しておく方法、あるいは道路交通管理者側から路車間通信等の手段によって路側から車両側に都度指示する方法が考えられる。

上記方策に関連して、走行速度に対応しての惰性走行領域（惰性走行開始点―惰性走行終了点）の設定法に関するもの（特許文献３）もあるが、これはあくまで通常走行時の車両走行速度に対応しての惰性走行開始地点および惰性走行終了点の最適化に関するものであり、本願発明による複数の通常走行速度毎の惰性走行開始点および惰性走行終了点（制動開始点）の最適化による道路状況・交通状況への対応策とは異なる。

以上述べた如く、車両の走行環境・交通環境に対応した惰性走行主体（惰性走行＋制動走行）の減速制動走行の特定・実行によって、回生制動を行うことによる減速時のバッテリー満充電状態での回生不可の問題、減速時の運動エネルギー回生効率の低さの問題も改善され、あわせて市街地走行時の回生協調走行頻度の過多によるバッテリー寿命低下の問題も解決される。
また、惰性走行による減速走行を行う場合の最大の問題である惰性走行距離の過長、従ってこの間の車両の平均走行速度の低下の問題も
図１に示す如く、複数の惰性走行形態を想定しその中から車両の走行環境・交通環境に適合する最適な惰性走行形態を抽出して実行することによって、実質的に解決されることになる。

本願発明による特定の車両走行速度（vc）に対応しての複数の惰性走行形態（惰性走行開始点―惰性走行終了点の組み合わせ）の設定方法に関する説明図、本願発明による目標減速・停止点に対する惰性走行主体の交差点減速・制動走行制御手順例、である。

本願発明による減速・制動走行制御を車両に搭載するカーナビゲーション装置の改良で可能とするためには、当該カーナビゲーション装置に少なくとも下記機能・情報の一部改良・付加あるいは外部からの情報獲得が必要である。
地図データベース
・交差点等目標減速・停止点の正確な位置情報、
・車両の惰性走行移行速度vcに対応した惰性走行可能距離情報およびその記憶領域確保、
・惰性走行開始速度vc時に対応する惰性走行減速度αi(vc)情報あるいは車両の走行抵抗情報
・制動走行減速度αb情報、制動距離Ｌb情報
・惰性走行可能距離範囲内道路における惰性走行適／不適（不可）情報
（例えば道路勾配、道路曲率、等の道路条件、あるいは道路混雑状況等の交通状態条件等、による実際の惰性走行可能距離関連情報あるいは惰性走行不適情報）
センサー情報取得機能
・現速度情報
・高精度現在位置情報（ＧＰＳ）
演算機能
・車両現在位置－目標交差点間距離Ｌ算出機能
・惰性走行開始速度－惰性走行下限速度間の惰性走行距離Ｌi算出機能
・距離Ｌ情報と、惰性走行距離Ｌiおよび制動走行距離Ｌb 比較機能、

上記機能を有するカーナビゲーション装置における本願発明を採用した交差点減速・制動走行制御手順例を図２に示す。
図２において、
２０１は、本願発明による省エネルギー減速走行制御手順開始点、
２０２は、車両の走行開始地点、目的地点および、この間の経路探索、目標減速・停止点の特定を行う経路探索処理、
２０３は、処理２０２の結果より次の目標減速・停止点の特定を行う次の目標減速・停止点位置特定処理、
２０４は、車両の走行開始のための発進可能か否かの判定をする走行開始判定処理、
２０５は、処理２０４において走行開始可能と判定された場合、車両発進のための加速走行を開始・継続する加速走行処理、

２０６は、車両の現在速度v、現在位置、および道路混雑状況等を特定する現在速度・現在位置・道路状況特定処理、
２０７は、車両現在位置から目標減速・停止点間道路において惰性走行による減速走行が可能か否かの判定を行う惰性走行可否判定処理１
２０８は、車両現在位置―目標減速・停止点位置情報から車両現在位置―目標減速・停止点間距離Ｌを特定する距離Ｌ特定、および車両の現在速度v、道路混雑状況等に対応する惰性走行距離Ｌiをデータベースから選択・抽出・特定するＬi特定処理、
２０９は、処理２０７で特定した距離Ｌが、同じく処理２０７の処理で特定した距離Ｌi以上か否かを判定する距離Ｌ・Ｌi判定処理、
２１０は、車両現速度vと車両定速走行速度vcの比較を行う車両の定速走行判定処理、

２１１は、距離処理２１０で車両現速度vが定速走行速度vc以上であると判定された場合、定速走行に移行・継続する定速走行処理、
２１２は、車両現在位置から目標減速・停止点間道路において惰性走行による減速走行が可能か否かの特定を行う惰性走行可否判定処理２、
２１３は、処理２０９で距離Ｌが距離Ｌi以下であると判定された場合惰性走行に移行あるいは惰性走行を継続する惰性走行処理、
２１４は、車両現在速度v、および車両現在位置を特定する現在速度・位置特定処理、
２１５は、処理２１４で特定された車両現在位置情報を用いて、車両現在位置―目標減速・停止点間距離Ｌを特定する距離Ｌ特定処理、
２１６は、処理２１５で特定された距離Ｌと制動走行距離Ｌbの比較を行うＬ・Ｌb比較処理、
２１７は、処理２１６の結果距離Ｌが距離Ｌb以下と判定された結果に対応して、制動走行に移行する制動処理、
２１８は、車両現在位置を特定する現在位置特定処理、
２１９は、処理２１８で特定された車両現在位置情報を用いて、車両現在位置―目標減速・停止点間距離Ｌを特定する距離Ｌ特定処理、
２２０は、距離Ｌが０、即ち車両が目標減速／停止点に到着したか否かの判定を行う目標減速・停止点到着判定処理、
２２１は、処理２２０でＬ＝０と判定された場合、車両停止する車両停止処理、
２２２は、処理２２１の停止が目的地点到着による停止か否かの判定をする目的地点到着判定処理、
２２３は、制動走行移行に際して、処理２０２における経路探索の結果特定された車両走行目的地点までの（車両現在位置からの）残距離特定処理
２２４は、経路探索の結果特定された車両走行開始地点から目的地点までの走行制御処理の終了点、
である。

従来の電動車両に装着されている回生協調制動装置に代えて、あるいは回生協調制動装置の装着されていないガソリン／ディーゼル車においても、交差点等の固定の目標減速・停止地点上流惰性走行可能距離範囲以内の道路状況・交通状況に対応した最適地点からの惰性走行によって、
減速時車両の有している運動エネルギーの車両走行への利用効率の向上、および電動車両に搭載されているモータ駆動用電力を蓄積するためのバッテリーの寿命向上、が図られ、ＬＣＡでのエネルギー利用効率の向上その結果としての車両価格の低減により、全車両における地球温暖化対策への貢献が可能になる。

図１において、
Ps：目標減速・停止点
αi(vc)：速度vcにおける惰性走行減速度
αb：地点Pbcから地点Ps間の制動減速度
vc：定速走行速度、地点P0からの惰性走行開始速度、地点Pbcにおける制動走行開始速度
v1：地点P1からの惰性走行終了速度、地点Pb1における制動走行開始速度
v2：地点P2からの惰性走行終了速度、地点Pb2における制動走行開始速度
v3：地点P3からの惰性走行終了速度、地点Pb3における制動走行開始速度
vb1：惰性走行終了速度
vb1’：制動走行開始速度
m：車両重量
Evc：速度vcで走行中の車両の有する運動エネルギー、
（速度vcから速度0間惰性走行した場合に消費する駆動輪駆動レベルエネルギー）
Ｌi0：速度vcから速度0間惰性走行した場合の惰性走行可能距離
（但しこの間の惰性走行減速度はαi(vc):一定とする）
Ｌbc：速度vcから速度0間の制動走行距離
Lic：速度vcから速度0間惰性走行した場合の惰性走行可能距離
（但しこの間の惰性走行減速度はαi(vc):一定とする）
Li1：速度vcから速度v1間惰性走行した場合の惰性走行可能距離
（但しこの間の惰性走行減速度もαi(vc):一定とする）
Li2：速度vcから速度v2間惰性走行した場合の惰性走行可能距離
（但しこの間の惰性走行減速度もαi(vc):一定とする）
Li3：速度vcから速度v3間惰性走行した場合の惰性走行可能距離
（但しこの間の惰性走行減速度もαi(vc):一定とする）
Lbc：速度vcから速度0間の制動走行距離
Ｌb1：速度v1から速度0間の制動走行距離
Lb2：速度v2から速度0間の制動走行距離
Lb3：速度v3から速度0間の制動走行距離

Claims

交差点等の減速・停止目標地点への減速・制動走行を、車両の減速走行開始時の走行速度に対応した前記減速・停止目標地点上流惰性走行可能距離範囲内の車両の有する運動エネルギー利用効率に対応した複数の惰性走行形態（惰性走行開始点－惰性走行終了点）中から走行中の車両状態・道路状態・交通状況に最適に対応した一形態を選定して行うこと、を特徴とする省エネルギー減速走行制御方法。