JP4876159B2 - カーナビゲーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両のエネルギ消費量を予測する、カーナビゲーションシステムに関する。

環境問題の拡大などにより、車両におけるエネルギの効率的な利用が求められている。このため、カーナビゲーションシステムについても、エネルギ消費量を最小とする経路探索を行うアプリケーションの需要が高まっている。このようなアプリケーションにおいては、探索する経路について車両のエネルギ消費量を予測する技術が必要とされている。なお、ここで述べるエネルギ消費量とは、電気自動車であれば電気エネルギ消費量、ガソリン車またはディーゼル車であれば燃料消費量、複数の動力源を用いる車両であればそれぞれの動力源におけるエネルギの消費量を含むことになる。

車両のエネルギ消費量を決める要因としては、地形，交通情報，車両特性パラメータなどが考えられる。特に車両特性パラメータは、エネルギ消費量に大きな影響を持つため、予測に反映することが必要である。車両特性パラメータとしては、車重や、エンジンまたはモーターのエネルギ消費特性などが考えられる。

このような車両特性を反映したエネルギ消費量の予測を行う方法としては、大きく２つの方法が考えられる。１つは走行時のエネルギ消費実績に基づく方法であり、対象車両や同一車種車両が道路を走行した際のエネルギ消費量を記録しておき、その結果に基づいた予測を行う。この方法の例としては、特開２００６−１１８４７９号公報，特開２００８−２０３８２号公報に記載の発明が挙げられる。

もう１つは、エネルギ消費量を表す物理モデルに基づいて、エネルギ消費量予測を行う方法である。この場合、カーナビゲーションシステムには様々な車種の車両についてエネルギ消費量予測を行うため、ユーザーがエネルギ消費量予測に必要な車両特性パラメータを予め設定しておく必要がある。よく知られた車両のエネルギ消費特性を表す情報としては、モード走行時の燃費データがある。これは規定のモード走行を実施した際のエネルギ消費量を測定したものであり、一定距離あたりのエネルギ消費量や、一定エネルギ消費量あたりの走行距離などを示している。モード走行の手順や、モード走行時の燃費は公開されていることから、ユーザーは予定走行距離を乗じることで、エネルギ消費量を予測することができる。

特開２００６−１１８４７９号公報 特開２００８−２０３８２号公報

走行時のエネルギ消費実績に基づきエネルギ消費量を予測する方法の場合、エネルギ消費量予測が実施できるのは、予測対象車両または対象車両と同一車種の他の車両において走行実績が取得できた道路に限られるため、最小エネルギ消費量の経路探索を実施できない場合がある。

物理モデルを用いてエネルギ消費量予測を行う方法の場合、前述の様に予めユーザーが予測対象車両の車両特性パラメータを設定する必要がある。しかし、エンジンまたはモーターの特性など、専門知識を要する設定を実施することは困難であり、車両のカタログなどから一般的に入手可能な情報や、車両に搭載されているセンサから得た情報に基づき、車両特性パラメータを設定する必要がある。

一般的に入手可能な、車両のエネルギ消費量に関する情報としては、モード走行燃費が存在しており、これと走行距離の情報から、エネルギ消費量を予測することは可能である。しかし、モード走行燃費の値は規定のモード走行手順に従って走行した場合における距離あたりのエネルギ消費量を表す値であり、モード走行燃費の値から走行する経路の地形や交通情報を反映した、精度の高い予測値を得ることはできない。このため、正確な最小エネルギ消費量の経路探索を実施することが困難であるという問題がある。

前記課題を解決するため、所定のモード走行における燃費情報を用いて、探索した経路の燃費を予測するカーナビゲーション装置において、
モード走行時の走行条件における車両の燃料または電気エネルギのエネルギ消費量の理論値である走行特性データを記憶する走行特性データ記憶手段と、
対象車両の車重とモード走行燃費の値を含む基礎情報の入力を受け付ける基本情報設定手段と、
走行特性データと基礎情報から車両のエンジンあるいはモーターにおけるエネルギ消費に関する特性パラメータであるエネルギ消費特性パラメータの推定を行うエネルギ消費特性算出手段と、
基礎情報とエネルギ消費特性パラメータと道路リンクの地形情報及び交通情報を用いて各道路リンクにおけるエネルギ消費量の予測を行うエネルギ消費量予測手段とを備え、
算出された道路リンクごとの予測エネルギ消費量をリンクコストに用いて経路探索を行う経路探索手段を備える。

また、エネルギ消費特性パラメータの推定においては、アイドリング時の電気エネルギ消費量または燃料消費量と、走行時の燃料の燃焼エネルギまたは電気エネルギから運動エネルギへの変換効率を求める。

また、モード走行における燃費情報としては、１０.１５モードやＪＣ０８モードなどの規定のモード走行における燃費を利用する。

また、エネルギ消費特性算出においては、入力された排気量からアイドリング時の電気エネルギ消費量または燃料消費量を推定する。

本発明によれば、専門知識を持たないユーザーにおいても、エンジンまたはモーターのエネルギ消費特性を取得し、交通状況や地形を反映したエネルギ消費量予測と、この予測値に基づいたエネルギ消費量が最小となる経路探索を実施し、探索結果のルートを誘導することで、エネルギ消費量削減の実現が可能となる。

本発明を用いたカーナビゲーションシステムの構成図。 走行手順ＤＢ１１００格納される走行手順のフォーマットを説明する図。 車両特性ＤＢ１３００のデータ構造を示した図。 走行特性データ生成部１２００における処理のフローチャート。 道路地図３４００のデータ構造を示した図。 基本情報設定部３８００における処理のフローチャート。 基本情報設定部におけるモード走行種別と燃費の入力画面表示例。 基本情報設定部における動力タイプの入力画面例。 エネルギ消費特性算出部３９００における処理のフローチャート。 車両情報設定用パラメータＤＢ４０００のデータ構造を示した図。 車両特性データ保存部４１００のデータ構造を示した図。 経路探索部４２００における処理のフローチャート。 エネルギ消費量予測算出部４５００における処理のフローチャート。 走行パターン分析処理Ｓ４５０７における走行パターンの概念図。 走行パターン分析処理Ｓ４５０７における処理のフローチャート。 車両情報設定部３６０００の構成図。 基本情報設定部３８０００における処理のフローチャート。 エネルギ消費特性算出部３９０００における処理のフローチャート。 車両情報設定部３６５００の構成図。 エネルギ消費特性算出部３９５００における処理のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明を用いたカーナビゲーションシステムの実施例について詳しく説明する。

図１は本発明を用いたカーナビゲーションシステムの構成図である。図１に示すカーナビゲーションシステムは、ナビサーバー１０００とナビ端末３０００で構成される。

ナビサーバー１０００は、走行手順ＤＢ１１００と走行特性データ生成部１２００と走行特性ＤＢ１３００を備えている。走行手順ＤＢ１１００は、モード走行燃費を測定する際の、走行手順を格納したデータベースである。図２に、走行手順ＤＢ１１００に格納されている走行手順のフォーマット例を示す。図２に示すように、走行手順は、走行する時間と速度、および走行区間の勾配の関係を各走行ステップごとに規定した情報として、モード走行の種別ごとに格納されているものとする。以降、対象とするモード走行の走行ステップｉにおける走行時間をＴ(ｉ)、走行速度をＶ(ｉ)、走行区間の勾配をθ(ｉ)とする。

走行特性データ生成部１２００では、走行手順ＤＢ１１００に格納された走行手順に従って走行した際の、所要時間ＴＴ［sec］，走行距離Ｌ［ｍ］と、単位質量当たりの車両の走行に伴うエネルギ消費を表す走行指数Ｋ［Ｊ／kg］とを、車両の運動方程式から算出し、走行特性ＤＢ１３００に保存する。本発明ではこれらの３つの量を纏めて、走行特性データと呼ぶ。走行特性ＤＢ１３００における走行特性データのデータ構造を、図３に示す。図３に示すように、走行特性データはモード走行種別毎に保存される。

図４に、走行特性データ生成部１２００における処理のフローチャートを示す。本処理では、処理対象とするモード走行種別の走行手順におけるステップ数だけＳ１２１１からＳ１２１８までの走行手順ステップ処理のループが繰り返し実行される。

走行手順読み込み処理Ｓ１２１２では、走行手順ＤＢ１１００から現在のステップと１つ前のステップの走行手順を読み込む。即ち現在のステップをｉとすると、ステップｉの走行手順と、ステップｉ−１での走行手順を読み込む。ただし、ステップ１(ｉ＝１)の場合は、Ｔ(０)＝０，Ｖ(０)＝Ｖ(１)，θ(０)＝θ(１)であるものとする。

所要時間算出処理Ｓ１２１３では、ｉ番目のステップにおける１ステップあたりの所要時間ｔ(ｉ)［sec］を、ｔ(ｉ)＝Ｔ(ｉ)−Ｔ(ｉ−１)として算出し、全体での所要時間ＴＴに、ＴＴ＝ＴＴ＋ｔ(ｉ)として加算する。次に、走行距離算出処理Ｓ１２１４では、ｉ番目のステップにおける１ステップあたりの走行距離ｌ(ｉ)［ｍ］を、ｌ(ｉ)＝Ｖ(ｉ)×Ｔ(ｉ)として算出し、全体での走行距離Ｌに、Ｌ＝Ｌ＋ｌ(ｉ)として加算する。

運動エネルギ消費算出処理Ｓ１２１５では、ｉ番目のステップにおける１ステップあたりの、単位質量あたり運動エネルギ消費ｋ(ｉ)［Ｊ／kg］を、ｋ(ｉ)＝（μ＋sin(θ)）×ｇ×ｌ(ｉ)＋（Ｖ(ｉ)−Ｖ(ｉ−１)）×ｌ(ｉ)として計算する。ここで摩擦係数μ［Ｎ／ｍ］に関しては、車種間での摩擦係数の差違は小さいと考えて、全車種共通の値を用いるものとする。例えばここでは、μ＝０.０２［Ｎ／ｍ］とする。またｇは、重力加速度ｇ［ｍ／sec²］であるものとする。

そしてＳ１２１６では、単位質量あたり運動エネルギ消費ｋ(ｉ)が０より大きいか否かを判定する。これは、単位質量あたり運動エネルギ消費ｋ(ｉ)が正の場合は、走行に伴う車両のエネルギ消費が発生するが、負の場合は、車両のエネルギ消費が発生しないため、走行指数Ｋを算出するに当たっては、単位質量あたり運動エネルギ消費ｋ(ｉ)が正の場合のみを考慮する必要があるためである。ｋ(ｉ)が０より大の場合は、走行指数算出処理Ｓ１２１７を実行して、ｋ(ｉ)を走行指数Ｋに、Ｋ＝Ｋ＋ｋ(ｉ)として加算する。一方、ｋ(ｉ)が負の場合は走行指数算出処理Ｓ１２１７をスキップする。

こうしてステップｉにおける走行指数Ｋの増分を計算し終えると、Ｓ１２１８では、処理対象とするモード走行種別の走行手順の全てのステップについて処理が済んだか否かを判断し、処理が済んでいなければ、ｉを１つ進めて、ループ先頭のＳ１２１１へ戻る。

走行手順の全てのステップｉについての処理が完了した後、走行特性データ保存処理Ｓ１２１９において、Ｓ１２１１からＳ１２１８までのループ処理により作成された走行特性データ（所要時間ＴＴ，走行距離Ｌ，走行指数Ｋ）を、走行特性ＤＢ１３００に、使用した走行手順のモード走行種別と共に格納する。この手順により作成された走行特性データは、車種に依存せず、モード走行手順のみで定められる値となっている。

以上の処理によりナビサーバー１０００において作成された走行特性ＤＢ１３００のモード走行種別毎の走行特性データは、ＤＶＤ２１００または不揮発性の半導体メモリ２２００等のメディアを通じて、ナビ端末３０００に渡され、ナビ端末３０００中の走行特性ＤＢ３７００に保存される。

次に、ナビ端末３０００の構成について説明する。ナビ端末３０００は、表示装置３１００，入力装置３２００，ＧＰＳ３３００，道路地図３４００，外部メディア読み取り部３５００，車両情報設定部３６００，車両特性データ保存部４１００，経路探索部４２００，エネルギ消費量予測部４３００，経路案内部４６００を備えている。表示装置３１００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などにより、任意の図形や文字をカラー表示可能なものである。入力装置３２００は、ボタン、あるいは表示装置３１００のＬＣＤと一体化されたタッチパネルであり、ユーザーからの各種入力を受け付けるものである。ＧＰＳ３３００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）により、自車の現在の座標を取得する装置である。

道路地図３４００には、各道路リンクのリンク情報が格納されているものとする。なお、道路リンクとは、例えば交差点から交差点の間などの、道路上の一定区間を表すものであり、道路地図の構成単位となるものである。以下、リンクと言えば道路リンクを指すものとする。図５に道路地図３４００におけるリンク情報のデータ構造を示す。リンク情報には、リンク番号，リンク長，「高速道路」／「一般道路」といった道路種別、緯度・経度による道路リンクの始端／終端のリンク座標，道路リンクの始端／終端に接続する他の道路リンクのリンク番号により接続関係を表した接続リンク番号、リンク内の平均勾配を表すためのリンク始終端高度差などの情報を含んでいる。また、リンク情報としては、同じ道路の同じ区間であっても、道路の上下線に対してそれぞれ別のリンク番号を付与するものとし、リンクの始端・終端は道路の走行方向に合わせて定義する。

外部メディア読み取り部３５００では、ＤＶＤ２１００，不揮発性の半導体メモリ２２００などのメディアを読み取り、ナビサーバー１０００により作成された走行特性ＤＢ１３００に格納されたモード走行種別毎の走行特性データを、これらのメディアを介して読み出して、後述する車両情報設定部３６００の走行特性ＤＢ３７００に保存する。

車両情報設定部３６００は、走行特性ＤＢ３７００と基本情報設定部３８００とエネルギ消費特性算出部３９００と車両情報設定用パラメータＤＢ４０００とで構成される。この走行特性ＤＢ３７００は、前述のようにナビサーバー１０００の走行特性ＤＢ１３００から走行特性データをコピーしたものであり、走行特性ＤＢ１３００と同一のデータ構造を持つものとする。車両情報設定部３６００の処理は、ナビ端末３０００の初回起動時などのように、ナビ端末３０００に車両特性パラメータが設定されていない場合、あるいは、ユーザーからの指示により車両情報の設定が行われる場合に実行される。この時、始めに基本情報設定部３８００の処理が開始される。

基本情報設定部３８００は、入力装置３２００と表示装置３１００を通じて、車重Ｗ［kg］，モード走行種別，モード走行燃費Ｒ［km／Ｌ］（電気自動車の場合はＲ［km／Ｗｈ］），ハイオクガソリンエンジン・レギュラーガソリンエンジン・ディーゼルエンジン・電気自動車といった動力タイプ，排気量Ｄ［cc］などの、ユーザーからの入力を受け付ける。これらの各項目は、車両の専門知識を有さない一般ユーザーでも、車両の車検証、カタログ、あるいはＷｅｂサイトなどから入手可能な情報である。本発明では基本情報設定部３８００において入力される情報を、纏めて基本情報と呼ぶ。

基本情報設定部３８００における処理のフローチャートを図６に示す。車重入力処理Ｓ３８１１では、入力装置３２００を介してユーザーからの車重の入力を受け付ける。モード走行種別入力処理Ｓ３８１２では、始めに走行特性ＤＢ３７００に保存されている走行特性データについてモード走行種別の一覧を作成し、この一覧を表示装置３１００に表示してユーザーへ提示し、車両情報の設定に使用する走行特性データのモード走行種別の選択を入力装置３２００を介してユーザーから受け付ける。図７（ａ）にモード走行種別の一覧を表示した時の画面表示例を示す。

モード走行燃費入力処理Ｓ３８１３では、モード走行種別入力処理Ｓ３８１２においてユーザーが選択したモード走行種別に対する燃費値を、入力装置３２００を介してユーザーにから受け付ける。燃費値を入力する際の表示装置３１００における画面表示の例を図７（ｂ）に示す。この画面表示では、選択されているモード走行種別に対応した選択ボタンの色を変更したり、選択していないモード走行種別に対応した選択ボタンを淡色表示するなどして、選択されているモード走行種別を強調して表示することで、誤入力を防ぐことが考えられる。

動力タイプ入力処理Ｓ３８１４では、図８に示すように、表示装置３１００へ車両の動力タイプの一覧を表示した選択画面をユーザーに提示して、対象車両が用いられている動力源の入力を受け付ける。

Ｓ３８１５では、動力タイプ入力処理Ｓ３８１４における動力源の入力結果に基づき、対象車両の動力源が、ハイオクガソリンエンジン，レギュラーガソリンエンジン，ディーゼルエンジンといった内燃機関の場合は、排気量入力処理Ｓ３８１６に進み、電気自動車の場合は排気量Ｄの値は設定不要であるため排気量入力処理Ｓ３８１６をスキップする。排気量入力処理Ｓ３８１６では、ユーザーから対象車両の排気量Ｄの数値を入力装置３２００を介して受け付ける。以上の処理によりユーザーによる基本情報の入力を受け付けて、基本情報設定部３８００における処理が終了する。

基本情報設定部３８００における処理終了後に、エネルギ消費特性算出部３９００の処理を実施する。エネルギ消費特性算出部３９００では、基本情報設定部３８００において設定された基本情報と、走行特性ＤＢ３７００の走行特性データを元にして、車両のエネルギ消費特性パラメータを求める。ここでエネルギ消費特性パラメータとは、車両の動力源であるエンジンまたはモーターのエネルギ消費の特性を表す量であり、車両の特性によって決まる量である。ここでは以下に示す基礎消費係数Ｆとエネルギ効率Ｅの２つの量をまとめて、エネルギ消費特性パラメータと呼ぶ。車両のエネルギ消費量Ｑ［Ｊ］と、走行時間Ｓ［sec］，車両の運動エネルギ消費Ｋ′［Ｊ］の間には、以下のような（式１）の関係が成り立つ。

Ｑ＝Ｆ×Ｓ＋１／Ｅ×Ｋ′ （式１）
ここで、基礎消費係数Ｆは、エンジンや駆動系の内部抵抗に対して消費される単位時間当たりのエネルギ量で、アイドリング時に消費されるエネルギ量に当たり、単位はＪ／secである。またエネルギ効率Ｅは、電気エネルギまたは燃料の燃焼エネルギから、運動エネルギへの変換効率を表すものである。

エネルギ消費特性算出部３９００におけるエネルギ消費特性パラメータの算出処理のフローチャートを図９に示す。基本情報受領処理Ｓ３９１１では、前述の処理でユーザーが入力した基本情報を基本情報設定部３８００から受領する。続く車両情報設定用パラメータ取得処理Ｓ３９１２では、以降の処理で使用するため、受領した基本情報における動力源の種別に基づく車両情報設定用パラメータを、車両情報設定用パラメータＤＢ４０００より取得する。ここで、車両情報設定用パラメータＤＢ４０００は、図１０に示すように、動力源種別によって異なるデータを含む。車両情報設定用パラメータに含まれるデータの内、排気量−基礎消費係数関係αの意味については後述する。またエネルギ当量Ｈは、燃費Ｒの単位を通常用いられるkm／Ｌあるいはkm／Ｗｈなどから、燃費Ｒ×Ｈとすることで、km／Ｊの単位に変換するために用いられる係数であり、単位量の燃料・電力あたりの発生エネルギ量を示している。

Ｓ３９１３では、基本情報における動力源種別によって処理を分岐する。この時、ハイオクガソリンエンジン，レギュラーガソリンエンジン，ディーゼルエンジンといった、内燃機関を搭載した車両の場合は内燃機関用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１４に進み、電気自動車の場合は、電気自動車用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１５に進む。

内燃機関用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１４では、内燃機関搭載車における、基礎消費係数Ｆの決定を行う。基礎消費係数Ｆはアイドリング時のエネルギ消費であり、排気量にほぼ比例すると考えることができる。従って、排気量と基礎消費係数の比例関係をあらかじめ定めておき、この比例関係を比例係数である排気量−基礎消費係数関係αとして表せば、基礎消費係数Ｆは基本情報中の排気量Ｄを用いて、Ｆ＝αＤとして決定できる。

比例係数であるαの決定方法としては、例えばナビゲーションシステムの搭載対象車両のうち、動力源種別毎に、代表的な車種において排気量Ｄ′とアイドリング時のエネルギ消費量Ｆ′の計測を行い、α＝Ｆ′／Ｄ′として決定することが考えられる。これにより、動力源種別毎に１車種で計測を行うのみで、様々な排気量の車種における基礎消費係数を決定できる。本方式ではこの比例係数のαが車両情報設定用パラメータＤＢ４０００にあらかじめ作成され、保存されているものとする。

電気自動車用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１５では、電気自動車における基礎消費係数Ｆの決定を行う。電気自動車の場合は、アイドリングによるエネルギ消費量は発生しないと考えられるので、Ｆ＝０とする方法が考えられる。

また、内燃機関搭載車，電気自動車ともに、電装品やエアコンなどによるエネルギ消費量が無視できない程度に見込まれる場合は、基礎消費係数に電装品やエアコンなどによるエネルギ消費量の時間平均値を加算しておくことで、より正確なエネルギ消費量の予測が可能となる。

走行特性データ読み込み処理Ｓ３９１６では走行特性ＤＢ３７００より、基本情報に含まれるモード走行種別における、走行特性データを取得する。

エネルギ効率算出処理Ｓ３９１７では、エネルギ効率Ｅの算出を行う。基本情報受領処理Ｓ３９１１で受領した基本情報に設定されているモード走行種別で表されるモード走行を行った場合におけるエネルギ消費量Ｑは、走行特性データ読み込み処理Ｓ３９１６で取得した走行特性データから、基本情報のモード走行燃費Ｒと、走行特性データの走行距離Ｌより、Ｑ＝Ｌ／（Ｒ×Ｈ）と求めることができる。またエネルギ消費量Ｑについては（式１）が成り立ち、（式１）の右辺の第１項Ｆ×Ｓについては、今Ｆが内燃機関用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１４または電気自動車用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１５において定められており、また旅行時間Ｓは、走行特性データの所要時間ＴＴから、Ｓ＝ＴＴとすることができる。また運動エネルギ消費Ｋ′は、走行特性データの走行指数Ｋが、モード走行種別における単位質量あたりの総運動エネルギであることから、基本情報の車重Ｗを用いて、Ｋ′＝Ｗ×Ｋのように定めることができる。

このように、（式１）におけるＥ以外の全ての量を定めることができることから、（式１）を解くことで、エネルギ効率Ｅを、以下の（式２）のように定めることが可能である。

Ｅ＝Ｗ×Ｋ／（Ｌ／(Ｒ×Ｈ)−Ｆ×ＴＴ） （式２）
車両特性データ保存処理Ｓ３９１８では、内燃機関用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１４または電気自動車用基礎消費係数算出処理Ｓ３９１５で求めた基礎消費係数Ｆ及びエネルギ効率算出処理Ｓ３９１７で求めたエネルギ効率Ｅからなるエネルギ消費特性パラメータと、基本情報受領処理Ｓ３９１１で受領した基本情報とを、車両特性データとして車両特性データ保存部４１００に保存する。車両特性データ保存部４１００のデータフォーマット例を図１１に示す。

次に、経路探索部４２００の処理について説明する。経路探索部４２００における処理のフローチャートを図１２に示す。経路探索部４２００では、探索開始指示受付処理Ｓ４２０１において、入力装置３２００を通じてユーザーからの出発地，目的地、および出発時間の入力と経路探索の実施指示を受け付ける。出発地はＧＰＳ３３００で取得した自車位置を入力しても良い。また、出発時間についても、ユーザーからの入力の他に、図示されていないタイマーから取得した現在時刻を用いても良い。

次に、予測対象リンクリスト生成処理Ｓ４２０２において、エネルギ消費量の予測対象とする道路リンクを抽出した予測対象リンクリストを生成する。予測対象のリンクとしては、出発地・目的地間の経路に含まれる可能性が高いリンクを抽出する。これは例えば、リンクの始端または終端のいずれかが、出発地・目的地間を結ぶ直線から一定距離以内にある全てのリンクを道路地図３４００から抽出する方法が考えられる。

次に、予測エネルギ消費量要求処理Ｓ４２０３においては、エネルギ消費量予測部４３００に、予測対象リンクリストと出発時間を引き渡し、予測対象リンクリストに含まれるリンクにおけるエネルギ消費量を予測する。エネルギ消費量予測部４３００での処理については、後述する。

予測エネルギ消費量受領処理Ｓ４２０４では、エネルギ消費量予測部４３００によって算出された、予測対象リンクリストに含まれるリンクの予測エネルギ消費量を受領する。

経路探索処理Ｓ４２０５では、受領した予測エネルギ消費量をリンクのコストとして、道路地図３４００中の接続リンク番号として表されるリンク間接続情報と合わせて、ダイクストラ法などの最小コスト経路探索アルゴリズムを用いることで、出発地と目的地との間のエネルギ消費量が最小となる経路を探索する。探索されたエネルギ消費量が最小となる経路は、経路案内部４６００に引き渡される。

ここで、本発明におけるエネルギ消費量の予測処理について説明する。本発明では、エネルギ消費量予測部４３００により、地形と交通情報と車両特性パラメータを考慮して、リンク単位でのエネルギ消費量予測を実施する。このエネルギ消費量予測部４３００は、交通情報予測部４４００と、エネルギ消費量予測算出部４５００から構成される。

交通情報予測部４４００は、各リンクについて過去に収集されたリンク旅行時間を日種や時間帯別に分類し集計することによって作成した統計交通情報から、エネルギ消費量の予測対象とするリンクそれぞれについて推定通過時刻に対応する時間帯の旅行時間を取得して、これを各リンクについての予測リンク旅行時間Ｔ_PREDとし、エネルギ消費量予測算出部４５００に引き渡す。なお、ここでリンクの推定通過時刻は、例えば、経路探索実施時点での現在位置と現在時刻を用いて現在位置からエネルギ消費量予測対象リンク始端あるいは終端までの直線距離を算出し、あらかじめ統計交通情報により算出した予測対象リンクが含まれる地域／地図メッシュにおける平均の車両速度で、この直線距離を割って得た時間を、現在時刻に加算するなどして得る方法が考えられる。

エネルギ消費量予測算出部４５００は、道路地図３４００と、交通情報予測部４４００による予測リンク旅行時間と、車両情報設定部３６００による車両特性データとから、経路探索部４２００から引き渡された予測対象リンクリストに含まれる予測対象リンクについてエネルギ消費量予測を行う。

図１３に、エネルギ消費量予測算出部４５００における処理のフローチャートを示す。まず車両特性データ取得処理Ｓ４５０１では、車両情報設定部３６００で求め車両特性データ保存部に格納した、エネルギ消費量予測の対象とする車両の車両特性データを取得する。

予測対象リンクリスト・出発時間受領処理Ｓ４５０２では、経路探索部４２００より、エネルギ消費量予測を実施するリンクからなる予測対象リンクリストと、エネルギ消費量予測の対象とする各リンク毎の推定通過時間帯を算出するための基準となる出発時間を受領する。

エネルギ消費量予測算出部４５００では、Ｓ４５０３からＳ４５０８の予測対象リンクリスト処理のループを繰り返すことにより予測対象リンクリスト内の全リンクに対して、エネルギ消費量予測を実施する。

始めに予測リンク旅行時間取得処理Ｓ４５０４では、交通情報予測部４４００から、処理対象リンクについて上記のようにして求めた予測リンク旅行時間Ｔ_PREDを受領する。道路地図情報取得処理Ｓ４５０５においては、処理対象リンクのリンク番号と、道路地図３４００に含まれるリンク番号を対応させて、処理対象リンクのリンク情報を道路地図３４００より読み込む。

走行パターン分析処理Ｓ４５０６では、予測リンク旅行時間Ｔ_PREDから、処理対象リンク内における走行速度および加減速といった走行パターンを分析する。本発明ではこの走行パターンを予測リンク旅行時間Ｔ_PREDから求める。図１４に示す本発明における走行パターン予測の概念図のように、本発明では、リンク内での最大速度Ｖ_MAXによる一定速度での走行状態と、最大速度Ｖ_MAXと時速０km／ｈ（つまり停止状態）との間の加減速状態の発生回数Ｎ回の組み合わせとして走行パターンを表す。

図１５に、走行パターン分析処理Ｓ４５０６における処理の詳細を示す。リンク内平均速度算出処理Ｓ４５０６１では、リンク内での平均速度Ｖ_AVEを算出する。これはリンク長Ｌと、予測リンク旅行時間Ｔ_PREDとから、Ｖ_AVE＝Ｌ／Ｔ_PREDとして算出される。

リンク内最大速度算出処理Ｓ４５０６２では、Ｖ_AVEに一定速度Ｖ_ADDを加算することでリンク内での最大速度Ｖ_MAXを定める。例えば、加算するＶ_ADDは、道路地図３４００から取得したリンク情報における道路種別から、一般道路ではＶ_ADD＝１０km／ｈ、高速道路ではＶ_ADD＝２０km／ｈなどとすることが考えられる。

加減速回数算出処理Ｓ４５０６３では、最大速度Ｖ_MAXと時速０km／ｈ間の加減速発生回数Ｎを、予測リンク旅行時間Ｔ_PREDと道路種別に基づいて予測する。走行中は信号や速度のゆらぎなどによる加減速が発生するため、一定時間ごとに加減速が発生すると近似することができる。そこで、典型的な加減速間隔をＴ_Cとして、Ｎ＝Ｔ_PRED／Ｔ_Cとすることで、Ｎを定めることが可能である。このとき、一般道路では信号などの影響を反映して加減速間隔は短く、高速道路では速度変化が小さくなることから、加減速間隔を長く設定することが考えられる。例えば、一般道路ではＴ_C＝６０［sec］とし、高速道路では、Ｔ_C＝１２０［sec］などとすることが考えられる。以上のようにして、処理対象リンクの走行パターンを表す最大速度Ｖ_MAX、加減速状態の発生回数Ｎが求まる。

次にエネルギ消費量予測計算処理Ｓ４５０７では、（式１）に示した車両のエネルギ消費モデルに基づく関係式を用いて、エネルギ消費量Ｑを予測する。この処理では（式１）の基礎消費係数Ｆとして、車両情報設定部３６００で計算され、車両特性データ保存部４１００に格納された車両特性データのエネルギ消費特性パラメータにおける基礎消費係数Ｆを用い、（式１）の走行時間Ｓとしては、予測リンク旅行時間Ｔ_PREDを用いる。また、道路地図３４００より処理対象リンクについて取得したリンク情報から求めたリンク長をｌ、リンクの平均勾配をθとし、摩擦係数μおよび重力加速度ｇは、走行特性データ生成部１２００の処理で用いた値と同じであるものとし、車両特性データに設定されている車重Ｗから、車両の運動エネルギ消費Ｋ′［Ｊ］は、摩擦，勾配，走行パターンにおける加減速の影響を考慮することで、
Ｋ′＝Ｗ×ＭＡＸ（０，((μ＋sin(θ))×ｇ×ｌ＋Ｎ×Ｖ_MAX ²／２)） （式３）
のように計算される。なお、関数ＭＡＸは引数のうち最大値を返す関数であり、走行特性データ生成部１２００における走行指数Ｋの算出時に運動エネルギ消費が正の値だけを累計したのと同様に、Ｋ′が負の値にならないようにしている。ここで、リンク始終端高度差ｈとリンク長ｌからsin(θ)＝ｈ／ｌとなるため、（式１）のエネルギ消費量モデルによって、
Ｑ＝Ｆ×Ｔ_PRED＋１／Ｅ×Ｗ×ＭＡＸ(０，(μ×ｇ×ｌ＋ｇ×ｈ＋Ｎ×Ｖ_MAX ²／２))
（式４）
のようにして、処理対象リンクにおけるエネルギ消費量Ｑの予測を実施する。

上記Ｓ４５０３からＳ４５０８までの予測対象リンクリスト処理を繰り返し、Ｓ４５０８において予測対象リンクリストの全てのリンクについて処理が済んでいた場合には、このループ処理を終了する。全てのリンクについて処理が終了いていない場合には、未処理のリンクを予測対象リンクリストから１つ選んで処理対象リンクとして、再び予測対象リンクリスト処理を実行する。このループ処理の終了後、予測対象リンクリストの全てのリンクに対して算出された予測エネルギ消費量は、予測エネルギ消費量引き渡し処理Ｓ４５０９によって、経路探索部４２００に引き渡される。

次に、経路案内部４６００の処理について説明する。経路案内部４６００では、経路探索部４２００から取得した経路の情報を、道路地図３４００やＧＰＳ３３００から取得した自車の現在位置とともに、表示装置３１００に表示する。これによりドライバは、ナビ端末３０００の案内に従うことで、エネルギ消費量が最小となる経路を走行可能となる。

以上の構成により、専門知識を持たないユーザーにおいても、車両のエネルギ消費量特性パラメータを設定し、交通状況や地形を反映したエネルギ消費量予測と、それに基づいたエネルギ消費量最小の経路探索を実施し、探索結果のルートを走行することで、エネルギ消費量削減が可能となる、カーナビゲーションシステムが実現する。

次に実施例１の変形を説明する。この実施例２のカーナビゲーションシステムにおいては、実施例１で説明したカーナビゲーションシステムのナビ端末３０００において、車両情報設定部のみが異なる。図１６に、実施例２における車両情報設定部３６０００の構成を示す。

実施例２における車両情報設定部３６０００は、実施例１における車両情報設定部３６００とその概略構成は同一であり、走行特性ＤＢ３７００，基本情報設定部３８０００，エネルギ消費特性算出部３９０００，車両情報設定用パラメータＤＢ４００００を備えている。

実施例１における車両情報設定用パラメータＤＢ４０００と比べ、車両情報設定用パラメータＤＢ４００００には、実施例１の車両情報設定用パラメータＤＢ４０００に格納される情報の内、エネルギ当量Ｈの情報のみを記憶しておくものとする。

また基本情報設定部３８０００は、実施例１の基本情報設定部３８００と同様、入力装置３２００と表示装置３１００を通じて、車重Ｗ［kg］，二種類以上のモード走行種別および、各モード走行種別に対応するモード走行燃費Ｒ［km／Ｌ］（または［km／Ｗｈ］単位）、動力タイプなど基本情報の、ユーザーからの入力を受け付ける。しかし、排気量の入力は求めない。図１７に、基本情報設定部３８０００における処理のフローチャートを示す。このフローチャートも図６に示した実施例１における基本情報設定部３８００の処理と同様であり、車重入力処理Ｓ３８１１では、ユーザーによる車重の入力を受け付ける。モード走行種別入力処理Ｓ３８１２では、モード走行種別一覧からのユーザーの選択を受け付ける。モード走行燃費入力処理Ｓ３８１３でも、モード走行種別に対応した燃費の値をユーザーから受け付ける。

しかしＳ３８１０１では、別のモード走行種別とモード走行燃費の情報があるかを、ユーザーに問い合わせ、別の情報がある場合にはＳ３８１２に戻り、他のモード走行種別に関する入力を受け付ける。別の情報が無い場合は動力タイプ入力処理Ｓ３８１４に進み、動力タイプ入力処理Ｓ３８１４では、ユーザーからの動力タイプの入力を受け付ける。そして、実施例１の基本情報設定部３８００の処理とは異なり、排気量の入力処理は行わず、ユーザーによる基本情報の入力を終了する。基本情報設定部３８０００の処理終了後は、エネルギ消費特性算出部３９０００の処理を実施する。

エネルギ消費特性算出部３９０００では、基本情報設定部３８０００において設定された基本情報と、走行特性ＤＢ３７０００の情報を元にして、車両のエネルギ消費特性パラメータを定める。設定するエネルギ消費特性パラメータの種類は、実施例１と同一とする。

以下、図１８に示すエネルギ消費特性算出部３９０００のフローチャートを用いて、実施例２におけるエネルギ消費特性算出部３９０００の処理について説明する。基本情報受領処理Ｓ３９１０１では、基本情報設定部３８０００からユーザーが入力した基本情報を受領する。車両情報設定用パラメータ取得処理Ｓ３９１２は、車両情報設定用パラメータＤＢ４００００より、動力タイプに対応するエネルギ当量Ｈのデータを読み込む。

Ｓ３９１０３では、ユーザーが入力した基本情報に２種類以上のモード走行種別とその燃費データが含まれるかを判定し、２種類以上のモード走行種別に対応した燃費データが基本情報に含まれているならば走行特性データ読み込み処理Ｓ３９１０４に進み、モード走行種別が１種類のみの場合は、続く車両情報設定を行わずに処理を終了する。以下の説明では、入力されたモード走行種別とこれに対応した燃費データの個数をＭ個とする。

走行特性データ読み込み処理Ｓ３９１０４では、走行特性ＤＢ３７００より、基本情報に含まれる全てのモード走行種別に対する走行特性データを取得する。

エネルギ消費特性推定処理Ｓ３９１０５では、エネルギ消費特性パラメータである基礎消費係数Ｆとエネルギ効率Ｅの推定処理を行う。基本情報受領処理Ｓ３９１０１により基本情報として受領した複数のモード走行特性に対応する燃費と、走行特性データ読み込み処理Ｓ３９１０４で取得した各モード走行特性の走行特性データについて、複数のモード走行種別を区別する添え字をｉとしたとき、ｉ番目のモード走行種別における走行距離Ｌ_i，所要時間ＴＴ_i，走行指数Ｋ_iから、実施例１におけるエネルギ効率算出処理Ｓ３９１７の場合と同様に、エネルギ消費量Ｑ＝Ｌ_i／（Ｒ_i×Ｈ），旅行時間Ｓ＝ＴＴ_i，運動エネルギ消費Ｋ′＝車重Ｗ×Ｋ_iと定めることで、（式１）に対応するエネルギ消費の式は、
Ｌ_i／（Ｒ_i×Ｈ）＝Ｆ×ＴＴ_i＋１／Ｅ×Ｗ×Ｋ_i （式５）
となり、モード走行種別についてこのようなＭ個の式を得ることができる。

このＭ個の式を連立して、基礎消費係数Ｆ，エネルギ効率Ｅについて解くことで、目的のエネルギ消費特性パラメータが得られる。ただし、Ｍ＞３の場合は、解が求まらない可能性もあるので、その場合は例えば、誤差の２乗和であるｅ＝Σ(Ｌ_i／(Ｒ_i×Ｈ)−Ｆ×ＴＴ_i＋１／Ｅ×Ｗ×Ｋ_i)²を評価関数として、このｅを最小とするような基礎消費係数Ｆとエネルギ効率Ｅの値をエネルギ消費特性パラメータの推定値とする。

車両特性データ保存処理Ｓ３９１０６では、受領した基本情報と、計算したエネルギ消費特性パラメータの推定値を、実施例１の車両特性データ保存処理Ｓ３９１８と同様に、車両特性データ保存部４１００に保存する。

以上に示した手順により、実施例２におけるエネルギ消費特性パラメータの算出が実施される。実施例２では、実施例１と比較して、排気量が不明である場合でもエネルギ消費特性を設定できる。また、基礎消費係数Ｆの推定のために予め代表的な車種においてアイドリング時のエネルギ消費量Ｆ′の計測を行う必要が無い。

次に実施例１の他の変形を説明する。この実施例３のカーナビゲーションシステムにおいては、実施例１のカーナビゲーションシステムにおけるナビ端末３０００において、車両情報設定部のみが異なる。図１９に、実施例３における車両情報設定部３６５００の構成を示す。実施例３における車両情報設定部３６５００は、走行特性ＤＢ３７００と基本情報設定部３８５００とエネルギ消費特性算出部３９５００とエネルギ消費量センサ４０５００と車速センサ４１５００と車両情報設定用パラメータＤＢ４２５００を備える。

エネルギ消費量センサ４０５００は、車両のエネルギ消費量を測定するセンサであり、動力源種別が電気自動車の場合は電力計などの計測手段であり、動力源としてハイオクガソリンエンジン，レギュラーガソリンエンジン，ディーゼルエンジンといった内燃機関を搭載した車両の場合は、燃料流量計やインジェクタなど燃料供給に関する情報を取得できるものであり、例えばインジェクタ開弁時間の情報などにもとづいて求めた燃料の噴出量や燃料流量計の値から求めた燃料の供給量を消費した燃料の量とし、これを使用している燃料の種類に応じてエネルギ消費量に換算した値を出力するものとする。

車速センサ４１５００は、タイヤの回転数測定などによって車両の速度を測定するセンサである。

車両情報設定用パラメータＤＢ４２５００は、実施例２の車両情報設定用パラメータＤＢ４００００と同様、エネルギ当量Ｈの情報のみを含むものとする。

基本情報設定部３８５００は、入力装置３２００と表示装置３１００を通じて、車重Ｗ［kg］，モード走行種別および、モード走行燃費Ｒ［km／Ｊ］など基本情報のユーザーからの入力を受け付ける。しかし、実施例２の場合と同様に、排気量の入力は求めない。

エネルギ消費特性算出部３９５００は、基本情報設定部３８５００においてユーザーが設定した基本情報と、走行特性ＤＢ３７５００と、エネルギ消費量センサ４０５００の情報を元にして、車両のエネルギ消費特性パラメータを定める。設定するエネルギ消費特性パラメータの種類は、実施例１の場合と同一とする。

図２０は、エネルギ消費特性算出部３９５００における処理のフローチャートである。本実施例３において、エネルギ消費特性算出部３９５００の処理は、基本情報設定部３８５００の処理が終了したのち、実際に車両が走行を開始してから実行される。

基本情報受領処理Ｓ３９５０１では、基本情報設定部３８５００においてユーザーから入力された基本情報を受領する。次に、車両情報設定用パラメータ取得処理Ｓ３９５０２は、受領した基本情報で設定された動力タイプに対応する車両情報設定用パラメータを、車両情報設定用パラメータＤＢ４２５００から読み込む。

センサ情報取得処理Ｓ３９５０３では、エネルギ消費量と車速の値を、それぞれエネルギ消費量センサ４０５００と車速センサ４１５００から取得する。センサ情報の取得は一定時間行うものとし、例えば１０分間行うものとする。

基礎消費係数算出処理Ｓ３９５０４では、センサ情報取得処理Ｓ３９５０３で取得したエネルギ消費量と車速の値から、車速が０km／ｈとなっている場合をアイドリング状態と判定し、アイドリング状態の時に取得したエネルギ消費量の平均値を基礎消費係数Ｆとして設定する。ただし、上記のように一定時間取得したセンサ情報にアイドリング状態と判定されるデータが存在しなかった場合は、基礎消費係数Ｆの設定を行わない。

Ｓ３９５０５では、基礎消費係数Ｆの算出が成功したかを判定する。即ち前述のように、アイドリング状態と判定されるセンサ情報が存在しなかった場合は、ここで算出失敗と判定され、再びセンサ情報取得処理Ｓ３９５０３が実施され、センサ情報が取得される。基礎消費係数Ｆの算出に成功した場合は、走行特性データ読み込み処理Ｓ３９５０６に進む。

走行特性データ読み込み処理Ｓ３９１６，エネルギ効率算出処理Ｓ３９１７，車両特性データ保存処理Ｓ３９１８は、それぞれ図９における、対応する処理と同一であり、エネルギ効率算出処理Ｓ３９１７ではエネルギ効率Ｅが算出され、車両特性データ保存処理Ｓ３９１８では求めた基礎消費係数Ｆ及びエネルギ効率算出処理Ｓ３９１７で求めたエネルギ効率Ｅからなるエネルギ消費特性パラメータと、基本情報受領処理Ｓ３９５０１で受領した基本情報とを、車両特性データとして車両特性データ保存部４１００に保存する。

実施例３は実施例１と比較して、排気量の入力および、事前の代表的な車種におけるアイドリング時のエネルギ消費量の計測が不要となる。

１０００ ナビサーバー
１１００ 走行手順ＤＢ
１２００ 走行特性データ生成部
１３００ 走行特性ＤＢ
３０００ ナビ端末
３１００ 表示装置
３２００ 入力装置
３３００ ＧＰＳ
３４００ 道路地図
３５００ 外部メディア読み取り部
３６００，３６０００，３６５００ 車両情報設定部
３７００ 走行特性ＤＢ
３８００，３８０００，３８５００ 基本情報設定部
３９００，３９０００，３９５００ エネルギ消費特性算出部
４０００，４００００，４２５００ 車両情報設定用パラメータＤＢ
４１００ 車両特性データ保存部
４２００ 経路探索部
４３００ エネルギ消費量予測部
４４００ 交通情報予測部
４５００ エネルギ消費量予測算出部
４０５００ エネルギ消費量センサ
４１５００ 車速センサ

Claims (6)

1. 所定の走行条件の下での燃費情報を用いて、探索した経路の燃費を予測するカーナビゲーション装置において、
   前記所定の走行条件における車両の燃料または電気エネルギのエネルギ消費量の理論値である走行特性データを記憶する走行特性データ記憶手段と、
   少なくとも車重と前記所定の走行条件における対象車両の燃費の値を含む基礎情報の入力を受け付ける基本情報設定手段と、
   前記走行特性データと前記基礎情報を用いて、車両のエンジンあるいはモーターにおけるエネルギ消費に関する特性パラメータであるエネルギ消費特性パラメータの推定を行うエネルギ消費特性算出手段と、
   前記基礎情報と前記エネルギ消費特性パラメータと道路リンクの地形情報及び交通情報を用いて各道路リンクにおけるエネルギ消費量の予測を行うエネルギ消費量予測手段とを備え、
   算出された道路リンクごとの予測エネルギ消費量をリンクコストに用いて経路探索を行う経路探索手段を備える
   ことを特徴とするカーナビゲーション装置。
2. 前記エネルギ消費特性算出手段において、エネルギ消費特性パラメータとして、アイドリング時の電気エネルギ消費量または燃料消費量と、走行時の燃料の燃焼エネルギまたは電気エネルギから運動エネルギへの変換効率を設定することを特徴とする、請求項１に記載のカーナビゲーション装置。
3. 前記基本情報設定手段において、ユーザーから入力される車両特性として、車両重量，排気量，１０.１５モードやＪＣ０８モードなどのモード走行の種類、該モード走行における燃費の入力を受け、走行特性データ生成手段において、該モード走行での規定の走行状況を特定の走行状況として利用し、車両の走行距離，所要時間，単位質量当たりエネルギ消費量を、該モード走行の手順に従い、運動方程式から算出することを特徴とする、請求項１に記載のカーナビゲーション装置。
4. 前記エネルギ消費特性算出手段において、基本情報設定手段において取得した排気量からアイドリング時の電気エネルギ消費量または燃料消費量を推定し、走行特性データと車両特性から算出される理論燃費と入力された燃費との比較時に代入することで、走行時の燃料の燃焼エネルギまたは電気エネルギから運動エネルギへの変換効率を算出することを特徴とする、請求項１から３に記載のカーナビゲーション装置。
5. 前記エネルギ消費特性算出手段において、複数のモード走行での理論燃費算出式を連立し、これらの算出式を同時に満たす或いは誤差を最小とするように、エネルギ消費特性パラメータを設定することを特徴とする、請求項１から３に記載のカーナビゲーション装置。
6. 前記基本情報設定手段において、センサ手段からの情報よりアイドリング状態を認識し、アイドリング時の電気エネルギ消費量または燃料消費量を設定することを特徴とする、請求項１から２に記載のカーナビゲーション装置。

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