JP2014159213A - 省エネルギー減速走行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目標停止地点への車両の安全かつ効率的な減速走行を、減速開始時点に車両の有している運動エネルギーの惰性走行と制動走行への最適配分による走行によって行う。
【解決手段】減速走行開始に先立ち、現走行条件に対応した目標地点までの最適制動走行（回生制動走行を含む）条件をあらかじめ設定し、前記最適制動走行条件による制動走行で消費される運動エネルギーに余る運動エネルギーを前記制動走行に先立って行う最大限の惰性走行によって消費するよう減速走行制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、車両減速時に車両の有している運動エネルギーを効果的に回生制動を含む制動走行に活用するとともに、前記制動走行に余る運動エネルギーを最大限惰性走行に活用する、省エネルギー減速走行制御方法に関する。

車両の減速に際し、車両の有している運動エネルギーを最も有効に活用することができる走行は惰性走行である。
すなわち、減速の目標地点が特定された場合、車両の有している運動エネルギーを最大限活用しての惰性走行可能距離Ｌを算出し、前記目標地点の上流距離Ｌの地点から惰性走行によって目標地点まで走行する（特許文献１、特許文献２）ことによって運動エネルギーを最大限有効に活用した走行が可能になる。ただし最大限の惰性走行を行う場合、惰性走行開始地点が目標停止地点から数１００ｍ以上も上流地点になってしまうこと、即ち減速走行距離が長くなる問題がある。

一方、減速を制動走行で行う場合は、前記惰性走行による減速走行距離長大化の問題は無くなるが、摩擦制動での運動エネルギー利用効率の悪さは言うに及ばず、運動エネルギーを回生して、後の加速走行に活用する回生制動走行においても、例えば回生電力の大容量二次電池への蓄電効率の悪さ等、運動エネルギー利用効率は惰性走行に比べて大きく劣る問題がある。

特開２０１０−０６４５７６ 特開２０１１−０４６２７２ 特願２０１２−０７５６５０

本願発明は、惰性走行と回生制動を含む制動走行による減速走行の、各々の長所を多少犠牲にして短所をうまく補完しあった、減速走行制御方法に関する。
即ち、減速走行開始に先立ち、目標停止点への制動走行（摩擦制動あるいは回生制動）が効果的・効率的に行える運動エネルギーの消費形態（制動走行形態）をまず設定し、前記制動走行による運動エネルギー消費に余ると予測される運動エネルギー分を制動走行に先立っての惰性走行で効果的に減速走行に消費することによって、前記惰性走行の減速走行距離の長さの問題を低減させるとともに、制動走行を安全かつ効率的に行い、トータルとしての安全かつ省エネルギーな減速走行を実現しようとするものである。

ここで、惰性走行とは車両駆動源動力の駆動輪への伝達を遮断した走行を言うが、例えばＭＴ４速時のアクセルオフ状態等を“擬似惰性走行”としても相応の省エネルギー効果は得られる。

以下に、図１を用いて、本願発明の基本的考え方を説明する。
図１において、
地点Ｐは、速度ｖ0 で定速走行中の車両が有している運動エネルギーＥ0 （Ｅ0＝ｍ・ｖ0²／２、ｍ：車両質量）を全て惰性走行に活用した場合の、惰性走行によって目標停止地点Ｑへ到達可能な地点、即ち目標停止地点Ｑから惰性走行可能距離Ｌi 上流地点（惰性走行可能領域始点）、
地点Ｒは、速度ｖ0 で定速走行中の車両の目標停止地点Ｑへの安全かつ適正な制動走行開始地点、
である。
即ち、地点Ｐ−地点Ｑ間距離Ｌi は、地点Ｐ通過時速度ｖ0 の車両が惰性走行を開始して速度０となる間に走行可能な惰性走行可能距離、地点Ｒ−地点Ｑ間距離Ｌb は、速度ｖ0 で走行中の車両が減速度αb’ で制動走行した場合の制動走行距離、
である。

ここで、惰性走行可能距離Ｌi 、制動走行距離Ｌb は、それぞれ（数１）、（数２）で表わされる。
（数１）
Ｌi ＝ｖ0² ／（２・αippq）
（数２）
Ｌb ＝ｖ0² ／｛２・（αiprq ＋αb ）｝
ここで、
αippq ：地点Ｐ（速度ｖ0 ）−地点Ｑ（速度０）間の惰性走行減速度実効値（平均値）、
≒（αip＋αiq）／２
αiprq ：地点Ｒ（速度ｖ0 ）−速度Ｑ（速度０）間の惰性走行減速度実効値（平均値）
＝αippq
αb’ ＝αb ＋αiprq
αb ：制動走行減速度、
αip ：地点Ｐ通過時の惰性走行減速度
αiq ：地点Ｑ到達時の惰性走行減速度
αir ：地点Ｒ通過時の惰性走行減速度
Ｌi −Ｌb ：速度ｖ0 で走行中の車両の省エネルギー減速走行可能領域
である。
但し、上記あるいは下記の惰性走行減速度、あるいは惰性走行減速度実効値（平均値）の計測方法算出方法は、特許文献２、３に詳しく記載されているのでここでの説明は省略する。
上記から、車両の有している運動エネルギーを全て惰性走行に利用した走行をした場合の走行距離と、制動走行した場合の走行距離の差が大きいことがわかる。

図１に示す点Ａ−点Ｂ−地点Ｑ−点Ａで形成される領域を省エネルギー減速走行可能領域と称する。
上記省エネルギー減速走行可能領域において、点Ａ−点Ｂは速度ｖ0 での走行線、点Ｂ−地点Ｑは制動減速度αb’での制動減速度線、地点Ｑ−点Ａは惰性走行減速度αiprqでの惰性走行減速度線、である。
上記省エネルギー減速走行可能領域内を走行中の車両は、（本例の場合は点Ｃから）惰性走行での減速走行を開始し、前記惰性走行線の前記点Ｂ−地点Ｑで示される制動減速度線との交差点（本例の場合は点Ｄ）において、惰性走行から制動走行に移行し、目標停止点Ｑに至ることによって、惰性走行による省エネルギー走行と、適正な制動減速度による必要十分な制動走行が可能になる。

上記走行における惰性走行距離Ｌi’は（数３）で、またで移動走行距離Ｌb’ は（数４）で算出される。
（数３）
Ｌi’ ＝（ｖ0² −ｖr² ） ／（２・αippr ）
（数４）
Ｌb’ ＝ｖr² ／｛２・（αb ＋αiprq ）
ここで、
ｖr ：点Ｄ における速度、
αippr ：点Ｃ（速度ｖ0 ）−地点Ｄ（速度ｖr ）間の惰性走行減速度実効値、
≒（αip＋αir）／２
αiprq ：点Ｄ（速度ｖr ）−地点Ｑ（速度０ ）間の惰性走行減速度実効値、
≒（αir＋αiq）／２
である。

上記より、本願発明による減速走行によって、減速走行距離が、惰性走行のみの場合より
｛Ｌi −（Ｌi' ＋Ｌb' ）｝短く、また制動走行のみの場合よりも｛（Ｌi'
＋Ｌb’ ）−Ｌb ｝長く、なることが分かる。
即ち、本願発明による走行によって、惰性走行のみによる減速走行での減速走行距離が長くなる問題、および制動走行のみによる減速走行での運動エネルギーの消費量の増大、の各々の問題を低減することができる。

上記は、惰性走行から制動走行への移行地点があらかじめ予測されている場合であるが、
上記惰性走行開始後、車両が点Ｂ−地点Ｑで示される制動減速度αb’での制動減速度線を目標停止点側に越えた時点、即ち（数５）を満足した時点、を持って、惰性走行から制動走行に移行する方法もある。
（数５）
Ｌ≦
ｖ² ／（２・αb’）
ここで、
Ｌ：現車両位置−目標停止点間距離
ｖ：現速度
αb’ ：惰性走行減速度を含む制動減速度
である。

この方法の利点は、惰性走行による走行状態が当初の想定より変化した場合（例えば、惰性走行減速度実効値として近似値を用いることによる誤差がある場合等）でも、制動が適正の行える（但し省エネルギー特性は前記誤差分低下する恐れがある）ことにある。

また、本願発明による減速走行において、制動走行を下記に示す回生制動走行とすることによって、減速走行開始時に車両の有する運動エネルギーの利用効率を上げることができる。
ここでエネルギー回生は、運動エネルギーによる駆動輪の回転で発電機を駆動し、発電されたエネルギーは大容量二次電池に蓄電されるものとする。

回生制動によって回生すべきエネルギー量をＥr’ とする。ただし、Ｅr’ は（数６）を満足するものとする。
（数６）
Ｅr’ ＝Ｅf −Ｅn
ここで、
Ｅf ：大容量二次電池の満充電量、
Ｅn ：大容量二次電池の現充電量、
である。

上記回生すべきエネルギー量Ｅr’ に対して、回生制動によって消費される運動エネルギー量Ｅrは（数７）で示されることから、点Ｄ
における速度ｖr （回生制動開始速度） を知ることができる。
（数７）
Ｅr ＝Ｅr’ ／η
＝ｍ・ｖr² ／２
ここで、
η：エネルギー回生効率
＝ηg ・ηg
ηg ：発電機発電効率
ηc ：大容量二次電池蓄電効率
ｍ：車両質量（搭乗者あるいは積載物質量を含む）
である。

即ち、制動走行を回生制動走行で行う場合の回生可能なエネルギー量Ｅr’ は、（数８）で特定できることになる。
（数８）
Ｅr’ ＝η・Ｅr
＝（ηg・ηc ）・｛αb ／（αiprq ＋αb）｝・Ｅr
≒（ηg・ηc ）・［αb ／｛（αir ＋αiq ）／２ ＋αb ｝］・Ｅr

但し、上記処理に際し、（数９）に示す関係を満足する即ち、車両の減速走行開始時点（速度ｖ0での定速走行時）に有している運動エネルギー量Ｅ0 が、エネルギー回生に要する運動エネルギー分Ｅr’ ／ηに不足、の場合は、惰性走行を行わずに目標停止点Ｑからの距離Ｌb’’ の地点から減速度αb’’ での回生制動走行を行い目標地点に到達する（この場合回生エネルギー量は当然回生すべきエネルギー量Ｅr’ に不足となる）。
（数９）
Ｅr’ ／η＞Ｅ0
（数１０）
Ｌb’’＝ｖ0² ／２・αb’’）
ここで、
Ｌb’’ ：制動走行距離、
αb’’ ：制動減速度、
である。

上記の如く惰性走行および制動走行の最適組み合わせによる減速走行制御によって、車両は適正な制動あるいは必要量のエネルギー回生を行い、かつ制動走行（摩擦制動走行あるいは回生制動走行）に余る運動エネルギー分は惰性走行によって効率的に消費されることになり、運動エネルギーを有効に活用しかつ最適な制動による省エネルギー減速走行が可能となる。

本願発明による運動エネルギーを効率的に活用した減速走行方法説明図 本願発明による省エネルギー減速方法処理手順例 本願発明による省エネルギー減速方法処理手順例（制動を回生制動で行う場合）

図２に本願発明による省エネルギー減速方法処理手順例を示す。
ただし、本手順例は、定速走行している車両が減速走行に移行してのち目標停止点で停止するまでの手順に限定したものである。

図２において、
２０１は、本手順例開始点、
２０２は、車両走行の目標停止地点、即ち次に停止すべき地点（図１に示すＱ地点）が特定されているか否かの判定を行う、目標地点特定判定処理、
２０３は、車両の現速度ｖ、および現位置の特定を行い、現位置−目標停止点間距離Ｌを算出する車両走行状態見地処理、
２０４は、（数１）を用いて、現速度ｖ＝ｖ0から惰性走行した場合の惰性走行可能距離Ｌi および現速度ｖ0から制動走行した場合の制動走行距離Ｌbを算出する、惰性走行可能距離／制動走行距離 算出処理、
２０５は、車両が、省エネルギー減速走行可能領域の範囲内にあるか否かを判定する省エネルギー減速走行可能領域判定処理、
２０６は、車両の現走行状態、あるいは周辺の交通状態等から、省エネルギー減速走行に移行可能か否かを判定する、省エネルギー減速走行移行可否判定処理、
２０７は、車両走行状態として現走行状態の継続（本例の場合は速度ｖ0 での定速走行）を行う現走行状態継続処理、

２０８は、惰性走行を開始する（行う）惰性走行処理、
２０９は、処理２０８による惰性走行の結果、制動走行に移行すべき状態に達したか否かを、
車両の目標停止点Ｑまでの距離Ｌおよび現速度ｖ 実測値が、前記省エネルギー減速走行可能領域内にあるか否か、即ち（数５）
を満足するか否かから、判定する制動走行移行判定処理、
ここでαb’ は惰性走行減速度を含む制動減速度である。
２１０は、処理２０９で制動走行可と判定された場合に制動走行を行う制動走行処理、
２１１は、制動走行の結果、車両が目標地点に到達したか否かを判定する目標地点到達判定処理、
２１２は、本処理手順終了点、
である。

図３に本願発明による省エネルギー減速方法処理手順例（制動を回生制動で行う場合）を示す。
ただし、本手順例は、実施例１と同様、定速走行している車両が減速走行（惰性走行および／あるいは回生制動走行）に移行してのち目標停止点で停止するまでの手順に限定したものである。

図３において、
３０１は、本手順例開始点、
３０２は、車両走行の目標停止地点、即ち次に停止すべき地点（図１に示すＱ地点）が特定されているか否かの判定を行う、目標地点特定判定処理、
３０３は、車両の現速度ｖ、および現位置の特定を行い、現位置−目標停止点間距離Ｌを算出する車両走行状態見地処理、
３０４は、（数１）を用いて、現速度ｖ＝ｖ0から惰性走行した場合の惰性走行可能距離Ｌi および現速度ｖ0から制動走行した場合の制動走行距離Ｌbを算出する、惰性走行可能距離／制動走行距離 算出処理、
３０５は、車両が、省エネルギー減速走行可能領域の範囲内にあるか否かを判定する省エネルギー減速走行可能領域判定処理、
３０６は、車両の現走行状態、あるいは周辺の交通状態等から、省エネルギー減速走行に移行可能か否かを判定する、省エネルギー減速走行移行可否判定処理、
３０７は、車両走行状態として現走行状態の継続（本例の場合は速度ｖ0 での定速走行）を行う現走行状態継続処理、

３０８は、回生制動走行により回生すべきエネルギー量を特定する必要回生エネルギー量特定処理、
３０９は、処理３０８で特定された必要回生エネルギー量を得るに必要な運動エネルギー量を特定する、必要回生エネルギー量獲得のための必要運動エネルギー量特定処理、
３１０は、処理３０９で特定された必要運動エネルギー量が、車両が現在有している運動エネルギー量で足りるか否かを判定する、運動エネルギー量過不足判定処理、
３１１は、処理３１０で、必要回生エネルギー量獲得に、車両の現運動エネルギー量で足りると判定された場合、惰性走行を行う惰性走行処理、
３１２は、処理３１１による惰性走行の結果回生制動に移行するタイミングに達したか否かを、車両の目標停止点Ｑまでの距離Ｌおよび現速度ｖ
実測値が、前記省エネルギー減速走行可能領域内にあるか否か、即ち（数５）
を満足するか否かから、判定する回生制動走行移行判定処理、ここでαb’ は惰性走行減速度を含む回生制動減速度である。
３１３は、回生制動を行う回生制動処理、
３１４は、回生制動走行の結果、車両が目標地点に到達したか否かを判定する目標地点到達判定処理、
３１５は、本処理手順終了点、
である。

本願発明によって、車両の有している運動エネルギー中から、あらかじめ制動走行（回生制動走行を含む）で消費されるべきエネルギー分およびその消費形態を特定し、前記制動走行で消費されるべきエネルギー分除く運動エネルギー分を惰性走行に効率的に利用することによって、減速開始時に車両の有していた運動エネルギーを最大限減速走行に有効に活用した省エネルギー減速走行が可能となる。

また、本省エネルギー減速走行制御方法は、ＥＶ、ＨＥＶのごとき車両の有する運動エネルギーを回生してのちの走行に生かす車両だけではなく、エンジン駆動車両等の本格的回生機能を有しない車両においても、適用が可能である。

Ｐ：減速走行を惰性走行のみで行う場合の惰性走行開始点
Ｐ’：本願発明による減速走行開始点、
Ｒ：惰性走行終了点、制動走行開始点、
Ｑ：目標地点、
Ｌi ：減速走行を惰性走行のみで行う場合の惰性走行距離、
Ｌi’ ：減速走行を惰性走行＋制動走行で行う場合の惰性走行距離、
Ｌb ：減速走行を制動走行のみで行う場合の惰性走行距離
Ｌi −Ｌb ：速度ｖ０ で走行中の車両の省エネルギー減速走行開始可能領域
Ｌb’ ：減速走行を惰性走行＋制動走行で行う場合の制動走行距離、
αippq ：地点Ｐ（速度ｖ0 ）−地点Ｑ（速度０）間の惰性走行減速度実効値、
αiprq ：地点Ｒ（速度ｖ0 ）−速度Ｑ（速度０）間の惰性走行減速度実効値
＝αippq
αb’ ＝αb ＋αiprq
αb ：制動走行減速度、

ｖ0 ：惰性走行開始時の車両速度、
ｖr ：地点Ｒ' における速度、
αipp’r’ ：地点Ｐ’（速度ｖ0 ）−地点Ｒ'（速度ｖr ）間の惰性走行減速度実効値、
Ｅ0 ：減速走行開始時の車両運動エネルギー、
Ｅr’ ：回生制動によって回生すべきエネルギー量、
Ｅr ：回生制動走行によって消費される運動エネルギー、
Ｅf ：蓄エネルギー装置（大容量二次電池等）の満蓄エネルギー量、
Ｅn ：蓄エネルギー装置の現蓄エネルギー量
η：エネルギー回生効率
ηg ：発電機発電効率、
ηc ：大容量二次電池蓄電効率、
ｍ：車両質量（搭乗者あるいは積載物質量を含む）
αipr’q ：地点Ｒ'（速度ｖr ） 〜地点Ｑ（速度０）
間の惰性走行減速度実効値
≒（αir ＋αiq ）／２
αir ：速度ｖr 時（地点Ｒ’通過時）の惰性走行減速度
αiq ：速度０時（地点Ｑ到達時）時の惰性走行減速度
αipp’r’ ：速度ｖ0 −速度ｖr 間の惰性走行減速度実効値
αip ：速度ｖ0 時（地点Ｐ’通過時）の惰性走行減速度
Ｌr ：減速走行開始時に車両の有している運動エネルギーが、エネルギー回生に要する運動エネルギーに不足の場合の回生制動走行距離、

Claims (4)

1. 運動エネルギーＥ0 を有する車両の目標停止点に向けての減速走行を、
   必要十分な制動減速度αb’ による制動走行と、前記制動走行で消費される運動エネルギー
   Ｅr に余る運動エネルギー（Ｅ0 −Ｅr ）による惰性走行、
   によっ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。
2. 運動エネルギーＥ0 を有して走行中の車両において、目標停止点に向けての減速走行開始に先立ち、目標停止地点Ｑへの制動走行に必要十分な運動エネルギーＥr とあらかじめ設定されている制動減速度αb’ から制動走行距離Ｌb’ を知るとともに、前記制動走行条件での制動走行で消費されるエネルギーＥr を除く運動エネルギー（Ｅ0−Ｅr ）による惰性走行可能距離Ｌi’ を算出し、目標停止地点上流地点Ｐ’（地点Ｐ’−目標停止地点Ｑ間距離：Ｌi’ ＋Ｌb’）から地点Ｒ’ （地点Ｒ’ −目標停止地点Ｑ間距離：Ｌb’） までの距離Ｌi’ を惰性走行で、また地点Ｒ’から目標停止地点Ｑまでの距離Ｌb’ を制動走行で、各々走行して目標停止点に到達することを特徴とする省エネルギー減速走行方法。
3. 速度ｖ0 で走行中の車両の目標停止点に向けての減速走行を、
   現車両位置−目標停止点間距離Ｌが、
   Ｌb ＜Ｌ≦Ｌi
   を満足する任意の地点から惰性走行で開始し、現車両位置−目標停止点間距離Ｌが
   Ｌ
   ≦ ｖ² ／（２・αb’ ）
   を満足する地点から制動走行に移行し目標地点に到達することを特徴とする省エネルギー減速走行制御方法。
   ここで、
   Ｌ：現車両位置−目標停止点間距離
   Ｌi ：速度ｖ0 からの惰性走行可能距離
   Ｌb ：速度ｖ0 からの制動距離
   ｖ：現速度
   αb’ ：惰性走行減速度を含む制動減速度
   である。
4. 制動走行を回生制動走行で行うに際し、回生制動走行によって回生可能なエネルギーＥr’ を、
   （数Ａ）式を用いて特定することを特徴とする省エネルギー減速走行制御方法。
   （数Ａ）
   Ｅr’＝η・Ｅr
   ＝（ηg・ηc ）・｛αb ／（αipr’q ＋αb）｝・Ｅr
   但し
   Ｅr’≦Ｅf −Ｅn
   ここで、
   Ｅr’ ：回生制動によって回生可能なエネルギー、
   η：回生効率
   ηg ：発電効率
   ηc ：蓄電効率
   αb ：回生制動減速度
   αipr’q ：地点Ｒ' （速度ｖr ）−地点Ｑ（速度０）間惰性走行減速度実効値
   ≒（αir ＋αiq ）／２
   αir ：速度ｖr 時（地点Ｒ’通過時）の惰性走行減速度
   αiq ：速度０時（地点Ｑ到達時）時の惰性走行減速度
   Ｅr ：地点Ｒ’通過時車両の有する運動エネルギー
   Ｅf ：蓄エネルギー装置満蓄エネルギー量
   Ｅn ：蓄エネルギー装置現蓄エネルギー量
   である。