JP2003034200A - 自動車の制御方法 - Google Patents

自動車の制御方法

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Taizo Miyazaki
泰三 宮崎
Shinya Tanifuji
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Hideyo Kodama
英世 児玉
Junichi Ishii
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は特に、システムのモデルチェンジが頻
繁・システムが複雑・システムのコスト削減が要求され
る、といった特徴を持つ車両に対して適用される制御装
置に係る。車両用制御装置は複数ソフトウェアにより情
報処理,制御処理が行われるが、そのソフトウェアの更
新,変更,追加を容易にし、運転車,自動車への適応性
を向上させ、自動車の安全性,操作性,経済性を向上す
ることを目的としたものである。 【解決手段】ソフトウェアの動作評価をオフライン,イ
ンライン,オンラインと行い、且つ、旧ソフトウェアか
ら新規ソフトウェアへ円滑に移行させながら、且つ自動
車や運転者への適合性を向上させる手段を導入すること
で、安全,容易、且つ経済的な制御方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複数のソフトウェア
からなる自動車の制御装置に係り、一台の自動車の部品
交換,制御方法の変更,運転操作者の変更に応じて、自
動車の特性をより良い方向へ改善するためのソフトウェ
アの更新,変更,追加を行う場合、安全,環境,操作性
などへの影響を小さく、且つソフトウェアの適応性を円
滑に行うことを目的としたものである。本発明は、運転
者の変更,システムのモデルチェンジ,システムの新規
機能の追加といった状況に対して、ソフトウェアの入れ
替え,切替え,移行などを安全に、且つ円滑に行い、そ
れぞれの自動車及び運転者にフィットした性能とするこ
とに非常に効果的である。
【0002】
【従来の技術】一般的に情報制御装置を動作させるには
ソフトウェアが必要であるが、従来の自動車においては
完成,発売された後に上記ソフトウェアを変更,修正,
追加などを行うことは、不具合が発生した時、自動車の
修理工場にて実施する場合を除いて行われていない。ま
た、搭載された制御ソフトウェアに対して、パラメータ
をオンラインまたはオフラインで同定する適応制御の考
え方がある。この例についてはたとえば「寺尾満・金井
喜美雄:ロバスト適応制御入門:オーム社(1989)」に記
載されている。
【0003】また、各部品毎に制御装置を備え、全体と
して制御を行う例としては、「TaizoMiyazaki et al.:D
evelopment of a Drive Control System for a Paralle
lHybrid Electric Vehicle:16th International Electr
ic Vehicle Symposium(1999)」に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高齢者と若年者、ある
いは女性と男性の運転とでは加速特性,操舵特性,ブレ
ーキ特性などを変更しないと、運転性の違いによる事故
の危険性が増大し、部品交換すればそのソフトウェアは
異なり、さらに昨今の環境規制の強化に対しては燃費向
上,排ガス抑制のための性能向上を行いたいと言う要求
がある。
【0005】この様な要求に対して、自動車の購入後ソ
フトウェアの更新,変更,追加などを行うことが必要と
なるが、現状の制御方法やシステムでは困難である。
【0006】制御パラメータの適応修正の手法はシステ
ムの性能向上に対して有効であるものの、システム構造
が全く不明な対象に対してはロバスト性の確保が困難で
ある。また、「Taizo Miyazaki et al.:Development o
f a Drive Control Systemfor a Parallel Hybrid Elec
tric Vehicle:16th International ElectricVehicle Sy
mposium(1999)」の手法は、たとえばひとつの部品の変
更が他の制御装置に影響を与える場合には、影響を受け
る全ての制御装置の変更が必要であり、システム変更作
業の省力化が困難である。
【0007】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、自動車運転者の差異,部品変更,性能向上等に対し
てフィットしたソフトウェアで自動車を操作するための
情報制御方法を提供するものであり、結果として複雑な
システムの更新や追加,修正の作業の省力化を図ること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は新規に確立された自動車の情報制御におけ
る処理方法,制御論理,処理アルゴリズムなどに基づき
プログラミングされた新規ソフトウェアを、予め用意さ
れたテストデータで性能を評価するシミュレータに組み
こみ、旧ソフトウェアに対する優位性を統計的に求め、
新規ソフトウェアを最適化するモデリング手段上記最適
化された新規ソフトウェアを自動車に配信する手段上記
配信された新規ソフトウェアを自動車に搭載し、旧ソフ
トウェアの動作中、該旧ソフトウェアと同じ入力データ
及び新規に追加された入力データを用いて出力値を演算
し、該演算結果と旧ソフトウェアで演算された出力値と
から、新規ソフトウェアの性能を評価する評価手段上記
評価手段の結果に基づき、新規ソフトウェアによる自動
車の性能向上を図る方向に新規ソフトウェアのパラメー
タあるいは処理方法を修正して、自動車の特性にフィッ
トさせ、動作を保証する適応修正手段上記適応修正によ
り動作を保証された新規ソフトウェアの出力と旧ソフト
ウェアの出力を、所定の演算周期の倍数周期毎に積算さ
れる積算値Nと、予め該ソフトウェアの搭載時に設定さ
れた積算回数の制限値N0との比を係数とする移動平均
法などにより、旧ソフトウェアの出力から新規ソフトウ
ェアの出力に順次移行させて行く出力処理手段新規ソフ
トウェアの出力を開始後、該新規ソフトウェアの性能評
価パラメータをセンシングあるいは他の計測値からの推
定により、性能悪化の場合に、新規ソフトウェアのパラ
メータを適応修正する手段を具備する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。
【0010】図1は本発明による制御アルゴリズムの確
立過程の一実施例である。1は新規に立案された制御ロ
ジックやアルゴリズムで、これを2の自動車シミュレー
タに組み込む。3は対象となる自動車に搭載されている
制御ロジックやアルゴリズムで、このソフトも4の自動
車シミュレータに組み込む。2と4のシミュレータは上
記組みこまれた新旧の制御ソフトを除いて同じ処理を行
う。2,4のシミュレータに評価用の入力データを与
え、シミュレーションを実行し、その結果を5の評価機
能に出力する。2,4のシミュレータは、新規ソフトウ
ェアの性能評価を目的としており、自動車全体の走行
性,経済性,総合性能などを評価する総合シミュレータ
であっても、部分的、例えばエンジン関連の新規ソフト
の場合にはエンジンシミュレータ,電気自動車の駆動モ
ータの場合はモータのシミュレータ、であっても良い。
この選択は、新規ソフトウェアのテスト目的に応じて行
われる。
【0011】このシミュレータは自動車の走行過程で発
生する種々の状態を再現すると共に、想定される異常状
態についても評価可能な機能を持つものである。
【0012】5の評価機能は、2及び4のシミュレーシ
ョン結果を入力し、シミュレーション結果より新規ソフ
トウェアが所望の動作を行うか否かを評価する。例えば
エンジンシミュレーションの場合は、エンジンの回転
数,出力トルク,エンジン温度,燃料消費量,排出ガス
量、などであり、モータのシミュレーションの場合は、
回転数,電流,電圧、などのトレンドデータである。総
合シミュレーションの場合は、上記結果の他に、車体の
傾き,走行中心のずれ、総合燃費などのシミュレーショ
ン値が加わる。評価機能5は、上記のシミュレーション
結果を入力し、各入力値の時間変化における変動分布,
パラメータ相関、などの統計量を算出する。この統計量
により、旧ソフトウェアによる結果(シミュレータ4か
らの入力値)と新規ソフトウェアによる結果(シミュレ
ータ2からの入力値)との比較評価を行い、新規ソフト
ウェアの動作が所望の動きを行い、且つ最良の状態で動
作する時、本ソフトウェアの評価を終了する。所望の動
作や最良の動作でない場合は、6のパラメータ修正機能
により、新規ソフトウェアの処理方法,アルゴリズムな
どの修正を行い、再度シミュレーション,評価を繰り返
す。
【0013】以上の評価はソフトウェア開発者、あるい
はソフトウェア供給者が行い、評価の完了した新規ソフ
トウェアを自動車のユーザからの要求により配信するも
のとする。図2はその関係を示すものである。
【0014】図3は配信された新規ソフトウェアを自動
車の情報制御装置に組み込み、走行中のデータにより、
さらに新規ソフトウェアの動作を評価,適応化する方法
を示す。
【0015】図3は制御システムのソフトウェアを入れ
替える前に、新規ソフトウェアの自動車への適合性およ
び運転者の運転特性との適合性を評価し、より良く適合
するようにパラメータのチューニングを行う場合を示
す。7は旧ソフトウェアが搭載されているコントロー
ラ、8は7のコントローラ出力で動作するアクチュエー
タ及び車両の機器で、自動車の所定の特性、例えば燃
費,操舵角、等の制御パラメータを出力する。9は新規
ソフトウェアが搭載されるコントローラで、7との兼用
も可である。10はコントローラ9の出力あるいはコン
トローラ9とコントローラ7の出力の差を入力し(図3
では差入力の場合を示す)、自動車の所定の特性変化を
出力するシミュレータである。コントローラ9からのみ
の入力の場合は、10は絶対値計算方式でのシミュレー
ションを実施し、コントローラ9および7の差分入力の
場合は偏差計算方式,線形計算方式,ニューラルネット
ワークあるいはファジィ演算処理などの方法によるシミ
ュレーション演算を実施する。但し、シミュレーション
演算に必要となるコントローラ9および7の出力である
操作量以外の図示していない変数については、必要に応
じて入力するものとする。11は自動車の所定の特性及
びシミュレータ10の出力データを収集し、統計的処理
により評価データを算出する評価値演算機能、12は評
価値演算機能11の出力により、前記図1の評価装置5
で行った評価に対して、テストデータと自動車及び運転
者の実際の特性に適応させるために、評価値演算機能の
出力により新規ソフトウェアのパラメータや動作タイミ
ングなどを修正するための判断機能、13はその修正機
能である。図3において、7,9,10,11,12,
13は同一あるいは複数の演算器により処理されるソフ
トウェアで、アクチュエータ8は自動車に装備されてい
る情報制御装置以外の機器である。
【0016】図3の構成において、自動車の走行中、旧
ソフトウェアによるコントローラ7およびアクチュエー
タ8により自動車は制御されている。この状態におい
て、コントローラ9はコントローラ7と同じ入力データ
(他に必要なデータがある場合はそのデータも入力)を
用いて、新規ソフトウェアの演算処理を行い、シミュレ
ータ10に出力する。シミュレータ10はコントローラ
9およびコントローラ7の出力を入力して、新規ソフト
ウェアの処理目的(燃費,排気,トルク,速度,操舵量
など)とする評価値を演算する。評価値演算機能11は
一定期間シミュレータ10の出力および自動車のセンシ
ングデータを収集し、一定期間ごとの収集データから評
価値の演算値と実際値を比較して、新規ソフトウェアの
性能適合性,旧ソフトウェアに対する良好性を調べる。
適合性や良好性などの評価が適切でない場合はコントロ
ーラ9のパラメータを修正する。この修正方法として
は、新規ソフトウェアのパラメータ(あらかじめソフト
ウェア開発者が選定したパラメータでよい)と評価値と
の関係、例えば数式,ニューラルネットワーク,ファジ
ィ処理演算など、から修正する方法でよい。
【0017】上記の方法により新規ソフトウェアを自動
車や運転者の特性に適合させることができる。適合が完
了すればコントローラ7の旧ソフトウェアを新規ソフト
ウェアに入れ替える。しかし、制御ソフトウェアの場
合、安全性,環境適合性,機器の物理的応答性などの面
から瞬時に切り替えることは好ましくない場合が多い。
【0018】図4は旧ソフトウェアから新規ソフトウェ
アに徐々に切り替える方法を示したものである。コント
ローラ7およびコントローラ9は図3と同じである。コ
ントローラ7およびコントローラ9の出力は融合器14
に出力し、融合器14はコントローラ9の出力(New)
とコントローラ7の出力(Old)を用いて、
【0019】
【数1】 Output=(New)+(N0−N)〔(Old)−(New)〕/N0 但し、N=本式の演算回数 N0=Nの最大演算回数
設定値を演算し、Outputをアクチュエータ8に出力す
る。Nはソフトウェアの切り替え開始後の切り替え演算
回数で、制御サンプリング毎の回数でも良く、何回かの
制御サンプリング毎に1回のカウント値でも良い。本方
法によりN0回の切り替え演算回数の後、旧ソフトウェ
アから新規ソフトウェアに切り替わる。新規ソフトウェ
アに切り替わった後は、コントローラ9をコントローラ
7と入れ替えて、以後情報制御を行う。
【0020】自動車の多くの機械部品や電気部品あるい
は油や燃料の特性は時間と共に変化することは良く知ら
れている。このような状況に対して新規ソフトウェアの
性能を維持,向上するために、図4に示した適応制御機
能を付加する。15はデータ収集および一定期間ごとの
で収集データを統計的に処理するデータ処理装置、16
は評価装置、17はパラメータ修正装置で、前述の図3
に示した11,12,13と同じ装置であっても良く、
動作も同じである。
【0021】以上、本発明の基本的実施形態について説
明したが、以下具体的実施例について説明を加える。
【0022】図5はアクセルの踏み込み量とスロットル
開度の関係の制御アルゴリズム例である。このモデルに
おいてはアクセルの踏み込み始めにスルットル開度を一
定の開度まで急速に開け、その後アクセルの踏み込み量
に比例してスロットル開度を開ける様に制御されてい
る。しかし、アクセルの踏み込み始めにスロットル開度
を急速に開けるとエンジンの出力が急激に増大し、運転
者にショックを感じさせることは良く知られていること
である。これに対して、図6はアクセルの踏み込み始め
はゆっくりとスロットル開度をあけ、θ1の踏み込み
後、アクセルの踏み込み量に比例してαの傾きでスロッ
トル開度を制御し、θ2(θ1とα,βで決まる)の踏
み込み量でβの傾きでスロットル開度を制御する制御ア
ルゴリズムである。θ1とαを調整することにより、自
動車および運転者に適合した加速性能を与えることが可
能となる。
【0023】図5を旧ソフトウェア、図6を新規ソフト
ウェアとして、エンジン制御装置ECUのスロットル開
度制御を変更する例を図7に示す。図7は前述した図4
の段階での動作説明図であり、図1,図3の段階は省略
する。
【0024】図7ではアクセルの踏み込み量θを入力
し、旧アルゴリズム,新規アルゴリズムからスロットル
開度の操作量φc,φnを出力する。この2つの出力値
から前述の数式1により制御出力φを演算する。このと
きのδが移行係数である。出力φをエンジン制御装置E
CUに出力してスロットル開度を制御する。順次この動
作を繰り返し、新規アルゴリズムに切り替える。この制
御により自動車の加速性が変わり、加速タイミング,加
速度の加速性を評価する。加速タイミングが悪い場合は
θ1を、加速性が悪い場合はαを調整して、運転に適合
した加速性能に調整する。
【0025】第2の例として、電動パワーステアリング
におけるトルクアシスト制御について示す。図8はジグ
ザグコースにおけるハンドル操作の結果、コースからの
ズレの状況を示した例である。(a)は操舵の遅れでず
れが大きく、トルクアシスト量が少ない場合、(b)は
トルクアシスト量が最適な場合の例である。コースから
のズレはトルクアシスト量の過不足のほか、速度によっ
ても異なり、図9に示す様に、コースからのズレ量はト
ルクアシスト量と車両速度の関数で表される。もちろ
ん、高齢者と若年者,男性と女性、など運転者の身体的
能力による差がある。
【0026】個人個人の特性をモデル化(テーブル形式
でも良い)しておき、運転中の右左折時のコースからの
ズレ(ハンドルの戻し量やジャイロなどでの検出で判
断)とそのときの車両速度から、図9より現状のトルク
量と、最小許容偏差に対するトルク量との差Tsをアシ
スト量とする。
【0027】図10はその制御方法を示した例である。
ステアリングの操舵角,トルク,車両速度,ジャイロな
どからの車両のズレをセンシングし、そのデータ群から
平均的ズレ量を算出する。該算出量から運転者に適合し
た図9のテーブルを参照し、トルクアシスト量の補正量
Tsを決定し、電動パワーステアリングのモータトルク
指令値に加える。
【0028】運転者ごとに図9のテーブルを持ち、運転
者の認識、例えば個人ごとのカードキーで認識して、運
転者に適合したテーブルに切り替える。運転中はコース
のズレやトルク量,車両速度から図9の適応修正を行う
が、ここでは説明を省略する。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、部品の変更や機能の向
上,運転者ごとの運転適合性向上などに対し、ソフトウ
ェアの変更,更新,追加、さらには適応制御技術による
ソフトウェアのフィッティングを安全に、且つ容易に行
うことができ、複雑なシステムの更新や修正の作業の省
力化が図れる。本発明は特に、システムのモデルチェン
ジが頻繁・システムが複雑・システムコストの削減が要
求される、といった特徴を持つ車両に対して非常に効果
的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による新規ソフトウェアのオフライン評
価の一実施例である。
【図2】本発明における新規ソフトウェアのユーザへの
供給方法の一実施例である。
【図3】本発明の新規ソフトウェアを自動車に適合させ
るための一実施例である
【図4】本発明における新規ソフトウェアと旧ソフトウ
ェアの切り替え方法の一実施例である。
【図5】アクセルの踏み込み量とスロットル開度の制御
関係の一例である。
【図6】アクセルの踏み込み量とスロットル開度の新規
な制御関係の一例である。
【図7】アクセルの踏み込み量とスロットル開度の関係
を図5の関係から図6の関係に変更するためのソフトウ
ェアの移行方法を示す一実施例である。
【図8】右左折時の操舵におけるパワーアシスト量とコ
ースのズレの関係を示す一例である。
【図9】右左折時のコースからのズレとトルク量,車両
速度の関係を示す一例である。
【図10】電動パワステにおける本発明の適用例であ
る。
【符号の説明】
1…新規ソフトウェア、2…車両シミュレータ、3…旧
ソフトウェア、4…車両シミュレータ、5…データ収集
および統計量算出,評価装置、6…ソフトウェアのパラ
メータ適応修正装置、7…旧ソフトウェアによるコント
ローラ、8…アクチュエータ、9…新規ソフトウェアに
よるコントローラ、10…車両搭載シミュレータ、1
1,15…データ収集,統計処理装置、12,16…評
価装置、13,17…ソフトウェア適応修正装置、14
…出力移行装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G05B 19/02 G05B 19/02 T 23/02 23/02 H G06F 19/00 110 G06F 19/00 110 // B62D 101:00 B62D 101:00 113:00 113:00 119:00 119:00 (72)発明者 谷藤 真也 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 児玉 英世 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石井 潤市 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 3D032 CC01 DA13 DA15 DA23 DD14 3D033 CA03 CA13 CA16 CA17 CA21 3G084 BA05 DA14 DA24 EB02 FA10 5H219 AA22 AA37 BB02 BB05 BB06 BB07 BB09 CC01 CC02 CC09 CC11 DD05 HH05 5H223 AA10 AA15 BB02 BB04 BB05 BB06 BB08 CC08 EE04 EE05 EE06 EE30 FF05

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自動車の情報制御装置におけるソフトウェ
    アの更新,変更,追加に際し、新規ソフトウェアを旧ソ
    フトウェアの動作と比較し、その比較結果が、新規ソフ
    トウェアの目的とする望ましい方向に機能修正されるこ
    とを確認後、旧ソフトウェアと新規ソフトウェアを切り
    替えることを特徴とした自動車の制御方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の自動車の制御方法におい
    て、新規ソフトウェアの動作確認を行うに当たり、予め
    与えられたテストデータを用いて自動車の動作評価を行
    う評価シミュレータを用い、該評価シミュレータに旧ソ
    フトウェアを組み込み得られた第1の演算結果と、上記
    評価シミュレータに新規ソフトウェアを組み込み得られ
    た第2の演算結果を統計処理し、該統計処理の結果、第
    2の演算結果が第1の演算結果に比べて目的とする望ま
    しい方向に自動車の機能が向上する様に新規ソフトウェ
    アの演算アルゴリズム,処理方法を評価,修正し、修
    正,確認された新規ソフトウェアを対象とする自動車の
    制御装置に組み込むことを特徴とする自動車の制御方
    法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の情報制御装置において、該
    情報制御装置のソフトウェアは機能単位,機械装置単
    位、あるいは処理タイミング単位などにモジュール化さ
    れ、該モジュール単位にソフトウェアの入れ替えが可能
    な構造となっていることを特徴とする自動車の制御方
    法。
  4. 【請求項4】請求項3記載の情報制御装置において、モ
    ジュール単位にソフトウェアの入れ替えを行うに当た
    り、旧ソフトウェアの動作時に新たに組みこまれた該当
    モジュールの新規ソフトウェアを並列に動作させ、旧ソ
    フトウェアと新規ソフトウェアの入力情報は同一のデー
    タとし、旧ソフトウェアの演算出力と新規ソフトウェア
    の演算出力の差分を、別途組みこまれているソフトウェ
    ア評価機能の入力として、該評価機能の出力により新規
    ソフトウェアの出力が旧ソフトウェアの出力よりも目的
    とする望ましい方向に機能改善されていることを評価
    し、望ましい方向に機能改善されていない場合は、新規
    ソフトウェアのパラメータを修正,改善し、望ましい方
    向に機能改善されている場合は、該新規ソフトウェアの
    出力を順次旧ソフトウェアの出力に入れ替えて、ソフト
    ウェアの更新,変更,追加を行うことを特徴とする自動
    車の制御方法。
  5. 【請求項5】自動車の情報制御装置におけるソフトウェ
    アにおいて、予め決められた機能あるいは目的のために
    動作する少なくとも一つのソフトウェアモジュールに対
    して、該ソフトウェアの演算出力値及び他のセンシング
    情報を入力し、前記機能あるいは目的の良否を評価,出
    力する評価ソフトウェアを具備し、該評価ソフトウェア
    の出力値に基づき、前記ソフトウェアモジュールの演算
    パラメータ,処理手順、あるいは演算式の構造を変更,
    修正する適応修正機能を具備していることを特徴とする
    自動車の制御方法。
  6. 【請求項6】請求項5記載のソフトウェアモジュールは
    請求項1乃至4記載の新規ソフトウェアであることを特
    徴とする自動車の制御方法。
  7. 【請求項7】自動車の情報制御装置におけるソフトウェ
    アにおいて、予め決められた機能あるいは目的に対して
    動作する少なくとも一つのソフトウェアモジュールは、
    性能特性の異なる複数のプログラムの中から選択可能と
    し、該プログラムの選択は運転者の識別結果に応じて切
    り替えることを特徴とする自動車の制御方法。
  8. 【請求項8】請求項7記載のプログラムは、請求項1乃
    至4記載の新規ソフトウェアとして更新,変更,追加、
    されたものを記憶しているファイルから選択されること
    を特徴とする自動車の制御方法。
  9. 【請求項9】請求項1乃至8に記載の新規ソフトウェア
    は、ソフトウェアの供給元から通信手段により、ソフト
    ウェアの更新,変更,追加などを行う自動車にダウンロ
    ードすることを特徴とする自動車の制御方法。
  10. 【請求項10】請求項2記載の評価シミュレータ,請求
    項4記載のソフトウェア評価機能,請求項5記載の評価
    ソフトウェアはニューラルネットワーク,ファジィ処理
    などの人工知能処理により演算されることを特徴とする
    自動車の制御方法。
  11. 【請求項11】自動車の情報制御システムにおけるソフ
    トウェアの更新,変更,追加を望むユーザからの要求に
    従い、前記新規ソフトウェアを通信手段により配信する
    ことを特徴とするソフトウェアの供給事業。
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