JP2009301455A - Input determination means for moving vehicle, and hybrid vehicle and multijoint mobile robot having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両やロボットといった、ある状態を決定するために幾通りもの実現手段、すなわち冗長性を有する対象における使用エネルギーの最小化方法に係り、特に制御対象とする移動体が将来どのように動作するかが不確定な場合に好適である。 The present invention relates to various means for determining a certain state, such as a hybrid vehicle or a robot, that is, a method for minimizing the energy used in an object having redundancy. This is suitable when it is uncertain whether to operate in a normal manner.
一般的に、移動体の経路が決まっている場合には、対象は最適制御問題として定式化される。この技術の一例は、例えば特許文献1に記載されている。この公知例は飛行機に代表される4次元航行体に係り、あらかじめ設定された軌道からの変移量や使用エネルギーの最小化方法について言及している。
In general, when the path of a moving object is determined, the target is formulated as an optimal control problem. An example of this technique is described in
しかし、一般的に最適制御問題は初期状態から終端状態までの経路積分が最小、または最大になるように定式化されるため、あらかじめ飛行経路や外界の変化が高精度で予測できるもので無ければならない。本発明で主対象としているハイブリッド車両は運転者の意思に応じて経路は時々刻々変わりうる。また、特に災害時に用いる場合には従来の道路マップが使えないことが予想されるため、コンポーネントへの入力指令信号はその場で生成する必要がある。 However, since the optimal control problem is generally formulated so that the path integral from the initial state to the terminal state is minimized or maximized, it is necessary to predict in advance the changes in the flight path and the outside world with high accuracy. Don't be. The route of the hybrid vehicle, which is the main subject of the present invention, can change from moment to moment according to the driver's intention. In addition, it is expected that the conventional road map cannot be used particularly in the case of a disaster, and therefore it is necessary to generate an input command signal to the component on the spot.
上記課題を解決するため、本発明は、
入力指令を作成する上位コントローラと前記上位コントローラの入力指令に従ってコンポーネントを制御する下位コントローラとを有する移動体であって、前記上位コントローラは所定時間ΔT後の状態を1次ホールド演算により予想する将来状態予測手段を有し、前記上位コントローラは現時刻t0から将来時刻t0+ΔTまでの累積損失が所与拘束条件の下で最小となるように入力を決定する最適化演算手段を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A moving body having a host controller that creates an input command and a lower controller that controls a component according to the input command of the host controller, wherein the host controller predicts a state after a predetermined time ΔT by a primary hold calculation It has a prediction means, and the host controller has an optimization calculation means for determining an input so that the cumulative loss from the current time t0 to the future time t0 + ΔT is minimized under a given constraint condition.
また、本発明の好ましくは、
入力指令を作成する上位コントローラと前記上位コントローラの入力指令に従ってコンポーネントを制御する下位コントローラとを有する移動体であって、前記上位コントローラはナビゲーションシステムにより予想された所定時間ΔT後の状態を受けて現時刻t0から将来時刻t0+ΔTまでの累積損失が所与拘束条件の下で最小となるように入力を決定する最適化演算手段を有することを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
A moving body having a host controller for generating an input command and a lower controller for controlling components in accordance with the input command of the host controller, wherein the host controller receives a state after a predetermined time ΔT predicted by the navigation system. It is characterized by having an optimization calculation means for determining an input so that the cumulative loss from time t0 to future time t0 + ΔT is minimized under given constraint conditions.
また、本発明の好ましくは、
前記移動体は離散状態変数を有し、前記最適化演算手段はサンプリング時間Δtごとに前記離散状態変数の取りうる実行可能状態について損失最小となる経路を探索し、前記最適化演算手段は前記所定時間ΔTにおける損失最小となる前記離散状態変数の時間履歴を決定することを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
The moving body has a discrete state variable, and the optimization calculation means searches for a path with a minimum loss for an executable state that can be taken by the discrete state variable at each sampling time Δt, and the optimization calculation means The time history of the discrete state variable that minimizes the loss at time ΔT is determined.
また、本発明の好ましくは、
前記下位コントローラは前記コンポーネントの制約条件を前記上位コントローラに通知する通知手段を有することを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
The lower controller includes a notification unit that notifies the upper controller of a constraint condition of the component.
また、本発明の好ましくは、
前記上位コントローラは制約条件の計算結果と最適化結果を通知する最適化演算結果通知手段を有することを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
The host controller has an optimization calculation result notification means for notifying the calculation result of the constraint condition and the optimization result.
また、本発明の好ましくは、
前記上位コントローラは最適化の結果得られた解と不等号制約条件式との距離を演算する距離演算手段を有し、前記上位コントローラは前記距離が予め定められた閾値より小さくなるときを以って部品の不具合を検出する診断手段を有することを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
The upper controller has distance calculating means for calculating a distance between a solution obtained as a result of optimization and an inequality constraint conditional expression, and the upper controller has a time when the distance becomes smaller than a predetermined threshold. It has a diagnostic means which detects the malfunction of components.
また、本発明の好ましくは、
上記特徴がハイブリッド車に適用されることを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
The above feature is applied to a hybrid vehicle.
また、本発明の好ましくは、
上記特徴が多関節移動ロボットに適用されることを特徴とする。
Moreover, preferably of the present invention,
The above feature is applied to an articulated mobile robot.
本発明によれば、上位コントローラは所定時間ΔT後の状態を1次ホールド演算により予想する将来状態予測手段を有し、前記上位コントローラは現時刻t0から将来時刻t0+ΔTまでの累積損失が所与拘束条件の下で最小となるように入力を決定する最適化演算手段を有するため、将来軌道が未知の場合においても最適化演算を行って移動体の損失を最小にする効果がある。 According to the present invention, the host controller has a future state predicting means for predicting a state after a predetermined time ΔT by a primary hold calculation, and the host controller is provided with a cumulative constraint from the current time t0 to the future time t0 + ΔT. Since the optimization calculation means for determining the input so as to be the minimum under the conditions is provided, there is an effect of performing the optimization calculation even when the future trajectory is unknown to minimize the loss of the moving body.
また、本発明によれば、入力指令を作成する上位コントローラと前記上位コントローラの入力指令に従ってコンポーネントを制御する下位コントローラとを有する移動体であって、前記上位コントローラはナビゲーションシステムにより予想された所定時間ΔT後の状態を受けて現時刻t0から将来時刻t0+ΔTまでの累積損失が所与拘束条件の下で最小となるように入力を決定する最適化演算手段を有するため、将来軌道を設定することができ、最適化演算を行わせることができる。その結果、移動体の損失を最小にする効果がある。 In addition, according to the present invention, there is provided a mobile body having a host controller that generates an input command and a lower controller that controls a component in accordance with the input command of the host controller, wherein the host controller is a predetermined time predicted by the navigation system. Since there is an optimization calculation means that determines the input so that the cumulative loss from the current time t0 to the future time t0 + ΔT is minimized under a given constraint condition after receiving the state after ΔT, it is possible to set the future trajectory. It is possible to perform an optimization operation. As a result, there is an effect of minimizing the loss of the moving body.
また、本発明によれば、移動体は離散状態変数を有し、前記最適化演算手段はサンプリング時間Δtごとに前記離散状態変数の取りうる実行可能状態について損失最小となる経路を探索し、前記最適化演算手段は前記所定時間ΔTにおける損失最小となる前記離散状態変数の時間履歴を決定できるため、エンジンの起動・停止や、有段変速機の切り替えといった離散状態を有する制御対象においても最適化が可能となる。 Further, according to the present invention, the mobile body has a discrete state variable, and the optimization calculation means searches for a path that minimizes a loss for an executable state that the discrete state variable can take every sampling time Δt, and Since the optimization calculation means can determine the time history of the discrete state variable that minimizes the loss at the predetermined time ΔT, it is also optimized for control targets having discrete states such as engine start / stop and stepped transmission switching. Is possible.
また、本発明によれば、下位コントローラはコンポーネントの制約条件を上位コントローラに通知する通知手段を有するため、複数メーカによる巨大システムの共同開発が容易であるという効果がある。 In addition, according to the present invention, since the lower-level controller has notification means for notifying the upper-level controller of component constraint conditions, there is an effect that it is easy to jointly develop a huge system by a plurality of manufacturers.
また、本発明によれば、前記上位コントローラは制約条件の計算結果と最適化結果を通知する最適化演算結果通知手段を有するため、前記最適化演算結果通知手段より送出された情報を診断手段や開発環境に取り込むことによってオフライン診断やデバッグの容易化といった効果が期待できる。 Further, according to the present invention, the host controller has an optimization calculation result notification means for notifying the calculation result of the constraint condition and the optimization result, so the information sent from the optimization calculation result notification means By incorporating it into the development environment, you can expect effects such as offline diagnosis and debugging.
また、本発明によれば、前記上位コントローラは最適化の結果得られた解と不等号制約条件式との距離を演算する距離演算手段を有し、前記上位コントローラは前記距離が予め定められた閾値より小さくなるときを以って部品の不具合を検出する診断手段を有するため、運転中に常に故障状態を監視することができるため、運転者に対し部品の交換時期や点検の必要性を通知できるという効果がある。 Further, according to the present invention, the host controller has distance calculation means for calculating a distance between a solution obtained as a result of optimization and an inequality constraint conditional expression, and the host controller has a threshold value for which the distance is predetermined. Since it has a diagnostic means to detect a malfunction of a part when it becomes smaller, it can always monitor the failure state during operation, so it can notify the driver of the replacement time of parts and the necessity of inspection There is an effect.
また、本発明をハイブリッド自動車に適用することにより、対象システムにおいて最も効率的な運転を行うことが可能となり、燃費低減に好適である。 Moreover, by applying the present invention to a hybrid vehicle, it is possible to perform the most efficient driving in the target system, which is suitable for reducing fuel consumption.
また、本発明を多関節移動ロボットに適用することにより、所望の運動を最もエネルギー効率よく動作させることが可能になり、燃費低減に好適である。 Further, by applying the present invention to an articulated mobile robot, it becomes possible to operate a desired motion with the most energy efficiency, which is suitable for reducing fuel consumption.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明を用いた移動体の入力決定手段の全体説明図である。ここで10が対象とする移動体である。11は外部入力、12は出力、13は制御補償器、14は制御対象、15は本発明による入力決定手段、16は内部入力である。例えば、今、移動体10をハイブリッド自動車とした際、外部入力11は運転者のアクセル開度やブレーキ踏力、出力12はエンジン発生トルクやモータ発生トルク、バッテリ電流などである。また、制御対象14はエンジンやモータであり、制御補償器13は外部入力11と後述する内部入力16の双方を入力とし、制御対象14を好適に制御するための入力を作成するものであり、例えば空気制御、燃料噴射量制御、ベクトル制御などにより構成される。
FIG. 1 is an overall explanatory view of a moving body input determining means using the present invention. Here, 10 is the target mobile object. 11 is an external input, 12 is an output, 13 is a control compensator, 14 is a control object, 15 is an input determining means according to the present invention, and 16 is an internal input. For example, when the moving
入力決定手段15は外部入力11と出力12とを入力とし、後述する内部入力16を生成するものである。移動体10は冗長性を持っており、ある外部入力11に対応する出力12を生成する方法が複数個あるものを対象としている。前述のハイブリッド自動車の場合、外部入力11をアクセル開度、出力12を車両駆動力としたとき、車両駆動力はすべてモータで発生してもよいし、また、すべてエンジンで賄ってもよい。内部入力16はこのような冗長性を排除するために設けられた入力のことである。前述のハイブリッド自動車の場合、内部入力としては例えばエンジントルクやモータトルクが挙げられる。
The input determining means 15 receives the
内部入力16は入力決定手段15によって、あらかじめ決められた評価関数を最小、または最大になるように決定される。ハイブリッド自動車の場合、評価関数は例えば燃費や損失であり、損失を最小にするように決定される。評価関数自体に−1をかけることで、評価関数を最大にする条件は容易に評価関数を最小にする条件に変換できるため、以降、特に断り無く、評価関数は最小にするものとして扱う。
The
入力決定手段15は将来状態予測手段21、最適化演算手段22、制約条件判定手段23を有する。一般的に、損失を最小化する最適化演算はあらかじめ車両の将来動作経路が決定していなければ計算できないが、乗用車の場合、運転者が自由に経路を決定することができるため、そのままでは最適化演算を行うことができない。将来状態予測手段21はこの問題を解決するために設けられたものである。将来状態予測手段21の詳細については後述する。
The
制約条件判定手段23は最適化演算の結果と制約条件との関係を判定するものである。ハイブリッド自動車の場合、電気系の軽量化のためにモータの体格を落とし、高負荷ではモータだけでの走行を想定しない車両も存在する。このような場合、モータだけで走行できる最適化演算を行っても実行可能な解は得られない。制約条件判定手段23はそのような場合に鑑み設けられたものであり、初期値を変えた最適解の再実行や、代替解の選択という機能を有する。また、さらに、後述するように制約条件式の評価結果から診断機能を実現する機能を有することもできる。 The constraint condition determination means 23 determines the relationship between the optimization calculation result and the constraint condition. In the case of a hybrid vehicle, there is a vehicle that reduces the physique of the motor in order to reduce the weight of the electric system and does not assume traveling by the motor alone at a high load. In such a case, a feasible solution cannot be obtained even if an optimization calculation that can be performed only by the motor is performed. The constraint condition determination means 23 is provided in view of such a case, and has functions of re-execution of an optimal solution with a changed initial value and selection of an alternative solution. Further, as will be described later, it is possible to have a function of realizing a diagnostic function from the evaluation result of the constraint condition expression.
入力決定手段15は初期値マップ24、評価関数・制約条件データベース25、代替入力データベース26を有する。一般的に最適化演算は逐次収束演算であり初期値の決定が必要である。初期値マップ24は外部入力11、出力12に応じて、実行可能解に収束しやすい初期値をあらかじめマップ化して有するものである。これにより演算回数の低減、また、充分精度のよい近似解を選択することにより評価関数や制約条件を線形近似式として扱うことも可能であり、演算時間の大幅な短縮が期待できる。評価関数・制約条件データベース25は、制御対象14の損失評価式や制約条件式を格納するものであり、最適化演算手段22はこれら損失評価式や制約条件式を用いて最適化演算を行う。
The
一般的に損失評価式と制約条件式は下式のように定式化される。 Generally, the loss evaluation formula and the constraint condition formula are formulated as the following formula.
上式中、xは状態変数、uは内部入力変数である。数式(1)は最小値を希求する評価関数である。式(2)は対象とするシステムを記述する状態方程式、式(3)は不等号制約条件、式(4)は等号制約条件である。式(5)は初期値である。なお、式(2)および式(4)はどちらも数学的には等価に扱うことができるため、以降式(2)と式(4)は区別せず、どちらも等号制約条件として扱う。式(1)から式(5)の組により記述される最適化問題の解法については、例えば非特許文献1(玉置久,「システム最適化」,オーム社(2005))に開示されているため、詳細については説明しない。 In the above equation, x is a state variable and u is an internal input variable. Equation (1) is an evaluation function for finding the minimum value. Equation (2) is a state equation describing the target system, Equation (3) is an inequality constraint, and Equation (4) is an equality constraint. Equation (5) is an initial value. In addition, since both formula (2) and formula (4) can be handled mathematically equivalently, formula (2) and formula (4) are not distinguished from each other, and both are treated as equality constraints. Since the solution of the optimization problem described by the combination of Equation (1) to Equation (5) is disclosed in, for example, Non-Patent Document 1 (Hisashi Tamaki, “System Optimization”, Ohmsha (2005)). Details will not be described.
本発明の対象のひとつであるハイブリッド自動車について、評価関数および制約条件を書き下すと、例えば下式のようになる。数2が評価関数L、数3が状態方程式、数4が不等号制約条件、数5が等号制約条件に対応する。また、数2から数5で用いた記号の説明を図2に示す。
When an evaluation function and constraint conditions are written down for a hybrid vehicle that is one of the objects of the present invention, the following expression is obtained, for example.
入力決定手段15は代替入力データベース26を備えている。代替入力データベース26は実行可能な内部入力の組を保持するものである。代替入力データベース26に保持される内部入力の組は、実行可能であれば必ずしも最適でなくてもよい。この内部入力の組は最適化演算がうまくいかなかった場合に次善の内部入力として制約条件判定手段23によって使用される。
The
なお、制約条件判定手段23は評価関数・制約条件データベース25があれば、内部入力の解候補を制約条件式に代入することによって容易に実現できる。例えば、式(3)において、不等号制約条件gi(x)>0となっていれば、i番目の不等号制約条件が実現されていないと判断でき、実行不可能であるとわかる。最適化演算結果通知手段27は最適化演算で得られた解および拘束条件の関係を外部に通知するために設けたものであり、LED、液晶表示、メモリ、または外部へのコネクタなどとして実現される。この情報は、診断手段17や開発環境18に送出され、診断やデバッグに用いることができる。なお、最適化演算結果通知手段27は、最適化演算結果の時系列を保存するデータ保持手段を有してもよい。これにより、オフライン診断が容易になる効果がある。
If there is an evaluation function / constraint condition database 25, the constraint condition determination means 23 can be easily realized by substituting the solution candidates of the internal input into the constraint condition expression. For example, in equation (3), if the inequality constraint condition gi (x)> 0, it can be determined that the i-th inequality constraint condition has not been realized, and it can be understood that it cannot be executed. The optimization calculation result notification means 27 is provided to notify the relationship between the solution obtained by the optimization calculation and the constraint conditions to the outside, and is realized as an LED, a liquid crystal display, a memory, or an external connector. The This information is sent to the diagnostic means 17 and the development environment 18 and can be used for diagnosis and debugging. The optimization calculation
図3はオンライン診断を可能にする移動体の入力決定手段の全体説明図である。ここで28は距離演算手段であり、最適化の結果得られた最適解と不等号制約条件との距離を演算するものである。また、29は診断結果を表示する診断モニタである。図1との相違は、診断手段17を対象となる移動体、例えばハイブリッド車両内に搭載したこである。これにより、運転者は常に自車状態をモニタすることができる。なお、距離演算手段28を用いた診断方法については後述する。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the entire mobile body input determination means that enables online diagnosis. Here, 28 is a distance calculation means for calculating the distance between the optimum solution obtained as a result of optimization and the inequality constraint condition.
図4は図1における将来状態予測手段21の説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the future state predicting means 21 in FIG.
本図では、ハイブリッド自動車の将来状態予測手段21の例として、横軸時間、縦軸車速として、車速を予測する場合を示している。現在時刻をt0、あらかじめ決められた評価時間間隔をΔT、評価終了時刻をtf(=t0+ΔT)とする。t0における車速はv0とし、t0からtfまで、車速は一定加速度で増加する。この特性(一次ホールド)を用いて中間時刻t1,t2,…,tfでの車速v1,v2,…,vfを決定する。現在時刻t0における加速度は、過去の実車速履歴により決定される。非常に単純には、ある一定時間での車速の移動平均を用いることができる。 In the figure, as an example of the future state predicting means 21 of the hybrid vehicle, a case where the vehicle speed is predicted as the horizontal axis time and the vertical axis vehicle speed is shown. It is assumed that the current time is t0, the predetermined evaluation time interval is ΔT, and the evaluation end time is tf (= t0 + ΔT). The vehicle speed at t0 is v0, and the vehicle speed increases at a constant acceleration from t0 to tf. .., Vf at intermediate times t1, t2,..., Tf are determined using this characteristic (primary hold). The acceleration at the current time t0 is determined by the past actual vehicle speed history. Very simply, a moving average of the vehicle speed over a certain period of time can be used.
このようにすることで、評価時間間隔ΔTでの車両動作が決定でき、最適化計算を実行することができる。 In this way, the vehicle operation at the evaluation time interval ΔT can be determined, and the optimization calculation can be executed.
図5は離散状態を含む将来状態予測手段21の説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the future state predicting means 21 including discrete states.
ハイブリッド自動車では、「エンジンを動作させる」「エンジンを止める」の少なくとも2状態があり、それぞれ制約条件式が異なるために、この2つを統一的に取り扱うことが難しい。ここでは制約条件式の本数や内容が大幅に変わることを「離散状態」と表記する。 In a hybrid vehicle, there are at least two states of “operating the engine” and “stopping the engine”. Since the constraint condition expressions are different, it is difficult to handle the two in a unified manner. Here, the fact that the number and contents of the constraint condition expressions change significantly is referred to as “discrete state”.
今、離散状態数を2、現在時刻t0から評価終了時刻tfまでの分割数を3とすると、損失Li(iは時刻、離散状態を表すインデックス)は図5に示すように探索木として表現される。これらから、最終時刻t2において損失最小となるLiを探索し、Liにつながる現在時刻t0での損失Ljを実現する内部入力を選択すればよい。例えば、L211が時刻t2における最小損失ノードと仮定すると、現在時刻t0において選択されるノードはL2である。L1をモータのみでの走行状態、L2をエンジンをかけた状態とすると、現在時刻t0においてエンジンを動作させる選択をするほうがよいことがわかる。 Now, assuming that the number of discrete states is 2 and the number of divisions from the current time t0 to the evaluation end time tf is 3, the loss Li (i is the time, an index representing the discrete state) is expressed as a search tree as shown in FIG. The From these, a search is made for Li that minimizes the loss at the final time t2, and an internal input that realizes the loss Lj at the current time t0 connected to Li may be selected. For example, assuming that L211 is the minimum loss node at time t2, the node selected at the current time t0 is L2. Assuming that L1 is the running state with only the motor and L2 is the state where the engine is running, it is understood that it is better to select to operate the engine at the current time t0.
図6はナビゲーションシステムを用いた場合の本発明の適用例である。ここで19がナビゲーションシステムである。ナビゲーションシステム19は出発地と目的地とを設定すれば、ある程度車両の運転状態を予想できるため、ナビゲーションシステム19を将来状態予測手段21(図1、3)として用いることができる。また、ナビゲーションシステム19はモニタを有することが多いため、本図においては診断モニタ29(図3)の役割もナビゲーションシステム19がかねる構成としている。
FIG. 6 shows an application example of the present invention when a navigation system is used. Here, 19 is a navigation system. Since the
図7は本発明を実現する構成例である。なお、ハイブリッド自動車の制御システムを想定しており、簡単のため説明に必要な最低限の例示としてある。 FIG. 7 shows a configuration example for realizing the present invention. In addition, the control system of the hybrid vehicle is assumed, and is a minimum example necessary for explanation for simplicity.
31は本発明による上位コントローラ、32はモータコントローラ、33はモータ、34はエンジンコントローラ、35はエンジンである。上位コントローラ31、モータコントローラ32、エンジンコントローラ34はバス結合ネットワーク36により互いに情報交換を行う。本発明による入力決定手段は上位コントローラ31が有する。
31 is a host controller according to the present invention, 32 is a motor controller, 33 is a motor, 34 is an engine controller, and 35 is an engine. The
一般的に、本図の対象としたハイブリッド自動車はシステム規模は非常に大きいため、上位コントローラ31、モータコントローラ32、エンジンコントローラ34は別々のメーカによって製造される場合が多い。このとき、上位コントローラ31のメーカは入力決定手段作成のための充分な情報を得にくく、実装が困難となることが予想される。しかし、図7に示すように、上位コントローラ31が関数情報37をモータコントローラ32、エンジンコントローラ34から受け取ることによってこの困難は緩和される。なお、ここで評価関数と制約条件をまとめて関数情報37とした。本件詳細について以下で説明する。
In general, since the system size of the hybrid vehicle targeted in this figure is very large, the
一般的に最適化演算は制約条件の下での評価関数最小化を行うために、制約条件の取得が必要となる。例えば上位コントローラ31のメーカ(以下、甲社と記載)とエンジンコントローラ34のメーカ(以下、乙社と記載)とが異なる場合、甲社は例えば燃料消費率マップといった評価関数の情報を有さない。上位コントローラ31作成のためには前記燃料消費率マップを乙社より入手する必要があるが、前記燃料消費率マップはエンジン性能のコアとなるデータであり、たいていの場合企業秘密である。したがって、乙社は前記燃料消費率マップの情報をできれば開示したくないのが通例である。
In general, the optimization operation needs to acquire the constraint condition in order to minimize the evaluation function under the constraint condition. For example, when the manufacturer of the host controller 31 (hereinafter referred to as “Company A”) is different from the manufacturer of the engine controller 34 (hereinafter referred to as “Company B”), the Company “S” does not have information on an evaluation function such as a fuel consumption rate map. . In order to create the
また、エンジン改良や部品の見直しなどでソフトウェアに改変が生じた場合、上位コントローラ31とエンジンコントローラ34の間で整合性を取ることが困難となるという問題もある。
There is also a problem that it is difficult to achieve consistency between the
上記問題点は、関数情報37をモータコントローラ32やエンジンコントローラ34が上位コントローラ31に送出することによって解決される。これにより、上位コントローラ31は必要に応じてモータコントローラ32やエンジンコントローラ34が有する評価関数や制約関数を移入して上位コントローラ31でインストール、実行することができるため、コントローラ間での整合性を取りにくいという問題点が解決される。さらに、関数情報37を暗号化しておき、実行のみ可能とする形態で送出することにより、機密情報開示に伴う問題も解消される。
The above problem is solved by sending the
図8は、図1、3において触れた故障診断方法の例である。なお、本発明による移動体の入力決定手段は一般的には多変数の最適化問題を解くものであるが、ここでは簡単のため変数1と変数2の2次元の最適化として表している。また、等号制約条件については簡単のため図示していない。
FIG. 8 shows an example of the failure diagnosis method mentioned in FIGS. Note that the input determination means for a moving object according to the present invention generally solves a multivariable optimization problem, but here it is expressed as a two-dimensional optimization of
41は第一不等号制約条件、42は第二不等号制約条件、43は評価関数の値を等高線表示したもの、44は第一不等号制約条件41と第二不等号制約条件42によって規定される変数1と変数2の実行可能領域である。なお、図8には第二不等号制約条件として、2つの制約条件を図示しており、それらを42a、42bとする。42aは経時変化前における第二制約条件であり、42bは経時変化後における第二制約条件である。
41 is a first inequality constraint, 42 is a second inequality constraint, 43 is a contour display of the value of the evaluation function, 44 is a variable 1 defined by the
45は最適化演算の結果得られる最適点であり、45aは経時変化前における最適点、45bは経時変化後における最適点である。また、図中m1aは経時変化前における最適点45aと第一不等号制約条件41との距離、m2aは経時変化前における最適点45aと第二不等号制約条件42aとの距離である。
45 is the optimum point obtained as a result of the optimization calculation, 45a is the optimum point before the change with time, and 45b is the optimum point after the change with time. In the figure, m1a is the distance between the
経時変化によって第二不等号制約条件が42aから42bに変化すると、最適化演算によって導出される最適点も45aから45bに変化する。さらに、経時変化後における最適点45bは経時変化後の第二不等号制約条件42bの境界上に位置している。これは、経時変化によって最適点45が影響を受けたことを意味している。このとき、経時変化後の最適点45bと第二不等号制約条件42bとの距離をm2bとすると、m2bは0となっている。
When the second inequality constraint condition changes from 42a to 42b due to the change over time, the optimum point derived by the optimization calculation also changes from 45a to 45b. Furthermore, the
このように、所定の動作点、例えばハイブリッド自動車ではある速度、ある加速度となる運転状態において、制約条件評価式をモニタして、不等号制約条件42と最適点45の位置関係を把握できれば性能劣化を検知できることがわかる。具体的には不等号制約条件42を表す式と最適点45との距離をモニタすればよい。これが0となったとき、経時劣化により性能が変化したことを意味するため、故障の前兆と判断することができる。また、不等号制約条件42と最適点45との距離の変化率をモニタすることにより、制約条件42が最適点45に影響を及ぼすまでの時間的余裕がわかるため、故障の予兆を診断することも可能となる。 In this way, at a predetermined operating point, for example, in a driving state where the hybrid vehicle has a certain speed and certain acceleration, the constraint condition evaluation formula is monitored, and if the positional relationship between the inequality constraint condition 42 and the optimum point 45 can be grasped, performance degradation will occur. It can be detected. Specifically, the distance between the expression representing the inequality constraint condition 42 and the optimum point 45 may be monitored. When this becomes 0, it means that the performance has changed due to deterioration over time, so it can be determined as a sign of failure. In addition, by monitoring the rate of change of the distance between the inequality constraint condition 42 and the optimum point 45, the time margin until the constraint condition 42 affects the optimum point 45 can be understood, so a failure sign can be diagnosed. It becomes possible.
なお、最適点45と不等号制約条件42との距離であるが、市街地距離、ユークリッド距離、マハラノビス距離などさまざまな既知の計算手段が適用できる。距離の計算方法については公知であるため、ここでは説明を省略する。 Although the distance between the optimum point 45 and the inequality restriction condition 42, various known calculation means such as a city area distance, an Euclidean distance, and a Mahalanobis distance can be applied. Since the method for calculating the distance is known, the description thereof is omitted here.
図9は不等号制約条件42と最適点45との距離が0になったときをトリガとして、故障部位を推定する方法について示したものである。ここで51は診断マネージャ、52は診断データベース、29は診断モニタである。診断マネージャ51は最適点との距離が0となる不等号制約条件式の識別子を受け、診断データベース52に検索クエリを発行する。ここでは検索クエリとしてSQLを用いた場合を図示している。診断データベース52は検索結果として得られる関係部品情報を診断マネージャ51に送出する。診断マネージャ51は前記関係部品情報を表示可能なフォーマットに変換し、診断モニタ29に表示する。
FIG. 9 shows a method for estimating a failure site by using a trigger when the distance between the inequality sign constraint condition 42 and the optimum point 45 becomes zero. Here, 51 is a diagnostic manager, 52 is a diagnostic database, and 29 is a diagnostic monitor. The
本図では説明を簡単にするため、データベースを用いた例を示したが、情報が検索可能であれば他の手段を用いてもよい、例えば、prologのような論理型言語を用いたバックトラックによる検索を用いてもよいし、先頭から順にパターンマッチングを行ってもよい。実装手段は利用できる計算リソースによって適宜決定する。 In this figure, for the sake of simplicity, an example using a database is shown, but other means may be used as long as information can be searched. For example, backtracking using a logic language such as prolog The search may be used, or pattern matching may be performed in order from the top. The implementation means is determined as appropriate according to available computing resources.
以上、主にハイブリッド自動車に適用する入力決定手段の例について説明したが、本発明は冗長入力システムであれば、将来状態の予測が困難な他のシステムに対しても有効に適用できる。例えば、災害救助用自動車などでは、あらかじめ知られている道路情報が、道路の寸断、路面状態の急変などにより利用できない。このような状況下で限られたエネルギーを最大限に活かすためには本発明で示した将来状態予測手段に拠らざるを得ない。また、例えば、福祉・介護用ロボットなどでは、対象が人間であり、サポートを必要とする部位や、体格、健康状態など、考慮しなければならない変数が非常に多岐にわたる。このようなシステムにおいては、あらかじめ使用パターンを想定しておくのは記憶容量の点からも得策とは言えず、オンデマンドでの将来状態予測が有効に働く。特に、ロボットのような多関節機器は、同じ手先位置を実現するに当たってほとんど無数ともいえる関節角の組み合わせがあるため、本発明による最適化演算が有利となる対象である。 As described above, the example of the input determining means mainly applied to the hybrid vehicle has been described. However, the present invention can be effectively applied to other systems in which it is difficult to predict the future state as long as it is a redundant input system. For example, in a disaster-relief vehicle, road information known in advance cannot be used due to road breaks or sudden changes in road surface conditions. In order to make the best use of the limited energy under such circumstances, it is necessary to rely on the future state prediction means shown in the present invention. In addition, for example, in a welfare / nursing care robot, the target is a human, and there are a wide variety of variables that need to be considered, such as parts that require support, physique, and health status. In such a system, assuming a usage pattern in advance is not a good idea from the viewpoint of storage capacity, and on-demand future state prediction works effectively. In particular, an articulated device such as a robot is an object to which the optimization calculation according to the present invention is advantageous because there are almost infinite combinations of joint angles when realizing the same hand position.
10…移動体、11…外部入力、12…出力、13…制御補償器、14…制御対象、15…入力決定手段、16…内部入力、17…診断手段、18…開発環境、19…ナビゲーションシステム、21…将来状態予測手段、22…最適化演算手段、23…制約条件判定手段、24…初期値マップ、25…評価関数・制約条件データベース、26…代替入力データベース、27…最適化演算結果通知手段、28…距離演算手段、29…診断モニタ、31…上位コントローラ、32…モータコントローラ、33…モータ、34…エンジンコントローラ、35…エンジン、36…バス結合ネットワーク、37…関数情報、41…第一不等号制約条件、42…第二不等号制約条件、43…評価関数の値を等高線表示したもの、44…変数1と変数2の実行可能領域、45…最適点、51…診断マネージャ、52…診断データベース。
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- 2008-06-17 JP JP2008157523A patent/JP2009301455A/en active Pending
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