JP4749951B2 - シミュレーションモデルの同定方法およびそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数種類の外乱を考慮して、シミュレーションモデルを同定するシミュレーションモデルの同定プログラムに関する。

従来より、各種装置、プラントの動作をシミュレーションモデルを用いて模擬し、その結果を利用した装置の設計や制御を行う手法が広く採用されている。

これらのシュミレーションモデルは、多数のパラメータから構成されており、これらパラメータについて最適値を見つける必要がある。このために、パラメータを変化させて、モデルと実機でのデータの誤差を求め、その誤差が最小となるようにしてパラメータを同定（最適化）している。

ここで、このようなシミュレーションモデルにおけるパラメータの同定においては、入力についての外乱を考慮する必要がある。一方、センサなどの故障検出／分離ロジックとして、ＧＬＲ（Generalized Likelihood Ratio）法が知られており、このＧＬＲ法を利用する故障検出については特許文献１などに記載がある。この特許文献１では、残差モデルを予め仮定することで故障の大きさをＧＬＲ法を用いて同定している。従って、この残差モデルを利用してモデルにおける残差を考慮することが可能と思われる。

特開昭６２−１６９７号公報

しかし、上記従来例では、１つのセンサについては１つの残差モデルを対応させるだけであり、複数の外乱を考慮する場合にもそれらは独立して考慮される。従って、複数の外乱が同時に生じた場合には正しい外乱の考慮ができない。

本発明は、複数種類の外乱を考慮して、シミュレーションモデルを同定するシミュレーションモデルの同定方法において、複数の入力となるパラメータの種類別であって、評価対象となる出力の種類別に各残差モデルを設定し、前記複数のパラメータのそれぞれのパラメータに対し、そのパラメータについての複数の外乱モデルについて、そのパラメータの種類に応じた大きさを乗算して外乱を付与し、外乱が付与されたパラメータをモデルに入力して、シミュレーションを行い、残差モデルを作成し、作成された残差モデルにより得られた出力を評価し、評価結果に基づいて、複数のパラメータが同時に変動した場合における前記大きさを同定することを特徴とする。

また、前記シミュレーションモデルは、車両の自動変速機を制御する油圧制御系であることが好適である。

また、本発明は、複数種類の外乱を考慮して、シミュレーションモデルを同定するシミュレーションモデルの同定プログラムにおいて、複数の入力となるパラメータの種類別、および評価対象となる出力の種類別に各残差モデルを設定し、前記複数のパラメータのそれぞれのパラメータに対し、そのパラメータについての複数の外乱モデルについて、そのパラメータの種類に応じた大きさを乗算して外乱を付与し、外乱が付与されたパラメータをモデルに入力して、シミュレーションを行い、残差モデルを作成し、作成された残差モデルにより得られた出力を評価し、評価結果に基づいて、複数のパラメータが同時に変動した場合における前記大きさを同定することを特徴とする。

本発明では、複数のパラメータの外乱について同時に考慮する。従って、複数のパラメータが同時に外乱を受けた場合における前記大きさを同定することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、処理の全体を示すフローチャートである。なお、実際の処理は、汎用のコンピュータを用い、モデルなどに関する所定のデータを入力すると共に、下記のような処理を行うプログラムを記憶させておきこれを実行することによって行う。

図１は、実施形態に係る残差モデルについての大きさを同定するための処理を示すフローチャートである。

まず、シミュレーションの対象となる装置に応じて、その入力における外乱を付与するパラメータの種類を決定する（Ｓ１）。後述する自動車の自動変速機であれば、入力として、（ｉ）入力トルク、（ｉｉ）係合クラッチ容量、（ｉｉｉ）走行抵抗などが考えられ、これら３つの各入力に対し外乱を考慮するのであれば、外乱の種類は３つとなる。

次に、各外乱毎に、外乱モデル（外乱の時系列パターン）を作成する（Ｓ２）。外乱モデルは特定の入力に対し、どのような外乱をどのように加算するかを示す時系列パターンのモデルである。

外乱モデルを作成した場合には、この外乱モデルを利用した入力を利用して装置モデル（シミュレーションモデル）によりシミュレーションを行い、出力を得る。そして、この出力を最適化対象となる実機の出力と比較し、その残差を計算する（Ｓ３）。次に、得られた残差から、各外乱モデルの各入力に対応する成分に乗算する大きさ（ゲイン）を同定する（Ｓ４）。このようにして、大きさが同定された場合には、この大きさを利用してシミュレーションモデルを設定し、このシミュレーションモデルを利用してシミュレーションを行う。

ここで、シミュレーション対象として、車両の自動変速機の油圧系を採用した場合における本実施形態における同定について説明する。

このシミュレーションを行うモデルとなる油圧制御系の構成を図２に示す。このように、車両には、エンジン２０が搭載されており、このエンジン２０に自動変速機２２が接続されている。そして、自動変速機２２からの出力によってタイヤ２４が回転され、車両が走行する。

この自動変速機２２には、変速を行うための油圧制御系２６が設けられている。油圧ポンプからのオイルは油圧調整弁によって所定のライン圧（元圧）に調整される。この油圧調整弁からの出力は、供給電流によって開度が制御されるリニアソレノイド弁３２、オリフィス・流路を介しクラッチパック３６に供給される。このクラッチパック３６は供給油圧によって内部のピストンに対するクラッチ圧が変化し、これによってクラッチ板の係合解放が制御される。例えば、１速から２速への変速指令が出されたときには、上述のリニアソレノイド弁３２への電流値が変更され、クラッチパック３６におけるクラッチ圧が変更されて、１速のギヤへの接続が解放され、２速のギヤへ接続されて変速が行われる。

このような油圧制御系のモデルを用いてクラッチ圧が算出される。ここで、この油圧制御系２６は、変速指令（油圧指令）がＥＣＵ３０に入力され、ＥＣＵ３０は指令に応じてリニアソレノイド弁３２への電流値を変更する。これによって、オリフィス・流路３４を介しクラッチパック３６へ供給される油圧が変更され、クラッチパック３６におけるクラッチ圧が制御される。

なお、エンジン２０の出力軸と、クラッチパック３６の入力の間には、トルクコンバータが配置されており、このトルクコンバータの出力側であるタービンに接続された軸がクラッチパック３６の入力軸になる。

図３には、外乱を考慮するシミュレーションについて示してある。入力信号として、入力トルク、係合クラッチトルク容量、走行抵抗の３つを考える。そして、３つの入力信号のそれぞれに対し、外乱モデルを用意して、その外乱モデルの各入力に対応する成分（時系列パターン）に所定の大きさを乗算したものをそれぞれ加算して入力信号の外乱を付与する。このようにして外乱が付与された入力信号をギヤトレーンモデルに入力し、シミュレーション結果としてのタービン回転と、出力トルクを得る。そして、このシミュレーション結果について、実機の出力と比較して、大きさが妥当かどうかを評価し、大きさの最適値を求める。

図４には、この動作について示してある。このように、シミュレーション結果であるタービン回転、出力トルクについて実機の出力との残差を計算し、この残差が小さくなるように各外乱パターンに乗算する大きさを修正する。

ここで、本実施形態における外乱を含む自動変速機の回転系についての演算について説明する。

まず、自動変速機の回転系についての運動方程式は次のようになる。

一方、実機の出力である、タービン回転数ωｔ、出力トルクＴｏは、センサによって検出される。そこで、センサ出力は、次のようになる。

また、残差γ _ｊ と外乱の大きさを１とした場合の残差を示す残差モデルρ _ｉｊ の関係は、外乱あり（ｉ＝４）の場合、次のように表される。

このように、本実施形態では、外乱の種類ｉ＝４であり、上述の入力トルク、係合クラッチトルク容量、走行抵抗の３つともう１つの外乱（例えば、油圧系の時定数）が追加されたことを仮定している。また、出力はｊ＝２であり、タービン回転数および出力トルクを対象としている。そして、４種類の外乱のそれぞれの２つの出力に対する影響を考慮する。例えば、タービン回転数について、ρ１１，ρ１２，ρ１３，ρ１４の４つの残差モデルを考慮し、出力トルクについて、ρ２１，ρ２２，ρ２３，ρ２４の４つの残差モデルを考慮する。

図５における入力トルクについての外乱モデルは、５Ｎｍであり、その大きさはｖ１であるため、入力トルクに対しては、ｖ１・５Ｎｍが入力トルクに加算されてギヤトレーンモデルに入力され、係合クラッチトルク容量に対しては、ｖ２・０．０５Ｎｍが加算されてギヤトレーンモデルに入力され、走行抵抗に対しては、ｖ３・５Ｎｍが加算されてギヤトレーンモデルに入力されることになる。

なお、残差モデルρ_ｉｊは
ρ_ｉ１・ｖ _ｉ＝ωｔ−ωｔ_{ｎｏｍｉｎａｌ}、ρ_ｉ２・ｖ _ｉ＝Ｔｏ−Ｔｏ_{ｎｏｍｉｎａｌ}
のように表される。
従って、外乱の大きさｖ _ｉ ＝１の場合の装置モデルからの出力が残差モデルρ _ｉｊ になり、その要素は外乱モデルの各要素となる。

ここで、外乱がない場合には、次のように表される。

従って、ｖ _ｉ を適切な値に設定することで、実機の出力との残差を小さくすることができる。

次に、対数尤度比は、次のように表される。ここで、この尤度比が大きくなる外乱モデル程実際の特性を表す。

そして、最尤推定による外乱の大きさｖ＝［ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４］^Tは、次の４つの式を連立することで得られる。

このようにして、各外乱モデル出力に対する大きさｖを同定することができる。

ここで、入力トルク：５［Ｎｍ］×−３倍、係合クラッチトルク容量：０．０５［Ｎｍ］×２倍ずれる、走行抵抗トルク５［Ｎｍ］×３倍、と仮定し、大きさを同定した。その結果を図５に示す。左図に示すように、真値と同定値がよく一致していることがわかる。また、右図に外乱を考慮しない場合と考慮した場合についてのモデル出力であるタービン回転数、出力トルクを実機での検出結果と共に示す。このように、外乱を考慮したモデルによって、正確なシミュレーションが行えることが理解される。

「比較例の説明」
ここで、複数の外乱を考慮するが、それらが同時に起こることは考慮しない比較例について説明する。

この場合、残差γ _ｊ と残差モデルρ _ｉｊ の関係は、次のように表される。

対数尤度比は、次のようになる。

外乱の同定法は、次のように最大の対数尤度比（１つ）が実機で発生した外乱となる。

これによって同定した外乱の大きさは、次のように表される。

また、同定した対数尤度比は、次のようになる。

この比較例では、入力トルクに外乱を加えたことによる残差として、入力トルクのタービン回転数に対する残差モデルρ１１と、出力トルクに対する残差モデルρ１２のみを考慮し、係合クラッチトルク容量に外乱を加えたことによる残差として、係合クラッチトルク容量のタービン回転数に対する残差モデルρ２１と、出力トルクに対する残差モデルρ２２のみを考慮し、走行抵抗に外乱を加えたことによる残差として、走行抵抗のタービン回転数に対する残差モデルρ３１と、出力トルクに対する残差モデルρ３２のみを考慮する。従って、１つの外乱のみが生じた場合に適切な補正が行えるが、２つ以上の外乱が同時に生じた場合には、適切な補正が行えない。

図６には、入力トルクが５［Ｎｍ］×３倍ずれた場合について示してある。入力トルクに対する外乱モデル出力に乗算する大きさ（ゲイン）について正しい同定が行え、タービン回転数および出力トルクの両方について正しいシミュレーションが行えることがわかる。

一方、図７には、入力トルクが５［Ｎｍ］×３倍ずれると共に、係合クラッチトルクも０．０５［Ｎｍ］×３倍ずれた場合について示してある。各外乱モデル出力に乗算する大きさ（ゲイン）について正しい同定が行えなくなり、タービン回転数および出力トルクの両方について正しいシミュレーションが行えないことがわかる。

実施形態の処理を説明するフローチャートである。 油圧制御系の概要構成を示す図である。 外乱付与のための構成を示す図である。 外乱モデルにおけるの大きさの推定を説明する図である。 実施形態における外乱の大きさを推定したモデルを利用して３つの外乱が同時に発生した場合の推定結果を示す図である。 比較例における外乱の大きさを推定したモデルを利用して１つの外乱が発生した場合の推定結果を示す図である。 比較例における外乱の大きさを推定したモデルを利用して２つの外乱が同時に発生した場合の推定結果を示す図である。

符号の説明

２０ エンジン、２２ 自動変速機、２４ タイヤ、２６ 油圧制御系、３２ リニアソレノイド弁、３４ オリフィス・流路、３６ クラッチパック。

Claims (3)

1. コンピュータを利用して、評価対象である実装置のシミュレーションモデルを複数種類の外乱を考慮して同定するシミュレーションモデルの同定方法において、
   コンピュータに、
   前記シミュレーションモデルの複数の入力のそれぞれに対応して予め定められた外乱に関する時系列パターンを発生させ、
   発生された各時系列パターンにそれぞれゲインを乗算して対応する外乱を発生させ、
   得られた各外乱をそれぞれ対応する入力にそれぞれ付与させ、
   外乱が付与された複数の入力を前記シミュレーションモデルに入力して、シミュレーションを行わせ、
   得られたシミュレーション出力と、前記実装置の出力とを比較して、両出力の差である時系列の残差を求めさせ、
   求められた残差が小さくなるように、最尤推定によって、各時系列パターンに対応する前記ゲインをそれぞれ求めさせ、
   前記シミュレーションモデルにおける複数種類の外乱の時系列パターンにそれぞれ乗算する前記ゲインを同定させることを特徴とするシミュレーションモデルの同定方法。
2. 請求項１に記載のシミュレーションモデルの同定方法において、
   前記評価対象である実装置は、車両の自動変速機を制御する油圧制御系であることを特徴とするシミュレーションモデルの同定方法。
3. 複数種類の外乱を考慮して、評価対象である実装置のシミュレーションモデルを同定するためのシミュレーションモデルの同定プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記シミュレーションモデルの複数の入力のそれぞれに対応する予め定められた外乱に関する時系列パターンを発生するステップと、
   発生された各時系列パターンにそれぞれゲインを乗算して対応する外乱を発生するステップと、
   得られた各外乱をそれぞれ対応する入力にそれぞれ付与するステップと、
   外乱が付与された複数の入力を前記シミュレーションモデルに入力して、シミュレーションを行うステップと、
   得られたシミュレーション出力と、前記実装置の出力とを比較して、両出力の差である時系列の残差を求めるステップと、
   求められた残差が小さくなるように、最尤推定によって、各時系列パターンに対応する前記ゲインをそれぞれ求めて、前記シミュレーションモデルにおける複数種類の外乱の時系列パターンにそれぞれ乗算する前記ゲインを同定するステップと、
   を実行させることを特徴とするシミュレーションモデルの同定プログラム。

Images