JP4875906B2 - Vehicle behavior estimation / prediction device and vehicle stabilization control system - Google Patents

Vehicle behavior estimation / prediction device and vehicle stabilization control system Download PDF

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Description

本発明は、車両挙動推定予測装置および車両安定化制御システムに係り、特にニューラルネットワーク演算により車両挙動を表す量の推定値や予測値を算出する車両挙動推定予測装置および車両安定化制御システムに関する。   The present invention relates to a vehicle behavior estimation / prediction device and a vehicle stabilization control system, and more particularly to a vehicle behavior estimation / prediction device and a vehicle stabilization control system for calculating an estimated value or a predicted value of an amount representing a vehicle behavior by a neural network calculation.

ステアリングホイールやアクセルペダル、ブレーキペダル等の操作をセンサ等で読み取り電気信号として駆動系に伝達して電子制御を行う、いわゆるバイワイヤ技術等の開発が進んでいる。このような車両制御の高度化に伴い、制御に用いる車両挙動を表す量、すなわち車両に生じているヨーレートや横加速度、すべり角、タイヤにかかる横力や前後力、ロールレート、ピッチレート、路面摩擦係数等の現在の値を精度良く推定することが非常に重要になっている。   Development of so-called by-wire technology, in which operations of a steering wheel, an accelerator pedal, a brake pedal, and the like are read by a sensor or the like and transmitted as an electric signal to a drive system to perform electronic control, has been developed. Along with the sophistication of vehicle control, the amount of vehicle behavior used for control, that is, yaw rate, lateral acceleration, slip angle, lateral force and longitudinal force applied to tires, roll rate, pitch rate, road surface It is very important to accurately estimate current values such as a friction coefficient.

また、これらの量の一定時間後の値を予測し、将来的な車両挙動の予測ができれば、より精度の高い挙動制御が可能となると考えられており、このような車両の挙動予測ができれば、車両挙動が不安定な状態に陥る前に車両の挙動安定化制御を行うことが可能となり、より高度な予防安全技術の開発につながると期待されている。   In addition, if it is possible to predict the values of these quantities after a certain time and predict future vehicle behavior, it is considered that more accurate behavior control will be possible, and if such vehicle behavior prediction is possible, It is expected that vehicle behavior stabilization control can be performed before the vehicle behavior falls into an unstable state, leading to the development of more advanced preventive safety technology.

しかし、これらの車両挙動を表す量を測定する測定装置は、例えば、信頼性が低かったり、高価であったり、或いは大型であったりして実車への搭載が困難である場合も多い。そこで、従来、車両運動の数理モデルを用いて車輪速やステアリングホイールの操舵角等の比較的容易に精度良く測定可能な量の測定値に基づいてこのような実際上測定が困難な量の現在値を推定したり一定時間後の値を予測させていた。   However, there are many cases in which these measuring devices that measure the amount of vehicle behavior are difficult to mount on an actual vehicle because they are, for example, unreliable, expensive, or large. Therefore, in the past, such an amount that is difficult to measure in practice based on the measured value of the amount that can be measured relatively easily and accurately, such as the wheel speed and the steering angle of the steering wheel, using a mathematical model of vehicle motion. The value was estimated or the value after a certain time was predicted.

また、近年、数理モデルを用いる代わりに、ニューラルネットワークによる演算により車両挙動を表す量を算出する車両挙動推定予測装置が開発されている(例えば、特許文献1、2等参照)。しかし、これらのニューラルネットワークによる演算にせよ、前記の数理モデルによる演算にせよ、車両の走行状態がスピン状態やドリフト状態のような非線形領域にある場合、車両挙動を精度良く表現することは困難である。   In recent years, a vehicle behavior estimation / prediction device that calculates an amount representing a vehicle behavior by calculation using a neural network instead of using a mathematical model has been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, it is difficult to accurately represent the vehicle behavior when the vehicle running state is in a non-linear region such as a spin state or a drift state, regardless of the computation by the neural network or the mathematical model. is there.

そこで、非線形領域においても車両挙動を表す量を精度良く推定し予測することを目的として、出力値の過去の履歴を現在のニューラルネットワークからの出力値に反映させるべく出力値を1〜数サイクル遅延させてフィードバックして再度入力するように構成したリカレント型ニューラルネットワークを用いた車両挙動推定予測装置が知られている(特許文献3参照)。
特開平11−147460号公報 特開平6−286630号公報 特開2004−249812号公報
Therefore, the output value is delayed by one to several cycles in order to reflect the past history of the output value in the output value from the current neural network for the purpose of accurately estimating and predicting the amount representing the vehicle behavior even in the non-linear region. A vehicle behavior estimation / prediction device using a recurrent neural network configured to be fed back and input again is known (see Patent Document 3).
JP-A-11-147460 JP-A-6-286630 JP 2004-249812 A

ニューラルネットワークを用いて車両挙動を表す量の推定値や予測値を算出する場合、その量の変動に影響を与える可能性がある他の量を多数種類入力する方がより精度が上がると期待され、通常、精度が上がる。   When using neural networks to calculate estimated values or predicted values that represent vehicle behavior, it is expected that the accuracy will be improved if many other types of quantities that may affect fluctuations in the quantity are input. , Usually the accuracy goes up.

しかしながら、ニューラルネットワークへの入力が多次元になると、遺伝的アルゴリズム等により最適化されるべき変数が膨大になり、ニューラルネットワークの学習能力が飽和して容易に収束しなくなる場合がある。特に、リカレント型ニューラルネットワークのように過去の出力値を再入力する場合、遅延サイクル数を増やすほど入力の次元が増大するため、容易に学習を行うことができなくなる可能性が高くなる。   However, when the input to the neural network becomes multidimensional, the variables to be optimized by a genetic algorithm or the like become enormous, and the learning ability of the neural network may be saturated and may not easily converge. In particular, when a past output value is re-input as in the case of a recurrent type neural network, the input dimension increases as the number of delay cycles increases, so that there is a high possibility that learning cannot be performed easily.

しかし、逆に、ニューラルネットワークに入力する車両挙動を表す量の数を単純に減らすだけでは、出力値の精度が下がり、車両挙動を表す量の現在値や予測値として有効な値を出力できなくなり、車両挙動推定予測装置の信頼性が低下する。   On the other hand, simply reducing the number of vehicle behaviors that are input to the neural network will reduce the accuracy of the output value, making it impossible to output a valid value as the current value or predicted value of the vehicle behavior. Therefore, the reliability of the vehicle behavior estimation / prediction device decreases.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、複数の車両挙動を表す量をその特徴を反映させながら次元圧縮することで、ニューラルネットワークへの入力数の低減し、精度良く車両挙動を表す量を推定し予測することが可能な車両挙動推定予測装置およびそれを用いた車両安定化制御システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and by reducing the number of inputs to the neural network and accurately performing vehicle behavior by dimensionally compressing quantities representing a plurality of vehicle behaviors while reflecting their characteristics. It is an object of the present invention to provide a vehicle behavior estimation / prediction device capable of estimating and predicting an amount to be represented and a vehicle stabilization control system using the same.

前記の問題を解決するために、第1の発明は、
車両挙動推定予測装置において、
測定装置により測定された複数の車両挙動を表す量に関するデータを砂時計型ニューラルネットワークを用いて次元圧縮させ前記砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層からの出力を特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、
抽出された前記特徴量に基づいて現在の車両挙動を表す量の推定値または一定時間後の車両挙動を表す量の予測値を出力するニューラルネットワークで構成された演算手段と
を備え
前記演算手段を構成するニューラルネットワークは、遅れ要素フィードバックを有するリカレント型ニューラルネットワークであり、
前記遅れ要素フィードバックを有するリカレント型ニューラルネットワークは、現在または過去の複数の時点で出力された複数の前記推定値または前記予測値である遅れ要素を砂時計型ニューラルネットワークを用いて次元圧縮させ、前記砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層からの出力を前記リカレント型ニューラルネットワークの入力層に入力させるように構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the first invention provides:
In the vehicle behavior estimation and prediction device,
Feature quantity extraction means for dimensionally compressing data relating to quantities representing a plurality of vehicle behaviors measured by the measuring device using an hourglass neural network and extracting an output from the compression layer of the hourglass neural network as a feature quantity;
An arithmetic means configured by a neural network that outputs an estimated value of the amount representing the current vehicle behavior based on the extracted feature amount or a predicted value of the amount representing the vehicle behavior after a certain time , and
The neural network constituting the calculation means is a recurrent neural network having a delay element feedback,
The recurrent neural network having the delay element feedback includes the hourglass neural network for dimensionally compressing the delay elements that are the estimated values or the predicted values output at a plurality of current or past time points, and the hourglass the output from the compression layer type neural network, characterized that you have been configured to input to the input layer of the recurrent neural network.

の発明は、第の発明の車両挙動推定予測装置において、前記特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワーク、前記リカレント型ニューラルネットワークおよび前記複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークは、測定装置により測定された実測データおよび前記リカレント型ニューラルネットワークからの出力データを教師データとして算出される評価値に基づいて予めそれぞれ個別に学習されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the vehicle behavior estimation / prediction device according to the first aspect, the hourglass neural network for extracting the feature value, the recurrent neural network, and the hourglass neural network for dimensionally compressing the plurality of delay elements, The actual measurement data measured by the measurement device and the output data from the recurrent neural network are individually learned in advance based on evaluation values calculated as teacher data.

の発明は、第の発明の車両挙動推定予測装置において、前記特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワーク、前記リカレント型ニューラルネットワークおよび前記複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークの学習において、学習タイミングを切り替えながら個別に学習を行わせるためにいずれか1つを選択する切替手段を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the vehicle behavior estimation / prediction device of the second aspect, the hourglass neural network that extracts the feature amount, the recurrent neural network, and the hourglass neural network that dimensionally compresses the plurality of delay elements 2, further comprising a switching means for selecting any one of them in order to perform learning individually while switching the learning timing.

の発明は、第の発明の車両挙動推定予測装置において、前記切替手段は、前記測定装置により測定された実測データと前記リカレント型ニューラルネットワークからの出力データについてそれぞれ平均値、分散および周期を算出し、両者の平均値、分散および周期の差をそれぞれ正規化して比較した場合に、正規化された平均値の差が最も大きい場合には前記特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワークを、正規化された分散の差が最も大きい場合には前記リカレント型ニューラルネットワークを、正規化された周期の差が最も大きい場合には前記複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークを選択することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vehicle behavior estimation / prediction device according to the third aspect of the present invention, the switching means includes an average value, a variance, and a period for the actual measurement data measured by the measurement device and the output data from the recurrent neural network, respectively. When the difference between the average value, variance and period of both is normalized and compared, and the difference between the normalized average values is the largest, the hourglass neural network that extracts the feature amount, Selecting the recurrent neural network when the normalized variance difference is the largest, and selecting the hourglass neural network that dimensionally compresses the plurality of delay elements when the normalized difference is the largest. It is characterized by.

の発明は、車両安定化制御システムにおいて、
第1から第のいずれかの発明の車両挙動推定予測装置と、
前記車両挙動推定予測装置から出力される前記推定値または前記予測値に基づいて車両の安定化制御を行う制御装置と
を備えることを特徴とする。
A fifth invention is a vehicle stabilization control system,
A vehicle behavior estimation / prediction device according to any one of the first to fourth inventions;
And a control device that performs vehicle stabilization control based on the estimated value or the predicted value output from the vehicle behavior estimation / prediction device.

第1の発明によれば、特徴量抽出手段の砂時計型ニューラルネットワークでは、ハンドル角等が入力層に入力され、一旦圧縮層で次元圧縮された後、出力層からハンドル角等が復元されて出力される。そのため、圧縮層からの出力は、入力されたハンドル角等の複数の車両挙動を表す量の特徴がすべて反映された情報であると言える。   According to the first invention, in the hourglass neural network of the feature quantity extraction means, the handle angle and the like are input to the input layer, and after the dimensional compression in the compression layer, the handle angle and the like are restored from the output layer and output. Is done. Therefore, it can be said that the output from the compression layer is information reflecting all the features of the quantities representing a plurality of vehicle behaviors such as the input steering angle.

従って、圧縮層からその情報を引き出し、それを特徴量として抽出して演算手段に入力することで、1つの入力で演算手段のニューラルネットワークにハンドル角等の複数の車両挙動を表す量を入力することと同じ効果を得ることが可能となる。そのため、ニューラルネットワークが出力する車両挙動を表す量の推定値や予測値の変動に影響を与える可能性がある他の多数種類の量をニューラルネットワークに入力することと同等の効果を得ることが可能となり、ニューラルネットワークから出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の精度を向上させることが可能となる。   Therefore, by extracting the information from the compression layer, extracting it as a feature value, and inputting it to the calculation means, an amount representing a plurality of vehicle behaviors such as a steering angle is input to the neural network of the calculation means with one input. The same effect can be obtained. Therefore, it is possible to obtain the same effect as inputting many other types of quantities that may affect fluctuations in estimated values and predicted values representing the vehicle behavior output by the neural network to the neural network. Thus, it is possible to improve the accuracy of the estimated value and the predicted value of the quantity representing the vehicle behavior output from the neural network.

また、多数の車両挙動を表す量を少数の特徴量に次元圧縮して入力することで、実際にニューラルネットワークに入力されるデータの数を低減させることが可能となり、ニューラルネットワークを構成するノード数も低減できる。そのため、遺伝的アルゴリズム等により最適化されるべき変数が少数となり、ニューラルネットワークの学習において容易に収束し、学習効率が向上して学習速度が促進されるとともに、ニューラルネットワークから出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の精度をさらに向上させることが可能となる。   In addition, it is possible to reduce the number of data that is actually input to the neural network by inputting the number representing the vehicle behavior into a small number of feature quantities, and reducing the number of data that is actually input to the neural network. Can also be reduced. As a result, the number of variables to be optimized by the genetic algorithm, etc. is small, and it is easily converged in the learning of the neural network, the learning efficiency is improved and the learning speed is promoted, and the vehicle behavior output from the neural network is It is possible to further improve the accuracy of the estimated value and the predicted value of the amount to be expressed.

またの発明によれば、演算手段から出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値に直前または数サイクル前に出力した推定値等を反映させて、出力される推定値や予測値として突飛な値が出力されることを防止することができ、出力される推定値や予測値に連続性や因果性を持たせることが可能となる。そのため、精度良く車両挙動を表す量を推定し予測することが可能となり、前記発明の効果をより的確に発揮させることが可能となる。 According to the first invention, to reflect the estimated value or the like output before before or several cycles estimate and the predicted value of the quantity representing the vehicle behavior to be outputted from the arithmetic means, the estimated value and the predicted output It is possible to prevent an unexpected value from being output as a value, and it is possible to provide continuity and causality to the output estimated value and predicted value. Therefore, it is possible to estimate and predict the amount representing the vehicle behavior with high accuracy, and to exhibit the effect of the invention more accurately.

またの発明によれば、過去に出力した過去の数サイクルの出力の特徴が反映された情報を1つまたは少数の情報に次元圧縮してリカレント型ニューラルネットワークに入力することが可能となるため、遅れ要素についても前記と同様の効果を得ることが可能となり、前記発明の効果をより効果的に発揮させることが可能となる。 Further , according to the first invention, it is possible to dimensionally compress the information reflecting the output characteristics of the past several cycles output in the past into one or a small number of information and input it to the recurrent neural network. Therefore, the same effect as described above can be obtained for the delay element, and the effect of the invention can be more effectively exhibited.

の発明によれば、特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワークと、リカレント型ニューラルネットワークおよび複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークを実測データや出力データを教師データとしてそれぞれ学習することで、車両挙動推定予測装置のニューラルネットワーク全体についてまとめて学習する場合に比べて、個々のニューラルネットワークの学習の収束性が向上する。そのため、学習効率がさらに向上して学習速度が促進されるとともに、ニューラルネットワークから出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の精度をさらに向上させることが可能となり、前記各発明の効果がより効果的に発揮される。 According to the second invention, an hourglass neural network that extracts feature values, a recurrent neural network, and an hourglass neural network that dimensionally compresses a plurality of delay elements are learned using measured data and output data as teacher data, respectively. Thus, the convergence of learning of each neural network is improved as compared with the case where the entire neural network of the vehicle behavior estimation / prediction device is learned collectively. Therefore, the learning efficiency is further improved and the learning speed is promoted, and it is possible to further improve the accuracy of the estimated value and the predicted value representing the vehicle behavior output from the neural network. Is more effective.

の発明によれば、切替手段で特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワークと、リカレント型ニューラルネットワークおよび複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークを選択して学習タイミングを切り替えながら個別に学習を行わせるため、効率良く各ニューラルネットワークの学習を行うことが可能となり、前記各発明の効果がより効率良く発揮される。 According to the third invention, the hourglass neural network that extracts the feature value by the switching means, the recurrent neural network, and the hourglass neural network that dimensionally compresses the plurality of delay elements are selected and individually switched while switching the learning timing. Since learning is performed, each neural network can be efficiently learned, and the effects of the above-described inventions can be exhibited more efficiently.

の発明によれば、演算手段から出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の出力データと学習に用いられた教師データのそれぞれの波形の平均値、分散、周期に基づいて切替手段で学習タイミングを切り替える。それぞれの波形の平均値の差が大きければ特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワークの学習の具合が悪く、それぞれの波形の分散の差が大きければリカレント型ニューラルネットワークの学習の具合が悪く、それぞれの波形の周期の差が大きければ複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークの学習の具合が悪い。 According to the fourth invention, based on the average value, variance, and period of each waveform of the estimated value and predicted value output data representing the vehicle behavior output from the computing means and the teacher data used for learning. The learning timing is switched by switching means. If the difference between the average values of each waveform is large, the learning of the hourglass neural network that extracts the feature amount is bad, and if the variance of each waveform is large, the learning of the recurrent neural network is bad. If the difference in waveform period is large, the learning of an hourglass neural network that dimensionally compresses a plurality of delay elements is poor.

そのため、出力データと教師データのそれぞれの波形の平均値、分散、周期に基づいて学習タイミングを切り替えることで、学習すべきニューラルネットワークを適切に選択することが可能となり、車両挙動推定予測装置が出力する車両挙動を表す量の精度を効率良く的確に向上させることが可能となるため、前記各発明の効果がより効果的に発揮される。   Therefore, it is possible to appropriately select the neural network to be learned by switching the learning timing based on the average value, variance, and period of each waveform of the output data and the teacher data, and the vehicle behavior estimation / prediction device outputs Since the accuracy of the quantity representing the vehicle behavior to be performed can be improved efficiently and accurately, the effects of the inventions described above are more effectively exhibited.

の発明によれば、車両挙動推定予測装置から車両安定化システムの制御装置に送信されてくる高精度の推定値や予測値に基づいて車両の現在の挙動を推定し、将来の挙動を予測することが可能となる。そのため、その高精度の推定値や予測値を用いて車両挙動を不安定化させている要因を除去する方向に効果的に制御し、あるいは車両挙動を不安定化させる要因を修正して不安定化が生じないように予め効果的に制御することが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, the current behavior of the vehicle is estimated based on the highly accurate estimated value and the predicted value transmitted from the vehicle behavior estimation / prediction device to the control device of the vehicle stabilization system, and the future behavior is determined. It becomes possible to predict. Therefore, it is possible to effectively control the factor that destabilizes the vehicle behavior using the highly accurate estimated value and predicted value, or to correct the factor that destabilizes the vehicle behavior and Thus, it is possible to effectively control in advance so as not to occur.

また、予め車両挙動推定予測装置の演算手段を、路面が乾燥していて外乱が少ない状態における走行データを教師データとして学習を行っておくことで、外乱の少ない状態における車両挙動を表す量の推定値や予測値を出力させ、それと実際の測定値とを比較することで、車両に生じているあるいは生じる可能性がある外乱を把握して的確に車両挙動の安定化制御を行うことが可能となる。   In addition, the calculation means of the vehicle behavior estimation / prediction device preliminarily learns the driving data in the state where the road surface is dry and the disturbance is small as the teacher data, thereby estimating the amount representing the vehicle behavior in the low disturbance state By outputting values and predicted values and comparing them with actual measured values, it is possible to grasp the disturbances that may or may occur in the vehicle and accurately control the stabilization of vehicle behavior Become.

以下、本発明に係る車両挙動推定予測装置および車両安定化制御システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a vehicle behavior estimation / prediction device and a vehicle stabilization control system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、本実施形態に係る車両挙動推定予測装置について説明する。本実施形態の車両挙動推定予測装置1は、図示しないCPUやROM、RAM、入出力インターフェース等がバスにより接続されたコンピュータにより構成されている。   First, the vehicle behavior estimation prediction apparatus according to the present embodiment will be described. The vehicle behavior estimation / prediction device 1 according to the present embodiment is configured by a computer in which a CPU, a ROM, a RAM, an input / output interface and the like (not shown) are connected by a bus.

図1は、本実施形態に係る車両挙動推定予測装置の構成を示すブロック図である。車両挙動推定予測装置1は、特徴量抽出手段2と、演算手段3と、最適化手段4とを有している。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a vehicle behavior estimation prediction apparatus according to the present embodiment. The vehicle behavior estimation / prediction device 1 includes a feature amount extraction unit 2, a calculation unit 3, and an optimization unit 4.

本実施形態では、車両挙動推定予測装置1には、操舵角センサS1、ステア反力センサS2、車輪速センサS3、横加速度センサS4、前後加速度センサS5、アクセル開度センサS6、温度センサS7、風速センサS8等の測定装置Sが接続されており、それぞれのセンサからハンドル角δ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度A、外気温度Te、外気風速Wがそれぞれ入力されるようになっている。   In the present embodiment, the vehicle behavior estimation / prediction device 1 includes a steering angle sensor S1, a steering reaction force sensor S2, a wheel speed sensor S3, a lateral acceleration sensor S4, a longitudinal acceleration sensor S5, an accelerator opening sensor S6, a temperature sensor S7, A measuring device S such as a wind speed sensor S8 is connected, and from each sensor, a steering wheel angle δ, a steering reaction force St, a wheel speed V, a vehicle body lateral acceleration Gy, a vehicle body longitudinal acceleration Gx, an accelerator opening A, an outside air temperature Te, The outside air wind speed W is input.

特徴量抽出手段2には、ハンドル角δ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度Aのデータが入力されるようになっている。また、ハンドル角δについては、微分器5、6により微分値および2階微分値すなわちハンドル角速度dδおよびハンドル角加速度dδが算出され、それらの値も特徴量抽出手段2に入力されるようになっている。 The feature amount extraction means 2 is inputted with data of the steering wheel angle δ, the steering reaction force St, the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening A. Further, with respect to the steering wheel angle δ, the differential value and the second-order differential value, that is, the steering wheel angular velocity dδ and the steering wheel angular acceleration d 2 δ are calculated by the differentiators 5 and 6, and these values are also input to the feature amount extraction means 2. It has become.

特徴量抽出手段2は、図2(A)に示すような単数または複数の砂時計型ニューラルネットワークinSNNで構成されている。本実施形態では、ハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδおよびステア反力Stが1つの砂時計型ニューラルネットワークに入力されるようになっており、図示を省略するが車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gxおよびアクセル開度Aが別の砂時計型ニューラルネットワークに入力されるようになっている。 The feature quantity extraction means 2 is composed of one or a plurality of hourglass neural networks inSNN as shown in FIG. In the present embodiment, the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St are input to one hourglass neural network. The vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening A are input to another hourglass neural network.

本実施形態で用いられる砂時計型ニューラルネットワークinSNNは、ノードN1〜N4で構成される入力層L1、ノードN5〜N7で構成される入力側中間層L2、ノードN8で構成される圧縮層L3、ノードN9〜N11で構成される出力側中間層L4、およびノードN12〜N15で構成される出力層L5で構成されている。   The hourglass neural network inSNN used in the present embodiment includes an input layer L1 composed of nodes N1 to N4, an input side intermediate layer L2 composed of nodes N5 to N7, a compression layer L3 composed of a node N8, a node The output side intermediate layer L4 includes N9 to N11 and the output layer L5 includes nodes N12 to N15.

なお、圧縮層L3を構成するノードを、例えば図2(B)に示すように複数のノードで構成することも可能である。この場合、圧縮層L3を構成するノードの数は、入力層L1のノード数すなわち入力されるデータの数より少なくなるように設定される。   Note that the nodes constituting the compressed layer L3 can be constituted by a plurality of nodes as shown in FIG. 2B, for example. In this case, the number of nodes constituting the compression layer L3 is set to be smaller than the number of nodes in the input layer L1, that is, the number of input data.

また、砂時計型ニューラルネットワークinSNNは、圧縮層L3を境にして入力側と出力側とが対称になるようにノードが配置される。入力側中間層L2および出力側中間層L4を構成するノードの数は適宜設定され、或いはそれらを設けないことも可能である。   In the hourglass neural network inSNN, nodes are arranged so that the input side and the output side are symmetric with respect to the compression layer L3. The number of nodes constituting the input-side intermediate layer L2 and the output-side intermediate layer L4 is set as appropriate, or they may not be provided.

砂時計型ニューラルネットワークinSNNは、後述する学習により入力層L1への入力データと同じデータが出力層L5から出力されるようになっている。すなわち、データは入力層L1から圧縮層L3への流れで次元圧縮され、圧縮層L3から出力層L5への流れで復元されるようになっている。   The hourglass neural network inSNN is configured such that the same data as the input data to the input layer L1 is output from the output layer L5 by learning described later. That is, the data is dimensionally compressed by the flow from the input layer L1 to the compression layer L3 and restored by the flow from the compression layer L3 to the output layer L5.

つまり、圧縮層L3から出力側中間層L4への出力は、圧縮層L3から出力層L5への流れで入力データが復元されるような入力データすなわち入力された複数の車両挙動を表す量の特徴がすべて反映された量になっている。従って、圧縮層L3からの出力は、入力された複数の車両挙動を表す量の特徴を表す特徴量として用いることができる。   In other words, the output from the compression layer L3 to the output-side intermediate layer L4 is input data such that the input data is restored by the flow from the compression layer L3 to the output layer L5, that is, a quantity characteristic representing a plurality of input vehicle behaviors. The amount is all reflected. Therefore, the output from the compression layer L3 can be used as a feature amount that represents a feature of an amount that represents a plurality of input vehicle behaviors.

そこで、本発明では、砂時計型ニューラルネットワークinSNNで入力された複数の車両挙動を表す量に関するデータを次元圧縮し、その圧縮層L3からの出力を入力された複数の車両挙動を表す量の特徴量として抽出し、圧縮層L3からの出力すなわち特徴量を演算手段3に出力するようになっている。   Therefore, in the present invention, the feature quantity of the quantity representing the plurality of vehicle behaviors inputted by the dimension compression of the data related to the quantity representing the plurality of vehicle behaviors inputted by the hourglass neural network inSNN and the output from the compression layer L3. And the output from the compression layer L3, that is, the feature value is output to the calculation means 3.

なお、本実施形態では、砂時計型ニューラルネットワークinSNNの出力層L5からの各出力は、後述する学習時以外には活用されない。   In the present embodiment, each output from the output layer L5 of the hourglass neural network inSNN is not used except during learning described later.

図2(A)に示した砂時計型ニューラルネットワークinSNNでは1つのノードからなる圧縮層L3から1種類の特徴量f1が演算手段3に出力され、もう1つの車輪速V等が入力される砂時計型ニューラルネットワークinSNNの圧縮層からは別の特徴量f2が演算手段3に出力されるようになっている。なお、図2(B)に示した砂時計型ニューラルネットワークinSNNでは2つのノードからなる圧縮層から2種類の特徴量が出力され、それらのいずれか或いはその両方が出力されて演算手段3に送られる。   In the hourglass neural network inSNN shown in FIG. 2 (A), an hourglass type in which one type of feature value f1 is output from the compression layer L3 consisting of one node to the computing means 3 and another wheel speed V is input. Another feature amount f2 is output to the calculation means 3 from the compression layer of the neural network inSNN. In the hourglass neural network inSNN shown in FIG. 2B, two types of feature quantities are output from the compression layer composed of two nodes, and either or both of them are output and sent to the computing means 3. .

砂時計型ニューラルネットワークinSNNの入力層L1、入力側中間層L2、圧縮層L3、出力側中間層L4および出力層L5を構成する各ノードNiは、所定の伝達関数に従って入力Xiに対して1つの出力Yiを出力するようになっている。本実施形態では、伝達関数として下記(1)式で表されるシグモイド関数が用いられている。なお、下記(1)式におけるθiはノードNiごとの閾値である。
Yi=1/(1+exp(−(Xi−θi))) …(1)
Each node Ni constituting the input layer L1, input side intermediate layer L2, compression layer L3, output side intermediate layer L4 and output layer L5 of the hourglass neural network inSNN has one output for the input Xi according to a predetermined transfer function. Yi is output. In this embodiment, a sigmoid function represented by the following equation (1) is used as a transfer function. In the following equation (1), θi is a threshold value for each node Ni.
Yi = 1 / (1 + exp (− (Xi−θi))) (1)

前記(1)式における入力Xiは、入力層L1においては、ノードN1〜N4にそれぞれ入力されるハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδおよびステア反力Stのそれぞれの正規化値である。また、もう1つの砂時計型ニューラルネットワークinSNNでは、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gxおよびアクセル開度Aのそれぞれの正規化値である。 In the input layer L1, the input Xi in the expression (1) is a normalized value of each of the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St input to the nodes N1 to N4. It is. In the other hourglass neural network inSNN, the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening A are normalized values.

また、入力側中間層L2、圧縮層L3、出力側中間層L4および出力層L5においては、前記(1)式における入力Xiは、それぞれ上流側の各ノードNjの出力Yjを重み付けした総和である。すなわち、上流側のノードNjと下流側のノードNiとの結合重み係数をwijとした場合、ノードNiへの入力Xiは、
Xi=Σwij×Yj …(2)
で求められる。
In the input side intermediate layer L2, the compression layer L3, the output side intermediate layer L4, and the output layer L5, the input Xi in the equation (1) is a sum obtained by weighting the output Yj of each upstream node Nj. . That is, when the connection weight coefficient between the upstream node Nj and the downstream node Ni is wij, the input Xi to the node Ni is
Xi = Σwij × Yj (2)
Is required.

なお、伝達関数は、前記(1)式に示されたシグモイド関数以外の関数を用いることも可能である。例えば、ヒステリシス、リミッタ、二値化、不感帯、遅延回路Z−1等の時間遅れ、ピークホールド、微分、積分、最大値等の各関数を用いることが可能であり、適宜選択されて用いられる。 As the transfer function, a function other than the sigmoid function shown in the equation (1) can be used. For example, it is possible to use functions such as hysteresis, limiter, binarization, dead zone, time delay of delay circuit Z- 1, etc., peak hold, differentiation, integration, maximum value, etc., which are appropriately selected and used.

また、次元圧縮すべきデータの数が多い場合は、複数の砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層からそれぞれ出力されたデータを再度別の砂時計型ニューラルネットワークに入力してさらに次元圧縮し、その圧縮層からの出力を特徴量として演算手段3に送るように構成することも可能である。   If there is a large amount of data to be dimensionally compressed, the data output from the compression layers of a plurality of hourglass neural networks are input again to another hourglass neural network and further dimensionally compressed. It is also possible to send the output as a feature quantity to the calculation means 3.

演算手段3は、図1に示したように、すべり角演算手段31やヨーレート演算手段32、ロールレート演算手段33、ピッチレート演算手段34等、車両挙動推定予測装置1に求められる機能に応じて単数または複数の演算手段で構成されている。そのため、この他、例えば、タイヤにかかる横力や前後力、路面摩擦係数等を演算する演算手段を備えることも可能である。   As shown in FIG. 1, the calculation means 3 corresponds to functions required for the vehicle behavior estimation prediction apparatus 1 such as a slip angle calculation means 31, a yaw rate calculation means 32, a roll rate calculation means 33, a pitch rate calculation means 34, and the like. It is composed of one or a plurality of arithmetic means. Therefore, in addition to this, for example, it is possible to provide a calculation means for calculating a lateral force, a longitudinal force applied to the tire, a road surface friction coefficient, and the like.

演算手段3を構成する各演算手段には、それぞれ特徴量抽出手段2から送信されてきた前記抽出された特徴量と、各測定装置Sから送信されてきた測定値とが入力されるようになっている。本実施形態では、温度センサS7および風速センサS8から送信されてきた外気温度Teおよび外気風速Wの測定値が演算手段3に直接入力されるようになっている。   Each of the calculation means constituting the calculation means 3 is supplied with the extracted feature value transmitted from the feature value extraction means 2 and the measurement value transmitted from each measurement device S. ing. In the present embodiment, the measured values of the outside air temperature Te and the outside air wind speed W transmitted from the temperature sensor S7 and the wind speed sensor S8 are directly input to the calculation means 3.

また、各演算手段は、それぞれの特徴量や測定値に基づいて現在の車両挙動を表す量の推定値もしくは一定時間後の車両挙動を表す量の予測値、またはその双方を算出するようになっている。なお、各演算手段から推定値と予測値のいずれが出力されるか、或いはその双方が出力され得るかは、後述するリカレント型ニューラルネットワークRNNの出力層の構造および何を出力させるかの学習の仕方による。   In addition, each computing means calculates an estimated value representing the current vehicle behavior or a predicted value representing the vehicle behavior after a certain time, or both, based on the respective feature values and measured values. ing. Note that whether an estimated value or a predicted value is output from each computing means, or whether both can be output, depends on the structure of the output layer of the recurrent neural network RNN, which will be described later, and what is output. It depends on how.

本実施形態では、演算手段3を構成する各演算手段は、図3に示すような遅れ要素フィードバックを有する階層型のリカレント型ニューラルネットワークRNNで構成されている。   In the present embodiment, each computing means constituting the computing means 3 is constituted by a hierarchical recurrent neural network RNN having delay element feedback as shown in FIG.

なお、以下では、砂時計型ニューラルネットワークretSNNを含む遅れ要素フィードバックを有するリカレント型ニューラルネットワークRNNが現在のすべり角の推定値βeを出力する場合を想定して説明するが、一定時間後のすべり角の予測値βeを出力する場合や他の車両挙動を表す量の推定値や予測値を出力する場合も同様に説明される。   In the following description, it is assumed that the recurrent neural network RNN having delay element feedback including the hourglass neural network retSNN outputs the current slip angle estimation value βe. The same applies to the case where the predicted value βe is output or the case where the estimated value or the predicted value of an amount representing another vehicle behavior is output.

本実施形態で用いられるリカレント型ニューラルネットワークRNNの本体部は、ノードN16〜N20で構成される入力層L6、ノードN21〜N23で構成される第1中間層L7、ノードN24〜N27で構成される第2中間層L8、およびノードN28で構成される出力層L9で構成されている。   The main part of the recurrent neural network RNN used in this embodiment includes an input layer L6 composed of nodes N16 to N20, a first intermediate layer L7 composed of nodes N21 to N23, and nodes N24 to N27. The output layer L9 includes a second intermediate layer L8 and a node N28.

なお、中間層を2層ではなく1層のみ設けてもよく、3層以上設けることも可能である。また、中間層L7、L8や出力層L9を構成するノードの数は適宜設定される。出力層L9を複数のノードで構成する場合、いずれのノードから推定値や予測値を出力し、いずれのノードからの出力を後述する砂時計型ニューラルネットワークretSNNに送信するかは適宜決定される。   Note that only one intermediate layer may be provided instead of two, or three or more layers may be provided. Further, the number of nodes constituting the intermediate layers L7 and L8 and the output layer L9 is set as appropriate. When the output layer L9 is composed of a plurality of nodes, it is determined as appropriate from which node the estimated value or the predicted value is output and the output from which node is transmitted to the hourglass neural network retSNN described later.

リカレント型ニューラルネットワークRNNの入力層L6、第1中間層L7、第2中間層L8および出力層L9を構成する各ノードNiが前記(1)式で表されるシグモイド関数に従って入力Xiに対して1つの出力Yiを出力するようになっていて、第1中間層L7、第2中間層L8および出力層L9における入力Xiが前記(2)式に従ってそれぞれ上流側の各ノードNjの出力Yjを重み付けした総和であることは、前述した砂時計型ニューラルネットワークinSNNの場合と同様である。また、伝達関数としてシグモイド関数以外の関数を用いることも可能である。   Each node Ni constituting the input layer L6, the first intermediate layer L7, the second intermediate layer L8, and the output layer L9 of the recurrent neural network RNN is 1 for the input Xi according to the sigmoid function expressed by the above equation (1). The outputs Yi are output, and the inputs Xi in the first intermediate layer L7, the second intermediate layer L8, and the output layer L9 weight the outputs Yj of the respective upstream nodes Nj according to the equation (2). The sum is the same as in the case of the hourglass neural network inSNN described above. It is also possible to use a function other than the sigmoid function as the transfer function.

リカレント型ニューラルネットワークの入力層L6を構成するノードN16〜N19には、特徴量抽出手段2から送信されてきた特徴量f1、f2および外気温度Teや外気風速Wの測定値のそれぞれの正規化値が入力されるようになっている。   In the nodes N16 to N19 constituting the input layer L6 of the recurrent type neural network, the normalized values of the feature values f1 and f2 and the measured values of the outside air temperature Te and the outside air wind speed W transmitted from the feature amount extracting unit 2 are provided. Is entered.

また、入力L6を構成するもう1つのノードN20には、リカレント型ニューラルネットワークから現在または過去の複数の時点で出力された推定値βeが遅れ要素としてフィードバックされて次元圧縮されて入力されるようになっている。   In addition, the estimated value βe output from the recurrent neural network at a plurality of current or past time points is fed back as a delay element and dimension-compressed and input to another node N20 constituting the input L6. It has become.

この遅れ要素の次元圧縮には、特徴量抽出手段2を構成する砂時計型ニューラルネットワークinSNNと同様の砂時計型ニューラルネットワークretSNNが用いられるようになっている。本実施形態では、砂時計型ニューラルネットワークretSNNは、砂時計型ニューラルネットワークinSNNと同じ構成とされており、入力層L10、入力側中間層L11、圧縮層L12、出力側中間層L13および出力層L14で構成されている。   For the dimension compression of the delay element, an hourglass neural network retSNN similar to the hourglass neural network inSNN that constitutes the feature quantity extraction means 2 is used. In this embodiment, the hourglass neural network retSNN has the same configuration as the hourglass neural network inSNN, and includes an input layer L10, an input side intermediate layer L11, a compression layer L12, an output side intermediate layer L13, and an output layer L14. Has been.

砂時計型ニューラルネットワークretSNNの入力層L10を構成するノードN29には現在出力された推定値βeが遅れ要素として入力され、ノードN30〜32には、それと同期してそれぞれ遅延回路Z−1で1サイクルずつ遅延された過去の推定値βeがそれぞれ遅れ要素として入力されるようになっている。 The node N29 constituting the input layer L10 of the hourglass neural network retSNN receives the estimated value βe that is currently output as a delay element, and each of the nodes N30 to N32 has one cycle in the delay circuit Z- 1 in synchronization therewith. Each past estimated value βe delayed by one is input as a delay element.

砂時計型ニューラルネットワークretSNNは、学習により入力層L10への入力データと同じデータが出力層L14から出力されるようになっており、圧縮層L12から次元圧縮された情報が出力されるようになっている。圧縮層L12から出力された情報は、リカレント型ニューラルネットワークRNNの入力層L6のノードN20に入力されるようになっている。   In the hourglass neural network retSNN, the same data as the input data to the input layer L10 is output from the output layer L14 by learning, and the dimensionally compressed information is output from the compression layer L12. Yes. Information output from the compression layer L12 is input to the node N20 of the input layer L6 of the recurrent neural network RNN.

この情報は、リカレント型ニューラルネットワークRNNの出力であるすべり角の推定値βeの過去の履歴すなわち時間的変化を反映した量であり、いわば出力値の時間的変化の特徴量fdと言い得る量である。   This information is an amount that reflects the past history of the estimated slip angle βe that is the output of the recurrent neural network RNN, that is, a temporal change, that is, an amount that can be said to be a feature amount fd of the temporal change of the output value. is there.

なお、本実施形態では、現在の出力値およびそれの1サイクルずつ前の連続する出力値を砂時計型ニューラルネットワークretSNNに入力する場合について述べたが、現在の出力値の使用の有無や過去の出力値の時間間隔や用いる個数等は適宜決められる。また、現在および過去の何個の推定値βeをフィードバックするかによって砂時計型ニューラルネットワークretSNNの入力層L10のノード数およびそれと同数の出力層L14のノード数が決まる。   In this embodiment, the case where the current output value and the continuous output value one cycle before the current output value are input to the hourglass neural network retSNN has been described. The time interval of values and the number of values used are appropriately determined. Further, the number of nodes in the input layer L10 and the same number of nodes in the output layer L14 of the hourglass neural network retSNN are determined depending on how many estimated values βe in the current and past are fed back.

その際、入力層L10への入力データ数が多くなる場合は、複数の砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層からそれぞれ出力されたデータを再度別の砂時計型ニューラルネットワークに入力してさらに次元圧縮し、その圧縮層からの出力をリカレント型ニューラルネットワークRNNの入力層L6に入力するように構成することも可能である。   At that time, if the number of input data to the input layer L10 increases, the data output from the compression layers of the plurality of hourglass neural networks are input again to another hourglass neural network and further dimensionally compressed, It is also possible to configure so that the output from the compression layer is input to the input layer L6 of the recurrent neural network RNN.

また、本実施形態では、砂時計型ニューラルネットワークinSNNの場合と同様に、砂時計型ニューラルネットワークretSNNの出力層L14からの各出力は、後述する学習時以外には活用されない。   Further, in the present embodiment, as in the case of the hourglass neural network inSNN, each output from the output layer L14 of the hourglass neural network retSNN is not utilized except during learning described later.

最適化手段4は、特徴量抽出手段2を構成する砂時計型ニューラルネットワークinSNNと、演算手段3を構成する各演算手段におけるリカレント型ニューラルネットワークRNNと砂時計型ニューラルネットワークretSNNのそれぞれについて、各ノードNiの閾値θiと結合重み係数wijとを遺伝的アルゴリズムの学習則に基づく学習により予め自動的に最適化するように構成されている。   The optimizing means 4 includes the hourglass neural network inSNN constituting the feature quantity extracting means 2 and the recurrent neural network RNN and hourglass neural network retSNN in each computing means constituting the computing means 3 for each node Ni. The threshold θi and the coupling weight coefficient wij are automatically optimized in advance by learning based on the learning rule of the genetic algorithm.

なお、以下では、演算手段3として現在のすべり角の推定値βeを出力するすべり角演算手段31について学習を行う場合について説明するが、一定時間後のすべり角の予測値βeを出力する場合や他の車両挙動を表す量の推定値や予測値を出力する場合も同様に説明される。また、各ニューラルネットワークのノードの伝達関数がシグモイド関数である場合について述べるが、伝達関数がシグモイド関数以外の関数で構成されている場合には、その関数に用いられる閾値や係数、定数等が同様にして最適化される。   In the following, a case where learning is performed for the slip angle calculation means 31 that outputs the current slip angle estimation value βe as the calculation means 3 will be described. However, when the predicted slip angle βe after a certain time is output, The same applies to the case where an estimated value or predicted value of an amount representing another vehicle behavior is output. In addition, the case where the transfer function of each neural network node is a sigmoid function will be described. However, when the transfer function is composed of functions other than the sigmoid function, the thresholds, coefficients, constants, etc. used for the function are the same. To be optimized.

最適化手段4は、図4に示すように、データ記憶手段7と、評価手段8と、切替手段9とを備えている。   As shown in FIG. 4, the optimization unit 4 includes a data storage unit 7, an evaluation unit 8, and a switching unit 9.

データ記憶手段7には、学習に用いられる時系列的な実測データDが入力されて保存されている。実測データDは、各演算手段に共通のデータとして、車両挙動推定予測装置1に入力されるハンドル角δ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度A、外気温度Te、外気風速Wのある所定時間分の実測値であり、教師データとしても用いられる。   In the data storage means 7, time-series measured data D used for learning is input and stored. The actual measurement data D is data common to the respective calculation means, and the steering wheel angle δ, the steering reaction force St, the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening that are input to the vehicle behavior estimation / prediction device 1. A, measured values for a predetermined period of time, outside air temperature Te, and outside wind speed W, and are also used as teacher data.

また、データ記憶手段7には、すべり角演算手段31の学習に用いられる教師データTとしてそれらのデータDと同一のタイミングですべり角センサにより実測された時系列的なすべり角βreのデータが入力され保存されるようになっている。なお、演算手段3を構成する各演算手段の学習に教師データとして用いられるそれぞれの車両挙動を表す量の時系列的な実測値はそれぞれ予めデータ記憶手段7に入力され保存される。   Further, the data storage means 7 is input with time-series data of the slip angle βre measured by the slip angle sensor at the same timing as the data D as the teacher data T used for the learning of the slip angle calculation means 31. And saved. Note that time-series measured values representing quantities representing vehicle behaviors used as teacher data for learning of each computing means constituting the computing means 3 are input and stored in the data storage means 7 in advance.

評価手段8は、図5に示すように、初期個体生成手段10と、評価値算出手段11と、終了判定手段12と、親選択手段13と、交叉手段14と、突然変異手段15とを備えている。また、評価手段8は、図示しないメモリを備えている。   As shown in FIG. 5, the evaluation unit 8 includes an initial individual generation unit 10, an evaluation value calculation unit 11, an end determination unit 12, a parent selection unit 13, a crossover unit 14, and a mutation unit 15. ing. The evaluation unit 8 includes a memory (not shown).

まず、特徴量抽出手段2の砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習について説明する。   First, learning of the hourglass neural network inSNN of the feature quantity extraction unit 2 will be described.

初期個体生成手段10は、最適化の開始指示に応じて、砂時計型ニューラルネットワークinSNNを構成する各ノードのシグモイド関数について、必要な個数の閾値θiと結合重み係数wijとを遺伝子を含む個体を予め設定された個体数生成させて、それぞれ1世代目の個体群を形成させるように構成されている。   In response to the optimization start instruction, the initial individual generation unit 10 preliminarily selects an individual including a gene with a necessary number of thresholds θi and a coupling weight coefficient wij for a sigmoid function of each node constituting the hourglass neural network inSNN. A set number of individuals is generated to form a first generation individual group.

遺伝子型の1つの個体は、図2(A)の砂時計型ニューラルネットワークinSNNのノードN1〜N15の各ノードについてノードN1の閾値θ1、結合重み係数w1,5、w1,6、w1,7、ノードN2の閾値θ2、結合重み係数w2,5、…の順に各ノードの閾値θiと結合重み係数wijとを1列に並べた数値列を含む形に形成される。1世代目の個体群の生成の際、各個体の各ノードの閾値θiと結合重み係数wijの値はランダムに設定されるようになっている。なお、個体の構成はこのような構成に必ずしも限定されず、下記の演算の容易さ等の観点から適宜決定される。   One individual of the genotype is represented by the threshold value θ1 of the node N1, the coupling weight coefficients w1,5, w1,6, w1,7, and the node for each of the nodes N1 to N15 of the hourglass neural network inSNN in FIG. Are formed in a form including a numerical sequence in which the threshold θi of each node and the coupling weight coefficient wij are arranged in one column in the order of the N2 threshold θ2, the coupling weight coefficient w2, 5,. At the time of generating the first generation individual group, the threshold value θi and the coupling weight coefficient wij of each node of each individual are set at random. Note that the configuration of the individual is not necessarily limited to such a configuration, and is appropriately determined from the viewpoint of the ease of the following calculation.

本実施形態のように特徴量抽出手段2を構成する砂時計型ニューラルネットワークinSNNが2つある場合には、初期個体生成手段10は、2つの1世代目の個体群をそれぞれ独立に生成させる。そして、評価手段8は、以下の進化過程を2つの群のそれぞれで独立に並行して行うようになっている。   When there are two hourglass neural networks inSNN constituting the feature amount extraction unit 2 as in the present embodiment, the initial individual generation unit 10 generates two first-generation individual groups independently. The evaluation means 8 is configured to perform the following evolution process independently in parallel in each of the two groups.

以下では、ハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδおよびステア反力Stが入力される砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習について述べるが、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gxおよびアクセル開度Aが入力される砂時計型ニューラルネットワークinSNNも同様にかつ同時並行的に学習が行われる。 Hereinafter, learning of the hourglass neural network inSNN to which the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St are input will be described, but the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, and the vehicle body longitudinal acceleration Gx are described. The hourglass neural network inSNN to which the accelerator opening A is input is also learned in the same manner and simultaneously.

初期個体生成手段10は、前記構成の個体を1つの群につき例えば100個生成して、評価値算出手段11に送信するようになっている。   The initial individual generating means 10 generates, for example, 100 individuals having the above-mentioned configuration per group and transmits them to the evaluation value calculating means 11.

評価値算出手段11は、個体群の中から1つの個体を選択し、その個体に含まれる各ノードの閾値θiと結合重み係数wijとを砂時計型ニューラルネットワークinSNNに送信し、砂時計型ニューラルネットワークinSNNをセットアップして試行を行うようになっている。   The evaluation value calculation means 11 selects one individual from the individual group, transmits the threshold θi of each node included in the individual and the coupling weight coefficient wij to the hourglass neural network inSNN, and the hourglass neural network inSNN. Try to set up and try.

評価値算出手段11は、セットアップが完了すると、データ記憶手段7に入力されているハンドル角δおよびステア反力Stの所定時間分の実測データを時系列的に読み出す。また、ハンドル角δについては装置1の微分器5、6を用いて微分および2階微分を行ってハンドル角速度dδおよびハンドル角加速度dδを算出する。そして、ハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδおよびステア反力Stを図2(A)に示した特徴量抽出手段2の砂時計型ニューラルネットワークinSNNの入力層L1のノードN1〜N4にそれぞれ同期的に順次入力するようになっている。 When the setup is completed, the evaluation value calculation unit 11 reads the measured data for a predetermined time of the steering wheel angle δ and the steering reaction force St input to the data storage unit 7 in time series. Further, the steering wheel angle δ is subjected to differentiation and second-order differentiation using the differentiators 5 and 6 of the apparatus 1 to calculate the steering wheel angular velocity dδ and the steering wheel angular acceleration d 2 δ. Then, the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St are represented by the nodes N1 to N4 of the input layer L1 of the hourglass neural network inSNN of the feature amount extraction means 2 shown in FIG. Are sequentially input in synchronization with each other.

評価値算出手段11は、入力層L1への入力に応じて出力層L5のノードN12〜N15からハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδおよびステア反力Stが順次出力されると、下記の(3)式に従って、各個体の評価値Qを算出するようになっている。 When the evaluation value calculation unit 11 sequentially outputs the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St from the nodes N12 to N15 of the output layer L5 according to the input to the input layer L1. The evaluation value Q of each individual is calculated according to the following equation (3).

Figure 0004875906
Figure 0004875906

ここで、SiはノードN12〜N15から出力されたハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδおよびステア反力Stであり、TiはノードN1〜N4に入力されたハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδ、ステア反力Stである。また、tcは1サイクルの所要時間であり、Nはデータ記憶手段7から評価値算出手段11に入力された所定時間分の実測データDの所定の総サイクル数である。 Here, Si is the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St output from the nodes N12 to N15, and Ti is the steering wheel angle δ and the steering wheel that are input to the nodes N1 to N4. Angular velocity dδ, steering wheel angular acceleration d 2 δ, and steering reaction force St. Further, tc is a time required for one cycle, and N is a predetermined total number of cycles of the actual measurement data D for a predetermined time input from the data storage unit 7 to the evaluation value calculation unit 11.

この場合、実測データDは入力される実測値であるとともに教師データにもなっている。なお、前記(3)式から分かるように、評価値Qが小さいほど入力された実測データDと出力されたデータとの近似の度合が高いことを表す。   In this case, the actual measurement data D is not only the actual measurement value input but also teacher data. As can be seen from the equation (3), the smaller the evaluation value Q, the higher the degree of approximation between the input actual measurement data D and the output data.

評価値算出手段11は、この試行を個体群のすべての個体について行い、個体ごとにそれぞれ評価値Qを計算するようになっている。評価値算出手段11は、個体と評価値Qとを終了判定手段12に送信するようになっている。   The evaluation value calculation means 11 performs this trial for all the individuals in the individual group, and calculates the evaluation value Q for each individual. The evaluation value calculation unit 11 transmits the individual and the evaluation value Q to the end determination unit 12.

終了判定手段12は、設定された終了判定条件を満たしているか否かを判断するようになっている。そして、終了判定条件を満たしていると判断した場合は、個体群の中で最良の評価値Qを有する個体に含まれる砂時計型ニューラルネットワークinSNNの各ノードの閾値θiと結合重み係数wijとを特徴量抽出手段2に送って砂時計型ニューラルネットワークをセットアップさせると同時に、個体群のすべての個体をメモリに保存するようになっている。また、終了判定手段12は、終了判定条件を満たしていないと判断した場合は、個体および評価値Qを親選択手段13に送信するようになっている。   The end determination means 12 determines whether or not the set end determination condition is satisfied. When it is determined that the termination determination condition is satisfied, the threshold θi and the coupling weight coefficient wij of each node of the hourglass neural network inSNN included in the individual having the best evaluation value Q in the individual group are characterized. It is sent to the quantity extraction means 2 to set up an hourglass neural network, and at the same time, all individuals of the individual group are stored in a memory. Further, when it is determined that the end determination condition is not satisfied, the end determination unit 12 transmits the individual and the evaluation value Q to the parent selection unit 13.

本実施形態では、終了判定条件は、設定された世代数に達することとされており、設定された世代数に達した時点で評価手段8における進化過程が終了するようになっている。しかし、終了判定条件を、例えば、設定した評価値より良い、すなわち設定した評価値より小さい評価値Qを有する個体が現れた時点で終了するように設定することも可能であり、また、設定された処理時間に達した時点で終了するように設定することも可能である。   In the present embodiment, the end determination condition is that the set number of generations is reached, and the evolution process in the evaluation means 8 ends when the set number of generations is reached. However, it is also possible to set the end determination condition so as to end when an individual having an evaluation value Q that is better than the set evaluation value, that is, smaller than the set evaluation value, appears. It is also possible to set to end when the processing time is reached.

本実施形態の親選択手段13では、エリート保存による親選択が行われるように構成されている。すなわち、親選択手段13は、個体群の中から評価値Qが小さい順に所定個数の個体をメモリ16に格納して隔離すると同時に、隔離した個体のコピーを生成し、そのコピーと格納された個体以外の個体について逆ルーレット選択や期待値選択、ランキング選択、トーナメント選択等の方法で個体の選択を行うように構成されている。親選択手段13は、選択された個体を交叉手段14に送信するようになっている。   The parent selection means 13 of this embodiment is configured to perform parent selection by elite storage. That is, the parent selection means 13 stores and isolates a predetermined number of individuals in the memory 16 in ascending order of the evaluation value Q, and simultaneously creates a copy of the isolated individual, and the copy and the stored individual. Individual individuals are selected by a method such as reverse roulette selection, expected value selection, ranking selection, tournament selection, and the like. The parent selection means 13 transmits the selected individual to the crossover means 14.

交叉手段14では、親選択手段13から送られてきた親個体というべき各個体について1点交叉や多点交叉、一様交叉、SPX(Simplex Crossover)交叉、UNDX(Unimodel Normal Distribution Crossover)交叉等の通常の方法により所定の確率で交叉を行うようになっている。また、交叉により生成された個体は、突然変異手段15に送信され、突然変異手段15では、個体を構成する各ノードの閾値θiや結合重み係数wijの値をそれぞれ一定の割合でランダムに変化させるようになっている。このようにして次世代の個体群が生成される。   In the crossover means 14, for each individual that should be a parent individual sent from the parent selection means 13, one-point crossover, multipoint crossover, uniform crossover, SPX (Simplex Crossover) crossover, UNDX (Unimodel Normal Distribution Crossover) crossover, etc. Crossing is performed with a predetermined probability by a normal method. The individual generated by the crossover is transmitted to the mutation means 15, and the mutation means 15 randomly changes the values of the threshold value θi and the coupling weight coefficient wij of each node constituting the individual at a constant rate. It is like that. In this way, a next generation population is generated.

交叉手段14および突然変異手段15における処理が終了した各個体は、前記評価値算出手段11に送信され、再度それぞれの個体について試行が行われ、評価値Qが算出されるように構成されている。評価値Qが算出された個体は終了判定手段12に送信され、終了判定手段12では、メモリ16に格納された1世代前の個体とともに終了判定が行われるようになっている。この最適化処理は終了条件を満たすまで繰り返される。   Each individual for which the processing in the crossover means 14 and the mutation means 15 has been completed is transmitted to the evaluation value calculation means 11, and a trial is performed again for each individual, and the evaluation value Q is calculated. . The individual for which the evaluation value Q is calculated is transmitted to the end determination unit 12, and the end determination unit 12 performs end determination together with the individual one generation before stored in the memory 16. This optimization process is repeated until the end condition is satisfied.

評価手段8は、以上のようにして特徴量抽出手段2の砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習を行うようになっている。また、一連の砂時計型ニューラルネットワークinSNN、retSNN、リカレント型ニューラルネットワークRNNの学習において、再度砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習を行う場合には、メモリに保存されている砂時計型ニューラルネットワークinSNN用の個体群の各個体をメモリから読み出して、引き続き学習を行うようになっている。   The evaluation unit 8 learns the hourglass neural network inSNN of the feature amount extraction unit 2 as described above. Further, when learning the hourglass neural network inSNN again in the learning of the series of hourglass neural networks inSNN, retSNN and recurrent neural network RNN, the population for the hourglass neural network inSNN stored in the memory is used. Each individual is read from the memory and learning is continued.

評価手段8は、図3に示した演算手段3における砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習についても、前記砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習と同様にして学習を行うようになっている。   The evaluation means 8 learns the hourglass neural network retSNN in the arithmetic means 3 shown in FIG. 3 in the same manner as the learning of the hourglass neural network inSNN.

しかし、砂時計型ニューラルネットワークinSNNで用いた個体群とは別に新たに個体群を生成して砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習を行い、しかも、演算手段3における各演算手段について別々に個体群を生成させて独立に学習を行うようになっている。   However, a new individual group is generated separately from the individual group used in the hourglass neural network inSNN, and the hourglass neural network retSNN is trained. To learn independently.

また、終了判定条件が満たされると、個体群の中で最良の評価値Qを有する個体に含まれる各ノードの閾値θiと結合重み係数wijとを学習の対象となった演算手段の砂時計型ニューラルネットワークretSNNに送ってセットアップさせると同時に、その砂時計型ニューラルネットワークretSNN用の個体群のすべての個体をメモリに保存するようになっている。   Further, when the termination determination condition is satisfied, the hourglass neural network of the computing means that has learned the threshold value θi and the coupling weight coefficient wij of each node included in the individual having the best evaluation value Q in the individual group. At the same time as sending it to the network retSNN for setup, all individuals of the individual group for the hourglass neural network retSNN are stored in the memory.

さらに、一連の砂時計型ニューラルネットワークinSNN、retSNN、リカレント型ニューラルネットワークRNNの学習において、再度その砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習を行う場合には、メモリに保存されているその砂時計型ニューラルネットワークretSNN用の個体群の各個体をメモリから読み出して、引き続き学習を行うようになっている。   Further, when learning the hourglass neural network retSNN again in the learning of a series of hourglass neural networks inSNN, retSNN, and recurrent neural network RNN, for the hourglass neural network retSNN stored in the memory. Each individual of the individual group is read from the memory, and learning is continued.

砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習の場合、入力層L10のノードN29〜N32に入力される教師データとしての入力データは、図3に示したように、その砂時計型ニューラルネットワークretSNNが用いられているリカレント型ニューラルネットワークRNNからの出力データである現在の推定値βetと1サイクルずつ遅延された過去の推定値βet-1、βet-2、βet-3である。   In the learning of the hourglass neural network retSNN, the input data as the teacher data input to the nodes N29 to N32 of the input layer L10 is recurrent using the hourglass neural network retSNN as shown in FIG. Current estimated value βet which is output data from the neural network RNN and past estimated values βet-1, βet-2, βet-3 delayed by one cycle.

そのため、評価手段8の評価値算出手段11は、各個体の試行に際して、データ記憶手段7に入力されているハンドル角δ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度Aのデータを時系列的に読み出し、ハンドル角δについては微分器5、6を用いて微分や2階微分によりハンドル角速度dδとハンドル角加速度dδを算出して特徴量抽出手段2に送信する。また同時に、外気温度Te、外気風速Wのデータをデータ記憶手段7から読み出して演算手段3に送信する。 Therefore, the evaluation value calculation means 11 of the evaluation means 8 determines the steering wheel angle δ, the steering reaction force St, the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, and the vehicle body longitudinal acceleration Gx that are input to the data storage device 7 during each individual trial. Then, data of the accelerator opening A is read in time series, and the steering wheel angle δ is extracted by using the differentiators 5 and 6 to calculate the steering wheel angular velocity dδ and the steering wheel angular acceleration d 2 δ using the differentiators 5 and 6. Transmit to means 2. At the same time, data on the outside air temperature Te and the outside air wind speed W is read from the data storage means 7 and transmitted to the computing means 3.

そして、リカレント型ニューラルネットワークRNNから出力された現在の推定値βetと1サイクルずつ遅延された過去の推定値βet-1、βet-2、βet-3を砂時計型ニューラルネットワークretSNNの入力層L10のノードN29〜N32に順次入力し、出力層L14のノードN40〜N43から現在の推定値βetと過去の推定値βet-1、βet-2、βet-3を順次出力させる。   Then, the current estimated value βet output from the recurrent neural network RNN and the past estimated values βet-1, βet-2, βet-3 delayed by one cycle are used as the nodes of the input layer L10 of the hourglass neural network retSNN. N29 to N32 are sequentially input, and the current estimated value βet and the past estimated values βet-1, βet-2, βet-3 are sequentially output from the nodes N40 to N43 of the output layer L14.

そして、前記(3)式に従って各個体の評価値Qを算出するようになっている。この場合、前記(3)式におけるSiはノードN40〜N43から出力された推定値βet、βet-1、βet-2、βet-3であり、TiはノードN29〜N32に入力された推定値βet、βet-1、βet-2、βet-3である。   Then, the evaluation value Q of each individual is calculated according to the equation (3). In this case, Si in the equation (3) is the estimated values βet, βet-1, βet-2, βet-3 output from the nodes N40 to N43, and Ti is the estimated value βet input to the nodes N29 to N32. , Βet-1, βet-2, and βet-3.

本実施形態では、砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習においても、終了判定条件は、設定された世代数に達することとされている。他の条件設定を行うことも可能である。   In the present embodiment, also in the learning of the hourglass neural network retSNN, the end determination condition reaches the set number of generations. It is possible to set other conditions.

図3に示したリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習においても、評価手段8の評価値算出手段11は、各個体の試行に際して、データ記憶手段7に入力されているハンドル角δ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度Aのデータを時系列的に読み出し、ハンドル角δについては微分器5、6を用いて微分や2階微分によりハンドル角速度dδとハンドル角加速度dδを算出して特徴量抽出手段2に送信し、外気温度Te、外気風速Wのデータをデータ記憶手段7から読み出して演算手段3に送信する。 Also in the learning of the recurrent neural network RNN shown in FIG. 3, the evaluation value calculation means 11 of the evaluation means 8 performs the steering angle δ, the steering reaction force St, Data of wheel speed V, vehicle body lateral acceleration Gy, vehicle body longitudinal acceleration Gx, and accelerator opening A are read in time series, and the steering wheel angle δ is determined from the steering wheel angular velocity dδ by differentiation using the differentiators 5 and 6 and second-order differentiation. The steering wheel angular acceleration d 2 δ is calculated and transmitted to the feature quantity extraction unit 2, and the data of the outside air temperature Te and the outside air wind speed W are read from the data storage unit 7 and transmitted to the calculation unit 3.

そして、リカレント型ニューラルネットワークRNNの場合には、データ記憶手段7に教師データTとして保存されているデータ、すなわちすべり角演算手段31の場合にはハンドル角δ等と同一のタイミングで実測されたすべり角βreのデータを読み出して、そのデータとリカレント型ニューラルネットワークRNNから出力された推定値βetとを前記(3)式に代入して各個体の評価値Qを算出するようになっている。   In the case of the recurrent type neural network RNN, the data stored as the teacher data T in the data storage means 7, that is, in the case of the slip angle calculation means 31, the slip actually measured at the same timing as the handle angle δ and the like. The data of the angle βre is read out, and the evaluation value Q of each individual is calculated by substituting the data and the estimated value βet output from the recurrent neural network RNN into the equation (3).

従って、この場合、前記(3)式におけるSiはノードN28から出力された推定値βetの時系列データであり、Tiは教師データとしてデータ記憶手段7から読み出されたすべり角βの実測値βreの時系列データである。また、この場合、データの種類は1種類しかないからi=1である。   Accordingly, in this case, Si in the equation (3) is time series data of the estimated value βet output from the node N28, and Ti is an actual measured value βre of the slip angle β read from the data storage means 7 as teacher data. It is time series data. In this case, i = 1 since there is only one type of data.

特定のリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習に用いられた個体は、他の演算手段や他の砂時計型ニューラルネットワークinSNN、retSNNの学習に用いられた個体とは独立に生成された個体を用い、個体群がメモリに保存され、一連の学習において再度そのリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習を行う場合には、メモリに保存されているそのリカレント型ニューラルネットワークRNN用の個体群の各個体をメモリから読み出して、引き続き学習を行うことは前記砂時計型ニューラルネットワークinSNN、retSNNの学習の場合と同様である。   Individuals used for learning of a specific recurrent neural network RNN are individuals generated independently of individuals used for learning of other arithmetic means and other hourglass neural networks inSNN and retSNN. Is stored in the memory, and when learning the recurrent neural network RNN again in a series of learning, each individual of the individual group for the recurrent neural network RNN stored in the memory is read from the memory, The subsequent learning is the same as in the learning of the hourglass neural network inSNN and retSNN.

また、本実施形態では、リカレント型ニューラルネットワークRNNの学習においても、終了判定条件は、設定された世代数に達することとされている。他の条件設定を行うことも可能である。   In the present embodiment, the end determination condition also reaches the set number of generations in learning of the recurrent neural network RNN. It is possible to set other conditions.

切替手段9は、学習タイミングを切り替えながら前記砂時計ニューラルネットワークinSNN、retSNNおよびリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習を行わせるために、1つのニューラルネットワークの学習が終了するごとにいずれか1つのニューラルネットワークを選択する手段である。   The switching means 9 selects any one neural network every time learning of one neural network is completed in order to perform learning of the hourglass neural network inSNN, retSNN and recurrent neural network RNN while switching learning timing. It is means to do.

切替手段9における学習タイミングの切り替えの基準として、例えば、単純に砂時計ニューラルネットワークinSNN、リカレント型ニューラルネットワークRNN、砂時計ニューラルネットワークretSNNの順番に学習させるように構成することも可能である。   As a reference for switching the learning timing in the switching means 9, for example, it is possible to simply perform learning in the order of the hourglass neural network inSNN, the recurrent type neural network RNN, and the hourglass neural network retSNN.

本実施形態では、切替手段9における学習タイミングの切り替えの基準として、以下の基準により学習するニューラルネットワークを選択するようになっている。   In this embodiment, as a reference for switching the learning timing in the switching means 9, a neural network to be learned is selected according to the following criteria.

すなわち、ハンドル角δ等を装置1に入力して演算手段のリカレント型ニューラルネットワークRNNから推定値βeを出力させ、推定値βeと教師データであるすべり角の実測値βreについてそれぞれの時系列データの波形について平均値、分散および周期を算出する。そして、両者の平均値、分散および周期の差をそれぞれ正規化して比較した場合に、両者の差が最も大きいものが平均値である場合には砂時計型ニューラルネットワークinSNNを、分散である場合にはリカレント型ニューラルネットワークRNNを、周期である場合には砂時計型ニューラルネットワークretSNNを選択するようになっている。   That is, the handle angle δ or the like is input to the apparatus 1 to output the estimated value βe from the recurrent neural network RNN of the computing means, and the estimated value βe and the actual measured value βre of the slip angle that is the teacher data Calculate the mean, variance, and period for the waveform. When the average value, variance, and period difference between the two are normalized and compared, the hourglass neural network inSNN is used when the difference between the two is the average value. When the recurrent type neural network RNN has a period, the hourglass type neural network retSNN is selected.

具体的には、切替手段9は、まず、現段階でメモリに記憶されている砂時計ニューラルネットワークinSNN、retSNN、リカレント型ニューラルネットワークRNNについての各個体群の中から最も良い評価値Qを有する個体に含まれる各ノードの閾値θiと結合重み係数wijを各ニューラルネットワークに送信してセットアップする。   Specifically, the switching means 9 first selects the individual having the best evaluation value Q from among the individual groups of the hourglass neural network inSNN, retSNN, and recurrent neural network RNN stored in the memory at the present stage. The threshold θi and the coupling weight coefficient wij of each included node are transmitted to each neural network and set up.

そして、データ記憶手段7からハンドル角δ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度Aのデータを時系列的に読み出し、ハンドル角δについては微分器5、6を用いて微分や2階微分によりハンドル角速度dδとハンドル角加速度dδを算出して特徴量抽出手段2に送信し、外気温度Te、外気風速Wのデータを読み出して演算手段3のすべり角演算手段31に送信する。 Then, the data of the steering wheel angle δ, the steering reaction force St, the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening A are read out in time series from the data storage means 7. 5 and 6 are used to calculate the steering wheel angular velocity dδ and the steering wheel angular acceleration d 2 δ by differentiation or second-order differentiation and transmit them to the feature amount extraction means 2, read out the data of the outside air temperature Te and the outside air wind speed W, and the computing means 3. Is transmitted to the slip angle calculating means 31.

リカレント型ニューラルネットワークRNNから出力されたすべり角の推定値βeの時系列データを、所定の時間間隔ごとの時系列データβeiに分割し、各時系列データβeiについて平均値Mei、分散σei、周期Feiをそれぞれ算出する。なお、この場合、周期Feiとは、時系列データβeiに高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を施して周波数スペクトルを求め、その周波数スペクトルの最大のピークに対応する周波数の逆数である。   The time series data of the estimated slip angle βe output from the recurrent neural network RNN is divided into time series data βei for each predetermined time interval, and the average value Mei, variance σei, period Fei for each time series data βei. Are calculated respectively. In this case, the period Fei is a reciprocal of the frequency corresponding to the maximum peak of the frequency spectrum obtained by performing fast Fourier transform (FFT) on the time series data βei to obtain a frequency spectrum.

また、切替手段9は、データ記憶手段7からハンドル角δ等と同一のタイミングで実測された教師データとしてのすべり角βreを読み出し、同様に所定の時間間隔ごとの時系列データβreiに分割し、各時系列データβreiについて平均値Mrei、分散σrei、周期Freiをそれぞれ算出する。   Further, the switching means 9 reads the slip angle βre as the teacher data measured at the same timing as the handle angle δ etc. from the data storage means 7, and similarly divides it into time series data βrei for every predetermined time interval, For each time series data βrei, an average value Mrei, variance σrei, and period Frei are calculated.

そして、平均値Meiと平均値Mreiとの差を算出し、すべて足し合わせる。分散σeeiと分散σrei、周期Feiと周期Freiについても同様に差を算出して足し合わせる。そして、足し合わせた平均値の差、分散の差、周期の差をそれぞれ正規化し、それぞれの比を算出して一番比率が高かったものを学習の対象として選択するようになっている。   Then, the difference between the average value Mei and the average value Mrei is calculated and added together. Differences are similarly calculated and added to the variance σeei and variance σrei, and the cycle Fei and cycle Frei. Then, the average value difference, variance difference, and period difference added together are normalized, and the respective ratios are calculated and the one with the highest ratio is selected as the learning target.

本実施形態では、平均値は砂時計型ニューラルネットワークinSNNに、分散はリカレント型ニューラルネットワークRNNに、周期は砂時計型ニューラルネットワークretSNNにそれぞれ対応づけられている。   In the present embodiment, the average value is associated with the hourglass neural network inSNN, the variance is associated with the recurrent neural network RNN, and the period is associated with the hourglass neural network retSNN.

これは、特徴量抽出手段2の砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習の具合が悪いと出力データβeの平均値と教師データβreの平均値との間に差が生じ、演算手段3のリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習の具合が悪いと出力データβeの分散と教師データβreの分散との間に差が生じ、砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習の具合が悪いと出力データβeの周期と教師データβreの周期との間に差が生じるという知見に基づく。   This is because, if the learning of the hourglass neural network inSNN of the feature quantity extraction means 2 is poor, a difference occurs between the average value of the output data βe and the average value of the teacher data βre, and the recurrent neural network of the calculation means 3 If the learning state of the RNN is poor, a difference occurs between the variance of the output data βe and the variance of the teacher data βre. If the learning state of the hourglass neural network retSNN is poor, the cycle of the output data βe and the cycle of the teacher data βre Based on the finding that there is a difference.

切替手段9は、評価手段8が設定された世代数の学習を終えると、前記要領で平均値の差、分散の差、周期の差を算出し、例えば、(平均値の差):(分散の差):(周期の差)が0.1:0.4:0.5であった場合には砂時計型ニューラルネットワークretSNNを学習の対象として選択して評価手段8に砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習を行わせるようになっている。   When the evaluation means 8 finishes learning the set number of generations, the switching means 9 calculates the average value difference, variance difference, and period difference in the above manner, for example, (average value difference) :( distribution) Difference): (period difference) is 0.1: 0.4: 0.5, the hourglass neural network retSNN is selected as a learning target and the evaluation means 8 receives the hourglass neural network retSNN. Learn to do it.

本実施形態では、切替手段9による切り替え回数が所定回数に達した時点で切り替えを終了し、最適化手段4における最適化処理が終了するようになっている。なお、終了の条件としては、この他にも、例えば、砂時計型ニューラルネットワークinSNN、retSNNおよびリカレント型ニューラルネットワークRNNについての個体の最良の評価値Qがそれぞれに設定された評価値をすべて上回った時点で終了するように構成することも可能である。   In the present embodiment, the switching is terminated when the number of switching by the switching unit 9 reaches a predetermined number, and the optimization process in the optimization unit 4 is terminated. As other termination conditions, for example, when the individual best evaluation values Q for the hourglass neural network inSNN and retSNN and the recurrent neural network RNN exceed all the set evaluation values, respectively. It is also possible to configure so as to end the process.

次に、本実施形態に係る車両挙動推定予測装置1を用いた車両安定化制御システムについて説明する。   Next, a vehicle stabilization control system using the vehicle behavior estimation / prediction device 1 according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係る車両安定化制御システム17は、図6に示されるように、車両挙動推定予測装置1と、制御装置18と、アクセル開度等を調整する各種アクチュエータ等19とを備えている。なお、各種アクチュエータ等19としては、具体的には、4輪独立ブレーキ、アクセル開度を制御する電子制御スロットル、バイワイヤによるステアリング制御のようにステアリングサーボ機能を有するシステム等が挙げられる。   As shown in FIG. 6, the vehicle stabilization control system 17 according to the present embodiment includes the vehicle behavior estimation / prediction device 1, a control device 18, and various actuators 19 that adjust the accelerator opening and the like. . Specific examples of the various actuators 19 include a four-wheel independent brake, an electronically controlled throttle for controlling the accelerator opening, and a system having a steering servo function such as steering control by a by-wire.

車両挙動推定予測装置1は、前述したようにステアリングホイールの操舵角センサS1等の測定装置Sにより測定された操舵角δ等が入力されると、制御装置18に対して前述したように現在のすべり角の推定値βeやヨーレートの推定値γe等や一定時間後のすべり角の予測値βeやヨーレートの予測値γe等を出力するようになっている。   When the steering angle δ measured by the measuring device S such as the steering angle sensor S1 of the steering wheel is input as described above, the vehicle behavior estimation / prediction device 1 receives the current as described above with respect to the control device 18. The estimated slip angle value βe, the estimated yaw rate value γe, the predicted slip angle value βe after a certain time, the predicted yaw rate value γe, and the like are output.

また、本実施形態に係る車両挙動推定予測装置1のすべり角演算手段31、ヨーレート演算手段32等の演算手段3は、予め路面が乾燥していて外乱が少ない状態における走行データを教師データとして学習が行われている。   Further, the calculation means 3 such as the slip angle calculation means 31 and the yaw rate calculation means 32 of the vehicle behavior estimation / prediction device 1 according to the present embodiment learns driving data in a state where the road surface is dry and the disturbance is small as teacher data. Has been done.

制御装置18は、図示しないCPUやROM、RAM、入出力インターフェース等がバスに接続されたコンピュータにより構成されており、制御装置18には、車両挙動推定予測装置1から出力されたすべり角やヨーレート等の推定値や予測値βe、γeが入力されるようになっている。また、本実施形態では、その他、操舵角δと、図示しないすべり角センサおよびヨーレートセンサで測定された実すべり角βreおよび実ヨーレートγreが入力されるようになっている。   The control device 18 is configured by a computer in which a CPU, ROM, RAM, input / output interface and the like (not shown) are connected to a bus. The control device 18 includes a slip angle and a yaw rate output from the vehicle behavior estimation prediction device 1. Etc. and predicted values βe and γe are input. In addition, in this embodiment, the steering angle δ, and the actual slip angle βre and the actual yaw rate γre measured by a slip angle sensor and a yaw rate sensor (not shown) are input.

制御装置18は、入力されたステアリングホイールの操舵角δにおけるすべり角やヨーレートの現在の推定値βe、γeとセンサによる実測値βre、γreとを比較して車両がスピン状態やドリフト状態にあるか、あるいはアンダステアの状態にあるかオーバステアの状態にあるかを判断するようになっている。   The control device 18 compares the current estimated values βe and γe of the slip angle and yaw rate at the steering angle δ of the input steering wheel with the measured values βre and γre measured by the sensor to determine whether the vehicle is in a spin state or a drift state. Alternatively, it is determined whether the state is an understeer state or an oversteer state.

各種アクチュエータ等19は、制御装置18から送信される制御信号に応じて作動するようになっている。   Various actuators 19 and the like are operated in accordance with a control signal transmitted from the control device 18.

次に、本実施形態に係る車両挙動推定予測装置1およびそれを用いた車両安定化制御システム17の作用について説明する。   Next, the operation of the vehicle behavior estimation / prediction device 1 according to the present embodiment and the vehicle stabilization control system 17 using the same will be described.

車両挙動推定予測装置1の特徴量抽出手段2の砂時計型ニューラルネットワークinSNNおよび演算手段3を構成する各演算手段のリカレント型ニューラルネットワークRNN、砂時計型ニューラルネットワークretSNNは、最適化手段4により操舵角δ等の実測データDおよび教師データTに基づいてそれぞれ予め学習され最適化される。そして、それぞれ最適化された各ノードの閾値θiと結合重み係数wijによってセットアップされる。   The hourglass neural network inSNN of the feature quantity extraction means 2 of the vehicle behavior estimation and prediction device 1 and the recurrent neural network RNN and hourglass neural network retSNN of each arithmetic means constituting the arithmetic means 3 are converted into the steering angle δ by the optimization means 4. Are previously learned and optimized based on the actual measurement data D and the teacher data T. Then, each node is set up by the optimized threshold value θi of each node and the coupling weight coefficient wij.

車両挙動推定予測装置1に、操舵角センサS1やステア反力センサS2、車輪速センサS3等から測定された操舵角δやステア反力St、車輪速V等の測定値が同期がとられた一定のサンプリングサイクルごとに入力されると、それらの測定値のうち、ハンドル角δは微分器5、6によりハンドル角速度dδおよびハンドル角加速度dδが算出され、ハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδ、ステア反力St、車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度Aが特徴量抽出手段2に入力される。また、外気温度Te、外気風速Wは演算手段3に入力される。 Measurement values such as steering angle δ, steering reaction force St, and wheel speed V measured from the steering angle sensor S1, the steering reaction sensor S2, the wheel speed sensor S3, and the like are synchronized with the vehicle behavior estimation / prediction device 1. When input at every fixed sampling cycle, among the measured values, the handle angle δ calculates the handle angular velocity dδ and the handle angular acceleration d 2 δ by the differentiators 5 and 6, and the handle angle δ, the handle angular velocity dδ, The steering wheel angular acceleration d 2 δ, the steering reaction force St, the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening A are input to the feature amount extraction means 2. Further, the outside air temperature Te and the outside air wind speed W are input to the calculation means 3.

特徴量抽出手段2では、一方の砂時計型ニューラルネットワークinSNNの入力層L1のノードN1〜N4にそれぞれハンドル角δ、ハンドル角速度dδ、ハンドル角加速度dδ、ステア反力Stの正規化値が入力され、次元圧縮されて圧縮層L3のノードN8から特徴量f1が抽出されて演算手段3に出力される。また、他方の砂時計型ニューラルネットワークinSNNの入力層L1のノードN1〜N4にそれぞれ車輪速V、車体横加速度Gy、車体前後加速度Gx、アクセル開度Aの正規化値が入力され、次元圧縮されて圧縮層L3のノードN8から特徴量f2が抽出されて演算手段3に出力される。 In the feature quantity extracting means 2, normalized values of the steering wheel angle δ, the steering wheel angular velocity dδ, the steering wheel angular acceleration d 2 δ, and the steering reaction force St are input to the nodes N1 to N4 of the input layer L1 of one hourglass neural network inSNN. Then, the feature amount f1 is extracted from the node N8 of the compression layer L3 after being dimensionally compressed, and is output to the calculation means 3. Further, the normalized values of the wheel speed V, the vehicle body lateral acceleration Gy, the vehicle body longitudinal acceleration Gx, and the accelerator opening A are respectively input to the nodes N1 to N4 of the input layer L1 of the other hourglass neural network inSNN, and the dimensions are compressed. A feature value f2 is extracted from the node N8 of the compression layer L3 and output to the computing means 3.

演算手段3を構成する各演算手段には、それぞれ特徴量抽出手段2から送信されてきた特徴量f1、f2の正規化値と、直接入力された外気温度Te、外気風速Wの正規化値が入力される。そして、各演算手段が、同時に、それぞれが演算すべき車両挙動を表す量の推定値や予測値を算出する。各演算手段の中から演算を行うべき演算手段を選択して演算を行わせるようにすることも可能である。   Each calculation means constituting the calculation means 3 has the normalized values of the feature quantities f1 and f2 transmitted from the feature quantity extraction means 2 and the normalized values of the outside air temperature Te and the outside air wind speed W that are directly input. Entered. And each calculating means calculates the estimated value and predicted value of the quantity showing the vehicle behavior which should each calculate simultaneously. It is also possible to select a calculation means to perform a calculation from the calculation means and perform the calculation.

すべり角演算手段31を例にとって説明すると、すべり角演算手段31を構成するリカレント型ニューラルネットワークRNNの入力層L6のノードN16〜N19にそれぞれ特徴量f1、f2、外気温度Te、外気風速Wの正規化値が入力され、ノードN20には砂時計型ニューラルネットワークretRNNの圧縮層L12から出力値βeの時間的変化の特徴量fdの正規化値が入力される。   The slip angle calculating means 31 will be described as an example. The normal values of the characteristic quantities f1, f2, the outside air temperature Te, and the outside air speed W are respectively applied to the nodes N16 to N19 of the input layer L6 of the recurrent neural network RNN constituting the slip angle calculating means 31. The normalized value of the feature value fd of the temporal change of the output value βe is input from the compressed layer L12 of the hourglass neural network retRNN to the node N20.

各入力値は、ニューラルネットワーク演算処理され、リカレント型ニューラルネットワークRNNの出力層L9のノードN28からすべり角の推定値や予測値を表す出力値βeが出力される。   Each input value is subjected to a neural network calculation process, and an output value βe representing an estimated value or predicted value of the slip angle is output from the node N28 of the output layer L9 of the recurrent neural network RNN.

出力値βeは、遅延回路Z−1を介して正規化されて砂時計型ニューラルネットワークretSNNの入力層L10のノードN29〜N32に入力され、次元圧縮されて圧縮層L12のノードN36から特徴量fdが抽出されて出力され、リカレント型ニューラルネットワークRNNの入力層L6のノードN20に入力される。 The output value βe is normalized through the delay circuit Z −1 and is input to the nodes N29 to N32 of the input layer L10 of the hourglass neural network retSNN, and is dimensionally compressed, and the feature value fd is output from the node N36 of the compression layer L12. Extracted and output, and input to the node N20 of the input layer L6 of the recurrent neural network RNN.

車両安定化制御システム17には、車両挙動推定予測装置1から例えばすべり角の推定値βeやヨーレートの推定値γeが入力され、操舵角センサS1等の測定装置Sにより測定された操舵角δ等が入力され、さらにすべり角センサやヨーレートセンサから実すべり角βreや実ヨーレートγreが入力される。   The vehicle stabilization control system 17 receives, for example, the estimated slip angle βe and the estimated yaw rate γe from the vehicle behavior estimation / prediction device 1, and the steering angle δ measured by the measuring device S such as the steering angle sensor S1. And the actual slip angle βre and the actual yaw rate γre are input from the slip angle sensor and the yaw rate sensor.

これらの値が入力されると、制御装置18は、例えば、ステアリングホイールの操舵角δにおけるすべり角やヨーレートの推定値βe、γeと、センサによる実測値βre、γreとを比較して、車両がスピン状態やドリフト状態にあるか、あるいはアンダステアの状態にあるかオーバステアの状態にあるかを判断して、各種アクチュエータ等19に制御信号を送信して車両の安定化制御を行う。   When these values are input, the control device 18 compares the estimated values βe and γe of the slip angle and yaw rate at the steering angle δ of the steering wheel with the measured values βre and γre by the sensor, for example, It is determined whether the vehicle is in a spin state, a drift state, an understeer state, or an oversteer state, and a control signal is transmitted to various actuators 19 and the like to perform vehicle stabilization control.

具体的には、制御装置18は、まず、ヨーレートの推定値γeと実ヨーレートγreとが一定の誤差範囲内にあってほぼ等しい状態であり、すべり角の推定値βeに比べて実すべり角βreが設定された閾値以上に大きい場合には、路面摩擦係数が減少して車両が路面に対して滑っており、車両にスピンが生じているあるいはスピンが生じかけていると判断して、スピンの発生を阻止するように各種アクチュエータ等19に制御信号を送信する。   Specifically, first, the control device 18 is in a state in which the estimated value γe of the yaw rate and the actual yaw rate γre are within a certain error range and are substantially equal, and the actual slip angle βre compared to the estimated value βe of the slip angle. Is greater than the set threshold, the road surface friction coefficient decreases and the vehicle is slipping on the road surface, and it is determined that the vehicle is spinning or is about to spin. A control signal is transmitted to various actuators 19 so as to prevent the generation.

この場合、制御装置18は、例えば、4輪独立ブレーキのうち車両の旋回の外側に位置するブレーキにブレーキ圧を上げるように信号を送信し、アクセル開度を制御する電子制御スロットルにはアクセル開度を絞るように信号を送信し、また、ステアリングサーボ機能を有するシステムにはステアリングの操舵角の絶対値を小さくする方向に戻すように信号を送信してスピン発生を防止し、あるいは生じているスピンを解消する。   In this case, for example, the control device 18 transmits a signal so as to increase the brake pressure to a brake located outside the turning of the vehicle among the four-wheel independent brakes, and the accelerator is not opened to the electronic control throttle that controls the accelerator opening. A signal is transmitted to reduce the degree of rotation, and a system having a steering servo function transmits a signal to reduce the absolute value of the steering angle of the steering so as to prevent or generate spin. Eliminate spin.

なお、すべり角の推定値βeに比べて実すべり角βreが同じか小さい場合には、制御装置18は各種アクチュエータ等19に対しては特別の制御を行わない。   When the actual slip angle βre is the same or smaller than the estimated slip angle βe, the control device 18 does not perform any special control on the various actuators 19 and the like.

また、制御装置18は、すべり角の推定値βeと実すべり角βreとが一定の誤差範囲内にあってほぼ等しい状態であり、ヨーレートの推定値γeが実ヨーレートγreに比べて設定された正の閾値以上に大きい場合には、車両がアンダステアの状態にあると判断してアンダステア状態を解消し、またドリフトの発生を阻止するように各種アクチュエータ等19に制御信号を送信する。   Further, the control device 18 is in a state where the estimated slip angle βe and the actual slip angle βre are substantially equal within a certain error range, and the estimated yaw rate value γe is a positive value set in comparison with the actual yaw rate γre. If the value is larger than the threshold value, it is determined that the vehicle is in an understeer state, the understeer state is canceled, and a control signal is transmitted to various actuators 19 so as to prevent the occurrence of drift.

この場合、制御装置18は、例えば、前輪に対する後輪のトルク配分を上げるように調整する信号をトルク配分電子制御システムに送信してアンダステアを解消し、4輪独立ブレーキのうち車両の進行方向側の前輪に対応するブレーキにブレーキ圧を上げるように信号を送信してドリフトの発生を防止し、あるいは生じているドリフト状態を解消する。   In this case, for example, the control device 18 transmits a signal for adjusting the torque distribution of the rear wheels with respect to the front wheels to the torque distribution electronic control system to eliminate the understeer, and the vehicle traveling direction side of the four-wheel independent brakes. A signal is transmitted so as to increase the brake pressure to the brake corresponding to the front wheel of the vehicle to prevent the occurrence of drift or to eliminate the drift state.

さらに、制御装置18は、すべり角の推定値βeと実すべり角βreとが一定の誤差範囲内にあってほぼ等しい状態であり、ヨーレートの推定値γeが実ヨーレートγreに比べて設定された負の閾値より小さい場合には、車両がオーバステアの状態にあると判断して、例えば、後輪に対する前輪のトルク配分を上げるように調整する信号をトルク配分電子制御システムに送信してオーバステアを解消する。   Further, the control device 18 is in a state where the estimated slip angle βe and the actual slip angle βre are substantially equal within a certain error range, and the estimated yaw rate value γe is a negative value set in comparison with the actual yaw rate γre. If it is smaller than the threshold value, it is determined that the vehicle is in an oversteer state, and, for example, a signal for adjusting the torque distribution of the front wheels with respect to the rear wheels to be increased is transmitted to the torque distribution electronic control system to eliminate the oversteer. .

なお、車両安定化制御システム17は、この他にも、例えば、車両挙動推定予測装置1からヨーレートの1秒後、2秒後、3秒後の予測値γet+1、γet+2、γet+3を出力させ、制御装置18がその予測値γet+1、γet+2、γet+3とステアリングホイールの現在の操舵角δtとを監視する。   In addition to this, the vehicle stabilization control system 17 also provides, for example, predicted values γet + 1, γet + 2, γet + after 1 second, 2 seconds, and 3 seconds after the yaw rate from the vehicle behavior estimation prediction device 1. 3 is output, and the control device 18 monitors the predicted values γet + 1, γet + 2, γet + 3 and the current steering angle δt of the steering wheel.

その際、例えば、操舵角δtが正または負の値であり運転者がステアリングホイールを切っている状態で、3秒後の予測ヨーレートγet+3が1、2秒後の予測ヨーレートγet+1、γet+2から急激に変化すると予測された場合には、3秒後にスピンが生じると判断する。   At this time, for example, in a state where the steering angle δt is a positive or negative value and the driver turns the steering wheel, the predicted yaw rate γet + 3 after 3 seconds becomes the predicted yaw rate γet + 1 after 1 second, If it is predicted to change rapidly from γet + 2, it is determined that spin will occur after 3 seconds.

そして、予め4輪独立ブレーキのうち車両の旋回の外側に位置するブレーキにはブレーキ圧を上げるように、アクセル開度を制御する電子制御スロットルにはアクセル開度を絞るように、また、ステアリングサーボ機能を有するシステムにはステアリングの操舵角の絶対値を小さくする方向に戻すようにそれぞれ信号を送信してスピンの発生を防止するように構成することも可能である。   In addition, the brake pressure is increased in advance for the brake located outside the turning of the vehicle among the four-wheel independent brakes, the throttle opening is throttled for the electronically controlled throttle that controls the accelerator opening, and the steering servo It is also possible to configure the system having a function to prevent the occurrence of spin by transmitting a signal so as to return the steering angle of the steering angle to a smaller direction.

また、例えば、車両挙動推定予測装置1を車体横加速度の推定値Gyeや横加速度の予測値Gyet+a、Gyet+b、Gyet+c、…を出力するように構成し、制御装置18がそれらの値と横加速度センサS6による実測値Gyreとを比較するように構成することも可能である。   Further, for example, the vehicle behavior estimation / prediction device 1 is configured to output an estimated value Gye of the vehicle body lateral acceleration and a predicted value Gyet + a, Gyet + b, Gyet + c,. It is also possible to make a configuration so as to compare this value with the actual measurement value Gyre from the lateral acceleration sensor S6.

このように構成すれば、制御装置18がそれらの値と横加速度センサS6による実測値Gyreとを比較して、強い横風や路面の左右方向の傾斜、あるいはドリフト等のために車両に横加速度が生じていると判断することが可能となる。そして、その場合には、ステアリングサーボ機能を有するシステムに対して、横加速度の実測値Gyreと推定値または予測値Gyeとの差が小さくする方向にステアリングホールを切るように制御信号を送信することが可能となる。   If comprised in this way, the control apparatus 18 will compare those values with the measured value Gyre by lateral acceleration sensor S6, and a lateral acceleration will be carried out to a vehicle by the strong side wind, the inclination of the left-right direction of a road surface, or a drift. It can be determined that it has occurred. In that case, a control signal is transmitted to the system having the steering servo function so as to cut the steering hole in such a direction that the difference between the measured value Gyre of the lateral acceleration and the estimated value or the predicted value Gye is reduced. Is possible.

以上のように、本実施形態に係る車両挙動推定予測装置1によれば、特徴量抽出手段2の砂時計型ニューラルネットワークinSNNでは、ハンドル角δ等が入力層に入力され、一旦圧縮層で次元圧縮された後、出力層からハンドル角δ等が復元されて出力される。そのため、圧縮層から出力側中間層への出力は、入力されたハンドル角δ等の複数の車両挙動を表す量の特徴がすべて反映された情報であると言える。   As described above, according to the vehicle behavior estimation / prediction device 1 according to the present embodiment, in the hourglass neural network inSNN of the feature quantity extraction unit 2, the handle angle δ and the like are input to the input layer, and once the dimensions are compressed by the compression layer. After that, the handle angle δ and the like are restored from the output layer and output. Therefore, it can be said that the output from the compression layer to the output side intermediate layer is information that reflects all the features of the quantities representing a plurality of vehicle behaviors such as the input steering wheel angle δ.

従って、圧縮層からその情報を引き出し、それを特徴量として抽出して演算手段3に入力することで、1つの入力で演算手段3のニューラルネットワークにハンドル角δ等の複数の車両挙動を表す量を入力することと同じ効果を得ることが可能となる。そのため、ニューラルネットワークが出力する車両挙動を表す量の推定値や予測値の変動に影響を与える可能性がある他の多数種類の量をニューラルネットワークに入力することと同等の効果を得ることが可能となり、ニューラルネットワークから出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の精度を向上させることが可能となる。   Accordingly, by extracting the information from the compression layer, extracting it as a feature value, and inputting it to the calculation means 3, an amount representing a plurality of vehicle behaviors such as the steering wheel angle δ in the neural network of the calculation means 3 with one input. It is possible to obtain the same effect as inputting. Therefore, it is possible to obtain the same effect as inputting many other types of quantities that may affect fluctuations in estimated values and predicted values representing the vehicle behavior output by the neural network to the neural network. Thus, it is possible to improve the accuracy of the estimated value and the predicted value of the quantity representing the vehicle behavior output from the neural network.

また、多数の車両挙動を表す量を少数の特徴量に次元圧縮して入力することで、実際にニューラルネットワークに入力されるデータの数を低減させることが可能となり、ニューラルネットワークを構成するノード数も低減できる。そのため、遺伝的アルゴリズム等により最適化されるべき変数が少数となり、ニューラルネットワークの学習において容易に収束し、学習効率が向上して学習速度が促進されるとともに、ニューラルネットワークから出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の精度をさらに向上させることが可能となる。   In addition, it is possible to reduce the number of data that is actually input to the neural network by inputting the number representing the vehicle behavior into a small number of feature quantities, and reducing the number of data that is actually input to the neural network. Can also be reduced. As a result, the number of variables to be optimized by the genetic algorithm, etc. is small, and it is easily converged in the learning of the neural network, the learning efficiency is improved and the learning speed is promoted, and the vehicle behavior output from the neural network is It is possible to further improve the accuracy of the estimated value and the predicted value of the amount to be expressed.

また、車両挙動を表す量の推定値や予測値を演算して出力する演算手段3を遅れ要素フィードバックを有するリカレント型ニューラルネットワークRNNで構成し、現在または過去の複数の時点で出力された複数の推定値や予測値を砂時計型ニューラルネットワークを用いて次元圧縮させてリカレント型ニューラルネットワークRNNの入力層に入力させる。   Further, the calculation means 3 that calculates and outputs an estimated value or a predicted value of the amount representing the vehicle behavior is constituted by a recurrent neural network RNN having delay element feedback, and a plurality of current or past output points are output. The estimated value or predicted value is dimensionally compressed using an hourglass neural network and input to the input layer of the recurrent neural network RNN.

そのため、演算手段3から出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値に直前または数サイクル前に出力した推定値等を反映させて、出力される推定値や予測値に連続性や因果性を持たせることが可能となる。また、過去に出力した過去の数サイクルの出力の特徴が反映された情報を1つまたは少数の情報に次元圧縮してリカレント型ニューラルネットワークRNNに入力することが可能となるため、遅れ要素についても上記と同様の効果を得ることが可能となる。   For this reason, the estimated value or predicted value output from the calculation means 3 is reflected on the estimated value or predicted value output immediately before or several cycles before, and the output estimated value or predicted value has continuity or causality. It becomes possible to have sex. In addition, since it is possible to dimensionally compress information that reflects the output characteristics of the past several cycles output in the past into one or a small number of information and input it to the recurrent neural network RNN, The same effect as described above can be obtained.

学習においては、学習タイミングを切り替えながら砂時計型ニューラルネットワークinSNN、retSNNやリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習を個別に行わせることで、それぞれの学習で容易に収束し、学習効率が向上して学習速度が促進されるとともに、ニューラルネットワークから出力される車両挙動を表す量の推定値等や特徴量の精度をさらに向上させることが可能となる。   In learning, by individually learning the hourglass neural network inSNN, retSNN and recurrent neural network RNN while switching the learning timing, each learning easily converges, learning efficiency is improved, and learning speed is increased. In addition to being promoted, it is possible to further improve the accuracy of the estimated value and the feature amount representing the vehicle behavior output from the neural network.

また、演算手段3から出力される車両挙動を表す量の推定値や予測値の出力データと学習に用いられた教師データのそれぞれの波形の平均値、分散、周期に基づいて学習タイミングを切り替える。それぞれの波形の平均値の差が大きければ砂時計型ニューラルネットワークinSNNの学習の具合が悪く、それぞれの波形の分散の差が大きければリカレント型ニューラルネットワークRNNの学習の具合が悪く、それぞれの波形の周期の差が大きければ砂時計型ニューラルネットワークretSNNの学習の具合が悪い。   Further, the learning timing is switched based on the average value, variance, and period of the waveform of the estimated value and predicted value output data representing the vehicle behavior output from the computing means 3 and the teacher data used for learning. If the difference between the average values of the waveforms is large, the learning of the hourglass neural network inSNN is bad, and if the variance of the respective waveforms is large, the learning of the recurrent neural network RNN is bad, and the period of each waveform. If the difference is large, learning of the hourglass neural network retSNN is bad.

そのため、出力データと教師データのそれぞれの波形の平均値、分散、周期に基づいて学習タイミングを切り替えることで、学習すべきニューラルネットワークを適切に選択することが可能となり、車両挙動推定予測装置1が出力する車両挙動を表す量の精度を効率良く的確に向上させることが可能となる。   Therefore, it is possible to appropriately select the neural network to be learned by switching the learning timing based on the average value, variance, and period of each waveform of the output data and the teacher data, and the vehicle behavior estimation / prediction device 1 It becomes possible to improve the accuracy of the quantity representing the vehicle behavior to be output efficiently and accurately.

一方、本実施形態に係る車両安定化システム17によれば、車両挙動推定予測装置1から送信されてくる高精度の推定値や予測値に基づいて車両の現在の挙動を推定し、将来の挙動を予測することが可能となる。そのため、その高精度の推定値や予測値を用いて車両挙動を不安定化させている要因を除去する方向に効果的に制御し、あるいは車両挙動を不安定化させる要因を修正して不安定化が生じないように予め効果的に制御することが可能となる。   On the other hand, according to the vehicle stabilization system 17 according to the present embodiment, the current behavior of the vehicle is estimated based on the highly accurate estimated value or predicted value transmitted from the vehicle behavior estimation / prediction device 1, and the future behavior is estimated. Can be predicted. Therefore, it is possible to effectively control the factor that destabilizes the vehicle behavior using the highly accurate estimated value and predicted value, or to correct the factor that destabilizes the vehicle behavior and Thus, it is possible to effectively control in advance so as not to occur.

また、予め車両挙動推定予測装置の演算手段を、路面が乾燥していて外乱が少ない状態における走行データを教師データとして学習を行っておくことで、外乱の少ない状態における車両挙動を表す量の推定値や予測値を出力させ、それと実際の測定値とを比較することで、車両に生じているあるいは生じる可能性がある外乱を把握して的確に車両挙動の安定化制御を行うことが可能となる。   In addition, the calculation means of the vehicle behavior estimation / prediction device preliminarily learns the driving data in the state where the road surface is dry and the disturbance is small as the teacher data, thereby estimating the amount representing the vehicle behavior in the low disturbance state By outputting values and predicted values and comparing them with actual measured values, it is possible to grasp the disturbances that may or may occur in the vehicle and accurately control the stabilization of vehicle behavior Become.

なお、本実施形態では、車両挙動推定予測装置1にハンドル角δ等が入力される場合について説明したが、入力されるデータはこれらに限定されず、適宜装置1にセンサ等を接続して入力される。また、微分値や2階微分値が算出されるデータは本実施形態のようにハンドル角δに限定されず適宜決定される。   In this embodiment, the case where the steering wheel angle δ and the like are input to the vehicle behavior estimation / prediction device 1 has been described. However, the input data is not limited to these, and is input by appropriately connecting a sensor or the like to the device 1. Is done. Further, the data for calculating the differential value or the second-order differential value is not limited to the handle angle δ as in the present embodiment, but is determined as appropriate.

さらに、特徴量抽出手段2に入力されるデータの種類は、車両挙動推定予測装置1が果たすべき機能等に応じて適宜決定される。また、特徴量抽出手段のそれぞれの砂時計型ニューラルネットワークに入力するデータとして、通常、互いに相関が強いと考えられる車両挙動を表す量が組み合わされるが、データの組み合わせは適宜決定される。   Further, the type of data input to the feature quantity extraction unit 2 is appropriately determined according to the function to be performed by the vehicle behavior estimation / prediction device 1. In addition, as data to be input to each hourglass neural network of the feature amount extraction means, usually, amounts representing vehicle behaviors that are considered to have a strong correlation with each other are combined, but the combination of data is appropriately determined.

また、本実施形態では、車両挙動推定予測装置1やそれを用いた車両安定化制御システム17を実車両に搭載する場合について述べたが、例えば、これらをコンピュータに組み込んでシミュレーション解析を行うように構成することも可能であり、このような場合も本発明に含まれる。   Further, in the present embodiment, the case where the vehicle behavior estimation / prediction device 1 and the vehicle stabilization control system 17 using the vehicle behavior estimation / prediction device 1 are mounted on an actual vehicle has been described. It is also possible to configure, and such a case is also included in the present invention.

本実施形態に係る車両挙動推定予測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the vehicle behavior estimation prediction apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る特徴量抽出手段の構成を示す図であり、(A)は砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層のノードが単数の場合、(B)は複数の場合を示す。It is a figure which shows the structure of the feature-value extraction means which concerns on this embodiment, (A) shows the case where the node of the compression layer of an hourglass type | mold neural network is single, and (B) shows the case where it is plurality. 本実施形態に係る各演算手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of each calculating means which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る最適化手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optimization means which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る最適化手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optimization means which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る車両挙動推定予測装置を用いた車両安定化制御システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the vehicle stabilization control system using the vehicle behavior estimation prediction apparatus which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 車両挙動推定予測装置
2 特徴量抽出手段
3 演算手段
9 切替手段
17 車両安定化システム
18 制御装置
S 測定装置
RNN リカレント型ニューラルネットワーク
inSNN 砂時計型ニューラルネットワーク
retSNN 砂時計型ニューラルネットワーク
L3 圧縮層
L6 入力層
L12 圧縮層
f1、f2 特徴量
D 実測データ
T 教師データ
Q 評価値
M 平均値
σ 分散
F 周期
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle behavior estimation prediction apparatus 2 Feature-value extraction means 3 Calculation means 9 Switching means 17 Vehicle stabilization system 18 Control apparatus S Measuring apparatus RNN Recurrent type neural network
inSNN hourglass neural network
retSNN hourglass neural network L3 compression layer L6 input layer L12 compression layer f1, f2 feature quantity D actual measurement data T teacher data Q evaluation value M average value σ variance F period

Claims (5)

測定装置により測定された複数の車両挙動を表す量に関するデータを砂時計型ニューラルネットワークを用いて次元圧縮させ前記砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層からの出力を特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、
抽出された前記特徴量に基づいて現在の車両挙動を表す量の推定値または一定時間後の車両挙動を表す量の予測値を出力するニューラルネットワークで構成された演算手段と
を備え
前記演算手段を構成するニューラルネットワークは、遅れ要素フィードバックを有するリカレント型ニューラルネットワークであり、
前記遅れ要素フィードバックを有するリカレント型ニューラルネットワークは、現在または過去の複数の時点で出力された複数の前記推定値または前記予測値である遅れ要素を砂時計型ニューラルネットワークを用いて次元圧縮させ、前記砂時計型ニューラルネットワークの圧縮層からの出力を前記リカレント型ニューラルネットワークの入力層に入力させるように構成されていることを特徴とする車両挙動推定予測装置。
Feature quantity extraction means for dimensionally compressing data relating to quantities representing a plurality of vehicle behaviors measured by the measuring device using an hourglass neural network and extracting an output from the compression layer of the hourglass neural network as a feature quantity;
An arithmetic means configured by a neural network that outputs an estimated value of the amount representing the current vehicle behavior based on the extracted feature amount or a predicted value of the amount representing the vehicle behavior after a certain time , and
The neural network constituting the calculation means is a recurrent neural network having a delay element feedback,
The recurrent neural network having the delay element feedback includes the hourglass neural network for dimensionally compressing the delay elements that are the estimated values or the predicted values output at a plurality of current or past time points, and the hourglass vehicle behavior estimation and prediction and wherein that you have been configured to input the output from the compression layer type neural network input layer of the recurrent neural network.
前記特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワーク、前記リカレント型ニューラルネットワークおよび前記複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークは、測定装置により測定された実測データおよび前記リカレント型ニューラルネットワークからの出力データを教師データとして算出される評価値に基づいて予めそれぞれ個別に学習されることを特徴とする請求項に記載の車両挙動推定予測装置。 The hourglass neural network for extracting the feature value, the recurrent neural network, and the hourglass neural network for dimensionally compressing the plurality of delay elements are measured data measured by a measuring device and output data from the recurrent neural network. vehicle behavior estimating prediction apparatus of claim 1, wherein each advance based on the evaluation value calculated as the teacher data, characterized in that it is learned individually. 前記特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワーク、前記リカレント型ニューラルネットワークおよび前記複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークの学習において、学習タイミングを切り替えながら個別に学習を行わせるためにいずれか1つを選択する切替手段を備えることを特徴とする請求項に記載の車両挙動推定予測装置。 In learning of the hourglass neural network that extracts the feature quantity, the recurrent neural network, and the hourglass neural network that dimensionally compresses the plurality of delay elements, any one of them is performed in order to perform learning individually while switching the learning timing. The vehicle behavior estimation / prediction device according to claim 2 , further comprising switching means for selecting one. 前記切替手段は、前記測定装置により測定された実測データと前記リカレント型ニューラルネットワークからの出力データについてそれぞれ平均値、分散および周期を算出し、両者の平均値、分散および周期の差をそれぞれ正規化して比較した場合に、正規化された平均値の差が最も大きい場合には前記特徴量を抽出する砂時計型ニューラルネットワークを、正規化された分散の差が最も大きい場合には前記リカレント型ニューラルネットワークを、正規化された周期の差が最も大きい場合には前記複数の遅れ要素を次元圧縮する砂時計型ニューラルネットワークを選択することを特徴とする請求項に記載の車両挙動推定予測装置。 The switching means calculates an average value, variance, and period for the actual measurement data measured by the measurement device and the output data from the recurrent neural network, respectively, and normalizes the difference between the average value, variance, and period, respectively. When the difference between the normalized average values is the largest, the hourglass neural network that extracts the feature amount is used, and when the normalized variance is the largest, the recurrent neural network is used. The vehicle behavior estimation / prediction device according to claim 3 , wherein an hourglass neural network that dimensionally compresses the plurality of delay elements is selected when the normalized period difference is the largest. 請求項1から請求項のいずれか一項に記載の車両挙動推定予測装置と、
前記車両挙動推定予測装置から出力される前記推定値または前記予測値に基づいて車両の安定化制御を行う制御装置と
を備えることを特徴とする車両安定化制御システム。
The vehicle behavior estimation / prediction device according to any one of claims 1 to 4 ,
A vehicle stabilization control system comprising: a control device that performs vehicle stabilization control based on the estimated value or the predicted value output from the vehicle behavior estimation prediction device.
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