JP6791347B1 - モデル診断装置及びモデル診断システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両において生成された学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を診断することができるモデル診断装置を提供する。【解決手段】モデル診断装置は、学習済みのニューラルネットワークモデルが生成される複数の車両3と通信可能な通信装置と、データを記憶する記憶装置と、学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する制御装置とを備える。制御装置は、所定値の入力パラメータに対して学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を記憶装置に記憶し、一つの車両から新たな学習済みのニューラルネットワークモデル又は所定値の入力パラメータに対して新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、出力パラメータの値に対して統計処理を行い、統計処理の結果に基づいて新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する。【選択図】図5

Description

本発明はモデル診断装置及びモデル診断システムに関する。
従来、所定の入力パラメータから所定の出力パラメータを出力するニューラルネットワークモデルを車両の制御のために用いることが知られている。例えば、特許文献1には、学習済みのニューラルネットワークモデルを用いて、車両に搭載された内燃機関の燃焼室に吸入される吸入ガスの流量を推定することが記載されている。
特開2012−112277号公報
ところで、ニューラルネットワークモデルの精度を向上させるためには、ニューラルネットワークモデルの学習を予め行う必要がある。ニューラルネットワークモデルの学習では、入力パラメータの実測値と出力パラメータの実測値との組合せから成る訓練データセットが用いられる。
入力パラメータ及び出力パラメータの実測値は車両の実際の走行中にセンサ等を用いて取得可能である。このため、車両において訓練データセットを作成し、車両においてニューラルネットワークモデルの学習を行うことが考えられる。この結果得られる学習済みのニューラルネットワークモデルを車両の外部のサーバに送信することで、学習済みのニューラルネットワークモデルをサーバを介して他の車両に配信することもできる。
しかしながら、ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品に異常が生じると、ニューラルネットワークモデルの学習が適切に行われない。この結果、車両において、異常な学習済みのニューラルネットワークモデルを用いた制御が行われるおそれがある。また、異常な学習済みのニューラルネットワークモデルが他の車両に配信されるおそれがある。
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、車両において生成された学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を診断することができるモデル診断装置を提供することにある。
本開示の要旨は以下のとおりである。
(1)ニューラルネットワークモデルの学習が行われて学習済みのニューラルネットワークモデルが生成される複数の車両と通信可能な通信装置と、データを記憶する記憶装置と、前記学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する制御装置とを備え、前記制御装置は、所定値の入力パラメータに対して前記学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を前記記憶装置に記憶し、前記通信装置を介して前記複数の車両のうちの一つの車両から新たな学習済みのニューラルネットワークモデル又は前記所定値の入力パラメータに対して該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、該出力パラメータの値に対して統計処理を行い、該統計処理の結果に基づいて前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する、モデル診断装置。
(2)前記制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを前記一つの車両に通知する、上記(1)に記載のモデル診断装置。
(3)前記制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、前記一つの車両とは異なる車両において生成され且つ正常であると判定された学習済みのニューラルネットワークモデルを前記一つの車両に送信する、上記(1)又は(2)に記載のモデル診断装置。
(4)前記制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを前記記憶装置に記憶し、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを前記記憶装置に記憶しない、上記(1)から(3)のいずれか1つに記載のモデル診断装置。
(5)前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された出力パラメータの値が正規分布を示さない場合に、修正されたニューラルネットワークモデルを前記複数の車両に送信する、上記(1)から(4)のいずれか1つに記載のモデル診断装置。
(6)サーバ及び複数の車両を備えるモデル診断システムであって、前記複数の車両は、それぞれ、前記サーバと通信可能な第1通信装置と、ニューラルネットワークモデルの学習を行うことによって学習済みのニューラルネットワークモデルを生成する第1制御装置とを備え、前記サーバは、前記複数の車両と通信可能な第2通信装置と、データを記憶する記憶装置と、前記学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する第2制御装置とを備え、前記第2制御装置は、所定値の入力パラメータに対して前記学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を前記記憶装置に記憶し、前記第2通信装置を介して前記複数の車両のうちの一つの車両から新たな学習済みのニューラルネットワークモデル又は前記所定値の入力パラメータに対して該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、該出力パラメータの値に対して統計処理を行い、該統計処理の結果に基づいて前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する、モデル診断システム。
(7)前記第2制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを前記一つの車両に通知する、上記(6)に記載のモデル診断システム。
(8)前記第1制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを通知された場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを採用しない、上記(7)に記載のモデル診断システム。
(9)前記第1制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを通知された場合には、前記ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品の異常をドライバに通知する、上記(7)又は(8)に記載のモデル診断システム。
(10)前記第2制御装置は、前記第2通信装置を介して前記複数の車両のうちの一つの車両から前記所定値の入力パラメータに対して新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、該出力パラメータの値に対して統計処理を行い、該統計処理の結果に基づいて前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定し、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であることを前記一つの車両に通知し、前記第1制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であることを通知された場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを前記サーバに送信する、上記(6)から(9)のいずれか1つに記載のモデル診断システム。
本発明によれば、車両において生成された学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を診断することができるモデル診断装置が提供される。
図1は、本発明の第一実施形態に係るモデル診断システムの概略的な構成図である。 図2は、図1の車両の構成の一部を概略的に示す図である。 図3は、単純な構成を有するニューラルネットワークモデルの一例を示す図である。 図4は、第一実施形態におけるモデル学習処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図5は、第一実施形態におけるモデル診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図6は、正規分布の所定範囲の一例を示す図である。 図7は、第二実施形態におけるモデル学習処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図8は、第二実施形態におけるモデル診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図9は、第三実施形態におけるモデル診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
<第一実施形態>
最初に、図1〜図6を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係るモデル診断システムの概略的な構成図である。モデル診断システム1はサーバ2及び複数の車両3を備える。
図1に示されるように、サーバ2は、複数の車両3の外部に設けられ、通信インターフェース21、ストレージ装置22、メモリ23及びプロセッサ24を備える。なお、サーバ2は、キーボード及びマウスのような入力装置、ディスプレイのような出力装置等を更に備えていてもよい。また、サーバ2は複数のコンピュータから構成されていてもよい。サーバ2はモデル診断装置の一例である。
通信インターフェース21は、複数の車両3と通信可能であり、サーバ2が複数の車両3と通信することを可能とする。具体的には、通信インターフェース21は、サーバ2を通信ネットワーク5に接続するためのインターフェース回路を有する。サーバ2は、通信インターフェース21、通信ネットワーク5及び無線基地局6を介して複数の車両3と通信する。通信インターフェース21は通信装置の一例である。
ストレージ装置22は、例えば、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)又は光記録媒体を有する。ストレージ装置22は、各種データを記憶し、例えば、車両情報、プロセッサ24が各種処理を実行するためのコンピュータプログラム等を記憶する。ストレージ装置22は記憶装置の一例である。
メモリ23は、例えばランダムアクセスメモリ(RAM)のような半導体メモリを有する。メモリ23は、例えばプロセッサ24によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。
通信インターフェース21、ストレージ装置22及びメモリ23は、信号線を介してプロセッサ24に接続されている。プロセッサ24は、一つ又は複数のCPU及びその周辺回路を有し、各種処理を実行する。なお、プロセッサ24は、論理演算ユニット又は数値演算ユニットのような演算回路を更に有していてもよい。プロセッサ24は制御装置の一例である。
図2は、図1の車両3の構成の一部を概略的に示す図である。車両3は電子制御ユニット(ECU(Electronic Control Unit))30を備える。ECU30は、通信インターフェース31、メモリ32及びプロセッサ33を含み、車両3の各種制御を実行する。なお、本実施形態では、一つのECU30が設けられているが、機能毎に複数のECUが設けられていてもよい。
通信インターフェース31は、CAN(Controller Area Network)等の規格に準拠した車内ネットワークにECU30を接続するためのインターフェース回路を有する。ECU30は通信インターフェース31を介して他の車載機器と通信する。
メモリ32は、例えば、揮発性の半導体メモリ(例えば、RAM)及び不揮発性の半導体メモリ(例えば、ROM)を有する。メモリ32は、プロセッサ33によって実行されるプログラム、プロセッサ33によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。メモリ32は記憶装置の一例である。
通信インターフェース31及びメモリ32は信号線を介してプロセッサ33に接続されている。プロセッサ33は、一つ又は複数のCPU(Central Processing Unit)及びその周辺回路を有し、各種処理を実行する。なお、プロセッサ33は、論理演算ユニット又は数値演算ユニットのような演算回路を更に有していてもよい。プロセッサ33は制御装置の一例である。
また、車両3は車両の外部(例えばサーバ2)と通信可能な通信モジュール36を備える。通信モジュール36は、信号線を介してECU30に接続され、例えばデータ通信モジュール(DCM(Data communication module))として構成される。車両3は、通信モジュール36、無線基地局6及び通信ネットワーク5を介してサーバ2と通信する。通信モジュール36は通信装置の一例である。
本実施形態では、車両3において、ニューラルネットワークモデルを用いた制御が行われる。最初に、図3を参照して、ニューラルネットワークモデルの概要について説明する。図3は、単純な構成を有するニューラルネットワークモデルの一例を示す図である。
図3における丸印は人工ニューロンを表す。人工ニューロンは、通常、ノード又はユニットと称される(本明細書では、「ノード」と称す)。図3において、L=1は入力層を示し、L=2及びL=3は隠れ層を示し、L=4は出力層を示している。なお、隠れ層は中間層とも称される。
図3において、x1及びx2は入力層(L=1)の各ノード及びそのノードからの出力値を示しており、yは出力層(L=4)のノード及びその出力値を示している。同様に、z1 (L=2) 2 (L=2)及びz3 (L=2)は隠れ層(L=2)の各ノード及びそのノードからの出力値を示しており、z1 (L=3)及びz2 (L=3)は隠れ層(L=3)の各ノード及びそのノードからの出力値を示している。
入力層の各ノードでは入力がそのまま出力される。一方、隠れ層(L=2)の各ノードには、入力層の各ノードの出力値x1及びx2が入力され、隠れ層(L=2)の各ノードでは、それぞれ対応する重みw及びバイアスbを用いて総入力値uが算出される。例えば、図3において隠れ層(L=2)のzk (L=2)(k=1、2、3)で示される各ノードにおいて算出される総入力値uk (L=2)は、次式のようになる(Mは入力層のノードの数)。
Figure 0006791347
次いで、この総入力値uk (L=2)は活性化関数fにより変換され、隠れ層(L=2)のzk (L=2)で示されるノードから、出力値zk (L=2)(=f(uk (L=2)))として出力される。一方、隠れ層(L=3)の各ノードには、隠れ層(L=2)の各ノードの出力値z1 (L=2) 2 (L=2)及びz3 (L=2)が入力され、隠れ層(L=3)の各ノードでは、それぞれ対応する重みw及びバイアスbを用いて総入力値u(=Σz・w+b)が算出される。この総入力値uは同様に活性化関数により変換され、隠れ層(L=3)の各ノードから、出力値z1 (L=3)、z2 (L=3)として出力される、活性化関数は例えばシグモイド関数σである。
また、出力層(L=4)のノードには、隠れ層(L=3)の各ノードの出力値z1 (L=3)及びz2 (L=3)が入力され、出力層のノードでは、それぞれ対応する重みw及びバイアスbを用いて総入力値u(Σz・w+b)が算出され、又はそれぞれ対応する重みwのみを用いて総入力値u(Σz・w)が算出される。例えば、出力層のノードでは活性化関数として恒等関数が用いられる。この場合、出力層のノードにおいて算出された総入力値uが、そのまま出力値yとして出力層のノードから出力される。
ニューラルネットワークモデルは複数の入力パラメータから少なくとも一つの出力パラメータを出力する。本実施形態では、ニューラルネットワークモデルの入力パラメータ及び出力パラメータとして、車両3の状態に関するパラメータ、車両3の走行環境に関するパラメータ等が用いられる。
例えば、入力パラメータとして、外気温、緯度、経度、曜日、時間帯及び直前の駐車時間(走行前の駐車時間)が用いられ、出力パラメータとしてエアコンの設定温度が用いられる。曜日が入力パラメータとして用いられる場合には、曜日が数値化される。例えば、月曜〜日曜に1〜7が割り当てられる。
また、車両が動力源として内燃機関を備える場合、例えば、入力パラメータとして、機関回転数、スロットル弁の開度、吸入空気量(新気量とEGRガス量との合計)又は吸入空気圧、内燃機関の冷却水の温度、カムシャフトの角度、吸気温度、車速及び混合気の目標空燃比が用いられ、出力パラメータとして目標空燃比の補正量が用いられる。
また、車両3が動力源として内燃機関及びモータを備える場合、すなわち車両がハイブリッド車両(HV)又はプラグインハイブリッド車両(PHV)である場合、例えば、入力パラメータとして、バッテリの充電率(SOC:State Of Charge)、車速、アクセル開度、内燃機関の冷却水の温度、バッテリの温度、エアコン等の使用による電気負荷、大気圧又は高度、現在地の緯度、現在地の経度、曜日及び時間帯が用いられ、出力パラメータとしてHVモードにおけるバッテリの目標充放電量が用いられる。なお、HVモードでは、バッテリのSOCが目標値になるように内燃機関及びモータが駆動される。
車両3には、入力パラメータ及び出力パラメータの種類に応じて、これらの実測値を検出するのに必要なセンサが設けられる。また、車両3において用いられるニューラルネットワークモデル(具体的にはニューラルネットワークモデルの構成情報)はECU30のメモリ32に記憶される。ニューラルネットワークモデルの構成情報には、隠れ層の数、各層におけるノードの数、重みw、バイアスb等が含まれる。
ECU30のプロセッサ33は、入力パラメータをニューラルネットワークモデルに入力することによってニューラルネットワークモデルに出力パラメータを出力させる。このとき、各入力パラメータの値として、例えば、車両3に設けられたセンサ等によって検出された値、プロセッサ33によって算出された値、車両3の外部から車両3に送信された情報から得られる値、ドライバによって入力された等が用いられる。ニューラルネットワークモデルを用いることによって、所定値の入力パラメータに対応する適切な出力パラメータの値を得ることができる。
ニューラルネットワークモデルの精度を向上させるためには、ニューラルネットワークモデルの学習を予め行う必要がある。本実施形態では、複数の車両3のそれぞれにおいて、ニューラルネットワークモデルの学習が行われて学習済みのニューラルネットワークモデルが生成される。具体的には、ECU30のプロセッサ33がニューラルネットワークモデルの学習を行うことによって学習済みのニューラルネットワークモデルを生成する。すなわち、本実施形態では、サーバ2ではなく車両3においてニューラルネットワークモデルの学習が行われる。
ニューラルネットワークモデルの学習では、複数の入力パラメータの実測値と、これら実測値に対応する少なくとも一つの出力パラメータの実測値(正解データ)との組合せから成る訓練データセットが用いられる。このため、ECU30のプロセッサ33は、訓練データセットを作成するために、複数の入力パラメータの実測値と、これら実測値に対応する少なくとも一つの出力パラメータの実測値とを取得する。入力パラメータ及び出力パラメータの実測値は、例えば、車両3に設けられたセンサ等によって検出された値、プロセッサ33によって算出された値、車両3の外部から車両3に送信された情報から得られる値、ドライバによって入力された値等として取得される。これら実測値を組み合わせることによって作成された訓練データセットはECU30のメモリ32に記憶される。
プロセッサ33は多数の訓練データセットを用いてニューラルネットワークモデルの学習を行う。例えば、プロセッサ33は、ニューラルネットワークモデルによって出力される値と出力パラメータの実測値との差が小さくなるように、公知の誤差逆伝播法によってニューラルネットワークモデルにおける重みw及びバイアスbを繰り返し更新する。この結果、ニューラルネットワークモデルが学習され、学習済みのニューラルネットワークモデルが生成される。学習済みのニューラルネットワークモデルは(具体的には学習済みのニューラルネットワークモデルの構成情報)はECU30のメモリ32に記憶される。学習済みモデルの構成情報には、隠れ層の数、各層におけるノードの数、重みw、バイアスb等が含まれる。
学習済みのニューラルネットワークモデル(以下、「学習済みモデル」という)は車両3の制御のために車両3において用いられる。学習済みモデルを用いることによって、センサ等によって出力パラメータの実測値を検出する前に、入力パラメータの値に対応する出力パラメータの値を予測することができる。
本実施形態では、車両3において学習済みモデルが生成されると、学習済みモデルが車両3からサーバ2に送信される。すなわち、複数の車両3において生成された学習済みモデルがサーバ2に集約される。このとき、車両3において生成された学習済みモデルはサーバ2のストレージ装置22に記憶される。
学習済みモデルは必要に応じてサーバ2から他の車両に配信される。このことによって、ニューラルネットワークモデルの学習機能を有しない車両又はニューラルネットワークモデルの学習が完了していない車両においても、学習済みモデルを用いることができる。
しかしながら、ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品(入力パラメータ及び出力パラメータの実測値を検出するセンサ、ニューラルネットワークモデルの学習を行うECU30等)に異常が生じると、ニューラルネットワークモデルの学習が適切に行われない。この結果、車両3において、異常な学習済みモデルを用いた制御が行われるおそれがある。また、異常な学習済みモデルがサーバ2から他の車両に配信されるおそれがある。
このため、本実施形態では、サーバ2において、学習済みモデルの異常が診断され、サーバ2のプロセッサ24は学習済みモデルの異常を判定する。学習済みモデルが異常である場合には、重みw及びバイアスbの値が適切な範囲からずれ、不適切な出力パラメータの値が学習済みモデルから出力される。したがって、多数の学習済みモデルに入力パラメータとして同一の値が入力された場合、異常な学習済みモデルから出力される出力パラメータの値は統計的に外れ値となる可能性が高い。
このため、学習済みモデルから出力される出力パラメータの値を統計処理することによって学習済みモデルの異常を診断することができる。統計処理では、多数の出力パラメータの値が必要となる。また、出力パラメータの値を比較するためには、出力パラメータの値を取得するときに同一の値の入力パラメータを学習済みモデルに入力する必要がある。
このため、サーバ2のプロセッサ24は、所定値の入力パラメータに対して学習済みモデルから出力された出力パラメータの値をストレージ装置22に記憶する。このとき、出力パラメータの値は、所定値の入力パラメータを学習済みモデルに入力することによって取得される。所定値は、予め定められた一組の値であり、ストレージ装置22に記憶される。例えば、学習済みモデルの入力パラメータの数が六つである場合、六つの入力パラメータのそれぞれについて、値が予め設定される。すなわち、異なる車両3において生成された二つの学習済みモデルにおいて重みw及びバイアスbが同一の値に設定されている場合には、所定値の入力パラメータに対して二つの学習済みモデルから出力される出力パラメータの値は同一となる。
また、プロセッサ24は、サーバ2の通信インターフェース21を介して複数の車両3のうちの一つの車両3から新たな学習済みモデルを受信したときに、上記所定値の入力パラメータに対して新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値に対して統計処理を行い、統計処理の結果に基づいて新たな学習済みモデルの異常を判定する。このことによって、出力パラメータとして外れ値を出力する学習済みモデルを選別することができ、ひいては学習済みモデルの異常を短時間で精度良く診断することができる。
例えば、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値が、ストレージ装置22に記憶された出力パラメータの値を母集団として用いて生成された正規分布の所定範囲内にあるときには、新たな学習済みモデルが正常であると判定する。一方、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値が正規分布の所定範囲外にあるときには、新たな学習済みモデルが異常であると判定する。
また、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルの異常診断結果を、新たな学習済みモデルをサーバ2に送信した車両3に送信する。このことによって、車両3において新たな学習済みモデルの使用の是非を判断することができる。
具体的には、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが異常であると判定した場合には、新たな学習済みモデルが異常であることを車両3に通知する。一方、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが正常であると判定した場合には、新たな学習済みモデルが正常であることを車両3に通知する。
また、プロセッサ24は、学習済みモデルを他の車両に配信する場合には、正常であると判定された学習済みモデルを他の車両に送信する。このことによって、他の車両において、異常な学習済みモデルを用いた制御が行われることを抑制することができる。
新たな学習済みモデルを送信した車両3に設けられたECU30のプロセッサ33は、新たな学習済みモデルが正常であることを通知された場合には新たな学習済みモデルを採用し、新たな学習済みモデルが異常であることを通知された場合には、新たな学習済みモデルを採用しない。このことによって、車両3において異常な学習済みモデルを用いた制御が行われることを抑制することができる。
また、ECU30のプロセッサ33は、新たな学習済みモデルが異常であることを通知された場合には、ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品(入力パラメータ及び出力パラメータの実測値を検出するセンサ、ニューラルネットワークモデルの学習を行うECU30等)の異常を車両3のドライバに通知する。このことによって、ドライバに車両3の修理を促すことができる。
<モデル学習処理>
以下、図4のフローチャートを参照して、車両3において行われる制御について詳細に説明する。図4は、第一実施形態におけるモデル学習処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはECU30のプロセッサ33によって繰り返し実行される。
最初に、ステップS101において、プロセッサ33は、メモリ32に記憶された訓練データセットの数が所定数以上であるか否かを判定する。所定数は、予め定められ、学習精度を高めるのに十分な値に設定される。なお、ニューラルネットワークモデルの学習が既に行われている場合には、学習に用いられていない訓練データセットの数、すなわち新たに取得された訓練データセットの数が所定数以上であるか否かが判定される。
ステップS101において訓練データセットの数が所定数未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS101において訓練データセットの数が所定数以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS102に進む。
ステップS102では、プロセッサ33はニューラルネットワークモデルの学習を行う。例えば、プロセッサ33は、ニューラルネットワークモデルによって出力される値と出力パラメータの実測値との差が小さくなるように、公知の誤差逆伝播法によってニューラルネットワークモデルにおける重みw及びバイアスbを繰り返し更新する。この結果、ニューラルネットワークモデルが学習され、学習済みモデルが生成される。生成された学習済みモデルは、ECU30のメモリ32に記憶される。
次いで、ステップS103において、プロセッサ33は通信モジュール36を介して学習済みモデルをサーバ2に送信する。
次いで、ステップS104において、プロセッサ33は、学習済みモデルをサーバ2に送信してから所定時間以内にサーバ2から異常診断結果を受信したか否かを判定する。所定時間は、予め定められ、サーバ2において学習済みモデルの異常を診断するのに必要な時間よりも長い時間に設定される。ステップS104において所定時間以内に異常診断結果を受信しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、プロセッサ33は学習済みモデルを採用しない。
一方、ステップS104において所定時間以内に異常診断結果を受信したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS105に進む。ステップS105では、プロセッサ33は、異常診断結果が異常判定であるか否かを判定する。すなわち、プロセッサ33は、学習済みモデルが異常であることが通知されたか否かを判定する。異常診断結果が異常判定であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS106に進む。
ステップS106では、プロセッサ33は、学習済みモデルを採用することなく、ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品の異常を車両3のドライバに通知する。例えば、プロセッサ33は、車両3に設けられた警告灯を点灯することによって部品の異常を車両3のドライバに通知する。なお、プロセッサ33は、車両3に設けられた発音装置から警告音を発することによって部品の異常を車両3のドライバに通知してもよい。また、ステップS106において、プロセッサ33は学習済みモデルをメモリ32から削除してもよい。ステップS106の後、本制御ルーチンは終了する。
一方、ステップS105において異常診断結果が正常判定であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS107に進む。ステップS107では、プロセッサ33は学習済みモデルを採用する。この結果、その後の車両制御において学習済みモデルが用いられる。ステップS107の後、本制御ルーチンは終了する。
なお、ステップS104において所定時間以内に異常診断結果を受信しなかったと判定された場合、本制御ルーチンはステップS107に進んでもよい。すなわち、学習済みモデルが異常であることが通知されない限り、プロセッサ33は学習済みモデルを採用してもよい。
<モデル診断処理>
以下、図5のフローチャートを参照して、サーバ2において行われる制御について詳細に説明する。図5は、第一実施形態におけるモデル診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはサーバ2のプロセッサ24によって繰り返し実行される。
最初に、ステップS201において、プロセッサ24は、車両3から新たな学習済みモデルを受信したか否かを判定する。車両3から新たな学習済みモデルを受信しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、車両3から新たな学習済みモデルを受信したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS202に進む。
ステップS202では、プロセッサ24は、所定値の入力パラメータに対して学習済みモデルから出力される出力パラメータの値をストレージ装置22に記憶する。具体的には、プロセッサ24は、所定値の入力パラメータを学習済みモデルに入力し、学習済みモデルによって出力された出力パラメータの値をストレージ装置22に記憶する。上述したように、所定値は、予め定められた一組の値であり、ストレージ装置22に記憶されている。
次いで、ステップS203において、プロセッサ24は、ストレージ装置22に記憶された出力パラメータの値の数、すなわち統計処理に用いられる母集団の数が所定数以上であるか否かが判定される。所定数は、予め定められ、統計処理による異常診断の精度を高めるのに十分な値に設定される。母集団の数が所定数未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、母集団の数が所定数以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS204に進む。
ステップS204では、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値が、ストレージ装置22に記憶された出力パラメータの値を母集団として用いて生成された正規分布の所定範囲内にあるか否かを判定する。所定範囲は、予め定められ、例えばkシグマ区間[μ−kσ,μ+kσ]に設定される。kは、予め定められた任意の自然数である。μは、正規分布の平均であり、計算によって算出される。σは、正規分布の標準偏差であり、計算によって算出される。例えば、kが2である場合、すなわち所定範囲が2シグマ区間である場合、図6に示されるように、出力パラメータの値がμ±2σの範囲にないときに、新たな学習済みモデルが異常であると判定される。なお、新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値は母集団として用いられてなくてもよい。
ステップS204において出力パラメータの値が正規分布の所定範囲内であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS205に進む。ステップS205では、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが正常であると判定する。この場合、プロセッサ24は、新たな学習済みモデル(具体的には新たな学習済みモデルの構成情報)をストレージ装置22に記憶する。
ステップS205の後、ステップS207において、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルを送信した車両3に異常診断結果を送信する。この場合、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルを送信した車両3に、新たな学習済みモデルが正常であることを通知する。ステップS207の後、本制御ルーチンは終了する。
一方、ステップS204において出力パラメータの値が正規分布の所定範囲外であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS206に進む。ステップS206では、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが異常であると判定する。この場合、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルをストレージ装置22に記憶しない。すなわち、プロセッサ24は新たな学習済みモデルを削除する。このことによって、ストレージ装置22の空き容量が不足することを抑制することができる。
ステップS206の後、ステップS207において、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルを送信した車両3に異常診断結果を送信する。この場合、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルを送信した車両3に、新たな学習済みモデルが異常であることを通知する。ステップS207の後、本制御ルーチンは終了する。
なお、ステップS206において、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが異常であると判定した場合に、母集団に外れ値が含まれないように、異常であると判定された新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値を削除してもよい。このことによって、異常診断の精度が低下することを抑制することができる。
また、ステップS206において、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが異常であると判定した場合に、新たな学習済みモデルを送信した車両3に正常な学習済みモデルを送信してもよい。正常な学習済みモデルは、新たな学習済みモデルを送信した車両3とは異なる車両3において生成され且つ正常であると判定された学習済みモデルである。このことによって、異常な学習済みモデルが生成された車両3において、正常な学習済みモデルを用いた適切な制御を行うことができる。
<第二実施形態>
第二実施形態に係るモデル診断システム及びモデル診断装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るモデル診断システム及びモデル診断装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
上述したように、学習済みモデルの異常診断では、学習済みモデルから出力された出力パラメータの値が用いられ、学習済みモデルの構成情報は用いられない。このため、第二実施形態では、車両3において学習済みモデルが生成されると、所定値に対して学習済みモデルから出力された出力パラメータの値がサーバ2に送信される。すなわち、複数の車両3において生成された学習済みモデルから出力された出力パラメータの値がサーバ2に集約されてサーバ2のストレージ装置22に記憶される。出力パラメータの値は、所定値の入力パラメータを学習済みモデルに入力することによって取得される。所定値は、予め定められ一組の値であり、ECU30のメモリ32に記憶される。
サーバ2のプロセッサ24は、サーバ2の通信インターフェース21を介して複数の車両3のうちの一つの車両3から上記所定値の入力パラメータに対して新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、この出力パラメータの値に対して統計処理を行い、統計処理の結果に基づいて新たな学習済みモデルの異常を判定する。このことによって、出力パラメータとして外れ値を出力する学習済みモデルを選別することができ、ひいては学習済みモデルの異常を短時間で精度良く診断することができる。
しかしながら、サーバ2から他の車両に学習済みモデルを配信するためには、車両3において生成された学習済みモデルをサーバ2に送信する必要がある。このため、ECU30のプロセッサ33は、新たな学習済みモデルが正常であることを通知された場合には、新たな学習済みモデルをサーバ2に送信する。このことによって、学習済みモデルが生成される度に学習済みモデルがサーバ2に送信される場合と比べて、通信負荷を低減することができる。
<モデル学習処理>
図7は、第二実施形態におけるモデル学習処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはECU30のプロセッサ33によって繰り返し実行される。
最初に、ステップS301において、図4のステップS101と同様に、プロセッサ33は、メモリ32に記憶された訓練データセットの数が所定数以上であるか否かを判定する。訓練データセットの数が所定数未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS301において訓練データセットの数が所定数以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS302に進む。
次いで、ステップS302では、図4のステップS102と同様に、プロセッサ33はニューラルネットワークモデルの学習を行い、学習済みモデルを生成する。
次いで、ステップS303において、プロセッサ33は、所定値に対して学習済みモデルから出力された出力パラメータの値をサーバ2に送信する。具体的には、プロセッサ33は、所定値の入力パラメータを学習済みモデルに入力し、学習済みモデルによって出力された出力パラメータの値をサーバ2に送信する。上述したように、所定値は、予め定められ一組の値であり、メモリ32に記憶されている。
その後、ステップS304〜ステップS306が図4のステップS104〜ステップS106と同様に実行される。
一方、ステップS305において異常診断結果が正常判定であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS307に進む。ステップS307では、図4のステップS107と同様に、プロセッサ33は学習済みモデルを採用する。
次いで、ステップS308において、プロセッサ33は学習済みモデル(具体的には、学習済みモデルの構成情報)をサーバ2に送信する。サーバ2に送信された学習済みモデルは、サーバ2のストレージ装置22に記憶され、必要に応じて他の車両に配信される。したがって、サーバ2のプロセッサ24は、新たな学習済みモデルが正常であると判定した場合に、新たな学習済みモデルをストレージ装置22に記憶する。ステップS308の後、本制御ルーチンは終了する。
なお、本制御ルーチンは図4の制御ルーチンと同様に変形可能である。
<モデル診断処理>
図8は、第二実施形態におけるモデル診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはサーバ2のプロセッサ24によって繰り返し実行される。
最初に、ステップS401において、プロセッサ24は、車両3から出力パラメータの値を受信したか否かを判定する。車両3から出力パラメータの値を受信しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、車両3から出力パラメータの値を受信したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS402に進む。
ステップS402では、プロセッサ24は、車両3から送信された出力パラメータの値をストレージ装置22に記憶する。その後、ステップS403〜ステップS407が図5のステップS203〜ステップS207と同様に実行される。
なお、ステップS406において、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが異常であると判定した場合に、母集団に外れ値が含まれないように、車両3から送信された出力パラメータの値を削除してもよい。このことによって、異常診断の精度が低下することを抑制することができる。
また、ステップS406において、プロセッサ24は、新たな学習済みモデルが異常であると判定した場合に、出力パラメータの値を送信した車両3に正常な学習済みモデルを送信してもよい。正常な学習済みモデルは、出力パラメータの値を送信した車両3とは異なる車両3において生成され且つ正常であると判定された学習済みモデルである。このことによって、異常な学習済みモデルが生成された車両3において、正常な学習済みモデルを用いた適切な制御を行うことができる。
<第三実施形態>
第三実施形態に係るモデル診断システム及びモデル診断装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るモデル診断システム及びモデル診断装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
上述したように、ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品に異常が生じると、ニューラルネットワークモデルの学習が適切に行われず、異常な学習済みモデルが生成される。しかしながら、斯かる部品が正常であっても、ニューラルネットワークモデルの構成(入力パラメータの数及び種類、隠れ層の数、各層のノードの数等)が不適切である場合には、学習済みモデルの精度を高めることができない。
学習済みモデルの精度が低い場合には、異なる車両3において生成された学習済みモデルの間で、出力パラメータの値のバラツキが大きくなる。この場合、ストレージ装置22に記憶された出力パラメータの値が正規分布を示さない可能性が高い。
このため、第三実施形態では、サーバ2のプロセッサ24は、ストレージ装置22に記憶された出力パラメータの値が正規分布を示さない場合に、修正されたニューラルネットワークモデルを複数の車両3に送信する。このことによって、複数の車両3において、精度の低い学習済みモデルが生成され続けることを抑制することができる。
<モデル診断処理>
図9は、第三実施形態におけるモデル診断処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはサーバ2のプロセッサ24によって繰り返し実行される。
最初に、ステップS501〜ステップS503が図5のステップS201〜ステップS203と同様に実行される。ステップS503において、母集団の数が所定数以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS504に進む。
ステップS504では、プロセッサ24は、ストレージ装置22に記憶された出力パラメータの値から成る母集団が正規分布を示すか否かを判定する。例えば、プロセッサ24は、正規性の検定に用いられる公知の検定方法(歪度によるダゴスティーノ検定、尖度によるダゴスティーノ検定、歪度及び尖度によるオムニバス検定、コルモゴロフ・スミルノフ検定、シャピロ・ウィルク検定等)を用いて、母集団が正規分布を示すか否かを判定する。
ステップS504において母集団が正規分布を示すと判定された場合、本制御ルーチンはステップS505に進み、ステップS505〜ステップS508が図5のステップS204〜ステップS207と同様に実行される。一方、ステップS504において母集団が正規分布を示さないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS509に進む。
ステップS509では、プロセッサ24は、修正されたニューラルネットワークモデルを複数の車両3に送信する。修正されたニューラルネットワークモデルの構成情報はストレージ装置22に記憶されている。複数の車両3のそれぞれでは、車両3の制御に用いられるニューラルネットワークモデルが、修正されたニューラルネットワークモデルに置換され、修正されたニューラルネットワークモデルの学習が行われる。
例えば、修正されたニューラルネットワークモデルは、修正前のニューラルネットワークモデルよりも多い隠れ層を有する。なお、修正されたニューラルネットワークモデルは、修正前のニューラルネットワークモデルよりも多い隠れ層のノードの数を有していてもよい。基本的には、隠れ層の数及び隠れ層のノードの数が多いほど、ニューラルネットワークモデルの自由度が大きくなり、学習済みモデルの精度が高くなる。ニューラルネットワークモデルの自由度は、ニューラルネットワークモデルにおける重みw及びバイアスbの総数を示す。
次いで、ステップS510において、プロセッサ24は、ストレージ装置22に記憶された全ての出力パラメータの値及び全ての学習済みモデルを削除する。ステップS510の後、本制御ルーチンは終了する。
なお、本制御ルーチンは図5の制御ルーチンと同様に変形可能である。また、修正されたニューラルネットワークモデルは、修正前のニューラルネットワークモデルとは異なる入力パラメータの種類を有していてもよい。また、修正されたニューラルネットワークモデルは、修正前のニューラルネットワークモデルから追加された入力パラメータを有していてもよい。これらの場合、ニューラルネットワークモデルの修正は人によって行われる。このため、母集団が正規分布を示さないと判定された場合、プロセッサ24はサーバ2の管理者に修正提案を通知し、管理者によって修正されたニューラルネットワークモデルがサーバ2から複数の車両3に送信される。
<その他の実施形態>
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、ニューラルネットワークモデルの入力パラメータ及び出力パラメータの種類は、上述した例に限定されず、車両3において取得可能な任意のパラメータを含むことができる。
また、ECU30のメモリ32に記憶される各種情報は、車両3に設けられた他の記憶装置に記憶されてもよい。また、サーバ2のストレージ装置22に記憶される各種情報は、サーバ2のメモリ23に記憶されてもよい。
また、学習済みモデルに入力される所定値の入力パラメータとして、複数の組合せが用いられてもよい。この場合、複数の組合せの入力パラメータのそれぞれに対して新たな学習済みモデルから出力された出力パラメータの値に対して統計処理が行われ、例えば全ての出力パラメータの値が正規分布の所定範囲内にあるときに、新たな学習済みモデルが正常であると判定される。
また、出力パラメータの値を統計処理するときに、外れ値を検出するための他の公知の統計的手法(例えば、トリム平均、スミルノフ・グラブス検定、箱ひげ図、クラスター分析等)が用いられてもよい。
また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。第二実施形態と第三実施形態とが組み合わされる場合、図8の制御ルーチンにおいて、ステップS404〜ステップS407の代わりに、図9のステップS504〜ステップS510が実行される。
1 モデル診断システム
2 サーバ
21 通信インターフェース
22 ストレージ装置
24 プロセッサ
3 車両
30 電子制御ユニット(ECU)
33 プロセッサ
36 通信モジュール

Claims (10)

  1. ニューラルネットワークモデルの学習が行われて学習済みのニューラルネットワークモデルが生成される複数の車両と通信可能な通信装置と、
    データを記憶する記憶装置と、
    前記学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、所定値の入力パラメータに対して前記学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を前記記憶装置に記憶し、前記通信装置を介して前記複数の車両のうちの一つの車両から新たな学習済みのニューラルネットワークモデル又は前記所定値の入力パラメータに対して該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、前記所定値の入力パラメータに対して該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値に対して統計処理を行い、該統計処理の結果に基づいて前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する、モデル診断装置。
  2. 前記制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを前記一つの車両に通知する、請求項1に記載のモデル診断装置。
  3. 前記制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、前記一つの車両とは異なる車両において生成され且つ正常であると判定された学習済みのニューラルネットワークモデルを前記一つの車両に送信する、請求項1又は2に記載のモデル診断装置。
  4. 前記制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを前記記憶装置に記憶し、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを前記記憶装置に記憶しない、請求項1から3のいずれか1項に記載のモデル診断装置。
  5. 前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された出力パラメータの値が正規分布を示さない場合に、修正されたニューラルネットワークモデルを前記複数の車両に送信する、請求項1から4のいずれか1項に記載のモデル診断装置。
  6. サーバ及び複数の車両を備えるモデル診断システムであって、
    前記複数の車両は、それぞれ、
    前記サーバと通信可能な第1通信装置と、
    ニューラルネットワークモデルの学習を行うことによって学習済みのニューラルネットワークモデルを生成する第1制御装置とを備え、
    前記サーバは、
    前記複数の車両と通信可能な第2通信装置と、
    データを記憶する記憶装置と、
    前記学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する第2制御装置とを備え、
    前記第2制御装置は、所定値の入力パラメータに対して前記学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を前記記憶装置に記憶し、前記第2通信装置を介して前記複数の車両のうちの一つの車両から新たな学習済みのニューラルネットワークモデル又は前記所定値の入力パラメータに対して該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、前記所定値の入力パラメータに対して該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値に対して統計処理を行い、該統計処理の結果に基づいて前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定する、モデル診断システム。
  7. 前記第2制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを前記一つの車両に通知する、請求項6に記載のモデル診断システム。
  8. 前記第1制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを通知された場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを採用しない、請求項7に記載のモデル診断システム。
  9. 前記第1制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが異常であることを通知された場合には、前記ニューラルネットワークモデルの学習に関する部品の異常をドライバに通知する、請求項7又は8に記載のモデル診断システム。
  10. 前記第2制御装置は、前記第2通信装置を介して前記複数の車両のうちの一つの車両から前記所定値の入力パラメータに対して新たな学習済みのニューラルネットワークモデルから出力された出力パラメータの値を受信したときに、該出力パラメータの値に対して統計処理を行い、該統計処理の結果に基づいて前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルの異常を判定し、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であると判定した場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であることを前記一つの車両に通知し、
    前記第1制御装置は、前記新たな学習済みのニューラルネットワークモデルが正常であることを通知された場合には、該新たな学習済みのニューラルネットワークモデルを前記サーバに送信する、請求項6から9のいずれか1項に記載のモデル診断システム。
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