JP6954168B2 - 車両速度制御装置及び車両速度制御方法 - Google Patents
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Description
モードは、例えば、走行開始から経過した時間と、その時に到達すべき車速との関係として、グラフにより表わすことが可能である。この到達すべき車速は、車両へ与えられる達成すべき速度に関する指令という観点で、車速指令と呼ばれることがある。
上記のような、燃費や排出ガスに関する試験は、シャシーダイナモメータ上に車両を載置し、車両に搭載された自動運転装置により、モードに従って車両を運転させることにより行われる。
引用文献1には、上記のような、駆動力特性マップを備えた車両速度制御装置が開示されている。
このため、例えば実際には測定されなかった入力値において、アクセル開度が補間により算出できないような特殊な値や複雑な特性を備えている場合においては、車速指令に対する追従精度の向上に限界がある。
このように、駆動力特性マップを使用した場合においては、車速指令に対する追従精度を向上するに際し、入力となる要素の数を増やすことによるのは現実的ではない。
車速指令に対して、従来よりも更に高い精度で追従可能な、車両速度制御が望まれている。
本実施形態における車両速度制御装置は、車両のアクセル開度を変更することで、規定された車速指令に従うように車両を走行制御するものであり、車速指令を基に演算された、車速指令の達成に必要とされる要求駆動力と、現在の車速とを基にして、アクセル開度の変更量を演算する、アクセル開度変更量演算部と、アクセル開度の変更量を基に、アクセル開度を変更する、アクセル開度変更部と、を備え、アクセル開度変更量演算部は、走行中の車両の駆動力、車速、及びアクセル開度の変更量を含む走行実績データを学習データとして機械学習された、機械学習器により、アクセル開度の変更量を演算する。
制御端末11は、図2を用いて後に説明するような構成を内部に備えた情報処理機器である。
アクセル開度変更部12は、本実施形態においては、車両1の運転席3に搭載されたドライブロボットである。アクセル開度変更部12は、車両1のアクセルペダル4に当接するように設けられたアクチュエータ12aを備えている。アクセル開度変更部12は、制御端末11からの指示に従ってアクチュエータ12aを駆動させて、アクセルペダル4を操作することにより、車両1のアクセル開度を変更、調整する。
車速指令生成部13は、車両1の走行中の、現時点から所定の第1時間だけ経過後の将来までの時間の範囲において、この範囲を所定の第1時間間隔で刻んだ各時刻に対し、モードを参照して車速を求めることにより、車速指令を生成する。本実施形態においては、所定の第1時間は例えば5秒であり、所定の第1時間間隔は例えば0.02秒である。
車速指令生成部13は、車速指令ベクトルvrefをアクセル開度変更量演算部16へ送信する。
また、車速指令生成部13は、車速指令ベクトルvrefの第1要素、すなわち車速指令v1を、次に達成すべき、次の処理時刻の車速指令v1として、車両駆動力演算部14へ送信する。
車両駆動力演算部14は、次の処理時刻の車速指令v1を基に、車両駆動力Fxを演算する。より詳細には、車両1の重量をMv(kg)とすると、車両駆動力Fxは次式により近似的に決定される。
走行抵抗演算部15は、現在の車速vdetを基に、実路面上での実走行を模した走行抵抗FRLを演算する。より詳細には、A、B、Cを車両毎に設定する定数とすると、走行抵抗FRLは次式により近似的に決定される。
このように、走行抵抗演算部15は、現在の車速vdetに応じた走行抵抗FRLを演算する。
加算器19は、これらを受信し加算して、車両駆動力Fxと走行抵抗FRLの和である要求駆動力Frefを演算する。
加算器19は、要求駆動力Frefを、アクセル開度変更量演算部16へ送信する。
本実施形態においては、FF変更量θFFは、フィードフォワード系の制御により演算された、次の処理時刻の車速指令v1を達成するためにアクセル開度変更部12が操作すべきアクセルペダル4の操作量である。
走行実績データ17は、車両1をモードに従うように走行させつつ各々の値を測定したものであるのが望ましいが、必ずしも、モードに従って走行させたものでなくとも構わない。
後に説明するように、機械学習器には、学習が終了し実際に車両1に搭載されてFF変更量θFFを演算する際には、受信した、車速指令ベクトルvref=(v1、v2、…、vN)、要求駆動力Fref、現在の車速vdet、及び現在のエンジン回転数ndetの各々が入力される。
この機械学習器を機械学習するに際し、走行実績データ17が車両1をモードに従って走行させて実測されている場合においては、その際の、複数の将来の時刻における車速指令、駆動力、車速、及びエンジン回転数を、車速指令ベクトルvref、要求駆動力Fref、現在の車速vdet、及び現在のエンジン回転数ndetの各々に入力すればよい。
また、走行実績データ17が車両1をモードに従って走行させたものではない場合においては、車速指令に代えて、複数の将来の時刻における車速を、車速指令ベクトルvrefとして入力すればよい。すなわち、走行実績データ17中の将来の車速を仮に与えられた車速指令とみなし、走行実績データ17がこの仮に与えられた車速指令に従った実測結果であるとすることもできる。このような手法によっても、現在のアクセル開度と、将来の車速との関係性を学習できるため、走行実績データ17が車両1をモードに従って走行させて実測されている場合と同様な学習効果が期待できる。
また、走行実績データ17は、機械学習器の出力となる、FF変更量θFFの実測データを含む。このFF変更量θFFの実測データは、機械学習器に学習させる際の正解値として使用される。
本実施形態においては、機械学習器30は、中間層を3層とした全5層の全結合型のニューラルネットワークである。図3においては、層はIで表わされており、I=1の層が入力層、I=2、3、4の層が中間層、I=5の層が出力層である。以降、I番目の層に対し、I−1番目となる層を、前段の層と記載する。
ここではまず、機械学習器30の学習について説明する。以下では説明を簡単にするために、走行実績データ17が車両1をモードに従って走行させて実測されている場合を想定する。走行実績データ17が車両1をモードに従って走行させたものではない場合であっても、既に説明したように、将来の車速を車速指令とみなすことにより、同様の説明が可能である。
第1入力ノード31aは、アクセル開度変更量演算部16が受信した車速指令ベクトルvref=(v1、v2、…、vN)の要素数と同じ数が設けられている。走行実績データ17の、複数の将来の時刻における車速指令は、第1入力ノード31aに各々入力される。
同様に、走行実績データ17の駆動力、車速、エンジン回転数の各々は、第2入力ノード31b、第3入力ノード31c、及び第4入力ノード31dに各々入力される。
より詳細には、xI pをI層目のp番目のノードに格納された値、wI p、qをI層目のp番目のノードからI+1層目のq番目のノードへの伝達の重み、xI 0をバイアス、wI 0、qすなわちI層目のバイアスからI+1層目のq番目のノードへの伝達の重みを1とすると、機械学習器30のI層目から、I+1層目のq番目のノードへ値が伝達した結果として、I+1層目のq番目のノードに格納される値は、次式により演算される。
また、関数f(x)は、ReLU(Rectified Linear Unit)であり、次式で表わされる。
中間層の各々における中間ノード32の数は、走行実績データ17を用いた学習が適切に行われるように、適宜決定されている。
ここで、本実施形態においては、出力層は、図3においてMで示される数の出力ノード33を備えており、機械学習器30は、複数の将来の時刻におけるFF変更量を演算する。すなわち、出力層の各出力ノード33においては、現時点を基点として所定の第2時間間隔後の、例えば0.002秒後のFF変更量θ´1から、所定の第2時間間隔刻みに、現時点から所定の第2時間後の、例えば1秒後のFF変更量θ´Mまで、計M個の時刻におけるFF変更量が演算される。
この、各出力ノード33において演算されるFF変更量θ´1〜θ´Mは、暫定的なものである。アクセル開度変更量演算部16は、この暫定的なFF変更量θ´1〜θ´Mのうち、特に次の時間に対応するFF変更量θ´1に対して、例えば過去の処理における出力結果との移動平均処理を適用し、この結果をFF変更量θFFとして出力する。すなわち、本実施形態においては、θ´2〜θ´Mの値は使用されない構成となっているが、他の変形例として後に説明するように、使用しても構わない。
すなわち、アクセル開度変更量演算部16が受信した車速指令ベクトルvref=(v1、v2、…、vN)の各要素が、第1入力ノード31aに各々入力される。同様に、アクセル開度変更量演算部16が受信した、要求駆動力Fref、現在の車速vdet、及び現在のエンジン回転数ndetの各々が、第2入力ノード31b、第3入力ノード31c、及び第4入力ノード31dに各々入力される。
入力された各々の値は、数式(3)及び数式(4)により演算されながら機械学習器30内を次の層へと伝達され、出力層の各出力ノード33に演算結果、すなわち暫定的なFF変更量θ´1〜θ´Mが格納される。アクセル開度変更量演算部16は、この中の、特に次の時間に対応する暫定的なFF変更量θ´1に対して、例えば過去の処理における出力結果との移動平均処理を適用し、この結果をFF変更量θFFとして出力する。
また、走行実績データ17が車両1をモードに従って走行させて実測されている場合においては、複数の将来の時刻における車速指令も更に、学習データとして使用されている。
このように機械学習された機械学習器30を備えたアクセル開度変更量演算部16は、車速指令ベクトルvref、要求駆動力Fref、現在の車速vdet、及び現在のエンジン回転数ndetが入力された時に、これらを機械学習器30の各入力ノード31a、31b、31c、31dへ入力することで、機械学習器30によりFF変更量θFFを演算する。
アクセル開度フィードバック操作量演算部18は、例えばPID(Proportional−Differential Controller)制御等の車速のフィードバック制御により、車速誤差dvを小さくするようなアクセル開度のフィードバック変更量(以下、FB変更量と記載する)θFBを演算する。PID制御に使用される各パラメータは、事前に調整されている。
この変更量θrefが、アクセルペダル操作指令θrefとして、アクセル開度変更部12に送信される。アクセル開度変更部12は、このアクセルペダル操作指令θrefすなわち実際に使用されるアクセル開度の変更量θrefを基に、特に本実施形態においてはアクチュエータ12aを駆動させてアクセルペダル4を操作することにより、アクセル開度を変更する。これにより、車両1の車速やエンジン回転数が変化する。
本車両速度制御方法は、車両のアクセル開度を変更することで、規定された車速指令に従うように車両を走行制御するものであり、走行中の車両の駆動力、車速、及びアクセル開度の変更量を含む走行実績データを学習データとして機械学習された、機械学習器によって、車速指令を基に演算された、車速指令の達成に必要とされる要求駆動力と、現在の車速とを基にして、アクセル開度の変更量を演算し、アクセル開度の変更量を基に、アクセル開度を変更する。
機械学習器30の学習が終了すると、実際に車両1をシャシーダイナモメータ5上で走行させて、燃費や排出ガスを測定する(ステップS2)。
車速指令生成部13は、車速指令ベクトルvrefをアクセル開度変更量演算部16へ送信する。
また、車速指令生成部13は、車速指令ベクトルvrefの第1要素、すなわち車速指令v1を、次に達成すべき、次の処理時刻の車速指令v1として、車両駆動力演算部14へ送信する。
車両駆動力演算部14は、次の処理時刻の車速指令v1を基に、車両駆動力Fxを演算する(ステップS6)。
本実施形態においては、次の時間に対応する暫定的なFF変更量θ´1以外の暫定的なFF変更量θ´2〜θ´Mは、機械学習器30から外部には出力されず、使用されない。この処理におけるθ´2に相当する時刻においては、当該時刻に改めて機械学習器30が暫定的なFF変更量θ´1〜θ´Mを演算し、その時の暫定的なFF変更量θ´1が当該時刻の暫定的なFF変更量として機械学習器30から出力されて、使用される。
アクセル開度フィードバック操作量演算部18は、車速のフィードバック制御により、車速誤差dvを小さくするようなアクセル開度のFB変更量θFBを演算する(ステップS12)。
この変更量θrefが、アクセルペダル操作指令θrefとして、アクセル開度変更部12に送信される。アクセル開度変更部12は、このアクセルペダル操作指令θrefすなわち実際に使用されるアクセル開度の変更量θrefを基に、特に本実施形態においてはアクチュエータ12aを駆動させてアクセルペダル4を操作することにより、アクセル開度を変更する(ステップS16)。
このように、ステップS4〜S16の一連の処理を毎時刻繰り返すことにより、車両1がモードに従って走行制御される。
上記のような構成によれば、機械学習器30は、走行中の車両1の駆動力、車速、及びFF変更量を含む走行実績データ17を学習データとして、適切なFF変更量θFFを演算するように機械学習されているため、規定された車速指令v1、vrefに従うように車両1を走行制御することができる。この機械学習器30は、入力の値に依存せず適切と考えられるFF変更量θFFを演算可能である。したがって、例えば駆動力特性マップのような、実際に測定された値以外においては補間に依らなければアクセル開度を出力できない場合に比べると、車速指令に対してより高い精度で追従可能なFF変更量θFFを演算できる。
また、アクセル開度変更量演算部16は機械学習器30により演算を行うため、入力となる要素の数に、基本的に制限はない。このため、例えばFF変更量θFFに関連のあると考えられる要素を、できるだけ多く機械学習器30の入力として採用することが可能である。これにより、車速指令に対してより高い精度で追従可能なFF変更量θFFを演算できる。
上記のような構成によれば、車両速度制御装置10をより適切に実現可能である。
例えば車両1がオートマチック車の場合においては、車両1内でギアが自動で変更されるため、アクセル開度と速度の関係が外部から容易に把握できない。
上記のような構成によれば、機械学習器30は、学習時に、エンジン回転数を基にして、FF変更量θFFを演算するように学習されている。このように学習された機械学習器30により、アクセル開度変更量演算部16は、現在のエンジン回転数ndetを基にして、FF変更量θFFを演算する。このため、車両1がオートマチック車の場合であっても、車両1内のギア状態に依存しない演算が可能である。これにより、車速指令に対してより高い精度で追従可能なFF変更量θFFを演算できる。
上記のような構成によれば、機械学習器30は、学習時に、複数の将来の時刻における車速または車速指令を基にして、FF変更量θFFを演算するように学習されている。このように学習された機械学習器30により、アクセル開度変更量演算部16は、複数の将来の時刻における車速指令vrefを基にして、FF変更量θFFを演算する。このため、次の時刻におけるFF変更量θFFを演算する際に、より将来の時刻で達成すべき速度指令vrefを考慮することができる。これにより、車速指令に対してより高い精度で追従可能なFF変更量θFFを演算できる。
上記のような構成によれば、機械学習器30は、次の時刻の暫定的なFF変更量θ´1を演算するに際し、それよりも将来の時刻における暫定的なFF変更量θ´2〜θ´Mを同時に演算する。すなわち、機械学習器30を学習させるに際し、次の時刻の暫定的なFF変更量θ´1に加えて、より将来の時刻の予測を含めて演算するように学習させると、機械学習器30の内部に将来の時刻における予想が特徴量として反映される。この特徴量により、次の時刻の暫定的なFF変更量θ´1の演算を、将来の時刻の挙動を見越したものとすることができる。これにより、車速指令に対してより高い精度で追従可能なFF変更量θFFを演算できる。
上記のような構成によれば、FF変更量が必要となる時刻の各々において、常に最新の入力を基にした暫定的なFF変更量θ´1が演算されてこれが使用されるため、車速指令に対してより高い精度で追従可能なFF変更量θFFを演算できる。
上記のような構成によれば、アクセル開度変更量演算部16が出力するFF変更量θFFの遷移を滑らかなものとすることができる。これにより、滑らかなアクセル開度の調整が可能となる。
上記のような構成によれば、車両速度制御装置10をより適切に実現可能である。
上記のような構成によれば、車両速度制御装置10をより適切に実現可能である。
次に、図5を用いて、上記実施形態として示した車両速度制御装置及び車両速度制御方法の第1変形例を説明する。図5は、本第1変形例における車両速度制御装置40のブロック図である。本第1変形例の車両速度制御装置40は、上記実施形態の車両速度制御装置10とは、アクセル開度変更量演算部41が、更に、現在のエンジン温度ddetを基にして、FF変更量を演算する点が異なっている。
エンジンの出力特性は、温度により非線形的に変化するため、例えば駆動力特性マップのような補間に依存して構築されたデータ構造においては、これを正確に反映するのが容易ではない。上記のような構成によれば、エンジンの温度に依存した特性変化を考慮して、FF変更量θFFを演算することが可能となる。
次に、図6を用いて、上記実施形態として示した車両速度制御装置及び車両速度制御方法の第2変形例を説明する。図6は、本第2変形例における車両速度制御装置50のブロック図である。本第2変形例の車両速度制御装置50は、上記第1変形例の車両速度制御装置40を更に変形したものであり、車両速度制御装置50が、異常検出部52を備えている点が異なっている。
異常検出部52は、複数の将来の時刻におけるエンジン回転数nestを受信し、これが異常な値である場合に、異常であることを検出する。
異常検出部52は、複数の将来の時刻におけるエンジン回転数nestに異常があると判断した場合においては、アクセル開度変更部12へ停止信号を送信する。
上記のような構成によれば、エンジン回転数nestを将来にわたって予測演算することで、異常なエンジン回転数となるようなアクセル開度を変更する操作が出力される前に、事前にその操作を中止することができる。これにより、事故や車両1の故障の発生を抑制することができる。
次に、上記実施形態における車両速度制御装置10を使用した実験結果を説明する。
駆動力特性マップを使用した装置と、上記の車両速度制御装置10の各々によって、所定のモードに従って車両の速度制御を行い、その結果を比較した。
線64は、線63よりも線60に近い曲線を描いている。より詳細には、駆動力特性マップを使用した装置の場合の追従状況63の、車速指令60との平均車速誤差は0.44km/hであったのに対し、車両速度制御装置10の場合の追従状況64の、車速指令60との平均車速誤差は0.28km/hであった。このように、車両速度制御装置10は、駆動力特性マップを使用した装置よりも、車速指令に対する追従性が向上している。
線73は、線71よりも全体的に値が小さくなっており、すなわち、車両速度制御装置10の場合においては、フィードバック系の操作量が低減している。これにより、フィードフォワード系の操作の精度が向上していることがわかる。
また、上記実施形態においては、車速指令生成部13、車両駆動力演算部14、走行抵抗演算部15、アクセル開度変更量演算部16、走行実績データ17、及びアクセル開度フィードバック操作量演算部18は、制御端末11の中に設けられた構成とされていたが、これに限られないのは言うまでもない。これらの構成要素の一部、もしくは全てが、例えばアクセル開度変更部12の内部に設けられて、アクセル開度変更部12に設けられたCPU等により稼働されるような構成とされても良い。
また、上記実施形態において、機械学習器30は、複数の将来の時刻における暫定的なFF変更量θ´1〜θ´Mの中で、直近の時刻、すなわち次の時刻の暫定的なFF変更量θ´1のみを基にして、FF変更量θFFを演算しているが、これに限られない。精度が許される範囲において、θ´1をはじめとした複数の暫定的なFF変更量を基に、複数のFF変更量θFFを演算し、これらを実際に使用しても構わない。
例えば、第2変形例においては、第1変形例における車両速度制御装置40の構成に対して異常検出部52を追加した車両速度制御装置50を説明したが、実施形態として示した車両速度制御装置10に対して異常検出部52を追加するような構成としてもよい。
3 運転席
4 アクセルペダル
10、40、50 車両速度制御装置
12 アクセル開度変更部
14 車両駆動力演算部
16、41、51 アクセル開度変更量演算部
17、43、53 走行実績データ
30 機械学習器
52 異常検出部
vref、v1、v2、…、vN 車速指令
vdet 現在の車速
Fx 車両駆動力
FRL 走行抵抗
Fref 要求駆動力
θFF フィードフォワード変更量(アクセル開度の変更量)
θ´1〜θ´M 暫定的なフィードフォワード変更量(暫定的なアクセル開度の変更量)
ndet 現在のエンジン回転数
nest、n1、n2、…、nL エンジン回転数
ddet 現在のエンジン温度
Claims (9)
- 車両のアクセル開度を変更することで、規定された車速指令に従うように前記車両を走行制御する、車両速度制御装置であって、
前記車速指令を基に演算された、当該車速指令の達成に必要とされる要求駆動力と、現在の車速とを基にして、前記アクセル開度の変更量を演算する、アクセル開度変更量演算部と、
前記アクセル開度の前記変更量を基に、前記アクセル開度を変更する、アクセル開度変更部と、
を備え、
前記アクセル開度変更量演算部は、走行中の前記車両の駆動力、車速、及び前記アクセル開度の前記変更量を含む走行実績データを学習データとして機械学習された、機械学習器により、前記アクセル開度の前記変更量を演算し、
前記機械学習器は、更に、複数の将来の時刻における前記車速を含む前記走行実績データ、または、複数の将来の時刻における前記車速指令を学習データとして機械学習され、
前記アクセル開度変更量演算部は、複数の将来の時刻における前記車速指令を基にして、前記アクセル開度の前記変更量を演算する、車両速度制御装置。 - 前記機械学習器は、ニューラルネットワークにより実現されている、請求項1に記載の車両速度制御装置。
- 前記機械学習器は、更に、エンジン回転数を含む前記走行実績データを学習データとして機械学習され、
前記アクセル開度変更量演算部は、更に、現在の前記エンジン回転数を基にして、前記アクセル開度の前記変更量を演算する、請求項1または2に記載の車両速度制御装置。 - 前記機械学習器は、複数の将来の時刻における、暫定的な前記アクセル開度の前記変更量を演算し、
前記アクセル開度変更量演算部は、暫定的な前記アクセル開度の前記変更量を基に、前記アクセル開度の前記変更量を演算する、請求項1から3のいずれか一項に記載の車両速度制御装置。 - 前記アクセル開度変更量演算部は、複数の将来の時刻におけるエンジン回転数を演算し、
複数の将来の時刻における前記エンジン回転数が異常な値である場合に、これを検出する異常検出部を備えている、請求項4に記載の車両速度制御装置。 - 前記機械学習器は、更に、エンジン温度を含む前記走行実績データを学習データとして機械学習され、
前記アクセル開度変更量演算部は、更に、現在の前記エンジン温度を基にして、前記アクセル開度の前記変更量を演算する、請求項1から5のいずれか一項に記載の車両速度制御装置。 - 前記車速指令を基に、車両駆動力を演算する車両駆動力演算部と、
前記現在の車速に応じた走行抵抗を演算する走行抵抗演算部を備え、
前記要求駆動力は、前記車両駆動力と前記走行抵抗の和である、請求項1から6のいずれか一項に記載の車両速度制御装置。 - 前記アクセル開度変更部は、前記車両の運転席に搭載されて、アクチュエータによりアクセルペダルを操作するドライブロボットである、請求項1から7のいずれか一項に記載の車両速度制御装置。
- 車両のアクセル開度を変更することで、規定された車速指令に従うように前記車両を走行制御する、車両速度制御方法であって、
走行中の前記車両の駆動力、車速、及び前記アクセル開度の変更量を含む走行実績データを学習データとして機械学習された、機械学習器であって、更に、複数の将来の時刻における前記車速を含む前記走行実績データ、または、複数の将来の時刻における前記車速指令を学習データとして機械学習された機械学習器によって、前記車速指令を基に演算された、当該車速指令の達成に必要とされる要求駆動力と、複数の将来の時刻における前記車速指令と、現在の前記車速とを基にして、前記アクセル開度の前記変更量を演算し、
前記アクセル開度の前記変更量を基に、前記アクセル開度を変更する、車両速度制御方法。
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