JP7243642B2 - 車両用制御データの生成方法、車両用制御装置、車両用制御システム、および車両用学習装置 - Google Patents
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Description
1.車両の状態と前記車両内の電子機器の操作に関する変数である行動変数との関係を規定する関係規定データが記憶装置に記憶された状態で、センサの検出値に基づく前記車両の状態、および2つ以上の要求要素についてのユーザの相対的な嗜好を示す変数である嗜好変数を取得する取得処理と、前記電子機器を操作する操作処理と、前記取得処理によって取得された前記車両の状態に基づき、前記車両の特性が基準を満たす場合に満たさない場合よりも大きい報酬を与える報酬算出処理と、前記取得処理によって取得された前記車両の状態、前記電子機器の操作に用いられた前記行動変数の値、および該操作に対応する前記報酬を予め定められた更新写像への入力とし、前記関係規定データを更新する更新処理と、を実行装置に実行させ、前記更新写像は、前記関係規定データに従って前記電子機器が操作される場合の前記報酬についての期待収益を増加させるように更新された前記関係規定データを出力するものであり、前記2つ以上の要求要素には、前記車両のアクセルレスポンスが高い旨の要求要素、前記車両の振動および騒音の少なくとも1つが小さい旨の要求要素、およびエネルギ利用効率が高い旨の要求要素の3つの要求要素のうちの少なくとも2つが含まれ、前記報酬算出処理は、前記嗜好変数の値が第1の値である場合に前記車両の特性が所定の特性であるときに与える前記報酬に対して前記嗜好変数の値が第2の値である場合に前記車両の特性が前記所定の特性であるときに与える報酬を変更する変更処理を含む車両用制御データの生成方法である。
なお、第2実行装置が車載装置とは別の装置であることは、第2実行装置が車載装置ではないことを意味する。
7.上記5記載の第2実行装置を備える車両用学習装置である。
<第1の実施形態>
図1に、本実施形態にかかる車両VC1の駆動系および制御装置の構成を示す。
図3に、上記マップデータDMを生成するシステムを示す。
図5に示す一連の処理において、CPU112は、所定期間内における回転速度NE、トルク指令値Trq*、トルクTrqおよび加速度Gxの4つのサンプリング値の組からなる時系列データと、状態sおよび行動aの時系列データと、を取得する(S40)。図5には、カッコの中の数字が異なるものが、異なるサンプリングタイミングにおける変数の値であることを示す。たとえば、トルク指令値Trq*(1)とトルク指令値Trq*(2)とは、サンプリングタイミングが互いに異なるものである。また、所定期間内の行動aの時系列データを、行動集合Ajとし、所定期間内の状態sの時系列データを、状態集合Sjと定義する。
図4に戻り、CPU112は、S32の処理が完了すると、行動価値関数Qが収束したか否かを判定する(S34)。ここでは、S32の処理による行動価値関数Qの更新量が所定値以下となる連続回数が所定回数に達する場合に収束したと判定すればよい。CPU112は、収束していないと判定する場合(S34:NO)や、S30の処理において否定判定する場合には、S22の処理に戻る。これに対し、CPU112は、収束したと判定する場合(S34:YES)、エネルギ利用効率の優先度が高い場合とアクセルレスポンスの優先度が高い場合との双方についてS34の処理において肯定判定したか否かを判定する(S36)。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
(1)制御装置70が備える記憶装置76に、行動価値関数Q等ではなく、マップデータDMを記憶した。これにより、CPU72は、マップデータDMを用いたマップ演算に基づき、スロットル開口度指令値TA*および変速比指令値GR*を設定することから、行動価値関数Qのうち最大値となるものを選択する処理を実行する場合と比較して、演算負荷を軽減できる。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
また、本実施形態では、嗜好選択スイッチ99の操作によって、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素と、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素と、車室内の状態に対する要求要素と、排気特性に対する要求要素との4つの要求要素の相対的な嗜好を指示することを可能とする。詳しくは、「10」ポイントを、4つの要求要素に割り振ることが可能とする。すなわち、たとえば、ユーザは、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素、車室内の状態に対する要求要素、および排気特性に対する要求要素のそれぞれに、「4,3,2,1」のポイントを付与することができる。その場合、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素、車室内の状態に対する要求要素、および排気特性に対する要求要素の順に嗜好の度合いが下がることを意味する。また、たとえば、ユーザは、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素、車室内の状態に対する要求要素、および排気特性に対する要求要素のそれぞれに、「7,1,1,1」のポイントを付与することができる。その場合、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素が他と比較して好まれていることを意味する。
本実施形態では、平均値μ(i)を、中間層の層数が「p-1」個であって且つ、各中間層の活性化関数h1~hp-1がハイパボリックタンジェントであり、出力層の活性化関数hpがReLUであるニューラルネットワークによって構成されている。ここで、ReLUは、入力と「0」とのうちの小さくない方を出力する関数である。また、m=2,3,…,pとすると、第「m-1」の中間層の各ノードの値は、係数w(m)によって規定される線形写像の出力を活性化関数hmに入力することによって生成される。ここで、n1,n2,…,np-1は、それぞれ、第1、第2、…、第p-1の中間層のノード数である。たとえば、第1の中間層の各ノードの値は、係数w(1)ji(j=0~n1,i=0~27)によって規定される線形写像に上記入力変数x(1)~x(27)を入力した際の出力を活性化関数h1に入力することによって生成される。ちなみに、w(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義している。
また、本実施形態では、分散σ(i)を、係数wTik(i=1~3,k=1~27)によって規定される線形写像によって入力変数x(1)~x(27)を線形変換した値のそれぞれを関数fに入力した際の関数fの値とする。本実施形態では、関数fとして、ReLUを例示する。
図10に、S96の処理の詳細を示す。
CPU72は、S102,S104の処理を完了する場合、下流側検出値Afdが、リッチ側閾値AfdR以上であってリーン側閾値AfdL以下である旨の条件(カ)を満たすか否かを判定する(S106)。ここで、CPU72は、リッチ側閾値AfdRおよびリーン側閾値AfdLを、嗜好変数VTの値に応じて可変設定する。詳しくは、本実施形態では、排気特性に関する要求要素に付与されるポイントが「1~7」であることに鑑み、リッチ側閾値AfdRおよびリーン側閾値AfdLの大きさを7通りのいずれかに設定する。なお、排気特性に関する要求要素に付与されるポイントが最低値の「1」である場合、リッチ側閾値AfdRは、最低値となり、リーン側閾値AfdLは最高値となるものの、その場合であっても、排気に関する規制を満たすように設定されている。
図11に、更新処理S98の詳細を示す。
pθ(ht)
=p(s0)・p(s1|s0,a0)・π(a0|s0)・p(s2|s1,a1)・π(a1|s1)…p(sT|sT-1,aT-1)・π(aT-1|sT-1)
となる。ただし、初期確率p(s0)は、状態s0となる確率であり、遷移確率p(st+1|st,at)は、状態st、行動atのときに状態stから状態st+1に遷移する確率である。
CPU72は、S126の処理が完了する場合、変数iおよび収益R1~RNを初期化する(S128)。
CPU72は、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素、車室内の状態に関する要求要素、および排気特性に関する要求要素の4つの要求要素のそれぞれの観点から報酬rを算出し、その際の報酬rの算出の仕方を嗜好変数VTの値に応じて可変とした。これら4つの要求要素には、互いに背反となりうる側面があることから、嗜好変数VTの値に応じて報酬rの与え方を変更することにより、報酬rを高くするうえで優先度が高い要求要素を満たすことが有利となるように報酬rの算出処理を設定できる。そのため、嗜好変数VTの値によって示される4つの要求要素についての相対的な嗜好にあった制御が可能となる。
(4)CPU72は、アクセル操作量PA、回転速度NE、充填効率ηおよび下流側検出値Afdの時系列データと、変速比GR、車速Vおよび嗜好変数VTとに基づき、方策πに従って、スロットル開口度指令値TA*、変速比指令値GR*、遅角量aop、ベース噴射量Qbseおよび上流側目標値Afu*を設定する。ここで、過渡時においては開ループ操作量としてのベース噴射量Qbseを充填効率ηに比例した値としたのみでは、上流側検出値Afuや下流側検出値Afdがリッチ側閾値AfdRとリーン側閾値AfdLとの間から外れるおそれがある。そして、どのようにベース噴射量Qbseを設定すればよいかを、熟練者による試行錯誤の繰り返しによって行う場合には、熟練者に要求される工数が多くなる。これに対し、本実施形態では、開ループ制御の噴射量であるベース噴射量Qbseを強化学習によって学習することにより、過渡時における空燃比制御のための開ループ制御の噴射量の設定のために熟練者に要求される工数を効果的に削減できる。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図12に、本実施形態において、強化学習を実行する制御システムの構成を示す。なお、図12において、図7に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1,2]実行装置と記憶装置とは、図7においては、それぞれ、CPU72およびROM74と記憶装置76とに対応し、図3においては、それぞれCPU112およびROM114と記憶装置116とに対応し、図12においては、CPU72,132およびROM74,134と記憶装置76,136とに対応する。取得処理は、図4のS22,S28の処理や、図8のS22a,S28の処理、図9および図10のS22b,S40aの処理に対応する。操作処理は、S26,S26aの処理に対応し、報酬算出処理は、S42~S54の処理や、S96の処理に対応し、更新処理は、S56~S62の処理や、S98の処理に対応する。更新写像は、学習プログラム74bのうちS56~S62の処理や、S98の処理を実行する指令によって規定された写像に対応する。変更処理は、S44の処理において係数Kが嗜好変数VTによって可変とされることや、S46の処理において条件(ア)および条件(イ)が嗜好変数VTに応じて可変とされていること、S52の処理において閾値PAthが嗜好変数VTに応じて可変とされていることに対応する。また変更処理は、S100の処理において条件(エ)および条件(オ)が嗜好変数VTに応じて可変とされていることや、S106の処理において条件(カ)が嗜好変数VTに応じて可変とされていることに対応する。[3]制御用写像データは、マップデータDMに対応する。[4]実行装置と記憶装置とは、それぞれ、図7におけるCPU72およびROM74と記憶装置76とに対応する。[5~7]第1実行装置は、CPU72およびROM74に対応し、第2実行装置は、CPU132およびROM134に対応する。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・嗜好変数VTを、互いに異なる2つの要求要素についての嗜好の順位付けを示すもののその嗜好の差の大きさについては表現しない変数とする場合、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素とアクセルレスポンスが高い旨の要求要素との2つに関する嗜好の順位付けを示す変数に限らない。たとえば、エネルギ利用効率が高い旨の要求要素、アクセルレスポンスが高い旨の要求要素、車室内の状態に関する要求要素、および排気特性に関する要求要素の4つの要求要素のうちの任意の2つの要求要素の嗜好の順位付けを示す変数であってよい。またたとえば、4つの要求要素のうちの任意の3つの要求要素の嗜好の順位付けを示す変数であってもよく、さらにたとえば、4つの要求要素の嗜好の順位付けを示す変数であってよい。
・S46の処理では、条件(ア)および条件(イ)を嗜好変数VTの値に応じて可変としたが、これに限らない。たとえば、嗜好変数VTの値に応じてS48,S50の処理における係数K1や、S48a,S50aの処理における所定値Δr1を可変としてもよい。すなわち、たとえば嗜好変数VTの値がエネルギ利用効率が高い旨の要求要素を嗜好する旨の値の場合に係数K1を小さくするなら、条件(ア)および条件(イ)を満たすことがトータルの報酬を大きくする上でさほど有利にならないことから、効率ηeを高める学習がなされやすくなる。
・テーブル形式のデータの次元削減手法としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえばアクセル操作量PAが最大値となることはまれであることから、アクセル操作量PAが規定量以上となる状態については行動価値関数Qを定義せず、アクセル操作量PAが規定量以上となる場合のスロットル開口度指令値TA*等は、別途適合してもよい。またたとえば、行動のとりうる値からスロットル開口度指令値TA*が規定値以上となるものを除くなどして、次元削減をしてもよい。
・上記実施形態では、行動価値関数Qを、テーブル形式の関数としたが、これに限らない。たとえば、関数近似器を用いてもよい。
「操作処理について」
・たとえば「関係規定データについて」の欄に記載したように、行動価値関数を関数近似器とする場合、上記実施形態におけるテーブル型式の関数の独立変数となる行動についての離散的な値の組の全てについて、状態sとともに行動価値関数Qに入力することによって、行動価値関数Qを最大化する行動aを特定すればよい。その場合、主として特定された行動aを操作に採用しつつも、所定の確率でそれ以外の行動を選択すればよい。
・S56~S62の処理においては、εソフト方策オン型モンテカルロ法によるものを例示したが、これに限らない。たとえば、方策オフ型モンテカルロ法によるものであってもよい。もっとも、モンテカルロ法にも限らず、たとえば、方策オフ型TD法を用いたり、またたとえばSARSA法のように方策オン型TD法を用いたり、またたとえば、方策オン型の学習として適格度トレース法を用いたりしてもよい。
・上記実施形態では、行動変数としてのスロットルバルブの開口度に関する変数として、スロットル開口度指令値TA*を例示したが、これに限らない。たとえば、アクセル操作量PAに対するスロットル開口度指令値TA*の応答性を、無駄時間および2次遅れフィルタにて表現し、無駄時間と、2次遅れフィルタを規定する2つの変数との合計3つの変数を、スロットルバルブの開口度に関する変数としてもよい。ただし、その場合、状態変数は、アクセル操作量PAの時系列データに代えて、アクセル操作量PAの単位時間当たりの変化量とすることが望ましい。
・下記「電子機器について」の欄に記載したように、行動変数に応じた操作の対象に回転電機が含まれる場合、行動変数に回転電機のトルクや電流を含めればよい。すなわち、推力生成装置の負荷に関する変数である負荷変数としては、スロットルバルブの開口度に関する変数や噴射量に限らず、回転電機のトルクや電流であってもよい。
・上記実施形態では、アクセル操作量PAの時系列データを、等間隔でサンプリングされた6個の値からなるデータとしたが、これに限らない。互いに異なるサンプリングタイミングにおける2個以上のサンプリング値からなるデータであればよく、この際、3個以上のサンプリング値からなるデータや、サンプリング間隔が等間隔であるデータであることがより望ましい。
・たとえば「行動変数について」の欄に記載したように、ソレノイドバルブの電流値を行動変数とする場合、状態に、変速装置の入力軸52の回転速度や出力軸54の回転速度、ソレノイドバルブによって調整される油圧を含めればよい。またたとえば「行動変数について」の欄に記載したように、回転電機のトルクや出力を行動変数とする場合、状態に、バッテリの充電率や温度を含めればよい。またたとえば「行動変数について」の欄に記載したように、コンプレッサの負荷トルクや空調装置の消費電力を行動に含める場合、状態に、車室内の温度を含めればよい。
・エネルギ利用効率が高い場合に低い場合よりも大きい報酬を与える処理としては、基準となる効率と実際の動作点における効率との比と「1」との差をとる処理に限らず、たとえば、基準となる効率と実際の動作点における効率との差をとる処理であってもよい。
(b)変速装置の入力軸52の回転速度の変化速度の絶対値が入力側所定値以下である場合に入力側所定値を超える場合よりも大きい報酬を与える処理である。
なお、上記(a)は、アクセルレスポンスが高い場合に低い場合よりも大きい報酬を与える処理に相当する。上記(b),(c)は、振動が小さい場合に大きい場合よりも大きい報酬を与える処理に相当する。換言すれば、車室内の状態が基準を満たす場合に満たさない場合よりも大きい報酬を与える処理に相当する。
・図4のS24の処理では、行動価値関数Qに基づき行動を決定したが、これに限らず、とりうるすべての行動を等確率で選択してもよい。
・車両の状態と期待収益を最大化する行動変数の値とを1対1に対応付けることによって車両の状態を入力とし期待収益を最大化する行動変数の値を出力する制御用写像データとしては、マップデータに限らない。たとえば、関数近似器であってもよい。これは、たとえば、図9の処理によって求めた平均値μを表現する関数近似器を制御用写像データとすることによって実現できる。すなわち、ここでは、関数近似器が出力する平均値μを期待収益を最大化する行動変数の値とみなす。なお、ここでは、単一の関数近似器の独立変数に嗜好変数VTを含める代わりに、嗜好変数VTの値毎に各別の関数近似器を設けてもよい。
・図13に示した例では、S96,S98の処理の全てをデータ解析センター130にて実行したが、これに限らない。たとえば、データ解析センター130においては、S98の処理を実行するものの、報酬の算出処理であるS96の処理については実行せず、S130の処理において、報酬の算出結果を送信することとしてもよい。
・実行装置としては、CPU72(112,132)とROM74(114,134)とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理するたとえばASIC等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、実行装置は、以下の(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
・上記実施形態では、関係規定データDRが記憶される記憶装置と、学習プログラム74b,114a,134aや制御プログラム74aが記憶される記憶装置(ROM74,114,134)とを別の記憶装置としたが、これに限らない。
・内燃機関としては、燃料噴射弁として吸気通路12に燃料を噴射するポート噴射弁を備えるものに限らず、燃焼室24に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備えるものであってもよく、またたとえば、ポート噴射弁および筒内噴射弁の双方を備えるものであってもよい。
「推力生成装置について」
・車両に搭載される推力生成装置としては、内燃機関のみに限らず、たとえばハイブリッド車のように、内燃機関と回転電機とであってもよい。またたとえば、電気自動車や燃料電池車のように、推力生成装置が回転電機のみであってもよい。
12…吸気通路
14…スロットルバルブ
16…燃料噴射弁
18…吸気バルブ
20…シリンダ
22…ピストン
24…燃焼室
26…点火装置
28…クランク軸
40…トルクコンバータ
50…変速装置
70…制御装置
110…生成装置
130…データ解析センター
Claims (6)
- 内燃機関を備える車両の状態と前記車両内の電子機器の操作に関する変数である行動変数との関係を規定する関係規定データが記憶装置に記憶された状態で、
センサの検出値に基づく前記車両の状態、および2つ以上の要求要素についてのユーザの相対的な嗜好を示す変数である嗜好変数を取得する取得処理と、
前記電子機器を操作する操作処理と、
前記取得処理によって取得された前記車両の状態に基づき、前記車両の特性が基準を満たす場合に満たさない場合よりも大きい報酬を与える報酬算出処理と、
前記取得処理によって取得された前記車両の状態、前記電子機器の操作に用いられた前記行動変数の値、および該操作に対応する前記報酬を予め定められた更新写像への入力とし、前記関係規定データを更新する更新処理と、
を実行装置に実行させ、
前記更新写像は、前記関係規定データに従って前記電子機器が操作される場合の前記報酬についての期待収益を増加させるように更新された前記関係規定データを出力するものであり、
前記2つ以上の要求要素には、前記車両のアクセルレスポンスが高い旨の要求要素、前記車両の振動および騒音の少なくとも1つが小さい旨の要求要素、およびエネルギ利用効率が高い旨の要求要素の3つの要求要素のうちの少なくとも2つが含まれ、
前記報酬算出処理は、前記嗜好変数の値が第1の値である場合に前記車両の特性が所定の特性であるときに与える前記報酬に対して前記嗜好変数の値が第2の値である場合に前記車両の特性が前記所定の特性であるときに与える報酬を変更する変更処理を含み、
前記嗜好変数によって相対的な嗜好が示される前記2つ以上の要求要素には、前記3つの要求要素のうちの少なくとも2つに代えて、前記内燃機関の排気中の所定成分の濃度が低い旨の要求要素と前記3つの要求要素との4つの要求要素のうちの少なくとも2つの要求要素が含まれる
車両用制御データの生成方法。 - 前記更新処理によって更新された前記関係規定データに基づき、前記車両の状態と前記期待収益を最大化する前記行動変数の値とを対応付けることによって前記車両の状態を入力とし前記期待収益を最大化する前記行動変数の値を出力する制御用写像データを生成する処理を前記実行装置に実行させる請求項1記載の車両用制御データの生成方法。
- 請求項1または2記載の前記記憶装置および前記実行装置を備え、
前記操作処理は、前記関係規定データに基づき前記車両の状態に応じた行動変数の値に従って前記電子機器を操作する処理を含み、
前記取得処理は、前記少なくとも2つの要求要素についてのユーザの相対的な嗜好を前記嗜好変数として取得する処理を含む車両用制御装置。 - 請求項3記載の前記実行装置および前記記憶装置を備え、
前記実行装置は、前記車両に搭載される第1実行装置と、車載装置とは別の第2実行装置と、を含み、
前記第1実行装置は、少なくとも前記取得処理および前記操作処理を実行し、
前記第2実行装置は、少なくとも前記更新処理を実行する車両用制御システム。 - 請求項4記載の第1実行装置を備える車両用制御装置。
- 請求項4記載の第2実行装置を備える車両用学習装置。
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