JP7287287B2 - 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.アクセル操作とは独立に推力生成装置による推力の指令値を自動で生成する自動運転モードと、前記アクセル操作に応じて前記推力生成装置による推力の指令値を生成する手動運転モードと、を実現可能な車両に適用され、前記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、前記報酬算出処理は、前記手動運転モードにおいて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自動運転モードにおいて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。
CPU72は、S14,S18の処理が完了する場合、スロットルバルブ14に操作信号MS1を出力してスロットル開口度TAを操作するとともに、点火装置26に操作信号MS3を出力して点火時期を操作する(S20)。ここで、本実施形態では、スロットル開口度TAをスロットル開口度指令値TA*にフィードバック制御することを例示することから、スロットル開口度指令値TA*が同一の値であっても、操作信号MS1が互いに異なる信号となりうるものである。また、たとえば周知のノッキングコントロール(KCS)等がなされる場合、点火時期は、基準点火時期を遅角量aopにて遅角させた値がKCSにてフィードバック補正された値とされる。ここで、基準点火時期は、CPU72により、クランク軸28の回転速度NEおよび充填効率ηに応じて可変設定される。なお、回転速度NEは、クランク角センサ84の出力信号Scrに基づきCPU72によって算出される。また、充填効率ηは、回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づきCPU72によって算出される。
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、S52の処理の詳細を示す。
図4に戻り、CPU112は、S52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(S54)。ここでは、S52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(S54:NO)、S32の処理に戻る。これに対し、CPU112は、収束したと判定する場合(S54:YES)、手動運転モードと自動運転モードとの双方についてS54の処理において肯定判定したか否かを判定する(S56)。
図6に、生成装置110が実行する処理のうち、特に図4の処理によって学習された行動価値関数Qに基づき、マップデータDMを生成する処理の手順を示す。図6に示す処理は、ROM114に記憶された学習プログラム114aを、CPU112が実行することにより実現される。
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*および遅角量aop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。
図9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9において、図1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]推力生成装置は、内燃機関10に対応する。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9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。操作処理は、S38の処理に対応し、取得処理は、S12,S16,S34,S40,S58の処理に対応する。報酬算出処理は、S62~S66の処理に対応する。更新処理は、S68~S74の処理に対応する。更新写像は、学習プログラム74cによるS68~S74の処理の実行指令によって規定される写像に対応する。変更処理は、S62の処理において規定量ΔTrq、下限値GxLおよび上限値GxHがモード変数MVに応じて可変とされることに対応する。[3]制御用写像データは、マップデータDMに対応する。[4]車両用制御装置は、図7に示す制御装置70に対応する。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、図9のCPU72およびROM74に対応し、第2実行装置は、図9の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。
・自動運転モードとしては、ACCに限らない。たとえば操舵系についても自動化した自動運転であってもよい。
・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。
・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。
・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。
・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、それぞれ状態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。そして、これに基づき操作に採用する行動を選択すればよい。
・S68~S74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。
「報酬算出処理について」
・上記実施形態では、条件(ア)および条件(イ)の論理積が真であるか否かに応じて報酬を与えたが、これに限らない。たとえば、条件(ア)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理と、条件(イ)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理と、を実行してもよい。
(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、(a)~(c)は、いずれもドライバビリティに関する基準を満たす場合に満たさない場合より大きい報酬を与える処理である。詳しくは、(a)は、推力の指令値に対する追従性に関する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であり、(b)および(c)は、振動および騒音の少なくとも一方に関する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である。
・「報酬算出処理について」の欄に記載したように、上記条件(ア)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理と、上記条件(イ)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理と、を実行する場合において、変更処理を次のようにしてもよい。すなわち、自動運転モードにおいて、上記条件(ア)の条件を、満たし得ない条件として且つ、条件(ア)を満たさない場合には報酬として「0」を与えることとしてもよい。これは、自動運転モードにおいて上記条件(ア)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理を実行しないことと等価である。そのため、自動運転モードにおいて上記条件(ア)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理を実行しないことは、上記条件(ア)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理と、上記条件(イ)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理との2つの処理のうちの少なくとも1つの処理を変更する処理とみなせる。
・行動変数に応じた操作の対象となる内燃機関の操作部としては、スロットルバルブ14や点火装置26に限らない。たとえば、燃料噴射弁16であってもよい。また、内燃機関の操作部にも限らず、たとえば、変速装置50や、ロックアップクラッチ42であってもよい。また、たとえば下記「推力生成装置について」の欄に記載したように、推力生成装置として回転電機を備える場合、回転電機に接続されるインバータ等の電力変換回路であってもよい。もっとも、車載駆動系の電子機器に限らず、たとえば車載空調装置等であってもよい。この場合であっても、たとえば車載空調装置が推力生成装置の回転動力によって駆動される場合、推力生成装置の動力のうち駆動輪60の動力が車載空調装置の負荷トルクに依存することから、車載空調装置の負荷トルクを行動変数に含めることなどは有効である。またたとえば車載空調装置が回転電機の動力を利用しないものであったとしても、エネルギ利用効率に影響することから、行動変数に車載空調装置の消費電力を加えることは有効である。
・図10の処理では、S52の処理を全てデータ解析センター130において実行したがこれに限らない。たとえば、S52の処理のうちS62~S66の処理については、車両VC1側で実行し、S100の処理を一部変更して報酬rの算出結果を送信するようにしてもよい。
・図4のS36の処理では、行動価値関数Qに基づき行動を決定する処理を例示したが、これに限らず、車両の出荷前における車両用制御データの生成工程等においては、とりうるすべての行動を等確率で選択してもよい。
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74cや制御プログラム74aが記憶される記憶装置(ROM74)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、火花点火式内燃機関に限らず、たとえば燃料として軽油などを用いる圧縮着火式内燃機関等であってもよい。
・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
42…ロックアップクラッチ
70…制御装置
100…ダイナモメータ
110…生成装置
130…データ解析センター
Claims (6)
- アクセル操作とは独立に推力生成装置による推力の指令値を自動で生成する自動運転モードと、前記アクセル操作に応じて前記推力生成装置による推力の指令値を生成する手動運転モードと、を実現可能な車両に適用され、
前記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、前記車両の前後方向の加速度の絶対値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、
前記報酬算出処理は、前記手動運転モードにおける前記基準に対して前記自動運転モードにおける前記基準を、前記手動運転モードの場合と比較して前記自動運転モードの場合に前記加速度の絶対値が小さい方がより大きい報酬をうるうえで有利となるように変更する変更処理を含む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取得処理によって取得された前記車両の状態に応じた前記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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