JP7314831B2 - 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

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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関する。
たとえば下記特許文献1には、アクセルペダルの操作量をフィルタ処理した値に基づき、車両に搭載される内燃機関の操作部としてのスロットルバルブを操作する制御装置が記載されている。
特開2016-6327号公報
ところで、上記フィルタは、アクセルペダルの操作量に応じて車両に搭載される内燃機関のスロットルバルブの操作量を適切な操作量に設定するものである必要があることから、その適合には熟練者が多くの工数をかける必要が生じる。このように、従来は、車両の状態に応じた車両内の電子機器の操作量等の適合には、熟練者が多くの工数をかけていた。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.回転電機および内燃機関を備えた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、および前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されているか否かを特定する変数である特定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、前記報酬算出処理は、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を、前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されている場合に対して利用されていない場合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である。
上記方法では、電子機器の操作に伴う報酬を算出することによって、当該操作によってどのような報酬が得られるかを把握することができる。そして、報酬に基づき、強化学習に従った更新写像によって関係規定データを更新することにより、車両の状態と行動変数との適切な関係を設定することができる。したがって、車両の状態と行動変数との適切な関係を設定する際、熟練者に要求される工数を削減できる。
ところで、内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用される場合と、推力の生成に利用されずに発電のみに利用される場合とでは、たとえば内燃機関の操作部等の電子機器の適切な操作が異なりうる。そこで上記方法では、特定変数に応じて報酬の与え方を変更しつつ強化学習によって関係規定データを学習することにより、内燃機関のトルクの用途にとって適切な制御を実行可能な関係規定データを学習できる。
2.前記報酬算出処理は、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を含み、前記変更処理は、前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されていない場合に利用されている場合と比較して、前記エネルギ利用効率を高めることがより大きい報酬をうるうえで有利となるように前記報酬を変更する処理を含む上記1記載の車両用制御データの生成方法である。
上記の変更処理によれば、内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されていない場合には車両のアクセルレスポンスに関する要求要素等が存在しないことから、内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されている場合と比較してエネルギ利用効率を高めることが有利となる報酬を与える。これにより、内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されていない場合に、燃料を効率的に電気エネルギに変換することが可能となる。
3.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上記1または2記載の車両用制御データの生成方法である。
上記方法では、強化学習によって学習された関係規定データに基づき、制御用写像データを生成する。そのため、その制御用写像データを制御装置に実装することにより、車両の状態および行動変数に基づき、期待収益を最大化する行動変数の値を簡易に設定することが可能となる。
4.上記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む車両用制御装置である。
上記構成では、強化学習によって学習された関係規定データに基づき行動変数の値が設定され、それに基づき電子機器が操作されることにより、期待収益を大きくするように電子機器を操作することができる。
5.上記4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である。
上記構成では、更新処理を第2実行装置によって実行することにより、更新処理を第1実行装置が実行する場合と比較して、第1実行装置の演算負荷を軽減できる。
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。
6.上記5記載の第1実行装置を備える車両用制御装置である。
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。
本実施形態にかかる制御装置および駆動系を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるマップデータを生成するシステムを示す図。 同実施形態にかかるシステムが実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる学習処理の詳細を示す流れ図。 同実施形態にかかるマップデータの生成処理の手順を示す流れ図。 第2の実施形態にかかる制御装置および駆動系を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 第3の実施形態にかかるシステムの構成を示す図。 (a)および(b)は、同実施形態にかかるシステムが実行する処理の手順を示す流れ図。
以下、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にかかる実施形態について図面を参照しつつ説明する。
<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1に示すように、内燃機関10の吸気通路12には、上流側から順にスロットルバルブ14および燃料噴射弁16が設けられており、吸気通路12に吸入された空気や燃料噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁に伴って、シリンダ20およびピストン22によって区画される燃焼室24に流入する。燃焼室24内において、燃料と空気との混合気は、点火装置26の火花放電に伴って燃焼に供され、燃焼によって生じたエネルギは、ピストン22を介してクランク軸28の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ30の開弁に伴って、排気として排気通路32に排出される。排気通路32には、排気を浄化する後処理装置としての触媒34が設けられている。
クランク軸28には、クラッチ40を介してモータジェネレータ42の回転軸42aが機械的に連結可能とされている。モータジェネレータ42の各端子には、インバータ44を介して直流電圧源であるバッテリ46の端子電圧が交流電圧に変換されて印加される。
モータジェネレータ42の回転軸42aには、クラッチ48、およびロックアップクラッチ52を備えたトルクコンバータ50を介して、変速装置60の入力軸62が機械的に連結可能とされている。変速装置60は、入力軸62の回転速度と出力軸64の回転速度との比である変速比を可変とする装置である。出力軸64には、駆動輪66が機械的に連結されている。
制御装置70は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率等を制御すべく、スロットルバルブ14、燃料噴射弁16および点火装置26等の内燃機関10の操作部を操作する。また、制御装置70は、モータジェネレータ42を制御対象とし、そのトルクや回転速度等を制御すべく、インバータ44を操作する。また、制御装置70は、トルクコンバータ50を制御対象とし、ロックアップクラッチ52の係合状態を制御すべくロックアップクラッチ52を操作する。また、制御装置70は、変速装置60を制御対象とし、その制御量としての変速比を制御すべく変速装置60を操作する。なお、図1には、スロットルバルブ14、燃料噴射弁16、点火装置26、インバータ44、ロックアップクラッチ52、変速装置60、クラッチ40,48のそれぞれの操作信号MS1~MS8を記載している。
制御装置70は、制御量の制御のために、エアフローメータ80によって検出される吸入空気量Gaや、スロットルセンサ82によって検出されるスロットルバルブ14の開口度(スロットル開口度TA)、クランク角センサ84の出力信号Scrを参照する。また制御装置70は、アクセルセンサ86によって検出されるアクセルペダル88の踏み込み量(アクセル操作量PA)や、車速センサ90によって検出される車速Vを参照する。また、制御装置70は、騒音センサ92によって検出される車室内の騒音強度VNや、振動センサ94によって検出される車室内の振動強度VV、電流センサ96によって検出されるモータジェネレータ42を流れる電流iu,iv,iwを参照する。
制御装置70は、クラッチ40,48を締結状態として、内燃機関10の動力を駆動輪66に伝達し、車両VC1の推力の生成に内燃機関10のトルクを利用する駆動モードと、クラッチ48を解放状態とし、内燃機関10の動力をモータジェネレータ42によって電気エネルギに変換してバッテリ46を充電する発電モードとを実行する。なお、本実施形態において、制御装置70は、駆動モードにおける内燃機関10とモータジェネレータ42との動力を、車両VC1に対する要求動力に応じて予め定められた配分比で配分して制御する。
制御装置70は、CPU72、ROM74、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ(記憶装置76)、および周辺回路78を備え、それらがローカルネットワーク79を介して通信可能とされている。ここで、周辺回路78は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。
ROM74には、制御プログラム74aが記憶されている。制御プログラム74aは、内燃機関10の稼働時における制御の実行を指令するプログラムである。一方、記憶装置76には、マップデータDMが記憶されている。マップデータDMは、駆動モード用のマップデータである駆動用マップデータDM1と、発電モード用のマップデータである発電用マップデータDM2とを含む。ここで、駆動用マップデータDM1は、駆動モードにおける現在の変速比GR、車速V、およびアクセル操作量PAの時系列データを入力変数とし、スロットル開口度TAの指令値であるスロットル開口度指令値TA*および変速比GRの指令値である変速比指令値GR*を出力変数とするマップデータである。一方、発電用マップデータDM2は、内燃機関10に対する出力指令値P*および回転速度NEを入力変数とし、スロットル開口度指令値TA*を出力変数とするマップデータである。なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。
図2に、本実施形態にかかる制御装置70が実行する処理の手順を示す。図2に示す処理は、ROM74に記憶された制御プログラム74aをCPU72が、たとえば、内燃機関10が稼働状態であることを条件に所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
図2に示す一連の処理において、CPU72は、まず、駆動モードであるか発電モードであるかを特定する特定変数VUを取得する(S10)。そして、CPU72は、特定変数VUが駆動モードを示すと判定する場合(S12:YES)、アクセル操作量PAの6個のサンプリング値「PA(1),PA(2),…PA(6)」からなる時系列データと、現在の変速比GRと、車速Vとを取得する(S14)。ここで、時系列データを構成する各サンプリング値は、互いに異なるタイミングにおいてサンプリングされたものである。本実施形態では、一定のサンプリング周期でサンプリングされる場合の、互いに時系列的に隣り合う6個のサンプリング値によって時系列データを構成する。
そして、CPU72は、駆動用マップデータDM1を用いて、スロットル開口度指令値TA*および変速比指令値GR*をマップ演算する(S16)。ここで、マップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とするのに対し、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。
そして、CPU72は、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、変速装置60に操作信号MS6を出力して変速比を操作する(S18)。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。
これに対し、CPU72は、発電モードであると判定する場合(S12:YES)、内燃機関10に対する出力の指令値である出力指令値P*と、回転速度NEとを取得する(S20)。なお、回転速度NEは、CPU72により、出力信号Scrに基づき算出される。次にCPU72は、発電用マップデータDM2を用いて、出力指令値P*および回転速度NEを入力変数とし、スロットル開口度指令値TA*をマップ演算する(S22)。そして、CPU72は、スロットル開口度TAをスロットル開口度指令値TA*に制御すべく、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(S24)。
なお、CPU72は、S18,S24の処理が完了する場合、図2に示す一連の処理を一旦終了する。
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3に示すように、本実施形態では、内燃機関10のクランク軸28に、クラッチ40を介してモータジェネレータ42を機械的に連結可能とし、モータジェネレータ42に、クラッチ48、トルクコンバータ50および変速装置60を介してダイナモメータ100を機械的に連結可能とする。そして内燃機関10を稼働させた際の様々な状態変数がセンサ群102によって検出され、検出結果が、マップデータDMを生成するコンピュータである生成装置110に入力される。なお、センサ群102には、図1に示した車両VC1に搭載されるセンサ等が含まれる。
生成装置110は、CPU112、ROM114、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ(記憶装置116)、および周辺回路118を備えており、それらがローカルネットワーク119によって通信可能とされたものである。ここで、記憶装置116には、駆動用規定データDR1および発電用規定データDR2を含む関係規定データDRが記憶されている。駆動用規定データDR1は、状態変数としての、アクセル操作量PAの時系列データ、車速Vおよび変速比GRと、行動変数としてのスロットル開口度指令値TA*および変速比指令値GR*との関係を規定するデータである。発電用規定データDR2は、状態変数としての、内燃機関10の出力指令値P*および回転速度NEと、行動変数としてのスロットル開口度指令値TA*との関係を規定するデータである。また、ROM114には、強化学習によって、関係規定データDRを学習する学習プログラム114aが記憶されている。
図4に、生成装置110が実行する処理の手順を示す。図4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。
図4に示す一連の処理において、CPU112は、まず、特定変数VUの値を設定する(S30)。次にCPU112は、S30によって設定した特定変数VUの値が、駆動モードに対応する値であるか否かを判定する(S32)。そしてCPU112は、駆動モードであると判定する場合(S32:YES)、内燃機関10を稼働させた状態において、状態sとして、アクセル操作量PAの時系列データと、現在の変速比GRと、車速Vと、を設定する(S34)。ここでの時系列データは、S14の処理におけるものと同様のデータである。ただし、図3に示すシステムにおいては、アクセルペダル88は存在しない。そのため、アクセル操作量PAを、生成装置110が車両VC1の状態を模擬することによって疑似的に生成されたものとし、疑似的に生成されたアクセル操作量PAを、センサの検出値に基づく車両の状態とみなす。また、車速Vは、実際に車両が存在すると仮定した場合の車両の走行速度としてCPU112によって算出されるものであり、本実施形態では、この車速を、センサの検出値に基づく車両の状態とみなす。詳しくはCPU112は、クランク角センサ84の出力信号Scrに基づきクランク軸28の回転速度NEを算出し、回転速度NEと変速比GRとに基づき車速Vを算出する。
そして、CPU72は、駆動用規定データDR1が定める方策πに従い、S34の処理によって取得した状態sに応じたスロットル開口度指令値TA*および変速比指令値GR*からなる行動aを設定する(S36)。
本実施形態において、関係規定データDRは、行動価値関数Qおよび方策πを定めるデータであり、行動価値関数Qは、テーブル形式のデータである。特に、駆動用規定データDR1が規定する行動価値関数Qは、状態sおよび行動aの10次元の独立変数に応じた期待収益の値を示すテーブル型式の関数である。また、方策πは、状態sが与えられたときに、独立変数が与えられた状態sとなる行動価値関数Qのうち最大となる行動a(グリーディ行動)を優先的に選択しつつも、所定の確率で、それ以外の行動aを選択する規則を定める。
詳しくは、本実施形態にかかる行動価値関数Qの独立変数がとりうる値の数は、状態sおよび行動aのとりうる値の全組み合わせの一部が、人の知見等によって削減されたものである。すなわち、たとえばアクセル操作量PAの時系列データのうち隣接する2つのサンプリング値の1つがアクセル操作量PAの最小値となりもう1つが最大値となるようなことは、人によるアクセルペダル88の操作からは生じえないとして、行動価値関数Qが定義されていない。また、変速比GRが2速から4速へと急激に変化することを回避すべく、たとえば現在の変速比GRが2速の場合、とりうる行動aとしての変速比指令値GR*を1速と2速と3速とに制限している。すなわち、状態sとしての変速比GRが2速の場合には4速以上の行動aについては定義されていない。本実施形態では、人の知見等に基づく次元削減によって、行動価値関数Qを定義する独立変数の取りうる値を、10の5乗個以下、より望ましくは10の4乗個以下に制限する。
次にCPU112は、設定されたスロットル開口度指令値TA*および変速比指令値GR*に基づき、S18の処理と同様にして操作信号MS1,MS6を出力する(S38)。次にCPU112は、回転速度NE、変速比GR、トルクコンバータ50に入力されるトルクTrq、トルクコンバータ50への入力トルクの指令値であるトルク指令値Trq*、振動強度VVおよび騒音強度VNを取得する(S40)。ここで、CPU112は、トルクTrqを、ダイナモメータ100が生成する負荷トルクと変速装置60の変速比とに基づき算出する。また、トルク指令値Trq*は、アクセル操作量PAおよび変速比GRに応じて設定される。なお、ここでは、変速比指令値GR*が強化学習の行動変数であることから、変速比指令値GR*がトルク指令値Trq*を、都度の運転状態において内燃機関10やモータジェネレータ42で実現できる最大トルク以下とするものとなっているとは限らない。そのため、トルク指令値Trq*は、都度の状態において内燃機関10やモータジェネレータ42で実現できる最大トルク以下の値とは限らない。
一方、CPU112は、発電モードであると判定する場合(S32:NO)、状態sとして、出力指令値P*および回転速度NEを設定する(S50)。ここで、出力指令値P*は、CPU112により、車両によって生成される指令値を模擬した値に設定される。出力指令値P*は、通常、バッテリ46の端子電圧や充放電電流に基づき算出されるバッテリ46の充電率等に基づき設定されるものであることから、センサの検出値に基づく車両の状態とみなす。
そしてCPU112は、発電用規定データDR2によって規定される方策πに従い、S50の処理によって取得した状態sに応じたスロットル開口度指令値TA*である行動aを設定する(S52)。次にCPU112は、設定されたスロットル開口度指令値TA*に基づき、S24の処理と同様にして操作信号MS1を出力する(S54)。次に、CPU72は、トルクTrq、トルク指令値Trq*、振動強度VVおよび騒音強度VNを取得する(S56)。なお、ここでのトルク指令値Trq*は、出力指令値P*から回転速度NEを除算した値とする。また、ここでのトルクTrqは、モータジェネレータ42に流れる電流iu,iv,iwから算出されるモータジェネレータ42の負荷トルクとする。
次にCPU112は、S30の処理が実行されたタイミングおよび後述のS44の処理がなされたタイミングのうちのいずれか遅い方から所定期間が経過したか否かを判定する(S42)。そして、CPU112は、所定期間が経過したと判定する場合(S42:YES)、強化学習によって行動価値関数Qを更新する(S44)。ここで、所定期間は、次の(a)または(b)の期間とすればよい。
(a)トルク指令値Trq*の変化量の絶対値が第1所定値以上となってから、第1所定値よりも小さい第2所定値以下となり所定の長さを有する時間が経過するまでの期間である。
(b)トルク指令値Trq*の変化量の絶対値が第1所定値以上となるまでの期間である。
ただし、上記(a)および(b)によって定まる期間の途中であっても、駆動モードと発電モードとのいずれか一方から他方に切り替わると、そのタイミングを、所定期間の始点または終点とする。
図5に、S44の処理の詳細を示す。
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*、およびトルクTrqの3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(S60)。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。
次にCPU112は、トルクTrqおよび回転速度NEの時系列データに基づき、内燃機関10およびモータジェネレータ42の効率ηeの時系列データと、基準効率ηerの時系列データとを算出する(S62)。
詳しくは、駆動モードにおいてモータジェネレータ42のトルクがゼロの場合や発電モードの場合、CPU112は、「k=1,2,3,…」として、トルクTrq(k)と回転速度NE(k)によって定まる動作点に基づき、内燃機関10の効率ηe(k)と基準効率ηerとを算出する。ここで、効率ηeとは、内燃機関10の動作点毎に定義され、内燃機関10の燃焼室24内の混合気の空燃比を所定値とし点火時期を所定時期とした場合に生じる燃焼エネルギのうち動力として取り出せる割合とする。また、基準効率ηerは、内燃機関10の出力毎に定義され、内燃機関10の燃焼室24内の混合気の空燃比を所定値とし点火時期を所定時期とした場合に生じる燃焼エネルギのうち動力として取り出せる割合の最大値に「1」よりも小さい所定の係数を乗算した値とする。すなわち、基準効率ηerは、動力として取り出せる割合が最大となる動作点における同割合に所定の係数を乗算した値である。具体的には、たとえば、トルクTrqおよび回転速度NEを入力変数とし効率ηeを出力変数とするマップデータがROM114に記憶された状態で、CPU112により効率ηeがマップ演算される。また、たとえば、トルクTrqおよび回転速度NEの積である出力を入力変数とし基準効率ηerを出力変数とするマップデータがROM114に記憶された状態で、CPU112により基準効率ηerがマップ演算される。
なお、駆動モードにおいてモータジェネレータ42のトルクがゼロよりも大きい場合、CPU112は、モータジェネレータ42に流れる電流に基づき、モータジェネレータ42のトルクを算出し、これをトルクTrqから減算することによって、内燃機関10のトルクを算出する。そして、CPU112は、モータジェネレータ42の動作点を定めるモータジェネレータ42のトルクと回転速度とに基づき、インバータ44への入力電力に対するモータジェネレータ42の出力の割合である効率を算出するとともに、内燃機関10のトルクと回転速度とに基づき内燃機関10の効率を算出し、それらの平均値として効率ηeを算出する。また、基準効率ηerについては、トルクコンバータ50に入力される動力毎に定義され、効率ηeとしてとり得る最大値に所定の係数を乗算した値とする。
次にCPU112は、効率ηe(k)を基準効率ηer(k)で除算した値から「1」を減算した値の積算値に係数Kを乗算した値を報酬rに代入する(S64)。この処理によれば、基準効率ηerよりも効率ηeが大きい場合には、小さい場合よりも報酬rが大きい値となる。
ここで、CPU112は、係数Kを、特定変数VUに応じて可変とする。詳しくは、特定変数VUが発電モードを示す場合、駆動モードを示す場合と比較して、係数Kを大きい値に設定する。この設定は、発電モードにおいて所定の報酬を与えるときの効率の基準を低くする設定である。すなわち、同一の報酬をうるときの効率ηeが発電モードにおいて低くなる。これにより、発電モードにおいて、効率ηeが高い動作点が選択されると、駆動モードと比較して、報酬rが大きい値とされる。
次にCPU112は、所定期間内の任意のトルクTrqとトルク指令値Trq*との差の絶対値が規定量ΔTrq以下である旨の条件(ア)が成立するか否かを判定する(S66)。
ここで、CPU112は、規定量ΔTrqを、所定期間の開始時におけるトルク指令値Trq*の単位時間当たりの変化量ΔTrq*と特定変数VUの値とによって可変設定する。すなわち、CPU112は、変化量ΔTrq*の絶対値が大きい場合には過渡時に関するエピソードであるとして、定常時である場合と比較して、規定量ΔTrqを大きい値に設定する。また、CPU112は、発電モードの場合、駆動モードの場合と比較して、規定量ΔTrqを大きい値に設定する。
CPU72は、規定量ΔTrq以下であると判定する場合(S66:YES)、報酬rに「K1・n」を加算する一方(S68)、偽であると判定する場合(S66:NO)、報酬rから「K1・n」を減算する(S70)。ここで、「n」は、所定期間における効率ηeのサンプリング数を示す。S66~S70の処理は、トルクのレスポンス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。
ここで、CPU112は、係数K1を特定変数VUに応じて可変設定する。詳しくは、CPU112は、駆動モードの場合に発電モードの場合と比較して、係数K1を大きい値に設定する。
CPU112は、S68,S70の処理が完了する場合、騒音強度VNが閾値VNth以下である旨の条件(イ)と振動強度VVが閾値VVth以下である旨の条件(ウ)との論理積が真であるか否かを判定する(S72)。ここで、CPU112は、発電モードの場合に駆動モードの場合と比較して閾値VNth,VVthを小さい値に設定する。これは、駆動モードにおいては、車両VC1が走行していることから、停車時と比較して騒音および振動としてより大きい強度を許容範囲とする設定である。CPU112は、論理積が真であると判定する場合(S72:YES)、報酬rに「K2・n」を加算する(S74)一方、論理積が偽であると判定する場合(S72:NO),報酬rから「K2・n」を減算する(S76)。なお、S72~S76の処理は、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である。
ここで、CPU112は、係数K2を特定変数VUに応じて可変設定する。詳しくは、CPU112は、発電モードの場合に駆動モードの場合と比較して、係数K2を大きい値に設定する。
CPU112は、S74,S76の処理が完了する場合には、図3に示した記憶装置76に記憶されている駆動用規定データDR1および発電用規定データDR2のうちS30の処理によって指定されている方のデータを更新する。本実施形態では、εソフト方策オン型モンテカルロ法を用いる。
すなわち、CPU112は、上記S60の処理によって読み出した各状態と対応する行動との組によって定まる収益R(Sj,Aj)に、それぞれ、報酬rを加算する(S78)。ここで、「R(Sj,Aj)」は、状態集合Sjの要素の1つを状態とし行動集合Ajの要素の1つを行動とする収益Rを総括した記載である。次に、上記S60の処理によって読み出した各状態と対応する行動との組によって定まる収益R(Sj,Aj)のそれぞれについて、平均化して対応する行動価値関数Q(Sj,Aj)に代入する(S80)。ここで、平均化は、S78の処理がなされた回数によって、S78の処理によって算出された収益Rを除算する処理とすればよい。なお、収益Rの初期値は、ゼロとすればよい。
次にCPU112は、上記S60の処理によって読み出した状態について、それぞれ、対応する行動価値関数Q(Sj,A)のうち、最大値となるときの行動を、行動Aj*に代入する(S82)。ここで、「A」は、とりうる任意の行動を示す。なお、行動Aj*は、上記S60の処理によって読み出した状態の種類に応じて各別の値となるものであるが、ここでは、表記を簡素化して、同一の記号にて記載している。
次に、CPU112は、上記S60の処理によって読み出した状態のそれぞれについて、対応する方策π(Aj|Sj)を更新する(S84)。すなわち、行動の総数を、「|A|」とすると、S82によって選択された行動Aj*の選択確率を、「(1-ε)+ε/|A|」とする。また、行動Aj*以外の「|A|-1」個の行動の選択確率を、それぞれ「ε/|A|」とする。S84の処理は、S82の処理によって更新された行動価値関数Qに基づく処理であることから、これにより、状態sと行動aとの関係を規定する関係規定データDRが、収益Rを増加させるように更新されることとなる。
なお、CPU112は、S84の処理が完了する場合、図5に示す一連の処理を一旦終了する。
図4に戻り、CPU112は、S44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(S46)。ここでは、S44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(S46:NO)や、S42の処理において否定判定する場合には、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(S46:YES)、S30の処理によって駆動モードと発電モードとの双方が設定されたか否かを判定する(S48)。
CPU112は、いずれか一方については未だS30の処理によって設定されていないと判定する場合(S48:NO)、S30の処理に戻って、特定変数VUを未だ設定されていない値に設定する。CPU112は、S48の処理において肯定判定する場合、図4に示す一連の処理を一旦終了する。
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。
図6に示す一連の処理において、CPU112は、まず、特定変数VUの値を設定する(S90)。そして、CPU112は、駆動用マップデータDM1および発電用マップデータDM2のうちのS90の処理によって設定した特定変数VUの値に対応した方のデータの入力変数の値となる複数の状態sの中の1つを選択する(S92)。次に、CPU112は、駆動用規定データDR1および発電用規定データDR2のうちの特定変数VUの値に対応するデータによって規定されて且つ状態sに対応する行動価値関数Q(s,A)のうち、行動価値関数Qの値を最大とする行動aを選択する(S94)。すなわち、ここでは、グリーディ方策によって行動aを選択する。次に、CPU112は、状態sと行動aとの組を記憶装置116に記憶させる(S96)。
次にCPU112は、駆動用マップデータDM1および発電用マップデータDM2のうちの特定変数VUの値に対応した方のデータの入力変数の値とするもの全てがS92の処理によって選択されたか否かを判定する(S98)。そして、CPU112は、選択されていないものがあると判定する場合(S98:NO)、S92の処理に戻る。これに対し、CPU112は、全てが選択されたと判定する場合(S98:YES)、S90の処理によって特定変数VUの値としてとり得る全ての値が設定されたか否かを判定する(S100)。CPU112は、未だ設定されていない値があると判定する場合(S100:NO)、S90の処理に戻ってその値を設定する。
これに対し、CPU112は、全ての値を設定済みと判定する場合(S100:YES)、駆動用マップデータDM1および発電用マップデータDM2を生成する(S102)。ここでは、マップデータDMの入力変数の値が状態sであるものに対応する出力変数の値を、対応する行動aとする。
なお、CPU112は、S102の処理が完了する場合、図6に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
図3に示すシステムにおいて、CPU112は、強化学習によって、行動価値関数Qを学習する。そして、行動価値関数Qの値が収束する場合、エネルギ利用効率に関して要求された基準とトルクのレスポンスに関して要求された基準と車室内の状態に関する基準とを満たすうえで適切な行動が学習されたとする。そして、CPU112は、マップデータDMの入力変数となる状態のそれぞれについて、行動価値関数Qを最大化する行動を選択し、状態と行動との組を記憶装置116に記憶する。次に、CPU112は、記憶装置116に記憶された状態と行動との組に基づき、マップデータDMを生成する。これにより、駆動モードと発電モードとの双方について、状態を特定する変数に応じて適切な行動を熟練者による工数を過度に大きくすることなく設定することができる。
特に、本実施形態では、駆動モードであるか発電モードであるかに応じて、報酬の与え方を変えて強化学習を実行した。詳しくは、発電モードの方が駆動モードと比較してトルクのレスポンスに対する基準を緩和する一方、車室内の状態に関する基準を厳しくした。これにより、発電用規定データDR2の学習の際には、トルクのレスポンスを比較的低くしても上記条件(ア)を満たしてS68の処理による報酬をうることができることから、レスポンスを低くするなどして極力、振動や騒音を小さくすることがトータルの報酬を大きくする上で有利となる。したがって、発電用マップデータDM2を、車室内の騒音や振動を抑制する制御が可能なデータとすることができる。
また、発電モードにおいては駆動モードと比較して、エネルギ利用効率が高い場合に与えられる報酬を大きくした。これにより、発電モードにおいては駆動モードと比較して、エネルギ利用効率を高めることが、トータルの報酬を大きくする上で有利となる。したがって、発電用マップデータDM2を、エネルギ利用効率が高くなる制御が可能なデータとすることができる。
一方、駆動用規定データDR1の学習の際には、効率ηeを高くした割にはS64の処理で得られる報酬が小さくなることから、トータルの報酬を大きくする上では、トルクのレスポンスを高めて上記条件(ア)を満たしてS68の処理による報酬をうることが有利となる。そのため、駆動用マップデータDM1を、ユーザのアクセル操作に対する応答性が良好な制御を可能とするデータとすることができる。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
(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*等を設定することから、行動価値関数Qの値が最大となる独立変数の値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。
<第2の実施形態>
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。
図7に、本実施形態にかかる車両VC1の駆動系および制御装置を示す。なお、図7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。
図7に示すように、本実施形態では、ROM74に、制御プログラム74aに加えて、学習プログラム74bが記憶されている。また、記憶装置76に、マップデータDMが記憶されておらず、代わりに、関係規定データDRが記憶され、また、トルク出力写像データDTが記憶されている。ここで、関係規定データDRは、図4の処理によって学習された学習済みのデータであり、駆動用規定データDR1と、発電用規定データDR2とを含む。また、トルク出力写像データDTによって規定されるトルク出力写像は、回転速度NE、充填効率η、および点火時期を入力とし、内燃機関10のトルクを出力するニューラルネットワーク等の学習済みモデルに関するデータである。なお、上記トルク出力写像データDTは、たとえば図4の処理を実行する際、S56の処理によって取得されるトルクTrqを教師データとして学習されたものとすればよい。なお、充填効率ηは、CPU72により、回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づき算出すればよい。
図8に、本実施形態にかかる制御装置70が実行する処理の手順を示す。図8に示す処理は、ROM74に記憶された制御プログラム74aおよび学習プログラム74bを、CPU72がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図8において、図4に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付与する。
図8に示す一連の処理において、CPU72は、まず図2のS10,S12の処理を実行し、駆動モードであると判定する場合(S12:YES)、状態sとして、アクセル操作量PAの時系列データと、現在の変速比GRと、車速Vと、を取得する(S34a)。これに対し、CPU72は、発電モードであると判定する場合(S12:NO)、状態sとして、出力指令値P*および回転速度NEを取得する(S50a)。CPU112は、S34aの処理が完了する場合、図4のS36~S44の処理を実行する。ここで、S40の処理において、CPU72は、トルク出力写像データDTによって規定されるトルク出力写像に基づき内燃機関10のトルクを算出し、電流iu,iv,iwに基づきモータジェネレータ42のトルクを算出し、それらの和をトルクTrqとする。
これに対し、CPU72は、S50aの処理を完了する場合、S52~56,S42,S44の処理を実行する。なお、CPU72は、S42の処理において否定判定する場合や、S44の処理を完了する場合には、図8に示す一連の処理を一旦終了する。ちなみに、図8に示す処理のうちS44の処理以外の処理は、CPU72が制御プログラム74aを実行することにより実現され、S44の処理は、CPU72が学習プログラム74bを実行することにより実現される。
このように、本実施形態によれば、制御装置70に関係規定データDRおよび学習プログラム74bを実装することにより、第1の実施形態の場合と比較して、学習頻度を向上させることができる。
<第3の実施形態>
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。
本実施形態では、関係規定データDRの更新を、車両VC1の外で実行する。
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。
図9に示す車両VC1内の制御装置70におけるROM74は、制御プログラム74aを記憶しているものの、学習プログラム74bを記憶していない。また、制御装置70は、通信機77を備えている。通信機77は車両VC1の外部のネットワーク120を介してデータ解析センター130と通信するための機器である。
データ解析センター130は、複数の車両VC1,VC2,…から送信されるデータを解析する。データ解析センター130は、CPU132、ROM134、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ(記憶装置136)、周辺回路138および通信機137を備えており、それらがローカルネットワーク139によって通信可能とされるものである。ROM134には、学習プログラム134aが記憶されており、記憶装置136には、関係規定データDRが記憶されている。
図10に、本実施形態にかかる強化学習の処理手順を示す。図10(a)に示す処理は、図9に示すROM74に記憶されている制御プログラム74aをCPU72が実行することにより実現される。また、図10(b)に示す処理は、ROM134に記憶されている学習プログラム134aをCPU132が実行することにより実現される。なお、図10において図8に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。以下では、強化学習の時系列に沿って、図10に示す処理を説明する。
図10(a)に示す一連の処理において、CPU72は、S10,S12,S34a,S36~S40の処理、または、S10,S12,S50a,S52~S56の処理を実行し、所定期間が経過したと判定する場合(S42:YES)、通信機77を操作することによって、関係規定データDRの更新処理に必要なデータを送信する(S110)。ここで、送信対象とされるデータは、所定期間内の特定変数VUの値や、回転速度NE、トルク指令値Trq*、およびトルクTrqの時系列データ、状態集合Sjおよび行動集合Ajを含む。
これに対し、図10(b)に示すように、CPU132は、送信されたデータを受信し(S120)、受信したデータに基づき関係規定データDRを更新する(S44)。そしてCPU132は、関係規定データDRの更新回数が所定回数以上であるか否かを判定し(S122)、所定回数以上であると判定する場合(S122:YES)、通信機137を操作して、S120の処理によって受信したデータを送信した車両VC1に関係規定データDRを送信する(S124)。なお、CPU132は、S124の処理を完了する場合や、S122の処理において否定判定する場合には、図10(b)に示す一連の処理を一旦終了する。
これに対し、図10(a)に示すように、CPU72は、更新データがあるか否かを判定し(S112)、あると判定する場合(S112:YES)、更新された関係規定データDRを受信する(S114)。そしてCPUは、S36,S52の処理において利用する関係規定データDRを、受信した関係規定データDRに書き換える(S116)。なお、CPU72は、S116の処理を完了する場合や、S42,S112の処理において否定判定する場合には、図10(a)に示す一連の処理を一旦終了する。
このように、本実施形態によれば、関係規定データDRの更新処理を車両VC1の外部で行うことから、制御装置70の演算負荷を軽減できる。さらに、たとえばS120の処理において、複数の車両VC1,VC2,…からのデータを受信してS44の処理を行うなら、学習に用いるデータ数を容易に大きくすることができる。
<対応関係>
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]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、それぞれ、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S30,S34,S40,S50,S56の処理や、図8および図10のS10,S34a,S40,S50a,S56の処理に対応する。操作処理は、S38,S54の処理に対応し、報酬算出処理は、S62~S76の処理に対応し、更新処理は、S78~S84の処理に対応する。更新写像は、学習プログラム74bのうちS78~S84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、S64の処理における係数K、S66の処理における条件(ア)、S68,S70の処理における係数K1、S72の処理における条件(イ)、(ウ)、S74,S76の処理における係数K2を、特定変数VUに応じて可変とする処理に対応する。[2]S64,S68,S70,S74,S76の処理において、発電モードの場合に駆動モードと比較して、係数K,K2が大きい値とされ、係数K1が小さい値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]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。
<その他の実施形態>
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。
「変更処理について」
・S66の処理のようにレスポンスに関する基準を変更する処理と、S68,S70の処理のようにレスポンスに関する基準を満たすか否かに応じた報酬を変更する処理との双方を実行するものに限らず、それらのうちのいずれか一方のみを実行してもよい。
・たとえば、発電モードにおいて条件(ア)を満たし得ない条件に変更するとともにS70の処理において報酬rからゼロを減算する処理とし、駆動モードにおいては、S64の処理における基準効率ηerをとりえない高効率として且つ、積算値とゼロとのうちの大きい方を報酬rに代入してもよい。これは、発電モードにおいては、レスポンス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を実行せず、駆動モードにおいてはエネルギ利用効率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を実行しないことと等価である。そのため、発電モードにおいては、レスポンス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を実行せず、駆動モードにおいてはエネルギ利用効率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を実行しない処理としてもよい。これについても、レスポンス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と、エネルギ利用効率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との少なくとも1つの処理を変更する処理とみなせる。
・たとえば係数K1,K2については固定値としてもよい。その場合でも、係数Kを、発電モードの場合に駆動モードの場合よりも大きくするなら、発電モードにおいてはエネルギ利用効率を高めることがトータルの報酬を高めるうえでより有利となる。
・たとえば、係数Kを固定値としてもよい。その場合であっても、係数K1を、発電モードにおいて駆動モードよりも小さくなら、発電モードにおいてはエネルギ利用効率を高めることがトータルの報酬を高めるうえでより有利となる。
・下記「報酬算出処理について」の欄に記載したように、スロットル開口度指令値TA*の変化速度の絶対値が所定値以下であるか否かに応じて報酬を与える処理を、発電モードにおいて実行する場合、駆動モードにおいては実行しないこととしてもよい。また、駆動モードにおいては、所定値をスロットル開口度指令値TA*の変化速度の絶対値として想定される最大値よりも大きい値に設定しつつ、上記処理を実行してもよい。この場合、スロットル開口度指令値TA*の変化速度の絶対値が所定値以下である場合に所定値よりも大きい場合よりも大きい報酬を与える処理を駆動モードにおいて実行しないことと同等となる。したがって、同処理を駆動モードにおいて実行しないことは、所定値を発電モードに対して駆動モードの場合に変更する処理と見なせる。
「エネルギ利用効率について」
・上記実施形態では、エネルギ利用効率を、動作点のみに基づき定量化したが、これに限らない。たとえば、下記「行動変数について」の欄に記載したように、行動変数に点火時期を含める場合、採用された点火時期がMBTからずれる場合、そのずれ量に応じてエネルギ利用効率を減少補正すればよい。また、行動変数に空燃比制御に関する変数を含める場合、採用される空燃比が所定の空燃比からずれる場合、そのずれ量に応じてエネルギ利用効率を補正すればよい。
・上記実施形態では、モータジェネレータ42が駆動されているときの効率ηeを、モータジェネレータ42の効率と内燃機関10の効率との単純平均としたが、これに限らない。たとえば、モータジェネレータ42の出力と内燃機関10の出力との比率に応じた重み係数を用いて、モータジェネレータ42の効率と内燃機関10の効率との加重移動平均処理値を算出してもよい。
「テーブル形式のデータの次元削減について」
・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、駆動用規定データDR1におけるアクセル操作量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。
「関係規定データについて」
・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、行動価値関数Qを用いる代わりに、方策πを、状態sおよび行動aを独立変数とし、行動aをとる確率を従属変数とする関数近似器にて表現し、関数近似器を定めるパラメータを、報酬rに応じて更新してもよい。
「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、たとえば、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。
・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、方策πを、状態sおよび行動aを独立変数とし、行動aをとる確率を従属変数とする関数近似器とする場合、方策πによって示される確率に基づき行動aを選択すればよい。
「更新写像について」
・S78~S84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。
・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、方策πを関数近似器を用いて表現し、これを報酬rに基づき直接更新する場合には、方策勾配法等を用いて更新写像を構成すればよい。
・行動価値関数Qと方策πとのうちのいずれか一方のみを、報酬rによる直接の更新対象とするものに限らない。たとえば、アクター・クリティック法のように、行動価値関数Qおよび方策πをそれぞれ更新してもよい。また、アクター・クリティック法においては、これに限らず、たとえば行動価値関数Qに代えて価値関数Vを更新対象としてもよい。
「行動変数について」
・上記実施形態では、駆動モードにおける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、内燃機関の操作部の操作に関する行動変数として、スロットルバルブの開口度に関する変数を例示したが、これに限らない。たとえば、スロットルバルブの開口度に関する変数に加えて、点火時期に関する変数や空燃比制御に関する変数を用いてもよい。
・「内燃機関について」の欄に記載したように、圧縮着火式の内燃機関の場合、スロットルバルブの開口度に関する変数に代えて噴射量に関する変数を用いればよい。またこれに加えて、たとえば、噴射時期に関する変数や、1燃焼サイクルにおける噴射回数に関する変数、1燃焼サイクルにおける1つの気筒のための時系列的に隣接した2つの燃料噴射のうちの一方の終了タイミングと他方の開始タイミングとの間の時間間隔に関する変数を用いてもよい。
・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となる電子機器に機関駆動式の空調装置のコンプレッサや、電動式の空調装置を含める場合、コンプレッサの負荷トルクや、電動式の空調装置の消費電力を含めてもよい。
「状態について」
・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。
・アクセル操作量に関する状態変数としては、アクセル操作量PAの時系列データに限らず、たとえば「行動変数について」の欄に記載したように、アクセル操作量PAの単位時間当たりの変化量等であってもよい。
・内燃機関10に関する状態変数としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば触媒34の温度であってもよい。これにより、排気通路32から外部に排出される排気の特性をより良好なものとすることができる行動を強化学習によって学習することも可能となる。
・たとえばバッテリ46の充放電電流量や、バッテリ46の充電率、バッテリ46に対する要求出力を状態変数に含めてもよい。これにより、エネルギ利用効率を高めるうえでより適切な行動を強化学習によって学習できる。
・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。
「報酬算出処理について」
・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。
・たとえば条件(ア)を満たす場合に一律同じ報酬を与える代わりに、トルクTrqとトルク指令値Trq*との差の絶対値が小さい場合に大きい場合よりもより大きい報酬を与える処理としてもよい。またたとえば、条件(ア)を満たさない場合に一律同じ報酬を与える代わりに、トルクTrqとトルク指令値Trq*との差の絶対値が大きい場合に小さい場合よりもより小さい報酬を与える処理としてもよい。
・レスポンス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としては、上記実施形態において例示した処理に限らない。たとえば、変化量ΔTrq*の絶対値が所定値以上である場合に限って、条件(ア)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としてもよい。その場合、変化量ΔTrq*の絶対値が所定値未満の場合には、トルク指令値Trq*への追従性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を別途設けてもよい。その場合、別途設けた処理における追従性の基準や報酬を、駆動モードと発電モードとで同一としてもよい。
・駆動モードにおいて、レスポンス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としては、上記条件(ア)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理に限らない。たとえば、変化量ΔTrq*の絶対値が所定値以上である場合に限って、車両の前後加速度がアクセル操作量PA等に基づき設定される範囲内にある旨の条件を満たすか否かに応じて報酬を与える処理であってもよい。
・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としては、上記条件(イ)および条件(ウ)の論理積が真であるか否かに応じて報酬を与える処理に限らない。たとえば、条件(イ)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理と、条件(ウ)を満たすか否かに応じて報酬を与える処理との2つの処理としてもよく、また2つの処理に関しては、それらのいずれか1つの処理のみを実行してもよい。
・内燃機関10の稼働に起因した振動強度が大きい場合に小さい場合よりも大きい報酬を与える処理としては、条件(ウ)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限らない。たとえば、クランク軸28の微小な回転角度領域の回転に関する速度である瞬時回転速度について、その変動量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であってもよい。ここで、変動量が閾値よりも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とする場合、閾値を、発電モードの方が駆動モードよりも小さい値とすればよい。ただし、閾値を、発電モードの方が駆動モードよりも小さい値とすることは必須ではない。たとえば、駆動モードにおいてはクランク軸28が駆動系に連結されていることから車両の振動に繋がりやすいのに対して、発電モードにおいてクランク軸28が駆動系に連結されない場合には車両の振動に繋がりにくいことから、閾値を、発電モードの方が駆動モードよりも大きい値としてもよい。
・レスポンス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とエネルギ利用効率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と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とによって報酬算出処理を構成するものに限らない。たとえば、排気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処理を含めてもよい。その場合、発電モードにおいてはアクセルレスポンスに関する要求要素を考慮しなくてよいことから、排気特性に関する基準をより厳しくしてもよい。
・発電モードにおいて、スロットル開口度指令値TA*の変化速度の絶対値が所定値以下である場合に所定値よりも大きい場合よりも大きい報酬を与える処理を含めてもよい。これにより、内燃機関10の運転状態が急激に変化することを抑制できることから、空燃比を高精度に制御することが容易となる。そのため、発電モードにおける排気特性がより厳しい基準を満たすことも可能となる。換言すれば、排気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処理と、発電モードにおいて駆動モードよりも排気特性の基準を厳しくする処理とを実行することなく、それらを実行したのと同等の効果をうることも可能となる。
・内燃機関10のトルクの変化速度の絶対値が所定範囲内にある場合にない場合よりも大きい報酬を与える処理を実行してもよい。ここで、発電モードにおいて駆動モードと比較し所定範囲を変化速度の絶対値が小さい値となるようにするなら、発電モードにおいて、空燃比を高精度に制御することが容易となる。もっともこれに限らず、内燃機関10のトルクを急激に変化させても車両の加速度の絶対値が過度に大きくならないなら、上記所定範囲を、発電モードにおいて駆動モードと比較して変化速度の絶対値が大きい値となるようにしてもよい。
「車両用制御データの生成方法について」
・図4のS34,S50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。
「制御用写像データについて」
・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、上記「更新写像について」の欄に記載したように、方策勾配法等を用いる場合において、方策πを行動変数の値をとりうる確率を示すガウス分布にて表現し、その平均値を関数近似器にて表現しておき、平均値を表現する関数近似器のパラメータを更新することとし、学習後の平均値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を期待収益を最大化する行動変数の値とみなす。
「電子機器について」
・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に限らない。たとえば、点火装置26や燃料噴射弁16であってもよい。
・行動変数に応じた操作の対象となる電子機器のうち車両の推力生成装置に関する電子機器としては、内燃機関の操作部に限らず、たとえばインバータ44等の回転電機に接続された電力変換回路を含めてもよい。
・行動変数に応じた操作の対象となる電子機器としては、車載駆動系の電子機器に限らず、たとえば機関駆動式の空調装置のコンプレッサや、電動式の空調装置を含めてもよい。
・駆動モードと発電モードとの双方において、行動変数に応じた操作の対象に、内燃機関の操作部を含めることは必須ではない。たとえば、上記実施形態において、駆動モードの場合の行動変数からスロットル開口度指令値TA*を削除してもよい。
「車両用制御システムについて」
・図10に示した例では、S44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、S78~S84の処理を実行するものの、報酬の算出処理であるS62~S76の処理については実行せず、S110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。
・図10に示した例では、方策πに基づく行動を決定する処理であるS36,S52の処理を、車両側で実行したが、これに限らない。たとえば、車両VC1からS34a,S50aの処理によって取得したデータを送信することとし、データ解析センター130にて送信されてデータを用いて行動aを決定し、決定した行動を車両VC1に送信してもよい。
・車両用制御システムとしては、制御装置70およびデータ解析センター130によって構成されるものに限らない。たとえば、データ解析センター130に代えて、ユーザの携帯端末を用いてもよい。また、制御装置70およびデータ解析センター130と携帯端末とによって車両用制御システムを構成してもよい。これは、たとえばS36,S52の処理を携帯端末によって実行することにより実現できる。
「モードについて」
・上記実施形態では、内燃機関の稼働状態における内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されるモードとして、駆動モードを例示したが、これに限らない。たとえば、内燃機関10のトルクのみで車両の推力を生成するモードと、内燃機関10のトルクとモータジェネレータ42のトルクとの協働で車両の推力を生成するモードとを各別のモードとしてもよい。
・たとえば下記「ハイブリッド車両について」の欄に記載したシリーズ・パラレルハイブリッド車両なら、力行制御されているモータジェネレータの出力が車両の推力に寄与する出力以上である場合に、内燃機関の稼働状態における内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されていないモードと定義すればよい。ここでは、たとえば、遊星歯車機構のキャリアに内燃機関のクランク軸を、サンギアに第1モータジェネレータを、リングギアに第2モータジェネレータおよび駆動輪を、それぞれ機械的に連結する場合、内燃機関の稼働状態において、第1モータジェネレータを発電制御し、第2モータジェネレータを力行制御すればよい。その場合、第2モータジェネレータの出力が車両の推力の生成に寄与する出力以上の場合、内燃機関の稼働状態における内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されていないモードとすればよい。一方、第2モータジェネレータの出力が車両の推力の生成に寄与する出力を下回る場合、内燃機関の稼働状態における内燃機関のトルクが車両の推力の生成に利用されているモードとなる。後者のモードの場合には、アクセルレスポンスに内燃機関の駆動状態が寄与することから、駆動輪66に付与されるトルクの指令値への追従性が基準を満たす場合の報酬を大きくすることなどが有効である。これに対し、前者の場合、アクセルレスポンスは、第2モータジェネレータのみによって定めることができることから、エネルギ利用効率が基準を満たす場合の報酬をより大きくすることなどが有効である。
「実行装置について」
・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。
「記憶装置について」
・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。
「内燃機関について」
・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。
・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。
「ハイブリッド車両について」
・ハイブリッド車両としては、パラレルハイブリッド車に限らず、たとえばシリーズ・パラレルハイブリッド車であってもよい。
10…内燃機関
40…クラッチ
42…モータジェネレータ
44…インバータ
48…クラッチ
50…トルクコンバータ
60…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)

  1. 回転電機および内燃機関を備えた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、および前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されているか否かを特定する変数である特定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特定変数の値に基づき、前記車両の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、前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されていない場合に利用されている場合と比較して、前記エネルギ利用効率を高めることがより大きい報酬をうるうえで有利となるように前記報酬を変更する変更処理を含み、
    前記関係規定データを定める前記車両の状態は、前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されている場合には、アクセル操作量の時系列データと現在の変速比と車速とであり、前記内燃機関の稼働状態における前記内燃機関のトルクが前記車両の推力の生成に利用されていない場合には、前記内燃機関に対する出力指令値および前記内燃機関のクランク軸の回転速度である車両用制御データの生成方法。
  2. 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記載の車両用制御データの生成方法。
  3. 請求項記載の車両用制御データの生成方法における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む車両用制御装置。
  4. 請求項記載の車両用制御装置における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。
  5. 請求項記載の車両用制御システムにおける第1実行装置を備える車両用制御装置。
  6. 請求項記載の車両用制御システムにおける第2実行装置を備える車両用学習装置。
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