JPH0325032A - 車両運動制御系の操作量決定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明は車両運動制御系の操作量を、ファジィ推論によ
り決定する装置に関する。

く従来の技術〉 近年、車両運転時の制御システムとして、車両の走行状
態や運転者の操作状態を検出し、これらを入力情報とし
て車両を最適な運動状態に制御するシステムが出現する
ようになった。

このような制御システムを高度に活用するには、複数の
入力情報から、複数の制御動作を有機的且つ円滑に結合
して、各々の操作量を決定する制御論理が必要である。

例えば、運転者の制御要求を複数の入力情報から知覚し
、実際の車両の運動状態との兼ね合いを図りながら、運
転者の制御要求を満たすように複数の制御動作を決定す
る必要がある。

一般に車凋運動制御系はＣＰＵ（中央処理装置）とプロ
グラムを中心に構成されるが、従来の制御論理は二値論
理に基づいたものであるため、上述したような制御シス
テムの高度な活用に必ずしも適切ではない。

つまり、二値論理に基づく制御論理では、入力情報が判
定条件に適合するか否かによって制御動作を取捨択一す
るので、判定条件を境にして制御動作が不連続に変化し
、円滑さに欠けろきらいがある。この制御動作の不連続
変化を補うため、判定条件の選定に十分な配慮が必要で
あり、また操作量を小さくせざろを得ないという制約が
生じている。

また、同従来の制御論理では、入力情報に種々の変換式
や補正演算を施して出力情報とするという過程を持つた
め、見掛け上複数の入力情報から複数の出力情報を得る
制御系であっても、制御系内部では個々の演算論理毎に
入力と出力が一対一に対応し、縦に連なる論理展開とな
っている。従って、従来の制御論理は複数の制御動作を
有機的に結合するには適さず、むしろ逆に、複数の制御
動作が互いに独立に成立し且つ不当に干渉し合っていな
いことを検定する必要がある。この検定には、ＣＰＵの
プログラムを解読するという煩雑な作業を行う必要があ
る。

更に、従来の制御論理では、プログラム領域で制御動作
の決定を用い、データ領域で操作量の決定を行っている
。従って、制ｔ＆ｌＩＷｈ作を変更する場合にはプログ
ラムの改修という高度で煩雑な作業を行わねばならない
。

また更に、従来の制御論理では、運転者のｓｕｎ要求を
プログラム化する場合、一般に制御要求が感覚的、観念
的であるので、これをプログラム作成者が理解し、数式
化してプログラムの形態に整える必要があり、多くの労
力と時間を費やしていた。

く発明が解決しようとする課題〉 上述した従来技術に鑑み、本発明の目的は、車両運ｌｌ
！７制御系の操作量を、複数の制御動作の有機的且つ円
滑な結合を図りながら決定することができる装置を提供
することにある。

また、本発明の目的は、プログラムの作成及び改修が簡
単化することを目的とする。

＜＊題を解決するための手段〉 本発明による車両運動制御系の操作量決定装置は、車両
に設けた複数の検出手段から情報を入力し、ファジィ推
論により、複数の操作対象の操作量を決定する装置であ
り、メンバーシップ関数を複数記憶した第１の手段と、 複数の制御規則の各々について、入力を複数指定する情
報と、各入力に適用するメンバーシップ関数を指定する
情報と、操作対象を指定する情報と、操作対象の操作量
に適用するメンバーシップ関数を指定する情報とを記憶
した第２の手段と、 第１及び第２の手段の記憶内容に基づき、指定された入
力毎に、対応する検出手段からの入力情報と、指定され
たメンバーシップ関数とから制御規則に対する入力情報
の適合度を求める第３の手段と、 第３の手段で求めた複数の適合度から制御規則毎の１つ
の適合度を合成する第４の手段と、 第１及び第２の手段の記憶内容に基づき、制御規則毎に
、第４の手段で求めた適合度と、操作量に対し指定され
たメンバーシップ関数とから操作量を求める第５の手段
と、 第５の手段で求めた操作量と第４の手段で求めた適合度
から、同一の操作対象毎に１つの操作量を合成する第６
の手段とを具備することを特徴とする。

〈作　　　用〉 ファジィ推論を利用した制御では、入力情報が判定条件
に適合するか否かではなく、適合する度合（ａ合度）を
求めろことにより、適合度に応じて操作量が増減する。

従い、制御動作の極端な急変や、安定限界のための操作
量の極端な制約がない。

特に、同じ操作対象を持つ制御規制が複数存在する場合
、複数の制御動作がオーバラップする領域が生じるので
、各制御規則での適合度に応じて一つの操作量に合成す
ることにより、制御動作が極めて円滑になる。

また、１１１ＷＩＪ規則を複数持ち、且つ各制御規則の
入力が複数であるから、基本的に多入力多出力の横に広
がる展開のｌｔＩＩ１御論理となり、複数の制御動作が
有機的に結合するので、制御動作間の干渉を検定する必
要がない。

更に、メンバーシップ関数を複数記憶しておき、メンバ
ーシップ関数の指定、操作対象の指定、入力の指定によ
り制御動作が定まるので、制御動作、操作量ともにデー
タ領域で決まる。これにより、制御動作の変更にはプロ
グラムの改修が不要となり、プログ−ラム言語の知識が
なくても容易に制ｉｉｉＩ！！ＩｌＩ作を変更すること
ができる。

また更に、ファジィ推論では制御要求を人間のＨ語形態
のまま直接プログラムにすることができるので、感覚的
あるいは観念的な制御要求が無理なく実現する。

〈実　施　例〉 第１図〜第１３図を参照して本発明の実施例を説明する
。

第１図は本発明装置の構成例を示し、メンバーシ２プ関
数用のメモリ　（ＲＡＭ）１と、制ｔ１！Ｊ規則用のメ
モリ２と、ＣＰＵを用いた車両の主電子制御ユニット（
ＥＣＵ）３と、車両各部のセンサ群４で装置が構成され
ている。

ＥＣＵ３には機能部として、通常の情報処理機能に加え
、入力情報の適合度算出部３Ａと、適合度の合成部３Ｂ
と、操作量の算出部３ｃと、操作量の合成部３Ｄがある
。

メモリ１には複数ｍ個のメンバーシップ関数をマップに
して記憶させてある。第２図〜第７図に「大きい」、「
小さい」などの概念に対するメンバーシップ関数の６例
（関数１〜関数６）を模式的に示す。但し、横軸は０．
０〜１．０の入力値、縦軸は０．０〜１．０の出力値を
表わす。第８図に関数マップの具体例を示し、各関数毎
に正規化した入力値に出力値を対応して記憶し、各関数
にアドレスを付与してある。

メモリ２にはｖＩｌ数ｎ個の制御規則をマップにして記
憶させてある。制御規則は ｒｓ，がｖ，テ、Ｓ２カｖ２ならば」（条件部）、ｒ　
ｓ，１ｔｒ　ｖ０、で、Ｓ０２は”０　２　テあル」（
結論部）というように、条件部と結論部からなる。ここ
で、Ｓ，，Ｓ２は条件部の主語であり、各々入力の種類
を表わす。また、ｖ１ｖ２は各々主語Ｓ，，Ｓ２に対す
る述語であり、入力に対するＷ１，ｔ的な判定条件を表
わす。一方、Ｓ０１Ｓ０２は結論部の主語であり、各々
操作対象を表ワス。，ｔタｖ。，，ｖ０２は各々主ｆｆ
Ｊ　３．，　，　３．２に対する述語であり、概念的な
操作量を表わす。第９図に、言語表現のままで表わした
制御規則のマップを示す。

第１０図に制御規則マップの第９図に対応した具体例を
示し、主語の欄の１０進数値は、入力情報が格納されて
いるレジスタ、または操作対象への操作量を格納するレ
ジスタのアドレスに対応しており、本例では、工はスリ
ップ率、２はスリップ増分、３は車速、４ぱアクセル開
度、５は出力低下量、６はブレーキ力、７は加速度の各
アドレスに対応する。

また述語の欄の２進数は、入力情報または操作量に適用
する第２図〜第７図の各メンバーシップ関数のアドレス
に対応しており、０００００ｌは関数１　，　００００
１０は関数２、ｏｏｏｉｏｏば関数３、ｏｏｔｏｏｏは
関数４　、０１００００は関数５、１０００００は関数
６の各アドレスに対応する。以上の対応はテーブル化し
てある。但し、複数のビットが１の場合、１のピットに
対応する複数のメンバーシップ関数の和集合を指定する
ことになる。例えば００００１１の場合、関数１と関数
２の和集合の指定である。

なお、正規化のため、第１１図に示すように、各主語の
数値１〜７に対応して入力情報まｔコ操作量の最大限界
値及び最小限界値をテーブル化してメモリ１に格納して
ある。

次に、１・ラクション制御における操作量の決定の例を
、前述した第１図〜第１１図に加え、第１２図〜第１３
図を参照して説明する。

トラクシソン制御では、車両駆動輪のスリップ発生に対
してエンジン出力とブレーキカとを連携して制御するこ
とにより、車両のスムーズな走行を実現する。そのため
、センサ群４として車速即ち従動輪速度センサ４Ａと、
駆勤輪速度センサ４Ｂを用い、車速ｖ６の他は、ＥＣＵ
　３の演算機能により各センサ４　Ａ，　４　Ｂの出力
から次式＋１１，　（２１によりスリップ率Ｓと、スリ
ップ増分ＤＳとを検出し、各検出値ｖ１Ｓ，ＤＳを所定
アドレスのレジスタに格納するようにしている。第１図
中、３Ｅは検出部である。

Ｓ　＝　Ｖ０／　Ｖ，　　　　　　　　−＝−式（１）
ＤＳ＝ＤＶ　−ＤＶ　　　　　−Ｅ（２）但し、ｖｓば
車速（従！＠輪速度、センサ４Ａの出力） ｖｏは駆動輸逮度（センサ４Ｂの出力）ＤＶは従動輪加
速度（Ｖの微分） ＤＶ，は駆動輪加速度（■。の微分）である。

また操作対象をエンジン出力低下量（ＤＴ，）とブレー
キカ（Ｔ）とし、ＥＣＵ　３で各操作量ＤＴ１Ｔ，を決
定して所定アドレスのレジスタに格納し、エンジン制御
用ＥＣＵ　１　０、ブレーキ制御用ＥＣＵＩＩへ出力す
るようにしていろ。

そして、メモリ１に第２図〜第７図のメンバーレップ関
数１〜６を第８図の如くマップにして記憶し、更にメモ
リ２に第９図の制御規則１〜４を第１０図の如くマップ
化して記憶してある。

第１２図のフローチャ−１・を参照して操作量ＤＴ，Ｔ
の決定手順を説明する。

まず、適合度算出部３Ａがメモリ２から制御規則１の条
件部の第１主語Ｓ（１）を読み込む（記号１００）。Ｓ
の数値１は入力名「スリップ率」のアドレスを示してお
り、このアドレスにあるデータを正規化すｙ，（記号１
０１）。

今、スリップ率Ｓの現在値が１．５０であったとする。

予め第１１図の如く、スリップ率Ｓの最大限界値を２、
最小限界値を１と設定しておくことにより、正規化デー
タは となろ。

また、同じく適合度算出部３Ａがメモリ２から制御規則
１の条件部の第１述語Ｖ，　（００１００Ｇ）を読み込
む（記号１０２）。■１の数値ｏｏｉｏｏｏは「小さい
」という判定条件に関するメンバーレップ関数４のアド
レスを示しており、メモリ１中の関数４を用いてＳ，の
正規化データ０．５０の関数値を求める（記号１０３）
。即ち、ｌｔｉｌＪ御規則１の「スリップ率が」に対応
する正規化データ０，５０をパラメータとして、「小さ
い」に対応する関数４の補間を行う。

出できｉｓは、「スリ・νプ率が小さい」といえる度合
となり、第８図または第５図より、適合度Ｇ，（Ｓ，）
は０．５０である（記号１０４）。

同様にして、制御規則工の条件部の２番目ｒ　ｓ，がＶ
２ならば」の適合度Ｇ，（Ｓ，）を求める（記号１０５
）。ここでは主語Ｓ２の数値２は入力名「スリップ増分
」のアドレスを示し、このアドレスの現在データを正規
化する。また、述語Ｖの数値ｏｉｏｏｏｏは「増である
」という判定条件に関するメンバーシップ関数５のアド
レスを示しており、この関数５を用いて正規化データの
関数値を適合度Ｇ，（Ｓ２）として求める。例えば正規
化データが０．６０であり、第６図より、「スリップ増
分が増である」といえろ適合度が０．４０であるとする
。

更に、制御規則１について適合度合成部３Ｂが上記の適
合度を合成する（記号１０６）。

ここでは、２つの適合度Ｇ，（Ｓ，）とＧ，（Ｓ２）の
積を合成適合度Ｇとする。「スリップ率が小さい」に対
する適合度Ｇ，（Ｓ，）は０．５０、「スリップ増分が
増」に対する適合度Ｇ，（Ｓ２）は０．４０であるから
、「スリップ率が小さく、且つスリップ増分が増である
」という条件部に対する現在の入力データの適合度Ｇ１
はＧ　　＝０，５　　０ｘＯ．４　０＝０．２　　０と
なる。

また更に、制御規則１について操作量算出部３Ｃがメモ
リ２の結論部の述詔ｖ０１を読み込む（記号１０７）。

Ｖ，，１７）数値０００１０Ｇ（！「やや大」という操
作量に対するメンバーシップ関数３のアドレスを示して
おり、メモリ１中の関数３を用いて、適合度Ｇ，に対応
する操作量の正規化データＶ０，　（Ｓ）を求める《記
号１０８）。本例では、Ｇ，＝０．２０なので、関数３
より、Ｖ０，＋５）＝　０．　Ｉ　Ｏ　テあり、これに
対する主語ＳＱＬの数値５は操作対象名「エンジン出力
低下量」のアドレスを表わしているから、エンジン出力
低下ｊＬＤＴ，ぱ正規化データで０．ｌＯとなる。Ｖｏ
，　（５）のかつこ内の数値は操作対象を表わす。

次に、＃御規則２についてもｒｒ！Ｊ様に、メンバーシ
ップ関数６からｒ車速が小さい」の適合度Ｇ２（Ｓ，）
と、メンバーシップ関数５から「スリップ増分が増」の
適合度Ｇ２（Ｓ，）を求め、これらを合成して「車速が
小さく、スリップ増分が増である」に対する現在の入力
データの適合度Ｇ２＝　０２（Ｓ，）Ｘ　Ｇ２（Ｓ２）
を求め、更に適合度Ｇ２から操作量の正規化データｖ０
２｛６｝を求める（記号１０９）。制御規則２では、結
論部の主語Ｓ。１の数値６が操作対象名「ブレーキ力」
のアドレスを示しており、Ｖｏ，（６）はブレーキカＴ
．の正規化データである。例えば車速７！Ｉｆ　５　０
ｋ５ｈ　，車速最大限界値カ２００ｋＩＩ１／ｈ１最小
限界値がＯｋｍ／ｈの場合、正規化データＣよ０．２５
となり、メンバーシップ関数６から適合度Ｇ，（Ｓ，）
は１．００となる。まｔこ、スリップ増分の適合度Ｇ２
（Ｓ，）は制御規則１と同じ＜，　０．４　０である。

従って、合成適合度Ｇ２１よ１，０　０Ｘ０．４　０＝
０．４　０となるので、操作量に適用するメンバーシッ
プ関数１からブレーキカＴ．の正規化データがＶ。Ｑ（
６）＝０．４０として求まる。

このようにして残り全ての制御規則３〜ｎについて、適
合度Ｇ，，Ｇ４・・・Ｇ，と操作量Ｖ。３，■　・・・
■　を求めろ（記号１１０）。

次に、操作量合或部３Ｄは全制御規則ｌ〜ｎの結論部の
うち主語（操作対象）が同一のものついて操作量を１つ
に合成する（記号１１１，１１２）。本例では、制御規
則１，３．４に同じ操作対＠（主語が数値５で、エンジ
ン出力低下量）があり、それぞれの操作量Ｖ。ｌ（５）
　，ｖｏ＋（５１，Ｖ０，（ｓ）を合成する。また、制
ｔｍ規則２，３，４ではブレーキ力を操作対象として１
，’　６　（７）、ソｔｔソｔｔノ操作量Ｖ０２（６１
，　ＶＯ３（６），　Ｖ０４（６１を合或する。

エンジン出力低下ｉＤＴ，について言えば、各制御規則
１，３．４の適合度がＧ＝０．２０、Ｇ，　＝　０．１
５　，　Ｇ，　＝　０．０であり、操作量が■。，（５
１＝０．１０、Ｖ０，（５１＝　０．１　０　，　Ｖｏ
４（５］＝　０．０である場合、まず、判定位αを例え
ば０．１０に設定し、適合度が極端に小さい制御規則４
を省く　（記号１１１）。次に加重平均により合成操作
ｆｔｖｏｌ３（５）の正規化データを求めろ（記号１１
２）。

＝０．１０ また、ブレーキカＴ，について言えば、ＩＩＩＩＮ規則
２，３，４の適合度がｃ２＝ｏ．４ｏ、Ｇ３＝０．１５
、Ｇ４＝０．０テあり、操作量がＶ０２（５）　＝０．
４０、ＶＯ３（５）＝　０．　０５，　Ｖｏ４（５）＝
　０．　０　テある場合、ｉｌ！ｉｌＩｒＩＩＪ規則４
を省き、合成［ＦＪｔＶ０２，＋６１は ＝０．３０ である。

このようにして求めた各操作対象の合成操作量の正規化
データを操作対象を表わす数値５，６に対応するアドレ
スのレジスタに一旦格納して、それぞれのＥＣＵＩＯ，
１１に与える。或る操作対象が１つの制ＩＩ＋規則にし
かない場合は操作量を合成するまでもない。また、或る
操作対象について全ての制御規則の適合度が極めて小さ
く判定値未満であれば、操作量の正規化データはゼロで
ある。

なわ、合成した操作量に対し、各適合度Ｇ〜Ｇ，，から
結論の強さを求めろことができ（記号１１３）、本例で
は、エンジン出カ低下量の合成操作量■。，，（５）＝
　０．　１　０に対しては＝０．１８ また、ブレーキ力の合成操作量Ｖ０２，（６）＝０．３
０に対しては ＝０．３３ である。

以上の如くトラクシ璽ン制御規則１〜４を用いて操作量
を決定した場合、第１３図に示すようにスムーズな走行
が実現した。

第１３図の（ａ）に駆動輪速度と従動輪速度の変化を示
すように、車両が発進し、時刻Ｔで車輪がスリップし始
めたとする。このとき、ｆＩｌｔｌ御規則１に従いエン
ジン出力低下量ＤＴを決定し、第１３図（ｂｌの如くエ
ンジントルクを下げ始める。但し、このとき発進時のた
め車速が極く低いのでブレーキカＴを与えるブレーキ油
圧も制御規則２に従って第１３図（ｃ）の如く大きく作
動するが、車速か或る程度高いときは、余り過敏にブレ
ーキをかけないように制御規則２で逆に規制される。

時刻Ｔ２では車輪のスリップが更に大きくなり、制ｍ規
則３に従ってエンジン出力低下量・ブレーキ力ともにス
リップを抑える大きな操作量になる。

時刻Ｔ３では、スリップ率が低下し始め、これに伴い制
Ｗａ規則４に従ってブレーキ力が早めに低下し、エンジ
ン出力によるスリップ制御に重点が移るように操作量が
決まる。

時刻Ｔで｛よブレーキカがほぼ減衰し、エンジン出力低
下量の制御ｔ！けでスムーズな加速が行われろ。

以上の如くエンジン出力低下量とブレーキ力という２つ
の操作対象を持つ場合も、従来の二値論理の制御では別
個に決定していた各操作量をファジィ推論を利用したこ
とにより同時に決定することができろ。これにより、ブ
レーキの過敏な動作による走行フィーリングの悪化や、
ブレーキ制御とエンジン出力制御のアンマッチングによ
るスリップ再発生を容易に抑えることができる。

第９図または第１０図中の制御規則ｎは人間の運転操作
によるアクセル開度の変化と、車両の走行状態のうち車
速の変化とから、加速度を操作対象とし、実際の車速と
の兼ね合いを図りスムーズ且つ十分な加速を行って運転
者の加速要求を満足するように、エンジン制御用ＥＣＵ
に与えろ操作量を決める場合の一例である。

く発明の効果〉 本発明によれば、車両の走行状態を示す入力（例えば、
車速、加速度、ヨーイング角、ロール角、横Ｇなど）の
変化、あるいは運転者の運転操作を示す入力（例えば、
アクセル角度、ステアリング舵角、シフトレバー位置な
ど）の変化を基にしたファジィ推論の制御規則と、メン
バーリップ関数とを用い、メンバーシップ関数により入
力情報を制御規則に対する適合度に変換し、適合度に応
じて操作量を増減し、また適合度に応じて複数の操作量
を合成する。

従い、複数の制御動作を有機的に且つ円滑に結合して決
定することができる。

また、メンバーシップ関数、制御規則ともメモリにマッ
プ化して記憶すれば良いので、制御動作、操作量ともに
データ領域で決めろことができ、制御動作の変更が容易
である。

更に、ファジィ推論を利用しているので、人間の感覚的
あるいは観念的なＮ語表現による制御要求を制ｔＨ規則
に採り入れて容易にプログラム化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示すブロック構成図、
第２図〜第７図はメンバーシップ関数の各例を示す図、
第８図はメンバーシップ関数をマップ化した例を示す図
、第９図は制御規則を言語表現のままで示す図、第１０
図は制御蜆朗マップの具体例を示す図、第１１図は正規
化用テーブルの例を示す図、第１２図は操作量決定のフ
ローチャート、第１３図はトラクレ曹ン制御に適用した
場合の動作例を示す図である。 図面中、１と２はメモリ、３は車両の主電子制御ユニッ
ト（メインＥＣＵ）　、３Ａはその適合度算出部、３Ｂ
は適合度合成部、３Ｃは操作量算出部、３Ｄは操作量合
成部、３Ｅは検出部、４はセンサ群、１０はエンジン制
御用ＥＣＵ，１１はブレーキ制御用ＥＣＵである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 車両に設けた複数の検出手段から情報を入力し、ファジ
   ィ推論により、車両運動制御系の複数の操作対象の操作
   量を決定する装置において、メンバーシップ関数を複数
   記憶した第１の手段と、 複数の制御規則の各々について、入力を複数指定する情
   報と、各入力に適用するメンバーシップ関数を指定する
   情報と、操作対象を指定する情報と、操作対象の操作量
   に適用するメンバーシップ関数を指定する情報とを記憶
   した第２の手段と、 第１及び第２の手段の記憶内容に基づき、指定された入
   力毎に、対応する検出手段からの入力情報と、指定され
   たメンバーシップ関数とから制御規則に対する入力情報
   の適合度を求める第３の手段と、 第３の手段で求めた複数の適合度から制御規則毎の１つ
   の適合度を合成する第４の手段と、第１及び第２の手段
   の記憶内容に基づき、制御規則毎に、第４の手段で求め
   た適合度と、操作量に対し指定されたメンバーシップ関
   数とから操作量を求める第５の手段と、 第５の手段で求めた操作量と第４の手段で求めた適合度
   から、同一の操作対象毎に１つの操作量を合成する第６
   の手段とを具備することを特徴とする車両運動制御系の
   操作量決定装置。