JP2011020678A

JP2011020678A - 自動車の制御方法

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Publication number: JP2011020678A
Application number: JP2010248023A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Morooka; 泰男諸岡; Taizo Miyazaki; 泰三宮崎; Shinya Tanifuji; 真也谷藤; Hideyo Kodama; 英世児玉; Junichi Ishii; 潤市石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】本発明は特に、システムのモデルチェンジが頻繁・システムが複雑・システムのコスト削減が要求される、といった特徴を持つ車両に対して適用される制御装置に係る。車両用制御装置は複数ソフトウエアにより情報処理，制御処理が行われるが、そのソフトウエアの更新，変更，追加を容易にし、運転者，自動車への適応性を向上させ、自動車の安全性，操作性，経済性を向上することを目的としたものである。
【解決手段】ソフトウエアの動作評価をオフライン，インライン，オンラインと行い、且つ、旧ソフトウエアから新規ソフトウエアへ円滑に移行させながら、且つ自動車や運転者への適合性を向上させる手段を導入することで、安全，容易、且つ経済的な制御方法を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は複数のソフトウエアからなる自動車の制御装置に係り、一台の自動車の部品交換，制御方法の変更，運転操作者の変更に応じて、自動車の特性をより良い方向へ改善するためのソフトウエアの更新，変更，追加を行う場合、安全，環境，操作性などへの影響を小さく、且つソフトウエアの適応性を円滑に行うことを目的としたものである。本発明は、運転者の変更，システムのモデルチェンジ，システムの新規機能の追加といった状況に対して、ソフトウエアの入れ替え，切り替え，移行などを安全に、且つ円滑に行い、それぞれの自動車及び運転者にフィットした性能とすることに非常に効果的である。

一般的に情報制御装置を動作させるにはソフトウエアが必要であるが、従来の自動車においては完成，発売された後に上記ソフトウエアを変更，修正，追加などを行うことは、不具合が発生した時、自動車の修理工場にて実施する場合を除いて行われていない。また、搭載された制御ソフトウエアに対して、パラメータをオンラインまたはオフラインで同定する適応制御の考え方がある。この例についてはたとえば「寺尾満・金井喜美雄：ロバスト適応制御入門：オーム社(1989)」に記載されている。

また、各部品毎に制御装置を備え、全体として制御を行う例としては、下記非特許文献１に開示されている。

「Taizo Miyazaki et al.：Development of a Drive Control System for a Parallel Hybrid Electric Vehicle:16th International Electric Vehicle Symposium(1999)」

高齢者と若年者、あるいは女性と男性の運転とでは加速特性，操舵特性，ブレーキ特性などを変更しないと、運転性の違いによる事故の危険性が増大し、部品交換すればそのソフトウエアは異なり、さらに昨今の環境規制の強化に対しては燃費向上，排ガス抑制のための性能向上を行いたいと言う要求がある。

この様な要求に対して、自動車の購入後ソフトウエアの更新，変更，追加などを行うことが必要となるが、現状の制御方法やシステムでは困難である。

制御パラメータの適応修正の手法はシステムの性能向上に対して有効であるものの、システム構造が全く不明な対象に対してはロバスト性の確保が困難である。また、「Taizo Miyazaki et al.：Development of a Drive Control System for a Parallel Hybrid Electric Vehicle:16th International Electric Vehicle Symposium（1999)」の手法は、たとえばひとつの部品の変更が他の制御装置に影響を与える場合には、影響を受ける全ての制御装置の変更が必要であり、システム変更作業の省力化が困難である。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、複雑なシステムの更新や追加，修正の作業の省力化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は自動車の情報制御装置におけるソフトウエアの整合方法であって、予め定められたテストデータを用いて自動車の動作評価を行う評価シミュレータを用い、該評価シミュレータは旧ソフトウエアを組み込み得られた第１の演算結果と、上記評価シミュレータに新規ソフトウエアを組み込み得られた第２の演算結果とを統計処理し、該統計処理の結果、新規ソフトウエアの出力が旧ソフトウエアの出力よりも目的とする望ましい方向に機能改善されていない場合は、第２の演算結果が第１の演算結果に比べて目的とする望ましい方向に自動車の機能が向上する様に新規ソフトウエアのパラメータ，演算アルゴリズム，処理方法の少なくとも一つ修正し、望ましい方向に機能改善されている場合は新規ソフトウエアを対象とする自動車の制御装置に組み込むことを特徴とするソフトウエアの整合方法を提供する。

本発明によれば、ソフトウエアの変更，更新，追加、さらには適応制御技術によるソフトウエアのフィッティングを安全に、且つ容易に行うことができ、複雑なシステムの更新や修正の作業の省力化が図れる。

本発明による新規ソフトウエアのオフライン評価の一実施例である。本発明における新規ソフトウエアのユーザへの供給方法の一実施例である。本発明の新規ソフトウエアを自動車に適合させるための一実施例である。本発明における新規ソフトウエアと旧ソフトウエアの切り替え方法の一実施例である。アクセルの踏み込み量とスロットル開度の制御関係の一例である。アクセルの踏み込み量とスロットル開度の新規な制御関係の一例である。アクセルの踏み込み量とスロットル開度の関係を図５の関係から図６の関係に変更するためのソフトウエアの移行方法を示す一実施例である。右左折時の操舵におけるパワーアシスト量とコースのズレの関係を示す一例である。右左折時のコースからのズレとトルク量，車両速度の関係を示す一例である。電動パワステにおける本発明の適用例である。

以下本発明の実施の形態を説明する。

本発明は、例えば、新規に確立された自動車の情報制御における処理方法，制御論理，処理アルゴリズムなどに基づきプログラミングされた新規ソフトウエアを、予め用意されたテストデータで性能を評価するシミュレータに組み込み、旧ソフトウエアに対する優位性を統計的に求め、新規ソフトウエアを最適化するモデリング手段、上記最適化された新規ソフトウエアを自動車に配信する手段、上記配信された新規ソフトウエアを自動車に搭載し、旧ソフトウエアの動作中、該旧ソフトウエアと同じ入力データ及び新規に追加された入力データを用いて出力値を演算し、該演算結果と旧ソフトウエアで演算された出力値とから、新規ソフトウエアの性能を評価する評価手段、上記評価手段の結果に基づき、新規ソフトウエアによる自動車の性能向上を図る方向に新規ソフトウエアのパラメータあるいは処理方法を修正して、自動車の特性にフィットさせ、動作を保証する適応修正手段、上記適応修正により動作を保証された新規ソフトウエアの出力と旧ソフトウエアの出力を、所定の演算周期の倍数周期毎に積算される積算値Ｎと、予め該ソフトウエアの搭載時に設定された積算回数の制限値Ｎ０との比を係数とする移動平均法などにより、旧ソフトウエアの出力から新規ソフトウエアの出力に順次移行させて行く出力処理手段、および新規ソフトウエアの出力を開始後、該新規ソフトウエアの性能評価パラメータをセンシングあるいは他の計測値からの推定により、性能悪化の場合に、新規ソフトウエアのパラメータを適応修正する手段を具備する。

図１は本発明による制御アルゴリズムの確立過程の一実施例である。１は新規に立案された制御ロジックやアルゴリズムで、これを２の自動車シミュレータに組み込む。３は対象となる自動車に搭載されている制御ロジックやアルゴリズムで、このソフトも４の自動車シミュレータに組み込む。２と４のシミュレータは上記組み込まれた新旧の制御ソフトを除いて同じ処理を行う。２，４のシミュレータに評価用の入力データを与え、シミュレーションを実行し、その結果を５の評価機能に出力する。２，４のシミュレータは、新規ソフトウエアの性能評価を目的としており、自動車全体の走行性，経済性，総合性能などを評価する総合シミュレータであっても、部分的、例えばエンジン関連の新規ソフトの場合にはエンジンシミュレータ，電気自動車の駆動モータの場合はモータのシミュレータ、であっても良い。この選択は、新規ソフトウエアのテスト目的に応じて行われる。

このシミュレータは自動車の走行過程で発生する種々の状態を再現すると共に、想定される異常状態についても評価可能な機能を持つものである。

５の評価機能は、２及び４のシミュレーション結果を入力し、シミュレーション結果より新規ソフトウエアが所望の動作を行うか否かを評価する。例えばエンジンシミュレーションの場合は、エンジンの回転数，出力トルク，エンジン温度，燃料消費量，排出ガス量、などであり、モータのシミュレーションの場合は、回転数，電流，電圧、などのトレンドデータである。総合シミュレーションの場合は、上記結果の他に、車体の傾き，走行中心のずれ，総合燃費などのシミュレーション値が加わる。評価機能５は、上記のシミュレーション結果を入力し、各入力値の時間変化における変動分布，パラメータ相関、などの統計量を算出する。この統計量により、旧ソフトウエアによる結果(シミュレータ４からの入力値)と新規ソフトウエアによる結果（シミュレータ２からの入力値）との比較評価を行い、新規ソフトウエアの動作が所望の動きを行い、且つ最良の状態で動作する時、本ソフトウエアの評価を終了する。所望の動作や最良の動作でない場合は、６のパラメータ修正機能により、新規ソフトウエアの処理方法，アルゴリズムなどの修正を行い、再度シミュレーション，評価を繰り返す。

以上の評価はソフトウエア開発者、あるいはソフトウエア供給者が行い、評価の完了した新規ソフトウエアを自動車のユーザからの要求により配信するものとする。図２はその関係を示すものである。

図３は配信された新規ソフトウエアを自動車の情報制御装置に組み込み、走行中のデータにより、さらに新規ソフトウエアの動作を評価，適応化する方法を示す。

図３は制御システムのソフトウエアを入れ替える前に、新規ソフトウエアの自動車への適合性および運転者の運転特性との適合性を評価し、より良く適合するようにパラメータのチューニングを行う場合を示す。７は旧ソフトウエアが搭載されているコントローラ、８は７のコントローラ出力で動作するアクチュエータ及び車両の機器で、自動車の所定の特性、例えば燃費，操舵角、等の制御パラメータを出力する。９は新規ソフトウエアが搭載されるコントローラで、７との兼用も可である。１０はコントローラ９の出力あるいはコントローラ９とコントローラ７の出力の差を入力し（図３では差入力の場合を示す）、自動車の所定の特性変化を出力するシミュレータである。コントローラ９からのみの入力の場合は、１０は絶対値計算方式でのシミュレーションを実施し、コントローラ９および７の差分入力の場合は偏差計算方式，線形計算方式，ニューラルネットワークあるいはファジィ演算処理などの方法によるシミュレーション演算を実施する。但し、シミュレーション演算に必要となるコントローラ９および７の出力である操作量以外の図示していない変数については、必要に応じて入力するものとする。１１は自動車の所定の特性及びシミュレータ１０の出力データを収集し、統計的処理により評価データを算出する評価値演算機能、１２は評価値演算機能１１の出力により、前記図１の評価装置５で行った評価に対して、テストデータと自動車及び運転者の実際の特性に適応させるために、評価値演算機能の出力により新規ソフトウエアのパラメータや動作タイミングなどを修正するための判断機能、１３はその修正機能である。図３において、７，９，１０，１１，１２，１３は同一あるいは複数の演算器により処理されるソフトウエアで、アクチュエータ８は自動車に装備されている情報制御装置以外の機器である。

図３の構成において、自動車の走行中、旧ソフトウエアによるコントローラ７およびアクチュエータ８により自動車は制御されている。この状態において、コントローラ９はコントローラ７と同じ入力データ（他に必要なデータがある場合はそのデータも入力）を用いて、新規ソフトウエアの演算処理を行い、シミュレータ１０に出力する。シミュレータ１０はコントローラ９およびコントローラ７の出力を入力して、新規ソフトウエアの処理目的（燃費，排気，トルク，速度，操舵量など）とする評価値を演算する。評価値演算機能１１は一定期間シミュレータ１０の出力および自動車のセンシングデータを収集し、一定期間ごとの収集データから評価値の演算値と実際値を比較して、新規ソフトウエアの性能適合性，旧ソフトウエアに対する良好性を調べる。適合性や良好性などの評価が適切でない場合はコントローラ９のパラメータを修正する。この修正方法としては、新規ソフトウエアのパラメータ（あらかじめソフトウエア開発者が選定したパラメータでよい）と評価値との関係、例えば数式，ニューラルネットワーク，ファジィ処理演算など、から修正する方法でよい。

上記の方法により新規ソフトウエアを自動車や運転者の特性に適合させることができる。適合が完了すればコントローラ７の旧ソフトウエアを新規ソフトウエアに入れ替える。しかし、制御ソフトウエアの場合、安全性，環境適合性，機器の物理的応答性などの面から瞬時に切り替えることは好ましくない場合が多い。

図４は旧ソフトウエアから新規ソフトウエアに徐々に切り替える方法を示したものである。コントローラ７およびコントローラ９は図３と同じである。コントローラ７およびコントローラ９の出力は融合器１４に出力し、融合器１４はコントローラ９の出力（New）とコントローラ７の出力（Old）を用いて、

〔数１〕
Output＝(New)＋（Ｎ０−Ｎ）〔(Old)−(New)〕／Ｎ０
但し、Ｎ＝本式の演算回数Ｎ０＝Ｎの最大演算回数設定値
を演算し、Outputをアクチュエータ８に出力する。Ｎはソフトウエアの切り替え開始後の切り替え演算回数で、制御サンプリング毎の回数でも良く、何回かの制御サンプリング毎に１回のカウント値でも良い。本方法によりＮ０回の切り替え演算回数の後、旧ソフトウエアから新規ソフトウエアに切り替わる。新規ソフトウエアに切り替わった後は、コントローラ９をコントローラ７と入れ替えて、以後情報制御を行う。

自動車の多くの機械部品や電気部品あるいは油や燃料の特性は時間と共に変化することは良く知られている。このような状況に対して新規ソフトウエアの性能を維持，向上するために、図４に示した適応制御機能を付加する。１５はデータ収集および一定期間ごとの収集データを統計的に処理するデータ処理装置、１６は評価装置、１７はパラメータ修正装置で、前述の図３に示した１１，１２，１３と同じ装置であっても良く、動作も同じである。

以上、本発明の基本的実施形態について説明したが、以下具体的実施例について説明を加える。

図５はアクセルの踏み込み量とスロットル開度の関係の制御アルゴリズム例である。このモデルにおいてはアクセルの踏み込み始めにスルットル開度を一定の開度まで急速に開け、その後アクセルの踏み込み量に比例してスロットル開度を開ける様に制御されている。しかし、アクセルの踏み込み始めにスロットル開度を急速に開けるとエンジンの出力が急激に増大し、運転者にショックを感じさせることは良く知られていることである。これに対して、図６はアクセルの踏み込み始めはゆっくりとスロットル開度をあけ、θ１の踏み込み後、アクセルの踏み込み量に比例してαの傾きでスロットル開度を制御し、θ２（θ１とα，βで決まる）の踏み込み量でβの傾きでスロットル開度を制御する制御アルゴリズムである。θ１とαを調整することにより、自動車および運転者に適合した加速性能を与えることが可能となる。

図５を旧ソフトウエア、図６を新規ソフトウエアとして、エンジン制御装置ＥＣＵのスロットル開度制御を変更する例を図７に示す。図７は前述した図４の段階での動作説明図であり、図１，図３の段階は省略する。

図７ではアクセルの踏み込み量θを入力し、旧アルゴリズム，新規アルゴリズムからスロットル開度の操作量φｃ，φｎを出力する。この２つの出力値から前述の数式１により制御出力φを演算する。このときのδが移行係数である。出力φをエンジン制御装置ＥＣＵに出力してスロットル開度を制御する。順次この動作を繰り返し、新規アルゴリズムに切り替える。この制御により自動車の加速性が変わり、加速タイミング，加速度の加速性を評価する。加速タイミングが悪い場合はθ１を、加速性が悪い場合はαを調整して、運転に適合した加速性能に調整する。

第２の例として、電動パワーステアリングにおけるトルクアシスト制御について示す。図８はジグザグコースにおけるハンドル操作の結果、コースからのズレの状況を示した例である。（ａ）は操舵の遅れでずれが大きく、トルクアシスト量が少ない場合、（ｂ）はトルクアシスト量が最適な場合の例である。コースからのズレはトルクアシスト量の過不足のほか、速度によっても異なり、図９に示す様に、コースからのズレ量はトルクアシスト量と車両速度の関数で表される。もちろん、高齢者と若年者，男性と女性、など運転者の身体的能力による差がある。

個人個人の特性をモデル化（テーブル形式でも良い）しておき、運転中の右左折時のコースからのズレ（ハンドルの戻し量やジャイロなどでの検出で判断）とそのときの車両速度から、図９より現状のトルク量と、最小許容偏差に対するトルク量との差Ｔｓをアシスト量とする。

図１０はその制御方法を示した例である。ステアリングの操舵角，トルク，車両速度，ジャイロなどからの車両のズレをセンシングし、そのデータ群から平均的ズレ量を算出する。該算出量から運転者に適合した図９のテーブルを参照し、トルクアシスト量の補正量Ｔｓを決定し、電動パワーステアリングのモータトルク指令値に加える。

運転者ごとに図９のテーブルを持ち、運転者の認識、例えば個人ごとのカードキーで認識して、運転者に適合したテーブルに切り替える。運転中はコースのズレやトルク量，車両速度から図９の適応修正を行うが、ここでは説明を省略する。

１…新規ソフトウエア、２，４…車両シミュレータ、３…旧ソフトウエア、５…データ収集および統計量算出，評価装置、６…ソフトウエアのパラメータ適応修正装置、７…旧ソフトウエアによるコントローラ、８…アクチュエータ、９…新規ソフトウエアによるコントローラ、１０…車両搭載シミュレータ、１１，１５…データ収集，統計処理装置、１２，１６…評価装置、１３，１７…ソフトウエア適応修正装置、１４…出力移行装置。

Claims

自動車の情報制御装置におけるソフトウエアの整合方法であって、予め定められたテストデータを用いて自動車の動作評価を行う評価シミュレータを用い、該評価シミュレータは旧ソフトウエアを組み込み得られた第１の演算結果と、上記評価シミュレータに新規ソフトウエアを組み込み得られた第２の演算結果とを統計処理し、該統計処理の結果、新規ソフトウエアの出力が旧ソフトウエアの出力よりも目的とする望ましい方向に機能改善されていない場合は、第２の演算結果が第１の演算結果に比べて目的とする望ましい方向に自動車の機能が向上する様に新規ソフトウエアのパラメータ，演算アルゴリズム，処理方法の少なくとも一つ修正し、望ましい方向に機能改善されている場合は新規ソフトウエアを対象とする自動車の制御装置に組み込むことを特徴とするソフトウエアの整合方法。
前記評価シミュレータは、前記ソフトウエアの一部分を対象として統計処理を行うことを特徴とする請求項１記載のソフトウエアの整合方法。
前記自動車の情報制御装置とは別のソフトウエア整合装置であって、請求項１記載の評価シミュレータを有し、評価の完了した新規ソフトウエアを前記自動車の情報制御装置に組み込むことを特徴とするソフトウエア整合装置。
請求項１記載の評価シミュレータを有し、新規ソフトウエアのパラメータまたは動作タイミングのチューニングを行うことを特徴とする自動車の情報制御装置。
旧ソフトウエアと新ソフトウエアとの切り替えを所定の切り替え演算を行った後に実現することを特徴とする請求項１記載の自動車の情報制御装置。
自動車の情報制御装置におけるソフトウエアの書き換え方法であって、予め定められたテストデータを用いて自動車の動作評価を行う評価シミュレータを用い、該評価シミュレータは旧ソフトウエアを組み込み得られた第１の演算結果と、上記評価シミュレータに新規ソフトウエアを組み込み得られた第２の演算結果とを統計処理し、該統計処理の結果、新規ソフトウエアの出力が旧ソフトウエアの出力よりも目的とする望ましい方向に機能改善されていない場合は、第２の演算結果が第１の演算結果に比べて目的とする望ましい方向に自動車の機能が向上する様に新規ソフトウエアのパラメータ，演算アルゴリズム，処理方法の少なくとも一つ修正し、望ましい方向に機能改善されている場合は新規ソフトウエアを対象とする自動車の制御装置に組み込むことを特徴とするソフトウエアの書き換え方法。