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JP7152367B2 - Vehicle performance prediction method - Google Patents

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Description

本発明は、車体性能予測方法に関する。 The present invention relates to a vehicle body performance prediction method.

車両開発においては、車体の諸元から、コンピュータによるシミュレーションであるCAE(computer aided engineering)を用いて車両の走行時の挙動を推定し、当該推定に基づいて車両の性能を予測する研究が進められている。 In vehicle development, research is being carried out to estimate the vehicle's behavior during running from the specifications of the vehicle body using computer aided engineering (CAE), and to predict the performance of the vehicle based on the estimation. ing.

特許文献1には、リカレントニューラルネットワーク(RNN)を用いて車体性能予測に資する車両の運動モデルを生成する車両運動モデルの生成装置およびその方法の発明が開示されている。 Patent Literature 1 discloses an invention of a vehicle motion model generating apparatus and method for generating a vehicle motion model that contributes to vehicle body performance prediction using a recurrent neural network (RNN).

特開2004-249812号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-249812

しかしながら、RNNは、多層構造の各層で欠落する入力情報が存在する場合があり、かかる場合に車体性能予測の精度が低下するという問題があった。 However, the RNN sometimes has missing input information in each layer of the multi-layered structure, and in such a case, there is a problem that the accuracy of vehicle performance prediction is lowered.

本発明は、上記事実を考慮し、車体性能を精度よく予測可能な車体性能予測方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vehicle body performance prediction method capable of accurately predicting vehicle body performance.

請求項1に記載の車体性能予測方法は、学習初期に真値を入力し、学習中期に真値及び推定値をランダムに入力し、学習終盤に推定値を入力してシステムを学習させる工程と、学習後のシステムに、車体の挙動に係る変数に基づいて車体の挙動に係る推定値を算出する工程と、算出した推定値を入力にフィードバックして時系列で次段階の推定値を算出する工程と、前記時系列で次段階の推定値を算出する工程を所定回数反復する工程と、時系列で各々算出された推定値と前記変数とに基づいて、車両の挙動に係る応答を出力する工程と、前記時系列で各々算出された推定値の損失と前記応答の損失とを同時に最適化する工程と、を含む。 The method for predicting vehicle body performance according to claim 1 includes a step of inputting a true value at the beginning of learning, randomly inputting a true value and an estimated value during the middle of learning, and inputting an estimated value at the end of learning to train the system. a step of calculating an estimated value related to the behavior of the vehicle body based on the variable related to the behavior of the vehicle body to the system after learning, and feeding back the calculated estimated value to the input to calculate the estimated value of the next stage in time series. a step of repeating the steps of calculating an estimated value in the next stage in the time series a predetermined number of times; and outputting a response related to the behavior of the vehicle based on the estimated value calculated in the time series and the variable. and simultaneously optimizing the estimated loss and the response loss respectively calculated in the time series.

請求項1に記載の車体性能予測方法によれば、学習初期に真値を入力し、学習中期に真値及び推定値をランダムに入力し、学習終盤に推定値を入力してシステムを効率的に学習させることができる。 According to the vehicle body performance prediction method of claim 1, a true value is input at the beginning of learning, a true value and an estimated value are input at random during the middle of learning, and an estimated value is input at the end of learning to efficiently operate the system. can be taught to

また、請求項1に記載の車体性能予測方法によれば、学習後のニューラルネットシステム100において、車体の挙動に係る変数に基づいて算出した車体の挙動に係る推定値を入力にフィードバックして時系列で次段階の推定値を算出する工程を反復することにより、最適化された推定値を段階的に生成することができる。 Further, according to the vehicle body performance prediction method of claim 1, in the post-learning neural network system 100, the estimated value related to the behavior of the vehicle body calculated based on the variable related to the behavior of the vehicle body is fed back to the input. Optimized estimates can be generated step-by-step by repeating the process of calculating the next-stage estimates on the series.

また、請求項1に記載の車体性能予測方法によれば、時系列で各々算出された推定値と変数とに基づいて、車両の挙動に係る応答を出力することにより、推定値の算出時に欠落した情報を変数によって補填して、より精度の高い応答を得ることができる。 Further, according to the vehicle body performance prediction method of claim 1, by outputting a response related to the behavior of the vehicle based on the estimated values and variables respectively calculated in time series, The obtained information can be supplemented with variables to obtain a more accurate response.

また、請求項1に記載の車体性能予測方法によれば、時系列で各々算出された推定値の損失と応答の損失とを同時に最適化することにより、応答の精度を向上させることができる。 Further, according to the vehicle body performance prediction method of claim 1, the accuracy of the response can be improved by simultaneously optimizing the loss of the estimated value and the loss of the response calculated in chronological order.

以上説明したように、本発明に係る車体性能予測方法によれば、車体性能を精度よく予測可能な車体性能予測方法を提供することができる。 As described above, according to the vehicle body performance prediction method according to the present invention, it is possible to provide a vehicle body performance prediction method capable of accurately predicting vehicle body performance.

本発明の実施の形態に係る車体性能予測方法に係る演算処理装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a specific configuration of an arithmetic processing device related to a vehicle body performance prediction method according to an embodiment of the present invention; FIG. 車体性能予測プログラムによって構築されるニューラルネットシステムの一例を示した概略図である。1 is a schematic diagram showing an example of a neural network system constructed by a vehicle body performance prediction program; FIG. 車両のロール安定性をテストするNCAP fishhook試験の計算結果の一例を示した概略図である。1 is a schematic diagram showing an example of calculated results of an NCAP fishhook test for testing vehicle roll stability; FIG. 本発明の実施の形態に係る車体性能予測方法の効果を示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the effects of the vehicle body performance prediction method according to the embodiment of the present invention;

以下、図1を用いて、本実施の形態に係る車体性能予測方法について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る車体性能予測方法に係る演算処理装置10の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 A vehicle body performance prediction method according to the present embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a specific configuration of an arithmetic processing unit 10 relating to a vehicle body performance prediction method according to an embodiment of the present invention.

演算処理装置10は、コンピュータ30を含んで構成されている。コンピュータ30は、CPU32、ROM34、RAM36、及び入出力ポート38を備える。一例としてコンピュータ30は、エンジニアリングワークステーション、又はスーパーコンピュータ等の、高度な演算処理を高速で実行できる機種であることが望ましい。 The arithmetic processing unit 10 is configured including a computer 30 . The computer 30 has a CPU 32 , a ROM 34 , a RAM 36 and an input/output port 38 . As an example, the computer 30 is desirably a model capable of executing advanced arithmetic processing at high speed, such as an engineering workstation or a supercomputer.

コンピュータ30では、CPU32、ROM34、RAM36、及び入出力ポート38がアドレスバス、データバス、及び制御バス等の各種バスを介して互いに接続されている。入出力ポート38には、各種の入出力機器として、ディスプレイ40、マウス42、キーボード44、ハードディスク(HDD)46、及び各種ディスク(例えば、CD-ROMやDVD等)48から情報の読み出しを行うディスクドライブ50が各々接続されている。 In computer 30, CPU 32, ROM 34, RAM 36, and input/output port 38 are connected to each other via various buses such as an address bus, a data bus, and a control bus. The input/output port 38 includes various input/output devices such as a display 40, a mouse 42, a keyboard 44, a hard disk (HDD) 46, and various disks (for example, CD-ROM, DVD, etc.) 48 for reading information from the disk. A drive 50 is connected to each.

また、入出力ポート38には、ネットワーク52が接続されており、ネットワーク52に接続された各種機器と情報の授受が可能とされている。本実施の形態では、ネットワーク52には、データベース(DB)54が接続されたデータサーバ56が接続されており、DB54に対して情報の授受が可能とされている。データサーバ56及びDB54は、コンピュータ30が兼ねてもよい。 A network 52 is connected to the input/output port 38 so that information can be exchanged with various devices connected to the network 52 . In this embodiment, a data server 56 to which a database (DB) 54 is connected is connected to the network 52, and information can be exchanged with the DB 54. FIG. The computer 30 may also serve as the data server 56 and the DB 54 .

DB54には、車体性能予測の対象となる車両の3D(三次元)モデルのデータ及び車体性能予測に係るデータ等が予め記憶される。DB54への情報の記憶は、コンピュータ30やデータサーバ56を介したデータの格納でもよいし、ネットワーク52に接続された他の機器を介したデータの格納でもよい。DB54に格納される3Dモデルのデータは、CAD(コンピュータ支援設計)による車両のデータでよいが、演算処理が容易なように、ジオメトリが予め調整されたデータでもよい。 The DB 54 stores in advance data of a 3D (three-dimensional) model of a vehicle for which vehicle body performance is to be predicted, data related to vehicle body performance prediction, and the like. The storage of information in the DB 54 may be data storage via the computer 30 or the data server 56 , or data storage via another device connected to the network 52 . The 3D model data stored in the DB 54 may be CAD (Computer Aided Design) vehicle data, but may also be data whose geometry has been adjusted in advance so as to facilitate arithmetic processing.

本実施の形態では、データサーバ56に接続されたDB54に、車体性能予測の対象となる車両の3Dモデルのデータ、車体の振動の観測値及び車体性能予測に係るデータ等が記憶されるものとして説明するが、コンピュータ30に内蔵されたHDD46や外付けのハードディスク等の外部記憶装置にDB54の情報を記憶するようにしてもよい。 In this embodiment, it is assumed that the DB 54 connected to the data server 56 stores 3D model data of the vehicle subject to vehicle body performance prediction, observed values of vehicle body vibration, data related to vehicle body performance prediction, and the like. As will be described, the information in the DB 54 may be stored in an external storage device such as the HDD 46 built into the computer 30 or an external hard disk.

コンピュータ30のHDD46には、車体性能を予測するための車体性能予測プログラムがインストールされている。本実施の形態では、CPU32が車体性能予測プログラムを実行することにより、車体性能を予測する。また、CPU32は、予測結果をディスプレイ40に表示させる。なお、本実施の形態の車体性能予測プログラムをコンピュータ30にインストールするには、幾つかの方法があるが、例えば、車体性能予測プログラムをCD-ROMやDVD等に記憶しておき、ディスクドライブ50にディスクをセットし、CPU32に対してセットアッププログラムを実行することによりHDD46に車体性能予測プログラムをインストールする。または、公衆電話回線やネットワーク52を介してコンピュータ30と接続される他の情報処理機器と通信することで、HDD46に車体性能予測プログラムをインストールするようにしてもよい。 A vehicle body performance prediction program for predicting vehicle body performance is installed in the HDD 46 of the computer 30 . In the present embodiment, the CPU 32 executes a vehicle body performance prediction program to predict vehicle body performance. Also, the CPU 32 causes the display 40 to display the prediction result. There are several methods for installing the vehicle body performance prediction program of the present embodiment in the computer 30. For example, the vehicle body performance prediction program is stored in a CD-ROM, DVD, or the like, , and the vehicle performance prediction program is installed in the HDD 46 by executing the setup program for the CPU 32 . Alternatively, the vehicle body performance prediction program may be installed in HDD 46 by communicating with other information processing equipment connected to computer 30 via a public telephone line or network 52 .

図2は、車体性能予測プログラムによって構築されるニューラルネットシステム100の一例を示した概略図である。本実施の形態に係るニューラルネットシステム100は、車体性能予測に係る観測値(変数)である車両パラメタを入力する入力部110と、入力された車両パラメタの予測値である中間計算パラメタを算出するシミュレータ部130と、シミュレータ部で算出した中間計算パラメタを出力する中間計算パラメタ出力部150と、車体性能予測の演算を行う演算部170と、を含む。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a neural network system 100 constructed by a vehicle body performance prediction program. The neural network system 100 according to the present embodiment includes an input unit 110 for inputting vehicle parameters, which are observed values (variables) related to vehicle body performance prediction, and an intermediate calculation parameter, which is a predicted value of the input vehicle parameters. It includes a simulator section 130, an intermediate calculation parameter output section 150 that outputs the intermediate calculation parameters calculated by the simulator section, and a calculation section 170 that performs calculation for vehicle body performance prediction.

入力部110は、車両パラメタが入力される車両パラメタ部112と、車両パラメタ及び車両パラメタに基づく中間計算パラメタをシミュレータ部130に入力すると共に、系列で1段階先の中間計算パラメタと現段階の中間計算パラメタとの差分を算出する系列データ入力部114A、114B、114C、114Dとを含む。 The input unit 110 inputs the vehicle parameters and intermediate calculation parameters based on the vehicle parameters to the vehicle parameter unit 112 to which the vehicle parameters are input, and inputs the intermediate calculation parameters based on the vehicle parameters to the simulator unit 130 . It includes series data input units 114A, 114B, 114C, and 114D for calculating differences from calculation parameters.

シミュレータ部130は、ニューラルネットワークである結合層132と、LSTM(Long Short-Term Memory)部134A、134B、134C、134Dとを含む。結合層132と、後述する演算部170の結合層174は、階層型ニューラルネットであり、具体的には多層パーセプトロンを用いる。LSTM部134A、134B、134C、134Dと、後述する演算部170のLSTM部172A、172B、172C、172Dは、再帰型ニューラルネットである。 Simulator section 130 includes a coupling layer 132 which is a neural network, and LSTM (Long Short-Term Memory) sections 134A, 134B, 134C, and 134D. The coupling layer 132 and a coupling layer 174 of the computing unit 170, which will be described later, are hierarchical neural networks, and more specifically, multilayer perceptrons are used. The LSTM units 134A, 134B, 134C, and 134D and the LSTM units 172A, 172B, 172C, and 172D of the arithmetic unit 170, which will be described later, are recursive neural networks.

中間計算パラメタ出力部150は、系列データ出力部152A、152B、152C、152Dを含む。 Intermediate calculation parameter output section 150 includes sequence data output sections 152A, 152B, 152C, and 152D.

演算部170は、LSTM部172A、172B、172C、172Dと、ニューラルネットワークである結合層174と、結合層174での演算結果を出力する応答部176と、出力結果の誤差を判定するMSE(Mean Squared Error)部178を含む。 The computing unit 170 includes LSTM units 172A, 172B, 172C, and 172D, a coupling layer 174 that is a neural network, a responding unit 176 that outputs the computation result of the coupling layer 174, and an MSE (Mean Squared Error) section 178 .

図2に示したように、本実施の形態に係るニューラルネットシステム100は、車両パラメタと(系列データ)0とに基づいてシミュレータ部130で算出した(系列データ)1を演算部170に出力すると共に、入力部110にフィードバックする。本実施の形態では、例えば、系列データ入力部114Aから結合層132、LSTM部134A、系列データ出力部152A、及びLSTM部172Aに至るまでの一連の工程が、系列のある時刻Tにおける出力を予測する。 As shown in FIG. 2, neural network system 100 according to the present embodiment outputs (series data) 1 calculated by simulator section 130 based on vehicle parameters and (series data) 0 to operation section 170. Together, it is fed back to the input unit 110 . In this embodiment, for example, a series of steps from the sequence data input unit 114A to the joint layer 132, the LSTM unit 134A, the sequence data output unit 152A, and the LSTM unit 172A predict the output at the time T with the sequence do.

入力部110では、フィードバックされた(系列データ)1と、一段階前の中間計算パラメタである(系列データ)0と、(系列データ)1と(系列データ)0との差分δ1(図示せず)と、新たに観測された車両パラメタとをシミュレータ部130入力し、シミュレータ部130で算出した新たな(系列データ)2(図示せず)を演算部170に出力すると共に、入力部110にフィードバックする。 In the input unit 110, the fed back (series data) 1 , the intermediate calculation parameter one step before (series data) 0 , and the difference δ 1 (not shown) between the (series data) 1 and the (series data) 0 ) and newly observed vehicle parameters are input to the simulator unit 130, new (series data) 2 (not shown) calculated by the simulator unit 130 are output to the calculation unit 170, and the input unit 110 provide feedback.

以後、入力部110では、フィードバックされた(系列データ)tと、一段階前の中間計算パラメタである(系列データ)t-1と、(系列データ)tと(系列データ)t-1との差分δtと、新たに観測された車両パラメタとをシミュレータ部130入力し、シミュレータ部130で算出した新たな(系列データ)t+1を演算部170に出力すると共に、入力部110にフィードバックすることを演算部170のLSTM部172Dに入力する前の(系列データ)Tを算出するまで反復する。 After that, in the input unit 110, the fed back (series data) t , the intermediate calculation parameter one step before (series data) t-1 , and (series data) t and (series data) t-1 The difference δ t and the newly observed vehicle parameters are input to the simulator unit 130, and the new (series data) t+1 calculated by the simulator unit 130 is output to the calculation unit 170 and fed back to the input unit 110. This is repeated until the (sequence data) T before input to the LSTM section 172D of the calculation section 170 is calculated.

また、本実施の形態に係るニューラルネットシステム100は、観測値である車両パラメタを演算部170の結合層174に入力するスキップコネクション116と、系列データ入力部114A、114B、114C、114Dがシミュレータ部130に入力した2つの中間計算パラメタ及びこれらの差分を演算部170のLSTM部172A、172B、172C、172Dに各々入力するスキップコネクション118A、118B、118C、118Dとを備えている。 Further, neural network system 100 according to the present embodiment includes skip connection 116 for inputting vehicle parameters, which are observed values, to coupling layer 174 of calculation unit 170, and series data input units 114A, 114B, 114C, and 114D. Skip connections 118A, 118B, 118C, and 118D input two intermediate calculation parameters input to 130 and their differences to LSTM units 172A, 172B, 172C, and 172D of the operation unit 170, respectively.

シミュレータ部130で中間計算パラメタを算出する際の処理で一部の入力情報が欠落するおそれがあるので、本実施の形態では、欠落したデータを補完するために、スキップコネクション116、118A、118B、118C、118Dを用いる。 Since some of the input information may be missing in the process of calculating the intermediate calculation parameters in the simulator unit 130, in this embodiment, the skip connections 116, 118A, 118B, 118C and 118D are used.

以下、本実施の形態に係るニューラルネットシステム100の各部の機能を説明する。
入力部110では、観測値である車両パラメタをp=(p1、p2、…、pN)、ステアリング入力角をs={s1、s2、…、sT}として、変数である車両パラメタと車両のステアリング入力角との結合であるxを下記の式(1)のように定義する。式(1)中のNは車両パラメタの次元数であり、tは系列に係るタイムステップ数であり、Tは最大のタイムステップ数である系列長である。かかるxtが中間計算パラメタと共にシミュレータ部130に入力される。

Figure 0007152367000001
The function of each part of the neural network system 100 according to this embodiment will be described below.
In the input unit 110, the vehicle parameters, which are observed values, are p = (p 1 , p 2 , ..., p N ), and the steering input angle is s = {s 1 , s 2 , ..., s T }. x, which is a combination of a vehicle parameter and a steering input angle of the vehicle, is defined as the following equation (1). In equation (1), N is the number of dimensions of the vehicle parameter, t is the number of time steps related to the sequence, and T is the length of the sequence, which is the maximum number of time steps. Such x t is input to the simulator section 130 together with intermediate calculation parameters.
Figure 0007152367000001

シミュレータ部130は、入力された値の時系列での推定値である中間計算パラメタを算出する。まず、シミュレータ部130では、結合層132において、入力された値から特徴量を抽出する。LSTM部134A、134B、134C、134Dでは、結合層132で抽出した特徴量に基づいて時系列で次段階の推定値である中間計算パラメタを算出する。LSTM部134A、134B、134Cで算出した中間計算パラメタは系列データ出力部152A、152B、152Cに出力すると共に、次系列のLSTM部134B、134C、134Dに出力する。次系列のLSTM部134B、134C、134Dでは、結合層132で抽出した特徴量と、前系列のLSTM部134A、134B、134Cから入力された中間計算パラメタとに基づいて新たな中間計算パラメタを算出する。 The simulator unit 130 calculates intermediate calculation parameters, which are estimated values of the input values in time series. First, in the simulator unit 130 , the feature amount is extracted from the input values in the coupling layer 132 . The LSTM units 134A, 134B, 134C, and 134D calculate intermediate calculation parameters, which are estimated values for the next stage in time series, based on the feature amount extracted by the coupling layer 132 . The intermediate calculation parameters calculated by the LSTM sections 134A, 134B, and 134C are output to the series data output sections 152A, 152B, and 152C, and are also output to the LSTM sections 134B, 134C, and 134D of the next series. The LSTM units 134B, 134C, and 134D of the next series calculate new intermediate calculation parameters based on the feature values extracted by the joint layer 132 and the intermediate calculation parameters input from the LSTM units 134A, 134B, and 134C of the previous series. do.

本実施の形態では、結合層132のニューラルネットワークをNN(x)、LSTM部134A、134B、134C、134DのニューラルネットワークをLSTM(x)とする。そして、結合層132の隠れ層がN層で、重み行列をW、非線形関数の活性化関数をf(x)とすると、NN(x)は、下記の式(2)で表される。

Figure 0007152367000002
In this embodiment, the neural network of the coupling layer 132 is NN(x), and the neural network of the LSTM units 134A, 134B, 134C, and 134D is LSTM(x). If the hidden layer of the coupling layer 132 is N layers, W is the weight matrix, and f(x) is the activation function of the nonlinear function, NN(x) is expressed by the following equation (2).
Figure 0007152367000002

また、シミュレータ部130の系列毎の出力は、下記の式(3)で表される。式(3)の左辺は中間計算パラメタの推定値である。

Figure 0007152367000003
Also, the output of each series of simulator section 130 is represented by the following equation (3). The left side of equation (3) is an estimate of the intermediate computational parameter.
Figure 0007152367000003

本実施の形態では、前述のように、入力部110では、中間計算パラメタ出力部150からフィードバックされた中間計算パラメタと、推定パラメタの微分を保持する一段階前の中間計算パラメタとをシミュレータ部130に入力している。しかしながら、図2の系列データ入力部114Aで入力される初期値は、(系列データ)0の1種類であるから、一段階前の中間計算パラメタは存在しない。本実施の形態では、(系列データ)0を2つ使って、下記の式(4)のようにシミュレータ部130の出力を設定する。

Figure 0007152367000004
In the present embodiment, as described above, the input unit 110 sends the intermediate calculation parameter fed back from the intermediate calculation parameter output unit 150 and the intermediate calculation parameter one step before holding the differentiation of the estimated parameter to the simulator unit 130. are entering in However, since the initial value input by the series data input unit 114A in FIG. 2 is one type of (series data) 0 , there is no intermediate calculation parameter one step before. In this embodiment, two (sequence data) 0 are used to set the output of the simulator section 130 as shown in the following equation (4).
Figure 0007152367000004

演算部170では、各系列で得られた中間計算パラメタをLSTM部172A、172B、172C、172Dに各々入力し、結合層174で応答に必要な特徴量を抽出し、抽出した特徴量から応答を算出して応答部176で出力する。演算部170の出力は、下記の式(5)のように表される。式(5)の左辺は、応答の推定値である。

Figure 0007152367000005
In the calculation unit 170, the intermediate calculation parameters obtained for each series are input to the LSTM units 172A, 172B, 172C, and 172D, respectively, the feature amount necessary for the response is extracted in the joint layer 174, and the response is calculated from the extracted feature amount. It is calculated and output by the response unit 176 . The output of the calculation unit 170 is represented by the following equation (5). The left hand side of equation (5) is the estimate of the response.
Figure 0007152367000005

前述のように、本実施の形態では、スキップコネクション116、118A、118B、118C、118Dを加えることにより精度向上を図っている。本実施の形態のスキップコネクション116は、層を通すことにより欠落してしまった情報を付加し直すために設けられている。 As described above, in this embodiment, the skip connections 116, 118A, 118B, 118C, and 118D are added to improve accuracy. The skip connection 116 of this embodiment is provided to re-add information that has been lost by passing through the layers.

本実施の形態では、中間計算パラメタを算出するシミュレータ部130と、応答を抽出する演算部170との二段階で構成されているが、シミュレータ部130で中間計算パラメタを算出する際に、一部の情報が欠落するおそれがある。本実施の形態では、スキップコネクション116により、欠落した情報を補填している。スキップコネクション116は、演算部170のLSTM部172Dからの出力値に、車両パラメタ部112で入力された車両パラメタを結合させて結合層174に入力する。スキップコネクション116により、演算部170の出力は、下記の式(6)のように表される。式(6)の左辺は、応答の推定値である。

Figure 0007152367000006
In this embodiment, the simulator unit 130 for calculating the intermediate calculation parameters and the calculation unit 170 for extracting the response are configured in two stages. information may be lost. In this embodiment, skip connections 116 compensate for missing information. Skip connection 116 combines the output value from LSTM section 172</b>D of calculation section 170 with the vehicle parameter input from vehicle parameter section 112 and inputs the result to coupling layer 174 . By the skip connection 116, the output of the calculation unit 170 is represented by the following equation (6). The left hand side of equation (6) is the estimate of the response.
Figure 0007152367000006

演算部170のMSE部178では、損失関数Lを定義して、中間計算パラメタの損失(エラー)と応答の損失(エラー)とを同時に最適化するハイブリッド損失による誤差判定を行う。 The MSE unit 178 of the computing unit 170 defines a loss function L and performs error determination by hybrid loss that simultaneously optimizes the loss (error) of the intermediate calculation parameter and the loss (error) of the response.

損失関数Lは、下記の式(7)で定義される。下記の式(7)中のyは応答の真値、zは中間計算パラメタの真値、α及びβは係数で任意の定数である。

Figure 0007152367000007
The loss function L is defined by Equation (7) below. In the following equation (7), y is the true value of the response, z is the true value of the intermediate calculation parameter, and α and β are coefficients and arbitrary constants.
Figure 0007152367000007

本実施の形態では、シミュレータの順次計算を模倣するために、一系列前の中間計算パラメタの予測値を入力する。しかしながら、ニューラルネットワークの学習時に、誤差が大きい予測値を入力すると、その後、誤差を取り除く学習を要することになってしまう。従って、学習初期は予測値を入力するのではなく、正解の値を入力する。正解を入力することにより、系列毎に誤差が少ない解にニューラルネットワークのモデルが最適化される。しかしながら、正解を入力した系列では確かに誤差が少ない解が得られるが、システム全体で誤差が少ない解が得られるとは限らない。 In this embodiment, in order to imitate the sequential calculation of the simulator, the predicted values of the intermediate calculation parameters of the preceding series are input. However, if a predicted value with a large error is input during learning of the neural network, then learning to remove the error is required. Therefore, in the early stage of learning, correct values are input instead of inputting predicted values. By inputting the correct answer, the neural network model is optimized to a solution with less error for each series. However, although it is true that a sequence in which the correct answer is input provides a solution with a small error, it is not always possible to obtain a solution with a small error for the entire system.

システム全体で誤差が少ない解を得るには、予測値を入力した際に、全体的な損失を最小化することを要する。本実施の形態では、学習初期に正解を入力し、学習中期には正解と予測値とをランダムに入力し、学習終盤には予測値のみを入力する、スケジュールドサンプリングを行うことにより、全体的に誤差が少ない解へと徐々にシステムを誘導する。正解を入力として扱った場合のシミュレータ部130の式(3)は、下記の式(8)のようになる。式(8)中のxt-1は変数xの真値、zt-1は中間計算パラメタの真値である。

Figure 0007152367000008
To obtain a low-error solution for the entire system requires minimizing the overall loss when inputting the predicted values. In this embodiment, the correct answer is input at the beginning of learning, the correct answer and the predicted value are randomly input at the middle of learning, and only the predicted value is input at the end of learning. gradually guide the system to a solution with less error. Formula (3) of the simulator unit 130 when the correct answer is treated as an input becomes the following formula (8). x t-1 in equation (8) is the true value of the variable x, and z t-1 is the true value of the intermediate calculation parameter.
Figure 0007152367000008

スケジュールドサンプリングでは、学習時にはシミュレータ部130の演算式を式(8)から式(3)へと切り替えることにより、入力を真値から推定値に変化させ、テスト時には式(3)を用いて中間計算パラメタを算出する。 In scheduled sampling, the input is changed from a true value to an estimated value by switching the arithmetic expression of the simulator unit 130 from expression (8) to expression (3) during learning, and an intermediate value is obtained using expression (3) during testing. Calculate calculation parameters.

図3は、車両のロール安定性をテストするNCAP fishhook試験の計算結果の一例を示した概略図である。図3の試験では、車速が一定時に、左右方向にステアリング操作した旋回時の車両の最大横加速度を予測した。教師データは、DOE(Design of experiments)を用いて752デザインを生成し、一例として、車両走行のシミュレータであるCarMaker(登録商標)を用いた。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of calculated results of an NCAP fishhook test for testing vehicle roll stability. In the test of FIG. 3, when the vehicle speed is constant, the maximum lateral acceleration of the vehicle at the time of turning with steering operation in the left and right directions was predicted. As training data, DOE (Design of experiments) was used to generate 752 designs, and as an example, CarMaker (registered trademark), which is a vehicle driving simulator, was used.

予測モデルの精度は平均平方誤差(Root Mean Square Error : RMSE)を用いて評価した。RMSEは、下記の式で表される。下記式中のDはデータの数である。

Figure 0007152367000009
The accuracy of the prediction model was evaluated using Root Mean Square Error (RMSE). RMSE is represented by the following formula. D in the following formula is the number of data.
Figure 0007152367000009

図4に、本実施の形態に係る車体性能予測方法の効果の一例を示す。車両パラメタから最大横加速度を予測する従来手法に比して、本実施の形態では予測誤差(RMSE)が76%低減する効果が得られた。 FIG. 4 shows an example of the effects of the vehicle body performance prediction method according to this embodiment. Compared to the conventional method of predicting the maximum lateral acceleration from the vehicle parameters, this embodiment has the effect of reducing the prediction error (RMSE) by 76%.

以上説明したように、本実施の形態によれば、学習初期に真値を入力し、学習中期に真値及び推定値をランダムに入力し、学習終盤に推定値を入力してニューラルネットシステム100を効率的に学習させることができる。 As described above, according to the present embodiment, a true value is input at the beginning of learning, a true value and an estimated value are input at random during the middle of learning, and an estimated value is input at the end of learning. can be learned efficiently.

また、本実施の形態によれば、学習後のニューラルネットシステム100において、車体の挙動に係る変数である車両パラメタに基づいて算出した車体の挙動に係る推定値である中間計算パラメタを入力にフィードバックして新たな中間計算パラメタを算出する工程を反復することにより、最適化された中間計算パラメタを段階的に生成することができる。 Further, according to the present embodiment, in the post-learning neural network system 100, an intermediate calculation parameter, which is an estimated value related to the behavior of the vehicle body calculated based on the vehicle parameter, which is a variable related to the behavior of the vehicle body, is fed back to the input. By repeating the process of calculating new intermediate calculation parameters by using

また、本実施の形態によれば、各々算出された中間計算パラメタと車両パラメタとに基づいて、車両の挙動に係る応答を出力することにより、中間計算パラメタの算出時に欠落した情報を車両パラメタによって補填して、より精度の高い応答を得ることができる。 Further, according to the present embodiment, by outputting a response related to the behavior of the vehicle based on the calculated intermediate calculation parameter and vehicle parameter, information missing when calculating the intermediate calculation parameter can be replaced by the vehicle parameter. Compensation can be used to obtain a more accurate response.

また、本実施の形態によれば、各々算出された中間計算パラメタの損失と応答の損失とを同時に最適化することにより、最終的な出力である応答の精度を向上させることができ、車体性能を精度よく予測可能な車体性能予測方法を提供することができる。 Further, according to the present embodiment, by simultaneously optimizing the loss of each calculated intermediate calculation parameter and the loss of the response, it is possible to improve the accuracy of the response, which is the final output, and improve the vehicle performance. can be provided.

10 演算処理装置
30 コンピュータ
38 入出力ポート
40 ディスプレイ
42 マウス
44 キーボード
50 ディスクドライブ
52 ネットワーク
56 データサーバ
100 ニューラルネットシステム
110 入力部
112 車両パラメタ部
114A、114B、114C、114D 系列データ入力部
116、118A、118B、118C、118D スキップコネクション
130 シミュレータ部
132 結合層
134A、134B、134C、134D LSTM部
150 中間計算パラメタ出力部
152A、152B、152C、152D 系列データ出力部
170 演算部
172A、172B、172C、172D LSTM部
174 結合層
176 応答部
178 MSE部
10 arithmetic processing unit 30 computer 38 input/output port 40 display 42 mouse 44 keyboard 50 disk drive 52 network 56 data server 100 neural network system 110 input section 112 vehicle parameter section 114A, 114B, 114C, 114D series data input section 116, 118A, 118B, 118C, 118D Skip connection 130 Simulator unit 132 Coupling layer 134A, 134B, 134C, 134D LSTM unit 150 Intermediate calculation parameter output unit 152A, 152B, 152C, 152D Sequence data output unit 170 Operation unit 172A, 172B, 172C, 172D LSTM Section 174 Coupling Layer 176 Response Section 178 MSE Section

Claims (1)

学習初期に真値を入力し、学習中期に真値及び推定値をランダムに入力し、学習終盤に推定値を入力してシステムを学習させる工程と、
学習後のシステムに、車体の挙動に係る変数に基づいて車体の挙動に係る推定値を算出する工程と、
算出した推定値を入力にフィードバックして時系列で次段階の推定値を算出する工程と、
前記時系列で次段階の推定値を算出する工程を所定回数反復する工程と、
時系列で各々算出された推定値と前記変数とに基づいて、車両の挙動に係る応答を出力する工程と、
前記時系列で各々算出された推定値の損失と前記応答の損失とを同時に最適化する工程と、
を含む車体性能予測方法。
a step of inputting a true value at the beginning of learning, randomly inputting a true value and an estimated value at the middle of learning, and inputting an estimated value at the end of learning to train the system;
a step of calculating an estimated value related to the behavior of the vehicle body based on variables related to the behavior of the vehicle body in the system after learning;
A step of feeding back the calculated estimated value to the input and calculating the estimated value of the next stage in time series;
repeating the step of calculating the estimated value of the next stage in the time series a predetermined number of times;
a step of outputting a response related to the behavior of the vehicle based on the estimated values and the variables calculated in chronological order;
simultaneously optimizing the estimated loss and the response loss calculated in the time series;
A vehicle body performance prediction method including.
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Samy Bengio, et al.,"Scheduled Sampling for Sequence Prediction with Recurrent neural Networks",arXiv,2015年09月23日,v3,https://arxiv.org/abs/1506.03099

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