日立Astemo,モデルベースデザインによるアダプティブクルーズコントロール(ACC)用のモデル予測コントローラーを開発

Accシステムの動作は，前方の車両の速度と加速度によって変化します。日立オートモティブシステムズのエンジニアは,標準的な比例——積分——微分(PID)コントローラーによる設計は困難であるという結論に達し,代わりにMPCを使用することを選択しました。MPCアルゴリズムは複数の目的のバランスを取るのに適しています。例えば、渋滞時における応答性の高さと安全な車間距離の確保、交通量の少ない高速道路での安定した車間距離と走行速度の維持などです。ただし、MPC アルゴリズムには、タイムステップごとに最適化問題を解決するのに要する計算負荷について課題があります。MPC アルゴリズムを組み込みターゲット上で実装する場合に、この計算負荷によって PID コントローラーよりも多くの処理能力とメモリが必要になるのです。

従来,日立での高浜氏のチームは手作業によってC言語で制御アルゴリズムを記述し,比較的単純な制御システムを開発していました。しかし，複雑なMPCのコ，ドを手作業で作成するのは非常に困難となることが予想されました。チームが必要としたのは,連続した停止発進用のACCシステムの厳密な応答要件を満たす新しいコントローラーを設計し,組み込みマイクロプロセッサに実装することです。開発時間を短縮するために手作業によるコ，ド作成を最小限に抑える必要もありました。

日立オートモティブシステムズは,MATLABおよび仿真万博1manbetx软件を使用したモデルベースデザインを採用し,MPCベースの組み込みACCシステムのコードをモデリング,シミュレーション,および生成しました。

エンジニアは仿万博1manbetx真软件で模型预测控制工具箱™を使用し,コントローラーをモデリングしました。さらに,予測区間,制御区間,評価関数の重みに加えて,アクチュエーターと加速度応答の制約を調整するための調整可能なパラメーターを設定しました。

予測用のプラントモデルを作成するために,万博1manbetx仿真软件のs函数を使用して従来のCコードへのインターフェイスを作成しました。これにより，車両のエンジン，トルクコンバ，タ，ブレ，キの非線形特性を捉えます。

チームは仿万博1manbetx真软件で閉ループシミュレーションを行い,渋滞や高速運転などのさまざまな運転状況におけるコントローラーのパフォーマンスを評価しました。その後，matlabでシミュレ，ション結果の後処理を行い，デ，タを可視化しました。

このシミュレ，ション結果に基づいて，コントロ，ラ，の重みと制約を修正しました。この修正により，前の車両が急加速した場合に急ブレ，キや大きな車間距離が発生するのを防ぎます。また,最適化問題を解決するための計算負荷を減らすために,サンプル時間,予測区間,および制御区間についてさまざまな選択肢を評価しました。

そして，嵌入式编码器^®を使用したMPCベースのアダプティブクルーズコントローラーから,実行速度に最適化した3400行以上のコードを生成しました。生成されたコ，ドには，mpcで使用される二次計画法(qp)ソルバ，が含まれています。

生成されたコードをソフトウェアインザループ(SIL)シミュレーションでテストした後,実車環境の32ビットマイクロプロセッサに展開しました。現在,日立オートモティブシステムズは,公道でMPCベースACCシステムのオンロードテストを行っています。

エンジニアリングチームは,MATLABと仿真软万博1manbetx件を用いたモデルベースデザインの使用を他のプロジェクトに拡大しました。それによって，四輪操舵車用のコントロ，ラ，の開発時間が短縮されたプロジェクトもあります。

• コントロ，ラ，の開発時間を半減。“従来のアプロ，チでは，mpcのような複雑なコントロ，ラ，の開発には約1年を要したでしょう。モデルベスデザンでは，約6か月でプロトタプの開発ができました”と高浜氏は話します。“QPソルバー用に生成されたコードは非常に効率的だったので,他のソルバーを探し求める必要はありませんでした。」
• 何か月もかかる手作業によるコ，ド作成を排除。“設計を変更するたびにMPCのすべてのコードを手作業で作成すると,スケジュールに2か月以上の追加工程が必要になります”と高浜氏は話します。“嵌入式编码器を使用したので,コントローラーの機能を確認した後は,組み込みプロセッサに実装するのにほとんど時間がかかりませんでした。」
• テストの速度と効率が向上。“モデルベスデザンにより，テスト時間が大幅に短縮されました”と高浜氏は話します。”silシミュレ，ションでテスト結果を再現しました。これにより,発生した問題の原因を特定し,検討した対策を評価して,対策を織込んだコードを生成できます。このプロセスを必要に応じて繰り返し，応答性やロバスト性を検証できました。」