(57)【要約】【課題】モデルに用いられるパラメータの同定精度の低下を抑制することができるパラメータ同定装置を提供する。【解決手段】対象物を模擬するモデルに用いられるパラメータの最適値を同定するパラメータ同定装置である。この装置は、実測波形を取得するデータ取得部と、実測波形に対応するシミュレーションを行うことにより計算波形を計算する計算部と、実測波形及び計算波形それぞれを複数の周波数帯域の波形成分に分割する分割部と、周波数帯域ごとに、実測波形の波形成分に対する計算波形の波形成分の誤差を算出する誤差算出部と、周波数帯域ごとの誤差と周波数帯域ごとの所定の重みとを用いて重み付き和を算出する重み付け部と、重み付き和が最小となるように最適化してパラメータの最適値を同定する同定部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を模擬するモデルに用いられるパラメータの最適値を同定するパラメータ同定装置であって、
前記対象物を実測することによって得られる時系列の波形である実測波形を取得するデータ取得部と、
前記パラメータ及び前記モデルを用いて前記実測に対応するシミュレーションを行うことにより、時系列の波形である計算波形を計算する計算部と、
前記実測波形及び前記計算波形それぞれを複数の周波数帯域の波形成分に分割する分割部と、
前記周波数帯域ごとに、前記実測波形の波形成分に対する前記計算波形の波形成分の誤差を算出する誤差算出部と、
前記周波数帯域ごとの前記誤差と前記周波数帯域ごとに予め定められた重みとを用いて重み付き和を算出する重み付け部と、
前記重み付き和が最小となるように前記パラメータを最適化することにより、前記パラメータの最適値を同定する同定部と、
を備えるパラメータ同定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメータ同定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両を模擬するＣＡＥ（Computer AidedEngineering）モデルのパラメータ同定装置が記載されている。この装置は、車両が走行する際に計測された油圧波形とＣＡＥモデルを用いたシミュレーションによって計算された油圧波形とを比較する目的関数（評価関数）を用いて、ＣＡＥモデルのパラメータを同定する。目的関数は、各時刻において計測された油圧波形と計算された油圧波形との差分の二乗を、時刻で積分した項を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９９８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の装置が対象とする波形は、周波数帯域ごとの波形成分を有する。しかしながら、特許文献１記載の目的関数は、波形全体の差分を評価しているため、結果的に波形の全周波数成分を均等に取り扱うことになる。一般的に、波形成分の変動（振幅）の大きさは周波数帯域ごとに異なるため、全周波数成分を均等に取り扱う場合には、変動が大きい波形成分ほど目的関数に与える影響が大きくなる。つまり、特許文献１記載の装置では、変動が小さい波形成分ほど目的関数の増減に寄与しなくなり、結果として目的関数を最小化させるパラメータの同定精度が低下するおそれがある。
【０００５】
本技術分野では、モデルに用いられるパラメータの同定精度の低下を抑制することができるパラメータ同定装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパラメータ同定装置は、対象物を模擬するモデルに用いられるパラメータの最適値を同定するパラメータ同定装置であって、対象物を実測することによって得られる時系列の波形である実測波形を取得するデータ取得部と、パラメータ及びモデルを用いて実測に対応するシミュレーションを行うことにより、時系列の波形である計算波形を計算する計算部と、実測波形及び計算波形それぞれを複数の周波数帯域の波形成分に分割する分割部と、周波数帯域ごとに、実測波形の波形成分に対する計算波形の波形成分の誤差を算出する誤差算出部と、周波数帯域ごとの誤差と周波数帯域ごとに予め定められた重みとを用いて重み付き和を算出する重み付け部と、重み付き和が最小となるようにパラメータを最適化することにより、パラメータの最適値を同定する同定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モデルに用いられるパラメータの同定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るパラメータ同定装置の機能ブロック図である。
【図２】実測波形の一例と周波数帯域別の波形成分とを示すグラフである。
【図３】パラメータ同定装置が用いる目的関数を説明する図である。
【図４】パラメータ同定装置のパラメータ同定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
［パラメータ同定装置の概要］
図１は、本実施形態に係るパラメータ同定装置１の機能ブロック図である。図２は、実測波形の一例と周波数帯域別の波形成分とを示すグラフである。図３は、パラメータ同定装置が用いる目的関数を説明する図である。
【００１１】
図１に示されるパラメータ同定装置１は、対象物を模擬するモデルに用いられるパラメータの最適値を同定する装置である。対象物とは、設計対象や評価対象の有体物であり、例えば、製品、構成部品、生体などである。以下では対象物が車両である場合を例に説明する。また、モデルとは、パラメータを用いて対象物の構造、機能、形状などを記述することにより対象物を模擬するものであり、例えば、ＣＡＥモデルである。対象物を模擬するとは、対象物の動作を模擬することも含み得る。パラメータとは、モデルにおいて対象物を記述するために用いられる数値であり、例えば、質量、寸法、剛性、取り付け負荷などである。最適値とは、対象物を最も忠実に再現することができるパラメータである。
【００１２】
図１に示されるように、パラメータ同定装置１は、機能的には、データ取得部１０、計算部１１、分割部１２、誤差算出部１３、重み付け部１４及び同定部１５を備える。なお、パラメータ同定装置１は、物理的には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成される。
【００１３】
データ取得部１０は、対象物を実測することによって得られる時系列の波形である実測波形Ｍ（ｔ）を取得する（図３参照）。実測波形Ｍ（ｔ）とは、実測された波形であり、例えば、対象物の位置、動作（速度、向きなど）、力、速度などを、センサを用いて実測した結果である。波形とは、振幅、周波数などで規定され、周波数に依存した波形成分の合成値である。つまり、ある周波数帯域を２つに分割して低周波数帯域及び高周波数帯域とした場合、波形は、低周波数帯域の波形成分と、高周波数帯域の波形成分との合成値となる。パラメータ同定装置１は、例えば対象物である車両に設けられたセンサ２０に接続されており、データ取得部１０は、センサ２０から実測波形を取得する。
【００１４】
実測波形Ｍ（ｔ）の一例として、以下では走行中の車両に加わる上下力［Ｎ］を説明する。上下力は、車両のシャフトに設けられたロードセルなどのセンサ２０により計測される。上下力は、例えば路面の突起などをタイヤが乗り上げたときに、時間［秒］に依存した波形（広帯域の波形）となる。図２に示す実測波形（生データ）は、突起を有するドラム上で車両を走行させ、突起を乗り上げたときの上下力をロードセルで計測した結果である。データ取得部１０は、図２に示されるような実測波形Ｍ（ｔ）を取得する。
【００１５】
計算部１１は、パラメータ及びモデルを用いて実測に対応するシミュレーションを行うことにより、時系列の波形である計算波形Ｃ（ｔ）を計算する（図３参照）。計算波形Ｃ（ｔ）とは、パラメータ及びモデルを用いたシミュレーションにより計算された波形である。計算部１１は、モデル１１０及びパラメータ群１１１を有する。モデル１１０は、例えばＣＡＥモデルであり、パラメータ群１１１は例えばＣＡＥモデルで用いられる複数のパラメータである。上下力の波形を例にすると、計算部１１は、車両を模擬するために妥当と想定される所定のパラメータ群１１１とＣＡＥモデルとを用いて、上下力の実測に対応するシミュレーションを行い、図２に示された実測波形Ｍ（ｔ）に対応する計算波形Ｃ（ｔ）を計算する。
【００１６】
分割部１２は、実測波形Ｍ（ｔ）及び計算波形Ｃ（ｔ）それぞれを複数の周波数帯域の波形成分に分割する（図３参照）。実測波形Ｍ（ｔ）及び計算波形Ｃ（ｔ）それぞれは、広帯域の波形であり、周波数に依存した波形成分を有している。分割部１２は、例えば、フィルタを用いて、広帯域の波形である実測波形Ｍ（ｔ）及び計算波形Ｃ（ｔ）を、低周波帯域の波形成分と高周波帯域の波形成分とに分割する。分割部１２は、例えば実測波形Ｍ（ｔ）及び計算波形Ｃ（ｔ）それぞれにローパスフィルタを適用し、低周波帯域の波形成分Ｍｌ（ｔ）及び波形成分Ｃｌ（ｔ）を得る。また、分割部１２は、例えば、実測波形Ｍ（ｔ）及び計算波形Ｃ（ｔ）それぞれにハイパスフィルタを適用し、高周波帯域の波形成分Ｍｈ（ｔ）及び波形成分Ｃｈ（ｔ）を得る。このように、分割部１２は、広周波帯域を低周波帯域と高周波帯域との２つの帯域に分割する。
【００１７】
図２では、実測波形Ｍ（ｔ）を、低周波数帯域の波形成分Ｍｌ（ｔ）（一例として１２０Ｈｚ以下の波形成分）と、高周波数帯域の波形成分Ｍｈ（ｔ）（一例として１２０Ｈｚ以上の波形成分）とに分割した例を示している。図２に示されるように、低周波数帯域の波形成分Ｍｌ（ｔ）は高周波数帯域の波形成分Ｍｈ（ｔ）と比べて変動が極めて大きい。このような場合、全ての周波数帯域を均等に扱って目的関数を構築し、モデルのパラメータを最適化すると、低周波数帯域の波形成分Ｍｌ（ｔ）の影響が支配的となり、適切な最適化を行うことができないおそれがある。このため、分割部１２により波形を分割し、後述のとおり、異なる重み付けを行って目的関数を構築する。
【００１８】
誤差算出部１３は、周波数帯域ごとに、実測波形Ｍ（ｔ）の波形成分に対する計算波形Ｃ（ｔ）の波形成分の誤差を算出する（図３参照）。誤差とは、例えば実測波形Ｍ（ｔ）の波形成分と計算波形Ｃ（ｔ）の波形成分との差分である。誤差として、各時刻の差分の二乗和を採用してもよい。図２に示される例のように、実測波形を高周波帯域及び低周波帯域に分割する場合には、高周波帯域における誤差、及び、低周波帯域における誤差をそれぞれ算出する。図３に示されるように、低周波帯域における誤差をＥｌ、高周波帯域における誤差をＥｈとすると、以下の式（１）及び式（２）のように表現することができる。
【数１】
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【００１９】
重み付け部１４は、周波数帯域ごとの誤差Ｅｌ，Ｅｈと周波数帯域ごとに予め定められた重みｗｌ，ｗｈとを用いて重み付き和Ｅを算出する（図３参照）。図２に示された例のように、実測波形を低周波帯域及び高周波帯域に分割する場合には、低周波帯域における重みｗｌ、及び、高周波帯域における重みｗｈが予め定められている。重みは、例えば、変動の小さな波形成分ほど大きく設定されてもよい。例えば、高周波帯域における重みｗｈは、低周波帯域における重みｗｌよりも大きく設定されている。重みは、例えば、パラメータ同定装置１の記憶装置に予め記憶されている。重み付け部１４は、重み付け加算を行うことにより、重み付き和を算出する。具体的には、以下の式（３）のように表現される。
【数２】
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重み付け部１４により算出された重み付き和Ｅは、パラメータ同定のための目的関数となる。
【００２０】
同定部１５は、重み付き和Ｅが最小となるようにパラメータ群１１１を最適化することにより、パラメータ群１１１の最適値を同定する。同定部１５は、最適化アルゴリズムを用いて重み付き和Ｅを最適化する。最適化アルゴリズムとして、例えば、最急降下法、Levenberg-Marquardt法などが用いられる。
【００２１】
［パラメータ同定処理のフローチャート］
図４は、パラメータ同定装置１のパラメータ同定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、パラメータ同定装置１の動作指示をユーザから受け付けたタイミングで開始される。
【００２２】
図４に示されるように、データ取得処理（Ｓ１０）が開始される。データ取得部１０は、データ取得処理（Ｓ１０）として、実測波形Ｍ（ｔ）を取得する。例えば、データ取得部１０は、センサ２０から実測波形を取得する。次に、計算部１１は、計算処理（Ｓ１２）として、実測波形に対応する計算波形を算出する。計算部１１は、例えば、パラメータ群１１１及びモデル１１０を用いて、シミュレーションにより計算波形Ｃ（ｔ）を算出する。
【００２３】
次に、分割部１２は、分割処理（Ｓ１４）として、Ｓ１０，Ｓ１２の処理で得られた実測波形Ｍ（ｔ）及び計算波形Ｃ（ｔ）に、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタをそれぞれ適用する。分割部１２は、実測波形Ｍ（ｔ）の低周波帯域の波形成分Ｍｌ（ｔ）、計算波形Ｃ（ｔ）の低周波帯域の波形成分Ｃｌ（ｔ）、実測波形Ｍ（ｔ）の高周波帯域の波形成分Ｍｈ（ｔ）、計算波形Ｃ（ｔ）の高周波帯域の波形成分Ｃｈ（ｔ）を出力する。
【００２４】
次に、誤差算出部１３は、誤差算出処理（Ｓ１６）として、周波数帯域ごとに誤差を算出する。誤差算出部１３は、上述した式（１）及び式（２）を用いて、誤差Ｅｌ，Ｅｈを算出する。次に、重み付け部１４は、重み付け処理（Ｓ１８）として、誤差算出処理（Ｓ１６）にて算出された誤差Ｅｌ，Ｅｈと、周波数帯域ごとに予め定められた重みｗｌ，ｗｈとを用いて、式（３）より重み付き和を算出する。そして、パラメータ同定装置１の同定部１５は、同定処理（Ｓ２０）として、重み付き和Ｅが最小となるようにパラメータ群１１１を最適化する。以上で図４に示されるフローチャートが終了する。フローチャートは、次回の要求タイミングにおいて最初から実行される。
【００２５】
［実施形態に係る情報取得装置の効果］
実施形態に係るパラメータ同定装置１では、波形をそのまま用いて差分を算出して評価するのではなく、波形を周波数帯域ごとに分割し、周波数帯域ごとに差分を算出して評価する。さらに、周波数帯域ごとに重み付けした目的関数としている。このため、特定の周波数帯域の変動が大きい場合であっても、重み付けで調整することができるため、モデルに用いられるパラメータの同定精度の低下を抑制することができる。
【００２６】
上述した実施形態は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。例えば、上述した実施形態では、分割部１２がローパスフィルタ及びハイパスフィルタを用いて周波数帯域を２つに分割する例を説明したが、分割部１２はバンドパスフィルタを用いて周波数帯域を３つ以上に分割してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１…パラメータ同定装置、１０…データ取得部、１１…計算部、１２…分割部、１３…誤差算出部、１４…重み付け部、１５…同定部、２０…センサ、１１１…パラメータ群、１１０…モデル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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