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解釈可能なAIと多項式カオス法による車内配線網の特性解明と確率的最適化設計

Research Project

Project/Area Number 22K04066
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

關根 惟敏  静岡大学, 工学部, 准教授 (00765993)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords車内配線網 / 車載ワイヤーハーネス / 特性解明 / 最適化設計 / 解釈可能なAI / 機械学習 / 深層学習 / 多項式カオス法
Outline of Research at the Start

本研究では,自動車の車内配線網の電気的特性の解釈と解明を,ブラックボックス化した人工知能(AI)を説明するための手法である「解釈可能なAI」を用いて実現する.加えて,車内配線網の確率的最適化設計環境を,効率的な統計的手法である「多項式カオス法」を用いて構築する.電気自動車や自動運転の発展に向けて複雑多様化する車内配線網を設計するにあたり,設計者が理論的・直感的に特性や性能を解釈・解明できるシステムと効率的な最適化設計環境を創出することで,実用的な自動車設計の実現に貢献する.

Outline of Annual Research Achievements

本研究では,【①車内配線網の電気的特性の解釈と解明】と【②車内配線網の確率的最適化設計】について取り組んでいる.本年度は①に関して,昨年度考案したGrad-RAM (Gradient-weighted Regression Activation Mapping)の欠点であった勾配消失による説明性の欠如を克服する改良手法として,Score-RAM (Score Regression Activation Mapping)を考案し,性能の検証を行うプログラムを作成した.この改良により,これまで活性化マップを用いた重要度の可視化が不可能であった対象に対しても重要度の可視化が可能となり,電気的特性の解釈を行えるようになった.結果として,車内配線網におけるクロストーク電圧を出力するモデルでは,最も電圧値の大きい駆動線,及び出力のクロストーク電圧に対応する受動線に注目することで高い精度を実現していることが解明できた.また,コモンモード電流を出力するモデルでは,電流値の大きい駆動線に最も注目しており,その他のワイヤについては駆動線からの距離が近いワイヤに注目していることが解明できた.
加えて,制御点を必ず通るC2内挿スプライン曲線・曲面をアイソジオメトリック解析に適用可能にした解析手法を提案した.この手法により,従来のB-スプライン曲線・曲面に基づく手法よりも境界条件を精度良く取り入れることを実現した.結果として,車内配線網におけるクロストーク電圧やコモンモード電流といった電気的特性をより高効率かつ高精度に求めることができるようになった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度考案した手法をさらに改良し,これまで解釈が不可能であった対象も扱えるようになったため,大きな進展が得られたと考える.また,車内配線網の電気的特性を精度良く効率的に求める手法が考案できたため,次年度以降の研究が円滑に実施できることが期待できる.

Strategy for Future Research Activity

昨年度に続き,本年度は車載ワイヤーハーネスの断面画像を対象としていた一方,今後は車内配線網の3次元構造を対象とした回帰モデルの作成とScore-RAMの検証を行う.検証に用いる回帰モデルは,車内配線網の3次元形状を入力,アイソジオメトリック解析による電磁界シミュレーションから算出された電気的特性を出力とする.始めに回帰モデルの訓練を行うためのデータセットの構築を行い,その後,回帰モデルの訓練と評価,及び説明可能性について検討する.
続いて②に関して,電磁界シミュレーションによる数値データに加えて,車載ワイヤーハーネスを含む実験系を利用した測定データの収集を行う.具体的には,いくつかの車載ワイヤーハーネスを用意し,それぞれに対して形状や接続する電子機器を変更して測定データを収集した後,平均や標準偏差といった統計的情報と確率密度関数を導出することを目標とする.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] 機械学習を用いた車載ワイヤーハーネスの特性解明と最適化設計2023

    • Author(s)
      關根惟敏
    • Journal Title

      月刊車載テクノロジー

      Volume: 2023年3月号 Pages: 55-58

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Isogeometric Analysis Using C2 Interpolating Splines for Curved Objects in EMC Problems2023

    • Author(s)
      Tadatoshi Sekine
    • Organizer
      2023 IEEE International Symposium on EMC+SIPI
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Score-RAM(Score Regression Activation Mapping)に基づく車載ワイヤーハーネスの電気的特性を予測する畳み込みニューラルネットワークの説明可能性に関する検討2023

    • Author(s)
      關根惟敏
    • Organizer
      電子情報通信学会環境電磁工学研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Performance Judgment of Automotive Wire Harness Based on Convolutional Neural Network2022

    • Author(s)
      Tadatoshi Sekine
    • Organizer
      2022 IEEE International Symposium on EMC+SIPI
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stochastic Modeling and Analysis of Automotive Wire Harness Based on Machine Learning and Polynomial Chaos Method2022

    • Author(s)
      Tadatoshi Sekine
    • Organizer
      EMC Europe 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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