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タスク切り替え型モデル予測制御の実現と実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 20K04533
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

奥田 裕之  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90456690)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードモデル予測制御 / 自動運転 / ハイブリッドダイナミカルシステム / モーションコントロール / 制御システム / システム制御理論 / 制御理論
研究開始時の研究の概要

自動車やパーソナルモビリティ等,移動体の自動走行を実現するためには,多様なタスクをシームレスに切り替えながら走行する必要がある.モデル予測制御は考慮すべき対象(自車や周囲の車両,歩行者等)やそのモデル,安全性確保や目的達成のための拘束条件を考慮しつつ車両への入力を最適化できる有用な方法であるが,タスク切り替えが生じる状況ではこれらのモデルの規模や考慮すべき変数の数,拘束条件が時間変化するため,従来のモデル予測制御手法は利用できない.本研究ではこのようにモデルや拘束条件が時変となるモデル予測制御を統一的な枠組みで,かつ実時間に解くことができるアルゴリズムを開発し,その有用性を検証する.

研究成果の概要

一般道における自動運転車の多様なタスクを実現する行動計画の実用化を目指し,モデル予測制御の枠組みを用いて,多種多彩なタスクを実時間に自動生成しながら,並列・直列にマルチタスク実行をするシステムを提案,検証した.単純かつ小規模なタスクを表現する最適化問題の部分問題であるMPCプリミティブを複数定義し,複合的なタスクをこれらの組み合わせとして表現,複合タスク用のMPCを実時間に合成する.さらに,複合タスク用MPC間をスムーズにつなぐ中間MPCをも自動生成することで滑らかかつ可解性を保ちながら複数の複合タスクを切り替えることが可能となった.また非線形MPCの高速解法を適用し,実時間実行性も確認した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

提案した手法は,自動運転の分野のみならず,複数の達成目標や制約条件が実時間に並列または直列に変化するような複雑なマルチタスクシステム一般を対象としており,ロボットやプラント制御など広い分野での応用が期待される.このような問題に対し,マルチタスク内で考慮すべき共通の要素を抽出,MPCプリミティブと定義することで,これらの組み合わせによる膨大な種類の自動制御を自動で設計・実行できるため,大幅にシステムの設計時間を短縮することができる.MPCの産業応用は幅広く,制約を考慮できる等,システムの安全・安心の向上にも寄与できるため,多様な分野で実用化が進めば大きな経済効果が期待できると考える.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] モデル予測型経路追従制御における車両運動予測モデルの比較検証2022

    • 著者名/発表者名
      青木 瑞穂, 本田康平, 奥田裕之, 鈴木達也
    • 雑誌名

      自動車技術会論文集

      巻: 53-3 ページ: 687-692

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Connection of nonlinear model predictive controllers for smooth task switching in autonomous driving2022

    • 著者名/発表者名
      Honda Kohei、Okuda Hiroyuki、Suzuki Tatsuya、Ito Akira
    • 雑誌名

      Asian Journal of Control

      巻: 25 号: 3 ページ: 1805-1822

    • DOI

      10.1002/asjc.2892

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Configuration-aware model predictive motion planning for Tractor-Trailer Mobile Robot2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Nobuaki、Okuda Hiroyuki、Suzuki Tatsuya
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 37 号: 5 ページ: 329-343

    • DOI

      10.1080/01691864.2022.2126733

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 行動の予測と誘導に基づく他交通参加者への配慮の実現2021

    • 著者名/発表者名
      奥田 裕之
    • 雑誌名

      交通科学

      巻: 52 号: 1 ページ: 18-23

    • DOI

      10.34398/kokaken.52.1_18

    • NAID

      130008138222

    • ISSN
      0288-1985, 2435-2365
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development and evaluation of driving speed controller for lane merging considering surrounding driver's intention toward stress-free driving2021

    • 著者名/発表者名
      Kawaguchi Masato、Tran Anh Tuan、Okuda Hiroyuki、Suzuki Tatsuya
    • 雑誌名

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      巻: 14 号: 1 ページ: 128-139

    • DOI

      10.1080/18824889.2021.1939627

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Driver Acceptance Modeling for Merging Car at Highway Junction and Its Application to the Design of Merging Behavior Control2021

    • 著者名/発表者名
      Okuda Hiroyuki、Suzuki Tatsuya、Harada Kota、Saigo Shintaro、Inoue Satoshi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems

      巻: 22 号: 1 ページ: 329-340

    • DOI

      10.1109/tits.2019.2957391

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 非線形モデル予測制御を用いたレーンチェンジにおける行動決定・経路計画・制御の同時実行2021

    • 著者名/発表者名
      本田 康平、奥田 裕之、鈴木 達也
    • 雑誌名

      自動車技術会論文集

      巻: 52 号: 1 ページ: 100-105

    • DOI

      10.11351/jsaeronbun.52.100

    • NAID

      130007959679

    • ISSN
      0287-8321, 1883-0811
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multi-task Model Predictive Control based on Continuation with Intermediate Mode2020

    • 著者名/発表者名
      Honda Kohei、Okuda Hiroyuki、Suzuki Tatsuya
    • 雑誌名

      Proc. of the IEEE Intelligent Transportation Systems Society Conference 2020

      巻: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/itsc45102.2020.9294663

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 合流車両に配慮した本線車両のモデル予測型車速制御2022

    • 著者名/発表者名
      寺野玲央, 本田康平, 奥田裕之, 鈴木達也
    • 学会等名
      自動車技術会学術講演会2022春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 低摩擦路面におけるドリフト走行を考慮したモデル予測型コーナリング制御2022

    • 著者名/発表者名
      Wen Han, 奥田裕之, 山口拓真, 鈴木達也
    • 学会等名
      計測自動制御学会第23回システムインテグレーション部門講演会(SI2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] モデル予測制御器のオンライン自動生成による多様な運転タスクの実現2022

    • 著者名/発表者名
      本田 康平,奥田 裕之,鈴木 達也,伊藤 章
    • 学会等名
      計測自動制御学会第10回制御部門マルチシンポジウム(MSCS2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Obstacle Avoidance Control Based on Nonlinear MPC for All Wheel Driven In-Wheel EV in Steering Failure2022

    • 著者名/発表者名
      Mizuho Aoki, Kohei Honda, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki, Akira Ito, Daisuke Nagasaka
    • 学会等名
      2022 IEEE 25th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Impact by Control Switching According to Driving Environment2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Oi, Takuma Yamaguchi, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Indication of interaction plans based on model predictive interaction control: Cooperation between AMRs and pedestrians using eHMI2022

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Suzuki, Takuma Yamaguchi, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Model Predictive Collision Avoidance for Non-Convex Environment Using Projected C-Space2021

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Ishiguro, Takuma Yamaguchi, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki,
    • 学会等名
      2022 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Configuration-aware Model Predictive Motion Planning in Narrow Environment for Autonomous Tractor-trailer Vehicle2021

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Ito, Hiroyuki Okuda, Shinkichi Inagaki, Tatsuya Suzuki
    • 学会等名
      Proceedings of 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society(IECON2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Model Predictive Path Planning for Autonomous Parking Based on Projected C-Space2021

    • 著者名/発表者名
      Takuma Yamaguchi, Tatsuya Ishiguro, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki
    • 学会等名
      The IEEE Intelligent Transportation Systems Society Conference (ITSC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of Fail-safe Model Predictive Controller for Sudden Changes in Driving Scenes2021

    • 著者名/発表者名
      Bui Tu Ha, Arun Muraleedharan, Srishti Sinha, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki,
    • 学会等名
      The IEEE Intelligent Transportation Systems Society Conference (ITSC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative Study of Prediction Models for Model Predictive Path-Tracking Control in Wide Driving Speed Range2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuho Aoki, Kohei Honda, Hiroyuki Okuda, Tatsuya Suzuki
    • 学会等名
      2021 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非線形モデル予測制御を用いたレーンチェンジにおける行動決定・経路計画・制御の同時実行2020

    • 著者名/発表者名
      本田康平,奥田裕之,鈴木達也
    • 学会等名
      自動車技術会2020春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [産業財産権] 移動体の制御装置2021

    • 発明者名
      伊藤 章,鈴木 達也,奥田 裕之,本田 康平
    • 権利者名
      伊藤 章,鈴木 達也,奥田 裕之,本田 康平
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 取得年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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