KR101925988B1 - Method For Calculating Energy Consumption Of Car By Utilizing Deep Learning For Implementing The Reduction Of Carbon Discharge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량의 에너지 소모량 산출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 탄소배출량 저감을 이행하기 위한 인공신경망에 의한 기계 학습의 일종인 딥러닝을 활용한 차량의 에너지 소모량 산출 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
최근들어 차량의 연비를 향상시켜 환경오염을 줄이려는 에코드라이빙에 관심이 높아져 가고 있다. 운전자가 에코드라이빙을 할 수 있도록 하기 위해서는, 연료소모량을 실시간으로 측정하여 운전자에게 디스플레이할 필요가 있다. 그런데, 순시적 연료소모율을 정확하게 측정하고 표시하기 위해서는, 연료분사량 측정장치를 별도로 차량에 설치하여야 한다. 그러한 장치의 장착 없이 출고된 완성차에 그러한 장치를 장착하는 것은 자동차의 가격을 불필요하게 상승시키는 요인이 되므로 특별한 목적을 수행하기 위한 것이 아니라면 바람직하지 않다. 완성차의 조립단계에서 그러한 장치를 장착하는 경우라도 추가되는 기능 대비 높은 비용을 지불하여야 하므로 바람직하지 않다. In recent years, interest in eco-driving has been increasing in order to improve the fuel efficiency of vehicles and reduce environmental pollution. In order for the driver to be able to drive eco-driving, it is necessary to measure fuel consumption in real time and display it to the driver. However, in order to accurately measure and display the instantaneous fuel consumption rate, the fuel injection quantity measuring device must be installed separately in the vehicle. It is undesirable to mount such a device on a finished vehicle that has been shipped without mounting such a device, since this would unnecessarily increase the price of the automobile and is not for a specific purpose. Even when such a device is mounted in the assembling step of the finished vehicle, it is not preferable because it is required to pay a higher cost than the added function.
대한민국 특허등록 제10-1205983호(2012. 11. 22. 등록는 스마트폰을 이용한 차량용 에코드라이브 인디케이터를 개시하고, 대한민국 특허등록 제10-1308264호(2013. 09. 06. 등록)는 에너지 소모율을 고려하는 네비게이션 장치 및 방법을 개시하며, 대한민국 특허등록 제10-1249421호(2013. 03. 26. 등록)는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치를 개시한다. Korea Registered Patent No. 10-1205983 (Registered on November 22, 2012) Registered Eco Drive Indicator for Automobile using Smart Phone and Korea Registered Patent No. 10-1308264 (Registered on Mar. 09, 2013) considers energy consumption rate And a Korean Patent Registration No. 10-1249421 (registered on Mar. 26, 2013) discloses an eco-drive induction device by real-time input of only a GPS data.
상기한 발명들에서는 차량의 연료소모량은 차량출력과 변환계수의 곱으로 표현되고, 차량출력은 차량구동력과 차량속도의 곱으로 표현되며, 차량구동력은 구름저항력, 공기저항력, 구배저항력 및 가속저항력의 합으로 표현될 수 있다. 즉, 차량의 연료소모량은 차량구동력으로부터 산출할 수 있다. 차량구동력을 산출하기 위해서는, 차량의 속도 및 도로의 경사도뿐만 아니라 차량의 중량, 구름저항계수, 공기저항계수 등을 알아야 한다. 그런데, 차량의 구름저항계수 및 공기저항계수에 대한 정확한 값은 일반적으로 차량 제조사 및 타이어 제조사 외부에 알려져 있지 않다는 한계가 있어 차량구동력으로부터 차량의 연료소모량을 정확하게 산출할 수 없다는 한계가 있었다. In the above inventions, the fuel consumption amount of the vehicle is expressed by the product of the vehicle output and the conversion coefficient, the vehicle output is expressed by the product of the vehicle driving force and the vehicle speed, and the vehicle driving force is represented by the rolling resistance, air resistance, Can be expressed as a sum. That is, the fuel consumption amount of the vehicle can be calculated from the vehicle driving force. In order to calculate the vehicle driving force, it is necessary to know not only the speed of the vehicle and the inclination of the road but also the weight of the vehicle, the rolling resistance coefficient, and the air resistance coefficient. However, since the accurate values of the rolling resistance coefficient and the air resistance coefficient of the vehicle are generally unknown to the vehicle manufacturer and the tire manufacturer, there is a limitation in that the fuel consumption amount of the vehicle can not be accurately calculated from the vehicle driving force.
상기한 에코드라이빙은 기후변화협약에 따른 온실가스 감축목표를 구체적으로 이행하기 위한 방안으로서 합의된 교토의정서에 기초한 온실가스배출저감, 특히 탄소배출저감을 위한 각 국의 노력과도 부합된다. 개발도상국이 국제연합 기후변화협약(UNFCCC: United Nations Framework Convention on Climate Change)에 직접 보고하도록 되어 있는 자발적인 온실가스 감축 조치를 의미하는 국가적정 온실가스 감축행동(NAMA; Nationally Appropriate Mitigation Actions)이 개발도상국의 중요한 행동지침으로 제시되고 있다. 선진국과 개발도상국의 온실가스 저감행동은 측정, 보고 및 검증가능한 방식, 즉 MRV(Measurable, Reportable And Verifiable) 방식이어야 한다. 에코드라이빙은 교통부문에서 NAMA를 실행하는 유력한 수단이 될 수 있지만, 아직까지 실효성있는 MRV 방식이 충분히 개발되어 있지 않다는 한계가 있다. The above-mentioned eco-driving is also consistent with the efforts of the governments to reduce GHG emissions, especially carbon emissions, based on the agreed Kyoto Protocol as a way to implement the GHG reduction goals pursuant to the Convention on Climate Change. Nationally Appropriate Mitigation Actions (NAMA), which means voluntary greenhouse gas reduction measures that developing countries are expected to report directly to the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) As well as a number of other issues. Greenhouse gas mitigation actions in developed and developing countries should be measurable, reportable and verifiable (MRV). Eco-driving can be a powerful means of implementing NAMA in the transportation sector, but there is a limit to the fact that the MRV method has not yet been developed sufficiently.
한편, 대한민국 특허등록 제10-0274579호(2000. 09. 14. 등록)는 신경망 모형 기법을 통한 차종 인식방법을 개시하고, 대한민국 특허등록 제10-0837244호(2008. 06. 04. 등록)는 자동차 번호판의 영상 인식 시스템 및 그 방법을 개시하며, 대한민국 특허등록 제10-1703163호(2017. 01. 31. 등록)는 차량의 복합 고장을 예측하기 위한 장치 및 방법을 개시하고, 대한민국 특허공개 제10-2018-0029543호(2018. 03. 21. 공개)는 딥러닝을 통한 자동차 상태 진단 방법을 개시하며, 대한민국 실용신안등록 제20-0173957호(1999. 12. 23. 등록)는 신경망회로를 이용한 주행거리 자동유지시스템을 개시하고, 대한민국 실용신안공개 제1999-0028544호(1999. 07. 15. 공개)는 차량의 공연비 제어 시스템을 개시한다. On the other hand, Korean Patent Registration No. 10-0274579 (registered on Mar. 14, 2000) discloses a vehicle identification method using a neural network model technique, and Korean Patent Registration No. 10-0837244 (registered on June 06, 2008) Korean Patent Registration No. 10-1703163 (registered on Jan. 31, 2013) discloses an apparatus and a method for predicting a complex failure of a vehicle, 10-2018-0029543 (published on Mar. 21, 2018) discloses a method of diagnosing the state of the vehicle through deep running, and Korean Utility Model Registration No. 20-0173957 (registered on December 23, 1999) And a Korean Utility Model Laid Open Publication No. 1999-0028544 (published on June 15, 1999) discloses a system for controlling the air-fuel ratio of a vehicle.
지금까지 인공신경망에 의한, 특히 딥러닝을 활용하여 차량의 연료소모량을 실시간으로 측정하려는 시도는 없었다. Until now, there has been no attempt to measure the fuel consumption of a vehicle in real time by artificial neural network, especially using deep running.
본 발명의 목적은 인공신경망에 의하여, 특히 딥러닝을 활용하여 차량의 연료소모량 또는 차량의 전기소모량과 같은 차량의 에너지 소모량을 산출함으로써 차량의 에너지 소모량을 더욱 정확하게 그리고 더욱 융통성 있게 산출할 수 있는 차량의 에너지 소모량 산출 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a vehicle capable of calculating the energy consumption of the vehicle more accurately and more flexibly by calculating the energy consumption of the vehicle such as the fuel consumption amount of the vehicle or the electric consumption amount of the vehicle by utilizing the artificial neural network, And a method for calculating the energy consumption of the apparatus.
본 발명의 목적은 또한 교통부문 NAMA에서 MRV 방식을 실효성있게 구현할 수 있는 차량의 에너지 소모량 산출 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for calculating the energy consumption of a vehicle that can effectively implement the MRV method in the transportation sector NAMA.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 방법은 실험 차량에 GPS 수신부 및 에너지 소모량 측정부를 포함하는 데이터 수집장치를 설치하는 단계; 상기 실험 차량을 실제 도로에서 주행시켜 상기 GPS 수신부에 의하여 미리 정해진 매 시간간격마다 상기 실험 차량의 속도 및 상기 실험 차량이 주행하는 상기 도로의 경사각을 측정하고 또한 상기 에너지 소모량 측정부에 의하여 동일한 매 시간간격마다 상기 실험 차량의 에너지 소모량을 측정하며, 상기 데이터 수집장치에 의하여 상기 GPS 수신부에 의하여 측정한 상기 실험 차량의 속도 및 상기 도로의 경사각 그리고 상기 에너지 소모량 측정부에 의하여 측정한 상기 실험 차량의 에너지 소모량을 매칭시킴으로써 실험 데이터를 수집하는 단계; 상기 데이터 수집장치에 의하여 수집된 상기 실험 데이터를 입력층, 하나 이상의 은닉층 및 출력층을 포함하는 인공신경망을 가지는 인공신경망 서버에게 전달하는 단계; 상기 인공신경망 서버는 상기 실험 차량의 속도 및 상기 도로의 경사각을 입력값으로 상기 입력층에 입력하고, 상기 입력층에서 첫번째 은닉층으로의 변환, 은닉층이 복수개로 존재하는 경우 은닉층에서 다음 은닉층으로의 변환 및 마지막 은닉층에서 상기 출력층으로의 변환에 적용되는 매개변수들을 임의로 설정한 후 상기 출력층에서 산출되는 출력값을 상기 데이터 수집장치로부터 전달받은 상기 실험 차량의 에너지 소모량과 비교하는 단계; 상기 인공신경망 서버는 상기 출력값과 상기 실험 차량의 에너지 소모량 간의 오차가 미리 정해진 허용범위를 벗어나는 것으로 판단하는 경우, 상기 인공신경망에 적용되는 상기 매개변수들을 변경한 후 상기 출력값을 다시 산출하는 단계; 상기 인공신경망 서버는 상기 출력값과 상기 실험 차량의 에너지 소모량 간의 오차가 미리 정해진 허용범위 이내인 것으로 판단하는 경우, 상기 인공신경망에 적용된 상기 매개변수들을 확정하는 단계; 상기 인공신경망 서버는 상기 실험 차량의 차종, 상기 실험에 적용된 상기 도로의 종류 및 상기 실험에 적용된 상기 도로의 구간 중 최소한 하나에 대하여 상기 확정된 매개변수들이 매칭된 매개변수 데이터를 저장하는 단계; 상기 인공신경망 서버에 의하여 산출된 상기 매개변수 데이터를 어떤 주행 차량에 장착되는 인공신경망 에너지 소모량 산출장치에 전달하는 단계; 상기 주행 차량의 상기 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 상기 인공신경망 서버에 적용된 상기 인공신경망과 동일한 인공신경망을 가지고, 그러한 인공신경망에 상기 주행 차량의 종류, 상기 주행 차량이 주행하는 도로의 종류 및 상기 실험에 적용된 상기 도로의 구간 중 최소한 하나에 대하여 적용되는 상기 매개변수 데이터를 적용하여 상기 주행 차량의 속도 및 주행 도로의 경사각에 따른 상기 주행 차량의 에너지 소모량을 산출하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of calculating energy consumption of a vehicle, the method comprising: installing a data collection device including a GPS receiver and an energy consumption measurement unit on an experimental vehicle; The speed of the test vehicle and the inclination angle of the road on which the test vehicle travels are measured at every predetermined time interval by the GPS receiver, Wherein the control unit measures the energy consumption of the test vehicle at every interval, calculates the speed of the test vehicle measured by the GPS receiver, the inclination angle of the road, and the energy of the test vehicle measured by the energy consumption measuring unit Collecting experimental data by matching consumptions; Delivering the experimental data collected by the data collection device to an artificial neural network server having an artificial neural network including an input layer, at least one hidden layer and an output layer; Wherein the artificial neural network server inputs the velocity of the experimental vehicle and the inclination angle of the road as input values to the input layer, and converts the input layer into a first hidden layer, when the plurality of hidden layers exist, And arbitrarily setting parameters to be applied to conversion from the final hidden layer to the output layer, and comparing an output value calculated in the output layer with an energy consumption amount of the experimental vehicle received from the data collection device; When the neural network server determines that an error between the output value and the energy consumption amount of the experimental vehicle is out of a predetermined allowable range, calculating the output value after changing the parameters applied to the artificial neural network; Determining the parameter applied to the artificial neural network when the artificial neural network server judges that an error between the output value and the energy consumption amount of the experimental vehicle is within a predetermined allowable range; Wherein the artificial neural network server stores parameter data matched with the determined parameters for at least one of a vehicle type of the experimental vehicle, a type of the road applied to the experiment, and an interval of the road applied to the experiment; Transmitting the parameter data calculated by the artificial neural network server to an artificial neural network energy consumption calculating apparatus mounted on a traveling vehicle; Wherein the artificial neural network energy consumption calculation device of the traveling vehicle has an artificial neural network that is the same as the artificial neural network applied to the artificial neural network server, and the type of the traveling vehicle, the type of the road on which the traveling vehicle travels, And applying the parameter data to at least one of the sections of the roads applied to the driving vehicle to calculate the energy consumption of the driving vehicle according to the speed of the driving vehicle and the inclination angle of the driving road.
상기 인공신경망은 두 개 이상의 은닉층을 가지는 것이 바람직하다.The artificial neural network preferably has two or more hidden layers.
상기 주행 차량의 상기 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 GPS 수신부에 의하여 미리 정해진 매 시간간격마다 상기 주행 차량의 속도 및 상기 주행 차량이 주행하는 상기 도로의 경사각을 측정하는 것이다.The artificial neural network energy consumption calculation device of the traveling vehicle measures the speed of the traveling vehicle and the inclination angle of the road on which the traveling vehicle travels at every predetermined time interval by the GPS receiver.
상기 주행 차량의 상기 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 지도 데이터를 가지고 있고, 상기 GPS 수신부에 의하여 파악된 상기 주행 차량의 위치와 상기 지도 데이터를 결합하여 상기 주행 차량이 주행하고 있는 도로의 종류 또는 도로의 구간을 결정하고, 그에 따라 상기 주행 차량의 에너지 소모량을 산출하는 것이 바람직하다.Wherein the artificial neural network energy consumption calculation device of the traveling vehicle has map data, and combines the map data with the position of the traveling vehicle detected by the GPS receiver to determine the type of the road on which the traveling vehicle travels, It is preferable to determine the interval and calculate the energy consumption of the traveling vehicle accordingly.
상기 인공신경망 서버는 상기 출력값과 상기 실험 차량의 에너지 소모량 간의 오차가 미리 정해진 허용범위를 벗어나는 것으로 판단하는 경우, 상기 인공신경망에 적용되는 상기 매개변수들을 다음 수학식 (i)에 의하여 변경할 수 있다.When the artificial neural network server determines that the error between the output value and the energy consumption of the experimental vehicle is out of a predetermined allowable range, the parameters applied to the artificial neural network may be changed by the following equation (i).
Wi = Wi - x Gi ----- (i)Wi = Wi - x Gi ----- (i)
(상기 수학식 (i)에서, Wi는 i번째 매개변수를 나타내고, 는 학습률을 나나내며, Gi는 Wi의 기울기로서 다음 수학식 (ii)에 의하여 산출됨)(In the above equation (i), Wi represents the i-th parameter, Where Gi is the slope of Wi and is calculated by the following equation (ii)
Gi = [L(Wi + h) - L(Wi - h)] / (2 x h) ----- (ii)Gi = [L (Wi + h) - L (Wi - h)] / (2 x h)
(상기 수학식 (ii)에서, h는 수학적으로 0에 수렴하는 매우 작은 임의의 값으로서, 예를 들어 0.0001일 수 있고, L은 다음 수학식 (iii)에 의하여 산출됨)(In the above equation (ii), h is a very small arbitrary value that is mathematically convergent to 0, for example, 0.0001, and L is calculated by the following equation (iii)
L = 0.5 x Σ(Y - t)2 ----- (iii)L = 0.5 x? (Y - t) 2 ----- (iii)
(상기 수학식 (iii)에서, Y는 상기 인공신경망의 최종 출력값을 나타내고, t는 상기 실험 차량의 에너지 소모량에 대한 실험 측정치를 나타냄)(Where, Y represents the final output value of the artificial neural network and t represents an experimental measurement of the energy consumption of the experimental vehicle)
본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 방법은 인공신경망, 특히 딥러닝을 활용함으로써 차량의 에너지 소모량을 더욱 정확하게 그리고 더욱 융통성 있게 산출할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 교통부문 NAMA에서 MRV 방식을 실효성있게 구현할 수 있다. The method of calculating energy consumption of a vehicle according to the present invention can more accurately and more flexibly calculate the energy consumption of a vehicle by utilizing an artificial neural network, in particular, deep running. The method of the present invention can also effectively implement the MRV approach in the transportation sector NAMA.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 방법을 구현하는 차량의 에너지 소모량 산출 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량의 에너지 소모량 산출 시스템에 적용되는 데이터 수집장치의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량의 에너지 소모량 산출 시스템에 적용되는 인공신경망 서버의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량의 에너지 소모량 산출 시스템에 적용되는 인공신경망 에너지 소모량 산출장치의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 차량의 에너지 소모량 산출 시스템에 적용되는 인공신경망 서버에 적용되는 인공신경망의 한 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 차량의 에너지 소모량 산출 시스템에 적용되는 인공신경망 서버가 인공신경망에 의하여 매개변수들의 값을 확정하는 학습과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에서 도로의 구간을 구획하고, 도로의 구간 별로 매개변수들의 값을 적용하는 개념을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a system for calculating the energy consumption of a vehicle implementing the method for calculating the energy consumption of a vehicle according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a data collecting apparatus applied to the vehicle energy consumption calculating system shown in FIG. 1. FIG.
3 is a diagram showing a schematic configuration of an artificial neural network server applied to the system for calculating the energy consumption of the vehicle shown in FIG.
4 is a diagram showing a schematic configuration of an artificial neural network energy consumption calculation apparatus applied to the vehicle energy consumption calculation system shown in FIG.
5 is a view schematically showing an example of an artificial neural network applied to an artificial neural network server applied to the system for calculating the energy consumption of the vehicle shown in FIG.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a learning process in which an artificial neural network server applied to the vehicle's energy consumption calculation system shown in FIG. 1 determines the values of parameters by an artificial neural network.
7 is a diagram for explaining a concept of partitioning a road section and applying a parameter value to each road section in the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 방법을 구현하는 차량의 에너지 소모량 산출 시스템의 개략적 구성이 도 1에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 시스템(10)은 실험 차량(12)에 장착되는 데이터 수집장치(100), 인공신경망 서버(200) 및 주행 차량(14)에 장착되는 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)를 포함한다. A schematic configuration of a vehicle energy consumption calculation system implementing a method for calculating the energy consumption of a vehicle according to the present invention is shown in Fig. The system for calculating the energy consumption of a vehicle according to the present invention includes a
본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 시스템(10)에서, 데이터 수집장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, GPS 수신부(110), 에너지 소모량 측정부(120), 제어부(130), 메모리부(140) 및 통신부(150)를 포함한다. 또한 인공신경망 서버(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 통신부(210), 제어부(220) 및 메모리부(230)를 포함한다. 인공신경망 서버(200)는 디스플레이부(240)를 더 포함할 수 있다. 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 도 4에 도시된 바와 같이, GPS 수신부(310), 제어부(320), 메모리부(330) 및 통신부(340)를 포함한다. 2, the
본 발명에 따른 차량의 에너지 소모량 산출 방법에서, 데이터 수집장치(100)는 실험 차량(12)에 장착되어 실험 차량(12)이 실제로 주행할 때 실험 차량(12)의 속도(V) 및 실험 차량(12)이 주행한 도로의 경사도(θ)에 대응하는 실험 차량(12)의 실제 에너지 소모량(t)을 실제로 측정하는 것이다. 즉, 데이터 수집장치(100)는 실험 차량의 속도(V), 도로의 경사각도(θ) 및 실험 차량의 실제 에너지 소모량(t)을 포함하는 실험 데이터를 데이터베이스로 구축하여 메모리부(140)에 저장한다. 이때, 데이터 수집장치(100)는 실험 차량(12)의 종류도 포함한다. 필요한 경우, 실험 차량(12)이 실험 주행을 할 때 눈, 비, 안개 등과 같은 기후 상황도 실험 데이터에 포함될 수 있다. In the method for calculating the energy consumption of a vehicle according to the present invention, the
데이터 수집장치(100)는 또한 GPS 수신부(110)에 의하여 획득하는 원천적인 데이터인 위도, 경도 및 고도를 포함할 수 있다. 실제로 실험 차량(12)의 속도(V) 및 도로의 경사각도(θ)는 GPS 수신부(110)에 의하여 획득되는 위도, 경도 및 고도의 데이터로부터 산출된다. The
데이터 수집장치(100)는 미리 정해진 매 시간각격마다 상기한 데이터를 측정하고 메모리부(140)에 저장한다. 즉, 데이터 수집장치(100)는 실험 차량(12)이 실제 도로에서 주행할 때, GPS 수신부(110)에 의하여 미리 정해진 매 시간각격마다 실험 차량(12)의 속도(V) 및 실험 차량(12)이 주행하는 도로의 경사각(θ)을 측정한다. 데이터 수집장치(100)는 예를 들어, 1초 간격으로 실험 차량(12)의 속도 및 실험 차량(12)이 주행한 도로의 경사각을 측정할 수 있다. The
데이터 수집장치(100)는 또한 에너지 소모량 측정부(120)에 의하여 동일한 매 시간간격마다 실험 차량(12)의 실제 에너지 소모량(t)을 측정한다. 에너지 소모량 측정부(120)는 실험 차량(12)이 내연기관을 가지는 경우 연료분사량 측정장치이고, 실험 차량(12)이 전기자동차인 경우 정전압을 사용하는 메인배터리와 모터를 연결하는 전력선으로부터 전류값을 측정하고 그러한 전류값에 따라 전력량을 계산하고 그러한 전력량을 시간에 따라 누적함으로써 전기사용량을 측정하는 장치일 수 있다. The
데이터 수집장치(100)의 제어부(130)는 매 시간간격마다 생성되는 실험 차량의 속도(V), 도로의 경사각(θ), 실험 차량의 실제 에너지 소모량(t) 등의 데이터를 매칭시켜서 복수개 세트의 실험 데이터를 수집하고, 그러한 데이터를 데이터베이스로 구축하여 메모리부(140)에 저장한다. 데이터 수집장치(100)의 제어부(130)는 또한 통신부(150)를 통하여 그러한 데이터베이스를 인공신경망 서버(200)에게 전달한다. The
데이터 수집장치(100)가 장착된 실험 차량(12)에 의한 실제 도로 주행 실험은 존재하는 모든 도로의 모든 구간에서 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 실제 실험량을 줄이기 위하여, 고속도로, 국도 및 지방도로 등과 같은 도로의 종류가 동일한 다른 도로에서 실험을 생략할 수 있고, 또한 동일한 도로(예를 들어, 특정 고속도로)에서 실험한 어떤 도로 구간과 도로상태가 동일한 것으로 인정되는 다른 도로 구간에서 실험을 생략할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 이렇게 실험이 생략된 도로 및 도로 구간에 대하여 적용하여야 할, 후술하는 인공신경망에 대한 매개변수들은 실험을 수행한 유사한 도로 및 도로 구간에 대하여 적용하는 인공신경망에 대한 매개변수들로 대체될 수 있다. The actual road driving test by the
본 발명에서, 인공신경망 서버(200)는 실험 차량의 속도(V) 및 실험 차량이 주행하는 도로의 경사각(θ)을 입력으로 하고 실험 차량의 실제 에너지 소모량(t)을 출력으로 하는 인공신경망을 학습시킴으로써 차량의 종류 및 도로의 종류 또는 도로의 구간 별로 정확한 매개변수들을 확정하는 것이다. In the present invention, the artificial
인공신경망은 일반적으로 입력층, 하나 이상의 은닉층 및 출력층을 포함하여 구성되며, 도 5에는 본 발명에 적용되는 은닉층이 2개인 인공신경망의 예가 도시되어 있다. 또한 도 6에는 인공신경망 서버(200)의 동작, 즉 인공신경망 서버(200)가 인공신경망에 의하여 매개변수들의 값을 확정하는 학습과정을 도시한 흐름도가 예시되어 있다. An artificial neural network generally comprises an input layer, at least one hidden layer, and an output layer, and FIG. 5 shows an example of an artificial neural network with two hidden layers applied to the present invention. 6 is a flow chart illustrating an operation of the artificial
도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명에서 적용하는 인공신경망은 두 개의 입력값, 즉 실험 차량의 속도(V) 및 실험 차량이 주행한 도로의 경사각(θ)을 입력값으로 갖는 입력층, 하나 이상의 은닉층, 예를 들어 2개의 은닉층, 및 한 개의 출력값을 갖는 출력층으로 구성될 수 있다. 은닉층의 한 노드의 출력값은 해당 노드로 입력되는 입력값과 그 입력값에 대한 연결강도를 곱한 결과를 전달함수의 입력으로 한 결과이다. 마찬가지로 출력층의 출력값은 출력층에 입력되는 은닉층의 출력값과 그 값에 대한 연결강도를 곱한 결과를 전달함수의 입력으로 한 결과이다. 전달함수는 통상적으로 시그모이드 함수가 채용될 수 있으며, 출력값에 대해서는 f(x)=x와 같은 함수가 적용될 수도 있다. 인공신경망에서의 연결강도는 도 5에서 매개변수들 W1, W2 및 W3로 표현되었다. As illustrated in FIG. 5, the artificial neural network applied in the present invention includes an input layer having two input values, that is, the velocity V of the experimental vehicle and the inclination angle? Of the road on which the experimental vehicle travels, For example, two hidden layers, and an output layer having one output value. The output value of one node of the hidden layer is a result obtained by multiplying the input value input to the node by the connection strength of the input value to the input of the transfer function. Likewise, the output value of the output layer is the result of multiplying the output value of the hidden layer input to the output layer by the connection strength to the value, and inputting the result of the transfer function. The transfer function may typically employ a sigmoid function, and a function such as f (x) = x may be applied to the output value. The connection strengths in the artificial neural network are represented by the parameters W 1 , W 2 and W 3 in FIG.
본 발명에서 인공신경망의 입력층에 입력되는 입력(X)은 1행 2열의 행렬(V, θ)로 구성되는 단일의 데이터 세트일 수도 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어 100행 2열의 행렬로 구성되는 복수개의 데이터 세트인 것이 바람직하다. 이러한 복수개의 데이터 세트는 인공신경망에 적용되는 매개변수들(W1, W2 및 W3)을 확정하기 위하여 입력층에 입력되는 입력값으로 사용된다. 데이터 세트를 몇 행으로 구성할 것인지는 임의적으로 또는 필요에 따라 적절하게 결정될 수 있다. In the present invention, the input X to be input to the input layer of the artificial neural network may be a single data set composed of a matrix (V,?) Of 1 row and 2 columns. However, as shown in FIG. 5, It is preferable that the data set is a plurality of data sets composed of two columns of matrices. These plurality of data sets are used as input values to be input to the input layer to determine the parameters (W 1 , W 2 and W 3 ) applied to the artificial neural network. The number of rows of the data set can be determined arbitrarily or appropriately as needed.
이러한 데이트 세트는 실험 차량(12)이 도로의 연속된 특정 구간을 주행한 결과 얻은 것이라면, 실험 차량(12)이 주행한 도로의 해당 특정 구간만을 대표하는 것일 수 있다. 한편, 이러한 데이트 세트는 실험 차량(12)이 어떤 도로의 불연속된 특정 구간들을 주행한 결과 얻은 데이터를 합친 것이라면, 해당 도로의 전체를 대표하는 것이거나 해당 도로의 그러한 불연속된 특정 구간들을 포함하는 해당 도로의 어떤 구간을 대표하는 것일 수 있다. Such a date set may be representative of only the specific section of the road on which the
도 5에서, (100 x 2)의 입력 행렬 X는 (2 x 20)의 매개변수 행렬 W1과 행렬내적되어 (100 x 20)의 제1 은닉층의 행렬 P로 변환되고, (100 x 20)의 행렬 P는 (20 x 10)의 매개변수 행렬 W2와 행렬내적되어 (100 x 10)의 제2 은닉층의 행렬 Q로 변환되며, (100 x 10)의 행렬 Q는 (10 x 1)의 매개변수 행력 W3과 행렬내적되어 (100 x 1)의 출력 행력 Y로 변환된다. 이때, (i x j)는 i행 j열의 행렬을 의미한다. 이러한 변환에서, P = sigmoid(X·W1)이 적용되고, Q = sigmoid(P·W2)가 적용되며, Y = Q·W3이 적용될 수 있다. 5, an input matrix X of (100 x 2) is transformed into a matrix P of (100 x 20) first hidden layers matrixed with a (2 x 20) parameter matrix W 1 , of the matrix P is the matrix Q is a (10 x 1) of
이제, 도 6을 참조하면, 본 발명에서, 인공신경망 서버(200)는 실험 차량(12)의 차종 및 속도(V), 실험 차량(12)이 주행한 도로의 경사각(θ) 그리고 실험 차량(12)의 실제 에너지 소모량(t)을 포함하는 실험 데이터를 데이터 수집장치(100)로부터 수신한다(단계 S100). 이때, 실험 데이터의 수신은 무선 통신에 의하여 이루어지는 것이 바람직하지만, 그 외의 다른 수단, 예를 들어 유선 통신에 의하여 이루어지거나, 예를 들어 데이터 수집장치(100)가 외부 USB 메모리에 실험 데이터를 저장 또는 복사하고, 인공신경망 서버(200)가 그러한 USB 메모리에 저장된 실험 데이터를 복사하는 방식으로 수행될 수도 있다. 실험 데이터에는 GPS 수신부(110)에 의하여 획득되는 위도, 경도 및 고도의 데이터가 포함되는 것이 바람직하다. 6, the artificial
인공신경망 서버(200)는 수신한 실험 데이터 중에서 실험 차량(12)의 속도(V) 및 실험 차량(12)이 주행한 도로의 경사각(θ)을 상기에서 설명한 바와 같은 인공신경망의 입력층에 입력값(X)으로 입력하고(단계 S110), 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값을 임의로 설정한다(단계 S120). 그런 후 상기에서 설명한 방식에 따라 입력층의 입력값들(V 및 θ) 및 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들에 의하여 출력층의 출력값(Y)을 산출한다(단계 S130). 이렇게 산출한 출력값(Y)을 실제로 측정한 실험 차량(12)의 실제 에너지 소모량(t)과 비교하여 오차(L)을 산출하고, 그 오차(L)가 임계값 이하인지 여부를 판단한다(단계 S140). 이때, L은 아래에 표현된 수학식 (iii)에 의하여 산출된다. The artificial
오차(L)가 임계값보다 크다면 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값은 예를 들어, 아래 수학식 (i)에 의하여 변경된 후(단계 S150), 다시 단계 S130으로 리턴되어 출력값(Y)를 다시 산출한다. If the error L is larger than the threshold value, the values of the parameters W 1 , W 2 and W 3 are changed by, for example, the following equation (i) (step S 150) And the output value Y is calculated again.
Wi = Wi - x Gi ----- (i)Wi = Wi - x Gi ----- (i)
상기 수학식 (i)에서, Wi는 i번째 매개변수를 나타내고, 는 학습률을 나타낸다. 학습률()은 매우 작은 값으로 적절하게 설정될 수 있다. Gi는 Wi의 기울기로서 다음 수학식 (ii)에 의하여 산출된다.In the above equation (i), Wi represents the i-th parameter, Represents the learning rate. Learning rate ) Can be appropriately set to a very small value. Gi is the slope of Wi and is calculated by the following equation (ii).
Gi = [L(Wi + h) - L(Wi - h)] / (2 x h) ----- (ii)Gi = [L (Wi + h) - L (Wi - h)] / (2 x h)
상기 수학식 (ii)에서, h는 1보다 매우 작은 임의의 값, 특히 수학적으로 0에 수렴하는 매우 작은 임의의 값으로서, 예를 들어 0.0001일 수 있다. 기울기(Gradient) Gi는 경사하강법으로 계산되는 예가 수학식 (ii)에 표현되어 있으나 오차역전파법 등의 다양한 기울기 계산 방식이 적용될 수 있다. L은 다음 수학식 (iii)에 의하여 산출된다.In the above equation (ii), h may be any value much smaller than 1, particularly a very small arbitrary value converging to zero, for example, 0.0001. An example in which the gradient Gi is calculated by the slope descending method is expressed in Equation (ii), but various gradient calculation methods such as an error back propagation method can be applied. L is calculated by the following equation (iii).
L = 0.5 x Σ(Y - t)2 ----- (iii)L = 0.5 x? (Y - t) 2 ----- (iii)
상기 수학식 (iii)에서, Y는 상기 인공신경망의 최종 출력값을 나타내고, t는 상기 실험 차량의 실제 에너지 소모량에 대한 실험 측정치를 나타낸다. (100 x 2)의 입력 행렬 X에 대하여 출력 행렬 Y는 (100 x 1)의 형태를 가진다. 이에 대응하여, 실제로 측정한 실험 차량(12)의 실제 에너지 소모량(t)도 (100 x 1)의 형태를 가진다. 따라서, 상기 수학식 (iii)을 풀어쓰면 다음과 같다. In the equation (iii), Y represents a final output value of the artificial neural network, and t represents an experimental measurement of the actual energy consumption of the experimental vehicle. For an input matrix X of (100 x 2), the output matrix Y has the form (100 x 1). Correspondingly, the actual energy consumption t of the actually measured
L = 0.5 x [(Y1 - t1)2 + (Y2 - t2)2 + ······+ (Y100 - t100)2] L = 0.5 x [(Y 1 - t 1) 2 + (Y 2 - t 2) 2 + ······ + (Y 100 - t 100) 2]
한편, 인공신경망 서버(200)는 출력값(Y)과 실험 차량(12)의 실제 에너지 소모량(t) 간의 오차(L)가 미리 정해진 허용범위, 즉 임계치 이내인 것으로 판단하면 인공신경망에 적용된 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값을 확정한다(단계 S160). 그런 후, 확정된 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값을 포함하는 매개변수 데이터를 자신의 메모리부(230)에 저장하고, 또한 그러한 매개변수 데이터를 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)에 전달한다. 이때, 매개변수 데이터는 실험 차량의 종류, 실험에 적용된 도로의 종류, 실험에 적용된 도로의 특정 구간 중 최소한 하나에 대하여 확정된 매개변수들의 값들일 수 있다. 실험에 적용된 도로의 특정 구간은 실험 차량이 주행한 위치들(실험 차량의 위도, 경도 및 고도)의 연속에 의하여 특정될 수 있다. On the other hand, if the artificial
인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 상기한 매개변수 데이터를 인공신경망 서버(200)로부터 수신하여 사용한다. 이를 위하여, 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 인공신경망 서버(200)에 적용된 인공신경망과 동일한 인공신경망을 가진다. 그리하여, 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 그러한 인공신경망에 주행 차량의 종류, 주행 차량이 주행하는 도로의 종류 및 실험에 적용된 도로의 구간 중 최소한 하나에 대하여 적용되는 매개변수 데이터를 적용하여 주행 차량의 속도 및 주행 도로의 경사각에 따른 주행 차량의 에너지 소모량을 산출한다. 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)에서 주행 차량의 에너지 소모량 산출은 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하다. The artificial neural network energy
좀 더 구체적으로, 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)의 제어부(320)는 GPS 수신부(310)에 의하여 미리 정해진 매 시간각격마다 주행 차량(14)의 속도 및 주행 차량(14)이 주행하는 도로의 경사각을 측정한다. 제어부(320)는 이렇게 측정한 주행 차량(14)의 속도(V) 및 주행 차량(14)이 주행하는 도로의 경사각(θ)를 인공신경망에서 입력층의 입력(X)으로 설정하고, 그것에 인공신경망 서버(200)로부터 수신한 해당 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들을 적용하여 출력층의 출력(Y)을 얻고, 그러한 출력값을 주행 차량의 에너지 소모량으로 추정한다. 따라서, 주행 차량의 매 시간간격에 대한 에너지 소모량을 모두 적산하면 주행 차량의 총 주행에 대한 에너지 소모량을 산출할 수 있게 된다. More specifically, the
본 발명은 도로의 구간을 구획하고, 도로의 구간 별로 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들을 정하는 것이 이론적으로는 가장 바람직하다. 도 7을 참조하여, 모든 도로를 구간별로 구획하고 도로의 구간 별로 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들이 정해진 상황에서, 주행 차량이 주행하는 경로에 따라 매개변수들(W1, W2 및 W3)이 적용되는 개념을 설명한다. 도 7에는 주행 차량이 주행하는 경로가 아닌 다른 경로 상에 있는 도로의 구간들에 대해서는 특별히 표시하지 않았다. It is theoretically most preferable that the present invention divide the road section and determine the values of the parameters W 1 , W 2 and W 3 for each section of the road. 7, in a situation where all the roads are divided by intervals and the values of the parameters W 1 , W 2 and W 3 are determined for each section of the road, the parameters W 1 , W 2 and W 3 ) are applied. Fig. 7 does not specifically show the sections of the road on a route other than the route on which the traveling vehicle travels.
어떤 주행 차량이 ①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧의 경로 또는 ①-②-③-④-⑤-⑨-⑩-⑪의 경로를 따라 주행한다고 가정한다. 이때, 각 구간별로 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들은 서로 다르다. 주행 차량이 ① 구간을 주행 중일 때에는 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 ① 구간에 대한 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들을 적용하여 주행 차량의 에너지 소모량을 산출한다. 다른 구간들에 대해서도 마찬가지이다. 이것은 주행 차량의 누적 에너지 소모량은 주행 차량의 속도 및 주행 차량이 주행하는 도로의 경사각뿐만 아니라 연속된 구간들의 경로에 따라 달라지게 된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 더욱 정확한 에너지 소모량의 산출이 가능하게 된다. It is assumed that a driving vehicle follows the path of ①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧ or the path of ①-②-③-④-⑤-⑨-⑩-⑪. At this time, the values of the parameters (W 1 , W 2, and W 3 ) are different from each other for each section. When the traveling vehicle is traveling in the section (1), the artificial neural network energy consumption calculation device (300) calculates the energy consumption of the traveling vehicle by applying the values of the parameters (W 1 , W 2 and W 3 ) The same is true for other sections. This means that the cumulative energy consumption of the traveling vehicle depends on the speed of the traveling vehicle and the inclination angle of the road on which the traveling vehicle travels, as well as the path of successive sections. Therefore, according to the present invention, more accurate energy consumption can be calculated.
도로의 구간을 정하는 기준은 특별히 없지만, 정확도를 높이기 위해서는 하나의 도로구간이 가급적 짧은 거리를 가지게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 경우에는 인공신경망 서버(200)가 처리해야 할 연산이 많아지게 된다는 단점이 있다. 따라서, 도로의 한 노드에서 이웃하는 다른 노드까지의 구간을 매개변수들(W1, W2 및 W3)을 위한 도로구간으로 정하는 것이 현실적일 수 있다. 이때, 도로의 노드라 함은 도로의 분기되는 지점을 의미한다. Although there is no particular criterion for determining the road section, it is desirable to make one road section as short as possible in order to increase the accuracy. However, in this case, the artificial
하나의 도로구간에 대하여 동일한 매개변수들(W1, W2 및 W3)을 적용한다는 것은 해당 도로구간을 평균적으로 처리한다는 것을 의미한다. 즉, 해당 도로구간에서 각 지점들은 각각의 특성을 잃고 해당 도로구간의 전체 특성으로 대체된다는 것을 의미한다. Applying the same parameters (W 1 , W 2 and W 3 ) to one road section means that the corresponding road section is averaged. That is, each point in the road segment loses its characteristic and is replaced with the entire characteristic of the corresponding road segment.
예를 들어, 어떤 특정 고속도로의 전체구간에 대하여 동일한 매개변수들(W1, W2 및 W3)을 적용하여 주행 차량의 에너지 소모량을 산출한다고 가정할 때, 해당 주행 차량이 해당 특정 고속도로의 전체구간을 주행하지 않고, 단지 일부 도로구간만을 주행한다면 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)에 의하여 산출된 에너지 소모량은 주행 차량이 실제로 소모한 에너지 소모량과 상당히 다를 수 있다. 왜냐하면, 주행 차량이 실제로 주행하지 않은 해당 특정 고속도로의 도로구간들의 특성이 반영된 매개변수들(W1, W2 및 W3)을 주행 차량의 에너지 소모량 산출에 사용하였기 때문이다. 따라서, 주행 차량이 실제로 주행한 경로 상에 있는 도로구간의 특성만이 반영된 매개변수들(W1, W2 및 W3)을 적용하기 위하여, 도로를 적절한 크기의 도로구간으로 구획하는 것이 바람직하다. For example, assuming that the same parameters (W 1 , W 2, and W 3 ) are applied to the entire section of a specific highway to calculate the energy consumption of the vehicle, The energy consumption calculated by the artificial neural network energy
본 발명에서, 실험 차량(12)을 존재하는 모든 도로의 모든 구간에서 주행시키는 실험을 수행한다면 해당 실험 차량(12)의 종류에 대해서는 모든 도로의 모든 구간에 대하여 매개변수들의 값들이 산출된다. 즉, 차종별로 그리고 모든 도로의 모든 구간별로 매개변수들의 값들에 관한 지도(이하, '매개변수 지도'라 함)가 완성된다고 할 수 있다. 만약 실험이 모든 도로에 대하여 수행되지 못한다면 매개변수들의 값들에 관한 매개변수 지도가 완성되지 않은 도로가 존재하게 되는데, 완성되지 않은 도로들 및 도로 구간들에 대해서는 특성이 유사하다고 추정되는 특정 도로 및 도로구간에 대한 매개변수들(W1, W2 및 W3)의 값들을 적용할 수 있다. In the present invention, if an experiment in which the
본 발명에서, 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 인공신경망 서버(200)로부터 수신한 매개변수 데이터에 포함된 실험 차량들 중에서 주행 차량과 동일한 것이 없는 경우에는, 그 중 주행 차량과 특성이 가장 유사한 실험 차량을 주행 차량으로 간주하여 에너지 소모량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 주행 차량이 A사의 특정 브랜드 차량인데, 해당 차량으로는 아직 실험이 수행되지 않아 해당 차량에 대한 매개변수 데이터가 없다면, 해당 차량과 동급인 실험 차량들 중에서 임의로 또는 미리 정해진 방법에 따라 대응되는 실험 차량을 선택할 수 있다. In the present invention, the artificial neural network energy
인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 지도 데이터를 가질 수 있고, GPS 수신부(310)에 의하여 파악된 주행 차량의 위치와 지도 데이터를 결합하여 주행 차량이 주행하고 있는 도로의 종류 또는 도로의 구간을 더욱 빠르고 정확하게 결정할 수 있다. 즉, 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 인공신경망 서버(200)로부터 수신하는 매개변수 데이터에 표현된 매개변수 지도를 더욱 정확하게 해석하기 위하여 필요한 경우 일반적인 지도 데이터를 활용할 수 있다. The artificial neural network energy
상기에서 설명한 사항을 요약적으로 표로 나타내면 다음과 같다.The above-mentioned items can be summarized as follows.
G2 = [L(W2+h)-L(W2-h)] / (2 x h)
G3 = [L(W3+h)-L(W3-h)] / (2 x h)G 1 = [L (W 1 + h) -L (W 1 -h)] / (2 xh)
G 2 = [L (W 2 + h) -L (W 2 -h)] / (2 xh)
G 3 = [L (W 3 + h) -L (W 3 -h)] / (2 xh)
20 x 10
10 x 12 x 20
20 x 10
10 x 1
: h=0.0001 정도로 작은 값
: 수학적으로 h→0에 대해 계산Calculation by slope descent method 4)
: a value as small as h = 0.0001
: Mathematically calculated for h → 0
W2 = W2 - x G2
W3 = W3 - x G3 W 1 = W 1 - x G 1
W 2 = W 2 - x G 2
W 3 = W 3 - x G 3
20 x 10
10 x 12 x 20
20 x 10
10 x 1
→ 에너지 소모량(Y) 계산Speed, inclination measurement (X)
→ Energy consumption (Y) calculation
상기 표에 기재된 각 주에 대한 설명Explanation of each note in the above table
1) 입력값(X): 실험시간이 100초이면 100행 x 2열, 200초이면 200행 x 2열로 됨 1) Input value (X): If the experiment time is 100 seconds, it is 100 rows x 2 columns, 200
2) 시그모이드 함수: Sigmoid(x) = 1 / (1 + exp(-x)) 2) Sigmoid function: Sigmoid (x) = 1 / (1 + exp (-x))
3) 라벨(t): 정답에 해당하는 값(실험으로 측정한 에너지 소모량) 3) Label (t): Value corresponding to correct answer (energy consumption measured by experiment)
4) 경사하강법: 수치미분 방식의 기울기 계산(매개변수를 미세하게 변화시켰을 때 손실의 변화율) → 오차역전파법 등의 다양한 기울기 계산 방식을 적용할 수 있음 4) Slope descent method: It is possible to apply various slope calculation methods such as the slope calculation of the numerical differential method (the rate of change of the loss when the parameter is finely changed) → the error back propagation method
본 발명의 방법은 매우 많은 종류의 차량 및 매우 많은 도로들에 대하여 서로 다른 속도로 주행하여 얻은 실험 데이터에 기초하기 때문에 처음부터 실험 데이터를 완벽하게 구축할 수 없다. 이에 일단 실험 데이터가 어느 정도 구축되면, 인공신경망 서버(200)는 특정 차량, 특정 도로들 및 특정 도로구간들에 대하여 매개변수 데이터를 구축하고, 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 그러한 매개변수 데이터를 사용하여 주행 차량의 에너지 소모량을 산출할 수 있다. 그런 후 데이터 수집장치(100)는 더욱 정교하고 더욱 다양한 실험을 수행할 수 있고, 그러면 인공신경망 서버(200)는 추가적 실험 데이터에 대하여도 학습과정을 수행함으로써 매개변수 데이터를 더욱 정교하게 향상시킬 수 있다. 인공신경망 에너지 소모량 산출장치(300)는 그렇게 갱신된 매개변수 데이터를 사용하여 주행 차량의 에너지 소모량 산출을 더욱 정확하게 수행할 수 있게 된다. The method of the present invention can not completely construct the experimental data from the beginning because it is based on experimental data obtained by running at very different speeds for a large number of vehicles and a large number of roads. Once the experimental data is constructed to some extent, the
10: 차량의 에너지 소모량 산출 시스템 12: 실험 차량
14: 주행 차량 100: 데이터 수집장치
110,310: GPS 수신부 120: 에너지 소모량 측정부
130,220,320: 제어부 140,230,330: 메모리부
150,210,340: 통신부 200: 인공신경망 서버
240: 디스플레이부
300: 인공신경망 에너지 소모량 산출장치10: Vehicle Energy Consumption Calculation System 12: Experimental Vehicle
14: Driving vehicle 100: Data collecting device
110, 310: GPS receiving unit 120: Energy consumption measuring unit
130, 220, and 320:
150, 210, 340: communication unit 200: artificial neural network server
240:
300: Artificial neural network energy consumption calculation device
Claims (5)
상기 실험 차량을 실제 도로에서 주행시켜 상기 GPS 수신부에 의하여 미리 정해진 매 시간간격마다 상기 실험 차량의 속도 및 상기 실험 차량이 주행하는 상기 도로의 경사각을 측정하고 또한 상기 에너지 소모량 측정부에 의하여 동일한 매 시간간격마다 상기 실험 차량의 실제 에너지 소모량을 측정하며, 상기 데이터 수집장치에 의하여 상기 GPS 수신부에 의하여 측정한 상기 실험 차량의 속도 및 상기 도로의 경사각 그리고 상기 에너지 소모량 측정부에 의하여 측정한 상기 실험 차량의 실제 에너지 소모량을 매칭시킴으로써 실험 데이터를 수집하는 단계;
상기 데이터 수집장치에 의하여 수집된 상기 실험 데이터를 입력층, 하나 이상의 은닉층 및 출력층을 포함하는 인공신경망을 가지는 인공신경망 서버에게 전달하는 단계;
상기 인공신경망 서버는 상기 실험 차량의 속도 및 상기 도로의 경사각을 입력값으로 상기 입력층에 입력하고, 상기 입력층에서 첫번째 은닉층으로의 변환, 은닉층이 복수개로 존재하는 경우 은닉층에서 다음 은닉층으로의 변환 및 마지막 은닉층에서 상기 출력층으로의 변환에 적용되는 매개변수들을 임의로 설정한 후 상기 출력층에서 산출되는 출력값을 상기 데이터 수집장치로부터 전달받은 상기 실험 차량의 실제 에너지 소모량과 비교하는 단계;
상기 인공신경망 서버는 상기 출력값과 상기 실험 차량의 실제 에너지 소모량 간의 오차가 미리 정해진 허용범위를 벗어나는 것으로 판단하는 경우, 상기 인공신경망에 적용되는 상기 매개변수들을 변경한 후 상기 출력값을 다시 산출하는 단계;
상기 인공신경망 서버는 상기 출력값과 상기 실험 차량의 실제 에너지 소모량 간의 오차가 미리 정해진 허용범위 이내인 것으로 판단하는 경우, 상기 인공신경망에 적용된 상기 매개변수들을 확정하는 단계;
상기 인공신경망 서버는 상기 실험 차량의 차종, 상기 실험에 적용된 상기 도로의 종류 및 상기 실험에 적용된 상기 도로의 구간 중 최소한 하나에 대하여 상기 확정된 매개변수들이 매칭된 매개변수 데이터를 저장하는 단계;
상기 인공신경망 서버에 의하여 산출된 상기 매개변수 데이터를 어떤 주행 차량에 장착되는 인공신경망 에너지 소모량 산출장치에 전달하는 단계;
상기 주행 차량의 상기 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 상기 인공신경망 서버에 적용된 상기 인공신경망과 동일한 인공신경망을 가지고, 그러한 인공신경망에 상기 주행 차량의 종류, 상기 주행 차량이 주행하는 도로의 종류 및 상기 실험에 적용된 상기 도로의 구간 중 최소한 하나에 대하여 적용되는 상기 매개변수 데이터를 적용하여 상기 주행 차량의 속도 및 주행 도로의 경사각에 따른 상기 주행 차량의 에너지 소모량을 산출하는 단계를 포함하는 차량의 에너지 소모량 산출 방법.Installing a data collecting apparatus including a GPS receiving unit and an energy consumption measuring unit in an experimental vehicle;
The speed of the test vehicle and the inclination angle of the road on which the test vehicle travels are measured at every predetermined time interval by the GPS receiver, The actual energy consumption of the test vehicle is measured at every interval, the speed of the test vehicle measured by the GPS receiver, the inclination angle of the road and the tilt angle of the road measured by the energy consumption measuring unit Collecting experimental data by matching actual energy consumption;
Delivering the experimental data collected by the data collection device to an artificial neural network server having an artificial neural network including an input layer, at least one hidden layer and an output layer;
Wherein the artificial neural network server inputs the velocity of the experimental vehicle and the inclination angle of the road as input values to the input layer, and converts the input layer into a first hidden layer, when the plurality of hidden layers exist, And arbitrarily setting parameters to be applied to conversion from the final hidden layer to the output layer, and comparing an output value calculated in the output layer with an actual energy consumption amount of the experimental vehicle received from the data collection device;
If the error between the output value and the actual energy consumption of the experimental vehicle is determined to be out of a predetermined allowable range, changing the parameters applied to the artificial neural network and calculating the output value again;
Determining the parameters applied to the artificial neural network when the artificial neural network server determines that an error between the output value and the actual energy consumption of the experimental vehicle is within a predetermined allowable range;
Wherein the artificial neural network server stores parameter data matched with the determined parameters for at least one of a vehicle type of the experimental vehicle, a type of the road applied to the experiment, and an interval of the road applied to the experiment;
Transmitting the parameter data calculated by the artificial neural network server to an artificial neural network energy consumption calculating apparatus mounted on a traveling vehicle;
Wherein the artificial neural network energy consumption calculation device of the traveling vehicle has an artificial neural network that is the same as the artificial neural network applied to the artificial neural network server, and the type of the traveling vehicle, the type of the road on which the traveling vehicle travels, And calculating the energy consumption amount of the vehicle based on the speed of the traveling vehicle and the inclination angle of the traveling road by applying the parameter data applied to at least one of the sections of the road applied to the road Way.
상기 인공신경망은 두 개 이상의 은닉층을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 에너지 소모량 산출 방법.The method according to claim 1,
Wherein the artificial neural network has two or more hidden layers.
상기 주행 차량의 상기 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 GPS 수신부에 의하여 미리 정해진 매 시간간격마다 상기 주행 차량의 속도 및 상기 주행 차량이 주행하는 상기 도로의 경사각을 측정하는 것임을 특징으로 하는 차량의 에너지 소모량 산출 방법.The method according to claim 1,
Wherein the artificial neural network energy consumption calculation device of the traveling vehicle measures the speed of the traveling vehicle and the inclination angle of the road on which the traveling vehicle travels at every predetermined time interval determined by the GPS receiver Way.
상기 주행 차량의 상기 인공신경망 에너지 소모량 산출장치는 지도 데이터를 가지고 있고, 상기 GPS 수신부에 의하여 파악된 상기 주행 차량의 위치와 상기 지도 데이터를 결합하여 상기 주행 차량이 주행하고 있는 도로의 종류 또는 도로의 구간을 결정하고, 그에 따라 상기 주행 차량의 에너지 소모량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 에너지 소모량 산출 방법.The method of claim 3,
Wherein the artificial neural network energy consumption calculation device of the traveling vehicle has map data, and combines the map data with the position of the traveling vehicle detected by the GPS receiver to determine the type of the road on which the traveling vehicle travels, And calculating an energy consumption amount of the traveling vehicle based on the determined energy consumption amount.
상기 인공신경망 서버는 상기 출력값과 상기 실험 차량의 에너지 소모량 간의 오차가 미리 정해진 허용범위를 벗어나는 것으로 판단하는 경우, 상기 인공신경망에 적용되는 상기 매개변수들을 다음 수학식 (i)에 의하여 변경하는 것을 특징으로 하는 차량의 에너지 소모량 산출 방법.
Wi = Wi - x Gi ----- (i)
(상기 수학식 (i)에서, Wi는 i번째 매개변수를 나타내고, 는 학습률을 나나내며, Gi는 Wi의 기울기로서 다음 수학식 (ii)에 의하여 산출됨)
Gi = [L(Wi + h) - L(Wi - h)] / (2 x h) ----- (ii)
(상기 수학식 (ii)에서, h는 수학적으로 0에 수렴하는 매우 작은 임의의 값으로서, 예를 들어 0.0001일 수 있고, L은 다음 수학식 (iii)에 의하여 산출됨)
L = 0.5 x Σ(Y - t)2 ----- (iii)
(상기 수학식 (iii)에서, Y는 상기 인공신경망의 최종 출력값을 나타내고, t는 상기 실험 차량의 에너지 소모량에 대한 실험 측정치를 나타냄)5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the artificial neural network server changes the parameters applied to the artificial neural network by the following equation (i) when it is determined that the error between the output value and the energy consumption amount of the experimental vehicle exceeds a predetermined allowable range: To calculate the energy consumption of the vehicle.
Wi = Wi - x Gi ----- (i)
(In the above equation (i), Wi represents the i-th parameter, Where Gi is the slope of Wi and is calculated by the following equation (ii)
Gi = [L (Wi + h) -L (Wi-h)] / (2 xh)
(In the above equation (ii), h is a very small arbitrary value that is mathematically convergent to 0, for example, 0.0001, and L is calculated by the following equation (iii)
L = 0.5 x? (Y - t) 2 ----- (iii)
(Where, Y represents the final output value of the artificial neural network and t represents an experimental measurement of the energy consumption of the experimental vehicle)
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