東京都市大学　工学部機械工学科　機械力学研究室　ホームページ

令和2年度研究テーマ

6分力ホイールセンサにおける荷重伝達の検討

概要
6分力ホイールセンサは，センサ各部でひずみを計測することで走行時の路面入力を計算するセンサであり，車両挙動の解析や車両挙動のシミュレーションデータの収集等に用いられる．このホイールセンサには耐荷重性能や検出精度の向上が求められており，設計においてはホイールセンサ内の荷重伝達を把握することが有用である．これまで，荷重伝達の指標であるUstarを用いて，構造内における荷重伝達の道筋である剛性線を導出するシステムを開発してきた．本研究では，ホイールセンサに本システムを適用することで構造内の荷重伝達を明らかにし，ホイールセンサ内で荷重伝達を受け持つ領域とその度合いを明確化する．これにより，剛性が高く，高い精度でひずみを検出するセンサの構造を提案する．

メンバー
宮田 (M2) 稲村 (B4)

ばね剛性を用いた荷重伝達表現手法の確立

概要
構造物中の荷重伝達を明らかにすることで，構造のもつ性質や機能を把握し，客観的な判断のもと構造設計を行うことができる．そこで本研究では弾性構造物を負荷点から支持点まで並列ばね群と表現して構造各部のばね剛性を定量的に求めることにより，荷重伝達を把握する手法を新たに提案する．外力が加わる弾性構造物を負荷点，構造内の任意の点，および支持点に分け，構造を負荷点と支持点をつなぐ並列ばね構造と考える．任意の点に負荷点と等しい変位を加えることにより，任意の点を通るばね剛性を求めることができる．平板の構造各部のばね剛性を等高線で表したばね剛性分布を導出することにより，構造中の荷重伝達の様式を表現し構造設計の一助となる．


並列ばねによる構造体の表現	平板のばね剛性分布

メンバー
岸 (M1)

構造物における剛性線導出システムの構築

概要
構造物において荷重の通る道筋である剛性線を把握することで，構造各部の機能を明らかにしながら設計を進めることができる．そこで，構造物における荷重伝達を定量的に表現する手法として指標Ustarが提案されている．本研究では，荷重の伝達する方向を表現するベクトルであるUstar勾配ベクトルを用いて，複雑な構造において複数の剛性線を導出するシステムの構築を行う．さらに構築したシステムによって導出した剛性線を定量的に評価する方法を考案する．この方法を用いて複数の剛性線を比較することを本研究の目的とする．複雑な構造物において，複数の剛性線を導出し評価方法を確立することにより，荷重伝達の観点から優れた構造の設計に活かす．


円孔板における指標Ustarおよび剛性線	三次元構造物における剛性線

メンバー
野々部 (M1)

ミニカーの対普通車前面衝突時における衝突安全性に関する研究

概要
現在，自動車の環境性能への関心の高まりに加え，高齢者の移動手段や小口配送，都市部や観光地での移動手段として，ミニカーを含む超小型モビリティの活用が期待されている．しかしながら，ミニカーは衝突安全性に関して法規や自動車アセスメントにおいて安全基準が定められていない．また，ミニカーの事故件数において対普通車が最も事故発生件数が多いため，ミニカー対普通車の衝突安全性について検討する必要がある．そこで本研究ではミニカーの対車両前面衝突時に着目し，車体の変形量や乗員の傷害値について検討する．


衝突実車試験	衝突解析モデル

メンバー
藤井 (M1) 高瀬 (B4) 長網 (B4)

ミニカーの対車両側面衝突時における衝突安全性に関する研究

概要
近年、我が国では高齢化や自動車に対する環境性能への関心が高まっているのに加え、小口配送の需要への効率的な対応によって物量の活性化させることなどミニカーを含む超小型モビリティの活躍が期待されている．しかしながら、ミニカーは車両側面に乗員を保護する構造を持たない車両が多いことから、普通自動車に比べ乗員を保護するものが少ない．また、ミニカーにおける対車両の事故形態では出会い頭の事故が最も多いことが分かっており、対車両の衝突安全性について検討する必要がある．そこで、本研究ではミニカーの対車両側面衝突に着目し，車体の構造や乗員の傷害値について検討する．


解析モデル	乗員モデル

メンバー
寺沢 (B4)

ボラードと自動車の衝突事故における鑑定手法の研究

概要
交通事故後に実施される事故鑑定において，車両の衝突速度を推定する事は事故状況を把握する際，重要な要素となる．衝突速度は事故当事者の悪質性および過失などを立証する基礎資料となるため高い鑑定精度が求められる．衝突速度を推定する手法の一例として，車体の永久変形量に基づく車体エネルギ吸収分布図を用いて推定する手法がある．車両が歩道内に乗り上げる事故が発生しており，近年では車両の進入に対し視覚的に注意を促す目的で歩道にボラードなど工作物の導入が進められている．車両と工作物の衝突事故では車体の変形だけではなく工作物の変形も考慮することで鑑定精度の向上を見込むことができる．本研究では，実車実験および実車実験を基に解析モデルを作成し，衝突後のボラードの永久変形量とボラードの吸収エネルギの関係を明らかにすることを目的とする．


ボラード	衝突事故で変形したボラード

メンバー
宮川 (M2)

剖検例に基づく自動二輪車乗員の傷害解析

概要
国内の交通事故において自動二輪車は自動車と比較して死傷者数は少ないが，致死率が約3倍と高いため自動二輪車乗員に対する安全対策は急務である．現在，自動二輪車乗員の傷害に対する評価は人体を忠実に再現したダミーを用いて検討されている．しかし，実際の交通事故ではダミーでは再現が難しい要因が存在する．そこで本研究では，実際に発生した死亡事故をCAE(Computer Aided Engineering)を用いて再現し，実事故における衝突条件および受傷メカニズムの明確化を行い，実事故においても有効な安全対策を提案することを目的とする．


自動二輪車の安全装備の実用例 reference	CAEによる事故再現

メンバー
田中 (M2)

自転車乗員の傷害に関する研究

概要
国内の14歳以下の子供の死亡原因として大きなものは不慮の事故によるものであり，その中でも交通事故の占める割合が多く対策が必要である．その対策の１つとして幼児同乗自転車対自動車の衝突時における同乗幼児の傷害について着目し検討を行う．また，交通事故における自転車乗員の損傷部位別死者数は頭部に受傷した割合が最も多いため頭部傷害について検討する必要がある．本研究では，縮尺模型を用いて幼児同乗自転車対自動車の衝突を再現し，事故形態が同乗幼児の衝突挙動および頭部傷害に与える影響を明確化する．


実車による先行研究 reference	模型による衝突実験

メンバー
田中 (M2) 塩津 (B4) 中渡瀬 (B4)

自転車乗員のための先進事故自動通報システムの構築に関する研究

概要
我が国では交通事故死者を令和2年までに2,500人以下とする政策目標が掲げられている．この目標達成のために事故発生後に自動通報する先進事故自動通報システム（以下，AACN) の活用が期待される．平成29年の状態別交通事故死者数の割合は自転車，二輪車，原付，歩行者を含めた死者数は77％を占めており，交通弱者のためのAACNが実用された際の効果は自動車乗員以上に期待される．そこで多くの交通弱者が保有しているスマートフォンの加速度計に着目し，AACNアルゴリズムの構築を行う．本研究では，実車実験における解析，モデルの作成を行い実験条件以外での解析を行う．その結果から加速度波形の模擬生成を行うことを目的としAACNアルゴリズム構築の基盤づくりを行う．

衝突時のシミュレーション
reference

メンバー
藤田 (B4) 野村 (B4)

頭部モデルを用いた硬膜下血腫に関する研究

概要
自動車死亡事故における損傷部位として頭部は高い割合を示している．米国の死亡事故に目を向けた際，日本車乗員の頭部損傷としては硬膜下血腫が最も高い割合を示している．このことから日本車の自動車事故時における硬膜下血腫の低減が課題となっている．本研究では，交通事故の衝撃による硬膜下血腫の受傷メカニズムの解明を目的とする．手法としては頭部モデルを用いた回転実験を行い，回転運動を受けた際の脳実質の挙動を解析し，回転エネルギーと硬膜下血腫の関係性を評価する．硬膜下血腫の受傷メカニズムを解明することにより，頭部傷害低減手法の開発が可能となり，自動車乗車中の事故死者数の減少に寄与すると考えられる．


頭部解析モデル	頭部物理モデル

メンバー
谷本 (M2) 城生 (B4) 横溝 (B4)

機械学習に基づく転落時の頚椎損傷の予測

概要
国内の労働災害において墜落・転落事故は高い割合を示している．また，低い場所からの墜落・転落の場合でも頭部や頚椎の損傷箇所によっては，死亡事故や重篤な後遺症につながる可能性がある．そのため墜落・転落事故現場では救命処置として，頭部および頚椎の保護が優先される．本研究では，墜落・転落事故を再現した解析によって受傷者の頚椎に影響する要因を明確化し，それを基に重症度の予測を可能とするシステムを構築する．本研究の目的は信頼性の確立された墜落・転落事故における重症度予測システムにより，救命活動の迅速化を促すことで，受傷者の死亡リスクを低減させることである．


落下前解析モデル	衝突時解析モデル

メンバー
田中 (M2) 岸 (M1) 河野 (B4)

自動車室内における騒音低減に用いる吸遮音材に関する研究

概要
自動車室内の騒音低減は,自動車の快適性のために求められる重要な課題である.自動車室内の騒音を低減する方法の一つとして,音を吸収あるいは遮断する吸遮音材をフロアや屋根の内部に設置する方法が用いられている.一般的に吸遮音材は多量に用いる程より大きな騒音低減効果が期待できるが,一方で車室内のレイアウトによる制約やコスト増加が問題となる.そのため,自動車の快適性向上のためには吸遮音材の性能を向上させる必要がある.そこで本研究ではCAE解析によってより騒音低減に効果的な吸遮音材の構造及び配置方法について検討し,快適性の高い車室内空間を提案することを目的とする.

メンバー
石高 (M1)

パーソナルトランスポーターの隊列走行制御システムに関する研究

概要
近年，Segway® Personal Transporterなどの搭乗型移動支援ロボット（以下，PT）をはじめとする超小型モビリティが注目されている．超小型モビリティは短距離から中距離の移動手段に適しており，大型施設内の移動手段として使用されている．それに伴い，利用者や提供者は利便性を重要視することが考えられる．そこで利便性を向上する手段として，先頭PTのみ人が操縦し，後続の無人のPTが自動運転で追従走行する隊列走行が挙げられる．PTの隊列走行を可能とすることで，PT提供者がPTを任意の場所へ運搬する際の効率化，省人化が期待できるほか，PT利用者の荷物の運搬などにも効果的であると考えられる．本研究では，PTの実機と隊列走行制御システムを構築し，そのシステムの社会受容性を評価する．

PT実機

メンバー
横山 (M2) 青柿 (M1) 土屋 (B4) 若山 (B4)

パーソナルトランスポーターのシミュレータ構築に関する研究

概要
近年，視認性と機動性に優れたSegway®などのパーソナルトランスポーター(以下PT)が欧米を中心に利用されている．日本においても観光ツアーや警備に採用されるなど導入の機運が高まっている．一方海外では不注意等による事故が報告されており，運転者に障害物を認知させる運転支援が必要である．また乗員への運転支援の評価は，繰り返しの実験が必要である．シミュレータは実験条件の統一や実験コースの変更も簡便であることから，実機を用いるより効率よく被験者実験を行える．そこで本研究では模擬PTを用いたシミュレータの完成を目的とする．その手法として，ゲームエンジンを用いたPTのシミュレータソフトを構築し，模擬PTの乗員の重心位置を運転挙動に反映する事でPTの運転を模擬する．

PTシミュレータ

メンバー
横山 (M2) 青柿 (M1) 柴沼 (B4)

CACCの実システムのモデリングと機能向上に関する研究

概要
近年，日本の運輸部門における自動車全体のCO2排出量や物流業界におけるトラックのドライバ不足が深刻な問題となっている．このような課題の解決策として，大型トラックの隊列走行への期待が高まっている．2018年にはCACCを使用した国内の大型トラックメーカ4社共同による後続有人の隊列走行システムの実証実験が行われた．CACCによる隊列走行の実用化に向けては，機能改善について検討する必要がある．しかし，実車実験ではコストや安全性の観点から限定的な検討となる．そこで本研究では，各社のCACCシステムをモデリングし，実システムにおける機能改善を目的とし，シミュレーションを用いて検討を行う．

マルチブランド隊列走行
reference

メンバー
添野 (M2)

トラックのPath Following制御への適応機構の導入に関する研究

概要
日本の運輸部門では，自動車のCO2排出量や大型トラックのドライバ不足が課題となっており，対策として大型トラックの後続無人隊列走行の実用化が期待されている．先行研究において，大型トラックの隊列走行における操舵制御として，Path Following制御が提案されている．本制御手法はモデルベース制御であるため，積載状態の変化や経年変化により，車両のモデル化誤差が生じた場合は制御性能が劣化する恐れがある．本研究では，適応機構をPath Following制御に導入し，車両状態の変化に対するロバスト性の向上を目的とする．

TruckSIMによるシミュレーション

メンバー
市原 (M1)

トラック隊列走行システムへのモデルベース開発適用に関する研究

概要
近年，大型トラックの隊列走行システムの開発では実用化に向けた開発期間の短縮が重要である．一般の開発工程では，最終段階である実車検証でシステムに問題が発生した場合は，開発工程に大きな手戻りが発生する．この課題への対策としてモデルベース開発のHILS(Hardware In the Loop Simulation)があげられる．しかし，大型トラックの隊列走行でモデルベース開発のHILS(Hardware In the Loop Simulation)による検証はまだ行われていない．そこで，本研究では隊列走行システムのHILS開発を実現するための基礎的検討を行う．

HILS概要図

メンバー
庄司(M1)

バス・路面電車の電停共有の制御およびHMIの受容性に関する研究

概要
現在，路面電車の停留所（以下，電停とする）に路線バスを停車させる取り組みが行われている．しかし電停の一体化導入には，バス対路面電車の事故のリスクの増加や，バスが狭い軌道敷内を安全に走行できるかといった新たな安全面の課題があげられる．よって，この課題を解決するために，バスが軌道敷進入地点から電停へ正着するまでの経路を自動走行するための制御システムを開発する．また支援状況および軌道敷内への進入の可否を運転手に伝えるHMIの開発を行う．本研究では，運転支援システムのバスドライバに対する受容性をDS実験により評価することを目的とする．この研究により，現状の路面電車およびバスの課題解決に寄与し，より快適かつ安全な公共交通の構築に貢献できると考えられる．

ドライビングシミュレータ
reference

メンバー
齋藤 (M2) 北條 (B4)

自動車の遠隔操縦者の運転特性とインタフェースに関する研究

概要
近年,交通機関の輸送効率の向上などを目的とし,交通システムのインテリジェント化が加速している.その一環として,自動運転車両を活用した移動サービスに関する研究が行われている.しかし,複雑な交通環境下では,状況に応じて自動運転車両が正確な判断を行うことは困難である.そこで,オペレータが介入して遠隔操縦により車両を運転させるシステムが提案されているが,「体感情報が得られない」,「遠隔操従を行う環境が一般の運転操作と異なる」という課題が残る. 本研究では遠隔操縦に適した運転支援システムとHMIを作成し,DSを使用した走行実験を行うことで,遠隔操縦者の運転特性と運転支援に対する受容性の確認を目的とする.また,遠隔操縦に有効な運転操作と情報提示に関するインタフェースの検討を行う.

遠隔操縦システム

メンバー
庄司 (M1) 石川 (B4) 村上 (B4)

操舵支援システムに対するドライバーの適応に関する研究

概要
現代の社会問題の一つとして交通事故が挙げられる．近年，交通事故件数は年々減少してはいるものの令和元年の交通事故件数は約35万件であり，そのうちの約96%がヒューマンエラーである．この様なヒューマンエラーによる交通事故の対策として，運転支援システムが注目されている．しかし，従来の運転支援システムはドライバーを中心に検討が行われているため，修正操舵の応答性や操舵力を高めるとドライバーの違和感となることから，操舵性能とドライバーの受容性の両立が課題となっている．本研究では，システム中心の操舵支援システムを作成し，同一の被験者を対象として一定期間ドライビングシミュレータを用いて実験を行うことで，強い修正操舵であってもドライバーがシステムに対して習熟することによる，ドライバーの運転技能や受容性への影響を検討する．


ドライビングシミュレータ	操舵支援システム

メンバー
添野 (M2) 市原 (M1) 永田 (B4)