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人と車の調和を追求する 自動車性能・特性 研究室

  現在、種々な車両運動制御技術やドライバサポートシステムが導入され、自動車は高性能化されると共にドライバの操作負担は軽減されてきています。しかしな がら交通環境の複雑化・煩雑化と交通機械の高速化・精密化につれて、操縦者には情報入手と認知判断および的確な応答操作とフィードバック性が課せられ、人 間の精神的負荷が増大する場面も少なくありません。自動車性能・特性研究室では、これらの諸問題に対応し、人間工学、機械力学などの学問体系を柱に、快適 で安全で人間に優しい乗り物をめざした研究を行っています。 

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自動車性能・特性 研究室 スタッフ

  

金子哲也(准教授)

  

研究分野(学問、キーワード)

  

自動車工学, 人間工学, ITS, ヒュマンインタフェース, ドライバ支援, 車両運動制御, 次世代交通システム, 自動運転

  

研究テーマ

人間-自動車システム
・官能評価指標としてのドライバの表情解析に関する研究
・ドライビングシミュレータの現実感向上とバーチャル酔いに関する研究
・4輪アクティブ操舵車両を用いた車両特性変化に対するドライバの
 感覚閾値と適応操作に関する研究
・次世代車両のための新操作系の開発に関する研究
・自動車運転者の表情計測による情動・感情変化の推定に関する研究
・高速道路合流部の運転支援システム構築
自動車の運動制御
・混合交通下における自律走行車両の運動制御アルゴリズムの開発
・レーザー測距と画像フュージョンによる自律走行車両の環境認識
・多重連結車両の運動解析モデル,制御用モデルの構築
・運動力学モデルを用いたシミュレーションによる大型連結車両の横転事故の再現と解析手法
2輪車の運動制御
・ドライバの運転姿勢計測手法の開発
・自転車の運動力学特性,操縦安定性に関する研究
・ライディングシミュレータの現実感向上に関する研究
鉄道車両のダイナミクス・新交通システムの運動制御
・マルチボディダイナミクスを用いた鉄道車両の状態監視に関する研究
・次世代交通システムの運動制御に関する研究

  

主な研究テーマ

  
人間−自動車工学分野
     

 4輪アクティブステア車両を用いた自動車人間系の評価
 アクティブステアの適用により,次世代車両は操作系特性を走行環境や車両運動状態により常時変化させることによって運動性能や操作性の向上が期待できます.ドライバが車両特性の変化に対して,さらに適応していく様子は個々のドライバで異なり,操舵系の特性設計を行う際にはこのような特性を十分に考慮することによりオーダーメイド車両の考え方が成立します.
そこで本研究では,通常のドライバ行動の特徴や運転操作のデータから個々のドライバの運転操作と操作系の特性変動に対する弁別特性や適応特性を推定することで,操作系特性デザインに反映させることを目的としています.
実験車両には実車同等の運転操作を要し,さらに環境にも良く,実車に比べ小規模な実験が可能な小型電気自動車を用いています.この車両をベースとしてステアバイワイヤ化などの改造を行っています.また電気的なシステムであるステアバイワイヤ車両を用いることで,従来の円ハンドルにとらわれることがなくなり,ジョイスティックやPC用マウス,ほかあらゆるデバイスでの運転が可能となり,円ハンドルに代わる次世代の操作系機構の開発,評価も行っています.
  

     

シミュレータシステムの現実感向上
 ドライビングシミュレータには「安全性が高い」,「実験環境設定が自在に出来る」,「実験でのデータ計測が容易である」,など様々な利点,有効性が挙げられます.そのため運転教習をはじめ,被験者への安全性の配慮からドライバの運転特性の調査や運転支援の研究・開発のため多岐にわたり使用されています.
本研究室では自動車と人間との協調を目指し,様々な特性を持つ自動車や道路環境に対して,ドライバの運転特性や運転行動について研究を行っています.そこで研究ツールとしてのドライビングシミュレータの開発として,現在は実車運転時の再現性や臨場感の向上を目的として研究に取り組んでいます.
  
  
  

        

ドライバの状態推定
(1) ドライバの視覚特性
 実交通下では対向車のヘッドランプ等によって生じる強い視覚低下グレア(眩しさ)などにより視覚情報が一時的に遮断される状況に多く直面します.このような問題への対策として道路照明システムや前照灯システムの研究が行われ,実用化されてきました.しかしながら,運転中に視覚情報が遮断される状況はグレアだけに留まらず,システムが高度化しても視覚情報が遮断される状況を完全になくすことは事実上不可能であるといえます.
このような現実的背景があり,本研究ではまず一つ目に実際の道路環境下で起こり得る対向車ヘッドランプが照射された際のドライバの視覚状態の把握を行っています.二つ目にヘッドランプが照射された場合に一次的に視覚情報が低下します,その時のドライバ状態や運転行動について研究を行っています.
(2) 表情解析
 近年,操縦性・安定性などの車両性能向上に伴い,デザイン,音色,走行感など,ドライバや乗員の「感性品質」に対する要求が大きくなっています.このような背景のもと,人間の感覚による官能評価が行われています.自動車開発において,高度な操作技術や優れた感度などの多様な技術や能力の訓練を受けた専門のテストドライバーにより行われているのが現状ですが,自動車ユーザのほとんどが一般のドライバとなります.そこで自動車に対する評価を一般ドライバが行うことが望まれますが,一般ドライバでは評価の回答が大きくばらつき,定量的な評価を行うことは難しいとされています.このようなことから人間の感情や意志といった内情を示す外見的感情表現の一つとして「顔面の表情」の観察に着目し,非接触での情報を把握できるツールを構築することを目的として研究を行っています.さらには上記の表情解析ツールを用い,自動車運転時のドライバの体調や心理状態の推定への拡張を期待しています.

        
自動車運動制御分野
     

大型連結車両の走行安定性
 
大型連結車両とは国内ではセミトレーラが一般的になり,コスト面や輸送量の面から長距離輸送によく用いられます.このセミトレーラには積載量が大きいことや,トレーラが脱着できるなど様々な利点がありますが,その一方で大型連結車両特有の問題として,連結点を有することで発生するジャックナイフ現象(トラクタ折れ曲がり現象)といった問題があります.そこで大型連結車両のジャックナイフ現象を対象として,運動力学シミュレーションや相似模型車両を用いて実車に代わる実験を行い,ジャックナイフ現象の力学的原因の究明,およびそれに基づく安定走行に対する制御技術の確立について研究を行っています.

     

運動力学モデルを用いたシミュレーションによる連結車両の横転事故の再現手法
 交通事故が起きた際,原因の解明や立証のため,事故直後に現場検証を行いますが,得られる情報は限られており,事故原因の解明が容易ではありません.また,実際の現象は過渡的で複雑であるにもかかわらず,静的力の釣り合いやエネルギー保存則による説明のみの鑑定が多くみられ,事故原因の本質を説明できていないケースが少なくありません.本研究では,大型連結車両による,ある重大事故を取り上げ,詳細な事故現場の再現,および動力学的な非線形車両運動を用いたシミュレーションにおいて検証を行い,事故解析手法としての有効性を確認しています.
  

     

次世代交通システムの運動制御
 
国内外では,中規模の輸送量で中距離の都市間を結ぶ交通システムとして,連結バスやガイドウェイバス,AGT(AutomatedGuideway Transit),LRT(Light Rail Transit)などがあります.このような交通システムは機動性,輸送力,定時性など,それぞれ優れた長所を持っています.そして従来の交通システムを活かし,さらに次世代の交通システムとして,ITS,AHS(Advanced Cruise-Assist Highway System)などの自動運転技術導入により自動運転がベースとなるシステムが開発され,国内ではIMTS,海外ではオランダのAPTS(Advanced Public Transport Systems),フランスのCIVISなどの試験走行や運用が行われています.
そこで自動運転制御技術を適用した次世代の中量公共交通システムを想定し,図に示すような運動力学モデルを用いた数値シミュレーションや模型車両による走行実験により,車両の自動操舵制御システムの提案や走行安定性の検討を行っています.本システムは機械的に連結された大型車両によって構成され,それぞれの車両は独立した制御系を有し自立走行を行います.また車両は全輪操舵機構を搭載し,鉄道車両同様に全車軸中心が同一軌跡をたどる同轍走行を実現します.
          

     

大型車両による自動隊列走行
 現在,自動車交通の諸問題解決を目的としてITS(Intelligent Transport System)計画のもとで様々な研究が国内外で行われています.国内ではCO2排出量削減の1つの対策として,新エネルギー・産業技術総合開発機構が中心となり,「エネルギーITS 推進事業」による自動運転・隊列走行に関する研究開発プロジェクトが推進されています.
本研究室では,大型車両の自立走行実現のために車線変更時における制御目標となる目標走行軌跡を生成するアルゴリズムの開発を行っています.研究開発のプロセスとしては,まずアルゴリズムを生成し,図に示すようなシミュレーションによる検証を行います.さらに模型車両(ロボットカー)を用いた確認実験により制御アルゴリズムの検証を行います.そして最後に実車実験により最終的な検証を行っています.
     
      
     

     

多重連結車両(ダブルストレーラ)の運動解析モデル制御用モデルの構築
 
日本国内ではダブルストレーラの公道走行が法律上認められていません.日本で唯一走行しているのが宇部興産道路(正式名称・宇部興産 宇部・美祢高速道路)(私道28.27Km)のみで走行しています.本研究では,この車両を使用した走行実験を行う貴重な機会を生かし,取得データからマルチボディ運動解析モデルや制御用実装モデルの構築を試み,運動特性の把握を行っています.
  

  

次世代車両のための車両環境認識技術に関する研究
 
本研究では,一般道・高速道路での一般車両との混合交通を念頭においた自律走行車両に必要な自車両周辺の環境認識システムをLIDARとカメラから得られる画像を中心に構築し,このシステムの有効性の検証を行っています.さらにアクティブセーフティー技術の向上と自律走行車両のための自車周辺環境認識アルゴリズムの構築を目指しています.