| Project/Area Number |
23K22996
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| Project/Area Number (Other) |
22H01728 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
水野 幸治 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80335075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 良知 独立行政法人自動車技術総合機構交通安全環境研究所, その他部局等, 主席研究員 (40554366)
細川 成之 独立行政法人自動車技術総合機構交通安全環境研究所, その他部局等, 主席研究員 (50419115)
一杉 正仁 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (90328352)
趙 雨晴 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20971873)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | 安全工学 / 自動車工学 / バイオメカニクス / 乗員保護 / シートベルト / 交通安全 / サブマリン |
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| Outline of Research at the Start |
自動車衝突時にラップベルトは常に乗員の骨盤前縁に係合し続けていなければならない．ラップベルトが骨盤から外れると（サブマリン），ベルトが腹部に侵入し，重篤な傷害をもたらす．将来の自動運転における自由な着座姿勢も考えると，衝突においてサブマリンの防止は乗員保護における重要な課題である．
本研究では，被験者の立位CTからベルトと骨盤の位置関係を求め，さらに，実車での着座姿勢，ベルトの位置を調べる．さらに，CT画像を基に人体有限要素モデルを構築する．これにより，ラップベルトが骨盤を拘束するメカニズムを明確化し，男女別，腹部形状，着座姿勢およびベルト経路を考慮した，サブマリン防止方法を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
国際的に自動運転に向けて，自由な着座姿勢に対する乗員の拘束方法が研究されている．それにともない，後席も含めたラップベルトによる骨盤の拘束方法が大きな課題となっているが，いまだに解は見出されていない．本研究は，「後席乗員の実際の着座状況はどのようなものか」「ラップベルトと骨盤の初期位置，衝突時にラップベルトが骨盤を動的にどのように係合するか，なぜベルトの骨盤からのはずれ（サブマリン）が発生するのか」というベルトと骨盤の相互作用に関する基本的な問い，さらに，「この相互作用が各自の解剖学的特徴，シートベルトの幾何学的特性，シートの特性などによってどのように影響を受けるのか」という問いからなる．
これらの問いに対して，サブマリンの発生メカニズムに関して，人体モデルを用いた有限要素解析による後席乗員の衝撃シミュレーションをもとに，サブマリンが骨盤の後方回転およびラップベルトと骨盤前縁のラップ率によって記述できることを明らかにした．
さらに，50名からなるベルト着用状態での着座CTデータを用いて，ベルトの骨盤との係合，骨盤の姿勢に関して，ヒップポイント位置とシートバック角度が大きな影響を与えることを示した．また，後席乗員の着座状況を調べ，時間とともに骨盤角が推移するという結果を得た．
CTデータをもとに，人体有限要素モデルの形状モーフィングを行い，標準体格男性に加えて，低BMI，高BMIの人体モデルを作成した．これらのモデルをリクライニング姿勢，スローチング姿勢で着座させ，サブマリン発生を着座時の骨盤角とベルトオーバーラップによりモデル化した．
これらの結果は，英語審査論文（2編），日本語審査論文（2編）として公表した．うち１編はその内容の新規性が認められ，自動車技術会論文賞の受賞に至った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究開始から，男女別の身体計測，姿勢別，サブマリンの発生状況を検討してきた．研究の一つの課題である実際のベルトの骨盤への係合状況の解明については，被験者のCTによる基礎データを分析したのち，被験者の実車の後席を用いた計測，走行中の着座姿勢の変化を調べている．これにより，ベルトと骨盤の係合が，骨盤の後傾姿勢とヒップポイント（大転子位置）によって表すことができること，これが着座時間により変化することが明確になる等，重要な知見が得られ，順調に推移している．
もう一つの課題は，様々な体格や姿勢の乗員に対してサブマリンを表現する変数の明確化である．CTデータを基に低BMI，標準BMI，高BMIの男女の人体有限要素モデルを作成して，後席に着座した状態で減速度場を与え，様々な姿勢下でサブマリン発生を調べた．様々な体格や姿勢を取る人体についてサブマリンの発生確率を求めることができた．発生確率はベルトのアンカー位置やプリテンショナーなどで変わることも明確になり，設計への方向性も得られた．
このように本研究は，様々な体格と姿勢の乗員に関するサブマリンの発生の機序明確化と防止に向けた対策を考慮した設計方法の提案に向けて順調に推移している．
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| Strategy for Future Research Activity |
男女被験者について，さらに人数を増やし，実車を用いて実際の着座姿勢およびシートベルトの装着位置について計測する．また，走行中の着座姿勢の変化について映像と共に，特に，骨盤の角度をモニターし，サブマリン発生リスクの時間推移を調べる．また，立位CTによる撮影も進め，高齢者の立位姿勢における脊椎の姿勢についても調査する．
昨年度作成した低BMI，標準BMI，高BMIの男性の人体有限要素モデルに加えて，モーフィング手法を用いて女性の高BMI，低BMIの人体モデルも作成する．この一連のモデル作成により，様々な体格，着座姿勢を取る乗員に対する前方衝撃（50 km/h）について有限要素解析を行うことが可能となる．現在，国際的な課題となっている女性の方がサブマリンが発生しやすい要因を検討する．また，現在，衝突実験で用いられているHybrid III 50M, 5F, 及びTHOR 50M, 5Fの有限要素モデルについても衝撃シミュレーションを行い，人体モデルと骨盤の後方回転メカニズムの比較を行う．
有限要素解析から求めたサブマリン発生を支配する変数を，実測から得たベルト装着位置データに適用し，様々な体格や姿勢を取る人体についてサブマリンの発生確率を求める．シートパン形状，シートクッションの剛性，ラップベルトのアンカー位置，プリテンショナーなどの設計変数を変更し，骨盤の後方回転を低減するための方法を求める．これにより，本研究の最終目的であるベルトの骨盤からの滑りを防止するためのシートベルトシステムの設計指針を提案する
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