| Project/Area Number |
24K17475
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
風間 恵介 日本大学, 生産工学部, 講師 (30813422)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | トラクタ / 農業機械 / ジャックナイフ / 農業トラクタ / 事故分析 / マルチボディダイナミクス / 非線形制御 |
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| Outline of Research at the Start |
農用トラクタ－トレーラ系の安定性に関する研究は，一般トラクタ－トレーラ系のように簡素な数学モデルで表現すると，現実の挙動と大きな乖離が生じるため進んでいない．本研究では，トラクタ－トレーラ系の逆動力学モデルを構築し，オープンループおよびクローズドループ制御系による安定解析から，事故の詳細な発生メカニズムを明らかにする．さらに，連結車両特有の非線形挙動を抑制するために，非線形制御法を提案することを目的とする．提案する技術をトラクタ－トレーラ系に導入することで，連結車両の取り回し性の向上などの新しい価値を付与できる．操縦性が改善されれば若手就労者の増加も期待でき，産業界にとっても有益なものとなる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，農用トラクタ－トレーラ系の特殊な連結車両を，複数の剛体や可撓体で構成される機械システムの動的な挙動の学問であるマルチボディダイナミクスによる逆動力学で再現し，ジャックナイフ現象の発生メカニズムの解明と，農用トラクタ－トレーラ系の安定化制御手法の確立を目的としている．その中で，今年度の目的は①マルチボディダイナミクスを用いた車両モデルの開発，②事故発生メカニズムの解明となっている．
マルチボディダイナミクス関連のソフトウェアの価格高騰があり，ソフトウェア導入に時間がかかった影響で，計画に比べると若干の遅れが生じたが，トラクタートレーラ系の等価３輪モデルを用いて平面運動解析を行い，ジャックナイフ現象の発生メカニズムを明らかにした．前輪転舵角に対するトレーラ連結角の伝達関数によって動特性を記述し，極─零点配置図と周波数応答を求め，連結車両の安定性解析を行った．また，農用トラクタ－トレーラ系において，クローズドループ制御系による安定性解析によって，オープンループ系では安定にもかかわらず，ドライバの特性によって不安定化することを確認した．
マルチボディダイナミクス関連のソフトウェアを導入し，これまでは簡単なモデルで数値シミュレーションを行うしかなかった分野に対して，より現実に近い車両モデル，走行環境を使ったシミュレーションを可能にし，今後の農業機械の安全に関する研究の新しい領域を示すことができた．
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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
マルチボディダイナミクス関連のソフトウェアの価格高騰があり，ソフトウェア導入に時間がかかってしまった．しかし本ソフトを用いて，農業用連結車両の振動モデルと旋回モデル，動力伝達系回転運動モデル，およびタイヤ駆動力発生モデルで連成し，１２自由度の線形モデル，およびジャンプ現象，パワーホップ現象など非線形要素を組み込んだ合計４５自由度の車両モデルを作成することができた．このモデルを用いて，ジャックナイフ現象に関する動力学的解析をオープンループ系，クローズドループ系の双方で行い，不安定化するメカニズムを理論的に示すことができた．マルチボディダイナミクスを用いたシミュレーションも行い，農業機械分野においては新しい領域を示すこともできた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き，マルチボディダイナミクスを用いて，農業用連結車両のクローズドループ系（ドライバ－トラクタ－トレーラ系）の安定解析を行う．基礎的な現象の再現や解析はできてきているが，実際の走行環境の模擬や，幅広い年齢層のドライバの再現といったところまではまだできていない．その中でも特にドライバに重点を置き，ドライバの反応速度や前方注視距離の変化が，トラクタ－トレーラ系の安定性にどのような影響を与えるのを明らかにする予定である．
また，車両挙動変化に対する制御系設計も検討していく．農業用連結車両では，自動車に存在するサスペンションなどの機構が存在しなかったり，ブレーキが左右独立してることもあるので，自動車で実用化できる制御系が応用可能かどうかといったところから，検討を進めていく．
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