2018 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical modeling and parameter identification of human-bicycle balance fluctuations
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18H01391
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
吉田 勝俊 宇都宮大学, 工学部, 教授 (20282379)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋脇 聡 宇都宮大学, 工学部, 教授 (10344904)
山仲 芳和 宇都宮大学, 工学部, 助教 (00804238)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自転車 / ゆらぎ / 予測 / モデル化 / パラメータ同定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，自転車走行のふらつきを予測する新技術を開拓し,対自転車の事故を防止する自動運転自動車の実現に寄与しようとするものである．具体的には，自転車の走行実験から得たふらつきの確率分布を動的に再現する動的モデルを導出し，そのパラメータを同定することで，ふらつきが経時的に及ぶ範囲の予測器を構築する．さらに，伊藤確率解析を駆使することで，予測処理のリアルタイム化を図る．
平成30年度は，室内で走行可能な実験環境を構築し，予備的な測定実験を行い，得られた実験データの性質を再現する1自由度モデルを同定した．
第１の成果として，走行中の自転車のロール運動について，８名の被験者全員に対して，高精度な時系列データを得ることに成功した．
第２の成果として，得られた時系列データに基き，線形１自由度ロール運動モデルをパラメータ同定し，モデル適合率（確率密度関数の残差２乗和による）９９％超の高精度モデルを得ることに成功した．
また，当初計画にない第３の成果として，同定結果の統計的信頼性を検証するために，統計的仮設検定（Kolmogorov-Smirnov検定）を実施したところ，我々のモデルが，一般的なガウス型モデルに比べて，優れた分布再現能を有することが明らかになった．これは，本研究のモデリング手法の妥当性を客観的に裏付ける成果である．
以上の当初成果は，査読付き 国際会議論文２報として採択された．また，統計的検定を含む詳細な検討結果は，現在，権威ある査読付き論文集に投稿中である．
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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
平成30年度当初計画は，走行実験環境の整備と予備データの取得，およびモデル同定の着手であった．
まず，走行実験環境の整備については，計画通り，3本ローラー型のサイクルトレーナーにより室内で実験可能な環境構築に成功し，特にロール角については被験者８名について，高精度な測定に成功した．しかしながら，このローラー型トレーナー上の走行は，２０代の健常な男性をもってしても，かなりの習熟を要することが判明した．これより，高齢者の実験可能性に疑義が生じたため，当初計画にない拡張として，実走行にさらに近いベルトコンベア型の実験環境の整備にも新たに着手している．
また，モデル同定については，その第一歩として，当初計画より単純な線形１自由度ロール運動モデルを導出し，そのパラメータを実験データから同定した．その結果，モデル適合率９９％超（確率密度関数の残差２乗和による）の高精度モデルを得ることに成功した．
さらに，当初計画にない拡張として，得られたモデルに対して，統計的仮設検定（Kolmogorov-Smirnov検定）を実施したところ，我々のモデルが，一般的なガウス型モデルに比べて，優れた分布再現能を有することが明らかになった．現段階では，ロール角のみに限定された結果ではあるが，本研究のモデリング手法の妥当性を客観的に裏付ける成果である．
以上，当初計画の初期段階を実現したもの， 当初計画にない新たな取り組みを総合的に判断すると，本研究の進捗は，おおむね順調に進展していると思われる．モデル同定の成果は，査読付き国際会議論文２報として発表・採択済みである．また，統計的仮説検定の成果は，権威ある査読付き論文集に投稿中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３１年度以降は，当初計画に従い，操舵角と車輪接地点変位を測定対象に追加する．さらに，当初計画にある非線形2自由度モデル（提案モデル）の構築に着手し，そのパラメータ同定の試行に着手する．また，高齢者が容易かつ安全に走行可能な実験環境を構築するため，ベルトコンベア型実験環境の構築を急ぐ．
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