2018 Fiscal Year Research-status Report
Innovative ride comfort control of high function mobility considering stress and emotion
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18K04058
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
加藤 英晃 東海大学, 工学部, 講師 (90734476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 正敬 東海大学, 工学部, 助教 (90733717)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 乗り心地 / 生理指標 / 超小型モビリティ / アクティブシートサスペンション / 生体計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は生体情報を用いて乗員の心理状態をリアルタイムに推定し、その情報に基づき適切な乗り心地を維持できるよう振動制御する「乗り心地制御システム」を提案している。このシステムでは座席部にアクティブシートサスペンションを搭載し、乗員に伝わる振動の制御を行う。アクティブシートサスペンションでは乗員へ伝わる振動の低減だけでなく、状態に応じて振動を加えることも可能である。
自動車の様々な振動が乗員の心理状態に及ぼす影響を把握した上で、時々刻々と変化する乗員の心理状態に対して良い乗り心地を維持するための振動制御システムをさらに発展させ、より快適かつ低ストレス状態で乗車可能な高機能アクティブ振動制御システムの実現を目的とし、本年度は以下の項目を実施した。
１、上下方向と前後方向の乗り心地改善を目指し、3つのアクチュエータを備えた新しいアクティブシートサスペンションを製作する予定である。現有のアクティブシートサスペンションの自由度を増やすため、2つのアクチュエータを製作する必要がある。アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いることから、本年度は様々な解析モデルを構築し、電磁界解析ソフトウェア「JMAG」を用いた解析により推力特性をパラメトリックに検討し、設計指針を構築した。
２、複数の生体信号計測とその重み付けから、疲労に結実する「ストレス」と快感・不快感を司る「情動」を指標とする新たな乗り心地評価手法の構築するため、脳血流、連続血圧、表情筋、皮膚電気反応、心電図を計測しながら加振実験を行い、加速度、周波数による各指標の変化について実験を行った。加えて実験終了後、被験者に対して乗り心地に関するアンケートを行い、主観的評価と生理学的評価の両面から考察を行った。
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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
１、新しく製作予定の上下方向と前後方向の乗り心地を改善するアクティブシートサスペンションには現有を含め3基のボイスコイルモータをアクチュエータとして設置する。このボイスコイルモータは車載性を考慮すると全高を低く抑えつつ、最大限のストローク量を確保し、かつ比推力が高いことが求められる。加えて車載するバッテリーの電圧や容量から、モータ効率を向上させる必要がある。そこで本年度は電磁界解析ソフトウェアを用いてボイスコイルモータのヨーク寸法やコイルのサイズや線径、永久磁石の材質や大きさを変化させ、推力特性について検討を行った。加えて得られた推力特性を踏まえて、車両に外乱が入力された際の挙動をシミュレーションにより検討し、車載に最適なボイスコイルモータの設計指針を構築することができた。
２、本研究で提案する快適かつ低ストレス状態で乗車可能な高機能アクティブ振動制御システムを実現するためには、疲労に結実する「ストレス」と快感・不快感を司る「情動」を指標とする新たな乗り心地評価手法の構築が不可欠である。本年度は研究計画の初期段階として、被験者に現有のアクティブシートサスペンションに着座させた状態でボイスコイルモータから一般に不快感を与えるとされる周波数帯域の振動を発生させ、このときの被験者の脳血流、連続血圧、表情筋、皮膚電気反応、心電図を計測した。その結果、複数の生体情報から被験者がストレス環境に置かれた際に大きく変化が現れることを確認することができた。加えて実験終了後、被験者に対して乗り心地に関するアンケートを行い、両者から同様の傾向を得ることが確認できた。
以上の成果から本申請の研究は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果を踏まえ、今年度は以下の項目について検討を進めていく予定である。
１、2自由度アクティブシートサスペンションの製作と振動制御システムの構築：前年度に設計基盤を構築したボイスコイルモータを用いて、変位や加速度を測定するセンサ、ボイスコイルモータを動作させる電力増幅器、制御コンピュータにより上下方向と前後方向の乗り心地を改善するアクティブシートサスペンションの制御システムを構築する。加えて前年度の挙動シミュレーションを応用して制御アルゴリズムについて詳細な検討を行う。上下方向と前後方向の外乱を最低限のストローク量で制振できるよう、制御パラメータを変更して実験を行い、構築した2自由度アクティブシートサスペンションの最適化を図る。
２、生体情報の総合的解析方法の模索：前年度に得られた脳血流、連続血圧、表情筋、皮膚電気反応、心電図などの各生体情報の振動に対する反応と乗り心地に関するアンケートによる主観評価を総合的に解析し、生体情報が指し示す心理状態について把握できるような解析手法を構築する必要がある。本年度はアクティブシートサスペンションをもちいて被験者のか新実験を行い、ストレスを感じる状況やリラックスする状況において得られた複数の生体情報について多変量解析やクラスター分析を利用して横断的に解析し運転者の心理状態を推定する。さらに推定された心理状態と測定された生体情報、アンケートによる主観評価から多角的に検討する。
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| Causes of Carryover |
初年度に製作を予定していた装置があったが、設計は終了しているものの、その資材などの購入を次年度にするように変更した。そのため次年度使用額が生じた。上記の通り、設計および見積もりは終了しているので、速やかに予算を使用し、製作に当たる予定である。
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