2019 Fiscal Year Annual Research Report

Drive-by Sensing for multiple vehicles and multiple bridges

Research Project

Project/Area Number	19H02220
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	山本亨輔筑波大学, システム情報系, 助教 (80635392)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	岡田幸彦筑波大学, システム情報系, 准教授 (80432053) 善甫啓一筑波大学, システム情報系, 助教 (70725712) フン・ドックトゥアン筑波大学, システム情報系, 准教授 (20633465)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	車両‐橋梁相互作用システム / システム同定 / 車両振動 / 橋梁振動 / 構造ヘルスモニタリング
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、車上計測データ（車両振動・位置）を用いて、車両・橋梁・路面のパラメータ（車両の質量・減衰・剛性・エンジン振動、橋梁の曲げ剛性分布・単位長さあたり質量、路面凹凸の空間分布）をすべて推定する手法（VBIシステム同定）を提案した。VBI（Vehicle-Bridge Interaction：車両-橋梁相互作用）システムは非線形であり、既往の研究では、推定可能なパラメータは限られていた。一方、本手法では、上述の全パラメータが推定できることを数値実験によって明らかにすることができた。提案手法では、計測データと仮想したパラメータを運動方程式に代入し、前輪と後輪で推定される路面凹凸の誤差を求める。走行経路が直線的であれば、前輪と後輪の路面凹凸は一致するはずであるから、推定誤差が最小になるように仮定する車両・橋梁パラメータを更新する。なお、目的関数が前・後輪で推定される路面凹凸の差であるため、つまり、正解値と推定値の誤差ではないため、推定パラメータの更新を繰り返しても正解値へたどり着くことが明示的であるような数理モデルとはなっていない。しかし、数値実験により、車両・橋梁パラメータの最適解を与える推定路面凹凸は正解値と一致することが確認できた。また、車両振動データとして、サスペンションより上のばね上振動（車体振動）とばね下振動（車軸振動）のデータを用いることで、車両のエンジン振動も推定することができることを明らかにすることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 提案手法の理論構築と数値実験を終え、理論レベルでの実現可能性を示すこと（TRL=1）ができた。また、実験データを収集するためのセンサ系の開発（TRL=2～３）まで進めることができた。
Strategy for Future Research Activity	計測データに含まれるノイズにより、VBIシステム同定が受ける影響を数値実験により明らかにする。また、目的関数の形状を求め、高精度・高効率なパラメータ更新アルゴリズムを開発する。さらに、現状では一つの車両から、一つの車両と橋梁のパラメータを推定する本手法を拡張し、複数の車両振動データから、それぞれの車両と複数の橋梁のパラメータ推定を同時に行い、精度を改善することが出来るか検証を行う。次に、本提案手法の社会実装段階における有効性を確かめるため、ラボ実験・実環境実験に用いる振動計測センサの開発も行う。