2021 Fiscal Year Research-status Report
計装車両の走行中データ取得による地面の力学的特性の推定
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20K04357
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
山川 淳也 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (10546138)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 秀久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (00332635) [Withdrawn]
江藤 亮輔 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 講師 (20761480)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 路面特性 / タイヤ力学特性 / ガウス過程回帰 / データ処理 / 路外走行 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
計装車両を用いて取得したタイヤに作用する力等のデータをガウス過程回帰により処理することで、タイヤ横すべり角、キャンバー角、接地荷重変化の3変数と横力のタイヤモデルを構築する方法を提案し、成果を国際会議で発表した。ガウス過程回帰モデルの最適なハイパーパラメタはモンテカルロ法の一種であるメトロポリスヘイスティング法で求めたが、ランダム法であるため、試行回数を増やすことで最適な解に近づくものの、得られたハイパーパラメタで必ずしも尤度関数が最大になるとは限らない。そのため、その後の検討として、共役勾配法などの勾配法を用いて尤度関数が最大となるハイパーパラメタを探索した。これにより、最大尤度となるハイパーパラメタを取得することができ、メトロポリス法によって得られたモデルとの比較が可能となった。しかしながら、共役勾配法などの一次探索は収束が非常に遅く、ハイパーパラメタの取得に長い時間を要した。しかしながら、ある程度一次探索を行った中途のハイパーパラメタを、二次探索であるニュートン・ラプソン法の初期値として用いることで、急速な収束が可能であることが分かり、計算時間を大幅に短縮することができた。
火山の噴火で降下したアスファルト道路上に火山灰が堆積し、車両走行に影響が生じることが懸念される。アスファルト道路に火山灰を敷いて、計装車両を走行させることでデータを収集したが、タイヤ牽引力とすべり率の関係ならびに横力と横すべり角の関係に対する火山灰の影響を明らかにするための解析を進めている。
タイヤと軟らかい地面の相互作用の基礎データを取得することを目的として、模型タイヤによる砂面走行実験を行い、タイヤ牽引力と砂への沈下に関するデータを収集し、タイヤ表面のトレッドの形状や配置の違いによる影響を調べた。取得データの処理にあたり、これまでの研究成果の適用を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまでに、ガウス過程回帰を用いて計装車両で取得したデータの処理により、多変数（横すべり角、キャンバー角、接地荷重変化）の影響を受ける物理量（タイヤ横力）を予測できるモデルを構築する方法が提案できた。カーネル関数に用いるハイパーパラメタ（本研究のモデルでは７つ）は尤度関数を最大にする組み合わせで求められる。生データからは判りにくい変数間の関連が明確となり、予測したい物理量は平均値と分散の形で得られることから、それぞれ変数の影響は確からしさを含めて推定できることになる。ここまで一連の研究成果は得られたが、その過程で多くの時間を要した。回帰モデル導出のための改良に、効率が良いと言われる共役勾配法を用いて最適なハイパーパラメタの導出を行ったが、一次探索であるために多大な時間を要することが判明し、アルゴリズムの改良を試みたものの大幅な改善には繋がらなかった。このため、試行計算による検証とプログラム改良に予想以上の時間を費やすことになった。このため、研究計画に若干の遅れが生じた。その後、他の方法として検討した二次探索であるニュートン・ラプソン法との組合せは効果的であり、解の導出に掛かる時間が大幅に改良され、大きな成果となった。
他の理由として、感染症対策の影響を受けたことにより、実験のために検討していた現地視察や打ち合わせができなかったことが上げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1 cmから30 cmの厚さの火山灰をアスファルト上に敷いて計装車両で走行し、タイヤに作用にする転がり抵抗、牽引力、横力などの力と合わせてタイヤのすべり率、横すべり角、轍深さ（沈下量）のデータを、条件を変えて取得した。これまでにガウス過程回帰法によるタイヤモデルの構築手法に関して、共役勾配法とニュートン・ラプソン法を組合せることで尤度関数を最大とする最適なハイパーパラメタを効率よく探索する方法を提案できている。走行時の火山灰の影響を明らかにするための多くのデータが取得できているので、これまでに得たガウス過程回帰を用いたデータ処理の方法を活用して解析を進める。また、模型タイヤによる砂地走行実験によって、タイヤのトレッド形状や配置に関するタイヤ牽引力と砂への沈下等のデータを収集したので、これらのデータを用いて、提案した解析手法の有効性と適応範囲を検証する。また、文献等の調査を通して、既存の方法で得られた地面の力学的特性と比較することで、本研究で得られる相関モデルの妥当性と有効性を検証する。
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| Causes of Carryover |
国際会議に参加するための出張費を計上していたが、オンライン開催となったために旅費の執行額が大幅に減少することとなった。海外出張分の旅費は、国内遠征実験の経費や実験器材の購入に転用して有効に活用した。それでも生じた次年度使用額については、模型タイヤと軟らかい地面の相互作用に関する基礎データを収集するのに必要な計測装置など、主に室内において使用する実験器材の購入に当てる予定である。
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