2022 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吉田 秀久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (00332635) [Withdrawn]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 – 2024-03-31
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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 |
これまでに、計装車両を用いたアスファルト路面上の走行により取得したタイヤに作用する力などのデータをガウス過程回帰で処理することで、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ことを提案した。また、タイヤと軟らかい地面の相互作用の基礎データ取得のため、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することで、タイヤ表面のトレッド形状や配置の違いによる影響を明らかにした。火山災害における降灰の車両への影響を調べるために、火山灰を敷いたアスファルト路面で計装車両を走行させてデータを収集したが、これら火山灰での走行データを処理して、降灰厚さや粒径と転がり抵抗との関係、タイヤスリップ率と制駆動力の関係を明らかにした。タイヤ横力の特性については、アスファルト路面でのモデル化と同様にガウス過程回帰を用いた。右旋回と左旋回を行った両輪データを合わせて使用したが、生データをランダムに4つに分割して、一つを訓練データとし、他をテストデータとして用いた。アスファルト路面における解析では、近傍データを平均化した代表値によりモデル化を行ったが、火山灰上の走行におけるデータでは平均化を行わない生データを用いた。ハイパーパラメタの探索では、計算当初に一次探索である勾配法を用いて大まかな値を推定して二次探索であるニュートン・ラプソン法の初期値とし、計算の効率化を図った。得られた結果から、火山灰上での車両走行におけるタイヤ横すべり角、キャンバー角、接地荷重変化の3変数と横力の関係を見ることができた。アスファルト路面と比較して、火山灰の影響によってタイヤ横力の最大値は小さくなるものの、横すべり角0度付近での横力の増加割合（コーナリングパワ）は大きいことが示された。これらの研究成果は国際会議で認められ、特別号への掲載を依頼されている。
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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、それぞれの変数の影響を確からしさを含めて推定できた。今回、アスファルト路面だけでなく、降下火山灰に覆われた路面におけるデータでも有効であることを示した。しかしながら、最適なハイパーパラメタを求めるためのプログラムの改良や計算に予想以上に時間を要することとなった。解析自体は進めることができたものの、新たな実験によるデータの取得ができなかった。新たな校務に就き、充当できる時間が制約されたことも原因として挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガウス過程回帰においては、効率化を目指してアルゴリズムの改良を行う。勾配法とニュートン・ラプソン法を組み合わせて自動的に算出できる方法を試みる。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ているので、これらのデータを用いて、提案した解析手法の有効性を検証する。また、実験により新しくデータを収集して、その適応範囲を明らかにする。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の比較により、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に旅費として計上していたが、オンライン開催となったために旅費の執行額が減少した。これまでの成果をまとめて、学会等での発表は行うことができたが、年度始めから新たな校務に就き、充当できる時間が制約されたために、実験などに使用する備品の購入が先延ばしとなった。次年度使用については、国際会議に参加する旅費と合わせて、実験において基礎データを収集するのに必要な計測装置などの購入に当てる予定である。
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