グランド・コントロール・ホイールに関する研究

• Project/Area Number: 12875045
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 須田 義大 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (80183052)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 公彦 山口大学, 工学部, 講師 (90325241) ; 岩佐 崇史 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (60313110) ; 中代 重幸 千葉工業大学, 機械工学科, 講師 (60272514)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2001: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2000: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 機械力学 / 車両制御動力学 / 制動 / エネルギー回生 / サイクロイド曲線 / ビークルダイナミクス / 駆動 / 操舵

Research Abstract

従来の交通・輸送システム(自動車や鉄道車両)では、車両側に動力源が存在し駆動、制動、操舵を行う。ITSにおいても車両とインフラ間でのやり取りは情報の授受が主であり、車両の運動制御に関しては車両側に一任された形態になっている。それに対し本研究では、インフラ側に動力を組み込み、外部から物理的に制御を行うという萌芽的な試みを行う。これによりインフラ側からの制御が効率よく正確に行われる事が可能になれば、新たな交通・物流システムへ発展する可能性がある。
本研究では制動に焦点を置き、路面に設置された棒状の構造物を車輪が踏み込むことによって制動を行い、さらに吸収した運動エネルギーを電気的なエネルギーとして回生するシステムを検討した。
具体的な方式として2方式を検討した。1つは制動構造物の先端がサイクロイドの軌跡を描くもの(SBS)、もう1つは単純に鉛直方向の運動を行うモデル(VBS)である。
両システムの力学モデルを作成し、シミュレーションを行うことにより、両システムの制動力特性とエネルギー回生効率を比較検討した結果を以下に示す。
・制動能力について比較するとVBSの方がSBSより高い減速度を示すが、VBSは制動初期に急激な減速を伴うため、SBSの方が実用的であることが分かった。
・エネルギーの回生効率を比較すると、車輪と制動構造物の接触面における滑りを無くしたSBSの方が、摩擦仕事によるエネルギーロス分だけVBSより優れていることが分かった。
・制動構造物の先端にサイクロイド曲線の軌跡を描かせる事の有効性が確認できたため、サイクロイド曲線を利用した制動システムの機構的を提案した。
最後に、今回は制動を主題として研究を進めたが、グランド・コントロール・ホイールの制御手段としては、駆動及び操舵に関しても可能であり様々なシステムが考えられる。今後の制御対象及び制御方法の多様化を狙う事によって、本研究の有効性が現れてくると考える。

Research Products

• [Publications] 須田義大, 中代重幸: "グランド・コントロール・ホイールに関する研究"D & D 2000. (発表予定).