| 研究課題/領域番号 |
22K02986
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分09080:科学教育関連
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
大渕 慶史 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (10176993)
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| 研究分担者 |
塚本 公秀 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 客員教授 (30155337)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 導入教育 / アクティブラーニング / 機械工学 / 電気自動車 / 自動車競技 / 実習教材 / VR / レース |
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| 研究開始時の研究の概要 |
競技用乾電池自動車の車両設計を題材とした効果的なアクティブラーニング教材を開発する．学生は車両および走行パターンを設定し，その条件に対してシミュレーションで周回のラップとバッテリ消費を算出しつつ実験室に置いた実車に乗車してレースをVR体験できる．
実習課題において設計・製作を対象とする部分を実験で体験し，評価部分を仮想現実とシミュレーションで体験するハイブリッド方式となる．
開発した教材は授業をモニター学生に体験させ，教育効果の評価と改善を行う．
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| 研究実績の概要 |
開発する導入学習教材は，モータ特性の測定と電気自動車レースでの走行を関連付けたもので，学生は競技出場を想定して自ら設定した条件に対してシミュレーションで周回のラップとバッテリ消費により順位を付け，競技を疑似体験するものである．
対象とする競技「Ene-1 Challenge 鈴鹿」に初年度に製作した車両で参加して実際のコースを走行し，コックピットからのドライバー目線での動画を360度カメラで撮影し，これをVR教材でのヘッドマウントディスプレイで視聴可能なコンテンツを試作した．その他にデータロガーとGPSにより様々なデータを詳細に計測することが出来た．
モータの性能測定装置はサークルが所持する既存のものにコンバータの電圧を変更可能にして互換性を確保する改良を行うことで，授業への流用を可能にした．
2年目の主目的としていた対象競技が実施される鈴鹿サーキットの公開コースデータを基にコースを１周する際に必要な消費電力とラップタイムを導出するためのシミュレーションを制作した．初年度に作成したコース各地点での曲率と勾配を詳細数値化したものを基に，走行中の加速・減速および勾配抵抗，速度により異なる空気抵抗による必要エネルギは10m区間毎に算出予定であったのがデータ密度の低減のため50m区間に変更した．精度保証のために競技の走行中のGPS測定による高精度な位置情報を得て，それに対する標高データを国土地理院のサイトから得ることで高精度な再現を目指せるようになった．
使用するモータは使用する18スロットのコアに巻線方式を4通りに変えたものに対し巻線数を3通り変えた計12種類を予め性能特性を計測したものをデータベースとして使用する予定であるが，コアが入手困難のために7種類に絞って製作した．
成果の公開は，国際会議2件，国内全国大会3件，支部大会2件の発表を行い，国際会議論文1編が掲載された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
初年度に計画していた競技会視察（三重県，福岡県）が感染症対策等で実施できなかった事で本年度への繰越が生じ，それを有効に使用するために計画した韓国海洋大学校のシミュレーション施設訪問が悪天候によりめ実施できなかった．また，シミュレーションで髭右尾するモーター性能のデータベース構築のための12種類の巻き線パターンでの製作は，モーターコアの欠品で製作予定の半数程度しか製作が終わっていない．
走行性能評価用のシャシーダイナモは新規製作予定を既存装置の改造で代用させたが，平地走行の再現のためにはローラーの回転抵抗をキャンセルする必要が有る事，勾配走行を再現できる負荷機能を導入するための走行負荷の評価と機能実現のため，新たな設計・製作が必要になったことが理由として挙げられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
まず，現時点までに実施できていないモーター巻き線パターンの追加，および走行性能測定装置の高機能化として平地走行以外の勾配走行を再現できる負荷機能を導入するための各種デバイスの購入と装置製作を行う．
並行して，教育教材の製作のために有効に使用する計画とし，対象競技のVRアクティブラーニングコンテンツを制作する．これまでにVR技術を導入して視覚的効果を高める教材は数種，構築済みであるが，単なる視覚的な現実感だけでは不十分であり，工学系の実習科目として最終的には現実のモノを扱う必要がある．そこで，VR体験した競技の結果を元に，さらにラップタイムを上げるための必要項目を討論させ，改善策をその場ですぐに反映させて再チャレンジできるようなストーリー性も持たせ，更に授業終了後にも事後体験ができる遠隔教材機能も持ったコンテンツの完成を目指す．
最終的には，実習ストーリーを基に開発した教材を利用したアクティブラーニングの授業をモニター学生に体験させ，その後教育効果の評価と改善を行う．
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