2012 年度実施状況報告書

振り子・倒立振り子併用式チャイルドベッドに関する基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号	24560279
研究種目	基盤研究(C)
研究機関	神奈川工科大学
研究代表者	川島豪神奈川工科大学, 工学部, 教授 (70186089)
研究期間 (年度)	2012-04-01 – 2017-03-31
キーワード	機械力学・制御 / 衝撃制御 / 乗員保護装置 / 幼児用補助装置 / 衝撃緩和 / 振り子 / 倒立振り子 / 衝突実験装置
研究概要	車に乗せられている幼児の安全確保のため、振り子式のチャイルドベッドを倒立振り子のようにアームで支え、そのアームの回転減衰をセミアクティブ制御で調整することにより、衝突時の幼児に作用する衝撃力を許容値以下に抑える安全装置の開発が最終目的であり、本研究の目的は数値シミュレーションにより基礎的なデータを集めて設計指針を得ると供に、模型実験によりその有用性を確認することである。衝突初期に衝撃力を緩和できる振り子式の特徴と動き出し難さから寝台の移動距離を抑えることのできる倒立振り子式の特徴を併せ持つ点、車上の装置であることから充分なエネルギー供給が得にくい状況を考慮してセミアクティブ制御により衝撃力を緩和する点が提案する装置の特徴である。本年度の研究実施計画に対して以下の成果を得た。１．衝突の際、幼児の背中に衝撃力を作用させることで体が複雑に曲がることを防ぎ、衝撃力を零から徐々に増加させて一定値に抑えることのできる振り子・倒立振り子式チャイルドベッドを提案した。２．衝突を模擬した数値シミュレーションを実施し、実物大の振り子・倒立振り子併用式チャイルドベッドの有効性を、車内で寝台が移動できる距離を考慮しながら確認し、設計指針を得た。さらに、実験模型のシミュレーションも実施し、設計パラメータに関する指針を得た。３．提案しているチャイルドベッドの有効性を模型実験により確認するため、本学自動車工学センターにある衝突実験設備の走路（20 m）に設置されているリニア誘導モータに関する制御システムを構築し、10 kgの錘を載せた総質量約35 kgの台車を加速後に-11.7 m/(s*s)で急減速させられること、同条件での減速実験を繰り返し実施できることを確認した。４．数値シミュレーションにより得られた知見を、国際会議やホームページで公表した。
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本年度の研究実施計画に対する達成度は下記のとおりである。１．衝突の際、幼児の背中に衝撃力を作用させることで体が複雑に曲がることを防ぎ、衝撃力を零から徐々に増加させて一定値に抑えることのできる振り子・倒立振り子式チャイルドベッドを提案しており、この計画は予定通り達成している。２．衝突を模擬した数値シミュレーションを実施し、実物大の振り子・倒立振り子併用式チャイルドベッドの有効性を、車内で寝台が移動できる距離を考慮しながら確認し、設計指針を得た。さらに、実験模型のシミュレーションも実施し、設計パラメータに関する指針も得ており、この計画は予定通り達成している。３．提案しているチャイルドベッドの有効性を模型実験により確認するため、本学自動車工学センターにある衝突実験設備の走路（20 m）に設置されているリニア誘導モータに関する制御システムを構築し、10 kgの錘を載せた総質量約35 kgの台車を加速後に-11.7 m/(ss)で急減速させられること、同条件での減速実験を繰り返し実施できることを確認しており、この計画もほぼ予定通り達成している。台車をアルミ材で製作することで軽量化でき、ほぼ目標の減速度が達成できたが、台車上での上下振動を測定したところ500 m/(ss)以上の加速度が確認された。そこで、車輪を空気入りタイヤなどに変更するなどして防振対策を試みたが、最大減速度との兼ね合いから有効な対策を施せなかった。この点で、達成度がやや遅れている。４．数値シミュレーションにより得られた知見を国際会議で発表し、成果の一部を簡単ではあるがホームページで公表しており、この計画はほぼ予定通り達成している。
今後の研究の推進方策	基本的には申請書通りの計画で研究を推進していくが、台車の振動を抑えるため走行路の不整を取り除く対策を計画に追加する。１．数値シミュレーションにより有効性を確認した振り子・倒立振り子併用式チャイルドベッド模型の製作および制御システムの構築を開始する。そして完成後、模型実験により提案するチャイルドベッドの有効性を確認する。25年度は、本研究の特徴である衝突という0.1ｓ程度の短時間での制御を実現するため、0.001ｓのサンプリング周期に応答するセミアクティブ衝撃制御用アクチュエータを開発する。ディスクブレーキを超磁歪アクチュエータで駆動するアクチュエータを製作する予定である。車用であることを考慮して電流形の超磁歪アクチュエータを用いる予定であるが、高速な応答が実現できない場合は、高電圧を必要とし、もろいという弱点を有するが積層セラミックアクチュエータで開発する。また、ディスクブレーキシステムで高速な応答が実現できない場合は、ローラを斜めに配置することで静摩擦から動摩擦に滑らかに移行できるガイアドライブを用いる。サーボモータをブレーキとして用いることも検討する。２．台車の振動を抑えるため、25年度に衝突実験装置における台車走行路を削り、不整を小さくすることを計画に加える。それでも振動が抑えられない場合はレールを新設することを検討する。さらに振動を抑える必要がある場合は、台車の底に取り付けられているアルミ板とLIMとの空隙を一定に保つ必要からサスペンションを台車に取付けられないため、台車上に載せる防振装置を製作する。３．得られた成果を国内外の会議で発表すると共にホームページを充実していく。
次年度の研究費の使用計画	該当なし