Development of Tractor Driving Simulator for Reduction of Fatal Farm Accidents

2020年度は、トラクタ・ドライブシミュレータの開発要素のうち、非線形パワーホップモデルの開発及びドライブシミュレータのモーションプラットフォームとの接続を行った。農用トラクタの非線形力学特性をドライブシミュレータ上で表現するため、非線形パワーホップモデルの開発を行った。前年度までに、農用トラクタの代表的な非線形特性である衝突振動・横滑りの力学的な定式化を行っているが、今回はこれらを組み合わせることで自励振動であるパワーホップ現象の定式化を行った。パワーホップとは、乾燥地・高重量けん引作業時に発生する自励振動のことであり、明確な振動源がないにも関わらず、動的不安定性が顕在化する。このような現象は、振動によるオペレータ・機体への損傷発生、地面へのタイヤ衝突による土壌圧縮、動的不安定性による事故発生につながりうる。そこで力学モデルによる定式化を行った。非線形要素として、衝突振動、横滑り（スティックスリップ）、インプルメントー機体間のフリープレイを組み込み、３自由度非線形モデルを開発した。本モデルを用いた、数値シミュレーション結果から、パワーホップが前輪スティックスリップの発生に起因し、前後方向、鉛直方向、ピッチ方向が連成し、後輪車軸荷重が瞬間的に低下することで、後輪スティックスリップに至る、という力学的プロセスを解明することができた。パワーホップモデル開発に加えて、CarSim(Mechanical Simulation社）ベースのドライブシミュレータとモーションプラットフォームを接続した。モーションプラットフォームは、東京都小金井市ソルーション株式会社提供のものを利用し、トラクタ横転事故発生時の力学的な挙動を物理空間上に疑似的に再現した。本ドライビングシミュレータを利用した事故シナリオ抽出が今後期待される。

2020年度は、トラクタ・ドライブシミュレータの開発要素のうち、非線形パワーホップモデルの開発及びドライブシミュレータのモーションプラットフォームとの接続を行った。農用トラクタの非線形力学特性をドライブシミュレータ上で表現するため、非線形パワーホップモデルの開発を行った。前年度までに、農用トラクタの代表的な非線形特性である衝突振動・横滑りの力学的な定式化を行っているが、今回はこれらを組み合わせることで自励振動であるパワーホップ現象の定式化を行った。パワーホップとは、乾燥地・高重量けん引作業時に発生する自励振動のことであり、明確な振動源がないにも関わらず、動的不安定性が顕在化する。このような現象は、振動によるオペレータ・機体への損傷発生、地面へのタイヤ衝突による土壌圧縮、動的不安定性による事故発生につながりうる。そこで力学モデルによる定式化を行った。非線形要素として、衝突振動、横滑り（スティックスリップ）、インプルメントー機体間のフリープレイを組み込み、３自由度非線形モデルを開発した。本モデルを用いた、数値シミュレーション結果から、パワーホップが前輪スティックスリップの発生に起因し、前後方向、鉛直方向、ピッチ方向が連成し、後輪車軸荷重が瞬間的に低下することで、後輪スティックスリップに至る、という力学的プロセスを解明することができた。パワーホップモデル開発に加えて、CarSim(Mechanical Simulation社）ベースのドライブシミュレータとモーションプラットフォームを接続した。モーションプラットフォームは、東京都小金井市ソルーション株式会社提供のものを利用し、トラクタ横転事故発生時の力学的な挙動を物理空間上に疑似的に再現した。本ドライビングシミュレータを利用した事故シナリオ抽出が今後期待される。