6. 1
はじめに
本章は， 歩道通行時の車椅子利用者の動的特性を把握することを日的とする. 高齢者や 身体障害者のモビリティを確保し社会参加を促進することは11卜-の社会的要請の 4つであ り， 道路や駅， 建物内部の交通障碍を取り除くバリアフリー化や， エレベーターやリフト など支援設備の設置が進められるとともに， 移動性や安全性を確保するための研究が続け られている十1). 6-2). 6-3). 6-4). 6-5) .6-6).6-7) ところで， 車椅子利用者から， 単にモビリティの 確保に止まらず， ブロック舗装やインターロッキング舗装あるいは切石舗装路面の通行の 不快感が訴えられることがある6-R) これらの舗装は， 街路景観の向上や雰囲気の演出を 的に採用されることが増えているが， 車椅子利用者は， 意図的にその街路を避けることも あるという. しかし， わずかな配慮を行えば， 景観や雰囲気を損なうことなく車椅子走行 の快適性を改善可能である. そこで本章では， 振動や動揺を計算するために人-車椅子系 の力学モデルの作成を試みる. 従来の人・車両系力学モデルは車両重量が人間に比して大 きいため， 人間の扱いを省略しがちであるが， 車椅子の場合搭乗者の影響が大きいためこ れを無視することは出来ない. 次に， 初歩的ではあるが， 人を評価システムとしてとらえ ることにより路面平滑度と走行の快適性の関係を把握して快適性と街路設計を両立させる ための評価手法を提案する. 通常このような手法を用いる場合， 物理条件をランダムに設 定し， それに対する被験者の反応を測定することが望ましいが， 車椅子利用者の快適性を 調査する場合， 不快感を知覚させる条件設定を行うことは難しいため， 外的条件を段階的 に設定した.
人・車椅子の力学モデル
6. 2. 1
モデルの構造
不整のある路面を走行する車両の運動を計算するもっとも基本的なモデルは， 図6 - 1 のようなパネ・質量系モデルであり 本論文でもこれを採用する. また， 表6 - 1にモデ ルの諸元を示しておく. 自動車など通常の車両では， 搭乗者より車両のβが大型大質量で 座席や搭乗者は簡略化されることが多いが69)H-|O)， 車精子では人体のβが支配的で， シー ト ・ 人体系をより詳細にモデル化する必要がある. 図6 - 1では， このような観点から人 体を頭， 胸， 腰の3つに分割したモデルを採)4]している.
表6 - 1 記号のJ意味 記号 単位 意味
汀11 kg 前軸ばね下質量 ロ12 kg 後軸ばね下質量
ffi3 kg ばね上質量
打14 kg.m2 ピッチングモーメント
ffi5 kg シートと腰の質量
ffi6 kg 胸・腹の質量
ffi7 kg 頭の質量
k 1 N/m 前軸ばね下のばね係数 k2 N/m 後軸ばね下のばね係数 k3 N/m 前軸ばね上のばね係数 k4 N/m 後軸ばね上のばね係数 k5 N/m 座席のばね係数 k6 N/m 腰と腹のばね係数 k7 N/m 肩と頭のばね係数
m 車体重心と前軸の距離
ロ1 車体重心と後軸の距離
立1 車体重心と座軸の距離
WB ロ1 ホイールベース
Cl NS/m 前軸ばね下の減衰係数
C2 NS/m 後軸ばね下の減衰係数
C3 NS/m 前軸ばね上の減衰係数
C4 NS/m 後軸ばね上の減衰係数
C5 NS/m 座席の減衰係数
k々T
C64
4 WB
静4
\、』ノJTEL /'E\ LH -v
a--..
..
図6-1 人-車椅子系力学モデル
歩道路面凹凸の曲率が車椅子車輪のそれよりも小さく
ースに発生する車椅子振動を「長周波凹凸による振動J， 路面凹凸の曲率が車椅子車輪の それよりも小さい場合を「白地との衝突」に分類し， 両者についてそれぞれ取り扱うもの とする.
( 1 )長周波 による振動
走行方向に距離xを取り路面の高さをh1 (x)で表す. 走行速度Vとすると， 前輪はt=x/v で変換された時間tを用いてh1 (t)の強制変位を受け， 後輪はホイールベースWBをWB/vで、変
換した時間twだけ遅れたh2 (t) = h
1
(t + tw)の強制変位を受ける.これらの強制変位を入力とする系の逼動方程式は69)，
ぽ+CX+KX=F(t)
(6・1)と与えられる. ここに，
x=い1，X2 ，X3 ，X4 ，Xs ，X6 ，X7 r
(6・2)F(t) = (k]h] (t) + c1h1 (t)，k人(t)+ c人(t) ，0，0，0，0刈T
(6-3)であり， 上添字Tはベクトルの転置を意味する. さらに， M， C， Kは系の慣性， 減衰特 性， および剛性を表す行列で， それぞれ次のように表される.
mj
m2 。
m3
M = 1 げ14
(6・4)
ms
。 m6
m7
Cj + C3 。 -C3 I1 C 3 。 。 。
。 C2 + C4 -C4 -/2c4 。 。 。
-C3 -C4 C3+C4+Cs -/IC3 + 12c4 -l�cS -Cs 。 。
C = 1 I)c 3 -/2c 4 -/)c3 + 12c4 -/3cS 2 ， 2 ， 2
IILC3 + 12 LC4 + Is LC 1 sC 5 。 。
。 。 -Cs lsc 5 c5 + C6 - C6 。
。 。 。 。 - C6 c6 + C7 -C7
k， + k3 。 -k3 l，k 3 。 。 。
。 k2 + k4 -k4 -l2k4 。 。 。
-k3 -k4 k3 +k4 +k5 -l，k3 + l2k4 + l�k5 -k5 。 。
K
=
I l，k 3 - l.].k 4 -l，k3 + l2k4 -l�k5 2k. + l 2k
l，k5 。 。
l，"k3 +l2�k4 +lf
。 。 -k弓 l�k 5 k5 + k時 -kι 。
。 。 。 。 -k品 kó + k7 -k7
。 。 。 。 。 -k7 k7
(6・6)
孔(6・1)，(6・2)，(6・3)をフーリエ変換することにより次式を得る.
(-w2M +iCω+K)X(ω)= F(ω)
(6・7)x(ω)=い1 (ω九(ω九(ω九(ω九(ω)，xó(ωド7(ω)y
(6・8)F(ω) = ((k1 + iúX1 Yzl (，ωドへ(k2+ iば2 Yz2 ( ω�-i山ぺ0，0，0，0，0 r
(6-9) 周波数応答関数をH(ω)とおくとxい)=H(ω)ヤ(ω)
(6・10)、� ....".
， ...，..L. L. V、ー