寺町, 賢一

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

道路交通における車両・人間系を対象とする人の工 学的特性に関する研究

寺町, 賢一

https://doi.org/10.11501/3163957

出版情報：Kyushu University, 1999, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：

権利関係：

第4章 大型車のマン ・ マシン ・ システム ・ モデル

4. 1

はじめに

本章は， 先に提案した単独宅マン ・ マシン ・ システム ・ モデル 4・1).4-2)に人Lづいて大型デ

ィーゼルII{の挙動を去すモデルを提案するものである. 本論文において提案するマン ・ マ シン ・ システム ・ モデルは， 運転者の特性と自動車の機械性能を組み合わせたものであり，

本章では自動車の機械性能を表すパラメータを， 排気量の異なる大型貨物自動車に適用す るものである.

般に， 自動車の騒音， 排気ガスは車両重量や出力に比例して大きくなり， 積載率の変 化が騒音， 排気ガスに与える影響は大きい. 自動車騒音予測4-ω-3札3

行われているが， そのほとんどが排出源を普通自動車と大型車に分類していることからも わかる. また， 交通析しに与える大型車の影響に関する研究4-8)も行われており， 交通容量に 与える影響も無視できない.

大型貨物自動車の場合， 積載率によっては運転者が希望する加速挙動を行うことが出来 ず， 車両性能によって加速挙動に制限を受けることもあるため， その機械的性能を簡便に，

なおかつ的確に表現する必要がある.

普通自動車はガソリンエンジンを搭載しているものが多いが， 大型貨物自動車は燃料費 が経済的であるディーゼルエンジン車の割合が高い. 本章では， ガソリンエンジン車モデ ルである単独車モデルの自動車性能にエンジン車種の違いを考慮したうえで機械的性能を 把握し， 騒音や交通流に影響を与える大型車挙動の予測を行うモデルを提案するものであ る.

4. 2

モデルの構成

4. 2. 1

排気量変化への対応

先に提案した噌独車マン・ マシン・ システム・ モデル4-1)ル2)において， 排気量2，OOOcc クラスの国産普通乗用車とほぼ性能の等しいエンジンの燃料消費率測定結果からトルクT p， 燃料消費率g， 燃料消費率の補正分g 0' エンジン|司転数Nの間には次の関係式が成り

lLつ.

Tp =α

(

)-bN

ここにa， bはÎì動車の機械的性能を友す定数である.

(4・1)

a， bはそれぞれエンジンに固有な値であるが， エンジン性能に関するデータを車種毎 に入手することが出来るとは限らず， モデルの汎用性を考えると， エンジンの排気量， 圧 縮比， エンジンの種類(ガソリンorデ、イーゼル) によって異なるエンジン性能を把握する 簡便な方法が必要となる. そこで次のように考えることとする.

あるエンジンの発生するトルクが式(4-1 )で与えられる場合， 大きさ(排気量)， 圧縮比 が異なるエンジンに対して， 対応する式

Tp =〆

(

)

b'N

を導く方法を考察する.

つのエンジンをとってみれば， アクセル・ ペダルの踏み込み量xの代表として燃料流 量Gをとっても混合気濃度ρをとっても問題はないが， 自動車の燃料流量の制御はもとも と混合比に関して行われると考えられる. そこで， 異なったエンジンを取り扱う場合は，

ρの代表としてg=G/Gmaxを用いているので， 以下gとρは同じものと考える.

ガソリン・ エンジンはオットー・ サイクルに近い. 圧縮行程に入る前のシリンダー内の 気圧， 絶対温度， 比体積をP^l' Tぃ V1とする. それぞれ， 大気圧， 大気視度， 大気比 体積に近い. 圧縮行程の終わりにはP2' T2， V2になるものとする. 圧縮比をEとする と， V 1 E. V 2である. また， 断熱変化の式， Pvr=constより， T2=T1E.Y-1， P2

= P 1 E. rとなる. ピストン上死点付近での燃焼期間を定容状態で単位体積あたり熱量Q1 が加えられると考える. この状態での定容比熱をc V' 燃焼により供給される熱量をQ^l' 燃焼後の圧力， 温度をそれぞれP 3' T 3とすると，

Q1 =

CV(T3一九)

T3�T 2とみて(燃焼温度は約30000C， T 2はE = 1 0で 4800Cくらいと推定される)， 上 式第二項(断熱圧縮による項)を第一項(燃焼による項) に比べて十分小さいと与えて省 略すると， Ql..CvT3となる. いま， Ql =ρqとする. ρは燃料濃度(g r / ^{c m} 3)，

qは1 ^g r当たり発熱量 である. また， 一般にRをガス定数として， 気圧P， 温度Tc' 比体積vの聞には状態方程式Pv =R Tじが成立する. そこで， V3=V2とおいた燃焼前 後の二つの状態方程式により，

R-RT3_一一7

一

J 町 内 Cvν2

Cv νl (4・4)

である. エンジンの代表長さ(たとえばシリンダ直径)をD とすると， ピストンを圧する 力F， トルクTじが

F∞D2F1∞D2εp Te∞FD∞D3εp となる， すなわち， 式(4-} )中の係数aは

α∞D3ε

(4・5)

(4・6) となる. したがって， 排気量 (D3に比例する) と圧縮比の異なるエンジン に対しては

である. D3は排気量を表す.

。'=α

(

X

)

次に， 回転速度ととも に増加するトルク損失分 ムTN=bVを考える. エンジン内部の 損失馬力Llは， 機械的な 摩擦(固体摩擦及び流体摩擦)によるものと考えられ， ^c， _d を定数として

L1 = cN +dN2 (4・8)

で表される4-9) ムTp で表すと

右辺第一項が固体摩擦， 第二項が流体摩擦である. 上式を損失トルク

fl.Tp∞c+dN (4・9)

となり， 右辺第二項があるムTpに相当することがわかる. 流体摩擦力Ffは摩擦を生じる 部分の面積と速度の積に比例すると考えられるから， エンジンの代表的長さDを用いて，

)ドx ( )

b'= b

(

)

最後に固体摩擦について考察する. この成分が式(4-1)中のag 。に相当する. ある程度 以上の回転数では流体摩擦成分が優勢であるから， この成分を無視しでも差し支えない.

しかし， これを考慮しようとすれば， 固体摩擦は接触面圧力に比例し， 接触面圧力はほぼ ガス圧に比例するであろうこと， さらにガス圧は， 式(4-5)のようにD₂ Eに比例すること から

と考えると

と考えることが出来る. すなわち

である.

αg()∞D2ε

D2ε 1 g()∞

一一一

gu'� gO

(�

)

(4・13)

(4・14)

(4・15)

4. 2. 2

ディーゼルエンジンへの対応

ディーゼルエンジンを考慮する場合は， 式(4-7)にさらに空燃比(シリンダー内の空気 と燃料の重量 比)の補正をする必要がある. ディーゼルエンジンは， 燃料をシリンダー内 に噴射しつつ燃焼させるため， 一般にガソリンエンジンより空気量が多い状態で運転され，

シリンダ一体積当たり出力が小さい傾向にある� 10) ガソリンエンジンの空気過剰率(グロ 燃比の理論混合比との比)はl割前後であるのに対し， ディーゼルエンジンは， 燃料の噴 射方式にもよるが， 1. 2または1. 35が使用できる最小の過剰宅である111) この数 値を用いると式(4-6)， あるいは式(4-7)で求められる係数のO. 8ないしO. 7が上限と なる.

4. 2. 3

駆動力性能

図4-1 に本実験に用いた供試車のエンジン運転性能関の例を示す. 向動車は固有の運 転性能曲線を持っており， 発進の際の加速挙動は運転性能曲線の範囲内で行われる↓12)

しかし， すでに提案した普通車のマン ・ マシン ・ システム ・ モデルは運転性能に関する条 件を含んでいない. これは， 普通車の場合駆動力に余裕があり， 勾配区間など負街の大き い条件下の発進においてもエンジン性能の限界を別いる可能性は低いと考えられ， 普通車 については特に考慮していないためである. これに対して総屯量が大である大型車の場合，

Hリ節に示した大相E巨の車両↑生能換算だけでは， 運転者の希望する加速挙動を表すことにな り， 積載率， 勾配等による制約を反映する実際の挙動をぶすことがIU来ない. そこでλË行

性能曲線を2次曲線に近似させ， 理論駆動力FRが性能曲線を上回る場合には限界駆動力 FMまで減少させ， 運転性能曲線を考慮した理論駆動力FR 1に見合う加速挙動を行うもの とする.

(4・16)

このとき， 運転者は走行性能限界付近を使わない傾向にあるため， OECDのレポートよ り性能曲線の80%値FMlを判断基準としている.

Fl= 「 ^{FR(FRくFM1) l(凡さんJ}

このときの走行性能限界を実線， 加速抵抗に対応する性能曲線を破線で表したものが図4 - 1である.

14000

12000

. 1 st 2nd 3rd 一一1st(80%)

2nd(80%) ー 3rd(80%) 1 _{s t}

' ・ ・

，・ 、

， 、、

，， 、、

， ‘

， .

， ‘ . _.

一，〆 -

. 、

‘ 、 ・‘

ーー_._.“ ^，目 前 ーー ーョ ー ー

_.---- ・ \ _.__句、、、

-_.-- --九

-�...-九

--戸 、 ....、.\ . .....

〆〆.，_-' ，ー" . ' . " ...•.•. 一・・一^\ ‘^\ . . .， .. . . . 唱 、~‘、‘、、‘・.可、‘ -""". ‘・.与‘、、‘一、、、

一.‘ .・ 一・ 1、、

'. • \ ‘I ・ '-....

3 r d 2 s t

10000

8000

6000

4000

2000

(凶ぷ)UOZOL

、、、、ー一、、_、、

-・ 、

。

。 8 10 12 14

SPEED(m/s) 6

4 2

運転性能曲線図 図4- 1

4. 2. 4

マン ・ マシン ・ システム ・ モデルと伝達関数

大型車のマン・ マシン ・ システム ・ モデル(単独車)を図4-2に示す. 足本的には第 2章で健案した単独車モデル(普通乗用車)と同じであり， 自動車の機械的性能を表すパ ラメータを変更することにより対応するものである. 第3章において， 単独l:jïモデルと追 従車モデルのヒューマンファクターがほぼ同一である， との結論を得ており， 本章におい ても運転者の行動特性に関するパラメータについて普通車モデルと同ーとみなす. これに ついては， 走行実験により得られた観測値と本モデルによる理論値を比較し， その有用性 について検証した結果をのちに示す.

e

苅4-2 大型車(単独車)マン ・ マシン・ システム ・ モデル

自動車の機械的性能を表すパラメータは， 前述のエンジン排気量， エンジン形式 (ガソ リンorディーゼル) に関する変換式を用いて導出する. 貨物車の場合， 加速挙動に影響を 与える車両重量が積載率によって大きく異なる. 変速第i段における向転慣性補正は， 車 両重量Ml' 市両総重量M2' 回転慣性補正係数Eiに加えて大型車の積，1安本をRLとおく と次式で表される. なお， 貨物積載重量に比して運転占重量は十分小さいものとする.

Mi

(1+εi)Ml +RL(M2一M1)

回転慣性補正係数εiは表4-1 ^{4.13)に示す.}

(4・18)

伝達関数は基本的に単独車モデルと同 4であるため， 導出過程は省11惜し人出)Jの関係を 次式に示す. モデル入力を目標速度v Po' 出力を走行速度V 1.0とすると

AH.Æ-、L

LO

VpO

MiPγ+2MIPS2+(MI+AIHα� +AiHV

で表される. ラプラス領域におけるsが1階微分であることを考慮した上で式(4・19)を微 分方程式に変形し， ルンゲクッタ法により数値計算を行い理論加速度， 速度を算出する.

手動変速車の場合， 普通車同様， 大型車についても加速発進時の初期段階に半クラッチ 操作がみられる. 通常， エンジン回転数と速度は変速比により一定の関係を保っているが，

半クラッチ操作時はこの限りでない. 前にも述べたように， この操作は運転者の経験とか んに頼るきわめて非線形的な操作で， 簡便な線形モデルを用いて精密に記述するのは困難 である. そこで， 普通車モデルと同じように， 走行実験により得られたエンジン回転数と

シャフト軸回転数との差を便宜的に組み込むことにする.

表4-1 回転慣性補正係数εl

段位I

I

I

，-

， 5 ，

εi

'0.60'

I 0.16 I 0.05 I 0.05

4. 3

実験と解析

4. 3. 1

供試車

前述のモデルによる理論を検証するため大�l巨走行実験を行い， 信号交jE点から発進加 速する大型車の加速挙動を測定 した. 実験に使用した大型車は排気量12.000ccクラスの 国 産ディーゼル貨物車である. 表4-2に大型車の諸元を示す. 之行実験の際， 積載率によ る影響_を見_るため^， 積載率_を0%， 1 0 0 %の 2ケースに設定した.

実験車のエンジン性能に関する詳細なデータを得ることは難しいため， 前述の排気毘変 換・エンジン形式による変換により実験rlLのエンジン性能を推定した. その際の基準とし て， 第2章， 第3章の普通車(ガソリンエンジン)エンジン性能を用いた. 式(4・7)，(4・12) の 変換式より大型車のエンジン性能を算出すると， そ れぞれa=13.43 kg' m/(kg/hr)， b=l.62

kg' m/(kg/hr)で、ある. 表4-3に大型車の諸元(動力伝達効率， 全減速比)に基づくマン ・

マシン・ システム ・ モデル中の自動車性能を表すパラメータを示す. 最高トルク出力時の 燃料流量Gomaxは43.3 Ckg/hr)， 内部抵抗係数K 10.079/0.508=0.156， 燃料流量補正g 。は 式(4・15)より5.85(kg/h)で、ある.

表4-2 大型車諸元

排気量 12023cc

最局出力 350PS/2200r.p.m

最高トルク 142.0kg' m/1300r.p.m

圧縮比 28.0

車両重量 8860 kg

車両総重量 19970 kg

タイヤサイズ 11R22.5・14PR有効半径508mm I

トランスミッション

段位 変速比 全減速比 動力伝達率

1 1l.472 39.617 0.913

2 7.155 24.713 0.913

3 3.924 13.553 0.913

4 2.393 8.265 0.913

5 l.623 5.606 0.913

最終減速比 3.454

表4-3 大型車自動車性能を表すパラメータ 段位 A i(kg/(kg/hr)) ^Kv i(kg/(m/s))

1 956.7 3537.8

2 596.4 1376.1

3 327.2 413.8

4 199.7 154.1

5 135.5 70.9

4. 3. 2

測定

走行実験は， 信号交差点を発進して定常走行に達するまでの期間における加速度， 速度，

エンジン回転数の変化を測定した. 先行車等他からの制約を受けずに白由定行できる状態 で実験を行い， 貨物積載率は比較のため0%と1 00%の2パターンを設定した. それぞ れ14ケース試行を行い， このときの被験者は1名である.

測定に使用した機器を表4-4に 左行実験の概要関を図4-3に示す.

青信号現示のタイミングについては， 単独車・追従II�左行実験のn寺と同様に， カメラの 焦点位置にフォトトランジスタを設置し， これを青信号に合わせる. 青信号現/示が表示さ れると同時にFM発信器からFM 'r{1波を発1，"\. これを恥械のラジオをjffiじてデータレコー ダに青現示表示タイミングを入力する. 速度， 加速度， エンジン回転数についてはそれぞ れ第5輪， 加速度計， エンジン回転数測定器からのデータを車載のデータレコーダに記録 する.

名称

データレコーダ 速度計

加速度計

タコメータ

フォトトランジスタ カメラ

表4-4 測定に使用した機器

型式 仕様

TEAC R-71 DC'""1.25kHz SN比 40dB以上

小野測器 0'""180km/h非線形

SM-176(第5輪)

SV-531(表示器) 0.3%以下

東京^{測器 士1}G(0'""30hz)非線形

AR・lC(変換器)

DA・12D(増幅器) 形性1%以下 RION YR21B 0'"" 10，000rpm

時定数0.2sec 東芝 ^TPS-603

PENTAX ME super

図4-4'"'"'7に測定した加速度変化， 速度変化の例を積載率別(0 %， 1 0 0 %)に不 す. 図4- 8， 9は， 加速発進時の初段変速時におけるポンプ軸回転数NBと車軸回転数 NAの聞に生じる差(クラッチによる滑り ・積載率毎)を示す. 各測定ケースの平均をと り， これに測定速度による車軸回転数を加えることによりポンク軸回転数を表すものであ

る.

〈 |

加速度計

ノ

第5輪

苅4- 3 実験概要図過程

DO仁つA.DAT

ij程度弘/sJch望彊l(申182tr制υ ^{回転数(r.p.m)} 2100

1.ø-

〆、J、...^/、

ノぜら〆�/r

¹⁵⁰⁰

11 J 1 ハ

0.cト

0.27へ

�! /

-8.7一一

f L7 「t、_'

/〆1 (ll

\�� 1\

\ l 11

\\ l !\J

4.0 8.0 12.0

時間(sec)

図4-4 積載率0%の時の観測データ(ケース1 )

\� 9Ø0

\ \ tfl 3ØØ

-300 16.0

最終日寺間16.66(5ラコ)

DOE7A.DAT

話題笛;/5/3ch望室l( 申18ztZn州 _口伝数(r .p.m)

2í00

í' 巳ー

1530

qu 「/いC)

? ミー j目{ 、r ，J

、二，-..:J

わし

一、ニ，-0

二.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.� 18.0

最終日寺r:::=

時間(S8C)

図4-5 積載率0%の時の観測データ(ケース2 )

DOF2A.DAT

加温度対/S/Jch望室l(串1B?czmJ

0.

-0.é

ø.巴 4.0 8.0

日号司(sec)

fノ

回転数(r.p.m) 2100

� /、�

�� I

12.0

9ØZ

3�Z

一つヴつLノι)...__，

16.0 最終時間16.日2(58=

図4-6 積載率100%の時の観測データ(ケース1)

0.

日.

-0.

DOF14A . DAT 話題償↓/SJch望彊l( 串1臼ミ35mぺ

0.臼 2.0 4.日 6.0 8.0

時間(sec)

回転数(r.p.m)

2100

15

900

300

-300

10.0 12.日 14.0

最終日寺間15.72(sec)

図4-7 積載率1 00%の時の観測データ(ケース2 )

ハu nu nu ハU Fhu ハU η/』

41 41

(Ea--』)〈Zー∞Z

350

300

250 ハU nu nU ハU Fhd ハU nノ」

41 41

(εaL)〈Zl白Z

-50 350

300

250

0 0 -50

50 50

1000 2000 3000 4000 5000

NA(rpm)

図4-8 ポンプ軸と車軸の聞に生じる回転数の差(積載率0%)

。

。 2000 3000 4000 5000

NA(rpm)

図4-9 ポンプ軸と車軸の聞に生じる回転数の差(積載率1 00%)

4. 3. 3

解析

信号が青現示になってから運転者がアクセルペダルを踏み込むまでのラグタイムの平均 は積載率0%の時， 平均0.9 2秒， 分散0.1 9秒2， 積載窄100%の時， 平均0.87秒， 分散0.1 5 秒2であった. このときのヒストグラムを図4-10に示す. 両寄についてイI怠水準5%

で検定した結果， 有意の差は見られなかった. そこで， 大型車実験において観測したラグ タイムを合わせた上で， 単独車(普通事)実験において観測したラグタイムと有志水準5%

で検定した. 結果を表4-5に示すが， 両者の聞に有怠の差は見られず， ラグタイム は車 種に関係なく一定である.

1速から2速までの空左時間は， 積載率0%の日ι 平均1.26秒， 分散0.03秒〈積I俄ぷ

100%の時， 平均1 .47秒， 分散0.01秒2であり， 2速から3速への空走時間は ， 積載 率0%の時， 平均1 .51秒， 分散0.02秒2， 積載率100%の時， 平均1.40秒， 分散0.03 秒2である. 空走時間のヒストグラムを図4 - 1 1に示す. 空走時間について積載率によ

る違いを見るため， 有意水準5%で検定を行ったところ平均に関して有意の差は認められ なかった. 分析の結果を表4-6に示す. ラグタイムと同保に大型車実験の観測値と単独 一 (普通車)観測値の空走時間について有意水準5%で有意の差は見られなかった.

6

5

4

η毛u〉OCωコσωLL

2

一 回目 ��

o 0.2 0.4 0.6 0.8

口Truck(O%) 口Truck(100九)

_[ �

Lagtime(s)

1 .2 1 .4 1 .6 1.8

図4-10 ラグタイムのヒストグラム

表4-5 ラグタイムに関する分析結果 0% . 100% 単独・大型 平均

分散 0.19 I 0.15 0.13 I 0.16

t -検定 。 。

F-検定 。 。

」ー

注: 0:有意水準5%で有意差なし X 有意水準5%で有意差あり

表4-6 空走時間に関する分析結果

l速-2速 2速-3速

0%・ 100% 単独・大型 0%・ 100% 単独・大型 平均

分散 0.19 I 0.03 0.23 I 0.03

t -検定 。 。 。 C

F-検定 × × 。 ×

注: 0:有意水準5%で有意差なし X:有意水準5%で有意差あり

8 7

6 FD d，

qu

〉OCωコσωLL

2 I

口大型00/0 口大型100%

。

0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

空走時間(s)

図4_-1 1 ^a 空走時間のヒストグラム(1st-2nd)

5

口大型0%

大型100%

4

内ぺu

nノ』

〉OCωコUωLhL

。

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

大型車モデルは先頭車・追従車モデルと異なり， ヒューマンファクターを各試行ごとに 観測値から推定する方法はとらない. これは， 単独車・追従車モデル作成時に単独車・追 従車にかかわらず運転者の挙動を表すヒューマンファクターは同ーである， ということが 判明しているためである. したがって大宅車モデルについてもヒューマンファクターは普 通車モデルと同一であると仮定し， すでに得られているヒューマンファクターを用いて理 論計算を行い， 観測値との比較を行うことによりモデルの有用性を雌かめる.

単独車(普通車)モデルの走行実験時に推定したヒューマンファクターの結果は第2北 の表2-10にすでに示しである. ヒューマンファクターは運転再の行動特性を表してお り， 人の行動は基本的にばらつきを持っている. そこでモデル中のヒューマンファクター を， ある平均， 分散を持つ正規分布と{反応する. 単独事のヒューマンファクター(観測値) 毎のヒストグラムと正規分布を持つ理論分布についてχ2検定により分布の適合度に対す る検定を行った. その結果を表4-7に， 各パラメータのヒストグラムを図4-12'"'"'1

5に示す.

表4-7 ヒューマンファクターの分布に関する適合度検定

Hv Hα P (1速) ^P (2， 3速)

平均 ^{0.66 2.35 0.53 0.13}

分散 ^{0.11 0.19 0.19 0.07}

χ2値 ^{0.38 7.18 6.55 7.61}

適合(5%) 。 。 。 。

95% 0.47 2.05 0.22 0.02

信頼区間 ^{0.84 2.67 0.84 0.24}

>、10

0 C

� 8

σ ω 1....

Lム 6

含10

C

� 8

σ

よ

6

nhU 8U寸 η/」

4E・・4E-E4..

， 日

EコMeasured calculated

一一一J

仁コMeasured calculated

4 2

。

円

-0.35 0.35- 0.45- 0.55- 0.65- 0.75- 0.85- 0.95- 1.05- 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05

Hv

図4-12 Hvのヒストグラム

16

14 12

「問団・

AUE η/』

ハU

/

!寸

t"，

HJ，J

I円 η

お n.V::> "V::> ，.._<.勺 C');..J 〈勺 ^ (ら〈勺 ふ らー〈ぅ 〈勺 も-〈勺 今〈も: お お _<Ä

\・ ヘ.- /<L，. :- /<"\〆 �〆 fし.- /<L，.:. /<L，.'-. Jし- ~ fu- rL- q9

，'cJjメ^�戸《6hやh今hやハヂ，，<8ザハベドndp

14 12 10

>、

i8

g

LL L

ハU OO ハhu』斗・ηノ」ハUnohhU』U寸円ノ」nUη/』4141 4l t1 4l

〉OCωコσωLhL

AUE n/」

ハU 円

仁コMeasured calculated

_j

仁コMeasured calculated ヘ V::> r-.V::> ("\_V::> ら も も どÍ) {"\_V::> l"'\.V::> r-..V::> _... V::>

0・_む63'0・ヘ_ヘG当0・hし_ηし行0・も_も行0�・_�J�

/\::j

'-/ /

\::j-:-'/ /\::j' '/ /\::j

-:-'/ /

\::j，�/ /， -:-'/ /，，' <

，ヘ

。-:-' \::j・ 。，V \::j'- \::j: \::j・ 。- も・ も・ 。- ヘ- P1

図4-14 _P (1速)のヒストグラム

5J AV::> r-.V::> どÍ) r-.V::> ぜÍ) r-.V::> AV::>

《 ρOJJJJJJJぷ

行 行 行 勺 � AV) r-.V) ^�

dし φ 〈し 〈\ rジ rひ ザし

。-;-- \::j: も- 。・ も・ も，V \::j:

P23

図4-15 _P (2， 3速)のヒストグラム

いず、れのパラメータも有意水準5%で検定を行ったところ， 正規分布に適合した. 各パラ メータの95%信頼限界区間を表4-7に示す.

ヒューマンファクターの平均値を用いて大型車モデ、ルの理論挙動を求め， あわせて加速 度， 速度の観測値を積載率毎， 変速段位毎に表したものが， 図4-16'"'-'19である. I文

中の太線は観測値の平均， マーク(0)付の太線は理論値の50%値を表す. 各変速段位 の走行時間はおおよそ2秒から6秒程度^である. 積載率0%のとき， 発進時におけるパワ ーをそれほど必要としないため変速段位は2速からの発進， 積載率100%の時は減速比 の大きいl速からの発進とする.

加速度については， データ処理の際に観測値に511 zのローパスフィルタをかけたもの の， 凶4-4'"'-'7の測定加速度からわかるようにノイズが凡られる. これは大型I�[のI�[体，

もしくは動力伝達装置の剛性が小さいことにより発生した振動を含んでいるものと思われ る. 平均的な大型車モデルの理論挙動と比較するため， 図4-16'"'-'19に示すように観 測値を平均することにより観測値を表現すると， 半クラッチ操作を行う1速以外は， おお むね理論加速度が観測加速度の平均を再現している. 速度については， 理論速度による観 測速度の再現結果は良好であった.

3

内/』(ω\ω\ε)co一H52ω00〈

。

。 2

Time(s)

3 4

…叩開Average _of measured Average _of cal.

図4-16a 観測加速度と理論値の比較( 2速・積載率0%)

内《-u円ノ」

(ω\ω\E)co一H52ω00〈

、，.，

い\

。

。 2 3

Time(s)

一問問Average _of measured Average _of cal.

文14-16b 観測加速度と理論値の比較( 3速・積載率0%)

3

円ノ』(ω\ω\E)co一HEω一ω00〈

，，，，，g

。

。 2

Time(s)

3 4

山町一average _of mesured Average _of cal.

図4-16c 観測加速度と理論値の比較(4速・積載率0%)

16

14

12

10

8

(ω\ε)刀ωω立の

叫恥4 ♂岬岬岬‘ "岡崎世情咽醐醐岬

6

4

2

。

4 3

2 Time(s)

。

average ^of cal.

観測速度と理論値の比較( 2速・積載率0%)

……Average ^of measured

図4-17a

1 6 _j 14 12

(ì) 10

"--- ε

言8

ωa 6

4

l

2

i

。

。

�戸時

叩 一明訓..，..，.，--巴 叩�

Time(s)

_，-酬-­

__..酔---

2

均一一

Average

measured Average

cal.

図4-17b 観測速度と理論値の比較(3速・積載率0%)

3

16

14

12

内岡山内d

民吻�

10

8

(ω\E)℃ωω立の

6

4

2

。

4 3

2 Time(s)

。

Average ^of cal.

観測速度と理論値の比較(4速・積載率0%)

均一一Average ^of measured 図4-17c

"，--....

ごを

) \U E ^{\ 3}

c +0 ^EL1. J 3 む

三tJ

。

。 2

Time(s)

均一間

Average

measured

3

Average

cal.

図4-18a 観測加速度と理論値の比較( 1速・積載率100%) 4

η/」

41 (ω\ω\E)CO石町・』む一ω00〈

r町、、 4

""

。

。 2

Time(s)

3 4

- Average

measured Average

cal.

ヌ14-18b 観測加速度と理論値の比較( 2速・積載率10 0 %)

3

ハノ』

41 (ω\ω\ε)CO石EUE00〈

ノ

。

。 2 3 4 5

Time(s)

四一一Average _of measured Average _of cal.

刻4-18c 観測加速度と理論値の比較( 3速・積載率100%)

16

14

12

10

8

(ω\E)℃ωωaω

6

4

2

。

3 4 2

。

Time(s)

Average ^of cal.

観測速度と理論値の比較(1速・積載率1_00%) 一一一Average ^of measured

図4-19a

16 14 12

� 10

"" c/) '--ノε

てコω 0. ω (f)

8 6 4 2

。

「

。

---­

e耐-

〆/

， /

-----

2 Time(s)

一一回Average _of measured

/酔

__，.〆

3

Average _of cal.

刈4-19b 観測速度と理論値の比較(2速・積載率100%)

4

16 i

14 12

言8

0..

(f) 6

4 2

。

。 2 3 4 5

Time(s)

-Average _of measured Average _of cal.

図4-19c 観測速度と理論値の比較( 3速・積載率100%)

4. 3. 4

シフトタイミング

自動車の加速挙動を予測するに際して重要な自動車性能の ーつに変速がある.

機関回転数がよ自加するにつれてエンジンの内部抵抗は朋加し， 速度と加速度の組み合わ せによっては， トランスミッションの段位を上げるほうが有利となることがある. 加速度 αと速度Vが与えられたときの燃料消費量Gjを求めると， 変速第i段では次式となる.

( ;\，r

. ^{6 0ηiE / 川}

G.

= 一一一1 Mα+ K，V + _{ηiEia l} ^-- _2J ^{' I I-�} _γ

₎

変速第i十1段も同燥にして

( .，r

. ^{6Ü'r} i+IEi+1 2b)}

G:.，

= 1 M " α+ K，V + ^{-- 'II+I�/+l} -

… ηi+lEi+la l … 且 2Jrr '- J

が導かれる. そこで， _G j GjtlとなるαとVの関係を求めれば

が得られる.

-一一

|α= �

+ I .L_

IK ， �V

( ^{Mi M }} ( ^{仰 ー リ( 1 l)u 1}

ηiEi ηi+lEi+1 ) I 知 { ηi+lEi+1 'YJ iEi ト|

式(4-21)は， a-V平面上の直線であって， この直線の上側では第i段を使う方が燃料 消費が小さく， この直線の下側では第i₊ 1段を使う方が小さい.

実際に運転者がこの直線の関係を把爆しているとは言い難いが， この直線に近いαとV で変速を行うことは十分期待できる.

図4-20， 21はそれぞれ普通自動車(単独車， 追従車) の変速時における， 速度，

加速度の観測値， ならびに式(4-21)の直線を示す. 実線は式(4-21)に試験車(普通自動車) の自動車機械性能を入力した理論値を， 破線は観測値に基づいて回帰した1次直線を表す.

図4-20の破線は実線に比較して直線勾配が小さいが， これは運転者が運転性能に余裕 を持たせて早めに変速動作を行っていることを表すものと考えられる. これに対して図4 - 2 1では， 実線と破線がほぼ同じ状態となっている. これは追従車の場合， 先行車によ る制約を受けるために， 運転性能に余裕を持つ必要がなかったことが理由と考えられる.

いずれにせよ， ともに理論直線が観測値の回帰直線を再現しており， 普通車に関して十分 対応可能である.

4 ， ， 〆 ，

， ，

o 1 ST-2ND 口 2ND-3RD

観測平均(1 st-2nd) ーー観測平均(2nd-3rd) 四一四Cal.(1st-2nd)

ω 一一Cal.(2nd-3rd)

ω ü

三1

'ノ;

。 レ?

。 2 4 _{6 8} 10 12 14

Speed(m/s)

図4-20 シフトタイミング(単独車)

4

o 1-2速

ロ 2-3速

輔観測平均(1st-2nd)

一…Cal.(1st-2nd)

.. - ----観測平均(2nd-3rd)

一一一Cal.(2nd-3rd)

円《u

η/』

4l (ω\ω\ε)co一HE

ω一ω0

0〈

。

。 2 4 _{6 8} 10 12 14

Speed(m/s)

図4-2₁ シフトタイミング(追従

大型車についても同様にして自動車性能に基づく理論直線， ならびに観測値に基づく回 帰直線， および観測値を積載率別に図示したものが図4-22， 23 (0%， 100%) である. これを見ると， 理論直線が観測値による回帰直線に比してかなり遅めにシフトチ ェンジを行わせる結果を生じている. この理由としては， 前述の排気量の変換， ガソリン エンジンをディーゼルエンジンに変換する際の誤差が考えられるが， 1 f容の埋由としては 運転者が変速後のトルク不足を嫌うためにシフトタイミングを遅らせて左行速度を確保し ようとする行動の現れではないかと忠われる. いずれにせよ， 理論計算を行う際の判定基 準としては， 理論判定直線と観測判定直線との聞に傾きが約2倍の関係にあることを考慮 することにより対応可能である.

4

) (、 \tt

E

\ c n n

、

3

〆ノ/

o ACC(2nd-3rd)

/ 〆/

観測平均(2nd-3rd)

〆ノ ///

/ ノノ Cal.(2nd-3rd)

3c」

//

ω _。 ^{/ ， /} 口 観測平均(3rd-4th)

tω J

， 〆ノ

P門T / 店

〈tコ 1

/ゐタ∞/ (

口口

。

目

。 2 4 _{6 8} 10 12

Speed(m/s)

図4-22 シフトタイミング(大型車積載率0%)

4

/ / /

(U3 3 _/ ^/

)

、\UE に

\ 3

/

/ o ACC(1 st-2nd)

/ 観測平均(1 st-2nd)

。

2fLU

2 _"

も。

ω

ノ号と

口 ACC(2nd-3rd)

ω

空田 �w

観測平均(2nd-3rd)

《。。 1 _/

。 。

/ 口

//

oyfソ;(-，.-

。 2 _{4 6 8} 10 12

Speed(m/s)

図4-23 シフトタイミング(大型車積載率1 _{0 0 %)}

4. 4

結論

本章で提案した大型車マン・ マシン・システム・ モデルは， 第2章にて提案した単独 モデルを基本としたもので， 自動車の機械的性能と運転者の行動特性を組み合わせたマ ン・ マシン・ システム・ モデルである.

動車の機械的性能は， その車種によって異なっており， 本市:で、は第2章で用いた排気

2， 000ccクラスの国産普通円動車の自動『ド性能を基準として， エンジンの排気市 やエンジンの種類に関して熱))学的相似則を利用した簡便な変換方式を川いることにより，

異なる性能を持つ11動車の機械的性能をマン・ マシン・ システム ・ モデルのパラメータと して表現することを1可能にしている.

本章では， 運転者の挙動を表すヒューマンファクターとして第2章の単独車モデルのパ ラメータを用いた. これは， 第3章においてモデルにかかわらずヒューマンファクターは 定である， ということが判明しているためである. そこでヒューマンファクターの50%

値を用いることにより， 大型車発進挙動の理論値を算出し， 観測値との比較を行った. そ の結果， 理論値が観測値を表現することが出来た. ただ， 加速度に関しては観測値に1.5

---2. OH zの振動が含まれている. これは， 大型車の車体構造の剛性が小さいこと， また

体長が長いために動力伝達系に振動が発生することが原因と考えられる.

自動車の発進挙動を予測する際に重要な機械的性能の一つに変速があげられる. シフト アップに関しては， 第i段位の燃料流量と第i+l段位の燃料流量が等しくなる時の速 度・ 加速度判定直線により， シフトアップタイミングを推定した.

本章で提案した大型車モデルに単独車・追従車モデルを併用することにより車群全体の

発進挙動を予測することが可能となり， 交差点における信号間隔を設定することによる交 差点交通容量の予測や， 発進加速車群から発生する騒音， 排気ガスの予測への適用が今後 の課題である

参考文献

4・1) 角 知憲， 渡辺義則， 坂IJ裕司， 河原瑞賂， 寺11II賢一 : 信号交廷点を発進する車群

先頭車のマンマシンシステム ・ モデル 土木学会論文集， No53 O/rv-30， pp99-107，

1996.

4・2) 寺町賢一， 角 知憲， 渡辺義則， 大枝良直:最終速度の個人差を4考慮した発進する 自動車のマンマシンシステムモデル， 土木学会論文集，No569/ rv-36， PP95-99， 1997.

4・3) 佐々木 賞， I II下充康:道路特殊筒所の騒音の予測ノJ法に関する研究， 11本音響学

会誌， Vo1.40， No.9， 1984

4-ι4め) 渡辺j義実j川!引川リ1， 角 知憲憲、， 川山附む 苧， J庁II片 f松正j治;7代l与Î ソ qドÍ_1.似 虫11判 Ii勾 ド[[11 刈i

一レベルJ推佐定法， _上木学会論文集， No.425/rv-14， pp156・164， 1991.

4・5) 渡辺義則， 角 知憲， 吉松正浩:信号交差点から発進する車群によって発生する騒 音の予測， 土木学会論文集， No.476/rv-21， pp19-27， 1993.

4-6) P. Abbott， M. Taylor and Roger Layfield: The Effects of Traffic Calming measures on Vehicle and Traffic Noise， Traffic Engineering & Control， Vo1.38， No.9， pp447・

543. 1997.

4・7) P. Goodman: P rediction ofRoad Traffic Noise from the SCOOT Demand-

Responsive Traffic Control System， Traffic Engineering _& Control， Vo1.39， No.6，

pp355・362， 1998.

4・8) M.T. Parker: The Effect of Heavy Goods Vehicles and Following Behaviour on Capacity at Motorway Roadwork Sites， Traffic Engineering & Control， Vo1.37，

No.9， pp524・531，1996.

4・9) 熊谷清一郎:エンジンの話， p99， 岩波新書156， 1981.

4・10) 大気汚染研究協会:大気汚染ハンドブック(4)燃焼編， コロナ社， 1979.

4・11) 日本機会学会:内燃機関， 機械工学便覧， 14， 1987.

4・12) 武田信之:大型トラックの設計， 山海堂， 1992.