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分野グループ・研究チームの紹介(エネルギー)

エネルギー4 桑原研究チーム

スマート・グリーンモビリティの戦略的研究基盤創成

代表者について

氏名 桑原 利彦
所属研究機関 工学研究院
部門 先端機械システム部門
役職 教授
URL http://www.tuat.ac.jp/~kuwabara/

外国人研究者について

氏名 Frédéric Barlat
所属研究機関 韓国・浦項工科大学 教授
部門 Graduate Institute of Ferrous Technology
役職 教授
URL https://sites.google.com/site/mmlpostech/prof…

氏名 Roman Henze
所属研究機関 ドイツ・ブラウンシュバイク工科大学
部門 Institute of Automotive Engineering
役職 チーフエンジニア・マネージャー
URL http://www.iff.tu-bs.de/index.php?id=886&L=1

氏名 Tamim Asfour
所属研究機関 ドイツ・カールスルーエ工科大学
部門 Institute for Anthropomatics and Robotics
役職 教授
URL http://h2t.anthropomatik.kit.edu/english/21_6…

研究者一覧

ポンサトーン・ラクシンチャラーンサク(工学研究院・准教授)、山中 晃徳(工学研究院・准教授(テニュアトラック))、ベンチャー・ジェンチャン(工学研究院 准教授)、Mathias Lidberg(スウェーデン・チャルマース工科大学・准教授)、Dana Kulic(カナダ・ウォータールー大学・准教授)

研究概要

省エネ・低炭素・安全安心で持続可能な交通社会の実現には、自動車の燃費向上と安全技術の研究開発が必要不可欠である。また、日本政府の「日本再興戦略」では、「ヒトやモノが安全・快適に移動することのできる社会」を実現するため、「交通事故・渋滞が劇的に減少し、距離や時間を意識させないコスト・スピードで物流サービスが提供される社会の実現」が目指されている。
自動車の高燃費化のためには車体軽量化が必要不可欠であるが、その反面、衝突安全性能の低下やボディの低剛性化に伴う走行安定性や運転操縦性の劣化が避けられない。軽量化車体および効率的なアクチュエータによって自律的に事故を予防できる自動車が実現すれば、自動車を極限まで軽量化することが可能となり、安全かつ高燃費な自動車を実現できる。
本研究チームでは、未来自動車材料と運動制御の世界最先端研究機関との国際共同研究、世界的協力関係強化とグリーン・スマートモビリティに関するグローバルネットワークの構築を行う。

研究目的

本研究では、材料分野、車両制御および超軽量知能アシストロボットの研究者相互間のシナジー効果を誘発することにより、次世代モビリティの車体構造を軽量化するための高精度な成形シミュレーション技術と、衝突回避のための知能制御技術において世界を先導する先端的なスマートモビリティのイノベーションを目指す。本研究領域の著名な外国人研究者と本学教員との有機的融合を通じて、未来自動車材料と運動制御の世界最先端研究機関との国際共同研究、世界的協力関係強化とグリーン・スマートモビリティに関するグローバルネットワークの構築を目的とする。
・独自の材料試験方法を活用し、自動車やロボット用軽量化材料の実変形特性を高精度に再現する材料モデルを定式し、成形シミュレーションソフトウェアに実装する。さらに、自動車部品の成形シミュレーションを実施し、定式した材料モデルが軽量化材料の加工技術の高度化に対して有効であることを立証する。
・高張力鋼やアルミ合金の変形特性を大きく左右する、材料内部の微視構造(結晶の集合組織など)を考慮した成形シミュレーションが可能な結晶塑性解析法を開発する。これにより、各自動車部品のプレス成形に最適な変形特性を材料に発現させるための微視構造を明らかにする。
・電気自動車の軽量化・低剛性に伴う運動性能低下といった問題を克服するため、電気自動車の左右独立駆動モータ制御のおよび知能化による走行エネルギー最適化のための新しい制御手法を開発し、超軽量モビリティ全体の省エネルギー効果を定量的に明らかにする。

研究計画

(1) 成形シミュレーション技術の開発
高張力鋼、アルミ合金、マグネシウム合金などの軽量化材料について、実際の自動車部品の変形と同等の二軸変形特性を高精度に測定し、それを再現する数理モデルを確立する。さらに、定式した数理モデルを用いて自動車部品の成形シミュレーションを実施し、自動車部材のさらなる軽量化のための技術指針を提示できることを目指す。さらに、次世代の成形シミュレーション法として期待される結晶塑性解析法を用いて、軽量化材料の変形特性を支配する材料内部の微細構造を考慮した新しい成形シミュレーション技術を開発する。これにより軽量化材料の成形加工特性を向上させると同時に、成形加工により極限まで材料を薄肉化するための材料内部の微細構造の最適化を可能とする。

(2) モビリティの知能制御技術
知能制御技術の設計、知能制御の効果検証と予備実験による検証等を行い、走行安定性および事故回避性能を向上させる新モビリティの知能制御の研究を実施する。軽量化技術によって車体が軽くなればなるほど乗員や荷物の影響を受けやすく、運動性能が悪化する。乗客や積荷の荷重変動に伴う車両特性の変化を補償可能な車両運動制御・運転支援システムを設計し、ロバストに車両運動性能を確保する制御系を開発する。

(3) 超軽量知能ロボット技術の開発
究極的に軽量化された材料を活用し、超軽量知能ロボットの生産技術分野における運動生成と制御に関して研究を行う。最小エネルギで動作するロボットを設計し、人間との相互作用・協調性について動作解析手法を通じて、実生産環境における有効性を検証する。さらに,人間の運動機能を真似できるロボット(写真)及び人間の運動機能を支えるロボットの開発を目指す。

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