27M-01
27M

ユニバーサル自動車操縦インタフェースの研究開発
ソフトウェア情報学部教授 村田嘉利、講師
村田嘉利 講師 鈴木彰真

＜要旨＞
ユニバーサル自動車操縦インタフェースとして、進行方向に上体を捻るあるいは傾けると言った操作により、障害者だけでなく高齢者を含めて誰でも運転可能とするインタフェースと、シートに振動子を取り付けて子を取り付けて、注視対象や環境音との競合を回避しつつ、注視対象や環境音との競合を回避しつつ、注視対象や環境音との競合を回避しつつ体感として周囲にある障害物の位置をドラ体感として周囲にある障害物の位置をドライバーに伝えることでウッカリ事故の発生を抑える機構を開発し、その有用性に関する研究を行った。

用した安全運転装置が利用できない。
用した安全運転装置が利用できない。そこで、直感
直感的でで他の情報と競合しない手法として他の情報と競合しない手法として他の情報と競合しない手法として、触覚による通知を提案した。車の振動等通知を提案した 車の振動等、触覚による人間の触覚による人間のセセンシング車の故障率低下に伴い以前にンシング車の故障率低下に伴い以前に車の故障率低下に伴い以前に比べ必要な必要なくなった。そこで、くなった そこで、運転姿勢に左右されないより実運転姿勢に左右されないより実用的なシステムとして、用的なシステムとして 臀部に設置したアクチュエータを用いて通知することかが可能でータを用いて通知することかが可能であるか検討あるか検討し、、その有用性を示した
その有用性を示した。
。

1

研究の概要
近年、自動車の事故防止を目的に自動車の事故防止を目的に様々な研究自動車の事故防止を目的に様々な研究が活発に行われている活発に行われている。現在
現在、自動運転化にむけた過自動運転化にむけた過渡期を迎えており渡期を迎えており、運転支援をするシステムが実用運転支援をするシステム 実用化されている化されている。運転の完全自動化については運転の完全自動化については、い運転の完全自動化については いざ事故を起こした時の責任の所在といった法整備の問題もあり、問題もあり、実用化までにはまにはまだ時間時間が必要である
あるとする専門家もいるとする専門家もいる[1]。
。一方、自分自分で運転する楽運転する楽しみもあり、しみもあり、運転支援への取り組みは依然として興味深い。
味深い
これらの支援システムの実用化に反して、平成これらの支援システムの実用化に反して 平成27 年度の交通事故年度の交通事故が 15 年ぶりに増加したりに増加した[2]。
。原
因としては高齢者の運転因としては高齢者の運転、通行が挙挙げられているられている。
安全運転の支援は安全運転の支援は、高齢者が認識可能なより直感的高齢者 認識可能なより直感的な通知方法がな通知方法が求められており求められており、新たな局面を迎えているといえるいるといえる。
本研究では、
本研究では、ユニバーサル自動車操縦インタフ
ユニバーサル自動車操縦インタフ
ェースとして、直感性のある操作と伝達に着目した研究を行った。操作としては、障害者だけでなく高齢者を含めて誰でも運転可能となるよう、アンプ内蔵引張圧縮用ロードセルを用いた力の強弱による自動車操縦インタフェースを提案し動車操縦インタフェースを提案し、ステアリング操作ステアリング操作時の性能評価を行った時の性能評価を行った。進行方向に上体を捻るあるいは傾けると言った操作により、シミュレータでの評価で 5 分程度の練習で従来のハンドル操作と遜色なく操縦可能であることを確認した
く操縦可能であることを確認した。
一方、伝達としては、特に側方後方のミラーや直視がおざなりになりやすいエリア
直視がおざなりになりやすいエリアに対して、おざなりになりやすいエリアに対して、車線変更や後進時変更や後進時、左折時の死角に起因する事故防止
左折時の死角に起因する事故防止を対象とした伝達装置の開発を行った。一般に運転者
一般に運転者への伝達方法としてはへの伝達方法としては、多くが視覚や聴覚による通多くが視覚や聴覚による通知を採用している知を採用している。運転者は運転者は、既存のミラー既存のミラー、前方前方ウィンドウ、ウィンドウ、カーナビゲーションシステムから情報カーナビゲーションシステムから情報を視覚によって得ているを視覚によって得ている。視覚による情報取得は視覚による情報取得は視覚による情報取得は、既に情報入力量として過多となっており、既に情報入力量として過多となっており よそ見による事故が弊害として発生よる弊害として発生弊害として発生する。
視覚による通知はこれらの注視との競合これらの注視との競合、すなわち前方やミラーの注視に対する集中力の低下を回避する必要がある。
視に対する集中力の低下を回避する必要 ある。音による通知においてもクラクション、による通知においてもクラクション ラジオやオー
オー
ディオ、
ディオ サイレンや踏切サイレンや踏切等の等の環境音との競合を考慮環境音との競合を考慮する必要があるする必要 ある。また、深夜バスでは音や映像を利
また、深夜バスでは音や映像を利2

研究の内容

2.1

ロードセルを用いたステアリングコントロール
ロードセルとは質量やトルク等の力を検出しロードセルとは質量やトルク等の力を検出し、、電気信号に変換するセンサで電気信号に変換するセンサで、荷重変換器とも呼ばれている。本稿ではれている 本稿では図 1 に示した東洋測器株式会
社のロードセル、TCS[3]を使用した社のロードセルを使用した。
。

図 1：ロードセル
ロードセル
2.2

座面アクチュエータを用いた臀部触覚による自動車の周辺通知
図 2 に振動による情報の通知システムを示すに振動による情報の通知システムを示す。
アクチュエータの選定には車にも搭載可能なサイズと 12V 程度の電圧で駆動する必要がある程度の電圧で駆動する必要がある。そこで、そこで市販のシートマッサージャーを参考にした市販のシートマッサージャーを参考にした。シート
マッサージャーの多くはマッサージクッションの座面にバイブブレータを用いている座面にバイブブレータを用いている。
。そこで筆者らは、、アクチュエータとして振動モータを用いたアクチュエータとして振動モータを用いたアクチュエータとして振動モータを用いた。
。
2 台のマイコン(Arduino
台のマイコン(Arduino UNO)UNO)を用いてを用いて、それぞそれぞれモータシールドと通して椅子のクッションに設置された振動モータを動作させる置された振動モータを動作させる。システムの電源
は車のシガーソケットから取得するは車のシガーソケットから取得する。
。 1 つのマイコンで 3 つまたは 4 つの振動モータを動作させてい8る。実用化の際にはる 実用化の際には、近接センサの情報をマイニン
近接センサの情報をマイニン
グし、図グし2 に示す PC またはマイコン内で振動の強さを制御するさを制御する。マイコンにはシリアル通信で振動さンにはシリアル通信で振動させるモータと振動強度として回転数を通信する。
せるモータと振動強度として回転数を通信する制作したシートは制作したシートは図 3 に示す。市販のシートにマッサージ用のバイブレータとマイコン、モータドライバを装着した。
シリアル
マイコン電電源
通信
PC
マイコン(Arduino)

ドライバ電源
源
サーボ
ドライバ

モーター
PWM
P
ドライバ
信信号
モータシシールド

シリアル通信
マ
マイコン電源モーター電源

ドラ
ライバ電源

モータ
ター電源

サーボ
ドライバ

モーター
ドライバ

シートにおけける
モータの配配置g

振動モーーターマイコン(Arduino)

PWM
信号モータシールド

図 4：：シミュレーション
シミュレーション実験環境
実験環境

abfedc

図 2：通知システムのハードウェア構成
通知システムのハードウェア構成

図 5：評価基準
評価基準となる指標ととなる指標と使用コース
使用コース

図 3：振動モータを取り付けた実験用シート：振動モータを取り付けた実験用シート
3

これまで得られた研究の成果

3.1

ロードセルを用いたステアリングコントロール
ステアリング操作を検証するため、まずシミュステアリング操作を検証するため まずシミュレータを用いた直線走行時のふらつきと脱輪率を計測した。図計測した 図 4 に実験環境および機器を示す。に実験環境および機器。実験ではロードセルを取り付けたレバーを図
験ではロードセルを取り付けたレバーを4 に示す位置に配置し、ハンドルと比較した。
ハンドルと比較した 次に、 図 5にそれぞれ評価基準と使用するコースを示す。にそれぞれ評価基準と使用するコースを示す 走行
車線の中央からの距離をふらつきとし、車線の中央からの距離をふらつきとし 路側帯と車両交通帯をはみ出した場合を脱輪とした。
両交通帯をはみ出した場合を脱輪とした 普通運転免許を取得済の被験者 10 名にハンドルとロードセ
ルで、それぞれルで それぞれ図 5 に示すコースを 5 分程度練習の後、3の後周走行させた周走行させた。
図 6 に、、実験結果として全被験者の直線走行時実験結果として全被験者の直線走行時のふらつき、のふらつき、脱輪率を平均値として示す脱輪率を平均値として示す。ロードセ
脱輪率を平均値として示す ロードセ
ルはハンドルと比較して 0.05m 程のふらつきの差にとどまったにとどまった。また、ハンドルよりもロードセルがハンドルよりもロードセルがより少ないふらつきとなる被験者もいた。一方、より少ないふらつきとなる被験者もいた、脱輪率は一周目で倍近い差が出たものの、輪率は一周目で倍近い差が出たものの 減少の度合
いはハンドルよりも大きく
いはハンドルよりも大きく、ロードセルの方が慣熟しやすいことが示唆された
しやすいことが示唆された。

図 6：シミュレーション
シミュレーションシミュレーション実験のの結果
次に、シミュレーション結果を利用し、ロードセルを搭載した電気自動車によるふらつきの検討を行った。電気自動車の横方向にビデオカメラを取り付け、ビデオカメラに映るセンターラインの位置からふらつきを分析した。
からふらつきを分析した。ロードセルの取り付け位置を図置を 7 に示す。電気自動車は、に示す。電気自動車は、PIUS
PIUS[4]を使用しを使用しており、右側にロードセルを設置したており、右側にロードセルを設置した。アクセル、アクセル、ブレーキ操作に関しては通常の自動車と同様にフット操作による加減速を行った
ット操作による加減速を行った。実験では、実験では、5 分程度の走行を行い、ロードセルを用いた操作と、通常度の走行を行い、ロードセルを用いた操作と、通常のハンドルによるステアリング操作におけるふらつきを比較した。
実験の結果として、各イ実験の結果として、各インタフェースにおけるンタフェースにおけるセンターラインとの平均距離とふらつきの標準偏差を表差を 1 に示す。表に示す。 1 に示されたとおり、ステアリング操作において特に差異が見られなかった。そのため、ふらつきのない操作が可能であるとみられる。本研究の目的である直感性についてはさらに検討が必要であるため、今後は直感性における今後は直感性における評価をを行う。
9図 7：PIUS
PIUS へのロードセルの取り付け位置
ロードセルの取り付け位置
表 1：各ステアリング
各ステアリングの平均距離とふらつき
各ステアリングの平均距離とふらつき
センターラインとの平均距離
ふらつき［cm
ふらつき［cm］
[cm]
ハンドル
86.1
14.2
ロードセル
84.6
12.6
3.2

座面アクチュエータを用いた臀部触覚による自動車の周辺通知
小型自家用車に小型自家用車に、図 3 に示す制作したシートに取り付けて、取り付けて、振動による通知が可能か検討した振動による通知が可能か検討した。
振動による通知が可能か検討した。山道、60km/h
道 60km/h 制限の片側 2 車線舗装路、片側車線舗装路
1 車線
40km/h 制限の市街地の道路
制限の市街地の道路、砂利道（大学内私有
砂利道（大学内私有地）、段差（歩道との境界）において段差（歩道との境界）において、それぞれ段差（歩道との境界）において それぞれ 5人の被験者によって運転時における振動の感度と認識方向を検討した
認識方向を検討した。
図 5 に実験で使用したルートを示す。晴天、に実験で使用したルートを示す、非積雪時の岩手県盛岡市内の道路においておよそ29km の道のりを設定したの道のりを設定した。各状況にけるランダム
各状況にけるランダムなタイミングでなタイミングで、弱中強のいずれかの振動を 1 つま
たは 2 つの隣接するモータで発生させた。
つの隣接するモータで発生させた それぞれの被験者と実験環境においての被験者と実験環境において、モータモータの振動数をの振動数を 3段階設定し、段階設定し、強度による接近状態の判別についても検討した。
検討した
実験では、、直感性について考慮し直感性について考慮し、被験者に全直感性について考慮し 被験者に全く正解を教えずに強度を当ててもらう（教示なし
く正解を教えずに強度を当ててもらう（ 教示なし）
場合と、練習や被験者練習や被験者が回答する都度に正解を告知
が回答する都度に正解を告知する（教示あり）場合する（教示あり）場合で計測を行ったで計測を行った。また、非運で計測を行った
非運
転時における振動モータの振動と直感的に感じる方角について検討を行った
方角について検討を行った。この検討ではこの検討では、予め振予め振動する 1 つのモータの位置を教えた上で、つのモータの位置を教えた上で 振動によって直感で感じた角度に関するアンケートを行った。
た それぞれのモータはランダムの順に振動させた
それぞれのモータはランダムの順に振動させた。
また、本検討は被験者
また 本検討は被験者 4 人に対して 3 回行った回行った。
実験の結果、実験の結果、運転に支障を与える振動ではない運転に支障を与える振動ではないことが判明したことが判明した。さらにサスペンションや振動周波サスペンションや振動周波数の違いから数の違いから、段差や砂利道においても舗装路と同等の結果が得られた等の結果が得られた。図
図 9 では、教示なしの状況教示なしの状況
で車を描いた絵に対しで車を描いた絵に対し、被験者にシートから与えた振動に対して振動に対して、どちらの方角を感じるか矢印を記入してもらった例を示している
してもらった例を示している。3 回の振動によって回の振動によって、側方のモータについて最大で 50 度近く認識の差があった。
あった 側方のモータは座位による影響を受けやす
いものの、いものの、直感的にどの位置に障害物があるのか分かることが判明したかることが判明した。
、教示なし 12 回の試行において、ラン回の試行において ラン
表 2 は、ダムに与えた 1 つの振動モータによる振動に対して、て どのモータが振動したか 5 人の被験者に対して回答してもらった回答してもらった。例えば
例えば、表 2 の被験者 A は 1回目の試行で振動モータ f に中程度の振動を与えた
所、所 正しい振動モータと強度を回答している。
正しい振動モータと強度を回答している 一方
一方、
表 2 下線は回答と違う内容であった部分を示して10いる。
いる 実験の結果、実験の結果 強度においては 54%の正答率で54 の正答率であった。表あっにおいては、強に対して弱と回答し強に対して弱と回答し2 においてはた例が 2 件あったものの、件あったものの、残りの誤答は 1 段階にとどまっている。
どまっている。他の被験者においても他の被験者においても、同様の結果他の被験者においても 同様の結果が得られた。表が得られた 表 2 の被験者 B は 7 回目の試行前に姿勢を変更したため、姿勢を変更したため それまで強めに誤答していたものが弱めに誤答しているものが弱めに誤答している。しかしながら
しかしながら、強度変強度変化における直感性における直感性に一定の効果はあることが示さにおける直感性 に一定の効果はあることが示された。振動モータの設置位置においてはれた 振動モータの設置位置においては振動モータの設置位置においては、表 2 の誤答は隣接のモータを回答した 2 件に留まっている。
。そのため、、どこのモータが振動したかは判断でどこのモータが振動したかは判断できるものと考えられる。
きるものと考えられる
次に、被験者に強度の正解を告知した
次に、被験者に強度の正解を告知した教示あり教示あり
での実験結果をでの実験結果を表 3 に示す。に示す。表 2 と同様に、表と同様に、 3では与えた振動の強度と回答の一部を示している。
また、下線は回答が与えた振動と異なる試行を強調している。教示を与えた場合している。教示を与えた 場合は、正答率が向上し、正答率が向上し、8 割程度の確率で強度の正答が得られた。
割程度の確率で強度の正答が得られた。着席位置
着席位置がある程度固定されるシートにして、がある程度固定されるシートにして、設置位置の硬さを考慮することで正答率の向上が期待でロードセル

きること、弱と強で誤答するケースが無かった
こと、現在実用化されている超音波接近センサを踏まえて細かい精度を必要とされていないことから、十分有用性が示された
十分有用性が示されたと考え考えられる。
られる。
4

今後の具体的な展開
本研究では、ユニバーサル自動車インタフェー
スとして、誰でも運転が可能でかつ事故の発生を抑制できるシステムを検討した。ステアリング操作においてはロードセル、センシング結果の伝達においては振動素子による触覚に着目し、それぞれ実用への可能性を示した。
傾き／捻りによる方向制御については、傾き／捻りによる方向制御については、ウッカウッカ
リ事故防止として効果があるかどうか、直感性の検討を行う。加えて、本年度の討を行う。加えて、本年度の検討結果を用いて検討結果を用いて実用実用化を目指した発展的研究を行う化を目指した発展的研究を行う。現在、現在、実車への実実車への実装を行った上で、装を行った上で、アクセル操作に関するアクセル操作に関する操縦の有用操縦の有用性評価を行っている。実験結果を元に、機構性評価を行っている。実験結果を元に、機構やパラいる。実験結果を元に、機構やパラメータの調整を行い、実用化させる。
メータの調整を行い、実用化させる。
振動機能付きドライバーズシートについては、本年度に特性評価を行ってきた
本年度に特性評価を行ってきた接近センサ
接近センサを利用を利用表 2 教示なしの状態における方向と強度の回答
被験者Ａ
被験者Ｂ
回数 振動
回答
振動回答
１f(中) f(中) e(強) e(強)２d(弱) d(中) d(弱) d(中)３c(弱) c(弱) f(中) f(強)４a(強) a(中) c(弱) c(弱)５b(強) b(強) a(強) a(強)６e(強) e(弱) b(中) c(強)７d(中) d(中) g(強) g(弱)８g(弱) g(弱) e(弱) e(弱)９c(中) c(弱) g(強) g(中)１０ f(強) f(強) b(中) c(強)１１ a(弱) a(弱) c(中) c(弱)１２ d(中) d(中) a(弱) a(弱)し、死角にいる人／自動車／二輪車の識別や方向・距離の識別の正確性について更なる研究を行う。最終的には、シートの実用化を目指す。

山道

砂利道（私有地）

40km/h
制限の市街地大通り

表 3：教示をした場合の強度と方向に関する回答
被験者A
被験者B
被験者C
正答
回答
正答
回答
正答
回答
b 中 b 強 b 強 b 強 b 中 b 中ｄ 弱 ｂ 弱 ｄ 強 ｄ 強 ｄ 強 ｄ 強f 強 f 強 f 中 f 中 f 強 f 中c 強 c 中 c 中 c 中 c 中 ｂ 中b 弱 b 弱 b 弱 b 弱 b 強 b 強d 中 d 中 d 中 d 中 d 弱 ｃ 弱c 強 c 強 c 強 c 強 c 強 ｂ 強e 弱 e 弱 e 弱 e 弱 e 中 ｄ 中f 強 f 中 f 強 f 強 f 弱 f 弱c 強 c 強 c 弱 c 弱 c 強 ｂ 強d 中 d 中 d 弱 d 弱 d 中 ｃ 中f 弱 f 弱 f 強 f 強 f 強 f 強e 弱 e 弱 e 中 e 中 e 弱 ｄ 弱d 強 d 強 d 強 d 中 d 強 ｃ 強b 中 b 中 b 強 b 強 b 弱 b 弱

図 8：実験で使用した運転のルート

モータaモータe

モータb

モータf

モータge

afgbcdモータcモータd

6
受賞・特許
特許「運転者への状況伝達装置」2015-90896（出願中）
7

図 9：各振動モータにおける被験者が回答した方向の範囲
5

参考文献[1] 松島正秀,自動車技術の動向と中小企業等の開発事例紹介,岩手県次世代モビリティイノベーショ

論文・学会発表等の実績
地域イノベーション戦略『いわて環境と人にやさしい次世代モビリティ開発拠点』プロジ
ェクト平成 27 年度成果報告会
鈴木彰真、瀧谷俊介、村田嘉利「座面アクチュエータを用いた臀部触覚による自動車の周辺通知」マルチメディア、分散、協調とモバ
イル、DICOMO2016 シンポジウム、pp.729-734「いわてサイエンスシンポジウム 2016」出展
阿部貴也、村田嘉利、鈴木彰真、佐藤永欣「ロードセルを用いたステアリングコントロールの可能性」電気関係学会東北支部大会

ン推進協議会 平成 27 年度成果報告会,北上市
文化交流センターさくら ホール,2015[2] 統計局,平成 27 年中の交通事故死者数について〈 http://www.e-stat.go.jp/SG1/estat/Pdfdl.do?sinfid=000031358275〉,(参照 2016-05-03).
[3] 東洋測器株式会社TCS，〈 http://www.toyo-sokki.co.jp/download/tcs/tcs_catalog.pdf〉（参照 2016-6）[4] PIUS 〈 http://www.pius-kitcar.com 〉（ 参 照2016-9）

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