情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

2A-102023/3/1

カーレースの技術向上を支援する
荷重位置可視化デバイス
老沼響 1, a) 塚田浩二 1
概要：本研究では，車体にかかる荷重位置をリアルタイムに可視化するデバイスを製作する．このデバイスでは，荷重移動を検知するセンサ部と可視化するディスプレイ部で構成される．センサ部では加速度センサと角速度センサを用いて荷重移動を推定し，ディスプレイ部では水面のメタファで可視化を行う．ドライバーに荷重移動を分かりやすく伝達することで，運転技術の向上を目指す．

1. はじめに
近年，自動車制御技術の向上は目覚ましく，人の操作を全く必要としない自動運転等も実証実験が進められている．
サーキットを走るレーシングカーにおいても，自動運転技術が検証されている[1]．また，運転の基本技術である認知，判断，操作を人工知能で制御する自動運転技術も提案されている[2]．しかし，自動運転技術が進歩しても人間の技能
図 1 荷重定義についてを競い合うカーレースの人気は高く，サーキットや公道でのレースは盛んに行われている．
本提案では，自動車の操作の基本となる荷重に着目した．
荷重とは，車のタイヤが地面を押し付ける力のことを指し，静止状態では 4 つのタイヤに均等に荷重がかかっている．
自動車の基礎的な操作である，加速・減速・旋回を行うこと

2. 関連研究
公道やカーレースを対象とした多くの自動運転技術が提案されている．

でタイヤにかかる荷重の割合が変化する(図 1)．そこで本研

Felix ら[1]はサーキットで F1 レーシングカーを自動運転

究では，荷重とはタイヤが路面を押し付ける力の割合，荷重で走行させた．SLAM で自動生成したマップからカーブの位置は各タイヤの荷重から計算した重心，荷重移動は荷重曲率などを計算し最適な軌道で走行したり，前方の障害物位置の変化と定義する．

検知や回避を行うことができる．

カーレースでは適切なタイミングで大きく加速減速を行

山門ら[3]は，ヨーモーメント制御手法を提案している．

うことでタイムを短縮できるが，加速減速は荷重移動を発

この制御手法は，タイヤによるブレーキ力の和を制御する生させる．大きな荷重が一部のタイヤにかかると，車体のコG-vectoring 制御と，カーブ時の車体姿勢を理想の走行状態ントロールが難しくなり，大幅なタイムロスや事故に繋がに近づける横滑り防止措置でカーブ時の車体制御を行う．

ることもある．一方，荷重は目で見ることが出来ず，カーレ

例えば，カーブ時には，進入から脱出までで減速→等速→加ース初心者がうまく把握することは難しい．そこで本研究

速の順で車体操作を行う．このような加減速を，システムがでは，荷重位置をリアルタイムに可視化できるデバイスを自動的に行い，ドライバーはハンドル操作に集中できる．

提案し，ドライバーの状況理解や運転技術向上の支援を目

本提案は，自動運転技術や自動支援システムと比べ，荷重指す．の状態を分かりやすく視覚化することで，ドライバー自身の技術向上の支援を目指す．
WAVO [4]は LED マトリクス上で動きなどを可視化する作品である．波動方程式を用いることで，水面の波のような表現を実現している．デバイスに衝撃を与えることで波紋

1 公立はこだて未来大学
a, b1019089@fun.ac.jp© 2023 Information Processing Society of Japan494情報処理学会 インタラクション 2023
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2A-102023/3/1などが移動する，インタラクティブな作品である．本提案では，水面のメタファを用いて，車の荷重移動を分かりやすく可視化することを目指す．

3. 提案
本研究では，車体の荷重移動を水面のメタファでリアルタイムに可視化するデバイスを製作する．また，レース後に荷重移動を振り返れるような機能も構築する．
3.1 予備実験

図 5 予備実験の角速度データの一例

実装前の予備実験として実際のカーレースに参加し，3 軸加速度／3 軸角速度データを走行中に記録した．これとフロ

3.2 視覚化手法

ントドライブレコーダーの映像(図 2)を組み合わせて，車体車体にかかる荷重を可視化する方法として，コップに入の姿勢とセンサデータの関連を調査した．センサとマイコった水をモチーフに表現する．これは，カーレースを扱う漫ンとしては M5StickC Plus を利用した(図 3)．図 4 に加速度

画で紙コップに入った水を使い，車の荷重移動を確認する

センサ，図 5 に角速度センサの計測結果の一部を示す．黒枠

場面を参考として考案した．図 6 は紙コップの水面が揺れで囲んだ部分はカーブの前に減速している時間帯であり，る例と，ペットボトルの水位が揺れる例である．車内のドリ

特に X 軸の加速度が変化している．赤枠で囲んだ部分は左ンクホルダーに飲み物を置いているとき，車の挙動に合わカーブを曲がっている状態であり，特に Z 軸の角速度が変せて容器中の水が揺れるが，これは車体にかかる荷重移動化している．

を表している．この水の動きをメタファとすることで，ドライバーが荷重移動を理解しやすいと考えた．

図 2 予備実験で記録した映像

図 6 水を用いた荷重位置表現の例

4. 実装
本デバイスは，センサ兼マイコン部分の M5StickC Plus と情報提示用の LED マトリクスによって構成される(図 7)．
図 3 予備実験で利用したセンサ＆マイコンプロトタイプとして，M5StickC Plus 内蔵の加速度センサと角速度センサから荷重を取得し，内蔵するモニタで荷重位置を示す手法と，M5StickC Plus と LED マトリクスを接続し，水面を表現する手法を製作した．

図 4 予備実験の加速度データの一例© 2023 Information Processing Society of Japan

図 7 デバイス構成図495

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4.1 M5StickC Plus
本提案ではセンサ兼マイコンとして M5StickC Plus を使用した．内蔵の 3 軸加速度センサ／3 軸角速度センサを使用し，車体の荷重位置を推定している．
4.2 LED マトリクス
水 面 の メ タ フ ァ の 表 現 を 行 う た め ， BTF-LIGHTING
WS2812B の 8×8 LED マトリクスと 8×32LED マトリクスを

図 10 荷重の可視化例 1

使用した．これは，Adafruit_NeoPixel ライブラリで制御することができ，フルカラーLED を個別に制御できる．
4.2.1 上から見た水面の表現
8×8LED マトリクスを用いて，上から見た水面を表現するデバイスを製作した(図 8)．上からの波紋表現を見やすくするために今回は，運転席と助手席間のドリンクホルダーに設置する(図 9)．光り方のパターンとしては 2 種類用意した．
1 つ目は二重円を点灯させ，水面の波紋を表現した (図図 11 荷重の可視化例 210)．通常時には LED マトリクスの中心に円が点灯しているが，荷重位置に対応して円の中心が移動する．

4.2.2 横から見た水面の表現

2 つ目は水面の波を表現した (図 11)．これは，通常時は8×32LED マトリクスを用いて，横から見た水面を表現す

何も点灯しないが荷重位置と移動に対応して LED が点灯するデバイスを製作した(図 12)．側面の水位変化を見やすくることで，振動によって起きる波の起伏を可視化している．

するために，エアコン吹き出し口のドリンクホルダーに設置する(図 13)．
このパターンは，車内のドリンクホルダーに入れた紙コップやペットボトルに入った水が，車体操作によっておこる水位の変化を表現している(図 14)．
通常時は波がない水平の水面を表現して点灯し，荷重の位置に応じて水面の高さが変化するよう点灯する．ブレー
キ時などの前荷重では前側の水位が高く，加速時などの後ろ荷重では後ろ側の水位が高くなる．

図 8 上から見た水面を表現する情報提供部

図 12 横から見た水面を表現する情報提供部

図 9 上から見た水面を表現する情報提供部の設置位置© 2023 Information Processing Society of Japan496

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図 13 横から見た水面を表現する情報提供部の設置位置

図 14 荷重の可視化例 3

5. まとめと今後の課題
本研究ではカーレースにおける荷重に着目し，荷重位置を水の表現で可視化するデバイスを提案した．現時点では，3 軸の加速度センサと角速度センサから車体の荷重位置を推定し，可視化できることを確認した．
今後の実装としてより荷重位置の理解がしやすい水の表
現や，荷重操作の記録と再生を行うシステムを製作する．また，本デバイスをカーレース等で実際に利用してもらい，その効果を検証する．

参考文献
Felix Nobis, Johannes Betz, Leonhard Hermansdorfer, andMarkus Lienkamp. 2019. Autonomous Racing: A Comparison ofSLAM Algorithms for Large Scale Outdoor Environments.
ICVARS '19: Proceedings of the 2019 3rd International
Conference on Virtual and Augmented Reality Simulations p.8289[2] 我妻広明(2015), 人工知能による運転支援・自動運転技
術の現状と課題, 2015 年 54 巻 11 号 p.808-815[3] 山門誠, 長塚敬一郎(2013), 車両横加加速度に基づくヨーモーメント制御手法の検討, 自動車技術会論文集, 2013 年
44 巻 2 号 p.491-497[4] 迎山和司, 前田将来(2010), WAVO:波動方程式による光の波を表現したインタラクティブ球体, 情報処理会 インタ
ラクション 2010 p95-98[1]© 2023 Information Processing Society of Japan497