SWEST15
2013年8月22日(木)~23日(金)下呂温泉 水明館（岐阜県下呂市）	
SWEST/DAS合同基調講演	
モデルベースシステムズエンジニアリングとSysMLの活用
慶應義塾大学  大学院  システムデザイン・マネジメント研究科教授

西村  秀和http: lab.sdm.keio.ac.jp/nismlab/

1	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

略歴と業績
略歴	
1985年3月 慶應義塾大学理工学部機械工学科卒業
1987年3月 同大学院理工学研究科機械工学専攻修士課程修了	
1990年3月 同大学院理工学研究科機械工学専攻博士後期課程修了 工学博士	
1990年4月より千葉大学工学部機械工学科助手 1995年より同助教授	
2006年9月～10月 デルフト工科大学訪問研究員	
2007年2月～3月 バージニア大学訪問准教授	
2007年4月 慶應義塾大学先導研究センター教授 「SDM研究科設立準備」	
西村秀和	
2008年4月 慶應義塾大学大学院システムデザイン・マネジメント研究科教授	
2011年4月～2012年3月 日本機械学会 機械力学・制御部門 部門長	2012年2月～2014年1月 計測自動制御学会 総務担当理事（2013年度副会長兼務）		
著書	
1998年『MATLABによる制御理論の基礎』 （共著） ，『MATLABによる制御系設計』（共著）	
2007年『運動と振動の制御の最前線』 （共著）	
2012年『システムズモデリング言語 SysML』 (監訳 A Practical Guide to SysML)		
共同研究実績	
車両衝突時の乗員保護制御，次世代車両運動統合制御，Adaptive Cruise Control，	タワークレーンのアシスト制御，エンジンベンチ制御，熱設計マネジメント，次世代プレス開発など	

2	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

システムとは何か？

システム： 相互に関連があって全体として機能するコンポーネントの集まり	

人が○○したいと考えた対象＝System of interest	
環境	

アクター
actor：行為者（人とは限らない）	

境界：boundary	
Use Case１

Use Case 2	

System？	
システム内部にはいくつかの機能があり，ハードウェア，ソフトウェア，人，設備などから成る．	
3	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

システムの振る舞いとは？
} 対象システム（System of interest）＝着目しているシステムはどのように振る舞うのか？	
環境	入力	

4	システム	出力	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

コミュニケーションの失敗？	
このシステムは、●●と××から構成され、△△の運用を考えた
ときに、、、	

5	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

図を用いたコミュニケーション

このシステムは、●●と××から構成され、△△の運用を考えた
ときに、、、	

6	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

講義内容の抜粋
１．モデルベースシステムズエンジニアリング	} Dual Vee開発モデル，エンティティV	} アーキテクチャの３つの視点とは？	
} ２．SysMLによる機能要求分析	
} SysMLで何ができるのか？
} 構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約} ３．車両制御システム開発の事例紹介	
} オペレーション／機能／物理の視点	} 動作シーケンスとインタフェース	} システムレベルでの機能・物理モデリング	} 機能アーキテクチャ	} 最適化問題の設定	
} ４．まとめ	}

	7	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

１．モデルベースシステムズエンジニアリング} 1-1

Dual Vee（二元V字）開発モデル	
} 1-2 エンティティV	} 1-3 アーキテクチャの３つの視点とは？	
} 1-4 要求定義と検証・妥当性確認の位置づけ	} 1-5 オペレータとシステムの相互作用8	Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

１．モデルベースシステムズエンジニアリング} システムズエンジニアリング：} システムを成功裏に実現するための複数の分野にまたがるアプローチおよび手段	} システムズエンジニアリングでは、開発サイクルの初期の段階で顧客のニーズを明確化し、機能要求を定義し、関連する問題をすべて考慮しながら設計のための総合とシステムの妥当性確認を進める。	
} システムズエンジニアリングでは、ユーザーニーズに合致した品質の製品を供給することを目的とし、ビジネスとすべての顧客の技術的要求の両者を考慮する。	
} INCOSE: International Council on Systems Engineering

9	Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

モデルベースシステムズエンジニアリング} モデルに基づくシステムズエンジニアリングの必要性} 文書ではすぐに理解できないことが、図的に表現することで理解が容易になる。
} 協働してシステム開発をするには、共通言語が必要であり、それをサポートするには図的な言語が有効である。
} SysML（Systems Modeling Language）} 有力な図的表現方法として注目されている。
} 複雑なシステムを構造，振る舞い，要求，パラメトリック制約の観点で図的に表現することができる。	

10

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

二元V字開発モデル (Dual Vee Model)
Architecture Vee	

要求を満足するシステムの完成	

アー
キテ
クチャ
統合	

利害関係者の要求	
システム	

サブシステム	コンポーネント	11	

Entity Vee	
Entity Veeのそれぞれのステップで，サブシステムやコンポーネントのインテグレーションが繰り返される．	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

エンティティV (Entity Vee)
概念設計	

アーキテ
クチャ	

詳細設計	製作，コード化に向けた
仕様

検証の計画

購入，製作，コード化	
解決策の達成	12	

妥当性確認の計画	
検証
検査，テスト，実証，分析

検証
検査，テスト，実証，分析
不具合調査	

概念設計，アーキテクチャの選定，設計に向けた仕様	

見込み調査，リスク調査	

妥当性確認	

検証と妥当性確認の計画	
顧客による確認	

Entity要求の定義

製造，運用	

試験，検証	

顧客による確認	

利害関係者の要求

顧客による確認	

要求の抽出	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

２つの鉄則、３つの視点}

要求の２つの鉄則	ü機能要求：“どのように要求を実現するか？”の前に	“それは何か？”，“なぜそれが必要か？”を明確にする。	
ü要求は“測定可能”で“テスト可能”でなければならない。	

}アーキテクチャの３つの視点	üOperational view：システムの使い方、動かし方	üFunctional view：システムへ要求される機能	üPhysical view：機能を実現するハードウェア、ソフトウエア	

13	Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	アーキテクチャの３つの視点} Operational view（オペレーション）} 開発するシステムはどのように使用されるのか？
} 開発するシステムは他のシステム（外部）とどのような相互作用をするのか？
} Functional view（機能）} システムは何をしなければならないか？
} システムができること，サービス，提供される機能を定義する．

機能間のインタフェースを明確にする．
} Physical view（物理）} 機能を遂行するためのハードウェアやソフトウェアを定義する．
} ハードウェアやソフトウェアを構成するモジュールやアイテム間のインタフェースを明確にする．	
14	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

エンティティV: 要求定義の位置付け
概念設計	

アーキテ
クチャ	

概念設計，アーキテクチャの選定，設計に向けた仕様	
② Functional view 製作，コード
MATLAB/Simulink

Mechanical CAD
Electronic CAD
Program code

見込み調査，
リスク調査	

化に向けた
③ Physical view 仕様

Verification andValidation Planning	

VerificationPlanning購入，製作，コード化	
解決策の達成	15	

妥当性確認	
妥当性確認の計画	
検証
検査，テスト，実証，分析

検証
検査，テスト，実証，分析
不具合調査	

Entity要求の定義

Customer
Confirmation	

① Operational view

製造，運用	試験，検証	

Customer Confirmation	

利害関係者の要求

SysML

詳細設計	

Customer
Confirmation	

要求の抽出	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

二元V字モデルによるプロセスの理解
Architecture Vee	

要求を満足するシステムの完成	

アー
キテ
クチャ
統合	

利害関係者の要求	
システム	

サブシステム	アーキテクチャの検討，決定では，サブシステムやコンポーネントの実現可能性を検討しながら進めることがある．

Entity Vee	コンポーネント	16	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

エンティティV :  検証と妥当性確認の位置づけ
アーキテ
クチャ	

概念設計	

詳細設計	

Customer Confirmation

Entity要求の定義
アーキテクチャの選定とシステム仕様
製作，コード化に向けた仕様

試験，検証	

製造，運用	妥当性確認

シナリオ

妥当性確認のOperator計画 in-the-Loop
Simulation
検証
検査，テスト， オフノミナル
実証，分析
HILS/SILS
検証
ノミナル
検査，テスト，実証，分析

Verification andValidation Planning
Customer
Confirmation

利害関係者の要求

Customer
Confirmation

要求の抽出	

Verification
Planning
購入，製作，
コード化

17	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

オペレータとシステムの相互作用} オペレータとシステムはどのような相互作用を起こすか？
} システムがコントローラで制御されている場合，オペレータによる操作とコントローラによる制御の間に矛盾が生じてはいけない．→ Operator-in-the-loop Simulationによるテスト	} 設計段階での考慮→ Operator-in-the-loop Designの必要性
外部システム，環境	認知	

判断	

行動	システム	

オペレータ	コントローラ	
18	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

２．SysMLによる機能要求分析} 2-1

SysMLで何ができるのか？	
} 2-2 構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約	} 2-3 開発するシステムの機能	} 2-4 ブロック間のインタフェース	
書籍のご紹介（Practical Guide to SysMLの翻訳本）	
} システムズモデリング言語 SysML	} 西村 秀和（監訳），白坂成功，成川輝真，長谷川堯一，中島裕生，翁志強	} 著者：Sanford Friedenthal, Alan Moore, Rick Steiner	} 出版社：東京電機大学出版局
19	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

SysMLダイアグラムの分類
SysML: Systems Modeling Language	
ユースケース図	
シーケンス図	
振る舞い図	
アクティビティ図	
状態機械図	SysML
要求図	
ダイアグラム	
ブロック定義図	
パラメトリック図	
構造図	
内部ブロック図	
パッケージ図	20	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

SysMLのダイアグラムは，互いに関連しているので，設計変更があった場合にもその影響を容易に把握できる．	

構造	 ibd	

要求	

req	

act	

par	

振る舞い	

パラメトリック
制約
・数式表現・運動方程式などの制約

21	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

SysMLを用いた協働作業
システムモデル	
構造	

振る舞い	

要求	

パラメトリック制約

要求・仕様	

要求・仕様	
設計・統合

設計・統合

ハードウェアモデル	

ソフトウェアモデル	
22	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

コンカレントデザインを促進するフレームワーク
システムモデル	
トレーサビリティ	解析	

外部からの要求

構造	

解析モデル

振る舞い	
ダイナミクス
解析

システム
仕様書

ビュー
ポイント	
要求	

パラメトリック制約

性能
評価	 制御システム解析
1D-CAEなど

ハードウェア
設計モデル

電気回路設計モデル

ソフトウェア
設計モデル

テスト方法
テストモデル

23	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

エレベーターに対する要求（例）} エレベーターは、ビルの各階から“コール（呼び）”を受けること。（入力に関する要求）} エレベーターは、想定される乗員に対して、エレベーターを呼んでいることを表示すること。（出力に関する要求）} エレベーターは、緊急コールに対してビルにある標準電話を利用すること。（外部インタフェースに関する要求）	

The Engineering Design ofSystems, - Models and Methods-, 2nd Edition, Dennis M. Buede,John Wiley & Sons, Inc.

24	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

ユースケース図25	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

シーケンス図（コンテキストレベル）

26	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

コンテクストレベルでの機能分析

エレベータシステムの機能	
27	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

ユースケース「ドアを開く」→シーケンス図28	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

アナリシスレベル01での機能分析

エレベータコントローラの機能	29	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

ブロック間のインタフェース

30	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

要求を詳細化したユースケース  →  テストケース

詳細化	

31	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

SysMLの活用で見えてくること} システムのモデル表現} 構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約} - What - 何をしなければいけないのか？
} オペレータとの相互作用の明確化} 最適化“問題”の設定} トレードオフ“問題”の定義	} アーキテクチャと仕様決定までのトレース

32	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

３．車両制御システム開発の事例紹介} 3-1

コンテキストレベルのユースケース分析	} 3-2 オペレーション／機能／物理の視点	
二輪自動車の前輪} 3-3 動作シーケンスとインタフェース	
操舵アシスト制御	} 3-4 システムレベルでの機能・物理モデリング	} 3-5 機能アーキテクチャ	} 3-6 最適化問題の設定	
乗員保護システム	} 3-7 トレードオフ分析とパラメトリック設計	
} 3-8 システムの本質をつかむシステム解析	

33	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

制御実験
検証試験: 操舵軸まわりからのインパルストルク外乱（10 Nm）に対する応答	

without control, 15 km/h	

in control, 15 km/h	

Yutaka Kamata, Hidekazu Nishimura, Hidekuni Iida，System Identification and Front-Wheel Steering
Control of Motorcycle, Trans. of the JSME, Series C, Vol.69, No.688, pp.3191-3197, (2003)
Yutaka Kamata, Hidekazu Nishimura, System Identification and Attitude Control of Motorcycle byComputer-Aided Dynamics Analysis, JSAE Review, Vol.24, No.4, pp.411-416, (2003)	

34	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

二輪自動車の安定化制御} 二輪自動車の安全な走行にはライダーによる適切な操作が必要．
} 突発的な外乱に対して，ライダーが瞬時に正確に二輪自動車を操縦できるとは限らない．
} ライダーの操縦をアシストする方法はないか？

ABS (Anti-lock Brake System)} TCS (Traction Control System)} …
} パワーステアリングのように前輪操舵をアシストしてはどうか？
FACS (Front-steering Assist ControlSystem)}

35	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

要求図
req [Package] System requirements [ 前輪操舵アシスト制御]	

36	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

コンテクストレベルのユースケース分析
前輪フレーム	

ユースケース図	
路面	

開発範囲	
Front-steering AssistControl System	

既存車両	

下体	

前輪	
ライダ	

前輪操舵
アシスト制御	手動停止	

上体	
後輪フレーム	

後輪	

属性：	
37	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

前輪操舵アシスト制御のシーケンス図
1:車両を起動する	
2:パワーを提供する	
3:システムを開始する	
4:レーンチェンジ操縦をする	
5:ロールレートを検知する	

4.1:路面状況の認識をする	

6:外乱を受ける	
5.1:車両を安定化させる	
4.2:外乱を受けたことを認知する	
5.1.1:ライダをアシストする	
7:操縦を調整する	38	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

前輪操舵アシスト制御システム：
FACSと外部関連システムの統合
FACS	

インタフェース	

インタフェース	

既存車両	
ライダ	
路面	インタフェース	
車両起動、路面状況の認識、車両操縦、操縦補償（操舵操作と体のリーン運動）	

39	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

何をモデル化するべきか？
エンジニアリング解析のための機能・物理モデルの構築p ライダー二輪自動車モデル	
Side view	
XU

XD
Rf

ZU

Rear view	ZW
e1 Karm	,Cwz

ZW

wz

Rider's
f1
mW W upper torso
XWUhbmUZC
H a1
ZA a3 aZD
2λτfmb1
XAb2
Steering A AD c1Ctorque	mD
XC mC τ r
ZX
OPf
PrRider'sWupper torso
a3

YWZAA

YA

θxRollingZ

YAZAKwx

θ wx

Y W ZW

WCwx τ wx Lean
Atorque	ZRrY

Roll angle
angle
of motorcycle ofLean
upper torso

OY Op 低次元化モデルに基づく制御システム設計	
xkd (k + 1) = Akd xkd (k ) + Bkd Δθ&xd (k )Δτ (k ) = C x (k ) + D Δθ& (k )
fc

kd kd

kdxd

Δθx: roll rate, the feedback signal,Δτfc: control steering torque, control output.	
40	Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

ライダー操縦モデル
delay	Rider Driving Model	

KPL e−Td s
1( KP + KI )e−Td ss

τ fr torque	

2nd order prediction model	**y (t )TP sTarget	 ey (t )y (t + tp )+	-	TP2 2
1 + TP s + s2Lateraldisplacement	

Leanτ wx torque	
Steeringy(t + TP )Dynamical model ofrider-motorcycle system	

TimePrediction
delay Td	  time Tp	 

Proportional Proportional
gain KP	 
gain KPL	 

Integralgain KI	 

Unskilled rider 	  0.2 s	 

1.2 s	 

8	 

1.6	 

5	 

Skilled rider 	 

1.5 s	 

5.2	 

1.04	 

4.5	 0.1 s	 

41	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

機能アーキテクチャの例
前輪操舵アシスト制御システム	
外部システム	

インタフェース	

データ記録	

インタフェース	
FACS	

インタフェース	
手動停止	
サーボモータ作動	

CPU処理	

前輪操舵軸	

A/D変換	
インタフェース	

インタフェース	

既存車両システム	
インタフェース	
D/A変換	

インタフェース	
制御器実行	
ロールレート検知	

42	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

実験用プロトタイプ
Steering
torque	Servo motor	

Controller (PC)Roll rate sensor	

Roll rate	

Servo amp.	

Controller(PC)	
43	

build by Real time workshop	
Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

制御システム設計評価のためのパラメトリック図
外乱
操舵トルク	

ロール角	

操舵
トルク	

横変位	

リーン
トルク	
横変位	
ロールレート	

制御操舵
トルク	

制御操舵
トルク	

44	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

レーンチェンジ時の妥当性確認

横変位	

43.6
200：未熟練ライダー（制御あり）：未熟練ライダー（制御なし）：熟練ライダー（制御なし）	

Roll angle [deg]Lateral displacement [m]非線形モデルシミュレーション
横変位3.6 mのレーンチェンジ
車速：60 km/h
インパルス外乱：25 Nm, 0.7 s～0.88 s
アシスト制御開始：0.7 s以降
未熟練ライダーの補償動作は1.0 s以降

転倒	

24
6
Time [s]81045	

30
20
100-10-20-30
0 1 2

ロール角	

46
Time [s]810Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

乗員保護システム} 乗員保護システムの動作プロセス例} 葛西ら（２００８）} ショルダとラップのプリテンショナー，エアバッグを適切なタイミングで動作させることで効果的に乗員を拘束する．	
ショルダプリテンショナー	

シートベルトのたるみをとる	

ラッププリテンショナー	

腰移動量を制限	

エアバッグ	

残りのエネルギー吸収	*葛西ら，最新の衝突安全性能開発，日産技報 ，No. 63，2008，pp. 28-31 	

46	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

膝受け装置（ニーボルスター）nニーエアバッグn材料の弾塑性変形特性を利用した衝撃吸収装置
目的：n  大腿骨荷重の低減
n  乗員の運動エネルギーの吸収n  乗員の前方移動量の抑制
n  乗員の膝保護
衝撃のアクティブ制御の適用n  従来のニーボルスターに対する性能向上n  異なる衝突初速度に対する衝撃吸収性能の維持
47	

47	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

先行研究（Kato, Nishimura et al., 2007）} アクティブニーボルスターによる損傷保護(AKB)} ニーボルスターにより，インスツルメントパネルと膝が接触している間の大腿骨の変形を抑制する．
} ニーボルスターは乗員の前方移動を抑制するが，大腿骨の変形を抑制することと相反して，腰移動量は若干増えてしまう．
→ラップベルト拘束力の増大をまねく．
AKBM. Kato, H. Nishimura, Y. Amano, and T. Shimogo, “Injury protection control of occupant legs by active kneebolster,” Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Series C, 73(736), 3185-3192, (2007).	

48	Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

先行研究（Kato, Nishimura et al., 2007）} アクティブニーボルスターによる損傷保護(AKB)} ニーボルスターにより，インスツルメントパネルと膝が接触している間の大腿骨の変形を抑制する．
} ニーボルスターは乗員の前方移動を抑制するが，大腿骨の変形を抑制することと相反して，腰移動量は若干増えてしまう．
→ラップベルト拘束力の増大をまねく．	
Vehicle collision speed: 55 km/h	

Maximum load to each femur	
Without AKB	

２２００	

Decrease by 1400 N	

With AKB ８００	Maximum lap belt force	Without AKB	

９２００	

With AKB

１００００	

Increase by 800 N	
49	

49	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

ユースケースシナリオ} コンテキストレベルでユースケースシナリオを考える．
} ユースケースはシステムの機能を記述する．

車両衝突の検知	
乗員保護	
保護制御の休止	} さらに，シーケンス図でユースケースを実現する．
50	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

乗員保護} シーケンス図：乗員を保護する．
} 車両は衝突で変形して，車両の運動エネルギーを吸収する．
} 乗員は減速を受けて前方に移動する．
} 乗員保護システムが乗員を拘束する．	

乗員の拘束	

51	Move Occupant forward	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

機能分解} シーケンス図による分析から，乗員保護システムは以下の機能に分解される．
} 車両衝突の判断} 車両減速度の検知} 保護制御の開始} 乗員の拘束

さらにこの機能を分析する．

} 乗員の状態の検知} 乗員保護システムの休止

52	

52	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

乗員の拘束（アナリシスレベル）} サブシステムの構成} 膝部の接触検出器，下肢拘束，腰部拘束	

腰部の拘束	
膝部の接触後	下肢の拘束	

53	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

損傷保護の協調制御} アクティブニーボルスターの拘束力制御のみならず，ラップベルトの拘束力も協調して制御する．
} 大腿骨荷重とラップベルト荷重の両方を同時に抑制する．	
膝部接触前	

Lap belt force	

膝部接触後	

Contact force	Lap belt force	

Cooperative control ofknee bolster and lap belt

Control of lap belt force	

54	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

膝部接触前	

システムの本質を表す低次元モデル
シート剛性	

ラップベルト力	
下肢の質量	

大腿骨の特性	

55	

腰部質量	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

膝部接触後	システムの本質を表す低次元モデル
AKBの発生する接触力	56	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

前面車両衝突時の車両減速度（ユースケース）} 初期車両速度：55 km/h

Deceleration (m/s2)

300

200

100

00

車両速度が0 m/sとなる(0.063 s)
0.02

0.04
Time (s)0.06

前面衝突時刻	57	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

低次元モデルに対する制御入力の最適化} ラップベルト力と膝接触力の決定} 大腿骨荷重の最大値の最小化} ラップベルト力の最大値の制約} 目的関数} 大腿骨荷重の最大値を最小化する

58	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

低次元モデルに対する制御入力の最適化} 制約条件	

膝部接触時刻	: 膝部接触前	
:膝部接触後	：初期状態	

車両速度0 m/sの時刻	

ラップベルトは乗員を後方に引く力のみを発生する
ラップベルト力の最大値	
接触力は乗員を後方に押す力のみを発生する。
車速0 m/sのときに、乗員の運動は負の速度を持つこと＝乗員運動の拘束59	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

0.12

12000

Collaborative control	

0.08

Force (N)	Displacement (m)	協調制御の最適化結果
w/o control	

0.04
000.020.04
Time (s)Decrease by 3200 N	

8000
4000
000.063000

Decrease by 1600 N	

2000
1000
0-100000.02

0.04
Time (s)0.04Time (s)0.06

ラップベルト力
Force (N)	Load (N)	

腰部変位0.02

8000
6000
4000
200000.06

大腿骨加重00.020.04
Time (s)

0.06

膝接触力
60	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

3次元モデルシミュレーション

Lap belt force control	Knee contact	

Contact forcecontrol	Lap belt force control	
61	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

４．まとめ} モデルを用いてシステムを表現することにより、設計を進めるシステムズエンジニアリングのプロセスを示した．モデルベースシステムズエンジニアリング（MBSE）の一つの表記方法として，構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約を表すことができるSysMLを紹介した．
} SysMLの活用例として，エレベータ開発、二輪自動車の前輪操舵アシスト制御システム設計、乗員保護システム設計を取り上げ，システムの振る舞いの把握，インタフェースの明確化，機能要求の導出の手順を示した．また，これらの手順の中から，仕様を決定するための解析モデルの検討、最適化問題の設定を行うことができることを示した．
62	

Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.	

参考文献}

Systems Engineering Handbook Ver.3.2, INCOSE, 2010}

Visualizing Project Management, Third Edition
Kevin Forsberg, Hal Mooz, Howard Cotterman, John Wiley & Sons, Inc.

}システムズモデリング言語 SysML（A Practical Guide to SysMLの翻訳本）	
西村 秀和（監訳），白坂成功，成川輝真，長谷川堯一，中島裕生，翁志強，	
東京電機大学出版局，2012	}

The Engineering Design of Systems, - Models and Methods -, 2nd Edition
Dennis M. Buede, John Wiley & Sons, Inc.

}

西村秀和，二輪自動車のコーナリング特性と走行安定化制御，自動車技術会，Vol.
64,	 	 No.12,	 (2010),	 pp.43-48	 }

Shaopeng Zhu, Hidekazu Nishimura, Laurent Balmelli, Model-Based Design of FrontSteering Assist Control System for Motorcycles , 4th Asia-Pacific Conference onSystems Engineering (APCOSE 2010), Keelung, Taiwan October 4-6, 2010}

Terumasa Narukawa and Hidekazu Nishimura, Control System Design for Occupant
Lower Extremity Protection in Vehicle Frontal Collision (Cooperative Control of Active
Knee Bolster and Active Lap Belt), Journal of System Design and Dynamics, Vol. 5,
No. 5, 2011, pp. 1176-1187

63	Copyright©2013 Hidekazu Nishimura.