別紙4‑2 (課程博士(和文))2021年2月19日
機械工学専攻氏名

学籍番号第 179105 号

指導教員

内山直樹

左藤海二

配島拓司

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

自動車用ワイパシステムの振動抑制制御と最適動作生成(要旨 1,200字程度)
自動車用ワイパシステムにおいて,自励振動であるびびり振動と,往復運動における反転位置の超過及び未達(以下,共にオーバーラン)は,視界不良や騒音,さらには最悪の場合では製品の破損に繋がり,しばしぱ市場で問題となる.従来はハードウェアの工夫により低減してきたが,昨今のフロントカラスの拡大化といった車両の変化に対応しつつ,これらの現象を抑えることは限界となりつつある.そのため,本研究では新しい方法として制御による低減を提案した.ここで,2つの現象は発生タイミン
グや要因が異なるため,各々に適切な制御を適用している
フロントガラスとラバー間の摩擦の変動で生じるびびり振動の発生タイミングを予測することは困難であるため,発生源の状態をヨ"則し制御する必要がある.発生源であるワイパアームへのセンサの搭

載は信束頁性やコストの観点から現実的ではないため,現状のワイパが持つセンサと,動特性モデルから推定した.非線形かつ,不連続となる摩擦特性を,速度に依存する項と,依存しない項に分離する方法を提案し,拡張カルマンフィルタを設計した.その結果,モデルの特性を変えることなく,びびり振動を含む状態の推定が可能となった.次に,往復運動のためのサーボ性と振動低減を両立する状態フィドバック制御系を設計するため,モード解析によりびびり振動となる 1次モードとサーボ性を阻害する剛体モードを抽出した.これらのモードのみを制御するゲインを極配置法で算出した結果,安定性の低下に繋がるゲインの増大化を抑え,サーポ性と振動低減を両立する状態フィードバックゲインが得られた.さらに,状態フィードバック制御の構成を状態偏差系とすることで,サーポ性が大幅に改善した
次に,オーバーランの低減に関して検討を行った.オーバーランの発生原因はびびり振動のように明確ではなく,モデル化が困難である.そのため,制御を用いずに最適な目標動作により低減する方法を適用した.目標動作において,設計者が最適動作を視覚的に理解でき,製品設計への活用を容易とするため,2つの変数で表現可能な方法を提案した.ここで,ワイパの目標動作は,車両からの要求や法規により定められる払拭周期と払拭範囲を守る必要がある.このために,正弦波を基本系とし,速度のビーク位置を調整可能な変数と,停止前の減速度合いを調整可能な変数の2つの変数で表現可能な方法を確立した.次に,最適動作の探索方法として,応答曲面法を適用した.応答曲面法による探索において,はじめに,マルチボディダイナミクスを用いて構築したワイパの動特性モデルを用いて,2変数を各21分割した441点のデータから,2次の応答曲面法により,最適値の探索が可能であることを確認した
さらに,計算効率を考慮し,最小限のデータ数について検討した結果,25 点のデータで探索可能であることを確認した.最後に実験により,25点のデータと2次式では最適動作の探索精度が不十分だが,4次式とすることで精度が向上し,探索可能となることを確認した

別紙4

1 (課程博士(英文))Date of submission (month day, year)

Naokiuchiyama

Depa11ment of
MechanicalStudentlD Number

Englneering
PP11Cam's name

FebNary 19,2021

D179105

KalJl satoSupervisors

TakujiHaijima

AbS廿act (Docto"
Title ofThesis

Vibration suppression control and optilnal Nlotion lrajectory
Generation for Automotive 圦lindshield 圦liper systems

Approx.80o words
Vibration and over・1'un cause undear view, noise and, in the worst case, a wiper system is broken. conventionaⅡy,these phenomena are reduced by tuning ofn}echanical desi即 in a trial and error manner. However, a new approach isexpected due to the recent vehicle desi即 requirements. Therefore,仙is study considers the control techn010gy toreduce vibration and over・run by servo motor contr01. Because ilnp011ant factors such as occurred timing, causes are
di仔erent,itis necessary to develop individual controltechn010gy for reducing themVibration of wiper systan is selfexcited osci11ation that is caused by the propeHy of 6iction between Nbber andWindshield. Because the expectation in a timing to occur is di伍Cult, measurement of vibration is necessary for toreduce it by contl'01. However,血StaⅡation ofa new sensor is di伍Cult forthe reason thatincrease ofcost, securanent ofreliability and so on. Therefore, estilnation is suogested. Here,仙e dynamic model that replicates self・existed vibrationis necessary HO、Never, the property of6'iction is non・1inear and disconti11UOUS. For this issue, tl〕e equation of行'iction isdivided into t、vo portions depending on or Ⅱldependent ofvelocity. By the above method, it becomes possible that 小e
Extended Kalman Filter is able to be applied without changhlg characteristics on the wipa' model. A丑er that, the statefeed back control gain is designed for vibration reduction and reciprocal movement. Here, to desion the con廿011er
e伍Ciently and easily, two method of design are suggested. The 6rst method focuses on the mode of the system forreducing movement of primary vibration mode. The second is usino the pole・placement method to focus on theeigenvector. Fina11y, vibration reduction becomes possible by using the estimated value and the desi即ed contr011er.
Next, this study consida's the optⅡnization of Wゆer's periodic motion to reduce over・1'un by servo motor contr01
Because the 丘'ictional property ofa windshield sul'f会Ce is complicated and di伍Cultto be modeled mathematica11y, thisStudy applies the response surface method to mhlimize the ma即itude of over・run includi11g undershoot (Herea丑er,
Only the term "over・run" is used). hl orda'to visual】y understand the propa'ty ofover・run,the lnotion trajectory should
be described by t、No parameters so that the properry of over・run can be i11US廿ated gaphica11y in a t11ree・dimensional
Space versus these t、No parameters. Hence, this study presents a method to describe the motion trajectory ofa Wゆer by
two parameters, by which the peak veloC北y position and the velocity reduction ratio around the reversal position ofmotion can be expHcitly adjusted. The e仟ectiveness of the proposed approach is confinned by simulation andexperilnent, hlwhich the approximated response surface can be generated with practicalnumber ofexperimental data