理系にゅーす

理系に関する情報を発信! 理系とあるものの文系理系関係なく気になったものを紹介します!

スポンサーリンク

ブレーキ

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2019/01/22(火) 14:02:02.52 ID:CAP_USER
自動運転カー(自律走行車)が普及すると、交差点での無駄がなくなり待ち時間解消によって効率化が進むと考えられてます。それだけでなく、道路上の自動車が増え過密化することで全体のペースが大きく下がるという現象が解消されたり、理想的な道路選択をサポートすることで、交通渋滞が劇的に解消するということがStanford Artificial Intelligence Laboratory(SAIL)の数学的な検証によって示されています。

Altruistic Autonomy: Beating Congestion on Shared Roads | SAIL Blog
http://ai.stanford.edu/blog/altruistic-autonomy/

以下のグラフは理想的な道路交通条件を研究するFundamental Diagram of Traffic(FDT)において作成された道路交通状態を表すグラフで、縦軸に道路上のある地点を1秒間に通過する自動車の数(flow)、横軸に1メートルあたりに存在する自動車の数(density)をプロットしたもの(FDT1)です。グラフが山のような形状を持ち、右肩上がりの青色部分と右肩下がりの赤い部分になるのが特徴です。
https://i.gzn.jp/img/2019/01/21/altruistic-autonomy-on-road/a01_m.png

上記FDT1の内容を説明すると、原点は道路上に自動車が0台の状態で、周りを走る自動車がないため最高速度でスイスイ快適に走ることが可能です。自動車の数が増えたとしても十分なスペースがある青色部分の間は全車が最高速度で快適に走ることができるので、自動車の台数(densityと等価)に比例してflowも高まっていきます。

しかし、自動車が走行する場合、一般的に前を走る自動車との間に最低2秒分の距離をあける必要があります。これは前方の車両が急ブレーキをかけても事故を起こさないように最低限必要となる車間距離で、自動車の数が増えてdensityが増えるとすべての自動車が2秒間隔では走れなくなるポイント(飽和点)に到達します。これが上記グラフの山の頂上であり、車間距離で2秒分を保つためには道路上の自動車は台数が増えるとともにスピードを落とさざるを得なくなります。そのため、densityが飽和点を超えるとflowは右肩下がりの状態(赤色部分)になってしまいます。

以下のグラフは縦軸に道路上のある地点から別の地点移動するのにかかる待ち時間(latency)、横軸にflowをとったグラフ(FDT2)。青色部分では、前車が最高速で走行できるためlatencyは一定です。ただし、飽和点に到達すると速度が低下することでlatencyは上昇してしまいます。なお、飽和点以降の赤色部分はflowも低下していくので、グラフは双曲線状になります。つまり、飽和点を境として自動車の台数が増えるほど、目的地への到達時間が長くなることがわかります。
https://i.gzn.jp/img/2019/01/21/altruistic-autonomy-on-road/a02_m.png

現実世界では自動車は全車が一定速度で走るわけもなく、車間距離もまちまちであるため上記2つのグラフは理想状態の理論値ですが、自動車の数が増えるとある時点で急に目的地まで到達するのにかかる時間が長くなり始めるという特徴は理解しやすいといえます。

さらに、現実の世界では「利己主義的」な人間の特性のため、道路交通にはより複雑な力学が働くことになります。ロサンゼルスのBeverly Hillsからthe Valleyに自動車で移動する場合を検討してみます。経路は3通りあり、最短経路の「Coldwater」なら25分、「ハイウェイ405号線」なら30分、距離の長い「Laurel」なら35分かかります。
https://i.gzn.jp/img/2019/01/21/altruistic-autonomy-on-road/a03_m.png

続きはソースで
ダウンロード


引用元: 【数学】〈ゲーム理論〉渋滞の原因を数学的に分析すると自動運転カーの登場で移動にかかる時間が減る理屈がよくわかる

【数学】〈ゲーム理論〉渋滞の原因を数学的に分析すると自動運転カーの登場で移動にかかる時間が減る理屈がよくわかるの続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2018/11/21(水) 15:58:39.36 ID:CAP_USER
アメリカや中国を中心に開発が進む自動運転カーは、安全な運転を可能にすることに加え、機械学習を活用することで道路の渋滞を軽減できるかもしれないという研究結果が発表されました。

Watch just a few self-driving cars stop traffic jams | Science | AAAS
https://www.sciencemag.org/news/2018/11/watch-just-few-self-driving-cars-stop-traffic-jams

自動車を運転しているとたびたび交通渋滞に出くわすことがありますが、事故や工事などが原因で起こっている渋滞がある一方で、まったく原因がわからずに「いつの間にか渋滞が終わってたけど何で渋滞してたの!?」と思ってしまう不思議な渋滞に遭遇したことがある人も多いはず。交通工学の研究により、原因不明とされてきた渋滞は、1台の車が不要なブレーキを踏んでブレーキランプを点灯させることで後ろを走る車もブレーキを踏み、さらにその後ろの車……という風にブレーキが連鎖的に踏まれることで徐々に多くの車がスピードを落とし、最終的には完全にストップしてしまう状況さえも作り出してしまうことがわかっています。

この、後ろ方向に進む「ブレーキの衝撃波」は多くの場合、人間のドライバーによって引き起こされているとのこと。本来であれば必要のないブレーキを操作することがないように、人工知能(AI)に機械学習を行わせて自動運転カーの走り方に反映させる研究が行われています。

研究を率いているのは、カリフォルニア大学バークレー校(UCLA)のEugene Vinitsky氏らの研究チーム。強化学習で走り方をAIに学習させることで、渋滞を引き起こさないスムーズな道路の流れを生み出す研究が行われています。チームでは、渋滞の発生を防止するためのアルゴリズム「FLOW」を開発し、人間のドライバーと組み合わせた走行シミュレーションを行うことで、どの程度渋滞を防止できるかを調査しています。

その一例が次の2本のムービー。ともに円状の道路を22台の自動車が走るというシミュレーションで、最初のムービーでは22人の人間をシミュレートした運転が行われています。最初はスムーズに流れているように見えた道路ですが、次第に一部で車間距離が近づきはじめ、最後には完全に停車してしまう大渋滞へと発展します。

Single-lane ring (0 AVs, 22 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/Lggtw9AOH0A



しかしここに、1台の自動運転カー(AV)を投入すると状況が一変。適度な車間距離を保つ自動運転カーのおかげで集団の「ゆらぎ」が吸収され、無駄な加減速がなくなって渋滞がウソのように発生しなくなりました。

Single-lane ring (1 AV, 21 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/D0lNWWK3s9s



その様子は、道路が八の字に交差するシチュエーションでも同様に起こるとのこと。人間の運転だと、以下のムービーのように交差点で渋滞が発生してしまいますが……

Figure 8 (0 AVs, 14 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/Z6QltFAEDeQ



自動運転カーが入ると、全体がスムーズに流れるようになります。最初の部分で動き出しのタイミングを計っているのも大きな理由だといえそうですが、走り出してからもスピードを絶妙に調節することで交差点での鉢合わせを回避しているのかも。

Figure 8 (1 AV, 13 human-driven vehicles) - YouTube
https://youtu.be/SoA_7fPJEG8



上記のムービーで重要なポイントは、「適切な間隔を空けることで渋滞の発生は抑えられる」というところにあります。車間距離が小さくなると、後続のドライバーはどうしてもブレーキを多く踏むようになります。すると点灯したブレーキランプを見た後続のドライバーがまたブレーキを踏む、という連鎖で渋滞は発生します。

Merge 0% CAV Penetration - YouTube
https://youtu.be/RPBAZH3Z0Sk



Merge 5% CAV Penetration - YouTube
https://youtu.be/r-sBz1VOtp4



Flow
https://flow-project.github.io/index.html

続きはソースで

https://i.gzn.jp/img/2018/11/20/few-self-driving-car-stop-traffic-jam/00_m.jpg

https://gigazine.net/news/20181120-few-self-driving-car-stop-traffic-jam/
ダウンロード


引用元: 数台の自動運転カーが道路上に混ざるだけで交通渋滞が減るという研究[11/20]

数台の自動運転カーが道路上に混ざるだけで交通渋滞が減るという研究の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2018/07/30(月) 18:26:35.81 ID:CAP_USER
小田急電鉄は2018年7月11日、大規模停電の発生を想定して「回生電力貯蔵装置」の電源供給による列車自力走行試験を実施した。
ブレーキ時などに発生する回生電力を活用し、外部からの電力供給が遮断されても列車を運行させられることを確認したという。

 この試験は、大規模停電発生時に複々線地下区間(代々木上原駅~梅ヶ丘駅)の駅間に停車した列車内の乗客を、安全でしかも速やかに最寄り駅で降車できるよう、回生電力貯蔵装置の蓄電池だけの電力で自力走行するための検証を行ったものだ。

 検証結果として、回生電力貯蔵装置の蓄電池だけの電力で、列車(使用車両は4000形の10両編成)を各駅や駅間の勾配箇所に一度停車させた後、起動させて次駅まで15km/h以下の速度で自力走行させることができた。

続きはソースで

http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1807/27/rk_180722_kaisei01.jpg
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1807/27/rk_180722_kaisei02.jpg
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1807/27/rk_180722_kaisei02.jpg

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1807/27/news038.html
images


引用元: 【蓄電/発電機】回生電力で停電しても列車が動く、小田急が実証に成功[07/27]

【蓄電/発電機】回生電力で停電しても列車が動く、小田急が実証に成功の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2018/02/23(金) 12:41:54.44 ID:CAP_USER
■「渋滞学」第一人者が分析する渋滞発生の元凶とは?

 一般的に、渋滞とは「車の移動スピードが遅くなっているイメージ」、つまり、「速さ」で定義しがちだが、これは渋滞の本質を理解するうえで正しいとは言えないようだ。

「渋滞は、いわゆる交通量調査で測るデータで捉えることが適切です。
混んでくると、定点を通過する交通量はゼロに向かっていくことになります。
つまり、車間が短いと、自動車の走行スピードが遅くなり、交通量が減るわけです。
では、ちょうどいい車間距離はどれくらいかというと、ベストなのは40mであることが分かりました」(西成教授、以下同)

 つまり、高速道路も一般道路も、40mよりも距離が詰まっている状態が「渋滞」といえるのだという。

 では、そもそも自動車の自然渋滞が発生するのはなぜなのか。
西成教授は「減速・発進が続いて、その振れ幅が大きくなっていくこと」と分析する。

「データを見ると、渋滞のほとんどは追い越し車線から発生します。
ある車が追い越し車線に割り込むと、後方の車にブレーキを踏ませてしまいます。
割り込みが複数台続いて、ストップアンドゴーを繰り返すことで、“ブレーキのバトンを渡している状態”になるんです。
早く進むために追い越し車線に自動車が集まると、よりブレーキが踏まれやすい環境になり、追い越し車線が渋滞してきて、車間が縮まってしまうのです」

 以前、東名高速で発生した約40kmの渋滞を調べたところ、たった1台の車の車線変更が原因だったことが判明。
あまりにも急に割り込んだため、後方の自動車が続々とブレーキを踏んで、長距離渋滞につながったという。

「これは極端な例ですが、どこかで車間距離が40m以上空いていれば、ここまでの渋滞にはならなかったと考えられます」

 前の車が時速5km減速したとすると、後方車が5km減速、さらに後ろで5km減速…といけばまだいいが、5kmの減速で後方の車は強くブレーキを踏むかもしれない。
すると結果として、速度が10km、次の車で20kmと、減速の幅が倍に広がってしまうという。


■ベストは時速70km車間距離40m

 また、物理的な原因も無視できない。道路が下り坂から上り坂に変化するサグ(凹部)や、長い上り坂における速度低下も、渋滞の原因の半分以上を占めるといわれている。

「渋滞の起きやすいところは、ずばり上り坂です。坂に差し掛かってもアクセルをそのまま踏んでいたら、速度は遅くなります。すぐ気づけばいいのですが、時速100kmが95kmに減速したところで、ほとんど誰も気づかない。でも、その5kmの差がポイントになります」

「たとえば、渋滞の名所といわれる関越自動車道の花園ICは荒川を渡るところにあるのですが、橋がちょっとだけ盛り上がっているんです。分度器で見れば2度くらいですが、そのちょっとした盛り上がりが渋滞を生みやすくしているのです」

 坂道やカーブなどの立地条件による渋滞回避には、2つ方法があるとのこと。
1つ目は、上り坂にさしかかったら減速を抑える、つまり「速度回復」する。
2つ目は、やはり車間距離を適切にキープすることだそう。

関連ソース画像
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/c/2/670m/img_c2cec52afb7289d15fcaf70440c9f981482004.jpg

続きはソースで

ダイヤモンド・オンライン
http://diamond.jp/articles/-/160842
ダウンロード


引用元: 【交通】たった1台の割り込みが渋滞40kmに…「渋滞学」最前線[02/22]

たった1台の割り込みが渋滞40kmに…「渋滞学」最前線の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2016/08/12(金) 21:23:50.73 ID:CAP_USER
曙ブレーキ、摩擦に頼らない「MR流体ブレーキ」を開発|ニュース|曙ブレーキ工業株式会社
http://www.akebono-brake.com/static/news/2016/08/10/n20160810_01.html
http://www.akebono-brake.com/static/news/akn_160810_01.jpg
http://www.akebono-brake.com/static/news/akn_160810_02.jpg


曙ブレーキ工業株式会社(代表取締役社長:信元久隆 本店:東京都中央区 本社:埼玉県羽生市)は、自動車の電動化への対応と地球環境に配慮した製品として、摩擦に頼らない新発想の「MR流体ブレーキ」の研究開発を東北大学流体科学研究所(中野政身教授)と共同で進めています。

近年、交通事故の防止や環境負荷の削減にむけて、クルマの自動運転技術が注目されています。2020年代に普及するとされている自動運転車への対応と、摩耗粉やノイズを出さないといった環境への配慮の実現のため、当社はMR流体を用いた独自の技術により、摩擦ブレーキとは大きく異なる構造のブレーキを提案します。

MR流体(Magneto Rheological Fluid)とは、磁気に反応して特性が液体から半固体へと変化する流体のことで、1960年代から研究されてきた機能性材料です。磁場を加えると、液体中に分散された粒径数ミクロンの強磁性体粒子(鉄粉)が磁界方向に整列して鎖状粒子クラスターを形成し、半固体化します。

MR流体ブレーキは、車両に固定された円盤と、ハブベアリングと一緒に回転する円盤が交互に配置されている間にMR流体が充填される構造で、ブレーキ内部に配置された電磁石のコイルに電流を流し、円盤と垂直の方向に磁界を発生させることで固定円盤と回転円盤の間に鎖状粒子クラスターができます。回転円盤は回転し続けているため、鎖状粒子クラスターがせん断変形を受け崩壊され、隣のクラスターとつながり、また崩壊されるという現象がくり返され、回転円盤に抵抗力が発生します。この抵抗力がブレーキ力となります。

続きはソースで

ダウンロード (1)

引用元: 【技術】曙ブレーキ、摩擦に頼らない「MR流体ブレーキ」を開発 [無断転載禁止]©2ch.net

曙ブレーキ、摩擦に頼らない「MR流体ブレーキ」を開発の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2016/05/08(日) 12:27:20.58 ID:CAP_USER
「渋滞学」の研究、がん治療につながる!? (ニュースイッチ) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160507-00010001-newswitch-sctch


自動搬送装置から生体分子まで。提唱者の東大・西成に聞く

 例年以上に長い大型連休となった今年のゴールデンウイーク。楽しみが増える半面、悩ましいのは高速道路や行楽地での渋滞。最近の研究でこうした渋滞から得られた知見は道路を走る自動車だけでなく、工場内での自動搬送装置や生体内でのたんぱく質の正常な働きなどに活用できることが分かってきた。「渋滞学」を提唱する東京大学先端科学技術研究センターの西成活裕教授に渋滞研究の現状について聞いた。

【4%の上り坂】
 渋滞に関する基本的な考え方は非常にシンプルだ。それは自分が行きたい方向にスペースがあるかないかで決まり、スペースがないと渋滞を引き起こす原因になる。

 高速道路で起きる渋滞の地点の第1位は走行距離100メートルに対し高さが4メートルとなる約4%の上り坂。高速道路の渋滞の6割以上を占める。この渋滞の原因は、運転者がこの上り坂を平たんな道路だと思っていることにある。

 そのため運手者は速度が落ちていることに気づきにくい。気付くころには後続の車との車間距離が詰まり、後続の車がブレーキを踏む。するとさらにその後ろの車がブレーキを踏むという連鎖が起き、これが数十台続くことで渋滞を引き起こす。

【原因は車間距離】
 渋滞の原因となる車の条件を調べるため、西成教授らは1990年代後半に全国の高速道路での車の交通量のデータ数カ月分を日本道路公団(現NEXCO3社)から入手。半年に及ぶ解析の結果、道路のある地点を通過する際の最大交通量は1車線で1時間あたり約2000台、その時の速度が時速70キロメートル、車間距離が約40メートルだということが分かった。

 この条件において車は最も早く流れる。これより車間距離が長くなると間延びしてしまい全体の交通量は減る。逆に、これより車間距離を詰めると、ブレーキの影響が後続の車に伝わることで渋滞を引き起こし、交通量を減らしてしまう。西成教授は「混んでいる時には前方の車との車間距離を詰めない方が結果的に早く進める。詰めると動けなくなってしまう」と強調する。

【社会実験で実証】
 どうすれば渋滞をなくせるのか―。車間距離が詰まると渋滞の種ができてしまう。そこで西成教授は「渋滞の種となる車の集団に対し車間距離を大きく取って近づけば渋滞を解消できるのではないか」(同)と考えた。警察庁と日本自動車連盟(JAF)の協力のもと、09年に渋滞の解消に関する社会実験を実施。東京都八王子市と相模原市緑区の境にあり、日本の高速道路で最も渋滞する中央自動車道上り線の小仏トンネル付近で実験を行った。

 渋滞しやすい場所の交通量をモニターし、渋滞の種ができたタイミングを見計らって8台の「渋滞吸収車」を発進。渋滞地点の約10キロメートル手前から、他の車に比べ時速20キロメートルほど落とした時速70キロメートルで車間距離40メートルを保って走行しそのままトンネルを抜けた。後で渋滞地点の交通量の記録を調べると、渋滞時に時速50キロメートルにまで落ちた全体の車の速度が渋滞吸収車の投入で時速80キロメートルに回復していた。

 こうした知識をすべての運転者が知っている必要はない。「全体の数%の車がこうした走りをするだけで渋滞を解消させられる」(同)という。ゆっくり走るだけで渋滞を消せるという事実は衝撃的だ。西成教授は、渋滞に対しゆっくり入り、渋滞を抜ける際には素早く出る「スローイン・ファストアウト」を提唱している。

細胞内輸送、効率化に一役 

【生産効率向上】
 こうした渋滞を解消するための考え方はさまざまな分野への応用が可能だ。一例として、工場内で稼働する自動搬送装置の渋滞解消にも役立っている。

 工場では導入した自動搬送装置の動きを最適化する必要がある。そこで西成教授は交通渋滞の知見から自動搬送装置同士の距離や経路などを最適化したプログラムを作り、実際の工場に適用した。「スムーズにモノを運べるようになり、大手企業の工場での搬送効率を数%向上させることに成功した」(同)。企業経営者は生産効率を少しでも高めるための努力を重ねており、数%の効率向上のインパクトは大きい。

【がん治療に道】
 医療への応用研究もある。同大学大学院医学系研究科と共同でブタの神経細胞を使い、神経細胞内での生体分子の渋滞現象を確認した。神経細胞中にあり細胞内輸送の“レール”となる細長い「微小管」と、小胞やミトコンドリアを運ぶたんぱく質「キネシン」に着目。微小管でキネシンが渋滞すると、栄養が送れず神経活動が止まることを明らかにした。

 この場合、車をキネシン、道路を微小管に置き換えることで渋滞の理論を適用した。研究チームは生体のガソリンとなるアデノシン三リン酸(ATP)の量を調整してキネシンの渋滞の様子を調べ、そこでキネシンの最適な交通量を割り出した。渋滞吸収車のように微小管でのキネシンの渋滞を解消できれば、キネシンの異常により発生するがんや神経変性疾患などの治療法の確立に結びつく可能性がある。

 さまざまな知見を得られる渋滞研究だが、その成果が産業や医療に応用されるのはこれから。現実的には帰省先や行楽地からの帰り道で渋滞に巻き込まれた場合、慌てずに一定の車間距離を保ってゆっくり進むことが先決。渋滞とともにイライラも解消できるかもしれない。

ダウンロード
 

引用元: 【数理物理学/医学】「渋滞学」の研究、がん治療につながる!? 車をキネシン、道路を微小管に置き換えることで渋滞の理論を適用 [無断転載禁止]©2ch.net

「渋滞学」の研究、がん治療につながる!? 車をキネシン、道路を微小管に置き換えることで渋滞の理論を適用の続きを読む
スポンサーリンク

このページのトップヘ