感圧塗料で車体表面の風圧分布を瞬時に推定する技術を開発 東北大

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東北大学は2022年6月24日、同大学大学院工学研究科の研究グループが、周囲の圧力に反応する特殊な塗料を用いて自動車などの車体表面の風圧分布や周囲の風向きを推定する技術を開発したと発表した。実用化できれば、突風や対向車とのすれ違い時に、適切に車体を制御して横転事故などを防ぐことが可能になるという。

研究グループが開発した技術では、周囲の圧力に応じて発光強度が変化する機能性分子センサーを混合した特殊な塗料(感圧塗料)を使い、さまざまな風向きでの風圧分布を事前に計測。その計測結果を基に、風向きの変化に伴う風圧分布変化の特徴を抽出し、低次元モデル化を行う。次に、抽出した風圧変化の特徴から風圧分布を効率的に表現できるセンシング位置を特定。これに基づいて車体表面上の数点に設置した圧力センサーの情報から車体表面全体の風圧分布や風向を高精度に推定する。この技術によって、平均誤差2.6%という高い精度で風圧分布の推定が可能になった。

感圧塗料は、周囲の圧力に応じて発光強度が変化する色素(機能性分子センサー)と、それを物体表面に固定するためのポリマーからできている。物体表面に塗装した感圧塗料に紫外線を照射し、色素が発する蛍光や燐光を画像計測することで圧力の面分布を計測できる。

走行中の自動車の周りには絶えず複雑な風の流れが発生しており、対向車とのすれ違い時や追い越し時、突風が吹きつけた場合には非常に激しい風圧変化が起こる。それによって、車体の制御が不安定になり、最悪の場合、横転することもある。

車両が受ける風圧分布や風向きを検知すれば、それに応じた制御も可能だが、走行中の車体表面上の圧力分布を検知するには、多数の半導体圧力センサーを車体へ埋め込む以外になく、これまで市販車への実装は困難だった。

今回開発された技術を使えば、車体表面上の複雑な風圧分布を瞬時に推定できるようになり、適切な運転制御によって事故を回避することも可能になる。また、研究グループは、自動運転でトラックや乗用車が隊列走行する場合、車体の空気抵抗が小さくなるように隊列の形態を最適化する技術の開発につながる可能性もあると期待を寄せている。

今回の研究成果は2022 年6月22日、科学誌「Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics」オンライン版で公開された。

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