衝突被害軽減制御装置や車線逸脱防止支援システムなど、自動車の安全技術開発が進んでいる近年 交通事故による死者数は年々減少しており、2019年は3,215人、2020年は2,839人と年々減少を続け、1948年 （昭和23年）統計開始以降で最小を更新している。

しかし一方で、「二輪車による中高年齢層の交通死亡事故」はここ数年で増加する傾向にあり、2004年 は104人であったが、2019年は180人、2020年は168人と増加しており、交通事故死者数全体に対して同世代の自動二輪車 交通事故死者数の割合は増加している。

また、2020年はコロナ禍の影響もあり全国的に交通事故死者数が減少する中、二輪車による交通事故死者数は361人から385人 に増加している。

開発装置の外観を下図に示す。

車両には市販されている教習用の中型二輪車(Honda CB400SF 教習者モデル) を使用した。教習車を使用することで、大型バンパーにより転倒時に各種セン サや回路を保護すること可能となり、前後のブレーキのON・OFF操作やギアシ フトの状況など単純な操作について客観的に確認できる。また、多くのライダ にとって乗車経験があり、普段乗車している車両と異なる車両に乗車した場合 の違和感が少なく、短時間で操作に慣れることが可能となる。

①車両バンク角 及び 加速度 

車両バンク角及び加速度の計測には9軸モーションモジュール（BOSCH BNO055）を使用した。 センサは加速度・角速度・地磁気データを100 [Hz] で出力し、これらのデータ から算出したオイラー角、四元数、直線加速度、重力ベクトルなどをデータで 出力できる。

本システムでは、センサを加速度と角速度を用いるモードに設定し、地磁気 データは二輪車から発生する磁気の影響を受けやすいことを考慮し用いない こととした。

下図に取り付けた9軸モーションセンサを示す。 

②ハンドル操舵角 

ハンドル操舵角の計測には分解能が3600 [P/R] のロータリーエンコーダ（OMRON　E6H-CWZ6C 3600P/R 0.5M）を使用した。

車両フレームに製作したステイでロータリーエンコーダ本体を固定し、ステアリング ステム中央の穴にロータリーエンコーダの回転軸を固定した。

ハンドル角度は、直進方向の軸に対してハンドルが垂直の時を0とし、ハンドルを左に 切った時をプラス、右に切った時をマイナスとする。

下図に取り付けたロータリーエンコーダを示す。 

③スロットル開度

計測車両のスロットル開度センサは スロットルの開度0（全閉）～100（全開）％を0.4～4.8 [V]で出力する。 

④前後ブレーキ油圧 

前後ブレーキの操作量はブレーキ油圧を計測して分析する。 計測には0～20 [Mpa] を4～20 [mA] で出力する圧力計(SSI Technologies,LLC P51-3000-S-E-I12-20MA)を使用した。

油圧ブレーキのマスターシリンダからバンジョーボルトをダブルに変更し、バンジョーアダプタの 取り付けねじと同規格の油圧センサを取り付けた。

下図に取り付けた油圧センサを示す。 

⑤クラッチ油圧

使用した中型二輪車はワイヤー式クラッチであるが、これをマスターシリンダと油圧式クラッチ レリーズ（FRANDO 11NBS）の取り付けにより、クラッチリフターアームを操作する機構に変更した。 この油圧を計測することによりクラッチの操作量を分析する。

下図に取り付けた油圧クラッチレリーズを示す。

⑥サスペンション伸縮量

前後のサスペンション伸縮量はリニアストロークセンサ（Penny+Giles SLS130）を使用して計測した。 リニアストロークセンサは、センサ用に製作したステイを用いてサスペンションにボルトで固定した。

サスペンション伸縮量は、リニアストロークセンサが最大まで伸びた状態の出力値を0、縮む方向への 伸縮量をマイナスとした。

下図に取り付けたストロークセンサを示す。 

⑦走行速度

走行速度 [km/h] は車速センサからのパルス信号を用いて、タイヤ外径から算出する。 

⑧コース上の車両位置 

自動二輪車が走行しているコースに光電センサ（OMRON　E3Z-R61K-M3J 0.3M）を設置し、 他の計測システムと同期することで、コース上の「どこで、どのような操作」を行って いるかを分析する。 光電センサからの信号は無線通信により車両に搭載した通信制御回路に送られる。

下図に使用したリフレクタ反射形光電センサを示す。 

⑨視線 

運転中ライダーの視線を計測するため、車両に眼球運動計測装置を搭載する。

サンプリング周波数30 [Hz] ゴーグル式の計測装置（竹井機器工業㈱ T.K.K.2950）を採用し、ヘルメットを被ったまま装着 できるように一部改良した。本装置は頭部の座標位置と回転角度も検出することができる。

専用ソフトウェアでデータ収集を行うため他の計測と完全同期は行えないが、光電センサの ON・OFF信号を眼球運動計測装置で識別できるようにすることで、近似の同期を行う。

下図に眼球運動計測装置の装着状態を示す。

⑩運転姿勢 

ライダーの運転姿勢の分析を行うため、ライダーにモーションキャプチャ（Noitom Ltd. Perception Neuron PRO）を装着する。

採用したモーションキャプチャはサンプリング周波数120 [Hz] で、加速度計・角速度計・ 磁力計を備えた慣性計測装置を内蔵している。11個のセンサを頭部、両腕、背中、腰に装着して計測する。

モーションセンサの取り付け位置を下図に示す。

⑪ハンドルへの荷重 

ライダーが運転中にハンドル、ステップ、シートへ加える操作力を分析するため、二輪車の 各所にひずみゲージを取り付け計測する。計測個所におけるひずみゲージの取り付け位置は、 CAE（Computer Aided Engineering）解析と予備実験にて検討を行い決定した。

ハンドルの操作力を計測するため、ハンドルバーの2箇所にひずみゲージ（㈱東京測器研究所 FLAB-2-11-1LTSB）を取り付けた。

取り付け場所を下図に示す。 

⑫ステップへの荷重

ステップへの操作力を計測するため、ステッププレートへひずみゲージ（㈱東京測器研究所 FLAB-2-23-1LTSB）を取り付けた。

取り付け位置を下図に示す。

⑬シートへの荷重 

ライダーが乗車するシート裏面には数か所の突起があり、主に荷重がかかると思われる下図の4箇所で計測した。

シートを取り付けるフレームを下図に示す。図の①～②に圧力センサ、③～④にひずみゲージを貼りつけた。

⑭タンクへの荷重 

タンク部への操作力（ニーグリップ）を計測するため、シート型の圧力センサをタンク部へ貼り付けた。 センサ部にのみ荷重が加わるよう、ゴム板を張り付け、ライダーの体格によって位置が変更できるようマグネットシートにより固定する。

自動二輪車を運転した際、車両に加わる操作力と状態の情報を収集するシステムを開発した。

各センサデータの収集は、開発したセンサモジュールを介して16 bitのデジタル値に変換し、RS-485規格（1 Mbps）のシリアル通信を用いて開発した通信制御装置（CCM : CommunicationControl Module）を用いて行った。図16および図17に自動二輪車情報収集システムの構造を示す。

通信制御装置は、各センサの値を100[Hz]でサンプリングし、データ記録用PCと可視化用PCにデータを転送する機能を有する。

データ記録用のPCに対するデータ転送は、CCMから出力されるシリアル(UART : UniversalAsynchronous Receiver Transmitter)信号をUART/USB変換ICを介して1 Mbpsで行った。

また、可視化用PCに対するデータ転送は、ZigBee規格(IEEE802.15.4)の無線通信デバイスを用いて4系統の通信経路を用意し、サンプリング速度100[Hz]を実現した。

開発した車両を用いて以下の走行実験を行い、運転技能の調査を行った

○走行内容
　・8の字走行
　・急制動（40km/h → 停止）
　・一本橋

○被験者
　・初心者（二輪車運転に関する経験が殆どない）延べ15人
　・中級者（二輪車運転に関する訓練経験が一定以上ある）延べ3人
　・熟練者（白バイ隊員、指導員、インストラクター）延べ7人 

下図に走行したコースを示す。

図のB地点から計測を開始し、再度B地点に到着するまでを1周とし、3周分をデータとした。

下図は、上級者（インストラクター）と初心者の8の字走行における、バンク角、ステアリ ング操舵角、車両速度、スロットル開度、サスペンション伸縮量である。

横軸を8の字旋回1周分を百分率で表している。

走行中のバンク角について、上級者は32deg程度であるのに対して、初心者は18deg程度で あり、大きく差があるのが分かる。 また、ハンドル操舵角について、上級者と初心者で角度の平均値に大きく違いはないが、 上級者は旋回中に角度の変化が少ないのに対し、初心者は細かく変化しており、旋回中に ハンドルを修正操作していることが分かる。スロットル開度やサスペンションの伸縮量に ついて、上級者は周期的な動作を行っているのに対し、初心者は周期的な動作が見られな いことが分かる。 

・視線の計測

下図は走行中の視線の上下角を示したものである。
（図上：初心者の視線、図下：熟練者の視線）

視線の角度は運転者の視線が顔面 に対して水平の時を0degとし、上向きをプラス、下向きをマイナスとした。

初心者は視線がマイナス方向（低い位置）に集まっているのに対して、熟練者は視線が プラス方向（高い位置）に集まっていることが分かる。

これにより、熟練者は積極的に前方状況を確認しているのに対して、初心者は近くを見 る傾向にあることが分かる

・頭部回転角度の計測

下図に頭部回転角度の定義を示す。 

下図に8の字走行における頭部のY軸まわりの回転角（yaw）を示す。
（図上：初心者の頭部回転角度、図下：熟練者の頭部回転角度）

頭部が体の正面を向いている時を0degとし、右を向いた時をプラス、左を向い た時をマイナスとした。初心者、白バイ隊員供に右旋回時は右方向、左旋回時 は左方向に頭部が回転していることが分かる。しかし初心者に比べ白バイ隊員 は平均24deg大きく左右に頭を回転させていることが分かった。

これは旋回中や左右の旋回方向を切り替える時に積極的に前方状況を確認しているからだと考えられる。

・運転姿勢の計測

モーションキャプチャを用いて、8の字走行の実験走行を行った。走行中の動画とモーションキャプチャの画像データを下図に示す。

センサから得られたデータより、運転者の運転姿勢について検証を行った。

ライダーが走行中にとる運転姿勢として、リーンイン、リーンウィズ、リーンアウトの3つがある。

下図に各運転姿勢を示す。

X軸は地面、Z軸は地面に対して垂直な軸、θは垂直に対する体の軸の角度φは垂直に対 する車軸の角度である。

リーンインはφよりθが大きいときリーンウィズはφとθが同じときリーンアウトはφよりθが小さいときである。 今回は運転姿勢を明確にするため、車軸から±5deg以内の範囲に体の軸がある場合をリーンウィズと定義した。

下図に上級者と初心者の8の字走行の実験結果を示す。図は、上級者、初心者それぞれ５名ずつのデータを平均にしたものである。

上級者は車両の角度とライダーの体の角度がほぼ一致しており、リーンウィズで乗車していることが分かる。 初心者は車両の角度に対して、ライダーの体の角度が浅く、リーンアウトの姿勢で乗車していることが分かる。

下図に急制動の様子を示す。

スタート地点から加速し、おおよそ40km/hで制動開始位置を通過後に出来るだけ短い距離で停止する。

・ブレーキとクラッチの計測

下図は、上級者と初心者の急制動における、前後ブレーキ及びクラッチの操作量（油圧を計測）と走行速度である。

線色の【青＝リアブレーキ】、【橙＝フロントブレーキ】、【緑＝クラッチ】、【黒＝走行速度】

上級者は制動開始後から徐々にフロントブレーキの操作量が上昇しているのに対し、初心者は減少している。

また、初心者は制動開始前からクラッチを操作しており、制動力を十分に活かしていないことが分かる。

それらの要因として、上級者の車速は時間経過とともに減少率が上がっているのに対し、初心者の車速は一定の減速をしており、制動に時間がかかっていることが分かる。

・タンク部への操作力（ニーグリップ）の計測

下図は上級者と初心者の急制動における、タンク部への操作量（ニーグリップ）と走行速度である。

上級者は制動開始直後にニーグリップが発生しているのに対し、初心者は大きな変化が見られないことが分かる。

上級者はニーグリップにより制動時の姿勢を安定させていることが分かる。

・サスペンション伸縮量の計測

下図に急制動における上級者と初心者の前後サスペンション伸縮量と走行速度を示す。

上級者は制動開始後にフロントサスペンションが徐々に縮み、リアサスペンションが伸びているのに対し、初心者は制動開始後に大きな変化がないことが分かる。

・実験概要

下図に一本橋の様子とコース図を示す。

スタート地点から幅30cm、長さ15ｍ、高さ5cmの橋の上を出来るだけゆっくり走行する。 

・ハンドル操作力の計測

下図は、上級者と初心者の一本橋における、ハンドルの操作量である。

上級者が初心者に対し、小刻みにハンドルを操作していること、また上級者はハンドルにマイナスの荷重（引く力）が発生していることが分かる。 

・タンク部への操作力（ニーグリップ）の計測

下図は上級者と初心者の一本橋における、タンク部への操作量（ニーグリップ）である。

初心者のニーグリップ最大値は【右：約30N、左：約20N】
　　　　ニーグリップ変化量は【右：約20N、左：約15N】

上級者のニーグリップ最大値は【右：約80N、左：約60N】
　　　　ニーグリップ変化量は【右：約50N、左：約35N】

上級者は初心者に比べ、ニーグリップの最大値及び変化量共に大きいことから、上級者はニーグリップを車体のバランスをとる要素の1つとして活用していることが分かる。