EVカート教材の開発と教育試行

本学では自動車開発を題材としたPBL教育が実施されています。より一層の教育力の向上を図る為、車両の製作を失敗無く体験可能とした電動化キット車両の教育ベースの中の、専門性が高く設計難易度の高い操舵、駆動系ユニット部品を設計製作し、キット部品として示して失敗無く車両を開発が可能であるかという調査検証を研究目的とした。

自動車キットを適用した教育法調査を行った結果、サレジオ高等専門学校では、斉藤純氏考案による簡易電気自動車キットを用いた電動化車両教材教育が行われていることが分かった。教育目的としては、自分で企画し完成までに至る、問題解決をする為の工夫や努力をする、丁寧な作業を行い良い作品を作る、作業工程や作品の報告を行う、などの実践と理解のためのキットカーである。基本的な走行能力を確保の為、駆動や操舵などの機能をモジュール化されたキットカーである。車軸プレート、ブラケット(長)、ブラケット(短)、マウントと4つの部品から操舵輪ユニット、従動輪ユニットが構成される。

例えば自動車開発プロジェクト科目を観察すると、履修者は自動車の駆動系と操舵系、いわゆる『機構装置』の設計・製作に苦慮している。機構装置の設計・製作は、機構学、機械力学、材料力学、機械設計・製図に加えて創造力を必要とし、高い専門性が求められ難易度は高い。そこで、本教材では、①駆動系と操舵系部品群をキット化して供試する、②履修者はこのキットを用いてEV車両を創造し、車体を設計・製作する、③キットと自作した車体を組み合わせて小型EVを完成させて実際に走行させる、の３点を基本コンセプトとした（図１）。

このようなキットを供試してものづくりを行う教育が中等教育機関で実施されており、実際に授業の観察を行った。その結果、生徒が自動車づくりを楽しむ様子が観察でき、本学においても学生のモチベーションを高める授業を行うことができる。一方で、高等教育機関で行う教育であることから、上述した３点のコンセプトに加えて、④走行に影響を及ぼすキャスタ角、キャンバ角を可変可能な構造とすることにした。
教材のコンセプトに基づき、図２に示すようなキットを考案した。L字型のブラケットに車輪を保持する台座を締結し、従動輪を基本として、ピロボールを介してL字型のブラケットに取り付ければ操舵輪となる。さらに、電動機用のブラケットと電動機を取り付けることで駆動輪となる。４輪での構成を基本とするが、３輪も可能である。図３に想定される輪構成を示す。単輪から総輪までの駆動が可能である。

また、操舵輪については、ピロボールジョイントの取り付け部を長孔とすることで、キャスタ角を付加できるようにし、さらにブラケットの底部にシムを追加することで全輪にキャンバ角を与えることができる。

教育教材は実際に試してみて改善を図っていくことが大切である。本研究では、自動車開発プロジェクト科目へ適用し、『履修者が失敗せずに電動車両の設計・製作を行えるか』という目標を達成できるか確認し、併せて、今後の課題、教材の改良点を明らかにする。
今回、８名の３年生が前後でトラックの異なる車両の設計・製作に半年間難航しており、本教材を説明、キットのCADデータを供試し、設計を行わせた。その結果、図４に示すように４種類の車体が約２週間で設計され、その後、実際に製作することができた。

自動車開発プロジェクト前後にアンケート調査を行った。アンケート内容を表１に示す。
アンケ—トの結果から問題解決の意識の向上に繋がったことが分かる。アンケート結果を表２に示す。本研究の目的である製作した教材の試行を行った結果、PBL 教育として一定の意識向上効果が得られることが分かった。 

本研究を実施した結果、以下の結論を得ることができた。今後の課題として、初年次学生への試行及び走行時のエネルギ可視化などがある。また授業導入を行うにあたり、キット数の増加が課題となる。