JP2006330573A - 自転車シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車シミュレーション装置におけるブレーキレバーの操作を実車の操作と同様の感覚にする。
【解決手段】自転車シミュレーション装置１０の模擬自転車１２は、運転者が漕ぐ左右一対のペダル６４Ｌ、６４Ｒと、該ペダル６４Ｌ、６４Ｒを漕ぐことによって連動して回転するフライホイール７４と、運転者によって操作されるブレーキレバー１００Ｒと、該ブレーキレバー１００Ｒに連動してフライホイール７４の回転を摩擦制動するドラムブレーキ１１０と、ブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒの操作量を検出する回転センサ１０８Ｒ、１０８Ｌとを有する。ブレーキレバー１００Ｒから延在するブレーキワイヤ１０４は、２本のブレーキワイヤ１０４ａ、１０４ｂに分岐し、一方がドラムブレーキ１１０、他方が回転センサ１０８Ｌに接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、交通安全教育、ゲーム及び体力トレーニング等の用途に用いられる自転車シミュレーション装置に関する。

飛行機、自動車、自動二輪車、自転車等の運転を模擬体験するために、それぞれの乗り物に対応したシミュレーション装置が提案され、その一部が実用化されている。このうち、自転車シミュレーション装置では、運転者が模擬自転車のサドルに跨ったままペダルを漕ぐことにより模擬運転を行い、該ペダルの回転を所定の速度センサで検出することにより模擬速度等を求めてシミュレーション処理がなされる。

また、自転車シミュレーション装置では、実際の自転車と同様にペダル、ブレーキレバー及びハンドルの操作が可能であると臨場感が高く、特に、ブレーキレバーを操作することによって模擬車速を低下させることができると一層臨場感が高くなり好ましい。また、ペダルには速度、加速度に応じて実車と同様の負荷が加えられることが好ましく、さらにブレーキレバーの操作感覚についてもできる限り実車に近いことが好ましい。

このような観点から、ブレーキレバーの端部にゴム等の弾性体からなる規制部を設け、ブレーキレバーの操作により該規制部を変形させることにより実際の操作感覚に近づけたシミュレータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１７４９４４号公報

ところで、前記の特許文献１に記載されたシミュレータにおいては、単にディスプレイに表示される画像に応じてペダルにかける負荷を調整していることから、ペダルの回転、該回転によって得られる模擬速度又は加速度、ペダルにかかる負荷、及びブレーキレバー操作における相互の関連が十分に考慮されていないため、次のような不都合が生じることが想定される。すなわち、ブレーキレバーの操作を行ってから、減速を開始するまでにタイムラグが生じ、又はブレーキレバー操作量に応じた適当な減速度が得られない懸念がある。さらに、実際の自転車のように発進初期には大負荷がかかり、加速後の定速走行時に軽負荷がかかるという状況を正確に再現することは困難である。

また、特許文献１のシミュレータにおけるブレーキ機構では、単に停止している弾性体を圧縮させるだけであることから、ブレーキレバーに伝わる回転体の微振動が再現されず、さらに細かなブレーキレバー操作による微妙な速度調節が困難である。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ブレーキレバーの操作を実車と同様の感覚で行うことができる自転車シミュレーション装置を提供することを目的とする。

本発明に係る自転車シミュレーション装置は、模擬自転車及びコントローラを備える自転車シミュレーション装置において、前記模擬自転車は、運転者が漕ぐ左右一対のペダルと、前記ペダルを漕ぐことによって連動して回転する回転体と、運転者によって操作されるブレーキレバーと、前記ブレーキレバーに連動し、前記回転体の回転を摩擦制動するブレーキと、前記ブレーキレバーの操作量を検出するブレーキ操作検出手段とを有し、前記コントローラは、前記ブレーキ操作検出手段から供給される操作量に基づいて所定の出力を行うことを特徴とする。

このように、ブレーキレバーの操作に基づいて回転体を摩擦制動することにより、ブレーキレバーの操作を実車と同様の感覚で行うことができる。

この場合、前記ブレーキレバーは二股に分岐したブレーキワイヤに接続され、該ブレーキワイヤの二股の一方は前記ブレーキに接続され、他方は前記ブレーキ操作検出手段に接続されているとよい。これにより、ブレーキとブレーキ検出手段を分離して独立的に設けることができる。また、ワイヤ操作される実際の自転車のブレーキ機構と同様のブレーキを採用することができ、ブレーキレバーの操作感や外観を実車に近くなり臨場感が向上する。

また、前記コントローラは、前記ブレーキ操作検出手段から供給される操作量及び模擬運転の状況に基づいて警告出力を行うことにより、ブレーキ操作を一層確実に習得することができ、特に教育訓練用に好適である。

さらに、前記ブレーキレバーは第１ブレーキレバー及び第２ブレーキレバーからなり、第１ブレーキレバー及び第２ブレーキレバーには、夫々ブレーキワイヤの一方が接続され、前記ブレーキには各ブレーキワイヤの他方が接続されていてもよい。これにより１つのブレーキを第１ブレーキレバー及び第２ブレーキレバーで兼用して操作することができ、例えば、右ブレーキレバーと左ブレーキレバーのいずれを操作しても制動を行うことができる。

本発明に係る自転車シミュレーション装置によれば、ブレーキレバーの操作に基づいて回転体を摩擦制動することにより、ブレーキレバーの操作を実車と同様の感覚で行うことができる。また、ブレーキ操作検出手段から供給される操作量に基づいて運転者の操作を判断が可能となり、この判断により所定の出力を行うことにより警告や案内等に供せられ、多様なシミュレーションを行うことができる。

以下、本発明に係る自転車シミュレーション装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置１０は模擬自転車１２と、該模擬自転車１２の運転に応じた情景を画面１４ａに表示するモニタ１４と、模擬音や運転者に対する音声指示を与えるスピーカ１５と、運転者が乗降する位置に設けられたマットスイッチ１６と、自転車シミュレーション装置１０の全体的な制御を行う主制御部１８とを有する。主制御部１８は模擬自転車１２の前方に配置され、モニタ１４及びスピーカ１５は主制御部１８の上部で模擬自転車１２の運転者から視認性の良い位置に配置されている。主制御部１８、モニタ１４及びスピーカ１５は４本の支柱２１によって昇降可能に支持されており、運転者の体型に合わせて高さの調整が可能である。また、主制御部１８は、画面１４ａにシミュレーションに対応した画像を表示する機能を有しており、画像処理処理コンピュータとしての機能も有する。

次に、模擬自転車１２について説明する。以下、模擬自転車１２において左右に１つずつ設けられた機構については、左のものの番号符号に「Ｌ」を付し、右のものの番号符号に「Ｒ」を付すことにより区別して説明する。

模擬自転車１２は、フレーム２０と、該フレーム２０にシートピラーを介して接続されたサドル２４と、フレーム２０のヘッドチューブ２０ａを支軸として回動可能なハンドル２８と、ヘッドチューブ２０ａを固定支持するスタンドとしての２本のフロントフォーク３０Ｒ、３０Ｌと、フレーム２０のシートステー２０ｂ及びチェーンステー２０ｃにより回転自在に支持された後輪３２とを有する。フロントフォーク３０Ｒ、３０Ｌの先端には横方向に延在するパイプ３１が設けられており、該パイプ３１が床に接地している。ハンドル２８のステム２８ａは、ヘッドチューブ２０ａの近傍に折り畳み機構２８ｂを有し、折り畳み又は分解可能である。

フロントフォーク３０Ｒ、３０Ｌは、外観上は自転車（又は自動二輪車）のフロントフォークと形状が類似しているが、実際のフロントフォークのようにハンドル２８に連動して回動されることはなく、また前輪も設けられてない。後輪３２にはやや小径サイズのタイヤ３２ａが設けられており、該タイヤ３２ａが床に接地していることにより後部スタンドを兼ねている。このように、模擬自転車１２はフロントフォーク３０Ｒ、３０Ｌと後輪３２によって支持されて起立している。フロントフォーク３０Ｒ及び３０Ｌとパイプ３１との間には、コントローラ４６がブラケット３３を介して固定されている。

また、模擬自転車１２は、回転駆動機構部４０と、速度検出機構部４２と、制動機構部４４と、コントローラ４６と、ハンドル２８の舵角を検出する舵角センサ５０（図４参照）と、運転者の声を入力するためのマイクロホン５２と、サドル２４の後部に設けられた後退スイッチ５４とを有する。後退スイッチ５４は、運転者が降車して所定の模擬後退動作を行う際に操作するスイッチである。

回転駆動機構部４０は、クランクチューブ２０ｅ内に設けられたクランク軸６０の左右に連結された一対のクランク６２Ｌ及び６２Ｒと、該クランク６２Ｌ及び６２Ｒの先端に設けられたペダル６４Ｌ及び６４Ｒと、クランク６２Ｒに設けられたフロントスプロケット６６と、該フロントスプロケット６６からチェーン６８を介して回転駆動されるリアスプロケット７０と、該リアスプロケット７０からワンウェイクラッチ（フリーハブとも呼ばれる。）７２を介して回転駆動される鉄製のフライホイール（回転体）７４とを有する。フライホイール７４は、シートチューブ２０ｆと後輪３２との間に設けられ、ワンウェイクラッチ７２により軸支されている。

ワンウェイクラッチ７２は、内部のラチェット機構により、リアスプロケット７０の正方向の回転駆動力のみをフライホイール７４に伝達する。従って、クランク軸６０が逆方向に回転する場合、又はフライホイール７４が正方向に回転している最中にクランク軸６０の回転が停止した場合には、フライホイール７４はクランク軸６０と無関係にその時点の回転状態（正方向への回転又は停止）が維持される。

図２及び図３に示すように、速度検出機構部４２はホイール回転検出部７６と、クランク回転検出部７８とを有する。ホイール回転検出部７６は、右側におけるシートステー２０ｂとチェーンステー２０ｃとの間にわたって設けられた取付ブラケット８０と、該取付ブラケット８０に設けられた第１速度ピックアップ８２とを有する。第１速度ピックアップ８２は、フライホイール７４の３本のスポーク７４ａに近接して対向する位置に配置されており、フライホイール７４が回転する際、第１速度ピックアップ８２はスポーク７４ａの存否を示す信号をコントローラ４６に供給する。

クランク回転検出部７８は、クランクチューブ２０ｅに固定された取付ブラケット８４と、該取付ブラケット８４に設けられた第２速度ピックアップ８６と、フロントスプロケット６６の内側に固定された被検出ロータ８８とを有する。被検出ロータ８８は略９０°の円弧形状の板であって、第２速度ピックアップ８６に近接して対向する位置に配置されている。ペダル６４Ｌ、６４Ｒを漕ぐことによってクランク軸６０及びフロントスプロケット６６が回転する際、第２速度ピックアップ８６は被検出ロータ８８の存否を示す信号をコントローラ４６に供給する。第２速度ピックアップ８６と第１速度ピックアップ８２は互換性がある。

図４に示すように、制動機構部４４は、ハンドル２８に設けられた２つのブレーキレバー（第１ブレーキレバー）１００Ｌ及び（第２ブレーキレバー）１００Ｒと、各ブレーキレバー１００Ｌ及び１００Ｒに接続されたブレーキワイヤ１０２及び１０４と、弾性的に回転可能なプーリ１０６Ｌ及び１０６Ｒと、回転センサ１０８Ｌ及び１０８Ｒと、フライホイール７４を制動するドラムブレーキ１１０（図３参照）とを有する。

図５に示すように、ブレーキワイヤ１０４は、途中の分岐機構１１１で二股に分岐し、一方のブレーキワイヤ１０４ａはフロントフォーク３０Ｒ、３０Ｌの方向に延在しており、他方のブレーキワイヤ１０４ｂは、ドラムブレーキ１１０に接続されている。ブレーキワイヤ１０４の分岐部では、アウタワイヤ１１２の一部が剥がれてその端部がリング１１４により支持されるとともに露呈したインナワイヤ１１６が圧着、かしめ又は溶接等により２本のインナワイヤが接続されており、一方がブレーキワイヤ１０４ａ、他方のブレーキワイヤ１０４ｂとなっている。したがって、ブレーキレバー１００Ｒを操作することにより、２本のブレーキワイヤ１０４ａ及び１０４ｂが同時に引かれることになる。

図４に戻り、ブレーキワイヤ１０４ａとブレーキワイヤ１０２は途中でクロスし、下端部がプーリ１０６Ｒ、１０６Ｌに接続されている。ブレーキレバー１００Ｌ及び１００Ｒが引かれていないとき、プーリ１０６Ｌ及び１０６Ｒは凸部１１８Ｌ及び１１８Ｒが上方を向くようにスプリング（図示せず）により弾性付勢されている。このとき、ブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒは、プーリ１０６Ｌ及び１０６Ｒにより弾性付勢されて、ハンドル２８から離間している。

ブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒをハンドル２８の方向へ引くことによりプーリ１０６Ｌ、１０６Ｒは弾性的に回転し、凸部１１８Ｌ及び１１８Ｒは下方を向く。プーリ１０６Ｌ、１０６Ｒは、凸部１１８Ｌ、１１８Ｒがストッパ１２０Ｌ、１２０Ｒに当接するまで回転可能である。

プーリ１０６Ｌ、１０６Ｒの回転角度は回転センサ１０８Ｌ及び１０８Ｒにより検出可能であり、検出された角度信号はそれぞれコントローラ４６へ供給される。コントローラ４６では、検知されたプーリ１０６Ｌ及び１０６Ｒの回転角度信号、換言すればブレーキレバー１００Ｌ及び１００Ｒの操作（以下、ブレーキ操作という）の量に応じた信号を主制御部１８に供給する。

図３に示すように、ドラムブレーキ１１０はフライホイール７４と同心状に配置されており、アーム１１０ａがブレーキワイヤ１０４ｂの端部と接続されている。ドラムブレーキ１１０は、内部のドラム体がフライホイール７４と連結されて一体的に回転する。また、ブレーキレバー１００Ｒを操作してブレーキワイヤ１０４ｂが引かれたときにはアーム１１０ａが傾動して、内部のブレーキシューが外径方向に拡開してドラム体と接触して摩擦力を発生し、フライホイール７４を制動する。ドラムブレーキ１１０は、ブレーキレバー１００Ｒに連動する他の形式の摩擦制動式のブレーキ（キャリパブレーキ、ディスクブレーキ等）であってもよい。ここでいう摩擦制動式ブレーキとは電磁的作用によるブレーキを除く機械的作用のブレーキの意味である。ブレーキレバー１００Ｒからブレーキまでの操作伝達手段は、ワイヤ形式に限らず、リンク形式や油圧形式等であってもよい。

また、図４に示すように、舵角センサ５０はヘッドチューブ２０ａの下端部に設けられており、ハンドル２８を支持するステム２８ａの回動角度を検出する。マイクロホン５２はハンドル２８上に設けられており、運転者の顔に近いことから運転者の声が明瞭に入力される。舵角センサ５０、マイクロホン５２及び後退スイッチ５４はコントローラ４６に接続されており、舵角の角度信号、音声信号及びスイッチ操作信号を供給する。

図１に戻り、マットスイッチ１６は、独立した左スイッチ１５０Ｌと右スイッチ１５０Ｒとからなり、運転者が降車したときにフレーム２０のヘッドチューブ２０ａを跨いで両足で踏むことができる位置に配置されている。つまり、左足は左スイッチ１５０Ｌを踏み、右足は右スイッチ１５０Ｒを踏む。左スイッチ１５０Ｌ及び右スイッチ１５０Ｒは踏まれることによってオンとなり、該オンの信号をコントローラ４６へ供給する。

左スイッチ１５０Ｌ及び右スイッチ１５０Ｒは、それぞれ薄いマット状であり、裏面ゴムと裏面ゴムに対向するように貼られた格子状の縦電極線及び横電極線と、裏面ゴムと裏面ゴムとの間に挿入された柔らかい絶縁材とを有する。縦電極線及び横電極線は２本の出力端子（図示せず）の一方に接続されている。表面ゴムは運転者が足で踏むことに絶縁材を圧縮させながら弾性変形し、縦電極線と横電極線がその交差部で接触する。これにより、２本の出力端子は導通し、オンとなる。また、足を放せば縦電極線と横電極線は離間して、オフとなる。なお、マットスイッチ１６は左右独立型ではなく、２つのスイッチが一体型となったマットスイッチを用い、例えば模擬自転車１２の左側に配置してもよい。このようなマットスイッチの配置により、運転者が左側に降車した後に、その場で足踏みをすることにより後述する歩行モードにおける押し歩きによる歩行動作が一層現実的に実現される。

図６に示すように、コントローラ４６は、入力インタフェース部１７０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７２と、第１通信部１７４とを有する。第１通信部１７４は主制御部１８の第２通信部１９２と接続されており、主制御部１８との間でリアルタイムの通信を行う。入力インタフェース部１７０は、舵角センサ５０、マイクロホン５２、第１速度ピックアップ８２、第２速度ピックアップ８６、回転センサ１０８Ｌ、１０８Ｒ、後退スイッチ５４、左スイッチ１５０Ｌ、右スイッチ１５０Ｒと接続されており、アナログ信号及びデジタル信号の入力を行う。

ＣＰＵ１７２は、上記の電気的構成要素の信号を処理又は変換して第１通信部１７４を介して主制御部１８へ伝達する。例えば、ＣＰＵ１７２では、第１速度ピックアップ８２と第２速度ピックアップ８６から供給された信号の周波数からフライホイール７４の回転速度Ｎ１及びクランク軸６０の回転速度Ｎ２を求めるとともに、回転速度Ｎ１に所定の定数を乗算することにより模擬走行速度Ｖを求めて、主制御部１８に供給する。

主制御部１８は、模擬運転の状況を設定する状況設定部１８０と、走行状況に応じた演算処理を行う演算処理部１８２と、モニタ１４の表示制御を行う表示制御部１８４と、スピーカ１５の音響出力を行う音響ドライバ１８６と、運転者に対して所定の警告を行う警告部１８８と、マイクロホン５２から入力された音声を認識する音声認識部１９０と、前記第１通信部１７４との通信制御を行う第２通信部１９２と、読み書き可能な記憶部１９４とを有する。

実際上、主制御部１８は制御主体のＣＰＵ（Central Processing Unit）、と記憶部としてのＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤ（Hard Disk）等を有しており、図６に示す主制御部１８の各機能部は、ＣＰＵがＨＤに記録されたプログラムを読み込み、該プログラムをＲＯＭ、ＲＡＭ及び所定のハードウェアと協動しながら実行することにより実現される。

次に、このように構成される自転車シミュレーション装置１０を用いて自転車走行のシミュレーションを行う方法について説明する。

図７のステップＳ１において、マットスイッチ１６がオンとなったか否かを確認する。つまり、マットスイッチ１６の左スイッチ１５０Ｌ又は右スイッチ１５０Ｒの少なくとも一方がオンとなったときにはステップＳ２へ移り、双方ともオフであるときにはステップＳ１で待機する。つまり、運転者がマットスイッチ１６上に立つと、自動的にステップＳ２へ移ることとなり、それまでの間はステップＳ１で待機して所定の省電力モード（例えば、モニタ１４をオフにする）にしておくことができる。

ステップＳ２において、模擬運転を開始し画面１４ａ上に所定の開始画面を表示する。この開始画面では、停止した自転車の画像と該自転車の横に起立した運転者である人物の画像を表示する。また、この画面１４ａに、「模擬運転を開始します。サドルに座ってペダルを漕いでください。」という出力を行う。ここでいう出力とは、模擬運転上の警告や操作上の案内等を示す文字を画面１４ａに表示させ、又は同様の言葉の音声をスピーカ１５から発することである。このような出力は、後述するように回転センサ１０８Ｌ、１０８Ｒの回転検出量によっても行われる。

マットスイッチ１６を踏むことにより模擬運転を自動的に開始することができ、複雑な操作が不要であって違和感なく模擬運転を開始することができる。また、運転者は、画面１４ａ又はスピーカ１５の出力に従って操作を行えばよく、マニュアル等が不要で容易な操作が可能であり、児童でも模擬運転を行うことができる。

ステップＳ３において、マットスイッチ１６がオフとなったか否かを確認する。つまり、左スイッチ１５０Ｌ又は右スイッチ１５０Ｒの双方がオフとなったときにはステップＳ４へ移り、少なくとも一方がオンであるときにはステップＳ３で待機する。

つまり、運転者がサドル２４に跨って、マットスイッチ１６から足を離すと、自動的にステップＳ４へ移って、模擬運転における実際の走行を開始することができる。このとき、前記の開始画面を終了するとともに、自転車の画像と該自転車に乗った人物の画像を表示する。

ステップＳ４において、所定の走行条件が成立しているか否かを確認する。走行条件が成立しているときにはステップＳ５の走行モードへ移り、走行条件が不成立であるときにはステップＳ６へ移る。走行モードは、運転者がサドル２４に座りながらペダル６４Ｌ及び６４Ｒを漕ぐとともにハンドル２８を操作して、模擬走行を行うためのモードである。この場合、第１速度ピックアップ８２及び舵角センサ５０に基づいて得られた模擬走行速度Ｖ及び舵角に基づいて変化する情景が画面１４ａ上に表示される（図１参照）。

具体的には、先ず、フライホイール７４が停止している状態からペダル６４Ｌ及び６４Ｒを漕ぎ始めることによってフライホイール７４が回転を開始し、これにともなって第１速度ピックアップ８２により回転を検知して模擬走行速度Ｖが０から上昇を開始する。このとき、運転者が感じる負荷は、フライホイール７４の慣性モーメントに応じて当初は大きく、加速後に一定速度で走行しているときには軽くなり、実車の走行感覚にきわめて近いものとなる。また、運転者が感じる負荷は、運転者の足の動きに対して応答遅れがなく、実車に近い。

なお、走行モードにおいては、ブレーキレバー１００Ｒ及び１００Ｌの操作に応じてフライホイール７４が制動されるとともに、制御上の種々の処理が行われる。これらのブレーキレバー１００Ｒ及び１００Ｌによる作用については後述する。

ステップＳ６において、模擬運転の状況が停止、一時停止又は信号が赤の状況であるか否かを確認する。停止、一時停止又は信号が赤である場合にはステップＳ７の足つきモードへ移り、それ以外の場合にはステップＳ８へ移る。足着きモードでは、運転者はブレーキレバー１００Ｒを操作して模擬走行速度Ｖを０とした後に降車し、マットスイッチ１６を踏む。これにより、画面１４ａ上には運転者及び自転車が赤信号で停止している情景が表示される。足着きモードは、模擬運転の状況上、信号が赤から青に変わったとき、又は、左右の安全確認が確実になされたときに解除される。

ステップＳ８において、模擬運転の状況が、横断歩道等の歩行者優先路又は歩道等の歩行者専用路を通過する場合であるか否かを確認する。歩行者優先路又は歩行者専用路を通過する場合には、ステップＳ９の歩行モードへ移り、それ以外の場合にはステップＳ１０へ移る。歩行モードは、歩行者専用路等で自転車を押し歩くためのモードであり、例えば、他の歩行者等の迷惑とならないような押し歩きを習得するためのモードである。この場合、運転者は降車するとともに、マットスイッチ１６上で足踏みをすることにより歩行状態が再現され、モニタ１４の画面１４ａ上に対応する情景が表示される。

ステップＳ１０において、模擬運転の状況が自転車を後退させる状況であるか否かを確認する。後退させる場合にはステップＳ１１の後退モードへ移り、それ以外の場合にはステップＳ１２へ移る。後退モードは、降車した運転者が自転車を押しながら後退するモードである。この場合、運転者は降車するとともに、後退スイッチ５４をオン操作しながらマットスイッチ１６上で足踏みをすることにより後退状態が再現され、モニタ１４の画面１４ａ上に対応する情景が表示される。

ステップＳ１２において、所定の終了条件が成立しているか否かを確認する。終了条件が成立している場合には模擬運転を終了し、条件が不成立である場合にはステップＳ４へ戻り模擬運転を続行する。また、ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９及びＳ１１の処理の終了後においてもステップＳ４へ戻る。

模擬運転を終了する場合には、前記ステップＳ１と同様に、マットスイッチ１６がオンとなったか否かを確認する。この場合、マットスイッチ１６がオンとなったことにより、運転者が模擬自転車１２から降車したことを検出することができ、これに基づいて模擬運転を終了し、所定の省電力モード等のスタンバイ状態に戻る。なお、前記ステップＳ２において、マットスイッチ１６がオフとなった後の所定の期間に、模擬自転車１２の操作が全くなされない場合には、運転者がマットスイッチ１６を一旦踏んだが模擬自転車１２に乗ることなく立ち去ったと考えられることから、この場合においてもスタンバイ状態に戻るとよい。

次に、走行モードにおけるブレーキ操作の作用について説明する。先ず、運転者がブレーキレバー１００Ｒを操作したときには、ブレーキワイヤ１０４ｂがドラムブレーキ１１０のアーム１１０ａ（図２参照）を引くことにより内部のブレーキシューとドラム体との間にて摩擦力が生じてフライホイール７４が制動され、減速する。また、フライホイール７４の回転は第１速度ピックアップ８２により検出され、コントローラ４６内で模擬走行速度Ｖに変換された後に主制御部１８に供給される。主制御部１８では模擬走行速度Ｖに応じて画面１４ａに表示される情景の変化速度を低減させる。

この場合、ドラムブレーキ１１０は実際の自転車における車輪と同様のブレーキ機構であり、第１速度ピックアップ８２による速度検出処理から主制御部１８に模擬走行速度Ｖが供給されるまでの時間遅れは極めて小さいことから、画面１４ａの表示についても実際の自転車の運転と同様に応答遅れのない極めて自然な減速情景が表示される。

また、ドラムブレーキ１１０は、フライホイール７４を摺動摩擦による機械的作用により制動していることから、実際の自転車と同様にブレーキレバー１００Ｌには僅かに振動が伝達されるとともに実際のブレーキ摺動音が発生し、運転者はより現実的な感覚が得られる。

さらに、コントローラ４６及び主制御部１８においては、回転センサ１０８Ｌ及び１０８Ｒの信号に基づいて、運転者によるブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒの操作量を検出することができ、次のような処理を行うことができる。

すなわち、模擬運転の状況が赤信号の交差点に近づいている時であってブレーキ操作がなされていないときには、「ブレーキをかけて停止してください。」という警告出力を行う。また、操作量が小さすぎるとき及び大きすぎるときには、「ブレーキが緩すぎます。」及び「ブレーキが急すぎます。」という警告出力を行う。

さらに、回転センサ１０８Ｒ及び１０８Ｌは、実車の前輪及び後輪に対するブレーキ操作量に相当し、前輪と後輪に対するブレーキ操作量を個別に判断できることから、例えば、模擬運転の状況や検出した個別の信号を比較することにより、「下り坂で前輪のみブレーキをかけないでください。」、又は「前輪に較べて後輪のブレーキ操作が強すぎます。」という警告出力を行うとよい。模擬走行速度Ｖが規定速度以上である場合でブレーキ操作がなされていないときには、「速度が速すぎますのでブレーキをかけてください。」という警告出力を行うとよい。このようにブレーキ操作量及び模擬運転の状況に基づいて警告出力を行うことにより、ブレーキ操作を一層確実に習得することができ、特に教育訓練用に好適である。

なお、ブレーキレバーの操作がなされているか否かについては、第１速度ピックアップ８２から得られる模擬走行速度Ｖを微分することにより減速度を求め、該減速度が所定値より大きいときにはドラムブレーキ１１０が作用していると推定することも可能であるが、この場合、ブレーキレバー１００Ｒの操作のみが検出さ、しかも間接的な検出であることから検出の時間遅れが生じる。これに対して、回転センサ１０８Ｒ、１０８Ｌを用いることにより、ブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒの操作を個別、且つ直接的に検出することができ、より適切且つ多様な対応が可能となる。また、フライホイール７４が停止中であってもブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒの操作を検出することができる。

なお、実際の自転車を停止させる際には、ブレーキをかけておくことによりペダルの正回転（つまり前進すること）を規制し、該ペダルに片足を乗せるとともに他方の足を地面に付けておくような、自転車特有の足かけ姿勢がとられることがある。自転車シミュレーション装置１０においては、ブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒによりフライホイール７４が固定され、ペダル６４Ｒ、６４Ｌの正方向の回転を規制することができる。これにより、実際の自転車と同様の足かけ姿勢をとることができ、実際の自転車に近い操作が実現される。

上述したように、本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置１０によれば、ブレーキレバー１００Ｒの操作に基づいてフライホイール７４を摩擦制動することにより、ブレーキレバー１００Ｒの操作を実車と同様の感覚で行うことができる。また、前記のとおり、ブレーキレバー１００Ｒは二股に分岐したブレーキワイヤ１０４ａ、１０４ｂに接続され、一方のブレーキワイヤ１０４ｂはドラムブレーキ１１０に接続され、他方のブレーキワイヤ１０４ａは回転センサ１０８Ｌに接続されている。これにより、回転センサ１０８Ｌとドラムブレーキ１１０とを分離して独立的に設けることができる。また、ドラムブレーキ１１０はワイヤ操作される実際の自転車の汎用ブレーキ機構をそのまま採用することができる。したがって、ブレーキレバー１００Ｒの操作感を実車の操作に近づけることができるとともに、廉価に構成される。さらに、実車に近い外観が得られ、運転者はあたかも実際の自転車を運転しているような感覚が得られ、操作を行う際の安心感がより向上する。回転体としてのフライホイール７４は単純構造であって、設計の自由度が高い。

さらに、回転センサ１０８Ｌから供給されるブレーキレバー１００Ｒの操作量に基づいて運転者の操作を判断可能となり、この判断により警告や案内を出力し、多様なシミュレーションを行うことができる。

なお、ドラムブレーキ１１０は、ブレーキワイヤ１０４ａによってのみ制動される例について説明したが、図８に示すように、アーム１１０ａにブレーキワイヤ１０４ｂとともに他のブレーキワイヤ２００を接続し、少なくとも一方が引かれることによりフライホイール７４を制動するようにしてもよい。この場合、ブレーキワイヤ２００は、右のブレーキレバー１００Ｒに接続されているブレーキワイヤ１０４を分岐機構１１１（図５参照）と同様の機構により分岐させた一方のワイヤとすることにより、左のブレーキレバー１００Ｌも制動作用に用いることができる。つまり、１つのドラムブレーキ１１０をブレーキレバー１００Ｒ及びブレーキレバー１００Ｌで兼用して操作することができ、いずれか一方又は両方を操作して制動を行うことができる。

また、左右のブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒに接続されたブレーキワイヤ１０２及び１０４をそれぞれ分岐させるとともに、分岐した各一方のブレーキワイヤ１０４ｂ及び２００を図９に示す２つのキャリパブレーキ２０２、２０４に接続してもよい。キャリパブレーキ２０２、２０４は独立的に設けられたブレーキであって、ブレーキワイヤ１０４ｂ及び２００が引かれることにより２本のアームを閉じて先端に設けられたブレーキシューをフライホイール７４のリム７４ｂに摺動させて制動する。

このように、左右のブレーキレバー１００Ｌ、１００Ｒをそれぞれフライホイール７４の制動に作用させることにより、より実際の自転車操作に近づき、好適である。

さらに、ブレーキレバー１００Ｒにより回転センサ１０８Ｌとアーム１１０ａを作用させる手段としては分岐機構１１１に限らず、例えば、図１０に示すように、ブレーキレバー１００Ｒにより直接的に２本のブレーキワイヤ１０４ａ、１０４ｂを引くことができる構成にしてもよい。この場合、発生する力の強い方をブレーキワイヤ１０４ｂとしてドラムブレーキ１１０の制動用に用いるとよい。他方の回転センサ１０８Ｌの操作は小さい力で足りるからである。

本発明に係る自転車シミュレーション装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置の斜視図である。 模擬自転車における回転駆動機構部及びその周辺の斜視図である。 模擬自転車におけるフライホイール及びその周辺を斜め上方からみた斜視図である。 模擬自転車の正面図である。 分岐機構の拡大斜視図である。 自転車シミュレーション装置の電気的構成部分のブロック図である。 自転車シミュレーション装置を用いて、自転車の模擬運転を行う方法のメインルーチンのフローチャートである。 アームに対して左右のブレーキレバーに接続される２本のブレーキワイヤが設けられているドラムブレーキを示す図である。 制動用に２つのキャリパブレーキが設けられたフライホイールを示す図である。 ２本のブレーキワイヤを接続したブレーキレバーを示す図である。

符号の説明

１０…自転車シミュレーション装置 １２…模擬自転車
１８…主制御部 ４４…制動機構部
４６…コントローラ ６４Ｌ、６４Ｒ…ペダル
７２…ワンウェイクラッチ ７４…フライホイール
８２、８６…速度ピックアップ １００Ｌ、１００Ｒ…ブレーキレバー
１０２、１０４、１０４ａ、１０４ｂ、２００…ブレーキワイヤ
１０８Ｌ、１０８Ｒ…回転センサ １１０…ドラムブレーキ
１１０ａ…アーム １１１…分岐機構

Claims (4)

1. 模擬自転車及びコントローラを備える自転車シミュレーション装置において、
   前記模擬自転車は、運転者が漕ぐ左右一対のペダルと、
   前記ペダルを漕ぐことによって連動して回転する回転体と、
   運転者によって操作されるブレーキレバーと、
   前記ブレーキレバーに連動し、前記回転体の回転を摩擦制動するブレーキと、
   前記ブレーキレバーの操作量を検出するブレーキ操作検出手段と、
   を有し、
   前記コントローラは、前記ブレーキ操作検出手段から供給される操作量に基づいて所定の出力を行うことを特徴とする自転車シミュレーション装置。
2. 請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記ブレーキレバーは二股に分岐したブレーキワイヤに接続され、該ブレーキワイヤの二股の一方は前記ブレーキに接続され、他方は前記ブレーキ操作検出手段に接続されていることを特徴とする自転車シミュレーション装置。
3. 請求項１又は２記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記コントローラは、前記ブレーキ操作検出手段から供給される操作量及び模擬運転の状況に基づいて警告出力を行うことを特徴とする自転車シミュレーション装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記ブレーキレバーは第１ブレーキレバー及び第２ブレーキレバーからなり、第１ブレーキレバー及び第２ブレーキレバーには、夫々ブレーキワイヤの一方が接続され、前記ブレーキには各ブレーキワイヤの他方が接続されていることを特徴とする自転車シミュレーション装置。

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