JP2007094081A - 移動体シミュレータ装置およびその制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】よりリアルに実地の運転状況を再現することができる移動体シミュレータ装置を提供する。
【解決手段】移動体シミュレータ装置１１の記憶装置４３には、基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データ５９と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データ６１、６２と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データ５５とが格納される。ヨー角速度データ５９および基準ヨー角速度データ５５に基づき移動体の事象は移動経路に正確に関連付けられる。こういった関連付けに応じて移動経路上で正確に一は特定されることができる。関連付けられる事象に基づき、運転手の視界を再現する画像が作成される。こういった画像に基づき移動体の事象は正確に再現されることができる。実地の運転状況は正確に再現されることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車といった移動体の挙動を再現するシミュレータ装置に関する。

例えば自動車教習用のシミュレータ装置は広く知られる。こうしたシミュレータ装置は例えば教習生の運転の再現にあたってしばしば用いられる。再現に先立って教習生は実地で自動車を運転する。自動車は所定の行路を走行する。走行中の自動車では例えば先行車との車間距離や速度といった事象が計測される。計測される事象は事象データとして走行距離ごとに特定される。事象データはシミュレータ装置に入力される。事象データに基づき自動車の事象が再現される。
特開２０００−４７５７０号公報

シミュレータ装置では行路上で理想的な移動経路が画一的に設定される。自動車が正確に移動経路を辿れば、自動車は最短距離で目的地点まで到達することができる。その一方で、実地では教習生は必ずしも理想的な移動経路を辿ることはできない。例えば教習生は行路上で自動車を蛇行させる。蛇行に基づき実地の走行距離は増加する。こうした走行距離に基づきシミュレータ装置上の行路に自動車の事象が関連付けられても、シミュレータ装置上では実地通りに自動車の事象は再現されることはできない。行路上の誤った位置で自動車の事象は再現される。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、よりリアルに実地の運転状況を再現することができる移動体シミュレータ装置を提供することを目的とする。本発明は、そういった移動体シミュレータ装置の実現に大いに貢献する制御方法や制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データを格納する第１記憶装置と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを格納する第２記憶装置と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データを格納する第３記憶装置と、ヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成するデータ生成手段と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する再現手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置が提供される。

こういった移動体シミュレータ装置では、例えば実測されるヨー角速度データに基づき基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度は特定される。同様に、例えば実測される事象データに基づき基準位置からの距離ごとに移動体の事象は特定される。その一方で、基準ヨー角速度データは、移動体の移動経路に関連付けられるヨー角速度を特定する。特定される移動体の事象はヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に正確に関連付けられる。こういった関連付けに応じて移動経路上で正確に位置は特定されることができる。こうして移動体の事象は正確な位置で再現されることができる。移動体シミュレータ装置ではよりリアルに実地の運転状況が再現されることができる。移動体の事象には移動体の速度や先行車との車間距離が含まれることができる。

データ生成手段は、データの生成にあたって、特定の条件の下で基準ヨー角速度データに現れるヨー角速度の代表値に、その条件の下でヨー角速度データに現れるヨー角速度の代表値を関連付ければよい。代表値には例えば極大値が含まれる。極大値同士の関連付けによれば、ヨー角速度データで極大値を示す位置は正確に移動経路上で特定されることができる。

第２発明によれば、基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データを取得する手順と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データを取得する手順と、ヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置の制御方法が提供される。こういった制御方法によれば、前述のような移動体シミュレータ装置は提供されることができる。

こうした移動体シミュレータ装置の制御方法では、データの生成にあたって、基準ヨー角速度データで特定されるヨー角速度の極大値に、ヨー角速度データで特定されるヨー角速度の極大値が関連付けられればよい。

こういった制御方法の実現にあたって所定の移動体シミュレータ装置用制御プログラムは提供されればよい。この移動体シミュレータ装置用制御プログラムは、基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データを取得する手順と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データを取得する手順と、ヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを演算処理回路に実行させればよい。

第３発明によれば、基準位置から距離ごとに移動体のヨー角を特定するヨー角データを格納する第１記憶装置と、基準位置から距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを格納する第２記憶装置と、移動体の移動経路に移動体のヨー角を関連付ける基準ヨー角データを格納する第３記憶装置と、ヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成するデータ生成手段と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する再現手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置が提供される。

こういった移動体シミュレータ装置では、例えば実測されるヨー角データに基づき基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角は特定される。同様に、例えば実測される事象データに基づき基準位置からの距離ごとに移動体の事象は特定される。その一方で、基準ヨー角速度データは、移動体の移動経路に関連付けられるヨー角速度を特定する。特定される移動体の事象はヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に正確に関連付けられる。こういった関連付けに応じて移動経路上で正確に位置は特定されることができる。こうして移動体の事象は正確な位置で再現されることができる。移動体シミュレータ装置ではよりリアルに実地の運転状況が再現されることができる。移動体の事象には移動体の速度や先行車との車間距離が含まれることができる。

データ生成手段は、データの生成にあたって、特定の条件の下で基準ヨー角データに現れるヨー角の代表値に、その条件の下でヨー角データに現れるヨー角の代表値を関連付ければよい。

第４発明によれば、基準位置から距離ごとに移動体のヨー角を特定するヨー角データを取得する手順と、基準位置から距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角を関連付ける基準ヨー角データを取得する手順と、ヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置の制御方法が提供される。こういった制御方法によれば、前述のような移動体シミュレータ装置は提供されることができる。

こういった制御方法の実現にあたって所定の移動体シミュレータ装置用制御プログラムは提供されればよい。この移動体シミュレータ装置用制御プログラムは、基準位置から距離ごとに移動体のヨー角を特定するヨー角データを取得する手順と、基準位置から距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角を関連付ける基準ヨー角データを取得する手順と、ヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを演算処理回路に実行させればよい。

以上のように本発明によれば、よりリアルに実地の運転状況を再現することができる移動体シミュレータ装置が提供される。そういった移動体シミュレータ装置の実現に大いに貢献する制御方法や制御プログラムが提供される。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明に係る移動体シミュレータ装置の一具体例すなわち自動車教習用４輪シミュレータ装置１１の外観を概略的に示す。この４輪シミュレータ装置１１は模擬車体１２を備える。模擬車体１２にはＣＰＵ（中央演算処理装置）やその他の電子部品が収容される。模擬車体１２には例えば６軸のサーボシリンダ１３、１３…が連結される。個々のサーボシリンダ１３は土台１４から立ち上がる。土台１４は例えば床面に設置されればよい。

サーボシリンダ１３には電動モータ（図示されず）が組み込まれる。電動モータの働きでサーボシリンダ１３は伸縮する。サーボシリンダ１３の伸縮に基づき模擬車体１２は床面に対して姿勢を変化させる。後述されるように、サーボシリンダ１３の伸縮はＣＰＵの演算処理に基づき実現される。

ここで、４輪シミュレータ装置１１には三次元座標系が設定される。三次元座標系には例えば直交３軸座標系すなわちｘｙｚ座標系が用いられればよい。三次元座標系の原点は模擬車体１２の重心に位置合わせされればよい。三次元座標系のｙ軸は重力の方向に合わせ込まれればよい。三次元座標系のｘ軸は例えば車両の車軸に平行に設定されればよい。すなわち、ｘ軸は重力の方向に直交する水平面に沿って車両の横方向を規定する。三次元座標系のｚ軸は水平面に沿って車両の前後方向を規定する。こうして模擬車体１２では、ｘ軸回りで車両のピッチ角は規定されることができる。同様に、ｚ軸回りで車両のロール角は規定されることができる。ｙ軸回りで車両のヨー角は規定されることができる。こういったロール角、ピッチ角およびヨー角に基づき模擬車体１２の姿勢は特定されることができる。

模擬車体１２内には運転席が構築される。運転席には座席１５が設置される。座席１５の前方にはダッシュボード１６が配置される。ダッシュボード１６には、ステアリング１７やアクセルペダル（図示されず）、ブレーキペダル（図示されず）が組み込まれる。その他、ダッシュボード１６には、スピードメータやタコメータといった計器類やヘッドライトスイッチといったスイッチ類（いずれも図示されず）が組み込まれる。

ダッシュボード１６の上方にはスクリーン１８が配置される。スクリーン１８にはいわゆるプロジェクタ１９が向き合わせられる。後述されるように、プロジェクタ１９からスクリーン１８に画像が投影される。こうしてスクリーン１８には、車両のフロントガラスから前方に広がる「視界」が再現されることができる。後述されるように、スクリーン１８上の画像はＣＰＵの働きに基づき形成される。

模擬車体１２には模擬バックミラー２１および１対の模擬サイドミラー２２が関連付けられる。模擬バックミラー２１や模擬サイドミラー２２にはディスプレイ装置２３、２４が組み込まれる。ディスプレイ装置２３、２４の画面がミラーに模される。こうして模擬バックミラー２１や模擬サイドミラー２２には、車両のバックミラーやサイドミラーの映像が再現される。ディスプレイ装置２３、２４には例えば液晶ディスプレイパネルが利用されればよい。後述されるように、ディスプレイ装置２３、２４の画面に映し出される画像はＣＰＵの働きに基づき形成される。

図２に示されるように、ＣＰＵ３１には個々のサーボシリンダ１３、１３…ごとにドライバ回路３２、３２…が接続される。ＣＰＵ３１では個々のサーボシリンダ１３、１３…ごとに伸縮量が決定される。決定された伸縮量に応じてＣＰＵ３１から個々のドライバ回路３２、３２…に指令信号が供給される。供給される指令信号に応じてドライバ回路３２、３２…は対応のサーボシリンダ１３、１３…に駆動信号を供給する。駆動信号は電動モータの回転量を規定する。指定の回転量で電動モータが回転する結果、サーボシリンダ１３、１３…は指定の伸縮量で伸縮することができる。

アクセルペダル３３にはペダルセンサ３４が接続される。このペダルセンサ３４はアクセルペダル３３の踏み込み量を検出する。ペダルセンサ３４にはＣＰＵ３１が接続される。検出される踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。同様に、ブレーキペダル３５にはペダルセンサ３６が接続される。このペダルセンサ３６はブレーキペダル３５の踏み込み量を検出する。ペダルセンサ３６にはＣＰＵ３１が接続される。検出される踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。

ステアリング１７にはステアリングセンサ３７が接続される。このステアリングセンサ３７はステアリング１７の回転量を検出する。ステアリングセンサ３７にはＣＰＵ３１が接続される。検出される回転量はＣＰＵ３１に通知される。

ＣＰＵ３１には描画回路３８が接続される。描画回路３８は、ＣＰＵ３１から供給される指令信号に基づき、スクリーン１８やディスプレイ装置２３、２４の画面上に映し出される画像を生成する。こうして生成される画像に基づきドライバ回路３９、４１やプロジェクタドライバ回路４２に画像信号が供給される。こういった画像信号の受信に応じて、ドライバ回路３９、４１やプロジェクタドライバ回路４２は対応のディスプレイ装置２３、２４やプロジェクタ１９に駆動信号を供給する。こうして供給される駆動信号に基づきディスプレイ装置２３、２４の画面上やスクリーン１８上に画像は映し出される。

ＣＰＵ３１にはハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）や大容量フラッシュメモリといった記憶装置４３が接続される。記憶装置４３には例えばリアルタイムＯＳ（オペレーティングシステム）４４のほか、シミュレーションプログラム４５や実地検証モジュール４６といったソフトウェアプログラムが格納される。後述されるように、ＣＰＵ３１はリアルタイムＯＳ４４上でシミュレーションプログラム４５や実地検証モジュール４６を実行する。実行にあたって例えばＣＰＵ３１はＲＡＭメモリ４７といった高速記憶装置に一時的にリアルタイムＯＳ４４やソフトウェアプログラム４５、４６を取り込む。シミュレーションプログラム４５の実行にあたってＣＰＵ３１は道路データ４８や不動産データ４９、自車座標系データ５１を利用する。同様に、実地検証モジュール４６の実行にあたってＣＰＵ３１は仮想移動経路データ５２や周辺地理データ５３、先行車座標系データ５４、基準ヨー角速度データ５５を利用する。これらデータ４８、４９、５１〜５５の詳細は後述される。

ＣＰＵ３１にはメモリカードドライブ５７が接続される。メモリカードドライブ５７は可搬性のメモリカード５８から情報を読み出すことができる。読み出された情報はＣＰＵ３１に受け渡される。図２から明らかなように、メモリカード５８から読み出されるヨー角速度データ５９や速度データ６１、車間距離データ６２は例えば記憶装置４３に取り込まれてもよい。メモリカード５８には例えばフラッシュメモリが利用されればよい。

その他、模擬車体１２にはスピーカ６３が関連付けられてもよい。スピーカ６３には例えばドライバ回路６４が接続される。ドライバ回路６４はＣＰＵ３１に接続される。ＣＰＵ３１では音響データが生成される。こういった音響データは、例えばスクリーン１８に映し出される画像に関連付けられればよい。ドライバ回路６４は、ＣＰＵ３１から供給される音響データに基づきスピーカ６３に駆動信号を供給する。供給される駆動信号に基づきスピーカ６３からエンジン音といった音響は再現される。

ここで、個々のデータ４８、４９、５１〜５５、５９、６１、６２を詳述する。道路データ４８には、仮想三次元空間内で道路の位置を特定する道路情報が記述される。位置の特定にあたって仮想三次元空間に固有の三次元座標系は用いられる。道路は例えば両側の側縁で規定されればよい。この道路データ４８には同時に道路のポリゴンデータが記述される。こういったポリゴンデータに基づき仮想三次元空間内に仮想的に道路は再現される。こうして再現される道路には周囲の建物や樹木、標識といった不動産が関連付けられる。不動産の位置情報が記述される。この位置情報では不動産の基準点ごとに座標値が特定される。

不動産データ４９には個々の不動産ごとにポリゴンデータが記述される。ポリゴンデータに基づき不動産の外観が特定される。このポリゴンデータが道路データ４８内の位置情報に関連付けられると、前述の仮想三次元空間内で建物や樹木、標識といった不動産は再現される。こうして仮想三次元空間内に地理は構築される。

自車座標系データ５１には、模擬車体１２に対応する仮想車両に固有の三次元座標系が記述される。この三次元座標系内で運転手の視点やフロントガラス、サイドウィンドウ、バックミラー、サイドミラーの位置が特定される。視点およびフロントガラスやサイドウィンドウの相対位置に応じて車両から外側に広がる視野が設定される。同様に、視点およびバックミラーの相対位置や視点およびサイドミラーの相対位置に基づきバックミラーやサイドミラーに映し出される映像の範囲は設定される。前述の仮想三次元空間内でこの三次元座標系の姿勢が相対的に変化すると、仮想三次元空間内で視野や映像の範囲は移動する。

仮想移動経路データ５２には、仮想三次元空間内で教習行路の位置を特定する行路情報が記述される。位置は、前述と同様に、仮想三次元空間に固有の三次元座標系に基づき特定される。ここでは、教習行路は１本の「線」で表現される。この「線」にはヨー角データが関連付けられる。ヨー角データには仮想車両のヨー角が記述される。ヨー角は例えば仮想三次元空間に固有のｘ軸に基づき設定される。このｘ軸は重力方向に直交する水平面内に設定される。加えて、仮想移動経路データ５２には教習行路のポリゴンデータが記述される。こういったポリゴンデータに基づき仮想三次元空間内に仮想的に教習行路は再現される。こうして再現される教習行路には、前述と同様に、周囲の建物や樹木、標識といった不動産が関連付けられてもよい。

周辺地理データ５３には個々の不動産ごとにポリゴンデータが記述される。ポリゴンデータに基づき不動産の外観が特定される。このポリゴンデータが仮想移動経路データ５２内の位置情報に関連付けられると、前述の仮想三次元空間内で建物や樹木、標識といった不動産は再現される。こうして仮想三次元空間内に地理は構築される。

先行車座標系データ５４には先行車すなわち１台の車両に固有の三次元座標系が記述される。この三次元座標系内で車両の外観のポリゴンデータが設定される。前述の仮想三次元空間内でこの三次元座標系の姿勢が相対的に変化すると、仮想三次元空間内で先行車の姿勢は変化する。

基準ヨー角速度データ５５には、教習行路上で仮想車両のヨー角速度が代表値すなわち極大値を示す位置が記述される。位置は、前述と同様に、仮想三次元空間に固有の三次元座標系に基づき特定される。車両の走行中、カーブ上の所定位置でヨー角速度は極大値を示す。こういったヨー角速度の値はカーブの曲率から幾何学的に導き出されてもよく走行中の車両の実測に基づき導き出されてもよい。

ヨー角速度データ５９には一定の時間間隔で車両のヨー角速度が記述される。時間間隔は例えば０．１秒に設定されればよい。速度データ６１には一定の時間間隔で車両の速度が記述される。時間間隔は例えば０．１秒に設定されればよい。車間距離データ６２には一定の時間間隔で先行車と後続車との車間距離が記述される。時間間隔は例えば０．１秒に設定されればよい。

シミュレーションプログラム４５がＣＰＵ３１で実行されると、描画回路３８で生成される画像データに基づきスクリーン１８やディスプレイ装置２３、２４の画面上に画像は表示される。同時に、サーボシリンダ１３、１３…の伸縮に基づき模擬車体１２の姿勢は変化する。こうして視覚および加速度の体感に基づき座席１５上の教習生は４輪シミュレータ装置１１上で運転感覚を体験することができる。

画像データの生成にあたってＣＰＵ３１では道路データ４８に基づき仮想三次元空間が構築される。この仮想三次元空間内で仮想車両の位置が特定される。位置の特定は所定の時間間隔で実施される。こういった位置に基づき自車座標系データ５１内の三次元座標系は仮想三次元空間内に座標変換される。その結果、仮想三次元空間内に運転手の視点や視野は設定される。こういった視点や視野に基づき仮想三次元空間内で道路データ４８中のポリゴンデータや不動産データ４９中のポリゴンデータは特定される。特定されたポリゴンデータは規定の投影面上に座標変換される。こうして描画回路３８ではポリゴンデータに基づきスクリーン１８に映し出される画像が形成される。同様に、ディスプレイ装置２３、２４で映し出される画像は形成される。画像は所定の時間間隔で変化する。

仮想車両の位置の特定にあたってＣＰＵ３１では所定の時間間隔ごとに仮想車両の移動距離が算出される。移動距離の算出にあたってＣＰＵ３１は仮想車両の車速を算出する。算出にあたってＣＰＵ３１は一定の時間間隔でアクセルペダル３３の踏み込み量およびブレーキペダル３５の踏み込み量を参照する。

４輪シミュレータ装置１１上で運転手がアクセルペダル３３を踏むと、踏み込み量が検出される。こういった検出は例えば一定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で実施されればよい。検出された踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。ＣＰＵ３１は、予め決められた関係式に基づき踏み込み量から仮想車両の加速度を導き出す。加速度は仮想車両の前進方向で特定される。同時に、ＣＰＵ３１はその位置の仮想車両で重力に基づく減速度を算出する。こうして得られる加速度および減速度に基づき仮想車両の前進加速度が算出される。

続いてＣＰＵ３１は前進加速度から仮想車両の車速を算出する。例えば前述の時間間隔で前進加速度の積分値が算出される。この車速に基づき移動距離は導き出される。例えば前述の時間間隔で車速の積分値が算出されればよい。こうして所定の時間間隔ごとに移動距離は特定される。こういった移動距離に基づき道路上で仮想車両の位置は特定される。こうして時間の経過に伴って仮想三次元空間内で仮想車両は走行する。

４輪シミュレータ装置１１上で運転手がブレーキペダル３５を踏むと、踏み込み量が検出される。こういった検出は例えば一定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で実施されればよい。検出された踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。ＣＰＵ３１は、予め決められた関係式に基づき踏み込み量から仮想車両の減速度を導き出す。減速度は仮想車両の前進方向で特定される。同時に、ＣＰＵ３１はその位置の仮想車両で重力に基づく減速度を算出する。こうして得られる減速度に基づき仮想車両の前進減速度が算出される。

続いてＣＰＵ３１は前進減速度から仮想車両の車速を算出する。前述と同様に、前進減速度の積分値が算出される。この積分値は車速の減速分に相当する。以前の車速から積分値が差し引かれると、その位置の車速が得られる。車速に基づき移動距離は導き出される。こうして時間の経過に伴って仮想三次元空間内で仮想車両の減速は再現される。

自車座標系データ５１の座標変換にあたってＣＰＵ３１では所定の時間間隔で自車座標系データ５１に固有の三次元座標系の姿勢が特定される。こういった特定にあたってＣＰＵ３１は仮想車両のピッチ角およびロール角を算出する。ピッチ角の算出にあたってＣＰＵ３１は前述の加減速度を利用する。ロール角の算出にあたってＣＰＵ３１は仮想車両のヨー角を特定する。ヨー角の特定にあたってＣＰＵ３１は一定の時間間隔でステアリング１７の回転量を参照する。

４輪シミュレータ装置１１上で運転手がステアリング１７を回すと、回転量が検出される。こういった検出は、前述と同様に、例えば一定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で実施されればよい。検出された回転量はＣＰＵ３１に通知される。ＣＰＵ３１は、予め決められた関係式に基づき回転量から仮想車両のヨー角を導き出す。こうして一定の時間間隔ごとにヨー角の変化量は特定される。ＣＰＵ３１は、ヨー角の変化量と前述の車速とに基づき所定の関係式に従って仮想車両の横方向加速度を導き出す。この横方向加速度は旋回時の慣性力に相当する。こうして算出される横方向加速度に基づきＣＰＵ３１は仮想車両のロール角を算出する。算出にあたって任意の関係式が用いられればよい。

サーボシリンダ１３、１３…の制御にあたってＣＰＵ３１は前述のピッチ角およびロール角を利用する。例えば、ピッチ角の確立にあたって個々のサーボシリンダ１３、１３…に要求される伸縮量と、ロール角の確立にあたって個々のサーボシリンダ１３、１３…に要求される伸縮量とが個別に算出される。２つの伸縮量は重ね合わせられる。こうして模擬車体１２では仮想車両の挙動が再現される。設定されるピッチ角に基づき模擬車体１２はｘ軸回りで回転する。こうして教習生は加速感や減速感を体験することができる。同時に、教習生は旋回時の横方向加速感を体験することができる。こういった模擬車体１２の挙動がスクリーン１８の視覚効果と相俟って４輪シミュレータ装置１１では臨場感に溢れる模擬走行が実現されることができる。

いま、４輪シミュレータ装置１１で実際の教習行路上の走行が再現される場面を想定する。走行の再現にあたってＣＰＵ３１は、ヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２を取得する。ここでは、４輪シミュレータ装置１１のメモリカードドライブ５７にメモリカード５８が差し込まれる。メモリカード５８には予め教習用車両からヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２が取り込まれる。実地検証モジュール４６の実行にあたってＣＰＵ３１はＲＡＭメモリ４７上にヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２を保持すればよい。ヨー角速度データ５９や速度データ６１、車間距離データ６２は実地検証モジュール４６の実行に先立って予めメモリカード５８から記憶装置４３に取り込まれてもよい。

図３に示されるように、教習用車両６５上にはＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）６６が構築される。ＣＡＮ６６には例えばヨー角速度センサ６７、速度計６８およびミリ波レーダ６９が接続される。コントローラ７１は任意の時間間隔（例えば０．１秒間隔）でヨー角速度センサ６７からヨー角速度を取得する。同様に、コントローラ７１は任意の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で速度計６８から車速［ｋｍ／ｈ］を取得する。同様に、コントローラ７１は任意の時間間隔（例えば０．１秒間隔）でミリ波レーダ６９から車間距離［ｍ］を取得する。車間距離の取得にあたってミリ波レーダ６９は前方に向かってミリ波を発信する。このミリ波レーダ６９は先行車から反射するミリ波に基づき車間距離を計測する。ミリ波レーダ６９は、１６°の放射角で前方１００［ｍ］の放射範囲７２内に存在する先行車に対して車間距離を計測することができる。取得されたヨー角速度や車速、車間距離は任意の記憶装置（図示されず）に格納されればよい。

教習用車両６５上にはＰＣカード拡張パック７３が搭載される。ＰＣカード拡張パック７３はＣＡＮ６６に接続される。ＰＣカード拡張パック７３はＣＡＮインターフェースカード７４を受け入れる。ＣＡＮインターフェースカード７４には例えば一般のＰＤＡ（携帯情報端末）７５やモバイルＰＣ（パーソナルコンピュータ）が接続されることができる。こういったＰＤＡ７５やモバイルＰＣの働きでメモリカード５８にはヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２が取り込まれることができる。

前述のように、仮想移動経路データ５２では教習行路は直線および曲線で表現される。ここでは、図４から明らかなように、教習行路８１は長さ１０００［ｍ］の第１直線域８２ａと、長さ７００［ｍ］の第２および第３直線域８２ｂ、８２ｃと、長さ４００［ｍ］の第４直線域８２ｄとを備える。第１直線域８２ａと第２直線域８２ｂとの間や第２直線域８２ｂと第３直線域８２ｃとの間、第４直線域８２ｄと第１直線域８２ａとの間はそれぞれ曲率半径５０［ｍ］のカーブ８３ａ〜８３ｃで接続される。第３直線域８２ｃと第４直線域８２ｄとの間は曲率半径３５０［ｍ］のカーブ８３ｄで接続される。直線域８２ａ〜８２ｄ同士の内角は９０°に設定される。第１直線域８２ａ上に走行開始位置８４が設定される。個々のカーブ８３ａ〜８３ｄの開始位置や終了位置は走行開始位置８４からの走行距離に基づき特定される。

こうして教習行路８１が決定されると、教習行路８１に固有の基準ヨー角速度データ５５が構築される。図４に示されるように、基準ヨー角速度データ５５では教習行路８１上でヨー角速度の極大値の位置が特定される。ここでは、ヨー角速度はカーブ８３ａ上の基準地点Ｍ１で極大値を示す。同様に、ヨー角速度はカーブ８３ｂ上の基準地点Ｍ２で極大値を示す。ヨー角速度はカーブ８３ｄ上の基準地点Ｍ３で極大値を示す。ヨー角速度はカーブ８３ｃ上の基準地点Ｍ４で極大値を示す。基準地点Ｍ１〜Ｍ４の位置は、前述と同様に、仮想三次元空間に固有の三次元座標系に基づき特定される。

同様に、こういった教習行路８１に基づき仮想移動経路データ５２ではヨー角データが構築される。例えば、ヨー角データでは、個々のカーブ８３ａ〜８３ｄに対して開始位置および終了位置の間で所定の走行距離ごとにヨー角が記述される。ヨー角の計測にあたって、例えば走行開始位置８４に設定される自車座標系データ５１の三次元座標系が基準に設定される。

例えば図５に示されるように、一般に、教習生は実地の教習行路上で教習用車両を蛇行させる。教習用車両は教習行路８１から外れた走行経路８６を辿る。こうして蛇行する教習用車両に基づきヨー角速度は測定される。したがって、図６に示されるように、たとえ直線域であってもヨー角速度は微妙に変化する。測定されるヨー角速度では教習行路上の基準地点Ｍ１〜Ｍ４で極大値が現れる。こういった測定結果によれば、極大値の順番に応じて特定の基準地点Ｍ１〜Ｍ４は特定されることができる。ただし、走行経路８６上で極大値同士の間で特定される走行距離は教習行路８１上で基準地点Ｍ１〜Ｍ４同士の間隔よりも増大する。

実地検証モジュール４６が実行されると、規定の時間間隔でヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２がＣＰＵ３１に取り込まれる。速度データ６１および車間距離データ６２に基づき前述のシミュレーションプログラム４５に従って画像データが生成されると同時にサーボシリンダ１３、１３…の伸縮は制御される。こうして視覚および加速度の体感に基づき座席１５上の教習生は４輪シミュレータ装置１１上で客観的に自己の運転を体感することができる。前述のように仮想三次元空間内で正確に運転手の視点や視線が再現されることから、スクリーン１８上には違和感なく画像が映し出されることができる。

画像データの生成にあたって、ＣＰＵ３１では仮想移動経路データ５２に基づき仮想三次元空間内に教習行路８１が構築される。例えば図７に示されるように、ＣＰＵ３１はステップＳ１で初期化を実施する。Ｎ＝１が設定される。続いて、ステップＳ２で、ヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２がＣＰＵ３１に取り込まれる。同時に、後続のヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２がＣＰＵ３１に取り込まれる。

続いて、ＣＰＵ３１は、ステップＳ３で、ヨー角速度データ５９で特定される実測値のヨー角速度と閾値とを比較する。閾値は例えば走行中の車両の実測に基づき導き出されればよい。閾値は、例えば第１〜第４直線域８２ａ〜８２ｄで教習用車両６５の蛇行に基づき実測されるヨー角速度よりも大きく設定されればよい。こうして各カーブ８３ａ〜８３ｄで実測されるヨー角速度と、各直線域８２ａ〜８２ｄで蛇行に基づき実測されるヨー角速度とは区別されることができる。

実測値のヨー角速度が閾値よりも小さいことが確認されると、ＣＰＵ３１は、ステップＳ４で、教習行路８１上で仮想車両の位置を特定する。位置の特定にあたって仮想車両の走行距離が算出される。仮想三次元空間内では教習行路８１は「線」で表現されることから、走行距離だけで教習行路８１上で仮想車両の位置は特定されることができる。ＣＰＵ３１は、走行距離の算出にあたって速度データ６１から実測値の車速を取り込む。所定の時間間隔にわたって車速の積分値が算出される。こうして所定の時間間隔内の走行距離は導き出される。

ＣＰＵ３１は、ステップＳ５で、特定される位置に基づき仮想三次元空間内で教習生の視点や視野を設定する。続いて、ＣＰＵ３１は、ステップＳ６で、車間距離データ６２に基づき先行車の位置を特定する。前述のように仮想三次元空間内では教習行路８１は「線」で表現されることから、前述の走行距離に実測の車間距離が足し合わせられると、教習行路８１上で先行車の位置は特定されることができる。こうして先行車の位置が決定されると、ＣＰＵ３１はステップＳ７で仮想移動経路データ５２中のヨー角データに基づき先行車のヨー角すなわち向きを特定する。

ＣＰＵ３１は、ステップＳ８で、設定した視点や視野に基づき仮想移動経路データ５２中のポリゴンデータや周辺地理データ５３中のポリゴンデータを特定する。同時に、ＣＰＵ３１は、設定した先行車の位置や向きに基づき先行車座標系データ５４中のポリゴンデータを特定する。特定されたポリゴンデータは規定の投影面上に座標変換される。こうしてポリゴンデータに基づきスクリーン１８に映し出される画像は形成される。アクセルペダル３３、ブレーキペダル３５およびステアリング１７が操作されなくても、時々刻々とスクリーン１８上には画像が映し出される。同時に、時々刻々と模擬車体１２の姿勢は変化する。こうしてスクリーン１８に映し出される画像内では、例えば図８に示されるように、先行車の後ろ姿８５は再現されることができる。教習生は客観的に自己の車間距離を体感することができる。その後、ＣＰＵ３１の処理はステップＳ２に戻る。ＣＰＵ３１はステップＳ２でさらに後続のヨー角速度データ５９、速度データ６１および車間距離データ６２を取り込む。続いてＣＰＵ３１の処理はステップＳ３に復帰する。

その一方で、ステップＳ３で、実測値のヨー角速度が閾値以上に到達したことが確認されると、ＣＰＵ３１の処理はステップＳ９に進む。ＣＰＵ３１は、ステップＳ９で、実測値のヨー角速度が極大値に到達したか否かを判定する。判定にあたって、ＣＰＵ３１は、実測値のヨー角速度と後続の実測値のヨー角速度とを比較する。後続のヨー角速度が先行のヨー角速度を上回る場合には、ヨー角速度は極大値に到達していないと判断される。このとき、ＣＰＵ３１の処理はステップＳ４に復帰する。

その一方で、ステップＳ９で、後続のヨー角速度が先行のヨー角速度を下回ると、先行のヨー角速度が極大値に到達したと判断される。ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０で、教習行路８１上で仮想車両の位置を特定する。位置の特定にあたってＣＰＵ３１は基準ヨー角速度データ５５中の座標値を参照する。ＣＰＵ３１はＮの値に応じてＮ番目の基準地点を選択する。Ｎ＝１であれば、１番目の基準地点Ｍ１の座標値がＣＰＵ３１に取り込まれる。その後、ステップＳ１１でＮ＝Ｎ＋１が設定される。続いてＣＰＵ３１の処理はステップＳ５に復帰する。こうしてヨー角速度データ５９に極大値が現れるたびに、順番に基準地点Ｍ１〜Ｍ４は選択される。

以上のような４輪シミュレータ装置１１では、ヨー角速度データ５９で特定されるヨー角速度の極大値の位置と、基準ヨー角速度データ５５で特定されるヨー角速度の極大値の位置とが関連付けられる。こうして走行経路８６上の教習用車両６５の位置は教習行路８１上で特定されることができる。ＣＰＵ３１は仮想移動経路データ５２中のポリゴンデータや周辺地理データ５３中のポリゴンデータ、先行車座標系データ５４中のポリゴンデータを正確に特定することができる。教習用車両６５で実測された車速や車間距離は教習行路８１上の正確な位置で再現されることができる。よりリアルに実地の運転状況が再現されることができる。

なお、基準ヨー角速度データ５５には、教習行路８１上で仮想車両のヨー角速度がゼロを示す位置が記述されてもよい。位置は、前述と同様に、仮想三次元空間に固有の三次元座標系に基づき特定される。車両の走行中、カーブの開始位置や終了位置でヨー角速度はゼロを示す。こうして、ヨー角速度データ５９で特定されるヨー角速度がゼロの位置と、基準ヨー角速度５５で特定されるヨー角速度がゼロの位置との関連付けに基づき、走行経路８６上の教習用車両６５の位置は教習行路８１上で特定されることができる。

その他、教習行路８１上で仮想車両の位置の特定にあたって、ヨー角が用いられてもよい。例えば図９に示されるように、記憶装置４３にはヨー角速度データ５９に代えてヨー角データ９１が格納される。ヨー角データ９１には一定の時間間隔で教習用車両６５のヨー角が記述される。ヨー角の算出にあたってヨー角速度データ５９で特定されるヨー角速度が用いられる。例えば前述の時間間隔でヨー角速度の積分値が算出されればよい。ヨー角の特定にあたって、例えば走行開始位置８４に設定される自車座標系データ５１の三次元座標系が基準に設定される。

同様に、記録装置４３には基準ヨー角速度データ５５に代えて基準ヨー角データ９２が格納される。基準ヨー角データ９２には、教習行路８１上で最初に代表値すなわち９０度、１８０度、２７０度、３６０度のヨー角を示す位置が記述される。ヨー角は、例えば走行開始位置８４に設定される自車座標系データ５１の三次元座標系を基準に特定される。図１０に示されるように、ヨー角はカーブ８３ａの終了位置すなわち基準地点Ｅ１で最初に９０度を示す。同様に、ヨー角はカーブ８３ｂの終了位置すなわち基準地点Ｅ２で最初に１８０度を示す。ヨー角はカーブ８３ｄの終了位置すなわち基準地点Ｅ３で最初に２７０度を示す。カーブ８３ｃの終了位置すなわち基準地点Ｅ４で最初に３６０度を示す。その他、前述の実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。

前述されるように、教習生は実地の教習行路上で教習用車両を蛇行させる。教習用車両は教習行路８１から外れた走行経路８６を辿る。こうして蛇行する教習用車両に基づきヨー角速度は測定される。したがって、図１１に示されるように、たとえ直線域であってもヨー角は微妙に変化する。算出されるヨー角では教習行路上の基準地点Ｅ１〜Ｅ４で順番に最初に９０度、１８０度、２７０度、３６０度が現れる。こういった算出結果によれば、ヨー角の値に応じて基準地点Ｅ１〜Ｅ４は特定されることができる。ただし、走行経路８６上で基準地点Ｅ１〜Ｅ４同士の間で特定される走行距離は教習行路８１上の基準地点Ｅ１〜Ｅ４同士の間隔よりも増大する。

こうした４輪シミュレータ装置１１では、画像データの生成にあたって、前述と同様に、ＣＰＵ３１では仮想移動経路データ５２に基づき仮想三次元空間内に教習行路８１が構築される。例えば図１２に示されるように、ＣＰＵ３１はステップＴ１でヨー角データ９１、速度データ６１および車間距離データ６２を取り込む。続いて、ＣＰＵ３１は、ステップＴ２で、ヨー角データ９１で特定されるヨー角が代表値すなわち９０度、１８０度、２７０度、３６０度のいずれかに到達したかを判定する。

ヨー角が代表値に到達していないことが確認されると、ＣＰＵ３１は、ステップＴ３で、教習行路８１上で仮想車両の位置を特定する。位置の特定にあたって仮想車両の走行距離が算出される。ＣＰＵ３１は、走行距離の算出にあたって速度データ６１から実測値の車速を取り込む。所定の時間にわたって車速の積分値が算出される。こうして所定の時間間隔内の走行距離は導き出される。ステップＴ４では、特定される位置に基づき仮想三次元空間内で教習生の視点や視野が設定される。ＣＰＵ３１は、ステップＴ５で、車間距離データ６２に基づき先行車の位置を特定する。こうして先行車の位置が決定されると、ＣＰＵ３１はステップＴ６で仮想移動経路データ５２中のヨー角データに基づき先行車のヨー角すなわち向きを特定する。

ＣＰＵ３１は、ステップＴ７で、設定した視点や視野に基づき仮想移動経路データ５２中のポリゴンデータや周辺地理データ５３中のポリゴンデータを特定する。同時に、ＣＰＵ３１は先行車座標系データ５４に基づき仮想三次元空間内で先行車のポリゴンデータを特定する。特定されたポリゴンデータは規定の投影面上に座標変換される。こうしてポリゴンデータに基づきスクリーン１８に映し出される画像は形成される。教習生は客観的に自己の走行を体感することができる。その後、ＣＰＵ３１の処理はステップＴ２に復帰する。

その一方で、ステップＴ２で、ヨー角が代表値に到達したことが確認されると、ＣＰＵ３１の処理はステップＴ８に進む。ＣＰＵ３１は、ステップＴ８で、教習行路８１上で仮想車両の位置を特定する。位置の特定にあたってＣＰＵ３１は基準ヨー角データ９２中の座標値を参照する。ＣＰＵ３１は代表値に応じて基準地点を特定する。例えばヨー角が９０度であれば、基準地点Ｅ１の座標値がＣＰＵ３１に取り込まれる。その後、ＣＰＵ３１の処理はステップＴ４に復帰する。

以上のように、ヨー角データ９１で特定されるヨー角に基づき走行経路８６上の教習用車両６５の位置は教習行路８１上で特定される。ＣＰＵ３１は仮想移動経路データ５２中のポリゴンデータや周辺地理データ５３中のポリゴンデータ、先行車座標系データ５４中のポリゴンデータを正確に特定することができる。教習用車両６５で実測された車速や車間距離は教習行路８１上の正確な位置で再現されることができる。よりリアルに実地の運転状況が再現されることができる。

本発明に係る移動体シミュレータ装置の一具体例すなわち自動車教習用４輪シミュレータ装置の外観を概略的に示す斜視図である。 ４輪シミュレータ装置の制御系を概略的に示すブロック図である。 教習用車両の概念を概略的に示すブロック図である。 仮想移動経路データの構造を概略的に示す概念図である。 実際の走行経路を示す概念図である。 ヨー角速度データの具体例を示す図である。 画像の生成工程を概略的に示すフローチャートである。 先行車の後ろ姿を含む画像を概略的に示す概念図である。 一変形例に係る４輪シミュレータ装置の制御系を概略的に示すブロック図である。 教習行路上の位置を示す概念図である。 ヨー角データの具体例を示す図である。 画像の生成工程を概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 移動体シミュレータ装置としての４輪シミュレータ装置、１９ 再現手段としてのプロジェクタ、３１ データ生成手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）、４３ 第１〜第３記憶装置、４５ 移動体シミュレータ装置用制御プログラムとしてのシミュレーションプログラム、４６ 移動体シミュレータ装置用制御プログラムとしての実地検証モジュール、５６ 基準ヨー角速度データ、５８ 第１および第２記憶装置としてのメモリカード、５９ ヨー角速度データ、６１ 事象データとしての速度データ、６２ 事象データとしての車間距離データ、８１ 移動経路としての教習行路、８４ 走行開始位置としての基準位置、９１ ヨー角データ、９２ 基準ヨー角データ。

Claims (8)

1. 基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データを格納する第１記憶装置と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを格納する第２記憶装置と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データを格納する第３記憶装置と、ヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成するデータ生成手段と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する再現手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置。
2. 請求項１に記載の移動体シミュレータ装置において、前記データ生成手段は、前記データの生成にあたって、前記基準ヨー角速度データで特定されるヨー角速度の極大値に、前記ヨー角速度データで特定されるヨー角速度の極大値を関連付けることを特徴とする移動体シミュレータ装置。
3. 基準位置から距離ごとに移動体のヨー角を特定するヨー角データを格納する第１記憶装置と、基準位置から距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを格納する第２記憶装置と、移動体の移動経路に移動体のヨー角を関連付ける基準ヨー角データを格納する第３記憶装置と、ヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成するデータ生成手段と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する再現手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置。
4. 基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データを取得する手順と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データを取得する手順と、ヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置の制御方法。
5. 請求項４に記載の移動体シミュレータ装置の制御方法において、前記データの生成にあたって、前記基準ヨー角速度データで特定されるヨー角速度の極大値に、前記ヨー角速度データで特定されるヨー角速度の極大値を関連付けられることを特徴とする移動体シミュレータ装置の制御方法。
6. 基準位置から距離ごとに移動体のヨー角を特定するヨー角データを取得する手順と、基準位置から距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角を関連付ける基準ヨー角データを取得する手順と、ヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置の制御方法。
7. 基準位置からの距離ごとに移動体のヨー角速度を特定するヨー角速度データを取得する手順と、基準位置からの距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角速度を関連付ける基準ヨー角速度データを取得する手順と、ヨー角速度データおよび基準ヨー角速度データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを演算処理回路に実行させることを特徴とする移動体シミュレータ装置用制御プログラム。
8. 基準位置から距離ごとに移動体のヨー角を特定するヨー角データを取得する手順と、基準位置から距離ごとに移動体の事象を特定する事象データを取得する手順と、移動体の移動経路に移動体のヨー角を関連付ける基準ヨー角データを取得する手順と、ヨー角データおよび基準ヨー角データに基づき移動経路に移動体の事象を関連付けるデータを生成する手順と、生成されるデータに基づき移動体の事象を再現する手順とを演算処理回路に実行させることを特徴とする移動体シミュレータ装置用制御プログラム。

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