JP2008152216A - シミュレータ装置及び振動発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より良い臨場感を得ることが可能なシミュレータ装置を提供する。
【解決手段】表示装置上に表示されるシミュレータ画面を見ながら予め決められたコース上において運転者の運転操作に応じて移動体の運動特性を再現するシミュレータ装置であって、コース上の運転中に移動体に発生する振動を再現する加振手段と、移動体の運転操作を行う操作手段と、操作手段における操作量情報と加振手段により発生させるべき振動の周波数及び振幅の情報が関係付けられた周波数変換テーブルと、操作手段における操作量を検出し、検出した該操作量に関係付けられた振動の周波数と振幅を周波数テーブルから読み出して、読み出した周波数と振幅の情報に基づく振動を発生させるように加振手段を制御する制御手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や飛行機等の移動体の運転を疑似体験するシミュレータ装置に係わり、特に運転中に発生する振動を再現する振動発生方法に関する。

従来から、ドライビングシミュレータの運転席に運転模擬振動を与える振動発生装置を簡単かつ低コストで実現するために、車体の前部または後部の一方を支点とし、他方に車体を加振する加振装置を具備し、前記支点に対し前記加振装置で前記車体を揺動させるシミュレータの揺動発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、車体の前部または後部のどちらか一方に支点を、他方に加振力を発生する加振装置を設置したため、車体の揺動模擬に必要十分な、振動数及び振幅を簡単かつ正確に発生することができるともに、乗物の運転席の重量は、支点で支えることができるため、大きな加振力を必要とせず、加振、揺動装置を小形化することができ、低コスト化を図ることができるものである。
特開平０７−１９９７８８号公報

ところで、従来の運転シミュレータ装置は、筐体に対してアクチュエータによって動きを与えることにより運転対象の移動体の運動特性（ヨー、ピッチ、ロール等の動き）の再現に重点が置かれており、筐体が小さく振動するエンジンの振動等を再現することができないという問題がある。運動特性の再現は、移動体が一定速度で直進するなどの定常状態の場合には、筐体に与える動きが少ないために、運転者は、臨場感の感じ方が小さくなってしまい運転中であることを感じにくいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、より良い臨場感を得ることが可能なシミュレータ装置及び振動発生方法を提供することを目的とする。

本発明は、表示装置上に表示されるシミュレータ画面を見ながら予め決められたコース上において運転者の運転操作に応じて移動体の運動特性を再現するシミュレータ装置であって、前記コース上の運転中に前記移動体に発生する振動を再現する加振手段と、前記移動体の運転操作を行う操作手段と、前記操作手段における操作量情報と前記加振手段により発生させるべき振動の周波数及び振幅の情報が関係付けられた周波数変換テーブルと、前記操作手段における操作量を検出し、検出した該操作量に関係付けられた振動の周波数と振幅を前記周波数変換テーブルから読み出して、読み出した周波数と振幅の情報に基づく振動を発生させるように前記加振手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、前記加振手段は、リニアアクチュエータに支持された補助質量を発生するべき振動の方向に振動させることを特徴とする。

本発明は、前記補助質量の振動方向が異なる前記加振手段を複数備えたことを特徴とする。

本発明は、前記リニアアクチュエータは、レシプロモータであることを特徴とする。

本発明は、前記周波数変換テーブルは、想定される自動車のエンジン形式と自動車走行状態に応じた前記エンジンの点火周波数に基づいて、発生させるべき振動の周波数及び振幅の情報が定義されていること特徴とする。

本発明は、表示装置上に表示されるシミュレータ画面を見ながら予め決められたコース上において運転者の運転操作に応じて移動体の運動特性を再現するために、前記コース上の運転中に前記移動体に発生する振動を再現する加振手段と、前記移動体の運転操作を行う操作手段と、前記操作手段における操作量情報と前記加振手段により発生させるべき振動の周波数と振幅の情報が関係付けられた周波数変換テーブルとを備えたシミュレータ装置において振動を発生させる振動発生方法であって、前記操作手段における操作量を検出し、検出した該操作量に関係付けられた振動の周波数と振幅を前記周波数変換テーブルから読み出して、読み出した周波数と振幅に基づく振動を発生させるように前記加振手段を制御する制御ステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、運転対象の移動体の運動特性の再現とは別に、エンジン等の振動（周波数が高く振幅が小さい振動）を再現する加振手段を設け、運転者が行った操作に応じて、予め記憶されている振動特性に基づいて振動を発生させるようにしたため、実際の移動体に近い状態で運転を行うことができる。特に、移動体の運動特性の動きに加えて、筐体が小さく振動するエンジンの振動等を再現することができるため、より良い臨場感を運転者に与えることが可能になるという効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態によるシミュレータ装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。ここでは、自動車の運転シミュレータ装置を例にして説明する。この図において、符号１は、シミュレータ装置の動作を統括して制御を行う制御部である。符号２は、自動車の運転に必要な操作を行う操作部であり、ステアリングホイールやペダル等から構成する。操作部２は、運転者がステアリングホイールやペダル等を操作した場合の操作量情報（切り角や踏み込み量等の情報）を出力する。符号３は、自動車の前景画像を表示する表示部である。符号４は、自動車の車体に相当する筐体（以下、車体と称する）である。符号５は、車体４上に配置される運転者用のシートである。符号６は、擬似運転を行うための道路形状に関するデータが予め記憶されたコースデータ記憶部である。符号７は、コースデータや運転者による操作に基づいて、運転中の自動車の運動特性を再現するために、車体４に対してヨー、ピッチ、ロール等の動きを加えるアクチュエータで構成する運動特性再現部である。符号８は、運動特性再現部７において再現されないエンジン等の振動（周波数が高く振幅が小さい振動）を再現するために、補助質量（おもり）９を振動させるレシプロモータ（リニアアクチュエータ）である。符号１０は、レシプロモータ８を駆動する駆動回路である。符号１１は、車体４に振動を発生させるために、操作部２における操作量情報と、補助質量９の振動周波数及び振幅の情報が関係付けられた周波数変換テーブルである。周波数変換テーブル１１は、想定される自動車のエンジン形式と自動車走行状態に応じたエンジンの点火周波数に基づいて、発生させるべき振動の周波数及び振幅の情報が定義されている。

ここで、図３を参照して、図１に示すレシプロモータ８と補助質量９の構成を説明する。図３において、符号１２は、レシプロモータ８を構成する固定子であり、車体４に固定される。符号１３は、レシプロモータ８を構成する可動子であり、駆動回路１０から出力される駆動信号に応じて往復動（図３の紙面では上下動）を行う。レシプロモータ８は、車体４に発生させるべき振動の方向と可動子１３の往復動方向（推力方向）とが一致するように、車体４に固定されている。符号１４は、可動子１３及び補助質量１１を推力方向に移動可能なように支持する板バネである。符号１５は、可動子１３と補助質量１１を接合する軸であり、板バネ１４によって支持されている。駆動回路１０から出力される振動周波数と振幅の信号に基づいて、可動子１３が往復動を行うことにより、補助質量９が振動して、車体４に振動を発生させることができる。

なお、レシプロモータ８と補助質量９とからなる振動発生手段（加振手段）を、車体４上に複数設け、それぞれ異なる方向の振動を発生させるように構成されていてもよい。

次に、図２を参照して、図１に示すシミュレータ装置の動作を説明する。まず、運転者によってシミュレータ装置の動作開始が指示されると、制御部１は、コースデータ記憶部６に記憶されているコースデータを読み込む（ステップＳ１）。そして、制御部１は、読み込んだコースデータのうち運転する自動車の前景画像のデータを表示部３へ出力することにより、表示部３に前景画像を表示する（ステップＳ２）。

これと並行して、制御部１は、運転者がステアリングホイールやペダルを操作することにより、操作部２から出力されるステアリングホイールの切り角やペダルの踏み込み量等の情報を読み取る（ステップＳ３）。そして、制御部１は、読み取った操作量情報と、運転する自動車が備えている運動特性（再現するべき運動特性）に基づいて、現時点で再現するべき運動特性を求める。例えば、ステアリングホイールを切った場合は、ロール特性の再現を行うための運動特性であり、ブレーキを踏んだ場合は、ピッチ特性の再現を行うための運動特性などである。制御部１は、求めた運動特性を再現するために、運動特性再現部７に対して、この運動特性を再現する制御信号を出力する（ステップＳ４）。これにより、運動特性再現部７のアクチュエータが車体４に対して動きを与えることになり、車体４は、ヨー、ピッチ、ロール等の動きが再現される。

また制御部１は、読み取った操作量に関係付けられた補助質量９の振動周波数及び振幅の情報を周波数変換テーブル１１から読み出す（ステップＳ５）。このとき、制御部１は、想定される自動車のエンジン形式と自動車走行状態に応じたエンジンの点火周波数に基づいて、該当する振動周波数及び振幅の情報を周波数変換テーブル１１から読み出す。そして、制御部１は、読み出した振動周波数及び振幅を駆動回路１０へ出力する。これを受けて、駆動回路１０は、補助質量９が制御部１から出力された振動周波数及び振幅で振動するように電流を制御して、レシプロモータ８を駆動する（ステップＳ６）。これにより補助質量９が制御部１から出力された振動周波数及び振幅で振動することになり、車体４に対して振動を加えることになる。制御部１は、ステップＳ１〜Ｓ６の動作を繰り返し行うことにより、コースデータ記憶部６に記憶されているコース上の運転動作を再現する。

このように、運転対象の自動車の運動特性の再現とは別に、エンジン等の振動（周波数が高く振幅が小さい振動）を再現するために、補助質量９を振動させるレシプロモータ８を設け、運転者が行った操作に応じて、予め記憶されている振動特性（周波数変換テーブル１１に記憶されている周波数と振幅）に基づいて振動を発生させるようにしたため、実際の自動車に近い状態で運転を行うことができる。特に、自動車の運動特性であるヨー、ピッチ、ロールの動きに加えて、車体４が小さく振動するエンジンの振動等を再現することができる。また、予め振動特性を周波数変換テーブル１１に記憶しておくことにより、４気筒エンジンと６気筒エンジンの振動の違いなどを再現することができるため、より良い臨場感を運転者に与えることが可能となる。

なお、周波数変換テーブル１１に走行路の状態に応じた振動特性を記憶しておき、読み出したコースデータに対応する振動特性を車体４において再現することにより、走行路の違いにより発生する振動の違いを再現するようにしてもよい。このようにすることにより、ピッチ特性やロール特性に反映するほどではない路面の微妙な違いを再現することが可能となる。

また、レシプロモータ８と補助質量９とからなる振動発生手段（加振手段）を操作部２に設け、運転状況に応じてステアリングホイールやシートなどの運転者が接触する部分に対して直接振動を加えるようにしてもよい。このようにすることにより、さらに臨場感を運転者に対して与えることが可能となる。

また、前述した説明においては、自動車を運転するシミュレータ装置を例にして説明したが、本願発明によるシミュレータ装置は、飛行機、船舶、鉄道等の移動体にも同様に適用可能である。また、本発明によるシミュレータ装置はゲーム機等にも応用が可能である。

なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより振動発生処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示すレシプロモータ８及び補助質量９の構成を示す図である。

符号の説明

１・・・制御部、２・・・操作部、３・・・表示部、４・・・車体（筐体）、５・・・シート、６・・・コースデータ記憶部、７・・・運動特性再現部、８・・・レシプロモータ、９・・・補助質量、１０・・・駆動回路、１１・・・周波数変換テーブル、１２・・・固定子、１３・・・可動子、１４・・・板バネ、１５・・・軸

Claims (6)

1. 表示装置上に表示されるシミュレータ画面を見ながら予め決められたコース上において運転者の運転操作に応じて移動体の運動特性を再現するシミュレータ装置であって、
   前記コース上の運転中に前記移動体に発生する振動を再現する加振手段と、
   前記移動体の運転操作を行う操作手段と、
   前記操作手段における操作量情報と前記加振手段により発生させるべき振動の周波数及び振幅の情報が関係付けられた周波数変換テーブルと、
   前記操作手段における操作量を検出し、検出した該操作量に関係付けられた振動の周波数と振幅を前記周波数変換テーブルから読み出して、読み出した周波数と振幅の情報に基づく振動を発生させるように前記加振手段を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするシミュレータ装置。
2. 前記加振手段は、リニアアクチュエータに支持された補助質量を発生するべき振動の方向に振動させることを特徴とする請求項１に記載のシミュレータ装置。
3. 前記補助質量の振動方向が異なる前記加振手段を複数備えたことを特徴とする請求項２に記載のシミュレータ装置。
4. 前記リニアアクチュエータは、レシプロモータであることを特徴とする請求項２に記載のシミュレータ装置。
5. 前記周波数変換テーブルは、想定される自動車のエンジン形式と自動車走行状態に応じた前記エンジンの点火周波数に基づいて、発生させるべき振動の周波数及び振幅の情報が定義されていること特徴とする請求項１に記載のシミュレータ装置。
6. 表示装置上に表示されるシミュレータ画面を見ながら予め決められたコース上において運転者の運転操作に応じて移動体の運動特性を再現するために、前記コース上の運転中に前記移動体に発生する振動を再現する加振手段と、前記移動体の運転操作を行う操作手段と、前記操作手段における操作量情報と前記加振手段により発生させるべき振動の周波数と振幅の情報が関係付けられた周波数変換テーブルとを備えたシミュレータ装置において振動を発生させる振動発生方法であって、
   前記操作手段における操作量を検出し、検出した該操作量に関係付けられた振動の周波数と振幅を前記周波数変換テーブルから読み出して、読み出した周波数と振幅に基づく振動を発生させるように前記加振手段を制御する制御ステップを有することを特徴とする振動発生方法。

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