JP2009002974A - ドライビングシミュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固定台と、固定台上に左右方向に移動可能に載置された横並進台と、固定台1上に旋回可能に載置されたヨー台と、ヨー台上にローリング可能に前後が軸支されたロール台とを備えた。これにより、車体の旋回角度を大きく制御でき、車体がスピンしたときの現象を再現できる。
【選択図】図1
Description
本体102は、6本の電動シリンダにより構成された作動用アクチュエータ101により、上下、前後、左右方向に移動、旋回(ヨーイング)、ローリング、ピッチングされるようになっている(例えば、特許文献1。)。
しかしながら、特許文献1に記載のものは、作動用アクチュエータ101の構成上、旋回(ヨーイング)角、及びローリング(横揺れ)角にはおのずと限界があり、車両がスリップして横に向いたり、更には横転したりした場合の状態を再現することができないという問題がある。
固定台と、該固定台上に左右方向に移動可能に載置された横並進台と、該横並進台上に旋回可能に載置されたヨー台と、該ヨー台上にローリング可能に前後が軸支されたロール台とを備えたことを特徴とする。
前記ヨー台と前記固定台との間に、
前記横並進台上に取り付けられたリング状のヨー用レールと、
前記ヨー台の下面に取り付けられ前記該ヨー用レールに沿ってスライドする複数個のヨー用スライダと、
前記横並進台に取り付けられ前記ヨー台をヨー駆動するヨー駆動装置とを備えたことを特徴とする。
前記ヨー駆動装置は、前記横並進台に取り付けられたヨー軸駆動サーボモータと、該ヨー軸駆動サーボモータの出力を前記ヨー台に伝達する旋回駆動伝達手段とにより構成されていることを特徴とする。
前記ヨー台は前記固定台上に無限旋回可能に載置されていることを特徴とする。
前記ロール台は前記ヨー台上に無限ローリング可能に載置されていることを特徴とする。
前記ヨー台に取り付けられると共に前記ロール台をローリング駆動するロール駆動装置を備えたことを特徴とする。
前記ロール駆動装置は、前記ヨー台に取り付けられたロール軸駆動サーボモータと、該ロール軸駆動サーボモータの出力を前記ロール台に伝達するローリング旋回駆動伝達手段とにより構成されていることを特徴とする。
前記固定台と前記横並進台との間に、
前記固定台上に左右方向に並行に延在して取り付けられた一対の横並進用レールと、
前記横並進台の下面に取り付けられ前記一対の横並進用レールに沿ってスライドする横並進用スライダと、
前記固定台に取り付けられ前記横並進台を横方向に駆動する横並進駆動装置とを備えたことを特徴とする。
前記横並進駆動装置は、前記横並進台の下面の前後方向中央部に取り付けられた横並進用ラックと、前記固定台に取り付けられると共に出力軸に該横並進用ラックに噛み合う横並進用ピニオンを有する横並進サーボモータとにより構成されていることを特徴とする。
前記横並進駆動装置は、前記固定台と前記横並進台との間に介装されたシリンダアクチュエータであることを特徴とする。
前記ヨー台と前記固定台との間に、前記横並進台上に取り付けられたリング状のヨー用レールと、前記ヨー台の下面に取り付けられ前記該ヨー用レールに沿ってスライドする複数個のヨー用スライダと、前記横並進台に取り付けられると共に旋回駆動伝達手段を介して前記ヨー台をヨー駆動するヨー軸駆動サーボモータと、
前記ヨー台に取り付けられると共にローリング旋回駆動伝達手段を介して前記ロール台をローリング駆動するロール軸駆動サーボモータと、
前記固定台と前記横並進台との間に、前記固定台上に左右方向に並行に延在して取り付けられた一対の横並進用レールと、前記横並進台の下面に取り付けられ前記一対の横並進用レールに沿ってスライドする横並進用スライダと、前記固定台に取り付けられ前記横並進台を横方向に駆動する横並進サーボモータと、
前記横並進台の左右方向位置を検出する横並進位置センサと、前記ヨー台のヨー角度を検出するヨー角度センサと、前記ロール台のロール角度を検出するロール角度センサと、制御監視装置とを備え、
該制御監視装置は、
車体スリップ角度目標値、車体横加速度目標値、及び車体横加速度目標値の分配率が入力され記憶される入力器と、
前記入力器から送信された前記車体スリップ角度目標値と前記ヨー角度センサにて検出処理されたヨー角度計測値とに基づき前記ヨー軸駆動サーボモータをPID制御するヨー角度PID制御器と、
前記入力器から送信された前記車体横加速度目標値と分配率とに基づき横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を演算する分配器と、
前記分配器から送信された前記横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を2回積分して横並進変位目標値及びロール角度目標値を演算する2回積分器と、
前記2回積分器から送信された前記横並進変位目標値と横並進位置センサにて検出処理された横変位計測値とに基づき前記横並進サーボモータをPID制御する横並進変位PID制御器と、
前記2回積分器から送信された前記ロール角度目標値と前記ロール角度センサにて検出処理されたロール角度計測値とに基づき前記ロール軸駆動サーボモータをPID制御するロール角度PID制御器とを有していることを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係るドライビングシミュレータの側面図、図2は、同後面図、図3は、同制御ブロック図である。
なお、横並進機構(横並進用ラック、横並進用ピニオン、横並進サーボモータ等)については、図1では図示を省略して図2のみに図示し、シート、ロール軸駆動サーボモータ、ヨー軸駆動サーボモータ等については、図2では図示を省略し、図1のみに図示している。
本発明の実施の形態に係るドライビングシミュレータは、試験場等の床上に設置された固定台1と、固定台1上を左右方向にスライド(横並進)する横並進台2と、横並進台2上を無限旋回するヨー(偏揺れ)台10と、ヨー台10上において左右方向に無限ローリングするロール(横揺れ)台20とにより構成されている。
なお、固定台1、横並進台2、ヨー台10、及びロール台20は、フレーム(枠)状のものとすることにより装置全体を軽量化している。
ここで、図1において、シート28の位置からロール台垂直腕部20bの方向を前方方向とする。
一対の横並進用レール3は、各々ドライビングシミュレータの左右方向に並行に延在している。
各横並進用レール3上には、各々少なくとも2個の横並進用スライダ4が、横並進用レール3に沿ってスライド可能に載置されている。
横並進用スライダ4上には、横並進台2が取り付けられている。
一方、固定台1には、ブレーキ及び減速機付きの横並進サーボモータ7が取り付けられている。
横並進サーボモータ7の出力軸には横並進用ピニオン6が取り付けられており、横並進用ピニオン6は横並進台2の下面の横並進用ラック5に噛み合うようになっている。
なお、横並進位置センサ40は、減速機付きの横並進サーボモータ7の減速機の出力軸の回転数を検出するものでも、内部のサーボモータ自体の回転数を検出するもので良い。
更には、横並進台2の左右方向位置を検出するものでも良い。
ヨー用レール11には、複数個(少なくとも3個)の劣弧片状のヨー用スライダ12が、ヨー用レール11に沿ってスライド(円運動)可能に載置されている。
ヨー用スライダ12上には、ヨー(偏揺れ)台10が取り付けられている。
一方、横並進台2には、図1に図示(図2では図示を省略)のように、ヨー軸駆動サーボモータ取付台19を介して、ブレーキ及び減速機付きのヨー軸駆動サーボモータ18が取り付けられている。
ヨー軸駆動サーボモータ18の出力軸には、ヨー軸駆動プーリ17が取り付けられている。
ヨー軸従動プーリ15及びヨー軸駆動プーリ17には、ヨー軸駆動用ベルト16が掛け回されている。
なお、ヨー軸駆動プーリ17、ヨー軸駆動用ベルト16及びヨー軸従動プーリ15からなる旋回駆動伝達手段はこれに限定されるものではなく、互いに噛み合うギア等により構成しても良い。
また、この旋回駆動伝達手段及びヨー軸駆動サーボモータ18により、横並進台2に取り付けられヨー台10をヨー駆動するヨー駆動装置が構成されている。
なお、ヨー角度センサ41は、減速機付きのヨー軸駆動サーボモータ18の出力軸の回転数を検出するものでも、内部のサーボモータ自体の回転数を検出するもので良い。
更には、ヨー台10の旋回角度を検出するものでも良い。
そして、各ヨー台垂直腕部10bの上端には、後述するロール(横揺れ)台20をローリング(横揺れ)可能に支持するためのロール軸受21a、21bが取り付けられている。
即ち、ロール台20は、シート28、図示略のハンドル、各計測機器等が搭載可能なロール台水平部20aと、ロール台水平部20aの前後端において上方に延在する一対のロール台垂直腕部20bとにより構成されている。
そして、一対のロール台垂直腕部20bの上部には、一対のロール軸22が取り付けられており、各ロール軸22は、ヨー台垂直腕部10bの上端のロール軸受21a、21bにより回動可能に支持されている。
一方、ヨー台10には、ロール軸駆動サーボモータ取付台27を介して、ブレーキ及び減速機付きのロール軸駆動サーボモータ26が取り付けられている。
ロール軸駆動サーボモータ26の出力軸には、ロール軸駆動プーリ25が取り付けられている。
ロール軸従動プーリ23及びロール軸駆動プーリ25には、ロール軸駆動用ベルト24が掛け回されている。
ロール駆動装置
なお、ロール軸駆動プーリ25、ロール軸駆動用ベルト24及びロール軸従動プーリ23からなるローリング旋回駆動伝達手段はこれに限定されるものではなく、互いに噛み合うギア等により構成しても良い。
また、このローリング旋回駆動伝達手段及びロール軸駆動サーボモータ26により、ヨー台10に取り付けられると共にロール台20をローリング駆動するロール駆動装置が構成されている。
なお、ロール角度センサ42は、減速機付きロール軸駆動サーボモータ26の出力軸の回転数を検出するものに限定されるものでも、内部のサーボモータ自体の回転数を検出するもので良い。
更には、ロール台20のロール角度を検出するものでも良い。
図3に図示のように、制御監視装置30は、入力器31、ヨー角度PID制御器32、分配器33、2回積分器34、横並進変位PID制御器35、2回積分器36及びロール角度PID制御器37等により構成されている。
入力器31には、予め、ドライビングシミュレータの試験開始(可動)前に、車体スリップ角度(ヨー角度)目標値、車体横加速度目標値(時系列のデータ、或いは時間波形)、及び車体横加速度目標値の分配率が入力され、記憶されるようになっている。
一方、ヨー角度PID制御器32には、ヨー角度センサ41からヨー軸駆動サーボモータ18の周知の回転数に応じたパルス列が入力される。
ヨー角度PID制御器32では、ヨー角度センサ41からのパルス列、及びヨー軸従動プーリ15、ヨー軸駆動プーリ17の減速比等に基づきに、ヨー台10及びロール台20のヨー(偏揺れ)角度計測値を演算する。
そして、ヨー角度PID制御器32は、車体スリップ角度目標値とヨー角度計測値とに基づきPID演算を行い、ヨー台10のヨー角度が車体スリップ角度目標値になるようにヨー軸駆動サーボモータ18を制御する。
分配器33では、車体横加速度目標値及び分配率に基づき、横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値が演算される。
なお、各分配率は、車体の運転調整段階で搭載体感して実際の乗り心地に近いものが入力器31から入力される。
この分配率は任意の値とすることができ、例えば、50%、50%としても、或いは、上記とは逆に80%、60%としても良い。
2回積分器34では、受信された横並進加速度目標値が2回積分されて横並進変位目標値が演算される。
演算された横並進変位目標値は、横並進変位PID制御器35に送信される。
また、2回積分器36では、受信されたロール角加速度目標値が2回積分されてロール角度目標値が演算される、
演算されたロール角度目標値は、ロール角度PID制御器37に送信される。
横並進変位PID制御器35では、横並進位置センサ40からのパルス列、及び横並進用ラック5、横並進用ピニオン6の減速比等に基づきに、横並進台2、ヨー台10及びロール台20の横変位計測値を演算する。
そして、横並進変位PID制御器35は、横並進変位目標値と横変位計測値とに基づきPID演算を行い、横並進台2の左右方向位置が横並進変位目標値になるように横並進サーボモータ7を制御する。
ロール角度PID制御器37では、ロール角度センサ42からのパルス列、及びロール軸駆動プーリ25、ロール軸従動プーリ23の減速比等に基づきに、ロール台20のロール角度計測値を演算する。
そして、ロール角度PID制御器37は、ロール角度目標値とロール角度計測値とに基づきPID演算を行い、ロール台20のロール角度がロール角度目標値になるようにロール軸駆動サーボモータ26を制御する。
なお、制御監視装置30におけるヨー角度PID制御器32、分配器33、2回積分器34、横並進変位PID制御器35、2回積分器36、ロール角度PID制御器37、及び、横並進位置センサ40、ヨー角度センサ41、ロール角度センサ42からの信号に基づく各角度、位置の演算器は、個々の電子回路ユニット(ICユニットカード)の形態のものに限定されるものではなく、電子計算機における、プログラム(或いはシーケンス)の形態のものも含むものとする。
即ち、従来のものと異なり、無限旋回、無限ローリングできるため、車両運転時のコーナリング時の限界挙動であるドリフト現象、横転現象を再現することができる。
そして、本発明の実施形態に係るドライビングシミュレータを用いて車体の試験を行なうことにより、ステアバイワイヤ型における新しい操縦方式の制御手法の研究、コーナリング限界時の操縦安定性の研究、新しいサスペンションの検討、ドライバの特性を考慮したアシスト制御を含めた新操舵方式の制御手法の研究、人〜自動車系における望ましい車両制御法の研究等が可能となる。
例えば、固定台1を少なくとも3本の上下動用の油圧シリンダにより支持するようにすれば、車体の旋回角度、ローリング角度を大きく制御できる6自由度のドライビングシミュレータとすることができる。
2 横並進台
3 横並進用レール
4 横並進用スライダ
5 横並進用ラック
6 横並進用ピニオン
7 横並進サーボモータ
10 ヨー台
10a ヨー台水平部
10b ヨー台垂直腕部
11 リング状のヨー用レール
12 ヨー用スライダ
13 ヨー軸接続ボス
14 ヨー軸
15 ヨー軸従動プーリ
16 ヨー軸駆動用ベルト
17 ヨー軸駆動プーリ
18 ヨー軸駆動サーボモータ
19 ヨー軸駆動サーボモータ取付台
20 ロール台
20a ロール台水平部
20b ロール台垂直腕部
21a、21b ロール軸受
22 ロール軸
23 ロール軸従動プーリ
24 ロール軸駆動用ベルト
25 ロール軸駆動プーリ
26 ロール軸駆動サーボモータ
27 ロール軸駆動サーボモータ取付台
28 シート
30 制御監視装置
31 入力器
32 ヨー角度PID制御器
33 分配器
34 2回積分器
35 横並進変位PID制御器
36 2回積分器
37 ロール角度PID制御器
40 横並進位置センサ
41 ヨー角度センサ
42 ロール角度センサ
Claims (11)
- 固定台と、該固定台上に左右方向に移動可能に載置された横並進台と、該横並進台上に旋回可能に載置されたヨー台と、該ヨー台上にローリング可能に前後が軸支されたロール台とを備えたことを特徴とするドライビングシミュレータ。
- 前記ヨー台と前記固定台との間に、
前記横並進台上に取り付けられたリング状のヨー用レールと、
前記ヨー台の下面に取り付けられ前記該ヨー用レールに沿ってスライドする複数個のヨー用スライダと、
前記横並進台に取り付けられ前記ヨー台をヨー駆動するヨー駆動装置とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のドライビングシミュレータ。 - 前記ヨー駆動装置は、前記横並進台に取り付けられたヨー軸駆動サーボモータと、該ヨー軸駆動サーボモータの出力を前記ヨー台に伝達する旋回駆動伝達手段とにより構成されていることを特徴とする請求項2に記載のドライビングシミュレータ。
- 前記ヨー台は前記固定台上に無限旋回可能に載置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のドライビングシミュレータ。
- 前記ロール台は前記ヨー台上に無限ローリング可能に載置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のドライビングシミュレータ。
- 前記ヨー台に取り付けられると共に前記ロール台をローリング駆動するロール駆動装置を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のドライビングシミュレータ。
- 前記ロール駆動装置は、前記ヨー台に取り付けられたロール軸駆動サーボモータと、該ロール軸駆動サーボモータの出力を前記ロール台に伝達するローリング旋回駆動伝達手段とにより構成されていることを特徴とする請求項6に記載のドライビングシミュレータ。
- 前記固定台と前記横並進台との間に、
前記固定台上に左右方向に並行に延在して取り付けられた一対の横並進用レールと、
前記横並進台の下面に取り付けられ前記一対の横並進用レールに沿ってスライドする横並進用スライダと、
前記固定台に取り付けられ前記横並進台を横方向に駆動する横並進駆動装置とを備えたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のドライビングシミュレータ。 - 前記横並進駆動装置は、前記横並進台の下面の前後方向中央部に取り付けられた横並進用ラックと、前記固定台に取り付けられると共に出力軸に該横並進用ラックに噛み合う横並進用ピニオンを有する横並進サーボモータとにより構成されていることを特徴とする請求項8に記載のドライビングシミュレータ。
- 前記横並進駆動装置は、前記固定台と前記横並進台との間に介装されたシリンダアクチュエータであることを特徴とする請求項8に記載のドライビングシミュレータ。
- 前記ヨー台と前記固定台との間に、前記横並進台上に取り付けられたリング状のヨー用レールと、前記ヨー台の下面に取り付けられ前記該ヨー用レールに沿ってスライドする複数個のヨー用スライダと、前記横並進台に取り付けられると共に旋回駆動伝達手段を介して前記ヨー台をヨー駆動するヨー軸駆動サーボモータと、
前記ヨー台に取り付けられると共にローリング旋回駆動伝達手段を介して前記ロール台をローリング駆動するロール軸駆動サーボモータと、
前記固定台と前記横並進台との間に、前記固定台上に左右方向に並行に延在して取り付けられた一対の横並進用レールと、前記横並進台の下面に取り付けられ前記一対の横並進用レールに沿ってスライドする横並進用スライダと、前記固定台に取り付けられ前記横並進台を横方向に駆動する横並進サーボモータと、
前記横並進台の左右方向位置を検出する横並進位置センサと、前記ヨー台のヨー角度を検出するヨー角度センサと、前記ロール台のロール角度を検出するロール角度センサと、制御監視装置とを備え、
該制御監視装置は、
車体スリップ角度目標値、車体横加速度目標値、及び車体横加速度目標値の分配率が入力され記憶される入力器と、
前記入力器から送信された前記車体スリップ角度目標値と前記ヨー角度センサにて検出処理されたヨー角度計測値とに基づき前記ヨー軸駆動サーボモータをPID制御するヨー角度PID制御器と、
前記入力器から送信された前記車体横加速度目標値と分配率とに基づき横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を演算する分配器と、
前記分配器から送信された前記横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を2回積分して横並進変位目標値及びロール角度目標値を演算する2回積分器と、
前記2回積分器から送信された前記横並進変位目標値と横並進位置センサにて検出処理された横変位計測値とに基づき前記横並進サーボモータをPID制御する横並進変位PID制御器と、
前記2回積分器から送信された前記ロール角度目標値と前記ロール角度センサにて検出処理されたロール角度計測値とに基づき前記ロール軸駆動サーボモータをPID制御するロール角度PID制御器とを有していることを特徴とする請求項1に記載のドライビングシミュレータ。
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