JP2009069763A - Driving simulation test apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、運転模擬試験装置に関する。 The present invention relates to a driving simulation test apparatus.
車両の開発や運転者の訓練などを目的として、被験者の運転操作に応じて車両の運動を模擬体感することができるドライビングシミュレータが知られている。ドライビングシミュレータとしては、各種操作系やメータなどを装備する車両モデルが内部に設置されたドームを備え、ドームのチルト運動(ピッチ方向、ロール方向、ヨー方向)を制御するとともにドームの並進運動(前後方向、左右方向)を制御する運転模擬試験装置が開示されている(特許文献1参照)。 For the purpose of vehicle development, driver training, and the like, a driving simulator that can simulate the motion of the vehicle according to the driving operation of a subject is known. As a driving simulator, a vehicle model equipped with various operation systems and meters is equipped with a dome inside, which controls the tilt movement (pitch direction, roll direction, yaw direction) of the dome and translates the dome (front and back) An operation simulation test apparatus that controls the direction and the left-right direction) is disclosed (see Patent Document 1).
特許文献1の運転模擬試験装置は、ドームへのチルト運動や並進運動によって車両モデルに前後加速度や横加速度あるいはピッチ角やロール角などを模擬的に作用させ、被験者に車両を運転している感覚を模擬体感させる。
特許文献1の運転模擬試験装置において、チルト角度は、重力の分力が模擬すべき加速度(入力加速度)に等しくなるように設定されている(段落[0036]式(5))。但し、通常、チルト角速度に制限が設けられている。これは、早い速度でチルト運動が行われると、ドライバが加速感ではなく回転を感じてしまい、違和感の原因となるからである。
In the driving simulation test apparatus of
このため、特許文献1の運転模擬試験装置が、例えば車両の減速、停止、発進、加速を模擬場合では、一旦減速方向に傾いたチルト機構が戻らないうちに加速を開始しなければならず、これを補うために並進による加速度を大きくする必要がある。このため、要求される加速度を模擬しようとすると、並進範囲が広くなり、運転模擬試験装置が大型化してしまう問題があった。
For this reason, when the driving simulation test apparatus of
また、通常の運転模擬試験装置は、並進範囲が10〜20mに制限されているため、大きな加速度や減速後すぐに加速するような車両を模擬する場合、並進範囲が不足し、要求される加速度を模擬できないおそれがある。 Moreover, since the normal driving simulation test apparatus has a translation range limited to 10 to 20 m, when simulating a vehicle that accelerates immediately after a large acceleration or deceleration, the translation range is insufficient, and the required acceleration May not be able to simulate.
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、並進範囲を抑制しつつ、要求される加速度を被験者に体感させることができる運転模擬試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a driving simulation test apparatus that can allow a subject to experience a required acceleration while suppressing a translation range. .
請求項1の発明である運転模擬試験装置は、車両の運転状態を体感させるための模擬車両において被験者に運転操作を行わせる運転操作手段と、前記模擬車両を並進方向に移動させる並進方向移動手段と、前記模擬車両のチルト角を調整するチルト角調整手段と、前記運転操作手段の運転操作に基づいて、前記並進方向移動手段及び前記チルト角調整手段を制御し、前記車両の加速方向が変化する前の運転状態を検出したときに前記加速方向と反対方向にチルト角が大きくなるように前記チルト角調整手段を制御する制御手段と、を備えている。 The driving simulation test apparatus according to the first aspect of the present invention includes a driving operation means for causing a subject to perform a driving operation in a simulated vehicle for experiencing the driving state of the vehicle, and a translation direction moving means for moving the simulated vehicle in a translation direction. And the tilt angle adjusting means for adjusting the tilt angle of the simulated vehicle, and the translation direction moving means and the tilt angle adjusting means are controlled based on the driving operation of the driving operation means, so that the acceleration direction of the vehicle changes. Control means for controlling the tilt angle adjusting means so that the tilt angle becomes larger in the direction opposite to the acceleration direction when the driving state before being detected is detected.
請求項2の発明である運転模擬試験装置は、請求項1に記載の運転模擬試験装置であって、前記制御手段は、前記運転操作手段の操作に基づいて前記車両の加速度及び速度を検出し、前記加速度及び速度を用いて前記車両の加速方向が変化する前の運転状態を検出する。
The driving simulation test apparatus according to
請求項3の発明である運転模擬試験装置は、請求項1に記載の運転模擬試験装置であって、前記制御手段は、前記運転操作手段の操作として、アクセルペダル、ブレーキペダル、方向指示灯の少なくとも1つの操作又は車両の走行道路情報に基づいて、車両の加速方向が変化する前の運転状態を検出する。 A driving simulation test apparatus according to a third aspect of the present invention is the driving simulation test apparatus according to the first aspect, wherein the control means includes an accelerator pedal, a brake pedal, and a direction indicator lamp as operations of the driving operation means. Based on the at least one operation or the traveling road information of the vehicle, the driving state before the acceleration direction of the vehicle is changed is detected.
本発明に係る運転模擬試験装置は、車両の加速方向が変化する前の運転状態を検出したときに前記加速方向と反対方向にチルト角が大きくなるように制御することにより、模擬車両の並進運動による加速度を小さくできるので、模擬車両の並進範囲を抑制することができる。 The driving simulation test apparatus according to the present invention controls the translational motion of the simulated vehicle by controlling the tilt angle to increase in the direction opposite to the acceleration direction when detecting the driving state before the acceleration direction of the vehicle changes. Therefore, the translation range of the simulated vehicle can be suppressed.
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る運転模擬試験装置1を示す図である。運転模擬試験装置1は、ドーム2内に設けられた模擬車両7に乗車した被験者の運転操作に応じて車両運動状態を算出し、算出した運動状態を被験者が体感できるように、ドーム2を並進方向に移動させるための並進機構8を制御すると共に、ドーム2のチルト角を制御する。
FIG. 1 is a diagram showing a driving
図2は、運転模擬試験装置1の構成を示すブロック図である。運転模擬試験装置1は、模擬車両7を運転操作するための操作部11と、並進機構8のX方向の位置を検出するX方向位置検出センサ12と、並進機構8のY方向の位置を検出するY方向位置検出センサ13と、図示しないモニタに道路を表示させるためのデータや制御プログラム等を記憶する記憶装置14と、を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the driving
運転模擬試験装置1は、更に、モータ制御部21、23と、並進機構8をX方向に移動させるためのX方向並進駆動モータ22と、並進機構8をY方向に移動させるためのY方向並進駆動モータ24と、油圧制御部25と、伸縮して模擬車両7のチルト角を調整する油圧シリンダ26と、本装置の全体制御を行う演算装置30と、を備えている。
The driving
操作部11は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイール、シフトレバー等を備え、これらの操作量やポジションを検出し、検出結果を制御装置30に供給する。
The
X方向位置検出センサ12は、並進運動の運動範囲の中心位置を基準にしてドーム2(車両モデル7)のX方向の位置xを検出し、検出結果を演算装置30に供給する。Y方向位置検出センサ13は、並進運動の運動範囲の中心位置を基準にしてドーム2(車両モデル7)のX方向の位置Yを検出し、検出結果を演算装置30に供給する。
The X-direction
モータ制御部21は、演算装置30の制御命令に従って、X方向並進駆動モータ22の回転を制御する。X方向並進駆動モータ22は、モータ制御部21により回転制御され、並進機構8を介して模擬車両7をX方向に移動させる。
The
モータ制御部23は、演算装置30の制御命令に従って、Y方向並進駆動モータ24の回転を制御する。X方向並進駆動モータ24は、モータ制御部23により回転制御され、並進機構8を介して模擬車両7をY方向に移動させる。
The
油圧制御部25は、演算装置30の制御命令に従って、油圧シリンダ26に供給する作動油圧を制御する。図2において、油圧制御部25、油圧シリンダ26は、各々1つずつしか図示されていないが、それぞれ複数存在する。各油圧シリンダ26は、チルト機構(いわゆるヘキサポッド)に設けられている。なお、チルト機構は、模擬車両7が設けられたドーム2のピッチ方向、ロール方向、ヨー方向のそれぞれのチルト角を調整するものである。油圧シリンダ26が油圧制御部25によって伸縮制御されることと、ドーム2のピッチ方向、ロール方向、ヨー方向のそれぞれのチルト角が制御される。なお、本実施の形態では、主にピッチ方向のチルト角を例に挙げて説明する。
The
演算装置30は、操作部11、X方向位置検出センサ12、Y方向位置検出センサ13の検出結果に基づいて、ドーム2の並進移動による加速度を模擬するようにモータ制御部21、23を制御し、ドーム2のチルト角制御による加速度を模擬するように油圧制御部25を制御する。
The
また、演算装置30は、次のようにしてチルト角θを算出して、算出したチルト角θになるように、油圧シリンダ26を制御する。
Further, the
(チルト角の算出)
通常、チルト角θは、模擬すべき加速度(入力加速度)に応じて、重力の分力が入力加速度に等しくなるように、式(1)のように設定される。
(Calculation of tilt angle)
Normally, the tilt angle θ is set as shown in Equation (1) so that the gravitational force becomes equal to the input acceleration according to the acceleration to be simulated (input acceleration).
ここで、
θ:チルト角[rad]
α:加速度[m/s2]
g:重力加速度[m/s2]
である。
here,
θ: Tilt angle [rad]
α: Acceleration [m / s 2 ]
g: Gravity acceleration [m / s 2 ]
It is.
更に、式(1)に示すチルト角を補正すると、次の式(2)が得られる。 Further, when the tilt angle shown in Expression (1) is corrected, the following Expression (2) is obtained.
ここで、
vc:並進機構の速度[m/s]
dc:並進機構の変位[m]
wv、wd:重み係数
である。
here,
v c : speed of translation mechanism [m / s]
d c : displacement of the translation mechanism [m]
w v , w d : weighting factors.
式(2)は、現在の並進機構の状態に応じて、並進範囲が小さくなる方向にチルト角を補正するものである。実際には、チルト角の基準となる入力加速度に補正量を加減された後、その補正加速度に基づきチルト角が計算される。 Expression (2) corrects the tilt angle in the direction in which the translation range becomes smaller according to the current state of the translation mechanism. Actually, after the correction amount is added to or subtracted from the input acceleration which is the reference for the tilt angle, the tilt angle is calculated based on the corrected acceleration.
本実施の形態の演算装置30は、車両速度やドライバ操作の情報を利用することで、ドライバの将来の運転行動や車両の将来の運動を推定し、この推定結果に基づいてチルト角を制御することにより並進駆動範囲を縮小させる。具体的には、以下に説明するような計算が行われる。
The
最初に、現在の減速度が維持された場合の速度ゼロに達するまでの時間である「減速終了予測時間」は式(3)のように定義される。 First, the “deceleration end predicted time”, which is a time until the speed reaches zero when the current deceleration is maintained, is defined as in Expression (3).
ここで、
Te:減速終了予測時間[s]
vv:車両速度[m/s]
である。
here,
T e : Expected deceleration end time [s]
v v : vehicle speed [m / s]
It is.
なお、車両速度とは、模擬車両7が模擬している車両速度をいう。ここで、減速終了予測時間Teが小さいほど、減速終了が近いことを意味する。本実施の形態では、式(4)のように減速終了予測時間Teの逆数となるTeinvを用いる。
The vehicle speed refers to the vehicle speed simulated by the
そして、Teinvが大きければ減速終了が近いと判定され、チルト角が制御される。具体的には、チルト角は式(5)のように計算される。 If Teinv is large, it is determined that the end of deceleration is near and the tilt angle is controlled. Specifically, the tilt angle is calculated as shown in Equation (5).
ここで、
Teinv:減速終了予測時間の逆数[s−1]
wt:重み係数
である。
here,
T einv : Reciprocal of predicted deceleration end time [s −1 ]
w t : weighting factor.
以上のように構成された運転模擬試験装置1において、演算装置30は、次のような演算処理を実行する。
In the driving
図3は、運転模擬試験装置1の制御系のブロック図である。図2及び図3に示すように、演算装置30は、車両の情報として、操作部11からアクセルペダル、ブレーキペダル、操舵角等の操作量が供給されると、車両運動として加速度α、車速vv、ヨー角等を計算する。また、演算装置30は、X方向位置検出センサ12及びY方向位置検出センサ13から供給される検出結果を用いて、並進機構の速度vc及び位置(変位)dcを計算する
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the driving
次に、演算装置30は、加速度α及び補正量を用いて、式(5)に従ってチルト角θを計算する。ここで、チルト角θは、式(1)に示すような加速度に基づくチルト角と補正量とから計算される。
Next, the
補正量は、並進機構の並進位置・並進速度、車速、ヨー角、方向指示灯等の操作情報に基づいて計算され、例えば式(5)の右辺の第2、3、4項の和に該当する。なお、式(5)のチルト角θを時間微分したチルト角速度には上限が設けられている。チルト角速度が大きいと、ドライバに違和感が生じるからである。 The correction amount is calculated based on operation information such as the translation position / translation speed of the translation mechanism, the vehicle speed, the yaw angle, and the direction indicator lamp, and corresponds to the sum of the second, third, and fourth terms on the right side of Equation (5), for example. To do. It should be noted that an upper limit is provided for the tilt angular velocity obtained by time differentiation of the tilt angle θ in Expression (5). This is because when the tilt angular velocity is large, the driver feels uncomfortable.
そして、演算装置30は、油圧制御部25、油圧シリンダ26を介して、速度制限された式(5)に示すチルト角になるようにチルト機構を制御する。さらに、演算装置30は、このチルト機構により模擬できる加速度と車両運動として求められた入力加速度との差である並進加速度を計算する。演算装置30は、モータ制御部21、23、X方向並進駆動モータ22、Y方向並進駆動モータ24を介して、計算された並進加速度になるように並進機構を駆動する。なお、演算装置30は、並進範囲を小さくすべく、並進移動による模擬する加速度を小さくして、並進位置・速度に応じてチルト運動で模擬する加速度を増減させている。
Then, the
図4は、一時停止交差点での減速、停止、発進、加速を想定したときの(A)目標加速度、従来のチルト運動で模擬する加速度、従来の並進運動で模擬する加速度を示す図、及び(B)このときの並進位置を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating (A) target acceleration, acceleration simulated by a conventional tilt motion, acceleration simulated by a conventional translation motion when deceleration, stop, start, and acceleration are assumed at a temporary stop intersection; B) It is a figure which shows the translation position at this time.
図5は、一時停止交差点での減速、停止、発進、加速を想定したときの(A)目標加速度、本実施形態のチルト運動で模擬する加速度、本実施形態の並進運動で模擬する加速度を示す図、及び(B)このときの並進位置を示す図である。 FIG. 5 shows (A) target acceleration, acceleration simulated by the tilt motion of the present embodiment, and acceleration simulated by the translation motion of the present embodiment when deceleration, stop, start, and acceleration are assumed at the temporary stop intersection. FIG. 4 and (B) are diagrams showing the translation position at this time.
図4(B)に示すように、従来の運転模擬試験装置は、並進位置が−14〜30[m]まで変化するので、並進範囲が大きくなっていた。この理由は、チルト角速度に制限があるため、図4(A)に示すように、一旦減速方向に傾いたチルト機構が戻らないうちに加速が開始され、これを補うために並進機構がより大きな加速度を出す必要があるからである。 As shown in FIG. 4 (B), in the conventional driving simulation test apparatus, the translation position changes from −14 to 30 [m], and thus the translation range is large. This is because the tilt angular velocity is limited, and as shown in FIG. 4A, acceleration starts before the tilt mechanism once tilted in the deceleration direction returns, and the translation mechanism is larger to compensate for this. This is because it is necessary to produce acceleration.
本実施形態では、演算装置30は、操作部11からの検出結果を利用して、将来の車両運動を推定する。この例では、減速終了の前兆として、減速中に速度ゼロに近づいていることが検出される。通常の運転行動は、速度ゼロになるまでに減速が終了するか、速度ゼロで停止する(この瞬間に減速度がゼロになる。)のいずれかになる。よって、減速度が正の値(加速度が負の値)であるにもかかわらず、速度が負の値になる(車両が後退する)ことは考えられない。
In the present embodiment, the
そこで、演算装置30は、減速中に速度ゼロに近づいていることを検出すると、「減速終了が近い」と判定し、判定結果に基づいてチルト角を制御する。具体的には、演算装置30は、式(5)のwtTeinvが無視できないほど大きな値になると減速終了が近くなり、wtTeinvを考慮して式(5)のチルト角θを算出する。この結果、図5(A)に示すように、チルト運動で模擬する加速度が従来よりも早く変化を開始し、図5(B)に示すように、並進位置が−14〜10[m]しか変化せず、並進範囲が小さくなった。
Therefore, when detecting that the speed is approaching zero during deceleration, the
以上のように、本発明の本実施の形態に係る運転模擬試験装置1は、加速度及び車両速度に基づいて、減速終了の前兆として、減速中に速度がゼロに近付いている状態を検出すると、減速方向とは反対方向の加速方向にチルト角を制御する。これにより、運転模擬試験装置1は、減速方向から加速方向へのチルト角の制御が早めに行われるので、並進移動による加速度を大きくする必要がなくなるので、並進範囲を抑制することができる。
As described above, the driving
また、運転模擬試験装置1は、並進範囲を抑制するために加減速度を落とす必要がないので、被験者に対して実車運転時と同様の運転状態を体感させることができ、また、いわゆるシミュレータ酔いも回避することができる。
In addition, since the driving
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。すなわち、本発明は、上に述べた減速・停止・加速の時だけに適用されるのではない。例えば、以下の場合にも適用可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can also be applied to a design modified within the scope described in the claims. That is, the present invention is not applied only to the above-described deceleration / stop / acceleration. For example, the present invention can be applied to the following cases.
(車両の進行方向における他の実施態様)
例えば、演算装置30は、車両速度がゼロのときに、操作部11を介して被験者がブレーキペダルを離したことが検出されると、将来車両は加速開始すると推定し、加速方向に加速度が生じるように、油圧制御部25を介して油圧シリンダ26を制御し、チルト角を制御してもよい。
(Other embodiments in the traveling direction of the vehicle)
For example, when it is detected that the subject has released the brake pedal via the
また、演算装置30は、車両速度が市街地で60km/h、高速道路で100km/hを超えたとき、将来車両は加速終了すると推定し、減速方向に加速度が生じるように、油圧制御部25を介して油圧シリンダ26を制御してもよい。
In addition, the
演算装置30は、加速中もしくは低速走行中に、操作部11を介して被験者がアクセルペダルを離したことが検出されると、将来車両は減速終了すると推定し、減速方向に加速度が生じるように、油圧制御部25を介して油圧シリンダ26を制御してもよい。
When the
(車両の右左折に伴う進行方向における他の実施態様)
本発明は、車両の右左折時に適用可能である。例えば、演算装置30は、右折(又は左折)の意思表示である方向指示灯の操作が行われたとき、車両が右左折可能な地点(交差点)に接近したことを検出したとき、減速操作が行われたときのいずれかに、将来車両は右折(又は左折)すると推定してもよい。このとき、演算装置30は、右折(又は左折)方向に加速度が生じるように、油圧制御部25を介して油圧シリンダ26を制御し、チルト角を制御してもよい。
(Other embodiments in the direction of travel associated with turning left and right of the vehicle)
The present invention is applicable when the vehicle turns right or left. For example, when the
なお、演算装置30は、シミュレーション上の道路形状が予め分かっている場合は、交差点の交差角度(車両が向かおうとしている道路の角度)と、現在のヨー角度と、に基づいて、右折(又は左折)終了のタイミングを推定し、このタイミングにチルト角を制御すればよい。また、交差角度は、90度前後が多いことから、予め90度前後の値に設定されていてもよい。
If the road shape on the simulation is known in advance, the
本発明は、本実施態様単独でも適用可能であるし、上述した実施形態と本実施形態との組み合わせにも適用可能である。 The present invention can be applied to the present embodiment alone or to a combination of the above-described embodiment and the present embodiment.
7 模擬車両
11 操作部
12 X方向位置検出センサ
13 Y方向位置検出センサ
14 記憶装置
21,23 モータ制御部
22 X方向並進駆動モータ
24 Y方向並進駆動モータ
25 油圧制御部
26 油圧シリンダ
30 演算装置
7
Claims (3)
前記模擬車両を並進方向に移動させる並進方向移動手段と、
前記模擬車両のチルト角を調整するチルト角調整手段と、
前記運転操作手段の運転操作に基づいて、前記並進方向移動手段及び前記チルト角調整手段を制御し、前記車両の加速方向が変化する前の運転状態を検出したときに前記加速方向と反対方向にチルト角が大きくなるように前記チルト角調整手段を制御する制御手段と、
を備えた運転模擬試験装置。 Driving operation means for causing a subject to perform a driving operation in a simulated vehicle for experiencing the driving state of the vehicle;
A translation direction moving means for moving the simulated vehicle in the translation direction;
A tilt angle adjusting means for adjusting a tilt angle of the simulated vehicle;
Based on the driving operation of the driving operation means, the translation direction moving means and the tilt angle adjusting means are controlled, and when the driving state before the change of the acceleration direction of the vehicle is detected, the direction is opposite to the acceleration direction. Control means for controlling the tilt angle adjusting means so as to increase the tilt angle;
Driving simulation test equipment with
請求項1に記載の運転模擬試験装置。 The control unit detects acceleration and speed of the vehicle based on an operation of the driving operation unit, and detects a driving state before the acceleration direction of the vehicle is changed using the acceleration and speed. The driving simulation test apparatus described.
請求項1に記載の運転模擬試験装置。 The control means detects a driving state before the acceleration direction of the vehicle is changed based on at least one operation of an accelerator pedal, a brake pedal, and a direction indicator lamp or information on a traveling road of the vehicle as an operation of the driving operation means. The driving simulation test apparatus according to claim 1.
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