JP2010096829A - 運転模擬装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時の加速度を被験者に十分に体感させることが可能な運転模擬装置を提供すること。
【解決手段】模擬運転操作デバイスに対する被験者の運転操作を検出する運転操作検出手段と、前記被験者に加速度を体感させるための加速度体感手段と、前記運転操作検出手段により検出された運転操作を含む要因に基づき車両運動に関する演算を行ない、該演算結果に基づき前記加速度体感手段を制御する制御手段と、を備える運転模擬装置であって、前記制御手段は、車両の衝突加速度を演算する際に、衝突規模に基づく基準値が所定値以下の場合には、該衝突規模に基づく基準値に比例する値を車両の衝突加速度として算出し、前記衝突規模に基づく基準値が所定値を超える場合には、該衝突規模に基づく基準値の増加に応じて増加すると共に所定値に漸近する値を車両の衝突加速度として算出することを特徴とする、運転模擬装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、いわゆるドライビングシミュレータとして用いられる運転模擬装置に関する。

従来、模擬車両に対して被験者が行なった運転操作等に基づき車両運動を演算し、車外風景に擬した画像を表示したり、加速度を体感させるためにシートや模擬車両を揺動等して車両の運転を体感させる運転模擬装置が、ドライビングシミュレータ等の名称で知られている。

その一例として、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（回転運動）及び並進運動を制御する装置についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、模擬する目標加速度にハイパスフィルターをかけた出力に基づいて並進運動を制御し、ローパスフィルターをかけた出力に基づいてチルト運動を制御している。

また、運転模擬装置においては、他車両や歩行者等の障害物を表示することがあり、模擬車両と障害物とが衝突したと判定されたときに、衝突時の加速度を体感させるためにシートや模擬車両を揺動等する場合がある。特許文献２に記載の衝撃生成方法では、衝突時にシートを後方に移動させ、所定時間経過後に前方に押し戻すものとしている。そして、模擬車両と衝突対象との相対速度及び衝突対象物の重さによってシートを押し戻すタイミングを変更することについて記載されている。
特開２００７−３３５６３号公報 特開平７−１１４３３３号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、衝突時に生じる衝撃を被験者に十分に体感させることができない。現実の衝突時には被験者の身体の移動時間のみならず、加速度の大きさ等も異なるからである。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、衝突時に生じる衝撃を被験者に十分に体感させることが可能な運転模擬装置を提供することを、主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
模擬運転操作デバイスに対する被験者の運転操作を検出する運転操作検出手段と、
前記被験者に加速度を体感させるための加速度体感手段と、
前記運転操作検出手段により検出された運転操作を含む要因に基づき車両運動に関する演算を行ない、該演算結果に基づき前記加速度体感手段を制御する制御手段と、
を備える運転模擬装置であって、
前記制御手段は、車両の衝突加速度を演算する際に、
衝突規模に基づく基準値が所定値以下の場合には、該衝突規模に基づく基準値に比例する値を車両の衝突加速度として算出し、
前記衝突規模に基づく基準値が所定値を超える場合には、該衝突規模に基づく基準値の増加に応じて増加すると共に所定値に漸近する値を車両の衝突加速度として算出することを特徴とする、
運転模擬装置である。

ここで、「加速度」とは、並進加速度と、ある点を中心とした回転加速度を含んでよい。

この本発明の一態様によれば、衝突時の加速度を被験者に十分に体感させることができる。

本発明の一態様において、
前記制御手段は、衝突規模を示す算出値と、経時変化する基準衝突加速度との積を、前記衝突規模に基づく基準値として算出することを特徴とするものとしてもよい。

また、本発明の一態様において、
前記制御手段は、被験者状態に基づく割引要因を加味して前記車両の衝突加速度を演算することを特徴とするものとしてもよい。

本発明によれば、衝突時の加速度を被験者に十分に体感させることが可能な運転模擬装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

以下、本発明の一実施例に係る運転模擬装置１について説明する。図１は、運転模擬装置１の全体構成を示す斜視図である。また、図２は、運転模擬装置１の外観構成を示す図である。

運転模擬装置１は、主要な構成として、模擬車両７が内部に設置されるドーム２と、ドーム２を並進運動させるためのＸＹ並進機構３と、ドーム２を所定点を中心として回転運動させるためのヘキサポッド４と、これらを制御する制御装置１０と、を備える。制御装置１０は、ドーム２の内部に設置されてもよいし、図１に示した各機構を格納するシミュレーション室の内部或いは外部の所望の位置に設置されてもよい。

ドーム２は、底面を形成する基板と、内側から視認可能なスクリーンプロジェクタが取り付けられた壁面と、を有する。

ＸＹ並進機構３は、Ｘ方向に沿って６対のレール３ａが敷設され、各レール３ａの間にベルト３ｂがそれぞれ１本ずつ設けられる。また、ＸＹ並進機構３には、６対のレール３ａの上にＹ方向に沿って１対のレール３ｃが配置され、レール３ｃの間にベルト３ｄが設けられる。レール３ｃは、レール３ａ上をＸ方向に沿って移動自在に設けられ、下部に６本のベルト３ｂが取り付けられている。レール３ｃ上には、ヘキサポッド４の台座となる移動台３ｅが配置される。移動台３ｅは、レール３ｃ上をＹ方向に沿って移動自在に設けられ、下面にベルト３ｄが取り付けられている。６本のベルト３ｂは、図示しないＸ並進駆動モータによってそれぞれ回転駆動され、レール３ｃをＸ方向に並進移動させる。ベルト３ｄは図示しないＹ並進駆動モータよって回転駆動され、移動台３ｅをＹ方向に並進移動させる。

ヘキサポッド４は、ドーム２をピッチ方向、ロール方向、ヨー方向にそれぞれ回転運動させるための機構である。ヘキサポッド４は、油圧シリンダの伸縮によってドーム２の基板を傾動させる。また、ヘキサポッド４には、ドーム２をヨー方向に回転させるためのターンテーブルが付設されている。

模擬車両７は、車両の車体及び車両の内装等に擬した設備である。模擬車両７の内部には、アクセルペダルやブレーキペダル、シフトレバー、ステアリングホイール等に擬した模擬運転操作デバイス７ａ、メータ等が設けられており、模擬運転操作デバイス７ａには、これに対して被験者が行なった運転操作（或いは運転操作量）を検出するためのセンサー（群）７ｂが取り付けられている。センサー７ｂの出力値は、制御装置１０に出力される。更に、模擬運転操作デバイス７ａには、操作反力を出力するためのアクチュエータが取り付けられており、制御装置１０の指示信号に従って自然なドライブフィーリングを実現させている。

また模擬車両７の内部には、車外の音（他車両によるクラクション音やエンジン音等を含む）を再現するためのスピーカーが取り付けられる。

制御装置１０は、例えばマイクロコンピュータであり、プログラムが記憶されたＲＯＭやＣＰＵ、ＲＡＭの他、補助記憶装置や通信ポート等を備える。補助記憶装置には、地形データや道路データを含む地図データ、車両の模擬的な位置及び方向に対応する画像データ、音声データ等が記憶されている。

制御装置１０は、前述の模擬運転操作デバイス７ａに取り付けられたセンサー７ｂから入力された情報や補助記憶装置に記憶された地形データ等に基づいて、車両運動に関する演算を行なう。より具体的には、アクセルペダルやブレーキペダル、ステアリングホイール等に対してなされた運転操作量を所定時間毎にサンプリングし、各時点における車両の模擬的な位置、速度、加速度、ピッチ角、ロール角、ヨー角等を算出する。

そして、制御装置１０は、車両の模擬的な位置に対応する画像データを読み出し、模擬車両があたかも算出した車両運動に従った走行をしているかのような画像を生成して、スクリーンプロジェクタに表示させる。また、適切な確率で、他車両や歩行者等の障害物をスクリーンプロジェクタ上に出現させる。これらの障害物は、予め設定されたプログラムに従って地図データ上を移動し、その位置に応じてスクリーンプロジェクタに表示される。これに伴い、制御装置１０は他車両のクラクション音やエンジン音等を出力するようにスピーカーを制御する。なお、これらの処理については既に種々の手法が公知となっているため、詳細な説明を省略する。

また、制御装置１０は、前述の如く演算した車両の加速度を被験者に体感させるためにＸＹ並進機構３及びヘキサポッド４を駆動制御する。この際に、前述した他車両や歩行者等の障害物と模擬車両が衝突したと判定した場合には、衝突加速度を演算してこれを体感させるための制御を行なう。以下これについて説明する。

図３は、制御装置１０がＸＹ並進機構３及びヘキサポッド４の駆動制御を行なうための演算処理の流れを示すフローチャートである。本フローは、例えば所定周期をもって繰り返し実行される。

まず、障害物との衝突が発生したか否かを判定する（Ｓ１００）。

障害物との衝突が発生したと判定した場合は、模擬車両の位置（Ｘ１，Ｙ１）、速度Ｖ１、質量Ｍ１、及び障害物の位置（Ｘ２，Ｙ２）、速度Ｖ２、質量Ｍ２を読み込む（Ｓ１０２）。

次に、経時変化する基準衝突加速度である衝突加速度波形ｆｃｇ（ｔ）を導出する（Ｓ１０４）。ここで、「ｔ」は衝突発生時からの経過時間を示す。図４は、衝突発生時からの経過時間ｔと衝突加速度波形ｆｃｇ（ｔ）の関係を示すマップの一例である。このようなマップが制御装置１０のＲＯＭ等に記憶されており、制御装置１０のＣＰＵは、経過時間ｔとマップを用いて衝突加速度波形ｆｃｇ（ｔ）を導出する。なお、係るマップの作成の際には実験やシミュレーション等によって得られた結果を用いると好適である。

次に、衝突規模を示すスケールファクタＡを次式（１）により算出する（Ｓ１０６）。

次に、スケールファクタＡと衝突加速度波形ｆｃｇ（ｔ）とを乗じて衝突規模に基づく基準値Ａｉを算出する（Ｓ１０８）。

そして、算出した基準値Ａ１と図５に示す如きマップを用いて体感加速度Ｂ１を導出する（Ｓ１１０）。図示する如く、体感加速度Ｂ１は、基準値Ａｉが所定値Ａｉ＃以下である場合は、基準値Ａｉに比例する値となり、基準値Ａｉが所定値Ａｉ＃を超える場合は、基準値Ａｉの増加に応じて増加すると共に所定値（図では０．５Ｇ）に漸近する値となる。

このように体感加速度Ｂ１を導出することにより、実際の衝突の衝撃に近い加速度が被験者に与えられることとなる。従って、衝突の怖さをより現実的なものとして被験者に体感させることができる。また、衝突規模が大きい場合には体感加速度Ｂ１を所定値に漸近させるため、過度な加速度を与えて装置の故障や危険が生じるのを防止することができる。

そして、制御装置１０は、被験者状態に基づく割引係数Ｂ２を算出し、これを体感加速度Ｂ１に乗じて衝突加速度αを算出する（Ｓ１１２）。割引係数Ｂ２は、被験者の年齢、体力、緊張度等の関数として求め、最大値を１とする。図６は、割引係数Ｂ２の導出を概念的に示す図である。図中、「ｆｅｅｌ」は被験者の年齢等を示すパラメータであり、ｆｂ（ｆｅｅｌ）が関数を示している。

このように割引係数Ｂ２を乗じて衝突加速度αを算出することによって、高齢者や体調不良の被験者に過度な加速度を与えることによる種々の不都合を回避することができる。

なお、Ｓ１００において障害物との衝突が発生していないと判定された場合は、αは値０とされる（Ｓ１２６）。

衝突加速度αを求めると、模擬車両と障害物との位置関係に基づき、次式（２）、（３）を用いて衝突加速度αを前後方向の衝突加速度α_Ａと、左右方向の衝突加速度α_Ｂに分解する（Ｓ１１４）。図７は、式（２）、（３）におけるθを説明するための説明図である。

α_Ａ＝αｃｏｓθ …（２）
α_Ｂ＝αｓｉｎθ …（３）

衝突加速度α_Ａ、α_Ｂを求めると、これをラプラス変換してα_Ａ（ｓ）、α_Ｂ（ｓ）とした後に、車両運動による前後方向及び左右方向の加速度ｆ_Ａ（ｓ）、ｆ_Ｂ（ｓ）にそれぞれ加算して、前後方向及び左右方向の目標加速度ｆ_ＡＡ（ｓ）、ｆ_ＡＢ（ｓ）を算出する（Ｓ１１６；次式（４）、（５））。

ｆ_ＡＡ（ｓ）＝α_Ａ（ｓ）+ｆ_Ａ（ｓ） …（４）
ｆ_ＡＢ（ｓ）＝α_Ｂ（ｓ）+ｆ_Ｂ（ｓ） …（５）

本実施例の運転模擬装置１は、前後方向の加速度について、まずＸＹ並進機構３を駆動して並進加速度を付与した後に、ヘキサポッド４を駆動してピッチ角γを与える制御を行なう。具体的には、加速時には模擬車両の前方が浮き上がるように、減速時には模擬車両の前方が沈み込むようにヘキサポッド４を駆動する。これによって、より加速度を現実的なものとして体感させることができる。

前後方向の並進加速度は、次式（６）により求められたｆ_ＳＡ（ｓ）を逆ラプラス変換して求める（Ｓ１１８）。式中、ＬＰ（ｓ）はローパスフィルターであり、ＨＰ（ｓ）はハイパスフィルターである。

ｆ_ＳＡ（ｓ）＝ｆ_ＡＡ（ｓ）［１−ＬＰ（ｓ）］ＨＰ（ｓ） …（６）

一方、ピッチ角γは、次式（７）、（８）によって求める（Ｓ１２０）。式（８）における値９．８は、重力加速度である。

ｆ_ＰＸ（ｓ）＝ｆ_ＡＡ（ｓ）ＬＰ（ｓ） …（７）
γ＝ｓｉｎ^−１（ｆ_ＰＸ（ｓ）／９．８） …（８）

左右方向に関しても同様の手法により、並進加速度及びロール角を決定する（Ｓ１２２）。

前後方向及び左右方向の並進加速度、ピッチ角、ロール角を決定すると、並進加速度をＸ方向の加速度とＹ方向の加速度に分解し、これらを実現するようにＸＹ並進機構３の駆動モータを駆動する。また、ピッチ角及びロール角を実現するようにヘキサポッド４の油圧制御を行なう（Ｓ１２４）。

以上説明した本実施例の運転模擬装置１によれば、衝突時の加速度を被験者に十分に体感させることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、被験者に加速度を体感させるための機構は、実施例の如く並進運動と回転運動の双方を実現可能なものである必要はなく、これらのいずれか一方であっても構わない。

本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。

運転模擬装置１の全体構成を示す斜視図である。 運転模擬装置１の外観構成を示す図である。 制御装置１０がＸＹ並進機構３及びヘキサポッド４の駆動制御を行なうための演算処理の流れを示すフローチャートである。 衝突発生時からの経過時間ｔと衝突加速度波形ｆｃｇ（ｔ）の関係を示すマップの一例である。 体感加速度Ｂ１を導出するためのマップの一例である。 割引係数Ｂ２の導出を概念的に示す図である。 式（２）、（３）におけるθを説明するための説明図である。

符号の説明

１ 運転模擬装置
２ ドーム
３ ＸＹ並進機構
４ ヘキサポッド
７ 模擬車両
７ａ 模擬運転操作デバイス
７ｂ センサー
１０ 制御装置

Claims (3)

1. 模擬運転操作デバイスに対する被験者の運転操作を検出する運転操作検出手段と、
   前記被験者に加速度を体感させるための加速度体感手段と、
   前記運転操作検出手段により検出された運転操作を含む要因に基づき車両運動に関する演算を行ない、該演算結果に基づき前記加速度体感手段を制御する制御手段と、
   を備える運転模擬装置であって、
   前記制御手段は、車両の衝突加速度を演算する際に、
   衝突規模に基づく基準値が所定値以下の場合には、該衝突規模に基づく基準値に比例する値を車両の衝突加速度として算出し、
   前記衝突規模に基づく基準値が所定値を超える場合には、該衝突規模に基づく基準値の増加に応じて増加すると共に所定値に漸近する値を車両の衝突加速度として算出することを特徴とする、
   運転模擬装置。
2. 前記制御手段は、衝突規模を示す算出値と、経時変化する基準衝突加速度との積を、前記衝突規模に基づく基準値として算出することを特徴とする、
   請求項１に記載の運転模擬装置。
3. 前記制御手段は、被験者状態に基づく割引要因を加味して前記車両の衝突加速度を演算することを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の運転模擬装置。