JP2011053628A - 自動車シミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】自動車車両の旋回運動時の自転中心の移動を模擬し、旋回運動時の実車両の動きをより忠実に模擬することができる自動車シミュレータを提供する。
【解決手段】自動車シミュレータ１０は、操作者が位置し運転操作を行う運転席部２２と、運転席部２２に動揺を与える動揺装置１６と、動揺装置１６上に設けられ回転軸線周りに運転席部２２を旋回させる回転テーブル１８とを備え、操作者の運転操作に応じて動揺装置１６により運転席部２２に動揺を与えると共に回転テーブル１８により運転席部２２に旋回を与えて、操作者に自動車車両に搭乗した状態を模擬体験させる。自動車シミュレータ１０は、回転テーブル１８上で回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を並進移動させる並進移動テーブル２０をさらに備え、旋回運動時の自転中心の移動を模擬する。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転席部の操作者の運転操作に応じて、動揺装置により運転席部に動揺を与えると共に回転テーブルにより運転席部に旋回を与えて、自動車車両の運転状態を操作者に模擬体験させる自動車シミュレータに関する。

自動車シミュレータは、走行路や周囲の状況を再現するための視覚再現装置と共に用いられ、操作者の運転操作に伴って操作者が体感する加速度などを模擬して、自動車車両を運転する状態を操作者に模擬体験させるために使用される。

自動車シミュレータは、例えば特許文献１に記載されているように、床面に設置され操作者が位置する運転席部を水平面内の直交するＸ軸及びＹ軸方向に並進移動させるＸＹテーブルと、ＸＹテーブル上に配置され運転席部に傾斜などの動揺を与える６軸動揺装置と、動揺装置上に配置され運転席部を回転軸線周りに回転させる回転テーブルとによって構成され、運転席部は回転テーブル上に固定されることが一般的である。ＸＹテーブルは、運転席部に並進運動を与えて並進運動の加速度を利用して主として過渡的な加減速時の加速度や横加速度を模擬しこれを運転席部の操作者に体感させるために使用される。このため、ＸＹテーブルは、例えば２０ｍ×３０ｍのような大型のものとなることが多く、６軸動揺装置によって支持することが困難であり、通常、６軸動揺装置の下の床面上に設置される。また、６軸動揺装置は、運転席部を傾斜させたときに運転席部の操作者に作用する重力加速度成分により主として定常的な加速度を模擬しこれを運転席部の操作者に体感させるために使用される。さらに、回転テーブルは、主として自動車車両が曲がり角などを曲がるときの回転を模擬しこれを運転席部の操作者に体感させるために使用される。

特表２００５−５０５７８３号公報

ところで、自動車が曲がり角などを曲がるときには、旋回中心周りの公転運動と共に、後輪車軸中心付近に位置する自転中心周りの自転運動とが同時に行われ、運転者は公転運動により発生する横加速度と自転運動による回転の両方を感じる。したがって、自動車車両の自転中心が自動車シミュレータの回転テーブルの回転軸線上に位置していないときには、旋回操作時に操作者が違和感を感じてしまうことになる。自動車車両の自転中心は通常後輪車軸の長手方向中心付近に位置しているため、例えば、回転テーブルの回転軸線上に運転席部の操作者が位置するように運転席部が配置されていると、操作者は後輪がスリップしているように体感してしまう。したがって、運転席部は、通常、後輪車軸中心付近が回転テーブルの回転軸線上に位置するように配置される。

しかしながら、自動車車両の自転中心は、常に後輪中心付近に位置するわけではなく、自転中心の位置は、自動車車両の速度、ステアリング角度、スリップの発生の有無などの条件に応じて、前後方向や左右方向に変化する。例えば、オーバーステアリング、アンダーステアリングまたはスリップの発生時には、自転中心は、後輪車軸中心付近から前側に移動する。ところが、従来の自動車シミュレータでは、旋回時の自転中心の位置の変化が考慮されておらず、運転席部が回転テーブルに固定されていたので、旋回運動時の自動車車両の動きを忠実に模擬することができず、操作者に違和感を感じさせていた。

よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、自動車車両の旋回運動時の自転中心の移動を模擬し、旋回運動時の実車両の動きをより忠実に模擬することができる自動車シミュレータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、操作者が位置し運転操作を行う運転席部と、運転席部に動揺を与える動揺装置と、動揺装置上に設けられ回転軸線周りに運転席部を旋回させる回転テーブルとを備え、操作者の運転操作に応じて、動揺装置により運転席部に動揺を与えると共に回転テーブルにより運転席部に旋回を与えて、操作者に自動車車両に搭乗した状態を模擬体験させる自動車シミュレータにおいて、前記回転テーブル上で前記回転テーブルの回転軸線に対して前記運転席部を並進移動させる並進移動機構をさらに備える自動車シミュレータが提供される。

上記自動車シミュレータでは、並進移動機構により、回転テーブル上で運転席部を並進移動させることができるので、回転テーブルの回転軸線と運転席部との位置関係を変化させることができ、自動車車両の旋回時の自転中心の移動を模擬することが可能になる。

前記並進移動機構は、前記回転テーブルと前記運転席部との間に設けられ、前記回転テーブル上で前記運転席部を前記回転テーブルの表面と平行な面内で移動させる並進移動テーブルであることが好ましい。

例えば、前記並進移動テーブルは、前記並進移動テーブルは、前記回転テーブル上に配置された第１のテーブルと、該第１のテーブル上に配置された第２のテーブルと、前記回転テーブル上で前記回転テーブルに対して前記第１のテーブルを第１の方向に移動させる第１の駆動装置と、前記第１のテーブル上で前記第１のテーブルに対して前記第２のテーブルを前記第１の方向と垂直な第２の方向に移動させる第２の駆動装置とを含むように構成することができる。

本発明によれば、並進移動機構により、回転テーブルの回転軸線と運転席部との位置関係を変化させることができるので、自動車車両の旋回時の自転中心の移動を模擬することが可能になり、実車両の動きをより忠実に模擬し操作者の体感をより正確に再現することができる。

本発明による自動車シミュレータの一実施形態を側方から見た構成図である。 図１に示される自動車シミュレータの変形形態を示す構成図である。 図１に示される自動車シミュレータの回転テーブル及びＸＹテーブルの組立分解図である。 図１に示される自動車シミュレータの回転テーブルの上面図である。 図１に示される自動車シミュレータの並進移動テーブルのＹ軸方向テーブルの底面図である。 図１に示される自動車シミュレータの並進移動テーブルのＹ軸方向テーブルの上面図である。 図１に示される自動車シミュレータの並進移動テーブルのＸ軸方向テーブルの底面図である。 回転テーブルの回転軸線が後輪車軸の長手方向中心付近に位置する状態を示す説明図である。 回転テーブルの回転軸線が操作者の後ろに位置する状態を示す説明図である。 回転テーブルの回転軸線が操作者の横に位置する状態を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
最初に、図１を参照して、本発明による自動車シミュレータ１０の全体構成を説明する。自動車シミュレータ１０は、曲がり角などにおける自動車車両の旋回運動時の状態を正確に模擬することを目的としたものであり、上部にアッパーフレーム１２を支持し基台１４上に設置された動揺装置１６と、動揺装置１６のアッパーフレーム１２上に支持された回転テーブル１８と、回転テーブル１８上に設置された並進移動テーブル２０と、並進移動テーブル２０上に設置された運転席部２２とを備える。運転席部２２は、走行路や周囲の状況を再現するための視覚再現装置（図示せず）を備えてもよい。

動揺装置１６は、回転テーブル１８及び並進移動テーブル２０を介してアッパーフレーム１２上に支持された運転席部２２を、運転席部２２における操作者の操作に応じて、床面に対して傾斜させることができ、運転席部２２を傾斜させたときに操作者に作用する重力加速度成分を利用して加速度を模擬し、自動車車両の運動によって生じる加速度を運転席部２２の操作者に体感させる。動揺装置１６を用いて運転席部２２を傾斜させることによって、例えば、定常的な加減速時の加速度や旋回中の公転運動により生じる横加速度が模擬される。動揺装置１６としては、例えば６軸パラレル機構などを用いることができる。６軸パラレル機構の構成は、周知であるので、ここでは詳しく説明しない。

回転テーブル１８は、並進移動テーブル２０を介して回転テーブル１８上に支持された運転席部２２を、運転席部２２における操作者の操作に応じて、床面及び動揺装置１６に対して回転テーブル１８の回転軸線２４周りに回転させることができ、回転テーブル１８の回転軸線２４周りの回転を利用して自動車車両の旋回時の自転運動による回転を模擬し、運転席部２２の操作者に回転を体感させる。回転テーブル１８の構成は、周知であるので、ここでは詳しく説明しない。

なお、自動車車両の加減速時に操作者に作用する過渡的な加速度を特に忠実に模擬することが所望されるときには、図２に示されているように、動揺装置１６の下に、加減速模擬用ＸＹテーブル２６をさらに設置すればよい。この加減速模擬用ＸＹテーブル２６は、運転席部２２に並進運動を与えて並進運動の加速度により主として過渡的な加減速や横加速度を模擬し、運転席部２２の操作者にこれを体感させるためのものであるので、回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を並進移動させる後述の並進移動テーブル２０と比べて非常に大型のものとなる。

並進移動テーブル２０は、回転テーブル１８と運転席部２２との間に配置されており、回転テーブル１８上で運転席部２２を回転テーブル１８の表面と概略平行な面内で移動させ、回転テーブル１８上で回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を並進移動させる並進移動機構として機能する。この並進移動テーブル２０は、加減速模擬用ＸＹテーブル２６のように運転席部２２に与えた並進運動の加速度により運転席部２２の操作者に加減速時の加速度や公転運動による横加速度を忠実に再現させるものではなく、主として単に運転席部２２の範囲内で回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を並進移動させるためのものであるので、加減速模擬用ＸＹテーブル２６と比較して小型となり、動揺装置１６の上部のアッパーフレーム１２上に支持することができる。

以下に、図３から図７を参照して、並進移動テーブル２０の詳細な構成を説明する。
図３に詳細に示されているように、並進移動テーブル２０は、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸方向テーブル２８と、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸方向テーブル３０と、Ｘ軸方向テーブル２８をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動装置３２と、Ｙ軸方向テーブル３０をＹ軸方向に駆動するＹ軸駆動装置３４とを含む。なお、本願において、Ｘ軸方向とは、通常の自動車の進行方向正面を前として、運転席部２２を左右（図１における紙面垂直方向）に移動させる方向であり、Ｙ軸方向とは運転席部２２を前後（図１における左右方向）に移動させる方向を指す。

Ｙ軸方向テーブル３０は、回転テーブル１８上に配置されている。回転テーブル１８の上面には、図４に示されているように、互いに平行にＹ軸方向に延びる２本のＹ軸ガイドレール３６が固定されている一方、Ｙ軸方向テーブル３０の底面には、図５に示されているように、２本のＹ軸ガイドレール３６の各々に関連付けられたＹ軸スライダ３８がそれぞれのＹ軸ガイドレール３６と対向する位置に固定されている。したがって、回転テーブル１８上のＹ軸ガイドレール３６にＹ軸方向テーブル３０のＹ軸スライダ３８が係合するように回転テーブル１８上にＹ軸方向テーブル３０を配置することにより、回転テーブル１８に対してＹ軸方向テーブル３０をＹ軸方向に案内しながら移動させることができるようになる。

図示される実施形態では、回転テーブル１８上に２本のＹ軸ガイドレール３６が設置されているが、１本のＹ軸ガイドレール３６又は互いに平行に延びる３本以上のＹ軸ガイドレール３６を設置し、各Ｙ軸ガイドレール３６に少なくとも一つのＹ軸スライダ３８が係合するようにしてもよい。また、図示される実施形態では、回転テーブル１８の各Ｙ軸ガイドレール３６に対してそれぞれ二つのＹ軸スライダ３８が係合するようになっているが、回転テーブル１８の各Ｙ軸ガイドレール３６に対してそれぞれ一つ又は三つ以上のＹ軸スライダ３６が係合するようにしてもよい。しかしながら、Ｙ軸方向テーブル３０を安定的に並進移動させるためには、２本以上のＹ軸ガイドレール３６を用いると共に、各Ｙ軸ガイドレール３６に対して二つ以上のＹ軸スライダ３８を係合させるようにすることが好ましい。

Ｙ軸駆動装置３４は、一つのＹ軸駆動モータ４０によって回転駆動されるシャフト４２の回転をギアボックス４４を介してそれぞれシャフト４２と直角にＹ軸方向に且つ互いに平行に延びる複数のＹ軸ボールねじ４６に伝達することにより、複数のＹ軸ボールねじ４６を同期して回転させて、各Ｙ軸ボールねじ４６の回転をこれに係合するＹ軸ボールねじ受け（ナット）４８によってＹ軸ボールねじ４６に対するＹ軸ボールねじ受け４８の直線運動に変換し、この直線運動を利用して回転テーブル１８に対してＹ軸方向テーブル３０をＹ軸方向に駆動するように構成される（図４及び図５を参照）。図示される実施形態では、一つのＹ軸駆動モータ４０によって二つのＹ軸ボールねじ４６が回転されるようになっている。このように一つのＹ軸駆動モータ４０を用いて複数のＹ軸ボールねじ４６を駆動することによって、複数のＹ軸ボールねじ４６を同期して回転させることが容易となる。しかしながら、複数のＹ軸ボールねじ４６を同期して回転させることができれば、各Ｙ軸ボールねじ４６を別個のＹ軸駆動モータ４０によって駆動するようにしてもよい。

図示される実施形態では、Ｙ軸駆動モータ４０、シャフト４２、各ギアボックス４４及び各Ｙ軸ボールねじ４６を回転テーブル１８に取り付ける一方、各Ｙ軸ボールねじ受け４８をＹ軸方向テーブル３０に取り付けて、Ｙ軸ガイドレール３６に沿って案内しながらＹ軸駆動装置３４によって回転テーブル１８に対してＹ軸方向テーブル３０を移動させることができるようにしている。しかしながら、Ｙ軸駆動装置３４は、回転テーブル１８に対してＹ軸方向にＹ軸方向テーブル３０を駆動できるようになっていればよく、例えば、Ｙ軸駆動モータ４０、シャフト４２、各ギアボックス４４及び各Ｙ軸ボールねじ４６をＹ軸方向テーブル３０に取り付ける一方、各Ｙ軸ボールねじ受け４８を回転テーブル１８に取り付けるようにしてもよい。

Ｘ軸方向テーブル２８は、Ｙ軸方向テーブル３０上に配置されている。Ｙ軸方向テーブル３０の上面には、図６に示されているように、互いと平行にＸ軸方向に延びる２本のＸ軸ガイドレール５０が固定されている一方、Ｘ軸方向テーブル２８の底面には、図７に示されているように、２本のＸ軸ガイドレール５０の各々に関連付けられたＸ軸スライダ５２がそれぞれのＸ軸ガイドレール５０と対向する位置に固定されている。したがって、Ｙ軸方向テーブル３０上のＸ軸ガイドレール５０にＸ軸方向テーブル２８のＸ軸スライダ５２が係合するようにＹ軸方向テーブル３０上にＸ軸方向テーブル２８を配置することにより、Ｙ軸方向テーブル３０に対してＸ軸方向テーブル２８をＸ軸方向に案内しながら移動させることができるようになる。

図示される実施形態では、Ｙ軸方向テーブル３０上に２本のＸ軸ガイドレール５０が設置されているが、１本のＸ軸ガイドレール５０又は互いに平行に延びる３本以上のＸ軸ガイドレール５０を設置し、各Ｘ軸ガイドレール５０に少なくとも一つのＸ軸スライダ５２が係合するようにしてもよい。また、図示される実施形態では、Ｙ軸方向テーブル３０の各Ｘ軸ガイドレール５０に対してそれぞれ二つのＸ軸スライダ５２が係合するようになっているが、Ｙ軸方向テーブル３０の各Ｘ軸ガイドレール５０に対してそれぞれ一つ又は三つ以上のＸ軸スライダ５２が係合するようにしてもよい。しかしながら、Ｘ軸方向テーブル２８を安定的に並進移動させるためには、２本以上のＸ軸ガイドレール５０を用いると共に、各Ｘ軸ガイドレール５０に対して二つ以上のＸ軸スライダ５２を係合させるようにすることが好ましい。

Ｘ軸駆動装置３２は、一つのＸ軸駆動モータ５４によって回転駆動されるシャフト５６の回転をギアボックス５８を介してそれぞれシャフト５６と直角にＸ軸方向に且つ互いに平行に延びる複数のＸ軸ボールねじ６０に伝達することにより、複数のＸ軸ボールねじ６０を同期して回転させて、各Ｘ軸ボールねじ６０の回転をこれに係合するＸ軸ボールねじ受け（ナット）６２によってＸ軸ボールねじ６０に対するＸ軸ボールねじ受け６２の直線運動に変換し、この直線運動を利用してＹ軸方向テーブル３０に対してＸ軸方向テーブル２８をＸ軸方向に駆動するように構成される。図示される実施形態では、一つのＸ軸駆動モータ５４によって二つのＸ軸ボールねじ６０が回転されるようになっている。このように一つのＸ軸駆動モータ５４によって複数のＸ軸ボールねじ６０を駆動することによって、複数のＸ軸ボールねじ６０を同期して回転させることが容易となる。しかしながら、複数のＸ軸ボールねじ６０を同期して回転させることができれば、各Ｘ軸ボールねじ６０をそれぞれ別個のＸ軸駆動モータ５４によって駆動するようにしてもよい。

図示される実施形態では、Ｘ軸駆動モータ５４、シャフト５６、各ギアボックス５８及び各Ｘ軸ボールねじ６０をＹ軸方向テーブル３０に取り付ける一方、各Ｘ軸ボールねじ受け６２をＸ軸方向テーブル２８に取り付けて、Ｘ軸ガイドレール５０に沿って案内しながらＸ軸駆動装置３２によってＹ軸方向テーブル３０に対してＸ軸方向テーブル２８を移動させることができるようにしている。しかしながら、Ｘ軸駆動装置３２は、Ｙ軸方向テーブル３０に対してＸ軸方向にＸ軸方向テーブル２８を駆動できるようになっていればよく、例えば、Ｘ軸駆動モータ５４、シャフト５６、各ギアボックス５８及び各Ｘ軸ボールねじ６０をＸ軸方向テーブル２８に取り付ける一方、各Ｘ軸ボールねじ受け６２をＹ軸方向テーブル３０に取り付けるようにしてもよい。

このように構成された並進移動テーブル２０のＸ軸方向テーブル２８上に、運転席部２２を固定することによって、並進移動テーブル２０によって回転テーブル１８と平行な面内で回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を並進移動させることができるようになる。

次に、図１に示されている自動車シミュレータ１０の動作を説明する。
操作者が運転席部２２のアクセルやブレーキなどを操作することにより自動車車両が加減速を行うときには、動揺装置１６によって運転席部２２を前後方向に傾斜させたときに操作者に作用する重力加速度成分を利用して加減速時の加速度を模擬する。また、並進移動テーブル２０によって運転席部２２を並進移動させるときの加速度を利用して、加減速時の加速度の一部を模擬することも可能である。さらに、加減速模擬用ＸＹテーブル２６を備えている場合には、加減速模擬用ＸＹテーブル２６によって運転席部２２を並進移動させるときの加速度を利用して、加減速時の加速度を模擬することもできる。

一方、操作者が運転席部２２のハンドルなどを操作することにより自動車車両が旋回運動を行うときには、動揺装置１６によって運転席部２２を左右方向に傾斜させたときに操作者に作用する重力加速度成分を利用して旋回中心周りの公転運動による横加速度を模擬すると共に、回転テーブル１８によって運転席部２２を回転軸線２４周りに回転させて自動車車両の自転中心周りの自転運動による回転を模擬する。この際、自動車車両の速度、ステアリング角度、スリップの発生の有無などの条件に応じて、例えばオーバーステアリング、アンダーステアリングまたはスリップが発生し、自動車車両の自転中心が前後方向や左右方向に移動する状況のときには、並進移動テーブル２０によって回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を並進移動させた上で、運転席部２２を回転軸線２４周りに回転させる。

通常の状態では、自動車車両の自転中心は、図８に示されているように後輪車軸の長手方向中心付近に位置している。この状態から、自動車車両の速度、ステアリング角度、スリップの発生の有無などの条件に応じて、例えば図９に示されているように自転中心が操作者６４の後ろに移動する場合には、並進移動テーブル２０のＸ軸駆動装置３２を作動させて回転テーブル１８に対してＸ軸方向テーブル２８を図８における左側に並進移動させることによって、回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を左方向に並進移動させ、回転テーブル１８の回転軸線２４を運転席部２２の後ろに移動させる。また、例えば図１０に示されているように自転中心が操作者６４の横に移動する場合には、並進移動テーブル２０のＹ軸駆動装置３４を作動させて回転テーブル１８に対してＹ軸方向テーブル３０を図８における後方に移動させることによって、回転テーブル１８の回転軸線２４に対してＹ軸方向テーブル３０に支持されるＸ軸方向テーブル２８及び運転席部２２を後方に移動させ、回転テーブル１８の回転軸線２４を運転席部２２の横に移動させる。

このように、自動車車両の速度、ステアリング角度、スリップの発生の有無などの条件に応じて、回転テーブル１８の回転軸線２４に対して運転席部２２を移動させることによって、自動車車両の旋回運動時の自転中心の移動を模擬することが可能になり、旋回運動時の実車両の動きをより忠実に模擬することができるようになる。したがって、旋回運動時の体感をより正確に再現し、操作者が実車両の操作と比較して感じる違和感を減らすことができる。

１０ 自動車シミュレータ
１６ 動揺装置
１８ 回転テーブル
２０ 並進移動テーブル
２２ 運転席部
２４ 回転軸線
２８ Ｘ軸方向テーブル
３０ Ｙ軸方向テーブル
３２ Ｘ軸駆動装置
３４ Ｙ軸駆動装置

Claims (3)

1. 操作者が位置し運転操作を行う運転席部と、運転席部に動揺を与える動揺装置と、動揺装置上に設けられ回転軸線周りに運転席部を旋回させる回転テーブルとを備え、操作者の運転操作に応じて、動揺装置により運転席部に動揺を与えると共に回転テーブルにより運転席部に旋回を与えて、操作者に自動車車両に搭乗した状態を模擬体験させる自動車シミュレータにおいて、
   前記回転テーブル上で前記回転テーブルの回転軸線に対して前記運転席部を並進移動させる並進移動機構をさらに備えることを特徴とする自動車シミュレータ。
2. 前記並進移動機構は、前記回転テーブルと前記運転席部との間に設けられ、前記回転テーブル上で前記運転席部を前記回転テーブルの表面と平行な面内で移動させる並進移動テーブルである、請求項１に記載の自動車シミュレータ。
3. 前記並進移動テーブルは、前記回転テーブル上に配置された第１のテーブルと、該第１のテーブル上に配置された第２のテーブルと、前記回転テーブル上で前記回転テーブルに対して前記第１のテーブルを第１の方向に移動させる第１の駆動装置と、前記第１のテーブル上で前記第１のテーブルに対して前記第２のテーブルを前記第１の方向と垂直な第２の方向に移動させる第２の駆動装置とを含む、請求項２に記載の自動車シミュレータ。

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