JP2011095619A - 自転車シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者が実際に自転車を走行する場合と同様の走行感を疑似体験させることができ、しかも、装置自体の小型化をも図ることができる自転車シミュレーション装置を提供する。
【解決手段】使用者のペダル８２の回転操作によって回転するフライホイール８８を備える模擬自転車１２と、該模擬自転車１２の前方に設置され、疑似走行画像を表示するモニタ２００と、フライホイール８８の回転速度を検出する回転速度センサ２１０と、モニタ２００に使用者の操作による疑似走行画像を出力する制御装置２０とを有し、回転速度センサ２１０により検出された速度に応じて、使用者に対して自転車の走行状態を疑似体験させる自転車シミュレーション装置において、制御装置２０は、回転速度センサ２１０からの検出値を積分した値を車両の速度（車速）として疑似走行画像を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、交通安全教育、ゲーム及び体力トレーニング等の用途に用いられ、使用者に対して自転車の走行状態を疑似体験させる自転車シミュレーション装置に関する。

近時、飛行機、自動車、自動二輪車、自転車等の運転を模擬体験するために、それぞれの乗り物に対応したシミュレーション装置が提案され、その一部が実用化されている。このうち、自転車シミュレーション装置では、運転者が模擬自転車のサドルに跨ったままペダルを漕ぐとともにハンドルを操作して模擬運転を行うようにした装置が提案されている（特許文献１参照）。

最近では、乗降動作や、一時停止時の足着き動作及び押し歩き動作まで再現でき、自転車の実際の運転とほぼ同様の臨場感を持たせることができる自転車シミュレーション装置が提案されている（特許文献２及び３参照）。

また、従来においては、後輪に負荷抵抗を与える負荷抵抗発生器を備えた自転車用運動器具が提案されている（特許文献４参照）。

登録実用新案第２５８９５８１号 特開２００８−５４８５６号公報 特開２００８−２４２２４８号公報 特開平１０−２４１３７号公報

ところで、上述のような自転車シミュレーション装置において、速度を算出する場合は、ペダルの操作によって回転駆動する後輪又はフライホイールの回転数をセンサにて検出し、検出した回転数を自転車の速度として演算するようにしている（特許文献２及び３参照）。

しかしながら、模擬自転車の後輪又はフライホイールは、少しのペダル操作によって簡単に回転し、また、ブレーキをかけると直ちに停止することから、後輪又はフライホイールの回転数（回転速度）を自転車の速度として演算すると、実際とは異なる加減速になり、特に、ペダルの漕ぎ出し時と走り出し後においては、実車に近い感覚を使用者に与えることができない場合がある。

そこで、模擬自転車に特許文献４に示すような専用の負荷抵抗発生器を別途取り付け、後輪又はフライホイールに負荷抵抗を与えることが考えられる。しかし、専用の負荷抵抗発生器を別途取り付けるスペースが必要になり、自転車シミュレーション装置自体が大型化するという課題がある。しかも、漕ぎ出し時において、使用者は、速度がなかなか出ないと感じてしまい、これによりさらにペダルを漕ぐことにより、速度が出すぎてしまうおそれがあり、負荷抵抗を与えたとしても、やはり実際とは異なる加減速になるということが考えられる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、使用者が実際に自転車を走行する場合と同様の走行感を疑似体験させることができ、しかも、装置自体の小型化をも図ることができる自転車シミュレーション装置を提供することを目的とする。

［１］ 本発明の請求項１に記載の自転車シミュレーション装置は、使用者のペダル（８２）の回転操作によって回転する回転体（８８）を備える模擬自転車（１２）と、該模擬自転車（１２）の前方に設置され、疑似走行画像を表示する前方表示部（１４）と、前記回転体（８８）の回転速度を検出する回転速度センサ（２１０）と、前記前方表示部（１４）に前記使用者の操作による疑似走行画像を出力する制御部（２０）とを有し、前記回転速度センサ（２１０）により検出された速度に応じて、前記使用者に対して自転車の走行状態を疑似体験させる自転車シミュレーション装置において、前記制御部（２０）は、前記回転速度センサ（２１０）からの検出値を積分した値を車両の速度（車速）として前記疑似走行画像を制御することを特徴とする。なお、括弧書きの符号は、本発明の理解の容易化のために添付図面中の符号に倣って付したものであり、本発明がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではなく、以下同様である。

［２］ 請求項２に記載の発明は、請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、前記制御部（２０）は、前記回転速度センサ（２１０）からの検出値を積分した値に対し、１以上の補正係数を乗算した値を車両の速度として演算し、前記補正係数は、前記車両の速度が小さいときには大きな値に設定され、前記車両の速度が大きくなると小さな値に設定されることを特徴とする。

［３］ 請求項３に記載の発明は、請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、前記制御部（２０）は、前記回転速度センサ（２１０）からの検出値に基づいて加速度を演算する加速度演算部（２２２）と、予め設定された速度しきい値と前記検出値とを比較し、その比較結果に応じて前記加速度を補正する加速度補正部（２２４）とを有することを特徴とする。

［４］ 請求項４に記載の発明は、請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、前記加速度補正部（２２４）は、前記加速度に補正係数を乗算することで前記加速度を補正し、前記検出値が前記速度しきい値未満の場合に前記補正係数として第１補正係数（ｈａ）を用い、前記検出値が前記速度しきい値以上の場合に前記補正係数として第２補正係数（ｈｂ）を用い、前記第１補正係数（ｈａ）＞前記第２補正係数（ｈｂ）の関係を有することを特徴とする。

［５］ 請求項５に記載の発明は、請求項３又は４記載の自転車シミュレーション装置において、前記制御部（２０）は、さらに、補正された前記加速度（補正加速度）に基づいて車両の速度を求める車速演算部（２２８）を有することを特徴とする。

［６］ 請求項６に記載の発明は、請求項５記載の自転車シミュレーション装置において、前記制御部（２０）は、さらに、前記補正加速度に、少なくとも前記使用者のブレーキ操作による減速度を反映した加減速度を演算する加減速度演算部（２２６）を有し、前記車速演算部（２２８）は、前記加減速度を積分した値を車両の速度とすることを特徴とする。

［７］ 請求項７に記載の発明は、請求項５又は６記載の自転車シミュレーション装置において、前記加速度演算部（２２２）での処理から、前記加速度補正部（２２４）での処理、前記車速演算部（２２８）での処理にわたる一連の処理を繰り返すことで順次前記車両の速度を求めるように制御することを特徴とする。

［８］ 請求項８に記載の発明は、請求項１、５、６又は７記載の自転車シミュレーション装置において、さらに、表示装置（２００）を有し、前記車両の速度を前記表示装置（２００）に表示する車速表示部（２３２）を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記回転速度センサからの検出値を積分した値を車両の速度（車速）として前記疑似走行画像を制御するようにしたので、現在の車速に応じた加速度を得ることが可能となり、実際に自転車を走行する場合と同様の走行感を疑似体験させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記回転速度センサからの検出値を積分した値に対し、１以上の補正係数を乗算した値を車両の速度として演算し、前記補正係数を、前記車両の速度が小さいときには大きな値に設定し、前記車両の速度が大きくなると小さな値に設定するようにしたので、使用者がペダルを漕ぎ出した低速時には、車両の速度を補正係数（１以上の値）により大きな値にして素早くスピードが上がるような疑似走行画像とし、車両の速度が上がるにつれて、補正係数が小さくなるので、車両の速度が上がりすぎてしまうことがない。

請求項３に記載の発明によれば、前記回転速度センサからの検出値に基づいて加速度を演算し、予め設定された速度しきい値と前記検出値とを比較し、その比較結果に応じて前記加速度を補正するようにしたので、加速度を補正する演算が簡単になり、制御部への演算負荷を低減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記加速度に補正係数を乗算することで前記加速度を補正し、前記検出値が前記速度しきい値未満の場合に前記補正係数として第１補正係数を用い、前記検出値が前記速度しきい値以上の場合に前記補正係数として第２補正係数を用い、前記第１補正係数＞前記第２補正係数の関係を有するようにしたので、前記補正係数を漕ぎ出し時には大きく、走り出し後はそれより小さくすることができ、漕ぎ出し時においては、ペダルへの踏み込みに対して直接的に車両の速度が上がっていく感覚となり、走り出し後は徐々に加速していく感覚となる。つまり、車両の停止状態から走行状態に移る過程や低速時において加速度が高くなるという現実に近い走行感を使用者に与えることができる。

請求項５に記載の発明によれば、補正加速度に基づいて車両の速度を求めるようにしたので、現実に近い走行感を使用者に与えることができる。

請求項６に記載の発明によれば、少なくとも前記使用者のブレーキ操作による減速度を反映した加減速度を演算し、前記加減速度を積分した値を車両の速度としたので、使用者によるブレーキ操作や坂道の斜面効果、空気抵抗等による影響を車両の速度に反映させることが可能となり、より現実に近い走行感を使用者に与えることができる。

請求項７に記載の発明によれば、前記加速度演算部での処理から、前記加速度補正部での処理、前記車速演算部での処理にわたる一連の処理を繰り返すことで順次前記車両の速度を求めるように制御したので、表示装置に三次元画像情報による背景画像を表示している場合に、カメラ視点の背景画像上での三次元座標を刻々と変化させることができ、表示装置に、自転車に乗った使用者があたかも街中を走行しているような動画像（疑似走行画像）を表示させることが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、得られた前記車両の速度（車速）を前記表示装置に表示するようにしたので、使用者は現在の車速を一目で認識することができ、車速に応じて背景画像が変化していく模様を体験することができる。

本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置を示す斜視図である。 本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置を示す側面図である。 本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置の後部を示す側面図である。 本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置を示す機能ブロック図である。 本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置の処理動作を示すフローチャートである。 自車両挙動処理を示すフローチャートである。 図７Ａはブレーキ操作による減速度の特性を示すグラフであり、図７Ｂは速度に対する空気抵抗の特性を示すグラフである。 フライホイールの回転速度と演算後の車速との関係を示す特性図である。

以下、本発明に係る自転車シミュレーション装置の実施の形態例を図１〜図８を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置１０は、図１に示すように、実際に自転車を運転しているような疑似感覚を運転者（乗員）に与えることで、自転車における交通安全指導のほか、各種のゲーム機、トレーニング機器等に使用することができる。

図１に示すように、自転車シミュレーション装置１０は、実際の自転車に類似した車体構造からなる模擬自転車１２と、模擬自転車１２の運転に応じて運転者の前方の情景（映像）を表示するメインモニタ１４と、メインモニタ１４を支持するフロントスタンド１６と、運転者の後方の情景を表示するリヤモニタ（後方表示部）１８と、自転車シミュレーション装置１０の全体的な制御を行う制御装置（制御部）２０とを備える。

自転車シミュレーション装置１０は、模擬自転車１２と、メインモニタ１４と、フロントスタンド１６と、リヤモニタ１８とを分割可能な構造（４分割構造）であり、各要素はボルト締結等によって分割及び組立を容易に行うことができる。

メインモニタ１４は、フロントスタンド１６の上部で支持され、モニタ位置調整機構２２によって上下方向（高さ方向）での位置調整が可能となっている。メインモニタ１４の左右側方には、それぞれ模擬自転車１２を運転する運転者の左後方及び右後方の情景を表示する一対のサブモニタ２４、２４が設けられている。従って、以下の説明では、メインモニタ１４、サブモニタ２４及びリヤモニタ１８を総称していう場合は、単にモニタ２００（表示装置：図４参照）と記す。

フロントスタンド１６は、パイプ状の本体枠１７と、本体枠１７の底部に設けられた脚部１９や車輪２１等によって構成されており、略水平面を構成するアッパープレート２３の上方に、モニタ位置調整機構２２を介してメインモニタ１４が取り付けられる。

制御装置２０は、フロントスタンド１６のアンダープレート２５に配置されており、模擬自転車１２の各部に取り付けられたセンサによって運転者の操作情報（走行情報）が入力されることで、フロントスタンド１６やサブモニタ２４、リヤモニタ１８に状況に応じた各種の映像を表示する。

リヤモニタ１８は、フロントスタンド１６の下部に連結されて模擬自転車１２の下部まで延びたメインフレーム２６に連結部２８で連結されたパイプ状のリヤスタンド（後方スタンド）３０により、模擬自転車１２の後方に設けられる。図２に示すように、リヤモニタ１８は、モニタ位置調整機構２２によるメインモニタ１４の調整範囲ｈ１の略中央位置に対応して設置されると共に、模擬自転車１２の車体前後方向での中心線から一方側（本実施形態では車体右側）に多少オフセットした位置に設置されている。

図１に示すように、模擬自転車１２は、床面及びフロントスタンド１６の下部に固定されて当該模擬自転車１２の車体を構成するメインフレーム２６と、メインフレーム２６にシートポスト（サドル側パイプ）３２を介して連結されるサドル３４（着座部）と、メインフレーム２６に連結されるハンドルポスト（ハンドル側パイプ）３６に固着されたヘッドパイプ３８を支軸として回動可能なハンドル４０と、ゴム製等のタイヤによって床面に固定されるダミーの後輪４２とを有し、車体後方側に駆動部４３が配置されている。サドル３４は、サドル位置調整機構４４によって上下方向（高さ方向）での位置調整が可能であり、ハンドル４０は、ハンドル位置調整機構４６によって上下方向（高さ方向）での位置調整が可能である。

メインフレーム２６は、フロントスタンド１６の下部に一対の連結部４７、４７によって両端側が連結されて床面に固定される支持パイプ４８と、支持パイプ４８の中央部から車体後方側へと延びて床面に這わされるアンダーパイプ５０と、アンダーパイプ５０から前傾斜及び後傾斜でそれぞれ上方に延びるハンドル側ベースパイプ５２及びサドル側ベースパイプ５４と、ハンドル側ベースパイプ５２及びサドル側ベースパイプ５４の間を連結するセンターフレーム５６と、ハンドル側ベースパイプ５２及び支持パイプ４８の間を連結する一対のフロントフォーク５８、５８とから構成されて模擬自転車１２の車体を構成している。

図２に示すように、ヘッドパイプ３８の下方には、樹脂等のケースで覆われた第１制御ボックス６０が取り付けられている。第１制御ボックス６０の内部には、ハンドル４０の回動動作に適度な手応えを与えるハンドル抵抗発生器やハンドル４０の舵角を検知する舵角センサ２０２（図４参照）等が収納されている。

ハンドル側ベースパイプ５２及びフロントフォーク５８の間に形成された略三角形状の空間には、樹脂等のケースで覆われた第２制御ボックス６２が取り付けられている。第２制御ボックス６２の内部には、ハンドル４０に設けられた前輪ブレーキレバー６４の揺動動作に適度な手応えを与えるブレーキ抵抗発生器や前輪ブレーキワイヤ６６の摺動量によって前輪ブレーキの操作量を検知するブレーキセンサ２０６（図４参照）等が収納されている。後輪ブレーキレバー６８（図１参照）からの後輪ブレーキワイヤ７０は、第２制御ボックス６２を抜けて後輪側へと延びている（図２参照）。これら第１制御ボックス６０及び第２制御ボックス６２は、ハーネス７２等を介してメインモニタ１４や制御装置２０と接続されている。なお、以下の説明では、前輪ブレーキレバー６４及び後輪ブレーキレバー６８を総称していうときは、単にブレーキレバー２０８（図４参照）と記す。

図３に示すように、駆動部４３は、サドル側ベースパイプ５４から後方に延びた左右一対のトラス構造で後輪４２を支持するパイプ状のアンダーステー７４及びアッパーステー７６によって支持されている。アンダーステー７４の前端部には、回転軸（クランク軸）７８の左右に連結された一対のクランク８０、８０と、各クランク８０、８０の先端に設けられたペダル８２、８２とが回転可能に軸支されている。

従って、駆動部４３では、運転者がペダル８２を漕ぐと、クランク８０に結合されたフロントスプロケット８４に巻き掛けられた無端状のドライブチェーン８６が駆動される。ドライブチェーン８６は、ペダル８２の車体後方側に回転可能に取り付けられたフライホイール８８の回転軸８９に設けたリヤスプロケット（図示せず）に巻き掛けられており、これにより、運転者のペダル操作に伴ってフライホイール８８が回転駆動される。なお、ドライブチェーン８６に代えて、樹脂や金属等のベルトを用いてもよい。

フライホイール８８の車体前方側には、該フライホイール８８の外周面に接して従動回転するローラ９０を有するペダル負荷調整機構９２が取り付けられており、フライホイール８８の回転抵抗を調整することによって、ペダル８２の回転に必要な踏力、すなわちペダル負荷の変更が可能となっている。

フライホイール８８の回転軸８９と該回転軸８９に取り付けられる前記リヤスプロケットとの間には一方向クラッチ（図示せず）が配設されており、通常の自転車と同様の惰性走行を再現することができる。また、車体側に取り付けられた回転速度センサ２１０（図４参照）でフライホイール８８の回転速度を検知することにより、模擬自転車１２の疑似的な速度が制御装置２０において算出される。さらに、フライホイール８８には、後輪ブレーキレバー６８からの後輪ブレーキワイヤ７０（図３参照）によって操作されるドラムブレーキ９４が取り付けられており、実際に回転駆動されるフライホイール８８を制動することで、実走行に近いリヤブレーキ操作感を得ることができる。

このようなフライホイール８８は、アンダーステー７４及びアッパーステー７６に固定される支持板９６に対し、回転軸８９を中心として回転自在に軸支されている。フライホイール８８に制動力を与えるドラムブレーキ９４は、後輪ブレーキレバー６８の操作により後輪ブレーキワイヤ７０に連結された揺動アーム９８が車体前方に引かれると、ケースの内周面にブレーキシュー（図示せず）が押し付けられて摩擦力が発生する構成である。なお、ブレーキシステムは、ディスク式ブレーキや、フライホイールの外周部を挟むカンチ式のリムブレーキ等を使用する構成としてもよい。

また、リヤモニタ１８を支持するリヤスタンド３０は、メインフレーム２６のアンダーパイプ５０の端部に連結部２８で連結される連結パイプ（連結部）１７０と、連結パイプ１７０の他端側を鉛直方向に立ち上げて、その上端側にリヤモニタ１８が固定される鉛直パイプ（保持部）１７２と、鉛直パイプ１７２の立ち上げ基端部周辺を補強して、リヤモニタ１８を安定して支持するために床面に固定される円環パイプ（保持部）１７４とから構成されている。

図１及び図２に示すように、連結パイプ１７０は、連結部２８に近い部分が模擬自転車１２の車体前後方向に沿っており、その後方側が屈曲して模擬自転車１２の後輪４２の前方から車体右後方へと延びている。

図３に示すように、連結部２８において、メインフレーム２６のアンダーパイプ５０と連結パイプ１７０とは、アンダーパイプ５０側が棒状パイプである一方、連結パイプ１７０側がスリット１７０ａを有する中空パイプであり、該連結パイプ１７０に前記アンダーパイプ５０の端部を差し込み、連結パイプ１７０の外周から連結ボルト１７６で締結されることで互いに連結される。

図１及び図３に示すように、リヤモニタ１８からのハーネス１７８は、鉛直パイプ１７２内から連結パイプ１７０内へと通されて、該連結パイプ１７０の端部近傍に形成された孔部１７０ｂから外部に取り出されて立ち上げられ、その先端のＵＳＢコネクタ（コネクタ）１７８ａが模擬自転車１２の下部に設けられたＵＳＢ端子（コネクタ）１８０に接続される。ＵＳＢ端子１８０に結線後のハーネス１８４は、模擬自転車１２前方に設けたＵＳＢコネクタ１８６に接続され、メインモニタ１４の下方に設けた制御装置２０から延びるハーネス１８８のＵＳＢコネクタ（コネクタ）１９０と結線され、これにより、リヤモニタ１８をメインフレーム２６側（フロントスタンド１６）に配置された制御装置２０で表示制御することができる。このように、リヤモニタ１８からの配線（ハーネス）が各コネクタを介して制御装置２０へと接続されることにより、当該自転車シミュレーション装置１０の各部の分解及び組立を一層簡便に行うことができる。つまり、リヤスタンド３０、模擬自転車１２、メインモニタ１４の各々をコネクタで分離でき、各々を分解するときの配線の処理が容易となる。この場合、ＵＳＢ端子１８０からのハーネス１８４は、センターフレーム５６内から第２制御ボックス６２内へと通って、模擬自転車１２の前方へと導出される。センターフレーム５６、ハンドル側ベースパイプ５２及び第２制御ボックス６２へのハーネス１８４の出入口には、ゴム製等のグロメットをそれぞれ配設しておくことで、ハーネス１８４を保護することができる。

なお、ＵＳＢコネクタ１７８ａ等が外れた場合には、メインモニタ１４にその箇所を表示し、再接続されることで再起動させるとよい。勿論、リヤモニタ１８と制御装置２０とは、ＵＳＢ接続以外の接続方法で接続してもよい。

図１に示すように、模擬自転車１２では、駆動部４３は、樹脂等のカバー９９によって覆われており、運転者がドライブチェーン等に接触することが防止されている。

そして、制御装置２０は、図４に示すように、加速度演算部２２２と、加速度補正部２２４と、加減速度演算部２２６と、車速演算部２２８と、背景画像表示部２３０と、車速表示部２３２と、メモリ２３４とを有する。

メモリ２３４には、予め設定された複数の背景画像情報２３６がそれぞれ記憶されている。１つの背景画像情報２３６は、自転車の教育用に設定された１つの街の三次元画像情報であって、モニタ２００に表示する際には、使用者が操作する自転車の背景画像上での三次元座標（すなわち、カメラ視点の三次元座標）と、焦点中心の座標に基づいてスクリーン座標系の画像に変換して表示される。このとき、使用者がペダル８２を操作することによって、カメラ視点の背景画像上での三次元座標が刻々と変化することから、モニタ２００には、自転車に乗った使用者があたかも街中を走行しているような動画像が表示されることになる。

メモリ２３４に記憶される背景画像情報２３６（三次元画像情報）としては、例えば現実に存在する街を模した仮想の街の三次元画像情報や、十字路（信号機有り、なし）、Ｔ字路、歩道等、教育上キーとなる種々のポイントが要所要所に配置された仮想の街の三次元画像情報等がある。特に、本実施の形態では、交通法規を考慮して、年齢層に応じた複数の三次元画像情報が用意されてある。すなわち、街中の車道を自転車で走行することを主体にした三次元画像情報、街中の歩道を自転車で走行することを主体にした三次元画像情報等である。

背景画像表示部２３０は、メモリ２３４に記憶された複数の背景画像情報２６０のうち、選択された背景画像情報２６０を、メモリ２５８から読み出してモニタ２００に表示する。この場合、背景画像表示部２３０は、仮想の三次元座標に基づく背景画像情報２３６を、少なくともカメラ視点に基づいて透視変換することによって得られたスクリーン座標による画像としてモニタ２００に表示する。

背景画像情報２３６上の自転車の三次元座標（すなわち、カメラ視点の三次元座標）のうち、Ｘ座標（左右）及びＺ座標（奥行き）は使用者のハンドル操作や走行速度に応じて刻々と変化する。一方、Ｙ座標（高さ方向）は、一定の座標を維持する。つまり、舵角センサ２０２からの検出信号と後述する車速演算部２２８からの車速情報（第４レジスタＲ４に格納された車速値）に基づいてカメラ視点のベクトルが得られることから、カメラ視点のＸ座標とＺ座標が求まり、結果的に、選択された背景画像情報２３６上でのカメラ視点の三次元座標が求まることとなる。

そして、背景画像表示部２３０は、求まったカメラ視点の三次元座標と前記ベクトルとに基づいて、背景画像情報２３６のうち、カメラ視点からベクトル方向の視野に入る背景画像情報を抽出し、スクリーン座標系の画像に変換してモニタ２００に表示する。この処理が繰り返されることで、モニタ２００には、自転車に乗った使用者があたかも街中を走行しているような動画像が表示されることになる。なお、背景画像情報２３６のモニタ２００への表示は、ファーストパーソン（１人称の視点）で表示するようにしてもよいし、サードパーソン（３人称の視点）で表示するようにしてもよい。

加速度演算部２２２は、回転速度センサ２１０からの検出値に基づいて現在の速度値を演算し、さらに、該現在の速度値から前回の速度値（第２レジスタＲ２に格納された値：初期値＝０）を差し引いた値に基づいて加速度値αを演算し、第１レジスタＲ１に格納する。

加速度補正部２２４は、第１レジスタＲ１に格納された加速度値αを回転速度センサ２１０からの検出値に基づいて補正して補正加速度値βとし、第２レジスタＲ２に格納する。

車速演算部２２８は、２つの演算手法（第１演算手法又は第２演算手法）に基づいて車速を演算する。

すなわち、第１演算手法は、第２レジスタＲ２に格納された補正加速度値βを積分して速度値を求める。そして、ブレーキの操作量に応じた減速値を、速度値から減算して暫定の車速値を求め、さらに、この暫定の車速値に応じた走行抵抗分の車速減少分を、前記暫定の車速値から減算して、車速値として確定させ、該確定した車速値を第４レジスタＲ４に格納する。

第２演算手法は、先ず、加減速度演算部２２６での演算が行われる。加減速度演算部２２６は、第２レジスタＲ２に格納された補正加速度値βに、ブレーキ操作による減速度、走行斜面による加減速度、転がり抵抗、空気抵抗を反映させた現在の加減速度γを演算し、第３レジスタＲ３に格納する。そして、車速演算部２２８は、第３レジスタＲ３に格納された加減速度値γを積分した値を車速値として第４レジスタＲ４に格納する。

制御装置２０は、車速演算にて第１演算手法を採用した場合、加速度演算部２２２での処理から、加速度補正部２２４での処理、車速演算部での処理にわたる一連の処理を繰り返すことで、また、車速演算にて第２演算手法を採用した場合、加速度演算部２２２での処理から、加速度補正部２２４での処理、加減速度演算部２２６での処理、車速演算部２２８での処理にわたる一連の処理を繰り返すことで、例えば単位時間（例えばテレビ信号の１フレーム期間（１／６０ｓｅｃ））ごとに順次車速を求めるように制御する。演算された車速値は、背景画像表示部２３０での背景画像情報２３６の表示に利用される。

車速表示部２３２は、第４レジスタＲ４に格納された車速値をモニタ２００に表示する。このとき、スピードメーターの画像が表示されていれば、スピードを示す指標をアナログ表示形式で、車速値に応じた回転角だけ回転させて表示し、あるいは車速値が示す数値を表示する。もちろん、スピードメーターの画像が表示されていなくても、モニタ２００の画面のコーナー部に車速値を示す数値を表示するようにしてもよい。これによって、使用者は現在の車速を一目で認識することができ、車速に応じて背景画像が変化していく模様を体験することができる。

次に、本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置１０の動作、すなわち、模擬運転動作について図５〜図７Ｂを参照しながら説明する。

模擬運転に当たっては、モニタ２００に、練習コース（自転車で仮想の街中を走行するコース）、難易度の設定、ケーススタディコース（危険予知、回避の練習をガイダンスを受けながら練習するコース）、自転車に関するクイズ等が選択するための選択画面が表示され、使用者は該当する項目を選択する。そして、模擬運転は、選択された項目に従って練習コースの画面、ケーススタディコースの画面、クイズの画面を表示する。使用者は表示された画面やガイダンスに従って模擬自転車を操作していくことになる。

先ず、図５のステップＳ１において自車両（使用者が操作する自転車）の挙動演算処理が行われ、ステップＳ２において他車両の挙動演算処理が行われ、ステップＳ３においてガイダンス処理が行われる。その後、ステップＳ４において終了要求（終了ボタンの操作、電源断等）があるか否かが判別され、終了要求でなければステップＳ１以降の処理が繰り返される。

ここで、ステップＳ１における自車両の挙動演算処理を図６に基づいて説明する。先ず、図６のステップＳ１０１において、加速度補正部２２４は、第４レジスタＲ４から速度値ｖ（初期値＝０）を読み出す。その後、ステップＳ１０２において、加速度補正部２２４は、速度値ｖが所定値未満であるか否かを判別する。通常、加速度は停止状態から走行状態に移る過程や低速時において高くなる。そこで、速度が低速であるかどうかを判別する。本実施の形態では、所定値として例えば５ｋｍ／ｈに設定してある。もちろん、実施される用途に応じて適宜変更してもよい。

加速度補正部２２４は、前記速度値が所定値未満であれば、ステップＳ１０３において、第５レジスタＲ５（図４参照）に第１補正係数ｈａを格納し、前記速度値が所定値以上であれば、ステップＳ１０４において、第５レジスタＲ５に第２補正係数ｈｂを格納する。第１補正係数ｈａと第２補正係数ｈｂとの大小関係は、第１補正係数ｈａ及び第２補正係数ｈｂは共に１より大きい値であって、第１補正係数ｈａ＞第２補正係数ｈｂであり、本実施の形態では、ｈａ＝ｈｂ×３とした。もちろん、実施される用途に応じて適宜変更してもよい。

その後、ステップＳ１０５において、加速度演算部２２２は、回転速度センサ２１０からの検出値に基づいて加速度値αを演算する。具体的には、まず、回転速度センサ２１０からの検出値に基づいて現在の速度値＝Ｉ／ｋを演算する。ここで、Ｉは回転速度センサ２１０からの検出値、ｋは使用者の年齢に応じた係数である。係数ｋは、年齢が高くなるに従って小さくなるように設定される。得られた現在の速度値からステップＳ１０１にて読み出した速度値ｖを差し引いた値を加速度値αとする。得られた加速度値αを第１レジスタＲ１に格納する。加速度値αを上述のように演算するので、制御装置２０は、現在のフライホイール８８の回転数を加速度として認識することになる。

ステップＳ１０６において、加速度補正部２２４は、第１レジスタＲ１に格納された加速度値αに、第５レジスタＲ５に格納された補正係数（第１補正係数ｈａ又は第２補正係数ｈｂ）を乗算して補正加速度値βを得、該補正加速度値βを第２レジスタＲ２に格納する。

つまり、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６において以下の演算が行われる。
補正加速度β＝｛（Ｉ／ｋ）−ｖ｝×ｚ

その後、ステップＳ１０７以降において、車速値の演算が行われる。具体的には、ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９での第１演算手法又はステップＳ１１０及びＳ１１１での第２演算手法によって車速値の演算が行われる。

すなわち、第１演算手法では、ステップＳ１０７において、車速演算部２２８は、第２レジスタＲ２に格納された補正加速度値βを積分して速度値を求める。その後、ステップＳ１０８において、車速演算部２２８は、ブレーキレバー２０８の操作に基づくブレーキセンサ２０６からのブレーキ入力値に基づいて減速値を演算し、前記速度値から減速値を差し引いて暫定の車速値を求める。その後、ステップＳ１０９において、暫定の車速値に応じた走行抵抗分の車速減少分を、暫定の車速値から減算して、車速値として確定させ、該確定した車速値を第４レジスタＲ４に格納する。ここでは、フライホイール８８の回転数を加速度に見立てて、該加速度を積分した値から車速値を求めるようにしているため、フライホイール８８の回転数の急増、急減に対して、車速値の変化が緩やかになる。

一方、第２演算手法では、ステップＳ１１０において、加減速度演算部２２６は、第２レジスタＲ２に格納された補正加速度値βに、ブレーキ操作による減速度Ｄａ（前輪ブレーキによる減速度Ｄａｆ＋後輪ブレーキによる減速度Ｄａｒ）、走行斜面による加減速度Ｄｂ、転がり抵抗Ｄｃ、空気抵抗Ｄｄを反映させて現在の加減速度γを演算し、第３レジスタＲ３に格納する。

前輪ブレーキによる減速度の特性、すなわち、前輪ブレーキレバー６４の操作量（ストローク量）に対する減速度の変化は図７Ａの実線Ｌａｆに示す特性となる。従って、前輪ブレーキによる減速度Ｄａｆは、以下の演算式（１）に基づいて求めることができる。
Ｄａｆ＝ｆ×ｍ ……（１）

ここで、ｆは、使用者による前輪ブレーキレバー６４の操作量に応じた値（０〜１の値）であり、ｍは、前輪ブレーキ限界制動力に基づく値（定数）である。

後輪ブレーキによる減速度の特性、すなわち、後輪ブレーキレバー６８の操作量（ストローク量）に対する減速度の変化は図７Ａの破線Ｌａｒに示す特性となる。従って、後輪ブレーキによる減速度Ｄａｒは、以下の演算式（２）に基づいて求めることができる。
Ｄａｒ＝ｒ×ｎ ……（２）

ここで、ｒは、使用者による後輪ブレーキレバー６８の操作量に応じた値（０〜１の値）であり、ｎは、後輪ブレーキ限界制動力に基づく値（定数）である。

走行斜面による加減速度Ｄｂは、以下の演算式（３）に基づいて求められる。
Ｄｂ＝ｓｉｎθ ……（３）

ここで、θは、背景画像上での自車両が走行している斜面（坂道）の斜面角度であり、以下のようにして得ることができる。例えば用意された複数の背景画像情報にそれぞれ対応した複数の坂道情報テーブル２３８（図４参照）をメモリ２３４に記憶しておく。各坂道情報テーブル２３８には、対応する背景画像情報に設定された坂道の三次元座標と坂道の斜面角度とが対応して登録されている。そして、背景画像表示部２３０から現在のカメラ視点の三次元座標を受け取り、現在の表示されている背景画像情報に対応した坂道情報テーブル２３８に登録されている坂道の三次元座標とを対比して、現在のカメラ視点が坂道に位置している場合は、該坂道の傾斜角度を読み出して傾斜角度θとし、現在のカメラ視点が坂道に位置していない場合は、傾斜角度θを０とする。

転がり抵抗Ｄｃは、一定値としている。

空気抵抗の特性、すなわち、速度に対する空気抵抗の変化は図７Ｂの実線Ｌｄに示す特性となる。従って、空気抵抗Ｄｄは、以下の演算式（４）に基づいて求めることができる。
Ｄｄ＝ｖ×ｖ×０．０００１ ……（４）

本来、空気抵抗は、（１／２）×ｖ²×前面投影面積×空気密度×空気抵抗係数で求められるが、この実施の形態では、演算を容易にするために、現在の速度値ｖ以外の項を一定値（＝０．０００１）とした。もちろん、本来の演算式に基づいて空気抵抗Ｄｄを求めてもよい。

ステップＳ１１１において、車速演算部２２８は、第３レジスタＲ３に格納された加減速値γを積分し、その積分値を車速値として第４レジスタＲ４に格納する。

ステップＳ１１２において、背景画像表示部２３０は、メモリ２３４に記憶された複数の背景画像情報２３６のうち、選択されたコースに対応した背景画像情報２３６を、メモリ２３４から読み出してモニタ２００に表示する。このとき、背景画像表示部２３０は、背景画像情報２３６を、車速値によって三次元座標が設定されたカメラ視点に基づいてモニタ２００に表示する。

図５のステップＳ３におけるガイダンス処理は、危険回避等のガイダンスを表示したり、音声出力するものであって、例えば背景画像上での自車両が赤信号で停止している状態で、青信号に切り替わらないうちから走行しようとしたとき、モニタ２００には停止を促す内容を意味する文章がガイダンスとして表示され、また、音声出力されることとなる。

そして、上述したステップＳ４において、終了要求があると判別された場合、この自転車シミュレーション装置１０での処理が終了する。

このように、本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置においては、回転速度センサ２１０からの検出値に基づいて加速度を演算し、得られた加速度を検出値に基づいて補正して補正加速度とし、第１演算方式では、得られた補正加速度に基づいて車速を演算し、第２演算方式では、得られた補正加速度にブレーキ操作による減速度、走行斜面による加減速度、転がり抵抗、空気抵抗を反映させた現在の加減速度を演算し、この加減速度に基づいて車速を演算するようにしたので、現在の車速に応じた加速度を得ることが可能となり、実際に自転車を走行する場合と同様の走行感を疑似体験させることができる。しかも、専用の負荷抵抗発生装置を別途取り付ける必要がないため、自転車シミュレーション装置１０体の小型化をも図ることができる。

また、本実施の形態では、回転速度センサ２１０からの検出値を積分した値に対し、１以上の補正係数を乗算した値を車両の速度として演算し、補正係数を、車速が小さいときには大きな値に設定し、車速が大きくなると小さな値に設定するようにしたので、使用者がペダル８２を漕ぎ出した低速時には、車速を補正係数（１以上の値）により大きな値にして素早くスピードが上がるような疑似走行画像が表示されることとなり、また、車速が上がるにつれて、補正係数が小さくなるので、車速が上がりすぎてしまうことがない。すなわち、図８に示すように、車速（実線Ｓａ参照）は、漕ぎ出し時においては、フライホイール８８の回転速度（実線Ｓｂ参照）とほぼ同じように、ペダル８２への踏み込みに対して直接的に車速が上がっていき、走り出し後は、フライホイール８８の回転速度が一定となった後においても、車速が徐々に加速していく特性を得ることができる。従って、例えばペダルの漕ぎ出し時と走り出し後において、実車に近い感覚を使用者に与えることができる。

また、本実施の形態では、回転速度センサ２１０からの検出値に基づいて加速度を演算し、予め設定された速度しきい値と検出値とを比較し、その比較結果に応じて加速度を補正するようにしたので、加速度を補正する演算が簡単になり、制御装置２０への演算負荷を低減することができる。

また、本実施の形態では、加速度に補正係数を乗算することで加速度を補正し、検出値が所定値（速度しきい値）未満の場合に補正係数として第１補正係数ｈａを用い、検出値が速度しきい値以上の場合に補正係数として第２補正係数ｈｂを用い、第１補正係数ｈａ＞第２補正係数ｈｂの関係を有するようにしたので、補正係数を、漕ぎ出し時には大きく、走り出し後はそれより小さくすることができ、漕ぎ出し時においては、ペダル８２への踏み込みに対して直接的に車速が上がっていく感覚となり、走り出し後は徐々に加速していく感覚となる。つまり、車両の停止状態から走行状態に移る過程や低速時において加速度が高くなるという現実に近い走行感を使用者に与えることができる。

また、本実施の形態では、得られた補正加速度にブレーキ操作による減速度、走行斜面による加減速度、転がり抵抗、空気抵抗を反映させた現在の加減速度を演算し、この加減速度を積分した値を車両の速度としたので（第２演算方式）、使用者によるブレーキ操作や坂道の斜面効果、空気抵抗等による影響を車速に反映させることが可能となり、より現実に近い走行感を使用者に与えることができる。

また、本実施の形態では、加速度演算部２２２での処理から、加速度補正部２２４での処理、加減速度演算部２２６での処理にわたる一連の処理を繰り返すことで順次前記補正加速度を求めるように制御したので、モニタ２００に三次元画像情報による背景画像を表示している場合に、カメラ視点の背景画像上での三次元座標を刻々と変化させることができ、モニタ２００に、自転車に乗った使用者があたかも街中を走行しているような動画像を表示させることが可能となる。

また、本実施の形態では、車速演算部２２８にて得られた車速をモニタに表示するようにしたので、使用者は現在の車速を一目で認識することができ、車速に応じて背景画像が変化していく模様を体験することができる。

なお、本発明に係る自転車シミュレーション装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…自転車シミュレーション装置 １２…模擬自転車
２０…制御装置 ８２…ペダル
８８…フライホイール ２００…モニタ
２０６…ブレーキセンサ ２１０…回転速度センサ
２２２…加速度演算部 ２２４…加速度補正部
２２６…加減速度演算部 ２２８…車速演算部
２３０…背景画像表示部 ２３２…車速表示部

Claims (8)

1. 使用者のペダル（８２）の回転操作によって回転する回転体（８８）を備える模擬自転車（１２）と、該模擬自転車（１２）の前方に設置され、疑似走行画像を表示する前方表示部（１４）と、前記回転体（８８）の回転速度を検出する回転速度センサ（２１０）と、前記前方表示部（１４）に前記使用者の操作による疑似走行画像を出力する制御部（２０）とを有し、前記回転速度センサ（２１０）により検出された速度に応じて、前記使用者に対して自転車の走行状態を疑似体験させる自転車シミュレーション装置において、前記制御部（２０）は、前記回転速度センサ（２１０）からの検出値を積分した値を車両の速度（車速）として前記疑似走行画像を制御することを特徴とする自転車シミュレーション装置。
2. 請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記制御部（２０）は、前記回転速度センサ（２１０）からの検出値を積分した値に対し、１以上の補正係数を乗算した値を車両の速度として演算し、前記補正係数は、前記車両の速度が小さいときには大きな値に設定され、前記車両の速度が大きくなると小さな値に設定されることを特徴とする自転車シミュレーション装置。
3. 請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記制御部（２０）は、前記回転速度センサ（２１０）からの検出値に基づいて加速度を演算する加速度演算部（２２２）と、予め設定された速度しきい値と前記検出値とを比較し、その比較結果に応じて前記加速度を補正する加速度補正部（２２４）とを有することを特徴とする自転車シミュレーション装置。
4. 請求項１記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記加速度補正部（２２４）は、前記加速度に補正係数を乗算することで前記加速度を補正し、前記検出値が前記速度しきい値未満の場合に前記補正係数として第１補正係数（ｈａ）を用い、前記検出値が前記速度しきい値以上の場合に前記補正係数として第２補正係数（ｈｂ）を用い、前記第１補正係数（ｈａ）＞前記第２補正係数（ｈｂ）の関係を有することを特徴とする自転車シミュレーション装置。
5. 請求項３又は４記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記制御部（２０）は、さらに、補正された前記加速度に基づいて車両の速度を求める車速演算部（２２８）を有することを特徴とする自転車シミュレーション装置。
6. 請求項５記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記制御部（２０）は、さらに、補正された前記加速度に、少なくとも前記使用者のブレーキ操作による減速度を反映した加減速度を演算する加減速度演算部（２２６）を有し、前記車速演算部（２２８）は、前記加減速度を積分した値を車両の速度とすることを特徴とする自転車シミュレーション装置。
7. 請求項５又は６記載の自転車シミュレーション装置において、
   前記加速度演算部（２２２）での処理から、前記加速度補正部（２２４）での処理、前記車速演算部（２２８）での処理にわたる一連の処理を繰り返すことで順次前記車両の速度を求めるように制御することを特徴とする自転車シミュレーション装置。
8. 請求項１、５、６又は７記載の自転車シミュレーション装置において、
   さらに、表示装置（２００）を有し、前記車両の速度を前記表示装置（２００）に表示する車速表示部（２３２）を有することを特徴とする自転車シミュレーション装置。

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