JP2019154565A

JP2019154565A - ドライビングシミュレータの制御方法

Info

Publication number: JP2019154565A
Application number: JP2018041907A
Authority: JP
Inventors: 藤井　昭広; Akihiro Fujii; 昭広藤井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】被験者の違和感を低減しつつ、シミュレートする実際の乗り物の加速度に対して仮想の乗り物の加速度を良好に再現することのできるドライビングシミュレータの制御方法の提供。【解決手段】被験者が搭乗したモーションベース（４）を、前後運動及び回転運動させ、【選択図】図３

Description

本発明はドライビングシミュレータの制御方法に関し、ドライビングシミュレータのモーションベースを制御する制御方法に関する。

特許文献１に開示されるドライビングシミュレータでは、まず、被験者による操作に基づく仮想の乗り物の加速度で、モーションベースが仮想的に運動した場合に被験者が感じるであろう第１加速度感覚を求める。続いて、当該加速度に基づいてモーションベースが実現すべき目標加速度で運動した場合に被験者が感じるであろう第２加速度感覚を求める。さらに、第１加速度感覚と第２加速度感覚とに基づいて、目標加速度を修正する。

特開２００８−２１６４００号公報

このようなドライビングシミュレータは、被験者の加速度感覚についての違和感を減じるべく、第１加速度感覚と第２加速度感覚との差を低減させるように目標加速度を修正することがある。これによって、シミュレートする実際の乗り物の加速度に対して仮想の乗り物の加速度を良好に再現できないおそれがあった。

本発明は、被験者の違和感を低減しつつ、シミュレートする実際の乗り物の加速度に対して仮想の乗り物の加速度を良好に再現できるものとする。

本発明に係るドライビングシミュレータの制御方法は、
被験者が搭乗したモーションベースを、前後運動及び回転運動させ、当該被験者に運転時の加速度感覚を体験させるドライビングシミュレータの制御方法であって、
前記モーションベースの前後運動を開始した開始時点から前記前後運動を終了する終了時点の間に、前記モーションベースの回転運動を開始し、
前記回転運動の角加速度は、前記回転運動を開始した時点から、徐々に向上し、予め設定した設定閾値に到達し、
前記設定閾値は、前記被験者が前記回転運動のみによる加速度を感じない回転運動不感加速度値よりも大きい。

このような構成によれば、モーションベースの前後運動の開始時点から終了時点までの間で、モーションベースの回転運動を開始するため、被験者が、前後運動による加速度感覚を感じたまま、回転運動が開始する。そのため、被験者は、前後運動による加速度感覚と回転運動による加速度感覚とが紛れて、回転運動による加速度感覚を感じ難い。また、回転運動の角加速度は、回転運動を開始した時点から、徐々に向上するため、被験者は、回転運動による加速度感覚を感じ難い。さらに、回転運動の角加速度は、被験者が回転運動のみによる加速度を感じない回転運動不感加速度値よりも大きい値に到達するため、シミュレートする実際の乗り物の加速度に対して仮想の乗り物の加速度を良好に再現できる。

本発明は、被験者の違和感を低減しつつ、シミュレートする実際の乗り物の加速度に対して仮想の乗り物の加速度を良好に再現することができる。

実施の形態１に係るドライビングシミュレータのシステム構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るドライビングシミュレータの制御方法を用いた場合の、経過時間に対するモーションベースの各加速度を示すグラフである。実施の形態１に係るドライビングシミュレータの制御方法の一具体例を用いた場合の、経過時間に対するモーションベース４の前後加速度及び角加速度を示すグラフである。モーションベース４の角加速度に対する角加速度感を示すグラフである。実施の形態１に係るドライビングシミュレータのシステム構成の一具体例の要部を示すブロック図である。実施の形態１に係るドライビングシミュレータのシステム構成の一具体例の要部を示すブロック図である。実施の形態１に係るドライビングシミュレータの制御方法の一具体例における、時間に対する加速度波形の例を示すグラフである。実施の形態１に係るドライビングシミュレータのシステム構成の一具体例の要部を示すブロック図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
図１を参照して実施の形態１に係るドライビングシミュレータについて説明する。図１は、実施の形態１に係るドライビングシミュレータのシステム構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ドライビングシミュレータ１０は、モデル演算装置１と、モーションキューイング演算装置２と、モーションベース４とを備える。

モデル演算装置１は、乗り物の仮想モデルが再現すべき再現加速度Ａ１を演算する。この乗り物は、ドライビングシミュレータ１０が模擬する乗り物であり、例えば、車両である。再現加速度Ａ１は、被験者の操作入力を示す信号に基づいて、求めることができる。被験者の操作入力を示す信号は、モーションベース４等から送られるとよい。

モーションキューイング演算装置２は、高周波演算部２１と、低周波演算部２２と、指令値出力部２３とを備える。再現加速度のうち、高周波運動成分は、モーションベース４が実現すべき前後加速度によって再現しやすく、低周波運動成分は、モーションベース４が実現すべき回転加速度によって再現しやすい傾向にある。そのため、高周波演算部２１は、再現加速度Ａ１に基づいて、モーションベース４が実現すべき前後加速度Ａｍｘ１を算出する。また、低周波演算部２２は、再現加速度Ａ１に基づいて、モーションベース４が実現すべき回転加速度Ａｍｐ１を算出する。指令値出力部２３は、前後加速度Ａｍｘ１及び回転加速度Ａｍｐ１に基づいて、指令値Ａｄ１を出力する。

モーションベース４は、被験者に搭乗させたまま、所定のモーションを行う。モーションベース４は、サーボ装置等の技術的な運動手段を備え、当該運動手段を用いて、少なくとも搭乗者の前後方向に並進運動することができ、及び、搭乗者のピッチ方向に回転運動することができる。

モーションベース４は、指令値Ａｄ１に基づいて、運動する。例えば、モーションベース４は、搭乗者の前後方向に前後加速度Ａｍｘ１で運動しつつ、ピッチ方向に回転加速度Ａｍｐ１に回転運動する。具体的には、乗り物の仮想モデルが再現すべき再現加速度Ａ１が正なら、モーションベース４は、搭乗者が前方向に移動するように前後加速度Ａｍｘ１で加速しつつ、搭乗者の姿勢が後方へ傾くように回転加速度Ａｍｐ１にピッチ方向に回転運動する。乗り物の仮想モデルが再現すべき再現加速度Ａ１が負なら、モーションベース４は、搭乗者が後方向に移動するように前後加速度Ａｍｘ１で加速しつつ、搭乗者の姿勢が前方へ傾くように回転加速度Ａｍｐ１にピッチ方向に回転運動する。

モーションベース４は、被験者からの操作入力を受ける操作入力装置を備えるとよい。当該操作入力装置は、例えば、ステアリングハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダル等を備える。被験者は、ドライビングシミュレータ１０が模擬する乗り物を運転するよう、操作入力を当該操作入力装置に与える。モーションベース４は、被験者に運転時の加速度感覚を体験させる。

（制御方法１）
次に、図２を参照して、実施の形態１に係るドライビングシミュレータの制御方法の一例について説明する。図２は、実施の形態１に係るドライビングシミュレータの制御方法を用いた場合の、経過時間に対するモーションベースの各加速度を示すグラフである。

モーションベース４を前後運動開始時点ｔ１から前後運動させる（前後運動開始ステップＳＴ１）。図２に示すモーションベース４の前後運動による前後加速度Ａｍｘの一例は、前後運動開始時点ｔ１において０（零）であり、前後運動開始時点ｔ１から徐々に向上し、所定の前後加速度値Ａｍｘ２を維持する。

続いて、モーションベース４の前後運動を継続させたまま、モーションベース４を回転運動開始時点ｔ２から回転運動させる（回転運動開始ステップＳＴ２）。図２に示すモーションベース４の回転運動による前後加速度Ａｍｐの一例は、モーションベース４の回転運動開始時点ｔ２において０（零）であるが、回転運動開始時点ｔ２を経過した後、徐々に向上する。

モーションベース４の回転運動による前後加速度Ａｍｐの傾きＳ_Ａｍｐは、無感角加速度帯Ｂ_Ａ０の傾きＳ_ＡｍｐＮよりも大きく、９０度よりも小さければよい。無感角加速度帯Ｂ_Ａ０は、モーションベース４が前後運動することなく回転運動のみを行なった場合に、搭乗者がモーションベース４による加速感を感じない角加速度の範囲である。図２に示すモーションベース４の回転運動による前後加速度Ａｍｐの一例は、時点ｔ２３において所定の前後加速度Ａｍｐ２に達した後、前後加速度Ａｍｐ２を少なくとも所定の期間維持する。

続いて、モーションベース４の前後運動による前後加速度Ａｍｘを回転運動開始時点ｔ２以後の所定の時点から徐々に低減させ、前後運動終了時点ｔ３において０（零）に到り、モーションベース４の前後運動を終了させる（前後運動終了ステップＳＴ３）。なお、モーションベース４の回転運動による前後加速度Ａｍｐは、所定の前後加速度Ａｍｐ２に達した後、必要に応じて、前後加速度Ａｍｐ２を維持し、所定期間経過後、０（零）に至るように低減してもよい。

以上より、上記した構成によれば、モーションベース４の前後運動開始時点ｔ１から前後運動終了時点ｔ３までの間で、モーションベース４の回転運動を開始する。そのため、被験者が、モーションベース４の前後運動による加速感を感じたまま、モーションベース４の回転運動が開始する。これによって、被験者は、モーションベース４の回転運動による加速感が前後運動による加速感に紛れて、モーションベース４の回転運動による加速を感じ難い。すなわち、被験者は、加速度感覚の違和感を感じ難い。

回転運動開始ステップＳＴ２では、前後運動開始ステップＳＴ１から引き続き、モーションベース４の前後運動を継続させたまま、モーションベース４を回転運動開始時点ｔ２から回転運動させる。

（従来技術との比較）
ところで、ドライビングシミュレータ１０の制御方法における回転運動開始ステップＳＴ２の一具体例と異なる比較例１及び比較例２に係る回転運動開始ステップがある。

（一具体例２）
次に、図５〜図７を参照して、ドライビングシミュレータ１０のシステム構成の一具体例について説明する。図５及び図６は、実施の形態１に係るドライビングシミュレータ１０のシステム構成の一具体例の要部を示すブロック図である。図７は、ドライビングシミュレータの制御方法の一具体例における、時間に対する加速度波形の例を示すグラフである。

図５に示すように、モーションキューイング演算装置２は、再現加速度Ａ１を取得する。再現加速度Ａ１は、モデル演算装置１（図１参照）によって演算して求めた演算結果であってもよいし、実車において計測された波形信号やこれに基づいて演算された結果であってもよい。モーションキューイング演算装置２は、指令値Ａｄ１をモーションベース４へ送る。

具体的には、図６に示すように、モーションキューイング演算装置２は、再現加速度Ａ１を分離して、前後運動成分Ａ２１と回転運動成分Ａ２２とを生成する。さらに、モーションキューイング演算装置２は、所定の時点ｔ１０１からモーションベース４に前後運動成分Ａ２１による前後運動を開始させ、時点ｔ１０１から所定期間経過した時点ｔ１０２において、モーションベース４に回転運動成分Ａ２２による回転運動を開始させるような指令値Ａｄ１を演算する。指令値Ａｄ１に基づく加速度波形の例を図７に示す。

図６にその要部を示したドライビングシミュレータのシステム構成の一具体例は、図７に示す加速度波形を演算することができる。図６に示すように、再現加速度Ａ１を示す信号は、ハイパスフィルタ２２１によってフィルタリングされ、前後運動成分Ａ２１を示す信号が生成される。また、再現加速度Ａ１を示す信号は、ローパスフィルタ２２２によってフィルタリングされ、回転運動成分Ａ２２を示す信号が生成される。

回転運動成分Ａ２２を示す信号は、無駄時間要素２２３によって、再現加速度Ａ１又は前後運動成分Ａ２１に対して所定期間遅れた無駄時間回転運動成分Ａ２３を示す信号に変換される。

座標／指令変換部２２４は、前後運動成分Ａ２１を示す信号と、無駄時間回転運動成分Ａ２３を示す信号とを取得し、これらの信号に基づいて、指令値Ａｄ１を変換し、モーションベース４に出力する。モーションベース４は、指令値Ａｄ１に基づいて、前後運動及び回転運動する。モーションベース４は、図７に示す前後運動成分Ａ２１と、無駄時間回転運動成分Ａ２３とに基づいて、運動することができる。なお、図７に示すように、前後運動成分Ａ２１を示す信号と、無駄時間回転運動成分Ａ２３を示す信号とを、加算器２２５、減算器２２６を用いて、所定の算出を行った後、座標／指令変換部２２４に送ってもよい。

（一具体例３）
次に、図３及び図８を参照して、ドライビングシミュレータのシステム構成の一具体例を説明する。図８は、実施の形態１に係るドライビングシミュレータ１０のシステム構成の一具体例の要部を示すブロック図である。

図８に示すドライビングシミュレータのシステム構成の要部の一具体例３は、図３に示す過時間に対するモーションベース４の前後加速度及び角加速度を演算することができる。図８に示すように、再現加速度Ａ１を示す信号は、前後／回転運動分配部３２１に出力され、前後運動成分Ａｘ３１と回転運動成分Ａｐ３１とに分配される。さらに、前後運動成分を座標／指令変換部３２３に出力し、回転運動成分Ａｐ３１を回転運動指令修正部３２２に出力する。

座標／指令変換部３２３は、前後運動成分Ａｘ３１を示す信号と、回転運動成分Ａｐ３４を示す信号とを取得し、これらの信号に基づいて、指令値Ａｄ１を変換し、モーションベース４に出力する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ドライビングシミュレータ
１モデル演算装置２モーションキューイング演算装置
２１高周波演算部２２低周波演算部
２３指令値出力部
２２１ハイパスフィルタ２２２ローパスフィルタ
２２３無駄時間要素２２４座標／指令変換部
２２５加算器２２６減算器
３０１リミッター３０２遅れ要素
３０３加算器３０４差分演算部
３２１前後／回転運動分配部３２２回転運動指令修正部
３２３座標／指令変換部
４モーションベース
ＳＴ１前後運動開始ステップＳＴ２回転運動開始ステップ
ＳＴ３前後運動終了ステップ
Ａ１再現加速度
Ａ２１前後運動成分Ａ２２回転運動成分
Ａ２３無駄時間回転運動成分
Ａｄ１指令値
Ａ_ｃ１前後加速度Ａ_ｃ２前後回転速度
Ａｍｐ前後加速度
Ａｍｐ１回転加速度Ａｍｐ２前後加速度
Ａｍｘ前後加速度
Ａｍｘ１前後加速度Ａｍｘ２前後加速度値
Ａｐ３１、Ａｐ３２１、Ａｐ３２２、Ａｐ３４回転運動成分
Ａｘ３１前後運動成分
Ｂ_Ａ０無感角加速度帯
Ｆ角加速度感
Ｆ_ｃｍ角加速度感Ｆ_ｍｐ１角加速度感
ｔ１前後運動開始時点ｔ２回転運動開始時点
ｔ３前後運動終了時点
ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、ｔ１０１、ｔ１０２時点

Claims

被験者が搭乗したモーションベースを、前後運動及び回転運動させ、当該被験者に運転時の加速度感覚を体験させるドライビングシミュレータの制御方法であって、
前記モーションベースの前後運動を開始した開始時点から前記前後運動を終了する終了時点の間に、前記モーションベースの回転運動を開始し、
前記回転運動の角加速度は、前記回転運動を開始した時点から、徐々に向上し、予め設定した設定閾値に到達し、
前記設定閾値は、前記被験者が前記回転運動のみによる加速度を感じない回転運動不感加速度値よりも大きい、
ドライビングシミュレータの制御方法。