JP2022074987A - 揺動装置及びドライビングシミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で高さが低くコンパクトな前後左右自在に揺動可能な揺動装置、及び制御が容易で前後・横方向の加速度を体感することもできるドライビングシミュレータを提供する。
【解決手段】支持台１０と、前記支持台１０上で左右に揺動可能な第１揺動体４０と、前記第１揺動体４０上で前後に揺動可能な第２揺動体７０と、前記第１揺動体４０を左右に揺動させる第１リニアアクチュエータ８０と、前記第２揺動体７０を前後に揺動させる第２リニアアクチュエータ９０と、を備え、前記第２揺動体７０は、前記支持台１０に対して前後左右自在に揺動可能に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピッチング及びローリング可能な揺動装置及びドライビングシミュレータに関する。

乗物に搭乗した状態を模擬するシミュレータが、操縦訓練やアミューズメントなどの目的で広く用いられている。シミュレータの例として、自動車に搭乗した状態を模擬するものであって、搭乗時に座席に伝わる振動や座席の姿勢を模擬するようなシミュレータが知られている（例えば特許文献１参照）。このシミュレータでは、座席に複数のアクチュエータが連結されており、搭乗者の運転操作に応じて座席が動くように構成されている。

さらに搭乗者に違和感を与えないよう、座席の向きとステアリング及びペダルの位置とが整合したまま乗物の水平面内の挙動を精緻に模擬するべくシミュレータを水平面内で並進移動及び回転させることが可能なドライビングシミュレータがある（例えば特許文献２参照）。

また６本のリニアアクチュエータを用いて、前後、左右、上下、ヨー、ピッチ、ロー方向の６自由度の動きを行うことが可能な６軸のモーションベースを用いたドライビングシミュレータがある（例えば特許文献３参照）。

特開２０１６－２１２２３６号公報 特開２０２０－１１２６０７号公報 特開２０１４－２１５２４３号公報

今日、ドライビングシミュレータに対してはより実車に近い状態を模擬したいとの要求がある。その中には前後・横方向に加速度を感じたいとの要求もあり、従来のドライビングシミュレータのさらなる改良が求められている。前後・横方向に加速度を得る方法としては、６本のリニアアクチュエータを用いるドライビングシミュレータを改良する方法も考えられるが、この方法は以下の点が問題となる。

従来の６本のリニアアクチュエータを用いたドライビングシミュレータで前後・横方向の加速度を再現させるには制御が複雑となる。また６軸のモーションベースの上にシート、ハンドル等を取付けてなるシミュレータでは、シートの位置が高くなり、特にシミュレータを水平面内で並進移動、回転させるべく６軸のモーションベースを水平移動装置等に載せると、シートの位置が非常に高くなる。このため極端な場合には、使用に際し梯子を使用して登る必要が生じ、このようなシミュレータは、使用中に搭乗者が落下する危険がある。

本発明の目的は、構造が簡単で高さが低くコンパクトな前後左右自在に揺動可能な揺動装置、及び制御が容易で前後・横方向の加速度を体感することもできるドライビングシミュレータを提供することである。

本発明は、支持台と、前記支持台上で左右に揺動可能な第１揺動体と、前記第１揺動体上で前後に揺動可能な第２揺動体と、前記第１揺動体を左右に揺動させる第１リニアアクチュエータと、前記第２揺動体を前後に揺動させる第２リニアアクチュエータと、を備え、前記第２揺動体は、前記支持台に対して前後左右自在に揺動可能なことを特徴とする揺動装置である。

本発明の揺動装置において、前記支持台は、支持ベースと、前記第１揺動体を左右に揺動可能にガイドする、前記支持ベースの前後上方に設けられた一対の第１ガイド手段とを備え、前記第１揺動体は、第１揺動ベースと、前記第１揺動ベースの下方に設けられ前記第１ガイド手段に摺動自在に係合する第１係合手段と、前記第２揺動体を前後に揺動可能にガイドする、前記第１揺動ベースの左右上方に設けられた一対の第２ガイド手段とを備え、前記第２揺動体は、第２揺動ベースと、前記第２揺動ベースの下方に設けられ前記第２ガイド手段に摺動自在に係合する第２係合手段とを備え、前記第２ガイド手段は、前記第１ガイド手段に対して直交配置されていることを特徴とする。

本発明の揺動装置において、前記第１ガイド手段は、揺動装置の正面視においてガイドレールが左右対称にＶ字状に配置されてなり、前記第２ガイド手段は、揺動装置の側面視においてガイドレールが左右対称にＶ字状に配置されてなることを特徴とする。

本発明は、乗物に搭乗した状態を模擬するドライビングユニットと、映像を表示するモニターと、前記ドライビングユニットの動きを制御し、前記モニターにデータを送る制御装置と、を備え、前記ドライビングユニットは、前記揺動装置と、前記第２揺動体上に載置されたシート、ステアリングユニット及びペダルユニットを備え、前記制御装置は、前記揺動装置の第１リニアアクチュエータ及び第２リニアアクチュエータの動きを制御することを特徴とするドライビングシミュレータである。

本発明のドライビングシミュレータは、さらに前記ドライビングユニットを搭載し、水平面内で並進移動及び／又は回転可能な水平移動装置を備え、前記第２揺動体がピッチング、ローリング及びヨーイング可能なことを特徴とする。

本発明のドライビングシミュレータにおいて、前記水平移動装置は、前記揺動装置が載る載置台と、前記載置台を水平面内で移動自由に支持する支持手段と、前記載置台を水平面内で移動可能に駆動する駆動手段とを備え、前記制御装置は、前記駆動装置の動作を制御することを特徴とする。

本発明によれば、構造が簡単で高さが低くコンパクトな前後左右自在に揺動可能な揺動装置、及び制御が容易で前後・横方向の加速度を体感することもできるドライビングシミュレータを提供することができる。

本発明の第１実施形態の揺動装置１の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の揺動装置１の正面図である。 本発明の第１実施形態の揺動装置１の側面図である。 本発明の第１実施形態の揺動装置１の第１ガイドレール３１と第１係合手段５５との係合状態を示す図である。 本発明の第２実施形態のドライビングシミュレータ２の全体構成を示す図である。 本発明の第２実施形態のドライビングシミュレータ２のドライビングユニット１００の斜視図である。 本発明の第２実施形態のドライビングシミュレータ２のドライビングユニット１００を構成する水平移動装置２００の斜視図である。

図１は、本発明の第１実施形態の揺動装置１の全体構成を示す斜視図、図２及び図３は、揺動装置１の正面図及び側面図である。図４は、揺動装置１の第１ガイドレール３１と第１係合手段５５との係合状態を示す図である。

図及び明細書中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元直交座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と一致し、Ｘ（Ｘ軸）方向、Ｙ（軸）方向、Ｚ(軸)方向は、３次元直交座標のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向と一致する。また明細書中、＋Ｘ方向は図中に示されたＸ軸の矢印の方向を意味し、－Ｘ方向とは図中に示されたＸ軸の矢印と反対方向を意味する。＋Ｙ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向、－Ｚ方向についても同様である。

本発明の第１実施形態の揺動装置１は、第１揺動体４０及び第２揺動体７０を支持する支持台１０と、支持台１０上で左右に揺動可能な第１揺動体４０と、第１揺動体４０上で前後に揺動可能な第２揺動体７０と、第１揺動体４０及び第２揺動体７０をそれぞれ揺動させる第１リニアアクチュエータ８０と第２リニアアクチュエータ９０とを備える（図１参照）。本実施形態で左右方向はＸ軸方向であり、右は＋Ｘ方向である。また本実施形態で前後方向はＹ軸方向であり、前は－Ｙ方向である。

支持台１０は、第１ガイド手段３０である第１ガイドレール３１を取付けるための前後一対の取付け台１２ａ、１２ｂと、前後の取付け台１２ａ、１２ｂをつなぐ連結部材２３とからなる支持ベース１１と、取付け台１２ａ、１２ｂに固定された、第１揺動体４０を左右に揺動可能にガイドする前後一対の第１ガイド手段３０とを備える。

支持ベース１１は、角パイプで形成され、取付け台１２ａと取付け台１２ｂとは同一形状、同一構造である。取付け台１２ａと取付け台１２ｂとは同一構造・形状であるので取付け台１２ａを中心に説明する。取付け台１２ｂは、取付け台１２ａの添え字ａをｂに置き換えればよい。

取付け台１２ａは、大略的には正面視において直角三角形の部材（以下、三角部材）１３ａ、１７ａが左右対称に配置されてなる（図２参照）。正面視において右側に配置される三角部材１３ａは、正面視において底部材１４ａがＸ軸に平行であり、底部材１４ａに直交する立設部材１５ａがＺ軸に平行であり、傾斜部材１６ａが右上がりである。正面視において左側に配置される三角部材１７ａは、正面視において底部材１８ａがＸ軸に平行であり、底部材１８ａに直交する立設部材１９ａがＹ軸に平行であり、傾斜部材２０ａが左上がりである。左右に配置される三角部材１３ａ、１７ａは、互いの底部材１４ａ、１８ａが左右方向に少し間隔をあけ連結部材２２ａで連結されている。

前方に配置される取付け台１２ａと後方に配置される取付け台１２ｂとは、Ｙ軸方向に延びる連結部材２３で連結される（図３参照）。連結部材２３は、底部材１４ａと底部材１４ｂの端部同士、底部材１８ａと底部材１８ｂの端部同士を結ぶ下連結部材２４と、立設部材１５ａと立設部材１５ｂ、立設部材１９ａと立設部材１９ｂとを結ぶ上連結部材２５とを有する。

支持ベース１１は、前後に配置される取付け台１２ａの底部材１４ａ、１４ｂ、１８ａ、１８ｂ、連結部材２２ａ、２２ｂと下連結部材２４とで矩形の枠体が形成される。これから分かるように支持ベース１１は、矩形の枠体の前後にＶ字状の部材を取付けたということもできる。

支持ベース１１の傾斜部材１６ａと傾斜部材１６ｂ、傾斜部材２０ａと傾斜部材２０ｂはＹ軸方向に見て平行に配置され、正面視において重なるように設けられている（図２参照）。また、右側の傾斜部材１６ａ（１６ｂ）と左側の傾斜部材２０ａ（２０ｂ）とは左右対称に設けられている。なお支持ベース１１の傾斜部材１６ａ（１６ｂ）の底部材１４ａ（１４ｂ）に対する傾斜角度、傾斜部材２０ａ（２０ｂ）の底部材１８ａ（１８ｂ）に対する傾斜角度は特定の角度に限定されるものではない。

第１ガイド手段３０は、第１揺動体４０を揺動可能に案内するための部材であり、支持ベース１１の前後に設けられている。第１ガイド手段３０は、一対の第１ガイドレール３１からなり、支持ベース１１の前後に配置される一対の第１ガイド手段３０は、同一構造・同一形成である。前方の第１ガイド手段３０は、支持ベース１１の傾斜部材１６ａ、２０ａの上面に固定され、後方の第１ガイド手段３０は、支持ベース１１の傾斜部材１６ｂ、２０ｂの上面に固定されている。各第１ガイドレール３１は、図１、図４に示すように直線状で、両側面に長手方向に沿って溝３２が設けられており、いわゆる蟻溝構造となっている。

第１ガイド手段３０を構成する一対の第１ガイドレール３１が固定される支持ベース１１の傾斜部材１６ａ（１６ｂ）と傾斜部材２０ａ（２０ｂ）とは、左右対称で同じ傾斜角度であるので、一対の第１ガイドレール３１は、揺動装置１の正面視において左右対称にＶ字状に配置されてなる（図２参照）。

第１揺動体４０は、支持台１０上で左右に揺動する第１揺動ベース４１と、第１ガイドレール３１に摺動自在に係合する第１係合手段５５と、第１揺動ベース４１に取付けられた一対の第２ガイド手段６４とを備える。

第１揺動ベース４１は、角パイプで構成され、揺動装置１（支持台１０）を正面に見たとき左右に配置される一対のＶ字台４２ａ、４２ｂと、左右のＶ字台４２ａ、４２ｂをつなぐ連結部４７、４８、４９とからなる。Ｖ字台４２ａとＶ字台４２ｂとは同一形状、同一構造である。

図３に示すようにＶ字台４２ｂは、揺動装置１の側面視において略Ｖ字状であり、右の傾斜部材４３ｂは右上がり、左の傾斜部材４４ｂは左上がりであり、左右の傾斜部材４３ｂ、４４ｂが少し間隔をあけ連結部材４５ｂで連結されてなる。左右のＶ字台４２ａ、４２ｂは、傾斜部材４３ａと傾斜部材４３ｂとの上端、傾斜部材４４ａと傾斜部材４４ｂとの上端が連結部材４７、４８で連結されている。また左右のＶ字台４２ａ、４２ｂの連結部材４５ａ、４５ｂに掛け渡すように連結部材４９が取付けられている。

さらに左右のＶ字台４２ａ、４２ｂには、傾斜部材４３ａと傾斜部材４３ｂとの上部底面、傾斜部材４４ａと傾斜部材４４ｂとの上部底面を結ぶように第１係合手段５５を取付けるための取付台５０、５１が設けられている。

第１揺動ベース４１のＶ字台４２ａとＶ字台４２ｂとはＸ軸方向に見て平行に配置され、揺動装置１の側面視において重なるように設けられている（図３参照）。また揺動装置１の側面視において、右側の傾斜部材４３ａ（４３ｂ）と左側の傾斜部材４４ａ（４４ｂ）とは左右対称に設けられている。なお第１揺動ベース４１の揺動装置１の側面視における傾斜部材４３ａ（４３ｂ）、４４ａ（４４ｂ）の角度は、特定の角度に限定されるものではない。

第１係合手段５５は、第１ガイド手段３０である第１ガイドレール３１に摺動自在に係合するスライダーであり、４本の第１ガイドレール３１に対応し、図１、図２に示すように揺動装置１を正面に見て前後の取付け台５０、５１の底面両端部に計４個取付けられている。第１係合手段５５は、上向きコ字状の支持台５６と支持台５６の底面に固定された下向きコ字状の摺動爪５７とを有する。摺動爪５７の両側面内側５８には第１ガイドレール３１に設けられた溝３２に摺動自在に嵌り込む突起５９が設けられている（図４参照）。

第１係合手段５５は、支持台５６が取付台５０、５１の底面に設けられた取付座５４に支持ピン６２を介して、揺動装置１を正面に見て左右方向に回動自在に取付けられている。第１係合手段５５は、第１揺動体４０が支持台１０に組み込まれたとき、突起５９が第１ガイドレール３１に設けられた溝３２に嵌り込み、摺動爪５７の天井面６０及び両側面内側５８が第１ガイドレール３１に摺動自在に接する。第１ガイドレール３１と第１係合手段５５とは蟻溝構造で連結されているため、第１係合手段５５が第１ガイドレール３１から脱落することはない。

第２ガイド手段６４は、第２揺動体７０を揺動可能に案内するための部材であり、第１揺動ベース４１の左右上方に設けられている。第２ガイド手段６４は、一対の第２ガイドレール６５からなり、揺動装置１を正面に見て第１揺動ベース４１の左右に配置される一対の第２ガイド手段６４は、同一構造・同一形成である。右方の第２ガイド手段６４は、第１揺動ベース４１の傾斜部材４３ａ、４４ａの上面に固定され、左方の第２ガイド手段６４は、第１揺動ベース４１の傾斜部材４３ｂ、４４ｂの上面に固定されている。第２ガイドレール６５は、第１ガイドレール３１と同じ構造であり、図１、図３に示すように直線状で、両側面に長手方向に沿って溝６６が設けられており、いわゆる蟻溝構造となっている。

第２ガイド手段６４を構成する一対の第２ガイドレール６５が固定される第１揺動ベース４１の傾斜部材４３ａ（４３ｂ）と傾斜部材４４ａ（４４ｂ）とは、揺動装置１の側面視において左右対称で同じ角度であるので、一対の第２ガイドレール６５は、揺動装置１の側面視において左右対称にＶ字状に配置される（図３参照）。

第２揺動体７０は、第１揺動体４０上で前後に揺動する第２揺動ベース７１と、第２ガイドレール６５に摺動自在に係合する第２係合手段７５とを備える。

第２揺動ベース７１は、図１に示すように角材が平面視において矩形に配置された枠体である。第２揺動ベース７１は、第２係合手段７５を取付けるための短手方向（Ｙ方向）に平行な２本の取付台７２、７３が設けられている。取付台７２、７３の間隔は、第１揺動ベースのＶ字台４２ａ、４２ｂの間隔と同じである。この取付台７２、７３は、第２揺動ベース７１の補強及び変形防止にも作用する。

第２係合手段７５は、第２ガイド手段６４である第２ガイドレール６５に摺動自在に係合するスライダーであり、左右の取付け台７２、７３の底面の両端部に計４個取付けられている。第２係合手段７５の構造、取付け台７２、７３への取付要領は、第１係合手段５５と同じであるので説明を省略する。第２係合手段７５は、揺動装置１を正面に見て前後方向に回動可能である。

第１リニアアクチュエータ８０は、支持ベース１１と第１揺動ベース４１との間に掛け渡すよう取付けられ、支持台１０に対して第１揺動体４０を左右に揺動させる電動アクチュエータである。第１リニアアクチュエータ（以下、第１アクチュエータ）８０は、特に限定されるものではなく公知のアクチュエータを使用することができる。

第１アクチュエータ８０は、平面視においてロッド８１の進退方向がＸ軸と平行となるように、本体基端部８２が支持ベース１１の下連結部材２４に、ロッド８１の先端部が第１揺動体４０のＶ字台４２ａにそれぞれ連結具８５、８６を介して取付けられている。このため第１アクチュエータ８０は、揺動装置１を正面に見て右上がりに傾斜している（図２参照）。連結具８５は、球面軸受を備え、本体基端部８２を下連結部材２４に対して３自由度で回転自在に連結し、連結具８６は、球面軸受を有するロッドエンドベアリングを備え、ロッド８１の先端をＶ字台４２ａに対して３自由度で回転自在に連結する。

第２リニアアクチュエータ９０は、第１揺動ベース４１と第２揺動ベース７１との間に掛け渡すよう取付けられ、図３に示すように第１揺動体４０に対して第２揺動体７０を左右（Ｙ軸方向）に揺動させる電動アクチュエータである。第２リニアアクチュエータ（以下、第２アクチュエータ）９０は、特に限定されるものではなく公知のアクチュエータを使用することができる。

第２アクチュエータ９０は、平面視においてロッド９１の進退方向がＹ軸と平行となるように、本体基端部９２が第１揺動ベース４１の取付台５１のＸ方向中央に、ロッド９１の先端部が第２揺動ベース７１の前側にそれぞれ連結具９５、９６を介して取付けられている。このため第２アクチュエータ９０は、揺動装置１を正面に見て前方が高くなるように傾斜している（図３参照）。連結具９５は、球面軸受を備え、本体基端部９２を取付台５１に対して３自由度で回転自在に連結し、連結具９６は、球面軸受を有するロッドエンドベアリングを備え、ロッド９１の先端を第２揺動ベース７１に対して３自由度で回転自在に連結する。

次に揺動装置１の動きについて説明する。ここでは支持台１０の取付け台１２ａが正面を向き、これらがＸＺ平面に平行であり、連結部材２３がＹ軸に平行であるとする。第１揺動体４０は、支持台１０を正面に見てＶ字台４２ａが右に、Ｖ字台４２ｂが左に配置され、平面視においてＶ字台４２ａ、４２ｂはＹ軸に平行で、第１ガイドレール３１に直交する。第２揺動体７０は、平面視において第２揺動ベース７１の長手方向がＸ軸に平行であり、取付台７２、７３がＹ軸に平行である（図１～図３参照）。

第１アクチュエータ８０のロッド８１を伸長（前進）させると、第１揺動体４０の第１係合手段５５が第１ガイドレール３１上を摺動しながら右方向（Ｘ方向）に移動する。これにより第１揺動体４０及び第２揺動体７０が一体的に右側を上げ、左側を下げ、右側に移動する。逆に第１アクチュエータ８０のロッド８１を収縮（後退）させると、第１揺動体４０の第１係合手段５５が第１ガイドレール３１上を摺動しながら左方向（－Ｘ方向）に移動する。これにより第１揺動体４０及び第２揺動体７０が一体的に左側を上げ、右側を下げ、左方向（－Ｘ方向）に移動する。

第２アクチュエータ９０のロッド９１を伸長（前進）させると、第２揺動体７０の第２係合手段７５が第２ガイドレール６５上を摺動し、第２揺動ベース７１の前方を上げ、後方を下げ、前方（－Ｙ方向）に移動する。逆に第２アクチュエータ９０のロッド９１を収縮（後退）させると、第２揺動体７０の第２係合手段７５が第２ガイドレール６５上を摺動し、第２揺動ベース７１の後方を上げ、前方を下げ、後方（Ｙ方向）に移動する。

以上のように第１アクチュエータ８０のロッド８１を伸縮（進退）させることで支持台１０に対して第１揺動体４０を左右に揺動させることができる。このとき第２アクチュエータ９０を稼働させなれば支持台１０に対して第１揺動体４０及び第２揺動体７０を一体的に左右に揺動させることができる。また第２アクチュエータ９０のロッド９１を伸縮（進退）させることで支持台１０に対して第２揺動体７０を前後に揺動させることができる。

第１アクチュエータ８０及び第２アクチュエータ９０は、互いに独立して動作可能であり、第１アクチュエータ８０は、支持台１０と第１揺動体４０とをつなぎ、第２アクチュエータ９０は、第１揺動体４０と第２揺動体７０とをつなぐため、第１アクチュエータ８０及び第２アクチュエータ９０を動作させることで第２揺動体７０を支持台１０に対して前後左右自在に、換言すれば３次元的に揺動させることができる。

このような揺動装置１は、構造が簡単で高さが低くコンパクトであり、２つのアクチュエータで上面を前後左右自在に揺動させることができる。このような揺動装置１をドライビングシミュレータに使用すれば容易にピッチング、ローリングを実現可能であり、また前後・横方向の加速度を体感することもできる。さらに揺動装置１は、アクチュエータが２つであり、それぞれが独立しているので制御も容易である。

図５は、本発明の第２実施形態のドライビングシミュレータ２の全体構成を示す図である。図６は、ドライビングシミュレータ２のドライビングユニット１００の斜視図、図７は、ドライビングユニット１００を構成する水平移動装置２００の斜視図である。本実施形態において前方は、Ｘ方向である。

第２実施形態のドライビングシミュレータ２は、自動車走行時の挙動及び映像を模擬的に再現するシミュレータであって、自動車を模擬したドライビングユニット１００と、ドライビングユニット１００からの入力に基づき仮想上の自動車の挙動及び映像を演算して出力するコンピュータ１５０と、ドライビングユニット１００の正面に配置され映像を表示するモニター１３０と、揺動装置１及び水平移動装置２００を動作させるアクチュエータ用コントローラ（以下、コントローラ）１６０を備え、乗り手の操作により揺動装置１及び水平移動装置２００を動作させ、自動車の挙動を再現し、モニター１３０に走行時の景色を表示する。

ドライビングユニット１００は、第１実施形態の揺動装置１と、第１実施形態の揺動装置１の第２揺動ベース７１上に取付けられた乗り手が着座するシート１０５と、乗り手が操作するステアリングユニット１１０及びペダルユニット１２０と、シート１０５等が取付けられた揺動装置１が載置する水平移動装置２００と、を備える。

シート１０５は、揺動装置１の第２揺動ベース７１の後方上部に取付けられている。シート１０５は、特定のものに限定されるものではなく、例えば、レーシングカー用の公知のシート等を適宜選定して用いることができる。

ステアリングユニット１１０は、シート１０５の前方で揺動装置１の第２揺動ベース７１の略中央上部に取付台１１１を介して取付けられている。ステアリングユニット１１０は、乗り手が操作を行う、いわゆるハンドルであるステアリング１１３と、ステアリング１１３及び後述するペダルユニット１２０からの操作による入力を処理し、コンピュータ１５０とデータを送受信可能に接続するステアリングコントローラ１１５とを備える。

ステアリングユニット１１０は、公知のものを適宜選定して用いることが可能であり、例えば、ステアリング１１３として、Ｆａｎａｔｅｃ社製のＢＭＷ Ｍ３ ＧＴ２ ｒｉｍ ｆｏｒ ＣｌｕｂＳｐｏｒｔ Ｗｈｅｅｌ ＪＰ、ステアリングコントローラ１１５として、Ｆａｎａｔｅｃ社製のＣｌｕｂ Ｓｐｏｒｔｓ Ｗｈｅｅｌを用いることができる。

ペダルユニット１２０は、乗り手が足で操作を行うクラッチペダル１２１、ブレーキペダル１２３及びアクセルペダル１２５を備え、これらが本体ユニット１２７に取付けられている。ペダルユニット１２０は、揺動装置１の第２揺動ベース７１の前方上部に取付けられている。

クラッチペダル１２１及びアクセルペダル１２５の移動量（踏み込み量）は、図示を省略したセンサにより計測され、計測値がステアリングコントローラ１１５に送られる。ブレーキペダル１２３は、図示を省略した油圧ブレーキユニットを備え、図示を省略した圧力センサを介して踏込圧（油圧）が計測され、計測値がステアリングコントローラ１１５に送られる。

クラッチペダル１２１、ブレーキペダル１２３及びアクセルペダル１２５の機構、踏込み量の計測方法等は上記方法に限定されるものではなく、また特定の形態に限定されるものではない。但し、これらに実車に使用されるものを流用することで、より実車に近い感覚を乗り手に体感させることが可能となる。

モニター１３０は、公知の液晶モニターであり、乗り手の操作に対応した走行時の景色が再現される。モニター１３０は、支持具１３１を介して第２揺動ベース７１の前方上部に取付けられている。モニター１３０の位置は、ステアリングユニット１１０とペダルユニット１２０との間である。

コンピュータ１５０は、キーボード１５１やマウス１５２等の入力装置を備え、コントローラ１６０、ステアリングコントローラ１１５、モニター１３０とデータを送受信可能に接続されている。コンピュータ１５０は、シミュレーションソフト例えば、Ｉｍａｇｅ Ｓｐａｃｅ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社製のｒＦａｃｔｏｒ、ｒＦａｃｔｏｒ２等を格納し、ステアリングコントローラ１１５からの入力に基づく運行データを取得し、仮想上の自動車の挙動及び映像を演算し、モニター１３０に表示する映像データを出力する。また揺動装置１の第１アクチュエータ８０、第２アクチュエータ９０、さらに水平移動装置２００に設けられたリニアアクチュエータ２３１、２３２を制御する信号をコントローラ１６０に出力する。

コントローラ１６０は、各アクチュエータと接続し、コンピュータ１５０の指令により各アクチュエータの動作のための信号を送信する。

水平移動装置２００は、テーブル２１０、ベース２２０及びリニアアクチュエータ２３１、２３２を主要な構成要素とし、ベース２２０上にテーブル２１０が配置され、リニアアクチュエータ（以下、アクチュエータと記す）２３１、２３２がベース２２０とテーブル２１０とを繋いでいる（図７参照）。

テーブル２１０は、ＸＹ平面上に広がりを有する、直線状の角パイプが連結されてなる平面視において外枠が略矩形のフレーム２１２を有し、フレーム２１２の４角には載置台２１１及びプレート２１３が取付けられている。また、フレーム２１２には、角パイプから成る部材２１５ａ、２１５ｂ、及び部材２１５ａ、２１５ｂにプレート２１６が結合されている。

載置台２１１は、その上に揺動装置１が載置されるよう構成されており、シート１０５等が取付けられた揺動装置１の重量をフレーム２１２に伝達するよう強度及び剛性を備えている。プレート２１３にはそれぞれボールキャスタ（図示省略）が下向きに突出するように取付けられている。プレート２１６には外周面が滑らかに仕上げられた円柱状のガイドピン（図示省略）が下向きに突出するよう設けられている。このようなテーブル２１０は、これ単体では水平面上を任意な方向に移動可能でありスライダーということができる。

ベース２２０は、ＸＹ平面上に広がりを有する、直線状の角パイプが連結されて成る外枠が矩形のフレーム２２１を有し、フレーム２２１には矩形の平板からなる支持板２２２、２２３が取付けられている。

ベース２２０の平面視での略中央付近には、Ｙ軸方向に延びる断面四角形の二本の部材２２４ａ、２２４ｂが、所定の距離を置き平行にフレーム２２１に取付けられている。部材２２４ａと部材２２４ｂとの間隔が、Ｙ軸方向に延びるガイド溝２２５を構成する。ガイド溝２２５の幅は、テーブル２１０に設けられているガイドピンがガタつきの無いよう嵌りつつＹ軸方向にスムーズに移動可能なように設定される。

水平移動装置２００は、テーブル２１０に取付けられたボールキャスタが支持板２２２、２２３の上面に載り、支持板２２２、２２３の上面及びボールキャスタが水平移動装置２００の支持手段を構成する。テーブル２１０に取付けられたガイドピンは、ベース２２０に設けられたガイド溝２２５にガタつきの無いよう嵌っている。これにより、テーブル２１０はベース２２０に対してＸ軸方向の並進移動が拘束される。

すなわちガイドピン及びガイド溝２２５は水平移動装置２００の拘束手段を構成する。ガイドピンは円柱状であるため、ガイドピンはガイド溝２２５内で回転することができる。すなわち、テーブル２１０はベース２２０に対してＹ軸方向に並進移動ができるとともに、ガイドピンを中心にＺ軸周りに回転できる。

アクチュエータ２３１、２３２は、ベース２２０とテーブル２１０とを繋ぐように設けられ、ベース２２０に対するテーブル２１０の姿勢を変化させる駆動手段である。２個のアクチュエータ２３１、２３２は、ベース２２０の対角線上の２つの角にそれぞれ配置され、それぞれのロッド２３１ａ、２３２ａの先端部がテーブル２１０に、本体側基端部２３１ｂ、２３２ｂがベース２２０に固定されている。アクチュエータ２３１、２３２が伸縮することにより、テーブル２１０がベース２２０に対して姿勢を変化させる。

アクチュエータ２３１、２３２のロッド２３１ａ、２３２ａの先端部はテーブル２１０に、本体側基端部２３１ｂ、２３２ｂはベース２２０に、それぞれ取付具２３５、２３６を介して回転自由に結合されている。回転自由に結合する取付具２３５、２３６は、特に限定されるものではなく公知の任意の取付具を採用することができる。例えば、球面軸受とブラケットに設けられた軸体との組合せによって、回転自由に結合することができる。

上記のとおり、テーブル２１０はベース２２０に対して、Ｙ軸方向の並進自由度及びＺ軸周りの回転自由度の、合計二自由度で移動可能に構成されている。したがって、二本のリニアアクチュエータ２３１、２３２のロッド２３１ａ、２３２ａの伸長によりＸＹ平面内におけるベース２２０に対するテーブル２１０の姿勢は一意に決まり、テーブル２１０の姿勢が制御される。

次に、ドライビングシミュレータ２の動作について、図５、図６を参照しつつ説明する。ここでドライビングシミュレータ２は、水平移動装置２００のベース２２０が水平に、またベース２２０のフレーム２２１の長手方向がＸ軸に平行に設置されているとする。また初期状態において揺動装置１の第２揺動ベース７１は水平であり、第２揺動ベース７１の長手方向がＸ軸に平行であり、乗り手はシート１０５に着座したとき前方を向いているとする。

乗り手がシート１０５に着座し、モニター１３０に映る映像を見ながらステアリング１１３及びペダルを操作すると、ステアリングコントローラ１１５からコンピュータ１５０に操作情報が送信され、コンピュータ１５０は、運行データ及び映像データの演算を行い、アクチュエータの動作信号をコントローラ１６０に送信する。これによりモニター１３０の映像が逐次更新され、さらにドライビングユニット１００が動く。

たとえば、ステアリング１１３を旋回するように操作すると、テーブル２１０がベース２２０に対して旋回するようにコンピュータ１５０がアクチュエータ２３１、２３２を制御する。シート１０５、ステアリング１１３、ペダルユニット１２０及びモニター１３０は、揺動装置１の第２揺動ベース７１に固定され、揺動装置１がテーブル２１０に載っているのでシート１０５に着座する乗り手は、乗り物の操作を体感することができる。

実車において、アクセルペダルを踏み込み加速させると乗り手は加速度を感じ、速度を上げた状態でステアリングを旋回させると乗り手は遠心力を感じ、さらにはスピンする場合もある。これらに対しドライビングシミュレータ２は、揺動装置１が前後左右自在に揺動可能なためドライビングユニット１００をピッチング及びローリングさせ、上下左右に傾斜させ、走行時の車体の傾斜を模擬的に再現することができる。また前後左右の加速度を含め実車に搭乗したときと同じ感覚を得ることができる。

またドライビングシミュレータ２は、水平移動装置２００がＹ軸方向に並進移動ができるとともに、ガイドピンを中心にＺ軸周りに回転可能に構成されるため様々な走行速度や路面状況における自動車の旋回の挙動を再現することができる。例えば、後輪側を起点に旋回する通常の走行、前輪側を起点に後輪が横滑りする走行、レーシングカーの高速走行のように車体の中心を起点に前輪側を旋回させるとともに後輪を横滑りさせる走行などを模擬することができる。

以上、第１実施形態の揺動装置１を用いて説明したように本発明に係る揺動装置は、構造が簡単で高さが低くコンパクトであり、２つのリニアアクチュエータで上面を前後左右自在に揺動させることができる。また第２実施形態のドライビングシミュレータ２を用いて説明したように本発明に係るドライビングシミュレータは、４つのリニアアクチュエータでピッチング、ローリング、ヨーイングを実現可能であり制御も容易である。また本発明に係るドライビングシミュレータは、構造が簡単でシートの高さも低く、前後・横方向の加速度を含め実車の挙動を再現し、また実車に搭乗したときと同じ感覚を得ることができる。

以上、第１実施形態の揺動装置１、第２実施形態のドライビングシミュレータ２を用いて、本発明に係る揺動装置及びドライビングシミュレータを説明したが、本発明に係る揺動装置及びドライビングシミュレータは、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変形して使用することができる。

上記実施形態では支持ベース１１の三角部材１３ａ（１３ｂ）と三角部材１７ａ（１７ｂ）との間に間隔を設けるように連結部材２２ａ（２２ｂ）が設けられているが、連結部材２２ａ（２２ｂ）をなくし三角部材１３ａ（１３ｂ）と三角部材１７ａ（１７ｂ）とを直接連結させてもよい。また第１揺動ベース４１では傾斜部材４３ａ（４３ｂ）と傾斜部材４４ａ（４４ｂ）との間に間隔を設けるように連結部材４５ａ（４５ｂ）が設けられているが、連結部材４５ａ（４５ｂ）をなくし傾斜部材４３ａ（４３ｂ）と傾斜部材４４ａ（４４ｂ）とを直接連結させてもよい。

第１実施形態の揺動装置１、第２実施形態のドライビングシミュレータ２において、揺動装置１及び水平移動装置２００は、角パイプが連結されて構成されているが、これを構成する部材には十分な強度及び剛性を有する部材、構造、様式を任意に選択可能である。また上記実施形態ではリニアアクチュエータに電動アクチュエータを使用するが、リニアアクチュエータは、電動の他、空圧、水圧、油圧など任意の動力源を採用することが可能である。

また第１実施形態の揺動装置１、第２実施形態のドライビングシミュレータ２では、支持台に対して第１揺動体を、また第１揺動体に対して第２揺動体を揺動自在に連結する手段として、ガイドレールと係合手段とからなる連結機構を示したが、連結機構はこれに限定されるものではない。支持台に対して第１揺動体を、また第１揺動体に対して第２揺動体を脱落させることなく揺動自在に連結し、第２揺動体が支持台に対して前後左右自在に揺動できればよい。

第２実施形態のドライビングシミュレータ２において、マニュアルトランスミッションの歯車の組み合わせを切り替える操作レバーであるシフトレバーを有する模擬的なシフトユニット（図示省略）を付加することもできる。

本発明に係るドライビングシミュレータにおいて、水平移動装置は、上記実施形態に限定されるものではない。水平移動装置には、上記実施形態以外に特開２０２０－１１２６０７号公報の明細書の段落００１５～００５７、図１～６に記載の水平移動装置を適宜流用し使用することができる。

また第２実施形態のドライビングシミュレータ２において、例えば、コントローラ１６０は、コンピュータ１５０に一体的に構成されていてもよく、コンピュータ１５０は、いくつかの機能がパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、マイコン等に分離して構成されていてもよい。

ドライビングシミュレータ２の動きは、適宜変更してもよい。例えば第２揺動ベース７１が揺動すると、揺動に合わせてシート１０５の位置が左、又は右に移動するが、この左右の移動を打ち消すようにテーブル２１０を移動させてもよい。このように制御すればシート１０５の位置を変えることなくその場で左右に揺動させることができる。また水平移動装置にＸＹ平面内において３自由度に移動可能な装置を使用すれば、シート１０５の位置を変えることなくその場で前後左右に揺動させることができる。

第２実施形態のドライビングシミュレータ２は、ドライビングユニット１００が水平移動装置２００を備えるが、本発明に係るドライビングシミュレータにおいて、ドライビングユニット１００は、水平移動装置を備えていなくてもよい。

本発明に係るドライビングシミュレータにおいて、揺動装置及び水平移動装置以外のドライビングユニット、コンピュータ、コントローラには、上記実施形態以外に特開２０１６－２１２２３６号公報の明細書の段落００２１～０１００、図１～６に記載のドライビングシミュレータのドライビングユニット等を適宜流用し使用することができる。

本発明に係るドライビングシミュレータは、自動車のみならず、２輪又は３輪のバイクや建設機械等の種々の車両、飛行機やヘリコプター等の種々の航空機、船舶やボート等の種々の船、ジョットコースター等の種々の乗物の挙動を模擬的に再現し、体感できるシミュレータとして用いることができる。このときドライビングユニットは、乗り物に合わせて適宜変更することができる。

また本発明に係るドライビングシミュレータは、運転技術を向上させる教習用のシミュレータ、新車種、新ソフト等の開発用のシミュレータや娯楽目的のアーケードゲーム等に適用することも可能である。上記実施形態において第１ガイド手段３０、第２ガイド手段６４は、それぞれ第１ガイドレール３１、第２ガイドレール６５が左右対称、前後対称に配置されているが、これらはドライビングシミュレータの用途によっては非対称としてもよい。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更及び修正を容易に想定するであろう。従って、そのような変更及び修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１ 揺動装置
２ ドライビングシミュレータ
１０ 支持台
１１ 支持ベース
１２ａ、１２ｂ 取付け台
３０ 第１ガイド手段
３１ 第１ガイドレール
４０ 第１揺動体
４１ 第１揺動ベース
４２ａ、４２ｂ Ｖ字台
５５ 第１係合手段
６４ 第２ガイド手段
６５ 第２ガイドレール
７０ 第２揺動体
７１ 第２揺動ベース
７５ 第２係合手段
８０ 第１リニアアクチュエータ
９０ 第２リニアアクチュエータ
１００ ドライビングユニット
１０５ シート
１１０ ステアリングユニット
１２０ ペダルユニット
１３０ モニター
１５０ コンピュータ
１６０ コントローラ
２００ 水平移動装置
２１０ テーブル
２１１ 載置台
２２０ ベース
２３１、２３２ リニアアクチュエータ

Claims (6)

1. 支持台と、
   前記支持台上で左右に揺動可能な第１揺動体と、
   前記第１揺動体上で前後に揺動可能な第２揺動体と、
   前記第１揺動体を左右に揺動させる第１リニアアクチュエータと、
   前記第２揺動体を前後に揺動させる第２リニアアクチュエータと、
   を備え、
   前記第２揺動体は、前記支持台に対して前後左右自在に揺動可能なことを特徴とする揺動装置。
2. 前記支持台は、支持ベースと、前記第１揺動体を左右に揺動可能にガイドする、前記支持ベースの前後上方に設けられた一対の第１ガイド手段とを備え、
   前記第１揺動体は、第１揺動ベースと、前記第１揺動ベースの下方に設けられ前記第１ガイド手段に摺動自在に係合する第１係合手段と、前記第２揺動体を前後に揺動可能にガイドする、前記第１揺動ベースの左右上方に設けられた一対の第２ガイド手段とを備え、
   前記第２揺動体は、第２揺動ベースと、前記第２揺動ベースの下方に設けられ前記第２ガイド手段に摺動自在に係合する第２係合手段とを備え、
   前記第２ガイド手段は、前記第１ガイド手段に対して直交配置されていることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
3. 前記第１ガイド手段は、揺動装置の正面視においてガイドレールが左右対称にＶ字状に配置されてなり、
   前記第２ガイド手段は、揺動装置の側面視においてガイドレールが左右対称にＶ字状に配置されてなることを特徴とする請求項２に記載の揺動装置。
4. 乗物に搭乗した状態を模擬するドライビングユニットと、
   映像を表示するモニターと、
   前記ドライビングユニットの動きを制御し、前記モニターにデータを送る制御装置と、
   を備え、
   前記ドライビングユニットは、請求項１から３のいずれか１項に記載の揺動装置と、前記第２揺動体上に載置されたシート、ステアリングユニット及びペダルユニットを備え、
   前記制御装置は、前記揺動装置の第１リニアアクチュエータ及び第２リニアアクチュエータの動きを制御することを特徴とするドライビングシミュレータ。
5. さらに前記ドライビングユニットを搭載し、水平面内で並進移動及び／又は回転可能な水平移動装置を備え、
   前記第２揺動体がピッチング、ローリング及びヨーイング可能なことを特徴とする請求項４に記載のドライビングシミュレータ。
6. 前記水平移動装置は、前記揺動装置が載る載置台と、前記載置台を水平面内で移動自由に支持する支持手段と、前記載置台を水平面内で移動可能に駆動する駆動手段とを備え、
   前記制御装置は、前記駆動装置の動作を制御することを特徴とする請求項５に記載のドライビングシミュレータ。

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