JP2752233B2 - 二輪車のライディングシミュレーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、人が搭乗可能な模型二輪車を用いてライデ
ィングシミュレーションを行う二輪車のライディングシ
ミュレーション装置に関する。

（従来の技術） 従来、模型二輪車とCRTディスプレイとを組み合わ
せ、ハンドルやアクセル操作に合わせてディスプレイ画
面を変化させ、ライディング感覚でゲームを楽しめるよ
うにした遊戯用のシミュレーション装置が知られてお
り、かかる装置において臨場感を高めるべく、模型二輪
車を横方向に傾動自在としたものも特開昭61−154689号
公報や実開昭62−1688号公報で知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記公報記載のものは、体重移動で車体が傾
くだけであって、コーナー部分を走行する際の旋回感や
加減速感や走行中の車体の挙動等の実際の走行感をシミ
ュレーションすることができないという問題点があっ
た。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたもので、実
際の走行感をシミュレーションし得るようにして単に遊
戯用だけでなく二輪車の運転教育にも使用し得るように
した二輪車のライディングシミュレーション装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、人間が搭乗し
て操作可能な模型二輪車と、該模型二輪車上の搭乗者の
操作並びに動きに応じて、該模型二輪車のロール及びピ
ッチ動を制御する制御手段とを具備した二輪車のライデ
ィングシミュレーション装置において、該模型二輪車の
ロール方向に加えられるリーントルクを検出し、この検
出結果に応じて車体の姿勢制御を行うことを特徴とす
る。

（作用） 上記の如く、模型二輪車のロール方向に加えられるリ
ーントルクに応じて車体の姿勢制御を行うことにより、
実際の二輪車の曲進時の走行状態を再現できる。更に、
検出されたリーントルクを打ち消すように車体の姿勢制
御を行うことにより、コーナリング終了後において、遠
心力が釣合った状態を再現できる。

（実施例） 先ず、第１図乃至第４図を参照して、本発明の機械的
構成について説明する。これらの図において、１は基
台、２は基台１上の左右１対のガイドレール1aに転輪2a
を介して前後方向（矢印AB方向）に移動自在に支持させ
た移動台を示す。基台１において、各ガイドレール1aの
外側に位置させてガイドプレート1bを立設し、各ガイド
プレート1bの上縁を内側に屈曲させ、その下面に移動台
２の軸支したガイドローラ2bを当接させ、更に各ガイド
プレート1bの上部外側面に多数のピン3aを列設したラッ
ク部材３を固接し、移動台２の中央部に各ラック部材３
のビン3aに噛合するピニオン4aを両側に取付けた駆動軸
４を横設している。ここで、駆動軸４を移動台２に搭載
したモータ５によりギアボックス5aを介して正逆転する
ことにより移動台２をガイドレール1aに沿って前後動さ
せるようにした。ガイドレール1aは、前端側及び後端側
を上方に湾曲させた湾曲レールで構成されており、かく
して、移動台２の前後動に伴い移動台２が上下方向（矢
印EF方向）に傾くようにした。移動台２には、横方向
（矢印CD方向）及び上下方向（矢印EF方向）の直交２方
向の移動機能を持つ互いに独立した前後１対の可動装置
６が搭載されている。即ち、各可動装置６は移動台２上
に横設したガイドレール7aに横方向に摺動自在に支持さ
れるスライド台７と、スライド台７に固定のガイドレー
ル8aに上下方向に摺動自在に支持される昇降枠８とで構
成されている。ここで、スライド台７を移動台２に搭載
したモータ９にギアボックス9aを介して連結されるボー
ルネジ9bの正逆転で左右動させ、一方、昇降枠８をスラ
イド台７に搭載したモータ10にギアボックス10aを介し
て連結されるボールネジ10bの正逆転で上下動させるよ
うにしている。これにより、各可動装置６の動作端たる
昇降枠８に上下動と更にスライド台７の動きによる左右
動とが与えられるようにした。

本実施例では、第13図に示すように、コスト低減のた
め、上記移動台２の可動構造を廃止し、直接地面に固定
してもよい。この場合、ピッチ方向の動きは上記ガイド
レール8aの上下階動自在の上記昇降枠８のピッチ動の上
下運動で代用される。

そして、両可動装置６の昇降枠８間に支持枠11を架設
し、支持枠11に前後方向に長手のローリング軸12を介し
て模型二輪車13を横方向に傾動自在に支持している。第
４図において、後側の可動装置６の昇降枠８の上部に十
字継手14を介して支持枠11の後端を連結すると共に、前
側の可動装置６の昇降枠８の上部にボール継手15を介し
て取付けたリニアガイド16に支持枠11の前端部をその下
面のガイドレール11aにおいて前後方向に摺動自在に係
合させて、各可動装置６の昇降枠８の上下動や左右動に
追従して支持枠11が上下方向や横方向に傾動し得るよう
にしている。また、支持枠11の横方向中央部にローリン
グ軸12を縦設すると共にその下側にモータ17を搭載し
て、このモータ17により減速機17aとギア17bとを介して
ローリング軸12を回動するようにしている。このローリ
ング軸12の中央部に固設した受座12aに模型二輪車13の
フレーム13aを取付けるようにした。

また、18、19は移動台２と各可動装置６のスライド台
７の各々の移動範囲を規制するショックアブソーバであ
る。

上記模型二輪車13は、実際の二輪車を模倣しており、
搭乗者の操作を検出するために、アクセル、ハンドル、
ブレーキ、クラッチ、ギアチェンジ等の操作や体重移動
を検出する各種センサが設けられている。これらセンサ
として、アクセル開度センサ21、クラッチレバー角セン
サ22、ハンドルトルクセンサ23、リーントルクセンサ2
4、フロントブレーキ圧センサ25及びリヤブレーキ圧セ
ンサ26が設けられている。また、実際の運転状況をシミ
ュレーションするために、ライティングスイッチ、ディ
マースイッチ、ウィンカースイッチ、スタータスイッ
チ、ホーンスイッチ、キルスイッチ等の各種ハンドルス
イッチ27やギアポジションスイッチ28が設けられてい
る。

また、臨場感を得るために、搭乗者に風を送る電動フ
ァン29、振動発生器30及びスピーカ31等が模型二輪車13
に取付けられている。更に、実際の二輪車の運転状況を
音及び映像により再現するために、模型二輪車13の前後
に設けられたR/L、２チャンネルの合計４台のスピーカ3
2と、その前方に設けられたディスプレイ装置33とがあ
る。このディスプレイ装置33は、第１図に示す如く基台
１や移動台２と離れて設けられても良いし、また第５図
（ａ）に示す如く移動台２と連結されていても良い。い
ずれの場合も、本シミュレータの動きに応じて、搭乗者
の目に映像が捕え易いようにディスプレイ装置も何等か
の動きをするよう設計されている。ここで、上記センサ
からの信号を、コンピュータに入力し、ディスプレイ装
置33の画像をコンピュータにより運転状況に応じて変化
させると共に、前記各モータ５、９、10、17を制御し
て、実際の二輪車と同様に体感できる挙動を再現するよ
うに構成した。

上記コンピュータによるシミュレーション制御につい
て詳細する前に、先ず、本発明の全体動作について簡単
に説明する。

例えば、アクセル操作やブレーキ操作で加減速を行っ
たときは、モータ５により移動台２を前後動させるもの
で、第５図（ｂ）、（ｃ）に示す如く模型二輪車は動
く。これによれば、模型二輪車13が前記ガイドレール1a
の湾曲により前上りに前進したり後上りに後退し、搭乗
者に加減速感が与えられる。また、ディスプレイ画像が
コーナ部に差掛かり搭乗者が体重移動を行ったときは、
モータ17によりローリング軸12を回転させて模型二輪車
13を横方向に傾動させると共に、両可動装置６のモータ
９、10を作動させて、スライド台７と昇降枠８の合成動
作により模型二輪車13を傾動方向に向かって上昇させ、
搭乗者にコーナリング時の遠心力を一時的に体感させ
る。

また、両可動装置６のスライド台７を左右逆方向に移
動することでヨーを、これらスライド台７を単独で左右
動させることにより前輪又は後輪のスリップを、両可動
装置６の昇降枠８を単独で上下動させることにより第５
図（ｄ）に示す如く前輪側又は後輪側のクッション動作
を再現する。更に、第５図（ｅ）、（ｆ）に示す如く、
前屈、後屈させることもできる。

次に、本発明におけるコンピュータ制御について詳細
する。

第６図は、本発明の一実施例の電気的構成を示すシス
テムブロック図である。ここで、前記各種センサ等21〜
28の出力信号はミニコンピュータ40に入力される。この
ミニコンピュータ40は、図示しないCPU、制御プログラ
ムや各種データ等を格納するROM又はRAM等により構成さ
れるものであり、このミニコンピュータ40の制御の下、
前記第４図に示す模型二輪車13駆動用の６軸サーボモー
タ、電動ファン29、振動発生器30、スピーカ31,32、デ
ィスプレイ装置33、ステアリングアシスト用のサーボモ
ータ35が作動する。上記６軸サーボモータにより、模型
二輪車13の車体本体のヨウ角ｙ（第７図（ａ））、ロー
ル角ｒ（第７図（ｂ））、ピッチ角ｐ（第７図（ｃ））
が制御される。また、車体の傾きを検出するリーントル
クセンサ24は、ロードセル等により構成され、車体を傾
けることにより発生する応力（即ち、リーントルク）に
応じた電気信号を出力する。

また、スピーカは第１図に示した通り、車体本体等に
ある３個のスピーカ31とその外側に設けられる４個のス
ピーカの合計７個設けられている。ここで、臨場感を出
すため、車体の設けられるスピーカ31は主に低音を再生
し、外部スピーカ32は高音を再生するようにしている。
一方、電動ファン29はインバータ等により走行速度に比
例してその回転速度が制御され、これにより走行速度の
上昇に伴って搭乗者に顔に吹付けられる風圧が大きくな
る。同様に、振動発生器30も走行速度に比例してその発
生振動が大きくなるよう制御される。

第８図は、実際に模型二輪車13による模擬走行を行っ
た場合に前記ミニコンピュータ40により実行される計算
処理を示すフローチャートである。ここでは、最初に直
進状態で模擬走行を開始した後に、車体を傾けて曲進走
行を行うものとする。先ず、ステップ100にて各種車両
特性に関するデータの設定を行った後、搭乗者が走行を
スタートさせると、これがステップ101にて検出され、
コンピュータ処理はステップ102を介してステップ103に
入る。

ステップ103は、自車直進計算を行うステップであ
り、ここで、加減速Ｇ、直進方向速度ｘ、ピッチ角ｐ、
上下動ｚ、並びにエンジン回転数Ne、前輪回転数Nf及び
後輪回転数Nr等が計算される。この計算は、前記各セン
サ出力等に基づき、ミニコンピュータ40にて、所定のプ
ログラムに従って、行われる。具体的には、スロットル
開度、クラッチストローク、ギアポジション、フロント
ブレーキ圧及びリアブレーキ圧を入力情報として用い、
また、予め記憶された自車の特性データとして、エンジ
ン出力トルク特性、ブレーキ特性、車輪スリップレシ
オ、ギア減速レシオ、空気抵抗、車輪ころがり抵抗、サ
スペンション特性、車体の慣性モーメント、重量、自車
重心位置が用いられる。

この場合、前記６軸サーボモータ駆動により、模型二
輪車をスイング運動をさせながら上下方向の運動をさせ
ることにより、加減速感を搭乗者に与える。スイング運
動の初期において、単純な上下動（第５図（ｄ）参照）
もしくは前後屈（５（ｅ），（ｆ）参照）を加えること
により、更に加減速感を向上させることができる。本発
明では、より加減速感を向上させるために、前記ディス
プレイ装置33のスクリーンに表示される映像を変化させ
ている。通常、ディスプレイ装置は、搭乗者に、実際に
は走行しない模型二輪車があたかも走行しているよう錯
覚を起こさせるため、模型二輪車に与えられる速度や走
行方向等に応じた映像（例えば、二輪車が実際に町中等
を走行した場合に見られる景色等の映像）を表示してお
り、高速時には、その映像がより速く変化し、一方、低
速時には映像変化が遅くなる。望ましくは、第５図に示
すように模型自動二輪車にディスプレイ装置を固定し、
搭乗者とディスプレイとの相対位置関係が変化しない方
が良い。しかし、コスト低減のため第13図に示すように
移動台２が直接地面に置かれた構成をとることができ
る。この場合、第13図（ｂ），（ｃ）に示すように加減
速した場合のピッチ動により搭乗者の視点が上下動する
ため、それに合わせて、加速して視点が上がった場合に
は、表示映像は第９図に示すように一定速度走行時に比
べて上方向にずらし、一方、減速により視点が下がった
場合には、表示映像を下方向にずらすようにした。この
ように、加減速に伴う模型二輪車の上下方向のピッチ動
に応じて映像も上下方向にずらされるため、搭乗者は違
和感なく加減速感を得ることができる。ここでは、搭乗
者の視線ピッチ角に模型二輪車のピッチ角相当の補正を
加えることにより、上記の如く、表示映像を上下させて
いる。

尚、第５図（又は、第13図）（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うな加減速のためのスイング運動の回転センタ高さは、
搭乗者の心臓付近とすることが良い。何故ならば、頭部
にかかる加速度を実際の二輪車走行時と同じように感じ
させるためには、スイング運動の回転センタ高さは頭部
より下で、かつ頭部から余り離れていないことが必要で
あることが、実験により判明したからである。

上記の如く自車直進計算を行った後、次に、第８図の
ステップ104に進み、ここで自車曲進計算を行う。

第10図は、自車曲進計算の詳細を示すフローチャート
である。ステップ201、202に示す如く、この自車曲進計
算を行うために、先ず模型二輪車におけるリーントルク
T1並びにステアリングトルクTsの検出を行う。

周知の如く、二輪車では、その走行方向を変えるのに
搭乗者の体重移動を利用する。即ち、搭乗者はそのハン
ドルを操作すると同時に、曲がろうとする方向に体重移
動を行って、曲進するのである。このため、本シミュレ
ータにおいては、搭乗者の操縦入力として、ステアリン
グによる入力とは別に、体重移動を検出する前記リーン
トルクセンサ24を設けている。このセンサは、前記の如
くロードセルによって構成され、そこに掛かる力、即
ち、搭乗者の体重移動を検出し、その検出結果に応じた
電気信号を前記ミニコンピュータ40に出力している。

次に、ステアリング入力について説明する。このステ
アリング入力としては、ハンドルの舵角及び舵力が考え
られるが、本シミュレータにおいては、前記ハンドルト
ルクセンサ23で検出した舵力を上記ステアリング入力と
して用い、それに基づき舵角を計算している。

即ち、二輪車の操縦におけるハンドルの切れ角は四輪
車に比べてはるかに小さく、又、低速時と高速時とで大
きく異なる。低速域においては、大きな切れ角が中・高
速域では小さな切れ角となる。このため、舵角をステア
リング入力として用いた場合には、そのセンサが非常に
高精度であることが求められる。一方、舵力の場合に
は、そのセンサ精度範囲は5kg以下程度であり、また舵
力の感度は一般に車速の影響を受けにくい。このような
理由により、本実施例では、ステアリング入力として舵
力を用いている。また、舵力をステアリング入力とする
ことにより、例えば搭乗者が模型二輪車を手離しで運転
すると、その体重移動に伴うリーントルクのみで運転可
能であり、その時の舵力は0kg・ｍであり、手離し運転
の再現が可能となる。

次に、第10図のステップ203において、入力値Tl,Tsの
スムージングを行う。このスムージングは、センサ検出
値に含まれるノイズを除去するために必要である。その
後、ステップ204にて、予め記憶されたロールゲインテ
ーブルを参照し、次のステップ205において、次式
（１）に基づき、ロール角r₁を計算する。

r₁＝Tl＊GoL＋Ts＊GoS …（１） ステップ206において、自車ロール角対応テーブルを
用いて、計算されたロール角r₁を補正して、実際のロー
ル角ｒを求める。ステップ207では、定数ｇ、ロール角
ｒ及び自車速度ｖを用いてヨーレイトy_R（deg/sec）を
求め、そのヨーレイトに基づき更に旋回半径Raを求め
る。

y_R＝ｇ・tan（ｒ）/v …（２） Ra＝v/y_R …（３） 次のステップ208において、現在のヨー角y_n及び現在
の自車走行位置を示す座標X_n、Y_nを積分計算する。

y_n＝y_n-1＋y_R・△ｔ …（４） X_n＝X_n-1−Ra［sin（y_n-1）−sin（y_n）］ …（５） Y_n＝Y_n-1＋Ra［cos（y_n-1）−cos（y_n）］ …（６） ところで、模型二輪車のロール動による傾斜感や遠心
力等を本シミュレータで再現するため、以下の条件を設
定している。

（１）常用するロール角は15゜以内が望ましい。即ち、
15゜以上のロール動では、模型二輪車の乗った搭乗者が
その体を二輪車上に保持することが困難となるからであ
る。実際の二輪車では、15゜以上車体が傾く場合がある
が、これを再現するため、本シミュレータでは、模型二
輪車の傾きに加えて、後述するように映像を傾けること
により、より臨場感を出すようにしている。

（２）ロール動の回転センタを車速に応じて変化させて
いる。本シミュレータでは、第11図に示す如く、停止時
はそのロールの回転センタを模型二輪車の接地点とし、
車速の上昇に伴い高くしてゆくが、その上限を接地点か
ら600mmとしている。

（３）25km/h以下の低速域では、ヨー方向の動きをロー
ルと同期して作動させる。尚、この時のヨーの作動方向
はロールと逆相としている。例えば、右にロールする際
には、ヨーを左に発生させている。この場合の、ヨーの
回転センタは搭乗者の尻部の真下付近としている。ま
た、車速が上昇し、40km/h以上となると、このようなヨ
ーとロールの同期は行わない。

次に、上記の如く自車曲進計算により求められた自車
の座標X_n、Y_nを、第８図のステップ105にて世界座標係
（X₀,Y₀）に変換する。この世界座標は、既に記憶され
た世界地図並びにその景色等のデータに対応した座標で
あり、現在の世界座標に基づいて、その景色が映像とし
て前記ディスプレイ装置に再現されるのである。次のス
テップ106では、その映像を制御するための模擬量・可
動量の計算並びに音声信号の発生等が行われる。その
後、ステップ107にて、これまで計算された各種制御信
号に基づき、模型二輪車、ディスプレイ装置等の制御が
行われる。

次に、ディスプレイ装置に関して説明する。このディ
スプレイ方法としては、CRTディスプレイによる場合、
又は３原色プロジェクタからの光をスクリーンに投影す
る等の各種方法が考えられる。また、前記の如く、予め
撮影され記憶された移動する車等から見た景色等の動画
の映像を用い、これを模型二輪車の走行状況に応じて変
化させ、搭乗者がまるで実際の二輪車を走行しているか
の如き感覚を与えるよう映像制御が行われる。

例えば、搭乗者がコーナリングをするべく体重移動に
より模型二輪車をロール動させた場合、単に映像を傾け
ただけでは、実際の走行感には合わない。このため、第
12図に示す如く、ロール角の20％程度に相当する搭乗者
の視線のピッチ角成分を加え合わせることにより、映像
の水平線を下げて実走感を表現している。これは、コー
ナリング時には直進時に比べて搭乗者の目の位置が下が
ることをシミュレートしたディスプレイ制御である。ま
た、前記の如く、模型二輪車の実際のロール角は制限さ
れているが、これを補うため、車体のロール角が大きく
なった時には、そのロール方向と反対方向に映像を傾け
る。これにより、搭乗者によりロール感を与えている。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、人間が搭乗して操作
可能な模型二輪車と、該模型二輪車上の搭乗者の操作並
びに動きに応じて、該模型二輪車のロール及びピッチ動
を制御する制御手段とを具備した二輪車のライディング
シミュレーション装置において、該模型二輪車のロール
方向に加えられるリーントルクを検出し、この検出結果
に応じて車体の姿勢制御を行うようにしたので、実際の
二輪車の曲進時及びコーナリングの際の走行状態を再現
できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による二輪車のライディング
シミュレーション装置の側面図、第２図は本発明装置を
後方から見た図、第３図は模型二輪車を取り外した状態
の本発明装置の平面図、第４図は支持枠部分の斜視図、
第５図及び第13図は本発明装置の各種動作を示した図、
第６図は本発明のシステムブロック図、第７図は模型二
輪車のヨー、ロール、ピッチ動作を示した図、第８図及
び第10図はミニコンピュータで行われる計算処理を示し
たフローチャート、第９図及び第12図は本発明による映
像制御を示した図、第11図はロール動の回転センタと車
速との関係を示したグラフである。 １……基台、1a……ガイドレール、２……移動台、６…
…可動装置、８……昇降枠、11……支持枠、12……ロー
リング軸、13……模型二輪車、21〜26……各種センサ、
31,32……スピーカ、33……ディスプレイ装置、40……
ミニコンピュータ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人間が搭乗して操作可能な模型二輪車と、
   該模型二輪車上の搭乗者の操作並びに動きに応じて、該
   模型二輪車のロール及びピッチ動を制御する制御手段と
   を具備した二輪車のライディングシミュレーション装置
   において、 該模型二輪車のロール方向に加えられるリーントルクを
   検出し、この検出結果に応じて車体の姿勢制御を行うこ
   とを特徴とするライディングシミュレーション装置。
2. 【請求項２】該模型二輪車の車体がロール方向に傾斜さ
   れて、コーナリングが行われる際に、検出された該リー
   ントルクを打ち消すように該車体の姿勢制御を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の二輪車のライディングシミ
   ュレーション装置。