JP3581500B2 - 二輪車のライディングシミュレーション装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行路を含む映像が表示された前方の画面を見ながら、搭乗者としての乗り手が模型二輪車を操作し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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、乗り手が操作可能な模型二輪車と、この模型二輪車の走行状態に係る走行路を含む所望の映像を表示するＣＲＴ等を利用した表示器とを組み合わせた二輪車のライディングシミュレーション装置が、遊技用として、あるいは二輪車の運転教育用として使用に供されている。
【０００３】
例えば、特開平４−５１０７８号公報に公表されているように、基台上に設けられ、前後、左右および上下方向に移動自在な移動台と、この移動台の動きを駆動する駆動手段と、前記移動台上に設置され乗り手が操作可能な模型二輪車と、前記模型二輪車の前方に配置され、予め記憶された映像を表示するディスプレイ装置と、乗り手の操作ならびに動きに応じて前記駆動手段を制御して前記模型二輪車のヨー、ロールおよびピッチ動を制御するとともに、前記ディスプレイ装置に表示される映像を前記模型二輪車の走行状態に応じて変化させる制御手段とを備える二輪車のライディングシミュレーション装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように構成されるライディングシミュレーション装置においては、模型二輪車により旋回（コーナリング）のライディングシミュレーションを行おうとする場合、実際の二輪車（自動二輪車）の旋回感が得られるように、乗り手が旋回しようとする方向に体を傾動させ、その旋回方向に体重を移動させることで旋回するようになっている。
【０００５】
図１１に示す模式的な平面図を利用して、この旋回過程を詳しく説明すると、例えば、矢印で示す模型二輪車２が右折しようとする場合には、まず、時点ｔ０において進行方向右側に、いわゆる倒し込みを開始して旋回を開始し、時点ｔ１において倒し込みを完了させ、その状態で必要量旋回した後、時点ｔ２においていわゆる起こし上げを開始し、その後、時点ｔ３において起こし上げを完了して、再び直進走行状態に入るようにしている。
【０００６】
この場合、制御手段は、乗り手の操作並びに動きに応じて前記模型二輪車に取り付けられているポテンショメータ、トルクセンサ等各種検出手段からの検出信号に基づいて前記模型二輪車のヨー角を計算し（計算ヨー角ψｃとする。）、これをディスプレイ装置に送出する。前記ディスプレイ装置は、ＣＧＩ（コンピュータ生成画像）発生装置を有しており、前記計算ヨー角ψｃに基づいて、ディスプレイ（スクリーン、画面）上に映出される映像のヨー角（映像ヨー角ψｖとする）の制御を行うようになっている。具体的には、計算ヨー角ψｃと映像ヨー角ψｖの値を等しくする、ψｃ＝ψｖの制御を行うようになっている。なお、計算ヨー角ψｃは、図１１に示すように、例えば、画面上の上方向６と軌跡４の接線方向８とのなす角として定義される。
【０００７】
ところが、このように計算ヨー角ψｃと映像ヨー角ψｖとが等しくなるように映像のヨー制御を行った場合、模型二輪車２が旋回し過ぎてしまう、いわゆるオーバーシュートΔｘ（図１１参照）が発生し易いことが分かった。
【０００８】
本願発明者等は、このオーバーシュートΔｘの発生原因は、実際に二輪車で旋回する場合には、乗り手が前記旋回方向のより先の方向の映像情報を、首を回すことで得ているのに対し、前記ディスプレイ装置上では、画角等の制限があり、十分に先を見ることができないことにあることを見い出した。
【０００９】
この発明はこのような課題、知見を考慮してなされたものであり、模型二輪車により旋回する場合に、オーバシュートが発生することのない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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、例えば、図１に示すように、
乗り手２８が操作可能な模型二輪車３０と、前記模型二輪車の前方に配置され、前記模型二輪車の操作に対応して予め記憶された映像を表示するディスプレイ装置２５とを備える二輪車のライディングシミュレーション装置１０において、前記模型二輪車のヨー動に対応して、前記映像をヨー動させるための映像ヨー角を計算する映像ヨー角計算部１８を有し、
前記映像ヨー角計算部は、前記乗り手が前記模型二輪車を旋回させる時に、前記ディスプレイ装置上に表示される映像が、前記模型二輪車の操作に対応する表示映像よりも、旋回方向のより先の映像が表示されるように映像ヨー角を計算することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、乗り手が前記模型二輪車を旋回させる時に、前記ディスプレイ装置上に表示される映像が、前記模型二輪車の操作に対応する表示映像よりも、旋回方向のより先の映像が表示されるようにしている。
【００１２】
このため、乗り手が前記旋回方向のより先の方向の映像情報を違和感なく見ることが可能となり、換言すれば、実際より先の画面を乗り手に見せるようにしているので、旋回時のオーバーシュートを防止することができる。
【００１３】
なお、旋回方向の先の映像の映像ヨー角ψｖは、例えば、式ψｖ＝ψｃ＋ωｃ×Ｋｙ（ψｃ：計算ヨー角、ωｃ：計算ヨーレート、Ｋｙ：係数、ωｃ×Ｋｙ：ヨー進角）により簡易に計算することができる。
【００１４】
また、係数Ｋｙを０．２〜０．５に設定することで、最適のヨー進角ωｃ×Ｋｙが得られる。特に、係数Ｋｙは、Ｋｙ＝０．３が最適値である。
【００１５】
この場合、係数Ｋｙを前記計算ヨーレートωｃの増加に応じて値０から値０．２〜０．５まで徐々に増加させるようにすることで、直進（ωｃ＝０）に近い状態では、ヨー進角が発生しないようにすることができる。
【００１６】
さらにまた、映像ヨー角ψｖの微分係数の最大値を計算ヨー角ψｃの微分係数の１．２５倍に規制することで、映像に含まれる不要な高周波成分を取り除くことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、図１１に示したものと対応するものには同一の符号を付け、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
図１は、この一実施の形態に係る二輪車のライディングシミュレーション装置１０の概略構成説明図である。
【００１９】
ライディングシミュレーション装置１０は、床面３４に設置されている制御機構１２と、この制御機構１２に対し連結機構１４を介して着脱自在なモーションユニット部１６とを備える。制御機構１２は、ミニコンピュータ等の制御回路（映像ヨー角計算部を含む。）１８とＣＧＩ発生装置２３を収容する本体部１９と、この本体部１９の上部に設けられるディスプレイボックス２０とを備えている。
【００２０】
図２にも示すように、ディスプレイボックス２０は、スピーカユニット２２を組み込むとともに、スクリーンを有する投写型ディスプレイ２４を有する。図１に示すように、ディスプレイ装置２５は、基本的には、このディスプレイ（スクリーンまたは画面ともいう。）２４とＣＧＩ発生装置２３とから構成され、そのスクリーン２４上に走行路を含む種々の走行状態を表示する。
【００２１】
モーションユニット部１６は、連結機構１４を介して制御機構１２に着脱自在な基台２６を備え、この基台２６上に乗り手２８が操作可能な模型二輪車３０と、この模型二輪車３０を実際の二輪車の挙動に則して駆動する駆動機構３２とが装着される。
【００２２】
基台２６は、この基台２６を床面３４上で移動させるための複数の車輪３６と、基台２６を床面３４上で移動不能なように固定させるための複数の固定部３８とを備える。固定部３８は、ねじ軸４０を設けており、このねじ軸４０が基台２６に螺回されることにより、固定部３８が上下方向に移動自在である。
【００２３】
基台２６上に支持枠４２が設けられ、この支持枠４２の上部側には、車幅方向に延びるピッチ軸４４（図２も参照）を介して模型二輪車３０の車体４６が前後方向（ピッチ方向）に揺動自在に支持される。また、支持枠４２には、支点４８を中心に揺動自在なピッチモータ５０が支持され、このピッチモータ５０に連結されたねじ軸５２には、車体４６に揺動自在に支持されたナット５４に螺合する。さらに、支持枠４２には、水平方向にロール軸５６を有するロールモータ５８が支持され、このロールモータ５８の図示しない出力軸に車体４６が係合する。
【００２４】
模型二輪車３０のハンドル６０は、ステアリングモータ６２の回転軸６４に直結されており、このステアリングモータ６２を介してハンドル６０の回動に対して制動力を付与する。ピッチモータ５０、ロールモータ５８およびステアリングモータ６２により駆動機構３２が構成される。
【００２５】
図３に示すように、モーションユニット部１６側には、参照符号９０〜１００に示す各種センサの他、所望のスイッチを備えたハンドルスイッチ１０２およびギヤポジションスイッチ１０４が、信号線を介してコネクタ７０の一端側に接続される。また、駆動機構３２を構成するピッチモータ５０、ロールモータ５８およびステアリングモータ６２が、信号線を介してコネクタ７２の一端側に接続される。
【００２６】
一方、制御機構１２側には、コネクタ７０、７２の他端側から信号線に接続される制御回路１８が設けられ、この制御回路１８には、乗り手２８に風を送る電動ファン１０６、振動発生器１０８、スピーカユニット２２およびディスプレイ装置２５が接続されている。
【００２７】
このように構成されるライディングシミュレーション装置１０の動作について説明する。
【００２８】
乗り手２８が、ハンドル６０に設けられている図示していないアクセルやブレーキを操作するとともに、模型二輪車３０上で乗り手２８の体重移動方向や移動量が検出されると、その信号が制御回路１８に送られる。このため、制御回路１８は、駆動機構３２を駆動制御するとともに、ディスプレイ装置２５等を駆動制御する。
【００２９】
例えば、乗り手２８がブレーキ操作を行えば、ピッチモータ５０が駆動されて模型二輪車３０が前傾され、ブレーキング時の挙動が再現される一方、アクセルを急速に開くと、ピッチモータ５０の作用下に模型二輪車３０が後傾され、加速操作時の挙動が再現される。また、乗り手２８が体重移動を行えば、その体重の移動方向および移動量と走行速度とに基づいてロールモータ５８が駆動され、車体４６が車幅方向に傾動してコーナリング（旋回）時の挙動が再現される。その際、ディスプレイ２４に走行状態に基づいた走行路を含む映像が表示されるため、乗り手２８は、実車によるものと同等の走行感覚を得ることができる。
【００３０】
この旋回時において、図１１を参照しながら従来の技術の項で説明したように、乗り手２８による模型二輪車３０のハンドル操作に対応してハンドルトルクセンサ９４から操舵トルクに応じた電気信号が制御回路１８に供給され、かつ、ロードセル等から構成されるリーントルクセンサ９６から車体を傾けることにより発生する応力、すなわちリーントルクに応じた電気信号が制御回路（映像ヨー角計算部）１８に供給される。このとき制御回路１８は、これらの電気信号に基づいて、計算ヨー角ψｃを計算する。この計算ヨー角ψｃを、従来の技術では、そのまま映像ヨー角ψｖ（ψｖ＝ψｃ）としてディスプレイ装置２５を構成するＣＧＩ発生装置２３に供給している。そして、このＣＧＩ発生装置２３により前記映像ヨー角ψｖ方向の映像信号（これから走行しようとする、例えば、模型二輪車３０の位置から２ｍ前方の位置以遠の走行路、景色、建物等を含む映像信号）が発生され、ディスプレイ２４上にその映像が映出される。
【００３１】
ところが、前述したように、このように計算ヨー角ψｃと映像ヨー角ψｖとが等しくなるような映像のヨー制御を行った場合、模型二輪車３０が旋回し過ぎてしまう、いわゆるオーバーシュートΔｘが発生してしまうことがある。この発生の原因について、本願発明者等は、実際に二輪車で旋回する場合には、乗り手２８が前記旋回方向のより先の方向の映像情報を、首を回すことで得ているのに対し、前記ディスプレイ装置２５上では、画角等の制限があり、十分に先を見ることができないことにあるという知見を得ている。
【００３２】
そこで、この実施の形態では、乗り手２８が模型二輪車３０を旋回させる時に、映像ヨー角計算部としても機能する制御回路１８は、ディスプレイ２４上に表示される映像が、模型二輪車３０の操作に対応する計算ヨー角ψｃで表示される映像よりも、旋回方向のより先の映像が表示されるようにして、あたかも乗り手２８が旋回方向に首を回したとき（言い換えれば、視線を移動したとき、または視線を進角させたとき）の映像が映出されるようにした。すなわち、制御回路１８は、模型二輪車３０のヨー動に対応して、ディスプレイ２４上の映像をヨー動させるための映像ヨー角を計算するに際し、まず、模型二輪車３０の操作に対応する計算ヨー角ψｃを計算し、次に、映像ヨー角ψｖを、進角係数（ヨー進角係数ともいう。）をＫｙ（Ｋｙ＝０〜１）とするとき、次の（１）式により計算される値とした。
【００３３】
ψｖ＝ψｃ＋ψｐ＝ψｃ＋ψｃ×Ｋｙ＝ψｃ×（１＋Ｋｙ） …（１）
ここで、ψｐは、進角である。
【００３４】
図４、図５は、（１）式に基づくディスプレイ２４に表示される具体的な映像の例を示している。図４は、進角係数Ｋｙ＝０のときの従来の技術に基づく映像であり、走行路２０１と、その走行路２０１の両路側側に存在する障害物２０２〜２０５が映出されている。これに対して、進角係数Ｋｙが０値でないときには、図５に示すように、走行路２０１上のより旋回方向の障害物２０６、２０７も映出されることが理解される。
【００３５】
このような進角を考慮した映像表示にすることで、図１１に対応する図６に示す模式的な平面図に示すように、例えば、矢印で示す模型二輪車３０が右折しようとする場合には、まず、時点ｔ０において進行方向右側に、いわゆる倒し込みを開始して旋回を開始し、時点ｔ１′において倒し込みを完了させ、その状態で必要量旋回した後、時点ｔ２′においていわゆる起こし上げを開始し、その後、時点ｔ３′において起こし上げを完了して、再び直進走行状態に入るようにしている。このように制御することにより、必要以上の旋回し過ぎ、すなわち、オーバーシュートΔｘ（図１１参照）が発生しないことを確認している。なお、図６において、映像ヨー角ψｖが計算ヨー角ψｃと進角ψｐとの和（ψｖ＝ψｃ＋ψｐ）であることが理解される。
【００３６】
模型二輪車３０によるテスト模擬走行による確認の結果、この進角ψｐ、結局、進角係数Ｋｙが、模型二輪車３０の操縦性に大きく影響することが判明した。そこで、この進角係数Ｋｙの最適値を求めるため、進角係数Ｋｙを種々の値に選択して、模型二輪車３０による旋回時に、例えば、走行路２０１の側端２１０（左側通行の場合には、左端。図４、図５参照）に対して、どの程度、ステアリングのずれが発生するかを計算により測定した。ステアリングのずれが発生しないニュートラルステアリング（ニュートラルステア）が操縦性が最高であり、内側に旋回し過ぎてしまうオーバステアまたは旋回不十分なアンダーステアになればなるほど、操縦性が悪くなると判定した。
【００３７】
図７は、ヨー進角係数Ｋｙを値０（０．０）〜０．９程度まで変化させたときの操縦性の特性２１２、いわゆるフィーリングを示している。この特性２１２から、ヨー進角係数ＫｙがＫｙ＝０．３のときに、操縦性が最高であることが分かる。なお、操縦性は、ヨー進角係数ＫｙがＫｙ＝０．２〜０．５の範囲で設定してあれば、ほぼ満足し得るレベルとなることが分かった。
【００３８】
ところが、さらにテストを続けているうちに、特に、曲進走行（Ｓ字走行、クランク走行、シケイン走行）のシミュレーション時において、ハンドル６０の操作が加わるために簡単に大きな計算ヨーレート（角速度）ωｃ｛計算ヨー角ψｃの時間微分値（Δψｃ／Δｔ）であり、単位はｄｅｇ／ｓｅｃ、サンプル時間（サイクルタイムともいう。）ΔｔはΔｔ＝０．０３３ｓｅｃである。｝が発生し、これにより、ディスプレイ２４上に表示される映像が左右にぐらぐら揺れる感じが発生することが分かった。
【００３９】
そこで、このぐらぐら揺れる感じを低減するために、定数として設定していたヨー進角係数Ｋｙにヨーレートωｃを掛けて変数として扱うようにすることで対策した｛（２）式参照｝。
【００４０】
ψｖ＝ψｃ＋ωｃ×Ｋｙ＝ψｃ＋ωｃ×０．３ …（２）
さらに、直進に近い状態では、ヨー進角ψｐ（図６参照）が小さい値となるようにすれば、より一層実際の走行感覚に近い状態になることが確認されたため、図８に示すように、ヨー進角係数Ｋｙの値をヨーレートωｃの増加に応じて進角係数Ｋｙが値０．０から値０．２〜０．５（図では、値０．３）まで徐々に増加するようなルックアップテーブル２１４を参照することとした｛（３）式参照｝。
【００４１】
ψｖ＝ψｃ＋ωｃ×Ｋｙ …（３）
さらに、テスト走行を続行した結果、（３）式のように制御しても、特に、周波数０．５Ｈｚ〜１Ｈｚ｛１Ｈｚとは、例えば、半径２０ｍのスラロームコース（Ｓ字コース）を１秒間に１周期走行すること。｝を超える操作に対して、なお、映像上で比較的遅い周期のぐらぐら感が発生することが分かり、このぐらぐら感を表現する式として（４）式が適することが判明した。
【００４２】
ωｖ／ωｃ×Ｋ１＝Ｐｒ …（４）
ここで、ωｖは映像ヨー角ψｖのヨーレート（Δψｖ／Δｔ）、ωｃは計算ヨー角ψｃのヨーレート（Δψｃ／Δｔ）、Δｔはサンプリング時間、Δψｖはサンプリング時間の間の映像ヨー角ψｖの変化分、Δψｃはサンプリング時間の間の計算ヨー角ψｃの変化分、Ｋ１は係数である。なお、（４）式の計算値を進角比Ｐｒとよぶ。
【００４３】
この進角比Ｐｒの値は、実験による確認の結果、Ｐｒ＝０．２〜０．７程度の値に抑制することが好ましいことが分かった。
【００４４】
そこで、周波数０．５Ｈｚと周波数１．０Ｈｚの操作で、係数Ｋ１の値を種々の値に変化させて、進角比Ｐｒの値を計算した。
【００４５】
図９は、その中、係数Ｋ１の値が、Ｋ１＝１．１、１．２５、１．５の３つの値についての進角比Ｐｒの計算値を示している。図９から係数Ｋ１の値がＫ１＝１．２５のときに、進角比Ｐｒの値がＰｒ＝０．２〜０．７の範囲に収まっていることが理解される。
【００４６】
そこで、係数Ｋ１をＫ１＝１．２５に決定することで、種々の走行状態に対して最良の操作感、映像感が得られることを確認した。このようにすれば、比較的に早い周期｛例えば、１Ｈｚ程度｝の映像のぐらぐら感が許容レベル以下となり（映像の不必要な高周波成分がほぼ除去でき）、かつ交差点等の右左折時等の旋回時には、十分な、換言すれば、オーバーシュートが発生しないで、ニュートラルステアとなる映像の進角を得ることができた。
【００４７】
結局、この実施の形態によれば、映像ヨー角ψｖは、進角係数Ｋｙを図８に示すように設定して、上記の（３）式のように制御し、その際、（４）式で示される映像ヨーレートωｖの最大値を計算ヨーレートωｃの１．２５倍を最大値として規制すれば、実際の走行に即した最適な操作感となることが分かった。
【００４８】
すなわち、ψｖ＝ψｃ＋ωｃ×Ｋｙ｛ただし、Ｋｙは図９による。｝とし、かつ｛ωｖ／ωｃ｝＞１．２５のとき、ωｖ＝ωｃ×１．２５に規制する。
【００４９】
図１０は、実際の自動二輪車により種々のテストコース｛Ｓ字コース、クランクコース、４５Ｒコース、３０Ｒ連続コース（スラロームコース）、シケインコース｝を速度４０ｋｍ／ｈおよび６０ｋｍ／ｈで走行したときの旋回挙動に係る周波数を測定しており、一般の旋回挙動は略０．５Ｈｚ程度であることが判明し、上記のように映像ヨーレートωｖを規制することにより、シケインなどの直進に近い走行を除いてほぼ対応することが確認できた。
【００５０】
なお、この発明は上述の実施の形態に限らず、この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。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、乗り手が前記模型二輪車を旋回させる時に、ディスプレイ装置上に表示される映像が、模型二輪車の操作に対応する表示映像よりも、旋回方向のより先の映像が表示されるようにしている。このため、乗り手が前記旋回方向のより先の方向の映像情報を違和感なく見ることが可能となり、換言すれば、実際より先の画面を乗り手に見せるようにしているので、旋回時のオーバーシュートを防止することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態の全体構成を示す説明図である。
【図２】図１例の装置を後方から見た図である。
【図３】図１例の装置の電気回路的ブロック図である。
【図４】従来の技術にかかる画面映像を示す図である。
【図５】旋回方向のより先の映像が見えるようにした図１例の装置による画面映像を示す図である。
【図６】この実施の形態に係る旋回走行の説明に供される模式的な平面図である。
【図７】ヨー進角係数と操縦性の対応関係の説明に供される図である。
【図８】計算ヨーレートに対する進角係数の値のルックアップテーブルの説明に供される図である。
【図９】旋回の挙動に係る周波数と進角比との関係を測定した図である。
【図１０】練習走行時の操作周波数を測定した図である。
【図１１】従来技術に係る旋回走行の説明に供される模式的な平面図である。
【符号の説明】
２、３０…模型二輪車
１０…ライディングシミュレーション装置
１２…制御機構 １６…モーションユニット部
１８…制御回路 ２３…ＣＧＩ発生装置
２４…ディスプレイ ２５…ディスプレイ装置
２８…乗り手 ３２…駆動機構
４４…ピッチ軸 ５０…ピッチモータ
５８…ロールモータ ６０…ハンドル
６２…ステアリングモータ ２０１…走行路
ψｃ…計算ヨー角 ψｐ…進角
ψｖ…映像ヨー角 Δｘ…オーバーシュート

Claims (4)

1. 乗り手が操作可能な模型二輪車と、前記模型二輪車の前方に配置され、前記模型二輪車の操作に対応して予め記憶された映像を表示するディスプレイ装置とを備える二輪車のライディングシミュレーション装置において、
   前記模型二輪車のヨー動に対応して、前記映像をヨー動させるための映像ヨー角を計算する映像ヨー角計算部を有し、
   前記映像ヨー角計算部は、前記乗り手が前記模型二輪車を旋回させる時に、前記ディスプレイ装置上に表示される映像が、前記模型二輪車の操作に対応する表示映像よりも、旋回方向のより先の映像が表示されるように前記映像ヨー角を計算する際、
   前記模型二輪車の操作に対応する表示映像の計算ヨー角をψｃ、
   この計算ヨー角ψｃによる表示映像よりも旋回方向の先の映像の映像ヨー角をψｖ、
   前記計算ヨー角ψｃについての角速度（ヨーレート）をωｃ、
   係数をＫｙとしたとき、
   旋回方向の先の映像の映像ヨー角ψｖを
   ψｖ＝ψｃ＋ωｃ×Ｋｙ
   としたことを特徴とする二輪車のライディングシミュレーション装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   係数Ｋｙを０．２〜０．５に設定したことを特徴とする二輪車のライディングシミュレーション装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   係数Ｋｙを前記ヨーレートωｃの増加に応じて値０から値０．２〜０．５まで徐々に増加させるようにしたことを特徴とする二輪車のライディングシミュレーション装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   映像ヨー角ψｖの微分係数の最大値を計算ヨー角ψｃの微分係数の１．２５倍に規制したことを特徴とする二輪車のライディングシミュレーション装置。

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