JP4262133B2 - ドライビングシミュレータ - Google Patents
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Description
また、路面の凹凸の分類手法として、パワースペクトル密度(PSD)が用いられることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
DSの走行路面を実測路面データにより再現する。例えば、路面プロファイルデータより、3次元ポリゴンデータを作成する。
(2)実走行データの再現
視界映像データと動揺データを同期させて再現する。例えば、視界映像データをDSに取り込み、前方広視野スクリーンに投影する。実走行運動データ(ばね上6自由度:並進加速度、回転角速度)をDSに取り込み、電動式又は油圧式の6軸モーションシステムにおいて再現する。
(3)プログラムシンボルのリアルタイムモニター
シミュレート中の走行挙動(走行速度・位置、操舵角、アクセル開度などの走行挙動データ)を記録する。記録されたデータが、例えば快適度評価等に利用される。快適度評価に際しては、ISO2631、shock & vibration handbookの基準値等が利用可能である。
運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された路面の摩擦係数及び位置座標に対応する路面高さを含む実測路面データと、実路において予め撮影された位置座標に対応する実映像データとが記憶される記憶部と、
入力されるx、y、z方向及びロール、ピッチ、ヨー方向の6自由度のデータに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨー方向の回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに発生させる動揺発生装置と、
運転者による操作に応じた運転情報を出力する操作部と、
各部及び各装置を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記コンピュータは、
路面の摩擦係数と、位置座標に対応した路面高さとを含む実測路面データを前記記憶部から入力し、
入力された実測路面データをシミュレータ地図上にマッピングして、道路プロファイルデータを作成し、
前記記憶部に記憶された路面の摩擦係数及び車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた路面高さと、前記操作部からの運転情報と、予め初期設定された又は車の位置若しくは加速度に基づき計算された走行速度とを入力し、
入力された各情報と作成された道路プロファイルデータとに基づき、車の運動方程式に従い車の運動計算を行い、x、y、z方向の各加速度及びロール、ピッチ、ヨー方向の各角速度と、x、y、z方向の各位置座標及びロール、ピッチ、ヨーの各オイラー角とを求め、
求められた加速度及び角速度を前記動揺発生装置に出力して、前記コックピットのモーションを発生させ、
求められた位置座標とオイラー角とを前記映像発生装置に出力して、位置座標に対応する前記記憶部に記憶された実映像データを、オイラー角に応じて前記表示部に表示させる前記ドライビングシミュレータが提供される。
運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された所定時間毎のx、y、z方向の各加速度とロール、ピッチ、ヨーの各回転角とを有する所定時間毎の6自由度データと、6自由度データの測定の開始タイムコードとを含む実走行運動データ、及び、実路において予め撮影されたタイムコードを含む実映像データが記憶された記憶部と、
入力される6自由度データに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨーの回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに再現する動揺発生装置と、
全体を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記コンピュータは、
前記記憶部に記憶された実映像データを再生してタイムコードを順次取得し、
取得されたタイムコードが、実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎のロール、ピッチ、ヨーの各回転角を読み出し、読み出された各回転角を前記映像発生装置に出力して、前記記憶部に記憶された実映像データを各回転角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして前記表示部に表示させ、
取得されたタイムコードが、実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎の6自由度データをそれぞれ読み出して、読み出された6自由度データを前記動揺発生装置に出力する
6自由度モーションと実映像を同期して再現させるための前記ドライビングシミュレータが提供される。
(1)交通安全運転教育
従来のドライビングシミュレータの運転シナリオに、路面情報を追加し、運転者の技能訓練に活用できる。例えば、安全運転教育用のドライビングシミュレータに実路測定データを追加し、運転者に実路走行感覚を持たせながら訓練を行うことができる。
事故現場の実測路面特性データ(縦断凹凸、わだち掘れ、段差、ポットホール、路面摩擦係数など)を他の線形データ、視界情報データとともにドライビングシミュレータに取り込み、運転者の走行結果から事故再現を行う。例えば、事故時の路面状況をドライビングシミュレータ上で再現し、運転者に走行させることにより事故原因究明を行う。
例えば、冬期において路面凍結したわだち路面の実測路面データをドライビングシミュレータに取り込み、運転者に車線乗り移り走行させ、被験者の官能試験結果(パネル評定値)及び走行挙動データを分析することにより、事故危険度(安心度)を診断する。
各種実測路面性状データ(縦断凹凸、わだち掘れ、段差、ポットホール、路面摩擦係数など)をドライビングシミュレータに取り込み、運転者に自由走行させて、運転者の官能試験結果及び走行挙動データを分析することにより対象路面走行時の快適性を診断する。各種路面上走行時の実走行データをDSに取り込み、運転者に追体験させて、運転者の官能試験結果及び走行挙動データを分析することにより対象路面走行時の快適性を診断する。快適性診断に際しては、車両挙動、被験者の官能試験結果及びISO2631の振動評価基準などにより行うことができる。
高速道路における実路面データをドライビングシミュレータに取り込み、自由走行することにより、車の安全性・快適性の面からわだち掘れ、平坦性、すべり摩擦などの路面管理基準値を評価する。
各種路面上走行時の事故率、事故危険度から対象路面の事故費用を算定することにより、道路利用者費用算定資料を提供する。
前記診断結果をもとに、費用対便益分析、道路利用者費用算出のための分析を行うことができる。また、診断結果をもとに、路面管理基準作成支援を行うこともできる。
本実施の形態では、ドライビングシミュレータに実測路面データ(路面プロファイル、路面摩擦係数)を取り込み、運転者にその路面を自由走行させる。
図1は、ドライビングシミュレータの全体構成の概略ブロック図である。
ドライビングシミュレータは、ホストコンピュータ(処理部)10と、記憶部11と、映像発生装置12と、動揺発生装置13と、スクリーン14と、操作部15とコックピット16とを備える。
記憶部11は、実測路面データと実映像データとが予め記憶される。
まず、ホストコンピュータ10は、実測路面データR(xR、yR、zR及びμR)を記憶部11から入力する(S101)。例えば、ホストコンピュータ10は、予め設定されたデータ識別子に対応する摩擦係数(μR)を記憶部11から入力し、及び、測定路面上に固定したxy座標(xR、yR)に対応する路面高さ(zR)をすべて又は所定数記憶部11から入力する。ステップS101の処理により、路面についての実測データがホストコンピュータ10に入力される。
ホストコンピュータ10は、車固定座標R(XR、YR)から道路プロファイル上の座標r’(xR’、yR’)に変換する(S107)。
図4は、自由走行シミュレーションの概略を示す図である。
まず、ホストコンピュータ10は、記憶部11から実測路面情報を入力し、操作部15からドライバー情報を入力する。また、ホストコンピュータ10は走行速度を入力する。実測路面情報は、各タイヤにおける路面高、路面の摩擦係数を含む。ドライバー情報は、運転者によるハンドル・ペダル操作に応じた情報(例えば、操舵角、加減速による駆動(制動)トルク、ギア情報等)を含む。また、走行速度は、例えばシミュレーションにより得られる車の加速度、位置座標等に基づき求めることができる。なお、各タイヤの位置座標、走行速度の初期値は予め設定(例えば、0と設定)しておくことができる。
本実施の形態では、ドライビングシミュレータは、実路走行時にDV(Digital Video、デジタルビデオ)で録画し記憶部11に記憶された実映像データと、運動センサ(加速度計、角速度計)で測定され記憶部11に記憶された6自由度データとを、DSにおいて再生する。ここで、実映像データの再生とは、映像をスクリーン14に表示することをいい、6自由度データの再生とは、動揺発生装置13により6自由度モーションを再現することをいう。
図6は、実走行データ再現のデータの流れを模式的に示した図である。
ホストコンピュータ10は、記憶部11から実走行運動データを入力する。このとき、ホストコンピュータ10は、実走行運動データをフィルタリングして、フィルタリングされたデータを入力する。動揺発生装置13では、例えば、30Hz以上の振動を発生できないなど、構造上の制約があるため、実走行運動データをローパスフィルタによりフィルタリングして高周波数成分をカットする。なお、フィルタリングは、動揺発生装置13の特性に応じて適宜省略してもよいし、動揺発生装置13の特性に応じて適宜の周波数成分をカットすることができる。
また、ホストコンピュータ10は、実走行運動データのタイムコードに基づき、実映像データの位置合わせ動作制御を行う。
まず、ホストコンピュータ10は、DVカメラに再生指示を送る。DVカメラは、例えば、実映像データが録画されたDVテープを再生するためのものである。DVカメラが再生状態に変更されたら、ホストコンピュータ10は再生されている実映像データのタイムコードを逐次取得し、入力された実走行運動データの開始タイムコード(シナリオの開始タイムコード)に合わせるために、早送り又は巻戻しを行う。ここで、シナリオとは、実走行運動データと実映像データの再生をいう。なお、取得されたタイムコードが目的タイムコードと同じ場合は、早送り又は巻戻しは行わない。
図8は、シナリオ再生のタイムチャートである。まず、ホストコンピュータ10は、DVカメラに再生指示を出力する。このとき、DVテープの位置は、目的タイムコード位置にあり、シナリオの開始タイムコード位置より手前である。DVカメラが再生状態に変更されたら、ホストコンピュータ10は、DVテープがシナリオの開始タイムコード位置になるまでタイムコードを取得する。DVテープが、シナリオの開始タイムコード位置に到達した場合、シナリオ再生を開始する。
上述の第1の実施の形態及び第2の実施の形態における路面データの例について説明する。DSによる路面評価対象として有用なプロファイルは、道路利用者費用や路面管理基準を検討する際に利用可能なものであり、凹凸路面や損傷路面など道路利用者へのサービスレベルが低下したもの(悪路)が該当する。従来、DSで利用されている実路面データは、主として道路の線形評価目的のものが多く、公道で平坦性レベルにおいては平均的なものが一般的には用いられている。上述の第1及び第2の実施の形態における路面データは、悪路と判断できる路面を用いることができる。
図9は、PSD(パワースペクトル密度)による路面凹凸の分類例を示す図である。路面凹凸の分類手法としては、従来PSDが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
これらの分類をなんらかのモデル関数により表現すると、概ね以下の3タイプに区分される。
一般路が表現できることから、最も多く利用されているタイプである。ISOでは路面分類規格にもなっており、次式で表される。
Pr(n):路面凹凸のPSD[mm2/m]
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
a:路面の平滑度を表す定数
ω:対象周波数の分散度を表す定数である。
雪道や道路橋の動的応答解析で利用される関数であり、次式で表される。
コルゲージョンなど特定の波状成分が卓越する路面に適用でき、ある波数でPSDがピークを示す関数であり、次式で表される。
C1、C2:タイプ1、タイプ2のaに対応する平滑度を表す定数[cycle/m]
f:強調される空間周波数[cycle/m]である。
PSDによる路面区分は、波状特性からの分類であり、段差やポットホールなど道路区間に局在する特徴的な損傷を表現することは困難である。例えば、路面プロファイルデータを信号とみなして、ハイパスフィルタやウェーブレット分析を用いると、局在する損傷データが含まれるかどうかを判別することができる。
11 記憶部
12 映像発生装置
13 動揺発生装置
14 スクリーン
15 操作部
16 コックピット
Claims (11)
- 運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された、位置座標に対応する実路の摩擦係数及び位置座標に対応する路面高さを含む複数の実測路面データと、該実路において予め撮影された位置座標に対応する実映像データとが記憶される記憶部と、
入力されるx、y、z方向及びロール、ピッチ、ヨー方向の6自由度のデータに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨー方向の回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに発生させる動揺発生装置と、
運転者による操作に応じた運転情報を出力する操作部と、
各部及び各装置を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記実測路面データは、そのパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路の実測路面データであり、
a:路面の平滑度を表す定数
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
β:測定結果及びP r (n)の低周波領域に関する定数
前記コンピュータは、パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データを用いて、
位置座標に対応した実路の摩擦係数と、位置座標に対応した路面高さとを含む該実測路面データを前記記憶部から入力し、
入力された実測路面データをシミュレータ地図上にマッピングして、道路プロファイルデータを作成し、
車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた実路の摩擦係数及び車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた路面高さと、前記操作部からの運転情報と、予め初期設定された又は車の位置若しくは加速度に基づき計算された走行速度とを入力し、
入力された各情報と作成された道路プロファイルデータとに基づき、車の運動方程式に従い車の運動計算を行い、x、y、z方向の各加速度及びロール、ピッチ、ヨー方向の各角速度と、x、y、z方向の各位置座標及びロール、ピッチ、ヨーの各オイラー角とを求め、
求められた加速度及び角速度を前記動揺発生装置に出力して、前記コックピットのモーションを発生させ、
求められた位置座標とオイラー角とを前記映像発生装置に出力して、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての実映像データを用いて、該位置座標に対応する前記記憶部に記憶された該実映像データを該オイラー角に応じて前記表示部に表示させる前記ドライビングシミュレータ。 - 運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された、位置座標に対応する実路の摩擦係数及び位置座標に対応する路面高さを含む複数の実測路面データと、該実路において予め撮影された位置座標に対応する実映像データとが記憶される記憶部と、
入力されるx、y、z方向及びロール、ピッチ、ヨー方向の6自由度のデータに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨー方向の回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに発生させる動揺発生装置と、
運転者による操作に応じた運転情報を出力する操作部と、
各部及び各装置を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記実測路面データは、そのパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路の実測路面データであり、
C 1 、C 2 :路面の平滑度を表す定数[cycle/m]
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
f:強調される空間周波数[cycle/m]
β:測定結果及びP r (n)の低周波領域に関する定数
前記コンピュータは、パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データを用いて、
位置座標に対応した実路の摩擦係数と、位置座標に対応した路面高さとを含む該実測路面データを前記記憶部から入力し、
入力された実測路面データをシミュレータ地図上にマッピングして、道路プロファイルデータを作成し、
車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた実路の摩擦係数及び車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた路面高さと、前記操作部からの運転情報と、予め初期設定された又は車の位置若しくは加速度に基づき計算された走行速度とを入力し、
入力された各情報と作成された道路プロファイルデータとに基づき、車の運動方程式に従い車の運動計算を行い、x、y、z方向の各加速度及びロール、ピッチ、ヨー方向の各角速度と、x、y、z方向の各位置座標及びロール、ピッチ、ヨーの各オイラー角とを求め、
求められた加速度及び角速度を前記動揺発生装置に出力して、前記コックピットのモーションを発生させ、
求められた位置座標とオイラー角とを前記映像発生装置に出力して、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての実映像データを用いて、該位置座標に対応する前記記憶部に記憶された該実映像データを該オイラー角に応じて前記表示部に表示させる前記ドライビングシミュレータ。 - 前記運動計算により求められた前記位置座標は、車固定座標であって、
前記コンピュータは、
求められた車固定座標を道路プロファイル上の座標に変換し、
作成された道路プロファイルデータを参照し、摩擦係数及び変換された座標に対応する路面高さを取得し、
取得された摩擦係数及び路面高さに基づいて、車の運動計算を繰り返すこと
をさらに含む請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。 - 前記コンピュータは、次式に従い、車固定座標R(XR、YR)を道路プロファイルデータ上の座標r’(xR’、yR’)に変換する請求項3に記載のドライビングシミュレータ。
- 前記コンピュータは、
求められた加速度と角速度をローパスフィルタによりフィルタリングし、フィルタリングされた加速度と角速度を前記動揺発生装置に出力する請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。 - 前記映像発生装置は、
求められた位置座標とオイラー角を前記コンピュータから入力し、入力された位置座標に対応する前記記憶部に記憶された実映像データを、入力されたオイラー角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして、前記表示部に表示する請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。 - 前記コンピュータは、
求められた位置座標とオイラー角、及び/又は、求められた加速度と角速度を、タイムコードに対応させて前記記憶部に記憶し、
前記表示部に表示される映像データを、タイムコードを付加して前記記憶部に記憶すること
をさらに含む請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。 - 前記コンピュータは、車の運動方程式として次式で表される車体モデルに従い車の運動計算を行う請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。
- 運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された所定時間毎のx、y、z方向の各加速度とロール、ピッチ、ヨーの各回転角とを有する所定時間毎の6自由度データと、6自由度データの測定の開始タイムコードとを含み、該実路のパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路を走行した際の実走行運動データ、及び、該実路において予め撮影されたタイムコードを含む実映像データ、及び、該実路において予め測定された位置座標に対応する路面高さを含み、該実走行運動データに対応する実測路面データとが記憶された記憶部と、
a:路面の平滑度を表す定数
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
β:測定結果及びP r (n)の低周波領域に関する定数
入力される6自由度データに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨーの回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに再現する動揺発生装置と、
全体を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記コンピュータは、実測路面データのパワースペクトルが予め定められた閾値以上の場合、対応する実走行運動データを用いて、
前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての、前記記憶部に記憶された実映像データを再生してタイムコードを順次取得し、
取得されたタイムコードが、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データに対応する、前記実路についての前記実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎のロール、ピッチ、ヨーの各回転角を読み出し、読み出された各回転角を前記映像発生装置に出力して、前記記憶部に記憶された前記実路についての実映像データを各回転角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして前記表示部に表示させ、
取得されたタイムコードが、前記実路についての実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎の6自由度データをそれぞれ読み出して、読み出された6自由度データを前記動揺発生装置に出力する
6自由度モーションと実映像を同期して再現させるための前記ドライビングシミュレータ。 - 運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された所定時間毎のx、y、z方向の各加速度とロール、ピッチ、ヨーの各回転角とを有する所定時間毎の6自由度データと、6自由度データの測定の開始タイムコードとを含み、該実路のパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路を走行した際の実走行運動データ、及び、該実路において予め撮影されたタイムコードを含む実映像データ、及び、該実路において予め測定された位置座標に対応する路面高さを含み、該実走行運動データに対応する実測路面データとが記憶された記憶部と、
C 1 、C 2 :路面の平滑度を表す定数[cycle/m]
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
f:強調される空間周波数[cycle/m]
β:測定結果及びP r (n)の低周波領域に関する定数
入力される6自由度データに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨーの回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに再現する動揺発生装置と、
全体を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記コンピュータは、実測路面データのパワースペクトルが予め定められた閾値以上の場合、対応する実走行運動データを用いて、
前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての、前記記憶部に記憶された実映像データを再生してタイムコードを順次取得し、
取得されたタイムコードが、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データに対応する、前記実路についての前記実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎のロール、ピッチ、ヨーの各回転角を読み出し、読み出された各回転角を前記映像発生装置に出力して、前記記憶部に記憶された前記実路についての実映像データを各回転角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして前記表示部に表示させ、
取得されたタイムコードが、前記実路についての実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎の6自由度データをそれぞれ読み出して、読み出された6自由度データを前記動揺発生装置に出力する
6自由度モーションと実映像を同期して再現させるための前記ドライビングシミュレータ。 - 前記コンピュータは、
読み出された6自由度データを、ローパスフィルタによりフィルタリングし、フィルタリングされた6自由度データを前記動揺発生装置に出力することを含む請求項9又は10に記載のドライビングシミュレータ。
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