JP4634350B2

JP4634350B2 - 自転車シミュレーション装置

Info

Publication number: JP4634350B2
Application number: JP2006234326A
Authority: JP
Inventors: 隆孝花谷; 公視早川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP2008058522A

Description

本発明は、交通安全教育、ゲームおよび体力トレーニングなどの用途に用いられ、自転車の走行状態を擬似体験させる自転車シミュレーション装置に関する。

従来、飛行機、自動車、自動二輪車、自転車等の運転を模擬体験するために、それぞれの乗り物に対応したシミュレーション装置が提案され、その一部が実用化されている。このうち、自転車シミュレーション装置としては、ペダルおよびクランクの回転位置を考慮することにより臨場感のある擬似体験を可能とした自転車シミュレーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２９２１７０号公報

ところで、自転車の擬似体験においてハンドル操作は重要な要素の１つであるが、自転車シミュレーション装置には前輪が設けられていないこともあり、実際の自転車と比較してハンドルの操作力が軽く済んでしまう。即ち、従来の自転車シミュレーション装置では、ハンドル操作時の操作抵抗(操舵荷重)について余り考慮されておらず、このような自転車シミュレーション装置での疑似体験では臨場感に欠けるきらいがあり、改善の余地があった。

ハンドル操作時に操作抵抗を付与する機構としては、油圧式抵抗付与機構、或いは電気式抵抗付与機構なども考えられるが、いずれも装置が複雑且つ大型となる傾向にあり、経済的観点からも高価となり好ましくなかった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な機構によりハンドルに操作抵抗力を付与して、操作者がハンドル操作した時、適度な操作抵抗力(操舵荷重)を感じられるようにして、より臨場感のある自転車の擬似体験を行うことができる自転車シミュレーション装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、左右に回動操作可能なハンドルを備え、操作者の操作により自転車の走行状態を模擬体験させる自転車シミュレーション装置において、
前記ハンドルに固定されてハンドル操作により軸心を中心として回動するステアリングステムパイプと、
フレームに固定されると共に、前記ステアリングステムパイプが回動自在に嵌合するヘッドパイプと、
前記ヘッドパイプと前記ステアリングステムパイプ間に配設されて前記ハンドルが回動操作されたとき前記ハンドルに操作抵抗力を付与するフリクション機構と、を備え、
前記フリクション機構は、円筒状外周面を有し前記ステアリングステムパイプに固定された被摺接部材と、前記ヘッドパイプに固定されたブラケットに装着されて前記被摺接部材の外周面に摺接し、前記ハンドルが回動操作されたとき前記被摺接部材との摩擦により前記ハンドルに操作抵抗力を付与する摩擦部材と、を備えることを特徴とする。

更に、請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記摩擦部材は、前記被摺接部材の外周面全周の略１／４周に当接していることを特徴とする。

更にまた、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記摩擦部材は、ゴムまたは合成樹脂により形成されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ハンドルに固定されてハンドル操作により回動するステアリングステムパイプと、フレームに固定されると共にステアリングステムパイプが回動自在に嵌合するヘッドパイプと、ヘッドパイプとステアリングステムパイプ間に配設されたフリクション機構とを備え、ハンドル操作された時にハンドルに操作抵抗力(操舵荷重)を付与するようにしたので、実際の自転車走行時に近い、臨場感に優れた擬似体験を行うことが可能となる。

また、請求項１の発明によれば、フリクション機構が、円筒状外周面を有しステアリングステムパイプに固定された被摺接部材と、ヘッドパイプに固定されたブラケットに装着されて被摺接部材の外周面に摺接する摩擦部材とを備え、摩擦部材と被摺接部材との摩擦によりハンドルに操作抵抗力を付与するようにしたので、簡単且つ安価な機構によりハンドルに実際の走行時と同様の操作抵抗力を付与することができる。また、被摺接部材に対する摩擦部材の押圧力を調整することにより、操作抵抗力を容易に調節することができる。

請求項２の発明によれば、摩擦部材が、被摺接部材の外周面全周の略１／４周に当接しているので、安定した摩擦抵抗力を発生させることができ、より優れた臨場感が得られる。

請求項３の発明によれば、摩擦部材が、ゴムまたは合成樹脂により形成されているので、安価な材料により安定した摩擦抵抗力を発生させることができ、ハンドル操作された時に安定した操舵抵抗力を付与することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に従って説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明に係る自転車シミュレーション装置の斜視図、図２は図１におけるハンドル機構部の斜視図、図３は図１における円Ａで囲まれた部分の拡大斜視図、図４は図３における縦断面図、図５はハンドル高さ調節機構の斜視図、図６はステアリングステムパイプと舵角センサとの接続構造を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る自転車シミュレーション装置１０は、模擬自転車１２と、該模擬自転車１２の運転に応じて運転者前方の情景を画面１４ａに表示する主モニタ１４と、運転者の右後方の情景を画面１５ａに表示する第１副モニタ１５と、運転者の左後方の情景を画面１６ａに表示する第２副モニタ１６と、自転車シミュレーション装置１０の全体的な制御を行う制御部１８とを備える。

制御部１８は模擬自転車１２の前方に配置され、また主モニタ１４、第１副モニタ１５及び第２副モニタ１６は、下部に制御部１８を収容するモニタ台１７上に載置されて模擬自転車１２の運転者から視認性の良い位置に配置されている。主モニタ１４は、運転者の前面に、第１副モニタ１５及び第２副モニタ１６は、それぞれ運転者の右斜め前方および左斜め前方に各々配置されている。

次に、模擬自転車１２について説明する。以下、模擬自転車１２において左右に１つずつ設けられた機構については、左のものの番号符号に「Ｌ」を付し、右のものの番号符号に「Ｒ」を付すことにより区別して説明する。

図１および図２に示すように、模擬自転車１２は、フレーム２０と、該フレーム２０にシートピラーを介して接続されたサドル２４と、フレーム２０に固定されたヘッドパイプ２６を支軸として回動可能に嵌合するハンドル２８と、ヘッドパイプ２６を固定支持するスタンドとしての２本のフロントフォーク２９と、フレーム２０の後端部に設けられた鉄製のフライホイール３０と、該フライホイール３０が床面から離間するようにフレーム２０を支えるスタンド３２とを有する。なお、サドル２４及びハンドル２８は運転者の体型に合わせて高さの調整が可能である。

模擬自転車１２は、クランク軸３４の左右に連結された一対のクランク３６Ｌ及び３６Ｒと、該クランク３６Ｌ及び３６Ｒの先端に設けられたペダル３８Ｌ及び３８Ｒと、後方カバー４０ａ内に収容されてクランク軸３４の回転をフライホイール３０へ伝達する駆動力伝達部（図示せず）と、前方カバー４０ｂ内に収容されてハンドル２８の舵角を検出する舵角センサ５０（図６参照）を有する。該舵角センサ５０は、ヘッドパイプ２６の下端部に設けられており、ハンドル２８の回動角度を検出する。また、後方カバー４０内ａには、フライホイール３０に負荷を加える負荷部、フライホイール３０を制動するための制動指示部、フライホイール３０の回転速度を検出する速度検出部などの電気的な機構が収容され、前記駆動力伝達部を構成している。

図２から図４に示すように、ハンドル２８の中央部には、パイプ状のステアリング４２が溶接されてＴ字形に形成されており、ハンドル２８を左右に回動操作すると、ステアリング４２は、その軸心を中心として回動する。ステアリング４２の下部には、ヘッドパイプ２６を上下方向に貫通して回動自在に嵌合するステアリングステムパイプ４４が外嵌している。ステアリングステムパイプ４４のヘッドパイプ２６から上方に突出する部分には、雄ねじが形成されており、円筒状外周面４６ａを有する略椀形のステアリングトップコーンレース４６が螺合している。該雄ねじには、更にロックナット５２が螺合し、スペーサ４８を介してステアリングトップコーンレース４６を締め付けてステアリングステムパイプ４４に固定している。これにより、ステアリングトップコーンレース４６は、ヘッドパイプ２６の上端部を覆うように配設される。

ヘッドパイプ２６の外周面に溶接されている略コの字形のステー５４には、雄ねじ５６がヘッドパイプ２６の径方向外方に向けて固定されている。該雄ねじ５６は、ハンドルアジャストブラケット５８の下部に形成された取付け部５８ａの取付け孔６０に挿通している。ハンドルアジャストブラケット５８は、取付け部５８ａを挟持して雄ねじ５６に螺合するダブルナット６２、６２によって締め付けられて雄ねじ５６に固定されている。即ち、ハンドルアジャストブラケット５８は、ダブルナット６２、６２を調節することにより、雄ねじ５６に対する軸方向位置が調節できるようになっている。

ハンドルアジャストブラケット５８の上部には、取付け部５８ａに連続して横断面略円弧状の摩擦部材保持部５８ｂが形成されている。摩擦部材保持部５８ｂには、摩擦部材６４が固定されており、ステアリングトップコーンレース４６の円筒状外周面４６ａに押圧されている。なお、摩擦部材６４は、ステアリングトップコーンレース４６の円筒状外周面４６ａの略１／４周を覆う大きさを有する。そして、摩擦部材６４とステアリングトップコーンレース４６の円筒状外周面４６ａとの押圧力は、ダブルナット６２、６２によりハンドルアジャストブラケット５８、即ち、摩擦部材６４の位置を調節することにより任意に設定可能である。

ハンドル２８が左右に回動操作されると、ステアリングトップコーンレース４６の円筒状外周面４６ａが摩擦部材６４と摺接して摩擦による操作抵抗力がハンドル２８に付与される。このようにして、ステアリングトップコーンレース４６と摩擦部材６４とによりフリクション機構６５が構成される。

摩擦部材６４は、比較的大きく、安定した摩擦抵抗を有する材料、例えば、ゴムや合成樹脂により形成されている。

また、図５に示すように、ステアリングステムパイプ４４には、断面略Ｃ型の開放端部から一対のリブ６６ａが平行に形成された断面略Ω字形の固定バンド６６が巻き掛けられている。固定バンド６６の周方向に対して一対のリブ６６ａを貫通して形成されたピン孔（図示せず）には、一端に大径のヘッド部が形成された締結ピン６８が挿通する。一方、締結ピン６８の他端で該締結ピン６８の径方向に挿通して設けられたピン７０には、カムレバー７２が回動自在に配設されている。

カムレバー７２を回動させると、締結ピン６８のヘッド部がカムレバー７２方向に引き込まれ、或いは押し出されて、一対のリブ６６ａを互いに接近または離間させるので、固定バンド６６がステアリングステムパイプ４４を締め付け、または締付けを緩めることができる。

ステアリング４２およびステアリングステムパイプ４４には、同一幅のスリット７４、７６が軸方向に形成されており、両スリット７４、７６には、固定バンド６６の一対のリブ６６ａ間に挟持された位相決めプレート７８が嵌合して、ステアリング４２とステアリングステムパイプ４４との回転方向位相が決められている。したがって、ステアリング４２は、ステアリングステムパイプ４４に対して周方向に回転することなく軸方向にのみ移動可能となっている。これにより、カムレバー７２を矢印Ｘ方向に回転させて固定バンド６６によるステアリングステムパイプ４４の締付けを緩め、運転者の体型に合わせてステアリング４２を上下方向（軸方向）に移動させてハンドル２８の高さ調節を行う。

ハンドル２８の高さを調整した後、カムレバー７２を矢印Ｘ方向と反対方向に回転させると、固定バンド６６がステアリングステムパイプ４４を締め付けて固定される。これにより、ハンドル２８、ステアリング４２、ステアリングステムパイプ４４、およびステアリングトップコーンレース４６は、実質的に一体の部品として作動する。

また、図６に示すようにヘッドパイプ２６から下方に突出するステアリングステムパイプ４４の下端には、エンドキャップ８０が溶接などにより固定されている。エンドキャップ８０には、例えば、断面６角形の角ピン８２が下方に突出して固定されており、舵角センサ５０に設けられた６角穴８４に嵌合して組み付けられる。これにより、舵角センサ５０とハンドル機構との組み付けは、６角穴８４に角ピン８２を挿入するだけで容易に組み付けることができ、極めて組付け性がよい。また、６角穴８４に角ピン８２が嵌合する舵角センサ５０はハンドル２８の動きを遅滞なく舵角センサ５０に伝達することができるので、ハンドル２８の操舵角が精度よく検出される。

次に、上記の構成を備えた本実施形態の作用について説明する。図１において、運転者は、模擬自転車１２に跨り、ハンドル２８を把持してサドル２４に座り、模擬運転の準備を整える。運転者が、ハンドル２８を操作すると共に、ペダル３８Ｒ、３８Ｌを踏んで模擬自転車１２の運転を開始すると、制御部１８は、運転者の操作に伴って作動する、各部に配置された各種センサからの入力信号に基づいて、主モニタ１４、第１副モニタ１５、および第２副モニタ１６に、それぞれ運転者前方、右後方、および左後方のその時々の情景を表示する。

同時に、制御部１８は、模擬運転状況が加速時または登坂時には負荷部によってフライホイール３０に負荷を加え、平坦走行時または下り走行時にはフライホイール３０の負荷を軽減するなど、走行状態に応じた制御を実施する。運転者は、各モニタ１４，１５，１６に表示される情景を見ながら、模擬自転車１２を操作して模擬走行を行う。

コーナリング走行時に運転者がハンドル２８を左または右方向に回動操作すると、図４および図３に示すように、ステアリングステムパイプ４４に固定されているステアリングトップコーンレース４６が回動する。これにより、ステアリングトップコーンレース４６の円筒状外周面４６ａと摩擦部材６４が摺接し、円筒状外周面４６ａと摩擦部材６４間の摩擦係数と押圧力との積に比例した摺動抵抗力が発生し、ハンドル２８に操作抵抗力が付与される。

ハンドル２８に付与される操作抵抗力は、円筒状外周面４６ａと摩擦部材６４間の摩擦係数と押圧力との積に比例するので、ダブルナット６２、６２によりハンドルアジャストブラケット５８（即ち、摩擦部材６４）の位置を調節して押圧力を変えることにより運転者の好みに応じて任意の大きさに設定することができる。

また、該押圧力の変更だけでは対応できない程度に大幅な擬似操作力の変更を要する場合には、摩擦部材６４の材質を変更して摩擦係数を変えることもできる。なお、摩擦部材６４は、ステアリングトップコーンレース４６の円筒状外周面４６ａの略１／４周を覆って配設されているので安定した擬似操作力を発生することができ、優れた操舵感覚が得られる。

以上説明したように、本実施形態に係る自転車シミュレーション装置１０によれば、簡単な機構によりハンドル２８に操作抵抗力を付与し、操作者がハンドル操作した時、適度な操作抵抗力(操舵荷重)を感じられるようにして、より臨場感のある自転車の擬似体験を行うことができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、自転車シミュレーション装置で模擬運転上の対象となる自転車は、三輪式自転車、またはモータアシストサイクルなどでもよく、少なくともハンドル、およびペダルなどの自転車の基礎的構成部分を有するものであればよい。

本発明に係る自転車シミュレーション装置の斜視図である。図１におけるハンドル機構部の斜視図である。図１における円Ａで囲まれた部分の拡大斜視図である。図３における縦断面図である。ハンドル高さ調節機構の斜視図である。ステアリングステムパイプと舵角センサとの接続構造を示す斜視図である。

符号の説明

１０自転車シミュレーション装置
１２模擬自転車
２０フレーム
２６ヘッドパイプ
２８ハンドル
４４ステアリングステムパイプ
４６ステアリングトップコーンレース（被摺接部材）
４６ａ円筒状外周面（被摺接部材の外周面）
５８ハンドルアジャストブラケット（ブラケット）
６４摩擦部材
６５フリクション機構

Claims

左右に回動操作可能なハンドルを備え、操作者の操作により自転車の走行状態を模擬体験させる自転車シミュレーション装置において、
前記ハンドルに固定されてハンドル操作により軸心を中心として回動するステアリングステムパイプと、
フレームに固定されると共に、前記ステアリングステムパイプが回動自在に嵌合するヘッドパイプと、
前記ヘッドパイプと前記ステアリングステムパイプ間に配設されて前記ハンドルが回動操作されたとき前記ハンドルに操作抵抗力を付与するフリクション機構と、を備え、
前記フリクション機構は、円筒状外周面を有し前記ステアリングステムパイプに固定された被摺接部材と、前記ヘッドパイプに固定されたブラケットに装着されて前記被摺接部材の外周面に摺接し、前記ハンドルが回動操作されたとき前記被摺接部材との摩擦により前記ハンドルに操作抵抗力を付与する摩擦部材と、を備えることを特徴とする自転車シミュレーション装置。
前記摩擦部材は、前記被摺接部材の外周面全周の略１／４周に当接していることを特徴とする請求項１に記載の自転車シミュレーション装置。
前記摩擦部材は、ゴムまたは合成樹脂により形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自転車シミュレーション装置。