JP4770656B2

JP4770656B2 - 運転模擬試験装置の車両拘束装置

Info

Publication number: JP4770656B2
Application number: JP2006248310A
Authority: JP
Inventors: 正己阿賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: JP2008070547A

Description

本発明は、被験者の運転操作に応じて車両の運動を模擬する運転模擬試験装置の車両拘束装置に関する。

車両の開発や運転者の訓練などを目的として、被験者の運転操作に応じて車両の運動を模擬体感することができるドライビングシミュレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このドライビングシミュレータは、各種操作系やメータなどを装備する車両が内部に設置されたドームを備えており、回転プレートや６軸運動ユニット、水平変位装置により、ドームのチルト運動（ピッチ方向、ロール方向）を制御するとともにドームの並進運動（前後方向、左右方向）を制御している。
特表２００５−５０５７８３号公報

このようなドライビングシミュレータにおいて、ドーム内で車両を上下・ロール・ピッチ運動させることができれば、回転プレートやドームごと車両を傾けることなく、路面状態に応じた揺れをよりリアルに模擬することができる。そのために、回転プレート上に加振装置を設け、車両を運動させることが考えられる。しかしながら、単に加振装置を設けただけでは、車両の支持剛性が低下し、運転者に漂い感や浮遊感を与えてしまって、シミュレータ酔いが生じやすくなるという問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、車両の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ支持剛性を高め、シミュレータ酔いを抑えることが可能な運転模擬試験装置の車両拘束装置を提供することを目的とする。

本発明に係る運転模擬試験装置の車両拘束装置は、プラットホーム上で加振装置により車両に対して上下動を入力して実走行における路面振動を模擬する運転模擬試験装置の車両拘束装置であって、プラットホームと車両とを連結する第１〜第３のリンクと、第１〜第３のリンクとプラットホーム及び車両とを連結点を中心に相対運動可能に連結するジョイントと、を備え、第１のリンクは車両の左右方向に延設され、第２のリンクは車両の前後方向に延設され、第３のリンクは第１のリンクの延設方向に沿って延設され、第２のリンクと車両との連結点を間に挟むように、第１のリンクから車両の前後方向に離間して設けられており、第１及び第３のリンクは車両のサイドメンバに連結され、第２のリンクは車両のクロスメンバに連結されている、ことを特徴とする。

この車両拘束装置では、第１及び第３のリンクにより車両の左右方向の運動を拘束することができる。また、第２のリンクにより車両の前後方向の運動を拘束することができる。また、第１〜第３のリンクの三点で車両を拘束できるため、車両のヨー方向の運動を拘束することができる。そして、第１〜第３のリンクは、それぞれ他のリンクの上下動を妨げることがなく、それぞれのリンクは上下動可能である。従って、車両の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ、車両の前後方向、左右方向、及びヨー方向の運動を拘束することが可能となる。その結果、支持剛性を高めることができるため、加振装置により車両に上下運動を入力しプラットホームに対して車両を相対運動させることで、実走行における路面振動をよりリアルに模擬しつつ、シミュレータ酔いを抑えることができる。また、車両とプラットホームとは第１〜第３のリンクを介して連結されているため、プラットホームと一体に車両を運動（例えば、ヨー運動）させることもできる。さらに、それぞれのリンクは車両の左右方向乃至前後方向に延びているため、車両の上下・ロール・ピッチ運動に捩れなどの余分な動きが含まれなくなる。また、第１及び第３のリンクは、剛性の高いサイドメンバに連結されているため、車両の支持剛性をより高めることができ、シミュレータ酔いをより抑えることができる。また、第２のリンクも、剛性の高いクロスメンバに連結されているため、車両の支持剛性をより一層高めることができ、シミュレータ酔いをより一層抑えることができる。

本発明によれば、車両の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ支持剛性を高めることができる。従って、実走行における路面振動をよりリアルに模擬しつつ、シミュレータ酔いを抑えることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る車両拘束装置１０は、被験者の運転操作に応じて車両の運動を模擬するドライビングシミュレータ（運転模擬試験装置）１の車両７の運動を拘束する。ドライビングシミュレータ１は、車両７が内部に設置されるドーム２を備え、ドーム２を２方向に並進させるＸＹ並進機構３、ドーム２をチルト運動させるヘキサポッド４、車両７が配置されるプラットホーム５、及びドーム２内で車両７に上下動を入力する加振装置６を備えている。

図１〜図７を参照して、ドライビングシミュレータ１について説明する。図１は、ドライビングシミュレータの全体を示す斜視図である。図２は、図１のドームの内部及びヘキサポッドを示す正面図である。図３は、プラットホーム上の車両の正面図である。図４は、プラットホーム上の車両の側面図である。図５は、車両に対するリンクの接続部を示す図である。図６は、車両がロール運動している様子を示す正面図である。図７は、車両がピッチ運動している様子を示す側面図である。

ドライビングシミュレータ１は、被験者の運転操作に応じて車両７の運動状態を演算し、その演算した運動状態を被験者が体感できるようにドーム２及び車両７に対して各種運動を行う。そのために、ドライビングシミュレータ１は、主なものとして、ドーム２、ＸＹ並進機構３、ヘキサポッド４、プラットホーム５、加振装置６、車両７、スクリーン８、及び図示しないプロジェクタ、スピーカ、データベース、コンピュータを備えている。

ドーム２は、略円筒形状であり、底面にプラットホーム５が設けられている。プラットホーム５の上面には、車両７の４輪の位置にそれぞれ加振装置６が設置され、この４個の加振装置６によって車両７が支持されている。ドーム２の内面はスクリーン８となっており、車両７の全周に景色が映し出される構成になっている。ドーム２内には、スクリーン８に投影可能な位置及び角度で図示しないプロジェクタが設けられている。

ＸＹ並進機構３は、ドーム２をＸ方向及びこれと直交するＹ方向にそれぞれ並進運動させる。ＸＹ並進機構３では、Ｘ方向に並進運動させることでＸ方向の加速度を生じさせ、Ｙ方向に並進運動させることでＹ方向の加速度を生じさせる。

ＸＹ並進機構３には、Ｘ方向に沿って６対のレール３ａが敷設され、各レール３ａの間にベルト３ｂがそれぞれ１本づつ設けられる。また、ＸＹ並進機構３には、６対のレール３ａの上にＹ方向に沿って１対のレール３ｃが配置され、レール３ｃの間にベルト３ｄが設けられる。レール３ｃは、レール３ａ上をＸ方向に沿って移動自在に設けられ、下部に６本のベルト３ｂが取り付けられている。レール３ｃ上には、ヘキサポッド４の台座となる移動台３ｅが配置される。移動台３ｅは、レール３ｃ上をＹ方向に沿って移動自在に設けられ、下面にベルト３ｄが取り付けられている。

６本のベルト３ｂは、図示しないモータによってそれぞれ回転駆動され、レール３ｃをＸ方向に並進移動させる。ベルト３ｄは、図示しないモータによって回転駆動され、移動台３ｅをＹ方向に並進移動させる。

ヘキサポッド４は、ドーム２をピッチ方向、及びロール方向にそれぞれチルト運動させる。ヘキサポッド４は、６本の油圧シリンダ４ａを備えており、移動台３ｅとプラットホーム５の支持台５ａとの間にそれぞれ設けられている。油圧シリンダ４ａは、作動油圧がそれぞれ供給されて伸縮することによって、プラットホーム５（ドーム２）が移動台３ｅに対して三次元的に傾く。

プラットホーム５は、加振装置６を介して車両７を支持する。プラットホーム５は、円盤状であり、支持台５ａに対して回転自在に取り付けられている。支持台５ａの内部には、図示しない回転駆動モータが設けられる。支持台５ａは、この回転駆動モータによって、プラットホーム５を回転させてヨー運動させる。プラットホーム５の周端部にはドーム２の側面が取り付けられるので、プラットホーム５が回転するとドーム２全体が回転する。

４個の加振装置６は、プラットホーム５上に設けられ、車両７の各車輪の位置をそれぞれ支持するとともに、上下方向に伸縮し、ドーム２内で車両７に対して上下動を入力する。加振装置６は、図示しないボールジョイントなどを介して車両７に連結されている。加振装置６は、図示しない油圧シリンダを備え、作動油圧に応じてロッドが伸縮することで、車両７の各車輪部分を上下方向に移動させる。４本の加振装置６がそれぞれ上下動を入力することによって、車両７がプラットホーム５に対して三次元的に傾動する。これにより、ドーム２内で車両７をピッチ方向、ロール方向、バウンス方向（上下方向）にそれぞれ運動させ、路面状態による揺れを模擬させる。

車両７は、被験者が着座して各種運転操作を行うことができる。そのために、車両７には、操作部やメータなどが装備されている。操作部は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイール、シフトレバーなどから構成される。

プロジェクタは、コンピュータから画像信号をそれぞれ受信すると、各画像信号に応じて模擬画像（模擬走行路を走行した場合に車両内から見える景色の画像）をスクリーン８に投影する。被験者は、スクリーン８に投影されている模擬画像を見ながら走行路や標識、信号、他車両、歩行者などの情報を取得し、その情報に応じた運転操作を行う。スピーカは、コンピュータから音信号を受信すると、各音信号に応じて模擬音（走行中に運転者に聞こえる音（排気音、エンジン音、風切音、ロードノイズなどを合成した音））を出力する。

車両拘束装置１０は、図３〜図５に示すように、第１〜第３のリンク１２，１４，１６とジョイント１１とを備えている。第１〜第３のリンク１２，１４，１６は、それぞれ一端がプラットホーム５に連結されると共に他端が車両７に連結されている。ジョイント１１は、第１〜第３のリンク１２，１４，１６とプラットホーム５及び車両７とを連結点を中心に相対運動可能に連結している。このようなジョイント１１としては、例えばボールジョイントが挙げられる。

第１のリンク１２は、図３に示すように、車両前部で車両７の左右方向に延設されている。第２のリンク１４は、図４に示すように、車両７の前後方向に延設されている。第３のリンク１６は、車両後部で第１のリンク１２と前後方向に離間して車両７の左右方向に延設されている。第１及び第３のリンク１２，１６は、図５に示すように、車両７のサイドメンバ７ａに連結されている。第２のリンク１４は、図５に示すように、例えばトランスミッションを支えている車両のクロスメンバ７ｂに連結されている。そして、これら第１〜第３のリンク１２，１４，１６は、外方に露出しないように車両７の下部空間に収容されている。

次に、本実施形態に係るドライビングシミュレータ１の車両拘束装置１０の作用及び効果について説明する。

ドライビングシミュレータ１は、ＸＹ並進機構３、ヘキサポッド４、及び支持台５ａにより、被験者の運転操作に応じて車両７の運動をリアルに模擬する。また、加振装置６により車両７に上下動を入力することで、図６に示すようにプラットホーム５上で車両７をロール運動させたり、図７に示すようにプラットホーム５上で車両７をピッチ運動させたりすることで、路面状態による揺れをリアルに模擬する。このとき、より荒い路面による揺れを再現しようとすると、加振装置６はより大きなストローク及び加振力で上下動するため、このままでは車両７の支持剛性が低下し、被験者に漂い感や浮遊感を与えてしまって、シミュレータ酔いが生じやすくなる。

このとき、本実施形態の車両拘束装置１０は、第１〜第３のリンク１２，１４，１６とジョイント１１を備え、第１のリンク１２は、車両前部で車両７の左右方向に延設され、第２のリンク１４は、車両７の前後方向に延設され、第３のリンク１６は、車両後部で第１のリンク１２と前後方向に離間して車両７の左右方向に延設されている。従って、左右方向に延設されたリンク１２，１６により車両７の左右運動を拘束し、前後方向に延設されたリンク１４により車両７の前後運動を拘束し、これら三つのリンク１２，１４，１６によりヨー運動を拘束することができる。

このようにして、車両７の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ、車両７の前後方向、左右方向、及びヨー方向の運動を拘束することができる。これにより、車両７の支持剛性を高めることができるため、実走行における路面振動をよりリアルに模擬しつつ、シミュレータ酔いを抑えることができる。また、車両７とプラットホーム５とは第１〜第３のリンク１２，１４，１６を介して連結されているため、プラットホーム５と一体に車両７を運動（例えば、ヨー運動や重力を体感させるためのより大きな並進運動）させることができ、よりリアルな実走行を模擬することが可能となる。

また、それぞれのリンク１２，１４，１６は車両７の左右方向乃至前後方向に延びているため、車両７の上下・ロール・ピッチ運動に捩れなどの余分な動きを含まれなくすることができる。また、第３のリンク１６は第１のリンク１２と前後方向に離間して設けられているため、ヨー運動の拘束性をより高めることができる。

また、第１及び第３のリンク１２，１６は、剛性の高いサイドメンバ７ａに連結されているため、車両７の支持剛性をより高めることができ、シミュレータ酔いをより抑えることができる。また、第２のリンク１４も、剛性の高いクロスメンバ７ｂに連結されているため、車両７の支持剛性をより一層高めることができ、シミュレータ酔いをより一層抑えることができる。

また、第１〜第３のリンク１２，１４，１６は、外方に露出しないように車両７の下部空間に収容されているため、コンパクトな構成となって、プラットホーム５上を有効利用することができる。

また、このように車両拘束装置１０により車両７の動きを拘束するため、車両７を支えるための大容量のエアバネが不要となって、コンパクト化が図れると共に、加振装置６が発生する上下動の一部がエアバネの弾性により吸収されることが無くなることで、加振の効率低下を抑制することができる。

また、第１のリンク１２の車両７への連結点を運転席の真下に配置すると、連結点と被験者の頭との距離が短くなるため、動きの振れ幅が小さくなって、シミュレータ酔いをより一層抑えることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、上記した実施形態では、第１〜第３のリンク１２，１４，１６は片持ちリンクとしたが、これらリンクは、図８に示すように、ワットリンクのような両持ちリンク１８であってもよい。この場合、車両７の左右方向の真中に連結点を設けることで、運転席側と助手席側のロール運動を同一のものとすることができる。

また、図９（ａ）に示すように、第１のリンク２２を車両７の左右方向に延設し、第２のリンク２４を車両７の前後方向に延設し、第３のリンク２６を第２のリンク２４と左右方向に離間して車両７の前後方向に延設してもよい。このようにしても、左右方向に延設されたリンク２２により車両７の左右運動を拘束し、前後方向に延設されたリンク２４，２６により車両７の前後運動を拘束し、これら三つのリンク２２，２４，２６によりヨー運動を拘束することができる。従って、車両７の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ、車両７の前後方向、左右方向、及びヨー方向の運動を拘束することができる。これにより、車両７の支持剛性を高めることができるため、実走行における路面振動をよりリアルに模擬しつつ、シミュレータ酔いを抑えることができる。

また、図９（ｂ）に示すように、第１のリンク３２を車両後部において車両７の左右方向に延設し、第２のリンク３４を車両７の右側で左斜め前方向に延設し、第３のリンク３６を車両７の左側で右斜め前方向に延設してもよい。このとき、第２及び第３のリンク３４，３６の延設方向について、平面視において車両７の前後方向における長さ成分が左右方向における長さ成分よりも長くなるようにすると好ましい。なお、第１のリンク３２の延設方向については、平面視において車両７の前後方向の長さ成分が無く、左右方向における長さ成分が前後方向における長さ成分よりも必然的に長いものとなっている。このようにしても、左右方向に延設されたリンク３２により車両７の左右運動を拘束し、斜め方向に延設されたリンク３４，３６の車両前後方向の長さ成分により車両７の前後運動を拘束し、三つのリンク３２，３４，３６によりヨー運動を拘束することができる。従って、車両７の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ、車両７の前後方向、左右方向、及びヨー方向の運動を拘束することができる。これにより、車両７の支持剛性を高めることができるため、実走行における路面振動をよりリアルに模擬しつつ、シミュレータ酔いを抑えることができる。

このように、図９（ｂ）に示すように、リンクの延設方向は車両７の前後方向及び左右方向と平行である必要は無く、これらに傾斜していてもよい。このとき、少なくとも一のリンクは、車両の左右方向における長さ成分が前後方向における長さ成分よりも長くなるように延設されており、他の一のリンクは、車両の前後方向における長さ成分が左右方向における長さ成分よりも長くなるように延設されていればよい。このようにすれば、当該一のリンクにより車両の左右運動を主として拘束し、他の一のリンクにより車両の前後運動を主として拘束し、三つのリンクの組み合わせによりヨー運動を主として拘束することができる。そして、第１〜第３のリンクは、それぞれ他のリンクの上下動を妨げないように配置されることで、車両７の上下・ロール・ピッチ運動を許容しつつ支持剛性を高めることができ、実走行における路面振動をよりリアルに模擬しつつ、シミュレータ酔いを抑えることができる。

要するに、図１０（ａ）に示すように、第１〜第３のリンク４２，４４，４６が互いに平行に配置され支持剛性に劣るような場合や、図１０（ｂ）に示すように、第１〜第３のリンク４２，４４，４６が放射状に配置されそれぞれ他のリンクの上下動を妨げるような場合を除くように、第１〜第３のリンクを上記のように配置すればよいのである。

ドライビングシミュレータの全体を示す斜視図である。図１のドームの内部及びヘキサポッドを示す正面図である。プラットホーム上の車両の正面図である。プラットホーム上の車両の側面図である。車両に対するリンクの接続部を示す図である。車両がロール運動している様子を示す正面図である。車両がピッチ運動している様子を示す側面図である。リンクの変形例を示す図である。第１〜第３のリンクの延設パターンの変形例を示す図である。図１０（ａ）は、３つのリンクが平行に延設されて支持剛性に劣る例を示す図であり、図１０（ｂ）は、３つのリンクが放射状に延設されてリンクの上下動が妨げられている例を示す図である。

符号の説明

１…ドライビングシミュレータ、２…ドーム、３…ＸＹ並進機構、４…ヘキサポッド、５…プラットホーム、６…加振装置、７…車両、７ａ…サイドメンバ、７ｂ…クロスメンバ、８…スクリーン、１０…車両拘束装置、１１…ジョイント、１２，２２，３２…第１のリンク、１４，２４，３４…第２のリンク、１６，２６，３６…第３のリンク。

Claims

プラットホーム上で加振装置により車両に対して上下動を入力して実走行における路面振動を模擬する運転模擬試験装置の車両拘束装置であって、
前記プラットホームと前記車両とを連結する第１〜第３のリンクと、
前記第１〜第３のリンクと前記プラットホーム及び前記車両とを連結点を中心に相対運動可能に連結するジョイントと、を備え、
前記第１のリンクは前記車両の左右方向に延設され、
前記第２のリンクは前記車両の前後方向に延設され、
前記第３のリンクは、前記第１のリンクの延設方向に沿って延設され、前記第２のリンクと前記車両との連結点を間に挟むように、前記第１のリンクから前記車両の前後方向に離間して設けられており、
前記第１及び第３のリンクは、前記車両のサイドメンバに連結され、
前記第２のリンクは、前記車両のクロスメンバに連結されている、
ことを特徴とする運転模擬試験装置の車両拘束装置。