JP4883295B2 - ドライビングシミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、仮想的な車両挙動をオペレータに体感させるドライビングシミュレータに関する。

オペレータを支持する本体の作動用アクチュエータを含む駆動機構を、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル等を模した入力部の操作に応じ、予め定めた制御プログラムに従い制御することで、その本体の挙動を仮想的な車両挙動に対応させるドライビングシミュレータを用い、車両を運転するドライバーに見立てたオペレータの挙動を解析、評価することが行なわれている（特許文献１参照）。そのようなオペレータの挙動の解析や評価は、制御プログラムから定まる本体の作動量や作動タイミングを基準に行なわれている。
特開２０００−１３２０８３号公報

従来のドライビングシミュレータにおいては、制御プログラムに基づきシミュレーションしようとする車両の挙動は、オペレータが体感している本体の挙動とは必ずしも一致しない。例えば、横風や車輪の滑り等による車両挙動に対応する挙動を本体に生じさせる場合、制御プログラムから定まる本体の作動量や作動タイミングは、ドライビングシミュレータの能力の限界から、実際の本体の作動量や作動タイミングと一致しない。そのため、オペレータの挙動の解析、評価を、オペレータが実際に体感する本体の挙動を基準に行なうことができず、正確で信頼性のある解析、評価を得られないという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することのできるドライビングシミュレータを提供することを目的とする。

本発明は、オペレータを支持する本体と、前記本体の作動用アクチュエータを含む駆動機構と、前記オペレータの操作によって仮想的な車両運転条件に対応する信号を生成する入力部と、前記駆動機構を予め定めた制御プログラムに従い制御する制御装置とを備えるドライビングシミュレータにおいて、前記本体の挙動に応じた値を検出する挙動検出用センサが設けられ、前記入力部は、前記オペレータによる前記入力部の操作量を検出するセンサを有し、仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として、前記オペレータの挙動に応じた信号を生成する信号生成部が設けられ、操作量を検出する前記センサが前記信号生成部として機能し、前記制御装置は、前記挙動検出用センサの検出信号を信号生成時点に対応付けて記憶すると共に前記信号生成部の生成信号を信号生成時点に対応付けて記憶する記憶部として機能することを特徴とする。
本発明によれば、本体の挙動に応じた値を検出する挙動検出用センサが設けられ、そのセンサの検出信号と、オペレータによる仮想的な車両運転条件に対応する入力部の生成信号が、信号生成時点に対応付けて記憶される。そのセンサの検出信号はオペレータが実際に体感する本体挙動に対応し、その入力部の生成信号はオペレータの挙動に対応することから、ドライビングシミュレータのオペレータの挙動の解析、評価を、オペレータが実際に体感する本体挙動を基準に行なうことができる。

前記挙動検出用センサは、前記本体の挙動に応じた値として、前記本体の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートの中の少なくとも一つを検出するのが好ましい。これにより、過渡的な車両挙動をシミュレーションする際の本体挙動に対応する値を検出でき、過渡的な車両挙動のシミュレーション時におけるオペレータの挙動についての解析、評価が可能になる。

前記入力部は、仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として車両の舵角に対応する信号を生成する舵角入力部、仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として車両の駆動力に対応する信号を生成する駆動力入力部、および仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として車両の制動力に対応する信号を生成する制動力入力部を含み、前記舵角入力部は、操作量を検出する前記センサとしてステアリングホイールを模した操作部の回転角度を検出する角度センサを有し、前記駆動力入力部は、操作量を検出する前記センサとしてアクセルペダルを模した操作部の踏み込み量を検出する駆動入力センサを有し、前記制動力入力部は、操作量を検出する前記センサとしてブレーキペダルを模した操作部の踏み込み量を検出する制動入力センサを有し、前記挙動検出用センサは、前記本体の挙動に応じた値として、前記本体の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートを検出するものとされるのが好ましい。これにより、ドライバーの意図しない車両挙動、例えば横風等の外乱が生じた場合の車両挙動や、挙動安定化制御を行なった場合の車両挙動をシミュレーションする際に、その車両挙動に対応する本体の挙動に応じた値である本体の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートを検出できるので、操舵、加速、制動の操作に対応するオペレータの挙動についての解析、評価が可能になる。

さらに前記駆動機構は、前記舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータ、前記駆動力入力部の操作反力付加用アクチュエータ、および前記制動力入力部の操作反力付加用アクチュエータを含み、前記舵角入力部の操作反力を検出する操舵反力センサと、前記駆動力入力部の操作反力を検出する駆動操作反力センサと、前記制動力入力部の操作反力を検出する制動操作反力センサとが設けられ、前記記憶部は、前記操舵反力センサの検出信号、前記駆動操作反力センサ、および前記制動操作反力センサの検出信号を、信号生成時点に対応付けて記憶するのが好ましい。これにより、車両挙動のシミュレーション時における本体の挙動に応じたオペレータの挙動に関してだけでなく、入力部の操作反力により操舵、加速、制動の操作を仮想的に制限した場合における、オペレータの挙動についての解析、評価が可能になる。

本発明のドライビングシミュレータにおいて、仮想的な車両挙動に対応する仮想的な風景変化を、前記制御装置による前記駆動機構の制御に同期して表示する映像表示部を備えていてもよい。本発明によればオペレータの挙動が本体の挙動に基づくものか表示映像に基づくものかを正確に区別できるので、映像表示部を備える場合でもオペレータの挙動を正確に解析、評価できる。

本発明のドライビングシミュレータによれば、仮想的な車両挙動を体感するオペレータの挙動について、正確で信頼性のある解析、評価を行なうことができる。

図１、図２に示すドライビングシミュレータ１は、オペレータを支持する本体２、入力部、駆動機構３、制御装置２１、映像表示部９、および入力装置１０を備える。その入力部は、オペレータの操作によって仮想的な車両運転条件に対応する信号を生成するもので、本実施形態においては、オペレータにより操作されることで車両の舵角に対応する信号を生成する舵角入力部４、車両の駆動力に対応する信号を生成する駆動力入力部６、および車両の制動力に対応する信号を生成する制動力入力部７を含む。その駆動機構３は、本体２の作動用アクチュエータ３′、舵角入力部４の操作反力付加用アクチュエータ４′、駆動力入力部６の操作反力付加用アクチュエータ６′、および制動力入力部７の操作反力付加用アクチュエータ７′を含む。各アクチュエータ３′、４′、６′、７′は制御装置２１に接続されている。

本体２は、支持プレート２ａと、支持プレート２ａ上に設けられるオペレータシート２ｂと、支持プレート２ａの周縁部に設けられる柵２ｃを有する。本体２の作動用アクチュエータ３′は複数の電動シリンダにより構成され、各電動シリンダの一端は支持プレート２ａにリンク接続され、他端は床上のベース１１にリンク接続される。各電動シリンダの伸縮により本体２を任意方向に作動させることが可能とされている。アクチュエータ３′により本体２を作動させることで、車両挙動として車体の動きがシミュレーションされる。シート２ｂに着座するオペレータを基準に本体２の前後方向、横方向が設定され、本体２の前後、左右横、上下の各方向が車両の前後、左右横、上下の各方向に対応するものとされる。

舵角入力部４は、本体２に回転操作可能に取り付けられるステアリングホイールを模した操作部４ａと、操作部４ａの回転角度を検出する角度センサ４ｂと、舵角入力部４の操作反力として操作部４ａの操作トルクを検出する操舵トルクセンサ４ｃとを有する。角度センサ４ｂは、操作量としてオペレータによる操作部４ａの回転操作角度に応じた操舵角信号を生成して制御装置２１に送る。操舵トルクセンサ４ｃは、オペレータによる操作部４ａの操作反力に応じた操作トルク信号を制御装置２１に送り、制御装置２１は操舵トルクセンサ４ｃの検出信号を信号生成時点に対応付けて記憶する。舵角入力部４の操作反力付加用アクチュエータ４′は、舵角入力部４の一端に接続されるモータにより構成され、舵角入力部４に操作反力を作用させる。アクチュエータ４′は制御装置２１に接続される。

駆動力入力部６は、本体２に踏み込み操作可能に取り付けられるアクセルペダルを模した操作部６ａと、操作部６ａの踏み込み量を検出する駆動入力センサ６ｂと、駆動力入力部６の駆動操作反力として操作部６ａの操作トルクを検出する駆動操作トルクセンサ６ｃを有する。駆動入力センサ６ｂは、オペレータによる操作部６ａの踏み込み量に応じた駆動信号を生成して制御装置２１に送る。駆動操作トルクセンサ６ｃは、オペレータによる操作部６ａの操作反力に応じた信号を生成して制御装置２１に送り、制御装置２１は駆動操作トルクセンサ６ｃの検出信号を信号生成時点に対応付けて記憶する。駆動力入力部６の操作反力付加用アクチュエータ６′は、駆動力入力部６の一端に接続されるモータにより構成され、駆動力入力部６に操作反力を作用させる。アクチュエータ６′は制御装置２１に接続される。

制動力入力部７は、本体２に踏み込み操作可能に取り付けられるブレーキペダルを模した操作部７ａと、操作部７ａの踏み込み量を検出する制動入力センサ７ｂと、制動力入力部７の制動操作反力として操作部７ａの操作トルクを検出する制動操作トルクセンサ７ｃを有する。制動入力センサ７ｂは、オペレータによる操作部７ａの踏み込み量に応じた制動信号を生成して制御装置２１に送る。制動操作トルクセンサ７ｃは、オペレータによる操作部７ａの操作反力に応じた信号を生成して制御装置２１に送り、制御装置２１は制動操作トルクセンサ７ｃの検出信号を信号生成時点に対応付けて記憶する。制動力入力部７の操作反力付加用アクチュエータ７′は、制動力入力部７の一端に接続されるモータにより構成され、制動力入力部７に操作反力を作用させる。アクチュエータ７′は制御装置２１に接続される。

映像表示部９は、例えば液晶表示器等の表示器により構成され、制御装置２１から送られる画像信号に応じて、仮想的な車両挙動に対応する仮想的な風景変化を、制御装置２１による駆動機構３の制御に同期して表示する。入力装置１０は例えばキーボードにより構成される。

本体２の挙動に応じた値を検出する挙動検出用センサとして、本体２の前後方向加速度を検出する前後加速度センサ３１、本体２の横方向加速度を検出する横加速度センサ３２、および本体２のヨーレートを検出するヨーレートセンサ３３が、それぞれ本体２に設けられている。制御装置２１は、各センサ３１、３２、３３の検出信号を信号生成時点に対応付けて記憶する記憶部として機能する。

角度センサ４ｂ、駆動入力センサ６ｂ、および制動入力センサ７ｂは、オペレータの挙動に応じた信号を生成する信号生成部として機能し、それぞれ舵角入力部４、駆動力入力部６および制動力入力部７の操作時点と操作量に対応する信号を生成する。制御装置２１は、操舵トルクセンサ４ｃ、駆動入力センサ６ｂおよび制動入力センサ７ｂそれぞれの生成信号を、信号生成時点に対応付けて記憶する記憶部として機能する。

制御装置２１に接続されるマイク５０が本体２に設けられ、制御装置２１はマイク５０から入力されるオペレータの音声による官能評価に応じた音声信号を、オペレータの体感に対応する信号として信号生成時点に対応付けて記憶する。

上記ドライビングシミュレータ１によれば、本体２の挙動に応じた値を検出する挙動検出用センサ３１、３２、３３の検出信号と、オペレータによる仮想的な車両運転条件に対応する入力部４、６、７の生成信号が、信号生成時点に対応付けて記憶される。センサ３１、３２、３３の検出信号はオペレータが実際に体感する本体挙動に対応し、入力部４、６、７の生成信号はオペレータの挙動に対応することから、ドライビングシミュレータ１のオペレータの挙動の解析、評価を、オペレータが実際に体感する本体挙動を基準に行なうことができる。挙動検出用センサ３１、３２、３３は本体２の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートを検出することから、過渡的な車両挙動をシミュレーションする際の本体２の挙動に対応する値を検出でき、過渡的な車両挙動のシミュレーション時におけるオペレータの挙動についての解析、評価が可能になる。オペレータによる仮想的な車両運転条件としてセンサ４ｂ、６ｂ、７ｂにより舵角入力部４、駆動力入力部６および制動力入力部７の操作時点と操作量に対応する信号を生成することで、オペレータによる入力部４、６、７の操作タイミングと操作量を解析、評価できる。また、ドライバーの意図しない車両挙動、例えば横風等の外乱が生じた場合の車両挙動や、挙動安定化制御を行なった場合の車両挙動をシミュレーションする際に、その車両挙動に対応する本体の挙動に応じた値である本体２の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートを検出できるので、操舵、加速、制動の操作に対応するオペレータの挙動についての解析、評価が可能になる。さらに、操作反力付加用アクチュエータ４′、６′、７′により入力部４、６、７の操作反力を付与し、操舵、加速、制動の操作を仮想的に制限した場合における、オペレータの挙動についての解析、評価が可能になる。

例えば、ドライビングシミュレータ１により本体２の作動用アクチュエータ３′を制御することで横風が車両に作用した状態をオペレータに体感させ、センサ４ｂ、６ｂ、７ｂの生成信号から入力部４、６、７の操作量、操作速度、操作タイミング等のオペレータの挙動を解析、評価する際に、オペレータが実際に本体２の前後方向加速度、横方向加速度、ヨーレートを体感するタイミングを、オペレータの挙動タイミングに対応させることができ、ドライビングシミュレータ１の性能によるオペレータの体感と挙動のずれを補正できる。これにより、正確で信頼性のあるオペレータ挙動についての解析、評価を行なうことができる。また、オペレータの音声による官能評価（「横加速度有」等）に応じた音声信号をオペレータの挙動に対応付けることで、その解析、評価をより正確に行なうことができる。さらに、映像表示部９は車両挙動に対応する仮想的な風景変化を駆動機構３の制御に同期して表示することから、オペレータの挙動が本体２の挙動に基づくものか表示映像に基づくものかを正確に区別できるので、映像表示部９を備える場合でもオペレータの挙動を正確に解析、評価できる。例えば、横風が作用した場合の車両挙動の不安定化を車両のドライバが安定化させることが可能か否か等の解析、評価が、制御プログラム上で横風を作用させるタイミングや横風の大きさに応じた各入力部４、６、７の操作量、操作速度、操作タイミング等から行なわれ、その際、オペレータの挙動がオペレータの実際の体感に基づくものか映像表示部９による表示映像に基づくものかがセンサ３１、３２、３３の検出信号やオペレータの官能評価から判断され、また、オペレータが実際に体感する本体２の横加速度の変化量と修正操舵のための舵角入力部４の操舵タイミング等が解析、評価できる。さらに、車両挙動の安定化制御に際しての仮想的な操舵、アクセル操作、ブレーキ操作の制限に対応するように、各操作反力付加用アクチュエータ４′、６′、７′により入力部の操作を制限する場合、センサ４ｃ、６ｃ、７ｃの生成信号から舵角入力部４、駆動力入力部６、制動力入力部７の操作反力を解析、評価する際に、オペレータの官能評価（「違和感有り」等）を実際に体感している本体２の挙動に対応付けることで、安定化制御の効果を検証できる。

また、ドライビングシミュレータ１により本体２の作動用アクチュエータ３′を制御することで、車両の走行軌跡が車速と舵角に対応する軌跡から横滑り等により外れた状態をオペレータに体感させ、しかる後に、舵角変化や制駆動力の配分等による車両挙動の安定化制御を行なった場合の仮想的な車両挙動をオペレータに体感させ、センサ４ｂ、６ｂ、７ｂの生成信号から入力部４、６、７の操作量、操作速度、操作タイミング等のオペレータの挙動を解析、評価する際に、車両挙動の安定化制御のタイミングを、オペレータが実際に本体２の前後方向加速度、横方向加速度、ヨーレートを体感するタイミングに一致させることで、ドライビングシミュレータ１の性能によるオペレータの体感とのずれを補正できる。これにより、正確で信頼性のあるオペレータ挙動についての解析、評価を行ない、オペレータの操作と干渉することがなく危険を感じない安定化制御の制御量や制御タイミングを正確に検証できる。また、オペレータの音声による官能評価（「安定している」、「不快」等）から安定化制御の効果を検証する際に、オペレータが実際に体感している本体２の前後方向加速度、横方向加速度、ヨーレートを官能評価に対応付けることができ、オペレータの官能評価だけでなく、本体２の実際の挙動に基づく評価が可能になる。さらに、車両挙動の安定化制御に際しての仮想的な操舵、アクセル操作、ブレーキ操作の制限に対応するように、各操作反力付加用アクチュエータ４′、６′、７′により入力部の操作を制限する場合、センサ４ｃ、６ｃ、７ｃの生成信号から舵角入力部４、駆動力入力部６、制動力入力部７の操作反力を解析、評価する際に、オペレータの官能評価（「違和感有り」等）を実際に体感している本体２の挙動に対応付けることで、安定化制御の効果を検証できる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば挙動検出用センサは、本体の挙動に応じた値を検出するものであればよく、本体の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートの中の少なくとも一つを検出するものであってもよいし、異なる種類の値を検出するものであってもよい。また、信号生成部は、オペレータの挙動に応じた信号を生成するものであればよく、その種類は特に限定されない。

本発明の実施形態のドライビングシミュレータの構成説明図 本発明の実施形態のドライビングシミュレータの斜視図

符号の説明

１…ドライビングシミュレータ、２…本体、３…駆動機構、３′…本体作動用アクチュエータ、４…舵角入力部、４ｂ…角度センサ（信号生成部）、４ｃ…操舵トルクセンサ（操舵反力センサ）、４′、６′、７′…操作反力付加用アクチュエータ、６…駆動力入力部、６ｂ…駆動入力センサ（信号生成部）、６ｃ…駆動操作トルクセンサ（駆動操作反力センサ）、７…制動力入力部、７ｂ…制動入力センサ（信号生成部）、７ｃ…制動操作トルクセンサ（制動操作反力センサ）、２１…制御装置（記憶部）、３１…前後加速度センサ（挙動検出用センサ）、３２…横加速度センサ（挙動検出用センサ）、３３…ヨーレートセンサ（挙動検出用センサ）

Claims (4)

1. オペレータを支持する本体と、
   前記本体の作動用アクチュエータを含む駆動機構と、
   前記オペレータの操作によって仮想的な車両運転条件に対応する信号を生成する入力部と、
   前記駆動機構を予め定めた制御プログラムに従い制御する制御装置とを備えるドライビングシミュレータにおいて、
   前記本体の挙動に応じた値を検出する挙動検出用センサが設けられ、
   前記入力部は、前記オペレータによる前記入力部の操作量を検出するセンサを有し、
   仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として、前記オペレータの挙動に応じた信号を生成する信号生成部が設けられ、
   操作量を検出する前記センサが前記信号生成部として機能し、
   前記制御装置は、前記挙動検出用センサの検出信号を信号生成時点に対応付けて記憶すると共に前記信号生成部の生成信号を信号生成時点に対応付けて記憶する記憶部として機能することを特徴とするドライビングシミュレータ。
2. 前記挙動検出用センサは、前記本体の挙動に応じた値として、前記本体の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートの中の少なくとも一つを検出する請求項１に記載のドライビングシミュレータ。
3. 前記入力部は、仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として車両の舵角に対応する信号を生成する舵角入力部、仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として車両の駆動力に対応する信号を生成する駆動力入力部、および仮想的な車両運転条件に対応する前記信号として車両の制動力に対応する信号を生成する制動力入力部を含み、
   前記舵角入力部は、操作量を検出する前記センサとしてステアリングホイールを模した操作部の回転角度を検出する角度センサを有し、
   前記駆動力入力部は、操作量を検出する前記センサとしてアクセルペダルを模した操作部の踏み込み量を検出する駆動入力センサを有し、
   前記制動力入力部は、操作量を検出する前記センサとしてブレーキペダルを模した操作部の踏み込み量を検出する制動入力センサを有し、
   前記挙動検出用センサは、前記本体の挙動に応じた値として、前記本体の前後方向加速度、横方向加速度、およびヨーレートを検出するものとされる請求項１に記載のドライビングシミュレータ。
4. 前記駆動機構は、前記舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータ、前記駆動力入力部の操作反力付加用アクチュエータ、および前記制動力入力部の操作反力付加用アクチュエータを含み、
   前記舵角入力部の操作反力を検出する操舵反力センサと、前記駆動力入力部の操作反力を検出する駆動操作反力センサと、前記制動力入力部の操作反力を検出する制動操作反力センサとが設けられ、
   前記記憶部は、前記操舵反力センサの検出信号、前記駆動操作反力センサ、および前記制動操作反力センサの検出信号を、信号生成時点に対応付けて記憶する請求項３に記載のドライビングシミュレータ。

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