JP6596229B2

JP6596229B2 - シミュレータ

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Publication number: JP6596229B2
Application number: JP2015095352A
Authority: JP
Inventors: 利之松田
Original assignee: Access Co Ltd
Current assignee: Access Co Ltd
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: JP2016212236A

Description

本発明は、車両、航空機、船又は乗物の挙動を模擬的に再現するシミュレータに関する。

車両、航空機、船又は乗物の挙動を模擬的に再現するシミュレータとして、自動車の走行時の挙動を模擬的に再現するドライビングシミュレータや、航空機の飛行時の挙動を模擬的に再現するフライトシミュレータ等がある。このようなシミュレータは、再現対象となる車両、航空機、船又は乗物の開発や評価、乗り手の運転技術の向上、娯楽等の目的で使用されている。

シミュレータには、回転運動を行うことで車両、航空機、船又は乗物の挙動を模擬的に再現するものが種々、開発されている。回転運動を行う機構としては、例えば、座席が設置された車輪付きの板を、２本のリニアアクチュエータを用いてローリングさせる回転スライド装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また左右方向に移動する横並進台の上にヨーイング可能なヨー台とローリング可能なロール台と座席とが積載されたドライビングシミュレータも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この他、６本のリニアアクチュエータを用いて、前後、左右、上下、ヨー、ピッチ、ロー方向の６自由度の動きを行うことが可能な６軸のモーションベース（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。

特開平１０−２４７０５６号公報特開２００９−２９７４号公報特開２０１４−２１５２４３号公報

特許文献１に記載の回転スライド装置では、ローリングの回転運動を行うことが可能であるが、ヨーイング、ピッチングの回転運動を行うことができない。

特許文献２に記載のドライビングシミュレータでは、ヨーイング、ローリングの回転運動を行うことが可能であるが、ピッチングの回転運動を行うことができない。また横並進台にヨー台、ロール台及び座席を積載しているので、構成部材、特に、ヨー台、ロール台の軸等に強度が必要であり、装置が大掛かりになってしまう。

特許文献３に記載のモーションベースでは、前後、左右、上下、ヨー、ピッチ、ロー方向の６自由度の動きを行うことが可能であるが、６本のリニアアクチュエータを連動して動かす必要があり、制御が複雑となる。また、例えば、座席等の搭載物は、６本のリニアアクチュエータの上に設置する必要があり、装置が大掛かりになってしまう。

本発明の目的は、ヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動を行うことが可能でコンパクトな、実車に近い感覚を乗り手に体感させることができるシミュレータを提供することである。

本発明は、車両、航空機又は乗物の挙動を模擬的に再現するシミュレータであって、乗り手が着座するシートを備える回転ユニットと、前記回転ユニットの下方に位置し前記回転ユニットを支持する本体ユニットと、前記回転ユニットを前記本体ユニットに対して回転可能に連結する回転中心部材と、前記回転中心部材を中心として前記回転ユニットにヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動をなさしめる回転ユニット用リニアアクチュエータと、前記本体ユニットを揺動、振動させる本体用リニアアクチュエータと、前記回転ユニット用リニアアクチュエータ及び前記本体用リニアアクチュエータの動作を制御するアクチュエータ制御手段と、前記車両、航空機又は乗物の挙動をシミュレートするシミュレーション手段を備え、乗り手が操作するステアリングユニット及びペダルユニットとデータを送受信可能に接続するコンピュータと、を備え、前記コンピュータは、前記回転ユニットをヨーイング、ピッチング、ローリングさせるように制御し、また前記本体ユニットをピッチング、ローリング又は振動させるように制御し、前記回転ユニット用リニアアクチュエータは、３本のリニアアクチュエータを備え、前記本体用リニアアクチュエータは、前記車両、航空機又は乗物の車輪の配置を模擬するように前記本体ユニットの前後左右に配置された４本のリニアアクチュエータを備えることを特徴とするシミュレータである。

本発明のシミュレータによれば、回転中心部材と３本のリニアアクチュエータとで回転ユニットのヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動を行うことができるので、コンパクトに構成することができる。また本発明のシミュレータは、回転ユニットの駆動系と本体ユニットの駆動系とが分離され、運転時に乗り手に加わる重力加速度と車体の挙動とを複合的に再現することが可能となり、実車に近い感覚を乗り手に体感させることができる。

また本発明のシミュレータにおいて、前記本体用リニアアクチュエータは、ロッドに装着されたバネを備え、前記バネの付勢力により本体ユニットを設置面から浮き上がらせた状態で支持することを特徴とする。

また本発明のシミュレータにおいて、前記回転ユニット用リニアアクチュエータの３本の前記リニアアクチュエータのうち、２本の前記リニアアクチュエータは、前記回転ユニットをローリング可能に、各両端が高低差を有するように配置されているとともに、前記回転ユニットをピッチング可能に、水平方向において、前記回転中心部材を挟んで両側に配置され、残りの１本の前記リニアアクチュエータは、前記回転ユニットをヨーイング可能に配置され、前記３本のリニアアクチュエータは全て、前記シートの背面に配置されていることを特徴とする。

また本発明のシミュレータにおいて、前記コンピュータは、乗り手に加わる重力加速度を再現可能に前記回転ユニットを制御することを特徴とする。

また本発明のシミュレータにおいて、前記コンピュータは、前記車両、航空機又は乗物それ自体がスピンしているか否かを判定する手段、及び前記車両、航空機又は乗物の車輪がロック又はホイルスピンしているか否かを判定する手段を備え、前記車両、航空機又は乗物それ自体がスピンしていると判断すると前記回転ユニットをヨーイングさせ、車輪がロック又はホイルスピンしていると判断すると、ロック又はホイルスピンが発生している車輪に対応した位置の前記リニアアクチュエータを振動させることを特徴とする。

また本発明のシミュレータにおいて、前記コンピュータは、さらに前記回転ユニット用リニアアクチュエータを初期位置に戻す回転ユニット復帰演算手段を備え、前記本体用リニアアクチュエータを振動させるように制御するとき、前記回転ユニット用リニアアクチュエータを初期位置に戻すように制御することを特徴とする。

また本発明のシミュレータにおいて、前記アクチュエータ制御手段が、前記コンピュータに一体的に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動を行うことが可能でコンパクトな、実車に近い感覚を乗り手に体感させることができるシミュレータを提供することができる。

本発明の第１実施形態のドライビングシミュレータ１の構成を示す模式図である。図１のドライビングシミュレータ１のドライビングユニット１１の斜視図である。図２のドライビングユニット１１の切断線Ａ−Ａの要部断面図である。図２のドライビングユニット１１の後方から見た要部斜視図である。図１のドライビングシミュレータ１の機能構成図である。図５の振動判定手段２２２の判定フローを示すフローチャートである。

図１は、本発明の第１実施形態のドライビングシミュレータ１の構成を示す模式図である。図２は、図１のドライビングシミュレータ１のドライビングユニット１１の斜視図である。図３は、図２のドライビングユニット１１の切断線Ａ−Ａの要部断面図である。図４は、図２のドライビングユニット１１の後方から見た要部斜視図である。図５は、図１のドライビングシミュレータ１の機能構成図である。図６は、図５の振動判定手段２２２の判定フローを示すフローチャートである。

第１実施形態のドライビングシミュレータ１は、自動車走行時の挙動及び映像を模擬的に再現するドライビングシミュレータであって、自動車を模擬したドライビングユニット１１と、ドライビングユニット１１からの入力に基づき仮想上の自動車の挙動及び映像を演算して出力するコンピュータ１２と、ドライビングユニット１１の正面に配置され映像を表示するモニタ１３とを備え、乗り手の操作によるドライビングユニット１１からの入力に基づきコンピュータ１２が演算を行い、コンピュータ１２の演算結果に基づきドライビングユニット１１に自動車の挙動が再現されるとともに、モニタ１３に走行時の景色が再現される。

ドライビングユニット１１は、全体の骨格をなす本体ユニット２１と、乗り手が着座するシート４１を有し回転運動を行う回転ユニット２２と、回転ユニット２２の回転運動の中心となる回転中心部材である自在継手２３と、自在継手２３を本体ユニット２１に固定するベース板２４と、回転ユニット２２の回転運動の駆動源である３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７と、本体ユニット２１を設置面から浮き上がらせた状態で支持する４本の本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１と、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を制御するコントローラ３２と、乗り手が操作するステアリングユニット３３及びペダルユニット３４とを備える。

ドライビングユニット１１は、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７の駆動により回転ユニット２２を回転運動させることで運転時に乗り手に加わる重力加速度を再現するとともに、本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１の駆動により本体ユニット２１を動かすことで車体の挙動を再現する。

本体ユニット２１は、パイプ等のフレーム材とジョイント材とを用いて自動車の車体を模擬する形で構成されている。本体ユニット２１には、回転ユニット２２が自在継手２３及びベース板２４を介して中央部に連結され、３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７が回転ユニット２２に連結された状態で後部に連結され、本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１が前後左右に１本ずつ連結され、ステアリングユニット３３及びペダルユニット３４が前部に連結されている。

本体ユニット２１を構成するフレーム材、ジョイント材は、特定のものに限定されるものではなく、公知のものを適宜選定して用いることができる。また本体ユニット２１は、フレーム材、ジョイント材で構成されるものに限定されるものではなく、例えば、プレス材を用いてより実車に近い形状に構成することも可能である。

回転ユニット２２は、乗り手が着座するシート４１と、シート４１を支持するシートフレーム４２と、シート４１をシートフレーム４２に固定する固定具４３とを備え、自在継手２３及びベース板２４を介して本体ユニット２１の中央部に連結されている。また回転ユニット２２は、後部に３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７が連結され、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７の駆動により自在継手２３を中心としてヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動を行う。

シート４１は、特定のものに限定されるものではなく、例えば、レーシングカー用の公知のシート等を適宜選定して用いることができる。

シートフレーム４２は、角パイプ材で形成されており、シート４１を支持する底面部４４と、底面部４４の後部側から傾斜して立設した背面部４５とを有する。またシートフレーム４２の底面部４４には、固定具４３及び自在継手２３を固定する平板状の天板４６が固定されている。

シートフレーム４２には、天板４６の底面に自在継手２３の一端が固定され、背面部４５の上部の両端部にそれぞれ１本ずつ、シート用リニアアクチュエータ２５、２６の一端が３自由度で回転自在に連結され、背面部４５の下部の一端部にシート用リニアアクチュエータ２７の一端が３自由度で回転自在に連結されている。なおシートフレーム４２の形状や材質は、特定のものに限定されるものではなく、シート４１を支持し、３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７を連結可能であればよい。

固定具４３は、矩形リング状のフレーム材の両側面に板材が付設され、正面視において転倒コ字状に形成されており、シート４１をシートフレーム４２に連結すべく、シート４１の下部を両側面の板材で抱え込んだ状態でシート４１及びシートフレーム４２に固定されている。固定具４３の形状及び材質は、特定のものに限定されるものではない。

なおシート４１をシートフレーム４２に直接、連結して固定してもよく、この場合には固定具４３は、不要となる。またシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７をシート４１に連結してもよく、この場合にはシートフレーム４２及び固定具４３は、不要となる。

自在継手２３は、２つの部材が互いの角度を自由に変化可能に連結された公知の自在継手であり、他の部材に連結容易なフランジ部４７が両端に形成されている。

自在継手２３は、一方のフランジ部４７がシートフレーム４２の天板４６の底面に連結され、他方のフランジ部４７が本体ユニット２１に固定されたベース板２４に連結されている。これにより回転ユニット２２が、自在継手２３を介して角度を自由に変化可能な状態で本体ユニット２１に連結され、自在継手２３は、回転ユニット２２が回転運動を行うときの中心となる回転中心部材として機能する。

なお自在継手２３に代えて、例えば、ゴムやバネ、球面軸受等を用いて一端が他端に対し角度を自由に変化可能に構成した部材を回転中心部材として用いることも可能である。

自在継手２３は、基本的にベース板２４、天板４６の中央部に配置されるが、これに限定されるものではなく、回転ユニット２２の配置や回転運動の範囲等に応じて、配置を変更することも可能である。

ベース板２４は、平板材であり、ジョイント材を用いて本体ユニット２１の中央部に連結されている。ベース板２４の形状や材質は、特定のものに限定されるものではない。なお自在継手２３等の回転中心部材を本体ユニット２１に直接、連結可能に構成してもよく、この場合にはベース板２４は、不要となる。

３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７は、直方体の本体５１から突出した棒体であるロッド５２を直進移動させることで伸縮する公知のリニアアクチュエータであり、例えば、電動シリンダを用いることができる。

３本のうち２本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６は、ロッド５２の反対側において本体５１に固定された棒体である固定ロッド５３を備え、残りの１本のシート用リニアアクチュエータ２７は、ロッド５２の反対側において本体５１に固定された連結具５４を備えている。また固定ロッド５３を備える２本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６は、本体５１がケース５０に収容されている。なお本体５１は、必ずしもケース５０に収容されていなくてもよい。

固定ロッド５３を備える２本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６は、ロッド５２及び固定ロッド５３の先端に球面軸受を有するロッドエンドベアリング５５を備え、ロッド５２の先端（ロッドエンドベアリング５５）がシートフレーム４２の背面部４５の上部に連結具５６を介して３自由度で回転自在に連結され、固定ロッド５３の先端（ロッドエンドベアリング５５）が、回転ユニット２２よりも後方において、連結具５６を介して本体ユニット２１に３自由度で回転自在に連結されている。

なお連結具５６（５４）は、いわゆるヒンジベースであり、ボルトを介してロッドエンドベアリング５５（５９）の球面軸受をボルトの中心軸周りに回動自在に連結する。これによりロッドエンドベアリング５５（５９）は、連結具５６（５４）に対し３自由度で回転することができる。

固定ロッド５３を備える２本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６は、固定ロッド５３の先端（ロッドエンドベアリング５５）が、ロッド５２の先端よりも低い位置において、本体ユニット２１に連結されている。このように両端が高低差を有するようにシート用リニアアクチュエータ２５、２６を配置することで、シート用リニアアクチュエータ２５、２６の伸縮により回転ユニット２２のピッチングを行うことが可能となる。なおロッド５２と固定ロッド５３との配置は、上下反対でもよい。

また固定ロッド５３を備える２本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６は、回転ユニット２２の背面視において、自在継手２３を挟んで互いに左右反対側に配置されている。このようにシート用リニアアクチュエータ２５、２６を配置することで、シート用リニアアクチュエータ２５、２６の伸縮量の差により回転ユニット２２のローリングを行うことが可能となる。

連結具５４を備えるシート用リニアアクチュエータ２７は、ロッド５２の先端に球面軸受を有するロッドエンドベアリング５５を備え、ロッド５２の先端（ロッドエンドベアリング５５）がシートフレーム４２の背面部４５の下部にＬ字状の取付板５７を介して３自由度で回転自在に連結され、ロッド５２の反対側の端部に位置する連結具５４が、回転ユニット２２よりも後方において、平板状の取付板５８及び球面軸受を有するロッドエンドベアリング５９を介して本体ユニット２１に３自由度で回転自在に連結されている。

また連結具５４を備えるシート用リニアアクチュエータ２７は、両端に位置するロッドエンドベアリング５５及び連結具５４が、回転ユニット２２の背面視において、自在継手２３を挟んで互いに左右反対側にほぼ同じ高さで配置されており、平面視において斜めに配置されている。

なお本実施形態のドライビングシミュレータ１では、ロッドエンドベアリング５５が左側、連結具５４が右側に配置されているが、左右反対に配置されていてもよい。またロッドエンドベアリング５５がＬ字状の取付板５７を介して本体ユニット２１に連結され、連結具５４が平板状の取付板５８とロッドエンドベアリング５９とを介してシートフレーム４２に連結されていてもよい。

さらに連結具５４を備えるシート用リニアアクチュエータ２７は、回転ユニット２２をヨーイング可能に配置されていればよく、上記の配置に限定されるものではないが、上記のようにシート用リニアアクチュエータ２７を平面視において斜めに配置することで、シート用リニアアクチュエータ２７の伸縮ストロークを十分確保した上でドライビングユニット１１をコンパクトに構成することができる。

４本の本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１は、直方体の本体６１から突出した棒体であるロッド６２を直進移動させることで伸縮する公知のリニアアクチュエータであり、例えば、電動シリンダを用いることができる。４本の本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１は、それぞれ、自動車の左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を模擬すべく、本体ユニット２１の前後左右に１本ずつ配置されている。

本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１は、本体６１の側面に固定された平板状のベース板６３と、ロッド６２の先端に固定され設置面に接する円錐台状の脚６４と、ベース板６３に固定されロッド６２をガイドするガイドブロック６５と、脚６４とガイドブロック６５との間においてロッド６２に装着されたバネ６６とを備え、ベース板６３を介して本体ユニット２１に固定され、バネ６６の付勢力により本体ユニット２１を設置面から浮き上がらせた状態で支持している。

本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を伸縮させることで、本体ユニット２１のピッチング及びローリングを行い、本体ユニット２１を上下左右に傾斜させ、走行時の車体の傾斜を模擬的に再現することができる。また各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させることで各車輪がロックした状態やホイルスピンした状態を再現することもできる。

コントローラ３２は、コンピュータ１２、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１と有線又は無線で通信可能に接続されており、コンピュータ１２の演算結果に基づき、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を制御（駆動）する。

コントローラ３２は、コンピュータ１２から制御データ（コマンド）を受信し、制御データに基づき、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を制御するアクチュエータ制御手段２０１を備える。

制御データは、制御対象となるシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を指定する軸番号と、指定した軸番号のリニアアクチュエータの直進移動時の速度と、指定した速度に達するまでの加速度と、停止時の減速度と、直進移動後の基準点の絶対位置と、リニアアクチュエータを振動させるか否かの振動判定信号と、振動させる時間と、振動時のふり幅とを含む。ただし制御データは、これに限定されるものではない。

アクチュエータ制御手段２０１は、受信した制御データに基づき、指定された軸番号のリニアアクチュエータを基準点が指定された絶対位置に達するまで指定された加速度、速度、減速度で直進移動させる。またアクチュエータ制御手段２０１は、受信した制御データの振動判定信号がオンの場合には、指定された軸番号のリニアアクチュエータを指定された時間、指定されたふり幅で振動させる。

ステアリングユニット３３は、乗り手が操作を行う、いわゆるハンドルであるステアリングホイール７１と、ステアリングホイール７１及び後述するペダルユニット３４からの操作による入力を処理しコンピュータ１２とのデータの送受信を行うステアリングコントローラ７２とを備え、シート４１の正面においてジョイント材を介して本体ユニット２１に固定されている。

ステアリングユニット３３は、公知のものを適宜選定して用いることが可能であり、例えば、ステアリングホイール７１として、Ｆａｎａｔｅｃ社製のＢＭＷＭ３ＧＴ２ｒｉｍｆｏｒＣｌｕｂＳｐｏｒｔＷｈｅｅｌＪＰ、ステアリングコントローラ７２として、Ｆａｎａｔｅｃ社製のＣｌｕｂＳｐｏｒｔｓＷｈｅｅｌを用いることができる。

ペダルユニット３４は、乗り手が足で操作を行うクラッチペダル８１、ブレーキペダル８２及びアクセルペダル８３を備え、シート４１の正面足元において本体ユニット２１に取付けられている。

クラッチペダル８１及びアクセルペダル８３は、それぞれ、平板状のペダル板９１と、ペダル板９１を回動自在に本体ユニット２１に連結するヒンジ具９２と、ペダル板９１（ヒンジ具９２）に付勢力を加えるように取付けられたバネ９３と、ヒンジ具９２の移動量を計測するセンサ（図示省略）とを備え、センサにより乗り手が操作したペダルの移動量を計測し、計測値をステアリングコントローラ７２に入力する。

ブレーキペダル８２は、クラッチペダル８１及びアクセルペダル８３のバネ９３及びセンサに代えて、油圧ブレーキユニット９４を備える。

油圧ブレーキユニット９４は、直進移動可能なピストンロッド（図示省略）を有しブレーキオイルを収容するマスタシリンダ９６と、ピストンロッドの押し込み量により変化するブレーキオイルの油圧を計測する圧力センサ９７と、ブレーキホース９８を介してマスタシリンダ９６に接続されたブレーキキャリパ（図示省略）とを備え、圧力センサ９７により乗り手が操作したペダル板９１の踏込圧（油圧）を計測し、計測値をステアリングコントローラ７２に入力する。

油圧ブレーキユニット９４は、特定のものに限定されるものではなく、例えば、実車に使用されるものを流用することも可能である。

なおブレーキペダル８２は、油圧ブレーキユニット９４を備えるものに限定されるものではなく、例えば、クラッチペダル８１及びアクセルペダル８３と同じ構成のものや、クラッチペダル８１及びアクセルペダル８３のバネ９３及びセンサに代えて、強化ゴム（図示省略）及びロードセル（図示省略）を用いてペダル板９１の踏込圧を計測し、計測値をステアリングコントローラ７２に入力するものを用いることも可能であるが、油圧ブレーキユニット９４を用いることで、より実車に近い感覚を乗り手に体感させることが可能となる。

コンピュータ１２は、例えば、公知のパーソナルコンピュータを用いることができる。コンピュータ１２は、キーボード１０１やマウス１０２等の入力装置を備え、コントローラ３２、ステアリングコントローラ７２、モニタ１３とデータを送受信可能に有線又は無線で接続されている。

コンピュータ１２は、ステアリングコントローラ７２からの入力に基づき仮想上の自動車の挙動及び映像を演算し、演算結果である速度等の運行データ及びモニタ１３に表示する映像データを出力するシミュレーション手段２０２と、シミュレーション手段２０２から運行データを取得する運行データ取得手段２０３と、運行データに基づきシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を制御する制御データを演算しコントローラ３２に出力する制御データ出力手段２０４とを備え、制御データをコントローラ３２に出力するとともに映像データをモニタ１３に出力する。

シミュレーション手段２０２は、仮想上の自動車の仕様や走行するコース等のデータを備え、該データやステアリングコントローラ７２からの入力等に基づき、仮想上の自動車の挙動及び映像を演算し、演算結果である速度等の運行データ及びモニタ１３に表示する映像データを出力する。

シミュレーション手段２０２としては、公知のシミュレーションソフトをコンピュータ１２にインストールして用いることができる。公知のシミュレーションソフトとしては、例えば、ＩｍａｇｅＳｐａｃｅＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社製のｒＦａｃｔｏｒ、ｒＦａｃｔｏｒ２等を用いることができる。

運行データ取得手段２０３は、シミュレーション手段２０２から運行データを取得する。運行データ取得手段２０３が取得する運行データとしては、例えば、エンジンの回転数、走行速度、シフトポジション、エンジンの油温、冷却水の水温、燃料の残容量、ブースト圧、車体の左右方向の重力加速度、車体の前後方向の重力加速度、車体の位置座標、車体の向き、車体のロール角度、車体のピッチ角度、左前輪の回転速度、右前輪の回転速度、左後輪の回転速度、右後輪の回転速度、コース周回時のラップタイム、コース内の特定の計測地点における中間タイム、ラップタイム及び中間タイムの最速タイム、コースの周回数、レース時の順位等がある。なお制御データ出力手段２０４がシミュレーション手段２０２から直接、運行データを取得するようにしてもよく、この場合には運行データ取得手段２０３は、不要となる。

制御データ出力手段２０４は、演算に用いる運行データの移動平均処理を行う平均処理手段２１１と、回転ユニット２２のピッチング及びローリングを行う制御データを演算するシート揺動演算手段２１２と、回転ユニット２２のヨーイングを行う制御データを演算するシート回転演算手段２１３と、回転ユニット２２を仮想上の自動車が走行前の状態である初期位置に復帰させる制御データを演算する回転ユニット復帰演算手段２１４と、本体ユニット２１のピッチング及びローリングを行う制御データを演算する本体揺動演算手段２１５と、車輪のロック等に応じて本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させる制御データを演算する本体振動演算手段２１６と、本体ユニット２１を初期位置に復帰させる制御データを演算する本体復帰演算手段２１７とを備え、演算結果に基づき、制御データをコントローラ３２のアクチュエータ制御手段２０１に出力する。

平均処理手段２１１は、予め設定された母数において、演算に用いる運行データの移動平均処理を行う。

シート揺動演算手段２１２は、平均処理された運行データに基づき回転ユニット２２のピッチング及びローリングを行う角度を演算し、演算結果に基づき回転ユニット２２のピッチング及びローリングを行う２本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６の制御データを演算して出力する。

シート回転演算手段２１３は、平均処理された運行データに基づき仮想上の自動車がスピンしているか否かを判定するスピン判定手段２２１を備え、スピン判定手段２２１がスピンしていると判定しているときに、平均処理された運行データに基づき回転ユニット２２のヨーイングを行う角度を演算し、演算結果に基づき回転ユニット２２のヨーイングを行う１本のシート用リニアアクチュエータ２７の制御データを演算して出力する。

回転ユニット復帰演算手段２１４は、コンピュータ１２等からの復帰指令に基づきシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７を予め設定された初期位置に復帰すべく、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７を復帰開始時の位置から初期位置まで安全に移動可能な制御データを演算して出力する。

本体揺動演算手段２１５は、平均処理された、車体の左右方向の重力加速度及び車体の前後方向の重力加速度の運行データ、又は車体のロール角度及び車体のピッチ角度の運行データに基づき、本体ユニット２１のピッチング及びローリングを行う角度を演算し、演算結果に基づき４本の本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１の制御データを演算して出力する。

本体振動演算手段２１６は、平均処理された運行データに基づき各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させるか否かを判定する振動判定手段２２２を備え、振動判定手段２２２の判定及び平均処理された運行データに基づき各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させる制御データを演算し出力する。なお各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させるときの時間及びふり幅は、予め設定された値を用いてもよく、運行データに基づき演算した値を用いてもよい。

また本体振動演算手段２１６は、各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させている間、回転ユニット２２を初期位置に戻すべく、回転ユニット復帰演算手段２１４を実行させる。

振動判定手段２２２は、平均処理された運行データに基づき、各車輪に減速時のロック又は加速時のホイルスピンが発生している否かを監視し、各車輪にロック又はホイルスピンが発生しているときに、対応する各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を振動させる判定信号を出力する。

振動判定手段２２２による判定フローの一例を以下に記載する（図６参照）。なお振動判定手段２２２による判定フローは、これに限定されるものではない。まず、平均処理された運行データである、走行速度、左前輪の回転速度、右前輪の回転速度、左後輪の回転速度、右後輪の回転速度を取得し、走行速度を２で除算した値（以下、振動判定値と呼ぶ）、左前輪の回転速度と右前輪の回転速度とを加算し、２で除算した値（以下、前輪平均速度と呼ぶ）、左後輪の回転速度と右後輪の回転速度とを加算し、２で除算した値（以下、後輪平均速度と呼ぶ）を算出し、前輪を振動させるか否かの判定を保持する前輪振動フラグに０を代入し、後輪を振動させるか否かの判定を保持する後輪振動フラグに０を代入する（ステップＳ１）。

走行速度が予め設定された設定値よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ２）、小さい場合には、前輪平均速度が後輪平均速度よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ３）、前輪平均速度が後輪平均速度よりも大きい場合には、前輪振動フラグに１を代入し（ステップＳ４）、前輪平均速度が後輪平均速度よりも小さい場合には、後輪振動フラグに１を代入する（ステップＳ５）。なお設定値は、車種等によって任意の値に変更可能であると好ましい。

走行速度が設定値以上の場合には、走行速度が予め設定された設定値よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ６）、走行速度が設定値以下の場合には、ステップＳ１に戻り、フローを繰り返す。

走行速度が設定値よりも大きい場合には、左前輪の回転速度が振動判定値よりも小さいか否か、及び前輪振動判定フラグの値が１か否かを判定し（ステップＳ７）、いずれかを満たす場合に左前輪を振動させる（ステップＳ８）。同様に、右前輪の回転速度が振動判定値よりも小さいか否か、及び前輪振動判定フラグの値が１か否かを判定し（ステップＳ９）、いずれかを満たす場合に右前輪を振動させ（ステップＳ１０）、左後輪の回転速度が振動判定値よりも小さいか否か、及び後輪振動判定フラグの値が１か否かを判定し（ステップＳ１１）、いずれかを満たす場合に左後輪を振動させ（ステップＳ１２）、右後輪の回転速度が振動判定値よりも小さいか否か、及び後輪振動判定フラグの値が１か否かを判定し（ステップＳ１３）、いずれかを満たす場合に右後輪を振動させる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４までの判定が終わるとステップＳ１に戻り、フローを繰り返す。

本体復帰演算手段２１７は、コンピュータ１２等からの復帰指令に基づき本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を予め設定された初期位置に復帰すべく、本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を復帰開始時の位置から初期位置まで安全に移動可能な制御データを演算して出力する。

なお運行データ取得手段２０３と制御データ出力手段２０４とは、シミュレーション手段２０２が稼働しているときには、基本的に逐次、運行データの取得及び制御データの演算、出力を行う。

モニタ１３は、例えば、公知の液晶モニタ等を用いることができる。モニタ１３は、ドライビングユニット１１の正面に３台設置されており、コンピュータ１２から出力される映像データを３分割して１台ずつに表示する。なおモニタ１３の台数は、特定の台数に限定されるものではない。

次に本実施形態のドライビングシミュレータ１の作用について説明する。コンピュータ１２のシミュレーション手段２０２を起動すると、回転ユニット復帰演算手段２１４及び本体復帰演算手段２１７が実行され、回転ユニット２２（シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７）及び本体ユニット２１（本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１）が初期位置に復帰する。

乗り手は、回転ユニット２２のシート４１に着座し、モニタ１３に映る映像を見ながらステアリングホイール７１及びペダルユニット３４の操作を行う。ステアリングホイール７１及びペダルユニット３４の操作を行うと、ステアリングコントローラ７２からコンピュータ１２のシミュレーション手段２０２に操作情報が入力され、これに基づきシミュレーション手段２０２が運行データ及び映像データの演算を行う。

シミュレーション手段２０２が演算を行うと、運行データ取得手段２０３が逐次、運行データを取得し、取得した運行データに基づき制御データ出力手段２０４がシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１の制御データを出力し、出力された制御データに基づきコントローラ３２のアクチュエータ制御手段２０１がシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７及び本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を制御し、回転ユニット２２及び本体ユニット２１を動作させることで自動車の挙動が再現されるとともに、モニタ１３の映像が逐次、更新される。

本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、回転中心部材である自在継手２３と３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７とで回転ユニット２２のヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動を行うことができるので、コンパクトに構成することができる。

また本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、回転ユニット２２のヨーイングを行うシート用リニアアクチュエータ２７が平面視において斜めに配置されているので、さらにコンパクトに構成することが可能である。

また本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、回転ユニット２２の回転運動を行う３本のシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７の両端が３自由度で回転自在に連結されているので、複雑な動きを行う場合でもシート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７をスムーズに伸縮させることが可能であり、折損等を防止することができる。

また本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、回転ユニット２２の駆動系と、本体ユニット２１の駆動系とを分けることで、運転時に乗り手に加わる重力加速度と、車体の挙動とを複合的に再現することが可能となり、より実車に近い感覚を乗り手に体感させることができる。

また本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、スピン判定手段２２１により車両がスピンしているか否かを判定し、スピンしていると判定している場合のみ、回転ユニット２２（シート４１）をヨーイングさせる。これにより乗り手は、地面に対する車両（車輪）のグリップ感（滑り）を体感することが可能となる。

また本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、振動判定手段２２２により各車輪に減速時のロック又は加速時のホイルスピンが発生しているか否かを判定し、各車輪にロック又はホイルスピンが発生しているときに、対応する各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を独立して振動させる。これにより乗り手は、各車輪の状態を直感的に認識することが可能となる。

また本実施形態のドライビングシミュレータ１によれば、各車輪にロック又はホイルスピンが発生しているときに、対応する各本体用リニアアクチュエータ２８、２９、３０、３１を独立して振動させるとともに、回転ユニット２２（シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７）を初期位置に戻す。これにより各車輪にロック又はホイルスピンが発生しているときには、乗り手に加わる重力加速度がキャンセルされ、より実車に近い感覚を体感することが可能となる。

以上、第１実施形態のドライビングシミュレータ１を用いて、本発明のシミュレータを説明したが、本発明のシミュレータは、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変形して使用することができる。例えば、本発明のシミュレータは、自動車のみならず、２輪又は３輪のバイクや建設機械等の種々の車両、飛行機やヘリコプター等の種々の航空機、船舶やボート等の種々の船、ジョットコースター等の種々の乗物の挙動を回転中心部材と３本のリニアアクチュエータとを用いた回転運動により模擬的に再現するシミュレータとして用いることができる。このとき本体ユニット、回転ユニット等の形状及び構成は、構造体に合わせて適宜変更することができる。

また本発明のシミュレータ用途としては、運転技術を向上させる教習用のシミュレータのみならず、新車種、新ソフト等の開発用のシミュレータや娯楽目的のアーケードゲーム等に適用することも可能である。

第１実施形態のドライビングシミュレータ１において、マニュアルトランスミッションの歯車の組み合わせを切り替える操作レバーであるシフトレバーを有する模擬的なシフトユニット（図示省略）を付加することもできる。

また第１実施形態のドライビングシミュレータ１において、シート用リニアアクチュエータ２５、２６、２７は、両端が３自由度で回転自在に装着されていればよく、ロッドエンドベアリング５５、５９と連結具５４、５６とを用いて装着されるものに限定されるものでない。

また第１実施形態のドライビングシミュレータ１において、例えば、コントローラ３２は、コンピュータ１２に一体的に構成されていてもよく、コンピュータ１２は、いくつかの機能がパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、マイコン等に分離して構成されていてもよく、アクチュエータ制御手段２０１、シミュレーション手段２０２、運行データ取得手段２０３、制御データ出力手段２０４を備えるハードウェアの構成は、柔軟に変更することが可能である。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更及び修正を容易に想定するであろう。従って、そのような変更及び修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１ドライビングシミュレータ
２１本体ユニット
２２回転ユニット
２３自在継手
２５、２６、２７シート用リニアアクチュエータ
２８、２９、３０、３１本体用リニアアクチュエータ
４４底面部
４６天板
２０１アクチュエータ制御手段
２０４制御データ出力手段
２１４回転ユニット復帰演算手段
２１６本体振動演算手段
２２１スピン判定手段
２２２振動判定手段

Claims

車両、航空機又は乗物の挙動を模擬的に再現するシミュレータであって、
乗り手が着座するシートを備える回転ユニットと、
前記回転ユニットの下方に位置し前記回転ユニットを支持する本体ユニットと、
前記回転ユニットを前記本体ユニットに対して回転可能に連結する回転中心部材と、
前記回転中心部材を中心として前記回転ユニットにヨーイング、ピッチング及びローリングの回転運動をなさしめる回転ユニット用リニアアクチュエータと、
前記本体ユニットを揺動、振動させる本体用リニアアクチュエータと、
前記回転ユニット用リニアアクチュエータ及び前記本体用リニアアクチュエータの動作を制御するアクチュエータ制御手段と、
前記車両、航空機又は乗物の挙動をシミュレートするシミュレーション手段を備え、乗り手が操作するステアリングユニット及びペダルユニットとデータを送受信可能に接続するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータは、前記回転ユニットをヨーイング、ピッチング、ローリングさせるように制御し、また前記本体ユニットをピッチング、ローリング又は振動させるように制御し、
前記回転ユニット用リニアアクチュエータは、３本のリニアアクチュエータを備え、
前記本体用リニアアクチュエータは、前記車両、航空機又は乗物の車輪の配置を模擬するように前記本体ユニットの前後左右に配置された４本のリニアアクチュエータを備えることを特徴とするシミュレータ。
前記本体用リニアアクチュエータは、ロッドに装着されたバネを備え、前記バネの付勢力により本体ユニットを設置面から浮き上がらせた状態で支持することを特徴とする請求項１に記載のシミュレータ。
前記回転ユニット用リニアアクチュエータの３本の前記リニアアクチュエータのうち、２本の前記リニアアクチュエータは、前記回転ユニットをローリング可能に、各両端が高低差を有するように配置されているとともに、前記回転ユニットをピッチング可能に、水平方向において、前記回転中心部材を挟んで両側に配置され、
残りの１本の前記リニアアクチュエータは、前記回転ユニットをヨーイング可能に配置され、
前記３本のリニアアクチュエータは全て、前記シートの背面に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項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、乗り手に加わる重力加速度を再現可能に前記回転ユニットを制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシミュレータ。
前記コンピュータは、前記車両、航空機又は乗物それ自体がスピンしているか否かを判定する手段、及び前記車両、航空機又は乗物の車輪がロック又はホイルスピンしているか否かを判定する手段を備え、
前記車両、航空機又は乗物それ自体がスピンしていると判断すると前記回転ユニットをヨーイングさせ、
車輪がロック又はホイルスピンしていると判断すると、ロック又はホイルスピンが発生している車輪に対応した位置の前記リニアアクチュエータを振動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシミュレータ。
前記コンピュータは、さらに前記回転ユニット用リニアアクチュエータを初期位置に戻す回転ユニット復帰演算手段を備え、前記本体用リニアアクチュエータを振動させるように制御するとき、前記回転ユニット用リニアアクチュエータを初期位置に戻すように制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のシミュレータ。
前記アクチュエータ制御手段が、前記コンピュータに一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のシミュレータ。