JP6618946B2

JP6618946B2 - ４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構

Info

Publication number: JP6618946B2
Application number: JP2017066663A
Authority: JP
Inventors: 琢麻古賀
Original assignee: IROC CO.,LTD
Current assignee: IROC CO.,LTD
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: WO2018181039A1; CN110546702A; JP2018116251A; US20200035114A1

Description

本発明は、４輪自動車の運転を疑似体験できる運転シミュレータのシートを支持するシート支持機構に関する。

４輪自動車の運転者が道路での運転をシミュレートする運転シミュレータとして、特開平１１−２１９１０２号公報（特許文献１）がある。
この特許文献１には、運転席搭載板の後部を回転自在な軸受で保持し、この運転席搭載板を回動させるリンク機構を設け、サーボモータの駆動によって、加速、減速、衝突時の状況をシート姿勢の傾きによって体感ができるシート支持装置が提案されている。

特許文献１の運転シミュレータでは、主に、加速、減速、衝突などがシミュレートできるが、しかし、タイヤの軋み、道路の凹凸からタイヤが受ける衝撃、加減速や旋回時のＧ( 加速度) や遠心力、あるいはショックアブソーバーの作動の再現など実車の状況を正確に体感することが困難であった。

また、航空機の運転シミュレータとして、６本のシリンダー式アクチュエータを備えた運転シミュレータが存在するが、４輪自動車のタイヤの軋み、道路の凹凸からタイヤが受ける衝撃、加減速や旋回時のＧ( 加速度) や遠心力などを正確にシミュレートすることは不向きであり、また、装置が大型となり駆動に要する動力も大きいため、製造コスト、運転コストがともに増大する懸念がある。

特開平１１−２１９１０２号公報

本発明の目的は、簡単、かつコンパクトな構造で、タイヤの軋み、道路の凹凸からタイヤが受ける衝撃、加減速や旋回時のＧ（加速度）、遠心力を体感できる運転シミュレータのシート支持機構を提供することにある。

（請求項１について）
ベース台と、このベース台に前側部１点と後側部２点との３点で支持部材に支持された下側枠体と、この下側枠体に前側部１点と後側部２点との３点で支持部材に支持された上側枠体と、この上側枠体に固定されたシートとからなり、下側枠体を後側部２点でベース台に支持する支持部材は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータであるとともに、このシリンダー式アクチュエータは、下端がユニバーサルジョイント結合でベース台と連結され、上端がユニバーサルジョイント結合で下側枠体に連結され、下側枠体を前側部１点でベース台に支持する支持部材は、ユニバーサルジョイント結合でベース台に連結されている。

これにより、下側枠体の後側部２点をシリンダー式アクチュエータで吊り下げる構造となっている。
この簡単な構造で、タイヤの軋み、道路の凹凸からタイヤが受ける衝撃などを細かく再現できる。

上側枠体を後側部２点で下側枠体に支持する支持部材は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータであるとともに、このシリンダー式アクチュエータは、下端がユニバーサルジョイント結合で下側枠体に連結され、上端がユニバーサルジョイント結合で上側枠体に連結され、上側枠体を前側部１点で下側枠体に支持する支持部材は、ユニバーサルジョイント結合で連結されている。上側枠体を前側部１点で下側枠体に支持する支持体は、ユニバーサルジョイントである。

これにより、上側枠体の後側部２点をシリンダー式アクチュエータで吊り下げる構造、つまりフローティング構造となっている。この簡単な構造で、シートにかかる４輪自動車の加減速Ｇ、遠心力などを細かく再現できる。

（請求項２について）
ベース台に下側枠体を支持する前側部１点と後側部２点とは前側部１点を頂点とする二等辺三角形の頂点に位置し、下側枠体に上側枠体を支持する前側部１点と後側部２点とは、前側部１点を頂点とする二等辺三角形の頂点に位置する。
これにより、シリンダー式アクチュエータの制御が左右均等になり、制御装置による４輪自動車の運転シミュレートが容易になる。

（請求項３について）
シリンダー式アクチュエータは、電動式アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータである。これにより、電動式アクチュエータは、より細かく、高応答の挙動の再現が可能となる。
油気圧などを使用する流体アクチュエータに比較し、配管なども不要であってコンパクトにできる。

（請求項４について）
ベース台と下側枠体との間、および下側枠体と上側枠体の間を、それぞれ両端がユニバーサルジョイント結合されたねじり棒で連結している。
これにより、ねじり棒はコネクティングロッドおよびトーションバーの機能を具備するので、弾性エネルギを吸収することで、ユニバーサルジョイントで支持することの不安定性を解消する。

運転シミュレータの運転操作の態様を示す後方斜視図である。本発明のシート支持機構のフレーム構成を簡単に示す模式図である。本発明のシート支持機構の正面図である。本発明のシート支持機構の平面図である。本発明のシート支持機構の背面図である。

本発明の４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構は、ベース台に前側部１点と後側部２点との３点で支持体に支持された下側枠体と、この下側枠体に前側部１点と後側部２点との３点で支持体に支持され上側枠体と、この上側枠体に固定されたシートとからなる。

下側枠体を後側部２点でベース台に支持する支持体は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータである。各シリンダー式アクチュエータは、下端がユニバーサルジョイントでベース台と連結されて、上端がユニバーサルジョイントで下側枠体に連結されている。下側枠体を前側部１点でベース台に支持する支持体は、ユニバーサルジョイントである。

上側枠体を後側部２点部で下側枠体に支持する支持体は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータである。各シリンダー式アクチュエータは、下端がユニバーサルジョイントで下側枠体に連結され、上端がユニバーサルジョイントで上側枠体に連結されている。上側枠体を前側部１点で下側枠体に支持する支持体は、ユニバーサルジョイントである。

シリンダー式アクチュエータは、電動式アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータである。
電動式アクチュエータは、制御装置によって駆動制御され、例えば、シートの振動や前後および側方（横）の傾斜並びに変位など自在にシミュレートできる。

ベース台と下側枠体、および下側枠体と上側枠体との間を、それぞれ両端がジョイント結合されたねじり棒で連結している。
上側枠体および下側枠体がいずれも３点のユニバーサルジョイント結合で連結されているため自由度はあるものの不安定となる懸念がある。
ねじり棒は、ベース台に対する下側枠体の支持、および下側枠体に対する上側枠体の支持を、ねじり弾性エネルギを吸収する機能を具備してシート支持装置を安定化させる。
以下、発明を実施するための形態を、図１〜図５に示す実施例について説明する。

図１は、本発明のシート支持機構１０を備えた４輪自動車の運転シミュレータの概要を示し、図２は、本発明のシート支持機構１０のフレーム構成を簡単に示す模式図である。
図３〜図５はシート支持機構１０の三面図をそれぞれ示す。

シート支持機構１０は、床Ｆに設置されたベース台１、ベース台１に３点支持された下側枠体２、下側枠体２に３点支持された上側枠体３、および上側枠体３に固定されたシート４を備える。Ａは運転シミュレータの制御装置、Ｂは運転状況の表示装置、Ｃは音響装置を示す。

ベース台１は、縦に長い矩形の台板１１と、矩形の台板１１の外周から下方に延長した矩形枠体１２からなる。ベース台１の四隅には、三角形板状のコーナー部材１３が溶着され、後側のコーナー部材１３から連結片１７が上方に延設されている。

下側枠体２は、ベース台１の略半分の幅と、ベース台１と略同等の長さを有する縦長の矩形状を呈し、ベース台１の上方に略水平に配置されている。下側枠体２は、ボトム部２１と、ボトム部２１の後端から上方に延長された背枠部２２と、ボトム部２１の前端から斜め上方に延長された前枠部２３を有する。
前枠部２３の上端からは、後方に机枠部２４が水平的に延設され、机枠部２４の上にはハンドル機構２５が設置されている。
ボトム部２１の前端の中央部には、足置板２６が傾斜して付設され、足置板２６の側部にはブレーキペダル２７、およびアクセルペダル２８が設置されている。

上側枠体３は、湾曲した左右の側部材３１、３２と、側部材３１、３２の後端部を連結する水平連結棒３３および中間部を連結する中間連結棒を有する。
左右の側部材３１、３２の前部には、略矩形のシート設置枠部３５が構成されている。シート設置枠部３５には、シート４が設置、固定される。
シート４は種々のものが取替え可能なようになっている。

ベース台１と下側枠体２との連結は、後側２点と、前側１点の３点支持となっており、前側１点を頂点とする仮想の投影面上では二等辺三角形の配置となっている。後側２点の支持機構は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータ５、５を介して支持されており、シリンダー式アクチュエータ５、５の作動に伴う変位並びに作用力を伝達する。
一方、前側１点の支持機構は、ユニバーサルジョイント６であり、回転力や変位を伝える必要があるが、搖動などの屈曲が生じても、その角度変化を吸収するための構造である。

また、ベース台１の矩形枠体１２の前側に連結片１８が上方に延設され、連結片１８には、ねじり棒１６の一端がジョイント結合され、ねじり棒１６の他端が下側枠体２の先端中央部２９にジョイント結合されている。
ねじり棒１６は、下側枠体２との支持が全てユニバーサルジョイント結合でなされることによる継手の不安定さをねじり弾性エネルギを吸収する機能を具備して支持装置を安定化させる作用を呈する。

シリンダー式アクチュエータ５、５は、一端が、各コーナー板１３の連結片１７にユニバーサルジョイント５２、５２を介してジョイント結合されている。シリンダー５、５の他端は、ユニバーサルジョイント５４、５４を介して背枠部２２の上端部の左右両側部にジョイント結合されている。

ユニバーサルジョイント５４、５４は、背枠部２２の上端部の背面に固定したピン５５、５５を固定する。
ピン５５、５５の先端部を、円弧板状の連結部材５６で連結固定、ピン５５、５５の中間部に球部５７、５７を設ける。
シリンダー式アクチュエータ５、５に収容されたピストン５８、５８の上端部に球部５７、５７と回動自在な連結部５９、５９を設ける。

下側枠体２と上側枠体３との連結は、後側部２点と、前側部１点の３点支持となっており、前側部１点を頂点とする仮想の投影面上では二等辺三角形の配置となっている。後側部２点の支持機構は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータ７、７となっており、前側部１点の支持機構は、ユニバーサルジョイント８である。

また、下側枠体２の中間部３０と、上側枠体３の先端中央部３７とは、両端がジョイント結合されたねじり棒３６でリンクされている。
上側枠体３と下側枠体２とは全てユニバーサルジョイントで３点支持されている。このため、下側枠体２に対する上側枠体３の位置が不安定になり易く、ねじり棒３６は、下側枠体２に対する上側枠体３の位置を安定化する作用を有する。

シリンダー式アクチュエータ７の下端は、背枠部２２の下部に水平的に設置された横棒７２にユニバーサルジョイント７３、７３を介してジョイント結合されている。
シリンダー式アクチュエータ７、７の上端は、ユニバーサルジョイント７５、７５を介して上側枠体３の左右の側部材３１、３２の上端部に設置された水平連結棒３３にジョイント結合されている。
これらのユニバーサルジョイント７３、７５の構造は、ユニバーサルジョイント５２、５４と同一構造である。

アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータ５、７は、同一構造を有する。シリンダーＳと、シリンダーＳに下部が収容されたピストンＰを有し、シリンダーＳに電動式のアクチュエータが収容されている。シリンダー式アクチュエータ５、７は、運転シミュレータの制御装置Ａにより制御される。

上述したように、本構成の特徴は、シート４が搭載、固定される上側枠体３が、略二等辺三角形を形成する３点で支持され、頂点に当たる１点は回動可能支持で、残る２点は２軸のアクチュエータ７、７を介しての回動可能支持であり、フローティング形態を構成している。

また、上側枠体３をフローティング支持する下側枠体２が、同様に、略二等辺三角形を形成する３点で支持され、頂点に当たる１点は回動可能支持で、残る２点は２軸のアクチュエータ５，５を介しての回動可能支持であり、ベース台１に対してフローティング形態を構成している。
つまり、２軸モーションが実現可能なフレームが２段吊り下げられた形態のフローティング４軸モーション型を採用している。

これにより、シート４に連動したシリンダー式アクチュエータ７，７の２軸でドライブポジションを損なわず、例えば、レーシングカーまでの挙動を忠実に再現でき、下側枠体２のシリンダー式アクチュエータ５、５の２軸でタイヤのグリップ感をきめ細やかに感じるようなことが可能となる。
よって、この４軸のシリンダー式アクチュエータ５，７により、本発明の目的（課題）であった４輪自動車の運転時の種々の状況、例えば、タイヤの軋み、道路の凹凸からタイヤが受ける衝撃、加減速や旋回時のＧ（加速度）、遠心力を再現でき、運転者が体感することできる。
また、制御装置Ａの制御条件を変えることで今までにない運転フィーリングをシミュレートすることも加能となる。

本発明のシート支持装置は、２本の電動式駆動装置を内蔵したシリンダー式アクチュエータで、下側枠体２を後側部２点で吊り下げて支持し、２本の電動式駆動装置を内蔵したシリンダー式アクチュエータで、さらに、上側枠体２を後側部２点で吊り下げて支持するという構成で４輪自動車の運転状況を再現している。
このため、簡単、かつコンパクトな構造で、４輪自動車の広範囲な運転シミュレートが可能になる。

１ベース台
２下側枠体
３上側枠体
４シート
５、７シリンダー式アクチュエータ
６、８ユニバーサルジョイント
１０シート支持機構
１６、３６ねじり棒

Claims

ベース台（１）と、このベース台に前側部１点と後側部２点との３点で支持部材に支持された下側枠体（２）と、この下側枠体に前側部１点と後側部２点との３点で支持部材に支持された上側枠体（３）と、この上側枠体に固定されたシート（４）とからなり、
前記下側枠体を後側部２点でベース台に支持する支持部材は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータ（５）であるとともに、このシリンダー式アクチュエータは、下端がユニバーサルジョイント結合で前記ベース台と連結され、上端がユニバーサルジョイント結合で前記下側枠体に連結され、前記下側枠体を前側部１点でベース台に支持する支持部材（６）は、ユニバーサルジョイント結合で、ベース台に連結され、
前記上側枠体を後側部２点で下側枠体に支持する支持部材は、アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータ（７）であるとともに、このシリンダー式アクチュエータは、下端がユニバーサルジョイント結合で前記下側枠体に連結され、上端がユニバーサルジョイント結合で前記上側枠体に連結され、前記上側枠体を前側部１点で前記下側枠体に支持する支持部材（８）は、ユニバーサルジョイント結合で連結されることを特徴とする４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構。
請求項１に記載の４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構において、
前記ベース台に前記下側枠体を支持する前側部１点と後側部２点とは前側部１点を頂点とする二等辺三角形の頂点に位置し、前記下側枠体に前記上側枠体を支持する前側部１点と後側部２点とは、前側部１点を頂点とする二等辺三角形の頂点に位置することを特徴とする４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構。
請求項１または２に記載の４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構において、
前記シリンダー式アクチュエータは、電動式アクチュエータを内蔵したシリンダー式アクチュエータであることを特徴とする４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構。
請求項１ないし３のいずれか１に記載の４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構において、
前記ベース台と前記下側枠体との間、および前記下側枠体と前記上側枠体の間を、それぞれ両端がユニバーサルジョイント結合されたねじり棒（１６、３６）で連結したことを特徴とする４輪自動車の運転シミュレータのシート支持機構。