JPH03136086A

JPH03136086A - ドライビングシミユレータ

Info

Publication number: JPH03136086A
Application number: JP27384189A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Suetomi; 末富　隆雅; Hide Kishiatsu; 岸篤　秀; Hiroshi Inoue; 寛井上
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-10
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866118B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、運転者が例えば自動車等を運転するときの体
感をシミュレートするためのドライビングシミュレータ
に関し、特に、シミュレーション精度の改良と、装置の
小型化に関する。

（従来の技術）従来のシミュレーション制御、例えば自動車分野におけ
るそれでは、横加速度を模擬するために次のような方法
を用いている。

■：走行中の道路の曲率半径Ｒを求める。

■：車速Ｖを求める。

■：この時の乗員に働く遠心力、即ち、Ｖ”　／Ｒを計
算する。

■：この遠心力を、乗員の載っているキャビンを角度φ
だけ傾けることにより、乗員に働く重力の横方向の分力
として疑似的に作用させる。このｒ、管φは、Ｇを重力
加速度とすれば、一方、前後方向の制御については、車
両の前後方向の加速度を計算し、シミュレータ・キャビ
ンを前後方向に傾ける方法を取っている。

また、実際にシミュレータキャビンを駆動する機構とし
ては、例えば特開昭６１−１９４４６５により、６自由
度リンク方式の油圧駆動型の運動模擬装置が提案されて
いる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、前後、横方向の過渡的運動に対しては、高周
波での精度の高い運動特性が要求される。このため、従
来の６自由度リンク方式油圧駆動型の運動模擬装置では
、ハードの性能限界から高周波域の加速度運動は再現で
きず、精度よ（模擬できないという問題点があった。こ
れは、従来では、道路上を走行することを前提に考えて
いるために、高い振動数の横方向の運転をシミュレート
する必要はないという事情から由来するものと考えられ
る。従って、従来の技術では、道路上がらそれた場合の
ような緊急状態の運動を模擬することは困難であった。

また、シミュレータで直線運動を模擬する場合は、運転
席（キャビン）全体を平行移動するわけであるが、シミ
ュレーション精度を上げるためには、最低限２方向（キ
ャビンの前後方向と横方向）でキャビンを移動させる必
要がある。ところが、低周波の直線運動をシミュレート
するためには、かなり長い（例えば、数ｍにも及ぶ）直
線運動を行なう必要があるために、２次元でこれを行な
えば、シミュレータ全体の規模が莫大なものとなる。即
ち、シミュレーション精度の向上と規模の小型化とは相
反するものであった。

また、上述したように、低周波域の直線運動をシミュレ
ートするための数ｍにも及ぶ直線路も小型化の障害にな
っていた。

そこで、本発明は高周波域でのシミュレーション精度を
向上したドライビングシミュレータを提案することを目
的とする。

本発明の他の目的は、キャビンの前後方向の駆動を不要
とすることにより、装置の小型化を実現したドライビン
グシミュレータを提案することを目的とする。

本発明のさらに他の目的は、キャビンの直線運動の移動
量を短くすることにより、装置の小型化を実現したドラ
イビングシミュレータを提案することを目的とする。

（課題を達成するための手段及び作用）上記課題を達成
するための本発明の構成は、運転者が乗り込むキャビン
部と、このキャビン部を、少なくともロール方向につい
て回転させるロール方向駆動部と、キャビン部を横方向
に並動させる横方向駆動部と、運転者の運転操作情報に
基づいて、キャビン部の、少なくともロール方向の回転
加速度と横方向移動加速度とを演算する演算手段と、前
記演算手段で得られたロール方向加速度と、前記演算手
段で得られた横方向加速度の低周波成分とに基づいてロ
ール方向駆動部を駆動すると共に、前記演算手段で得ら
れた横方向加速度の高周波成分に基づいて横方向駆動部
を駆動するように制御する制御手段とを具備することを
特徴とする。

高周波追随の困難なロール方向の駆動部には、横方向の
運動の低周波成分のみが送られ、その高周波部分は追随
の楽な横方向駆動部に送られる。

そのために、高周波域でのシミュレーションの精度を上
げることができる。

本発明の他の構成は、運転者が乗り込むキャビン部と、
このキャビン部を、少なくともピッチ方向について回転
させるピッチ方向駆動部と、キャビン部を横方向に並動
させる横方向駆動部と、運転者の運転操作情報に基づい
て、キャビン部の、少なくともピッチ方向の回転加速度
と前後方向の移動加速度とを演算する演算手段と、前記
演算手段で得られたピッチ方向加速度と６、前記演算手
段で得られた前後方向加速度の低周波成分とに基づいて
ピッチ方向駆動部を駆動すると共に、前記演算手段で得
られた前後方向加速度の高周波成分に基づいて横方向駆
動部を駆動するように制御する制御手段とを具備する。

即ち、前後方向加速度は横方向の運動とピッチ方向の運
動に変換されるために、キャビンの前後方向の駆動が不
要になる。

本発明の他の構成は、運転者が乗り込むキャビン部と、
このキャビン部を、少なくとも横方向に移動させる横方
向駆動部と、キャビン部を横方向に並動させる横方向駆
動部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キャビン部
の、少なくとも横方向の移動加速度と前後方向の移動加
速度とを演算する演算手段と、前記演算手段で得られた
、前後方向加速度の高周波成分と横方向加速度の高周波
成分とに基づいて横方向駆動部を駆動するように制御す
る制御手段とを具備する。

人間の骨格構造情報、前後方向の高周波運動は横方向の
振動として感じ取られるので、この前後方向の高周波運
動を横方向の振動に変換することにより、キャビンの前
後方向の駆動が不要になる。

本発明の更に他の構成は、運転者が乗り込むキャビン部
と、このキャビン部を、少なくとも直線的に移動する運
動を起こさせる直線方向駆動部と、キャビン部を、前記
直線方向と直交する方向の軸回りに回転運動を行なわせ
る回転駆動部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キ
ャビン部の、前記直線方向の移動の加速度と、前記直線
方向と直交する方向の軸回りの回転加速度とを演算する
演算手段と、前記演算手段で得られた直線方向の移動の
加速度の低周波成分と、前記演算手段で得られた回転加
速度とに基づいて前記回転駆動部を駆動するように制御
する制御手段とを具備する。

即ち、キャビンの直線方向の移動（例えば、横方向、ま
たは前後方向）の低周波成分は、回転（例えば、ロール
方向、ピッチ方向）運動に変換されるので、その直線方
向の移動量は低減される。

（実施例）以下添付図面を参照しつつ、自動車用のドライビングシ
ミュレータであって、ロール、ピッチ。

ヨー、横並動の４自由度の運動を運転席に加えることに
より、ロール、ピッチ、ヨー、横並動、前後運動の５自
由度の運動を運転者に体感させるドライビングシミュレ
ータに適用した実施例を説明する。この実施例によれば
、過渡的な高周波域での運動特性を高精度に模擬するこ
とができると共に、前後方向の直線運動を不要とするこ
とが可能であり、そして横方向の移動距離を短くするこ
とが可能となる。

第２図は実施例に係るドライビングシミュレータ装置シ
ステムの全体図である。装置の本体は、レール９上に乗
った台座１２上に設けられている。台座１２には補助輪
が設けられており、台座１２を支持すると共に、台座１
２自体を移動自在のもとしている。また、このレール９
上には、二次側のりニアモータ１８が敷かれている。台
座１２は、−次側リニアモータ１７が、二次側のりニア
モータ１８から受ける駆動力により、「横方向」に直線
運動を行なう。リニアモータは、回転運動支持台全体を
、磁気面の磁気密度を制御して横方向に並動させること
ができる。

第３図はキャビン４の運動を説明する図である。第２図
と第３図とを併せて見ることにより、キャビン４の運動
が理解される。

運転者１３はキャビン４内に着座し、プロジェクタ６か
らスクリーン５上に投射される映像を見ながら運転動作
をシミュレートする。キャビン４は、その周囲の略全体
を前後方向に覆うフレーム２０により所定の支点で支持
されており、モータ７によりこの支点の回りに、ロール
方向に回動する。フレーム２０は、このフレーム２ｏに
直交するフレーム２１により固定されている。フレーム
２１は、Ｙ軸支持台２により所定の２つの支点において
支持されている。第３図に示すように、フレーム２１は
、モータ８（第２図）によりこの支点の回りに、即ち、
ピッチ方向に回動する。Ｙ軸支持台２は、モータ１１に
より、水平面に垂直な軸の回りに、即ち、ヨ一方向に回
動する。

カくシて、第３図に模式的に示すように、キャビン４は
、モータ７によりロール方向に、モータ８によりピッチ
方向に、モータ１１によりヨ一方向に、夫々回転運動さ
せられ、また、リニアモータ１７，１８により横方向に
直線運動をさせられる。即ち、本実施例のドライビング
シミュレータは、ロール方向、ピッチ方向、ヨ一方向、
横方向という４自由度の運動が実現できる。キャビン４
に与えられるこの４自由度の運動により、運転者がロー
ル方向、ピッチ方向、ヨ一方向、横方向に加えて前後方
向の運動を疑似的に体感できる原理は以下の説明で明ら
かとなる。

第４図は、実施例のシミュレーションシステムの制御系
の構成を示すブロック図である。図中、コンピュータ１
００は、運転者が操作するステアリング、ブレーキ、ア
クセル等の操作量に基づいて、キャビン４に加えるべき
、ロール方向、ピッチ方向、ヨ一方向、横方向、前後方
向の加速度を演算して、これらを変換装置１０１に出力
するデータ処理装置である。例えば、ロール方向加速度
は、現在車両が走行している道路の１曲率から前述した
手法により計算する。

また、コンピュータ１００は、車両の現在の仮想位置に
関する情報とその車両が向がっている方向とを画像処理
装置１０２に与える。画像処理装置１０２はこれらのデ
ータを元に三次元の画像処理を行なって二次元像を生成
し、プロジェクタ６に送る。

変換装置１０１は、５方向（ロール方向、ピッチ方向、
ヨ一方向、横方向、前後方向）の運動を、４方向（ロー
ル方向、ピッチ方向、ヨ一方向、横方向）の運動でも疑
似的に体感できるように変換するものであり、その詳細
は第１図に示される。

第１図によりこの変換装置について説明する。

この変換装置は主に５つのフィルタと３つの加算器から
なる。尚、これらのフィルタ及び加算器はアナログ式で
もデジタル式でも可能である。

ヨ一方向の運動について説明する。ヨ一方向の運動は過
渡的な高周波域の特性のみが模擬される。具体的には模
擬に必要な計算上の駆動部へのヨ一方向の信号に対し、
第５Ａ図のような高周波特性を持つ過渡運動域にウェイ
トをかけた周波数特性のバイパス・フィルタ２００を、
通過させた信号をヨ一方向の駆動信号として、駆動部１
１に入力する。

ロール方向の運動は、実際のロール方向の運動とカーブ
を曲る時に生じるような定常的な低周波域の横加速度を
生じる運動を模擬するために用いる。定常的な横加速度
はキャビンを傾けて重力を乗員の横方向に力学的に分解
させることで生みだすことができる。具体的には、模擬
に必要な計算上の駆動部へのロール方向の入力信号（ロ
ール角加速度）と、横方向加速度の信号に対して第５Ｂ
図のような低周波特性を持つ定常運動域にウェイトをか
けるローパス・フィルタ２０２を通過させた信号とを、
加算器２０１で加算して、ロール方向の駆動信号とし駆
動部７に入力する。横方向加速度の低周波成分を、ロー
ル角度変化に変換することにより、横方向の変位量が相
対的に減少する。即ち、装置全体の横方向の長さが短い
もので済むようになるという長所が生まれる。

さて、横方向の運動は、実際の横方向の高周波域の過渡
的運動と高周波特性を持った過渡的な前後方向加速度と
が人体に加わることにより２次的に生じる横方向運動を
模擬するために用いる。具体的には模擬に必要な計算上
の横加速度入力に対し、第５Ｃ図のような高周波特性を
持つ過渡的運動域にウェイトをかけたバイパス・フィル
タ２０３を通過させた信号を加算器２０５に人力する。

また、コンピュータ１００からの計算上の前後方向加速
度入力を、第５Ｄ図のような高周波域の過渡的運動成分
を取りだす周波数特性を有するバイパス・フィルタ２０
４を通過させて得た信号を加算器２０５の他方の端子に
入力する。加算器２０５は、これら２つの入力を混合し
て横加速度の駆動信号として駆動部１１に入力する。

第１図をみても分るように、加算器２０５に入力される
信号は、２つ共高周波信号である。換言すれば、本実施
例では、かかる高周波信号をロール角駆動部７及びピッ
チ角駆動部８に入力していない。これは、高周波の運動
を回転運動により模擬することは困難であり、それより
も、高周波域の過渡的運動特性の優れたりニアモータを
用いて、横並動させることにより模擬するようにしてい
るのである。また、低周波域の定常的な横加速度はシミ
ュレータキャビンのロール方向の傾斜状態維持により模
擬する。

本実施例では、これにより低周波域から高周波域に渡り
横方向の運動をなめらかに模擬することができるという
効果を得ている。

前後方向の加速度の模擬について説明する。前後方向の
加速度は、人間の腰椎に加わると、回転運動として感じ
取られる。そこで、本実施例では、この回転運動を横方
向加速度に変換している。ところで、この加算器２０５
は前後方向の体感を振動感覚で模擬することを目的とす
るために、最適な体感となるよう前後方向加速度との混
合比を運転者により変えることができる。調合調整器と
している。調合比率は個人により異なるため一意的に定
めることはできないので、ヒトにより最適な値となるよ
う調整可能なものとする。

更に詳しく説明する。人間工学的に、着座姿勢の人体に
前後方向の加速度を加えた場合、腰椎を軸に姿勢保持を
図ろうとする。このため、人体の姿勢維持の力と外的な
力とが作用し、前後左右方向の運動を誘引する。こうし
た前後方向を中心とした「振られる」運動を前庭型管が
検出し、その結果、ヒトは前後方向の加速度を働いたと
認識する。このことは、ヒトの前後方向の加速度に対す
る感覚の精度は横方向はど優れておらず、多少の前後方
向の加速度に対し横方向の並動を付加するとで、実際の
前後方向の加速度よりは小さい加速度で体感上、同等の
感覚を模擬できることを意味する。また、車両運動の特
性において、横方向の加速度に比べ、前後方向の加速度
が小さいことより、運動模擬の上から考えても、横方向
はど高精度な運動は必要でない。そこで、上述したよう
に、本実施例の前後方向の模擬は、この人体上の感覚特
性を活用し、低周波の定常的な前後方向加速度はピッチ
方向の運動で模擬し、この運動と連動させ、横並動方向
の運動を付加する。これにより人体を前後を主に左右に
振ることにより、前後方向の過渡的な高周波の加速度感
覚を模擬することができる。換言すれば、本実施例によ
れば、前後方向の運動は、装置として模擬する部分は不
要となるのである。

ピッチ方向の模擬について説明する。ピッチ方向の運動
は実際のピッチ方向の運動と前後方向の低周波域の特性
を持つ定常的な前後加速度を模擬するために用いる。こ
の定常的加速度は、キャビン４を前方、または後方に傾
けることにより重力を乗員の前後方向に分解することで
生みだすことができる。

具体的には、模擬に必要なコンピュータ１００からのピ
ッチ方向の加速度信号を加算器２０７の一方の入力に入
力し、前後方向の加速度信号を第５Ｅ図のような低周波
特性を持ち、定常運動域にウェイトをかけたローパス・
フィルタ２０６に通して加算器２０７に入力する。加算
器２０７では、これらの２つの入力を加算してピッチ方
向の駆動信号として駆動部８に入力する。

以上説明した実施例の装置によれば、これまで実現でき
なかった過渡的な高周波域での運動を上記の運動模擬機
構と高周波域と低周波域に分けた制御則を適用すること
により、より現実の車両走行に近い状態で模擬すること
ができる。

具体的には、 ■：横方向加速度の高周波成分（前後方向の運動の高周
波成分も）は過渡的運動特性の優れたりニアモータによ
る横運動としてシミュレーションされるので、シミュレ
ーション精度は高いものとなる。

■：横方向加速度の低周波の変動成分はロール角の変動
に変換されるので、横方向の運動のストロークは短いも
のとなり、大きなりニアモータは不要となる。横方向加
速度の低周波の変動成分をロール角の変動に変換しても
、低周波数に十分に追従できる。

■：人間工学を考慮して、前後方向の運動の高周波成分
が巧みに横方向の運動に変換される。即ち、前後方向の
高周波運動は、人間には横方向の振動として感じられる
と共に、その感覚精度は高くない。従って、前後方向の
運動を横方向の振動に変換しても、精度を落すことな（
、適正に体感させることができる。換言すれば、前後方
向の駆動部分が不要となる。

■：前後方向加速度の低周波の変動成分はピッチ角の変
動に変換されるので、前後方向の高周波運動のストロー
クは短いものとなり、大きなりニアモータは不要となる
。また、前後方向加速度の低周波の変動成分をピッチ角
の変動に変換しても、低周波数に十分に追従できる。

本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能で
ある。

例えば、前述の実施例では、ロール駆動部等は電動モー
タを使用していたが、油圧駆動を利用してもよい。また
、前記実施例は５自由度を４自由度で実現するものであ
ったが、上下方向の直線運動を加えて、６自由度の運動
を５自由度で実現してもよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明のドライビングシミュレータ
は、運転者が乗り込むキャビン部と、このキャビン部を
、少なくともロール方向について回転させるロール方向
駆動部と、キャビン部を横方向に並動させる横方向駆動
部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キャビン部の
、少なくともロール方向の回転加速度と横方向移動加速
度とを演算する演算手段と、前記演算手段で得られたロ
ール方向加速度と、前記演算手段で得られた横方向加速
度の低周波成分とに基づいてロール方向駆動部を駆動す
ると共に、前記演算手段で得られた横方向加速度の高周
波成分に基づいて横方向駆動部を駆動するように制御す
る制御手段とを具備することを特徴とする。

そのため、高周波追随の困難なロール方向の駆動部には
、横方向の運動の低周波成分のみが送られ、その高周波
部分は追随の楽な横方向駆動部に送られる。そのために
、高周波域でのシミュレーションの精度を上げることが
できる。

本発明の他の構成は、運転者が乗り込むキャビン部と、
このキャビン部を、少なくともピッチ方向について回転
させるピッチ方向駆動部と、キャビン部を横方向に並動
させる横方向駆動部と、運転者の運転操作情報に基づい
て、キャビン部の、少なくともピッチ方向の回転加速度
と前後方向の移動加速度とを演算する演算手段と、前記
演算手段で得られたピッチ方向加速度と、前記演算手段
で得られた前後方向加速度の低周波成分とに基づいてピ
ッチ方向駆動部を駆動すると共に、前記演算手段で得ら
れた前後方向加速度の高周波成分に基づいて横方向駆動
部を駆動するように制御する制御手段とを具備するよう
になっている。

本発明の更に他の構成は、運転者が乗り込むキャビン部
と、このキャビン部を、少なくとも直線的に移動する運
動を起こさせる直線方向駆動部と、キャビン部を、前記
直線方向と直交する方向の軸回りに回転運動を行なわせ
る回転駆動部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キ
ャビン部の、前記直線方向の移動の加速度と、前記直線
方向と直交する方向の軸回りの回転加速度とを演算する
演算手段と、前記演算手段で得られた直線方向の移動の
加速度の低周波成分と、前記演算手段で得られた回転加
速度とに基づいて前記回転駆動部を駆動するように制御
する制御手段とを具備するようになっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した実施例における５自由度の運
動が４自由度の運動に変換される変換部１０１の構成を
示した図。第２図は本実施例の全体斜視図、第３図は第２図実施例におけるキャビンの運動を説明す
る図、第４図は実施例装置の制御系のブロック図、第５Ａ図乃
至第５Ｅ図は第１図実施例の変換装置に用いられる各種
フィルタの特性を表わす図である。図中、２・・・Ｙ軸支持台、４・・・キャビン、５・・・スク
リーン、６・・・プロジェクタ、７・・・ロール方向駆
動モー夕、８・・・ピッチ方向駆動モータ、９・・・レ
ール、１１・・・ヨ一方向駆動モータ、１２・・・台座
、１３・・・運転者、１７・・・−次側リニアモータ、
１８・・・二次側リニアモータ、２０，２１．２２・・
・フレーム、１００・・・コンピュータ、ｌｏｔ・・・
変換部、１０２・・・画像処理装置、２００，２０２，
２０３，２０４．２０６・・・フィルタ、２０１，２０
５，２０７・・・加算器である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）運転者が乗り込むキャビン部と、このキャビン部を、少なくともロール方向について回転
させるロール方向駆動部と、キャビン部を横方向に並動させる横方向駆動部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キャビン部の、少な
くともロール方向の回転加速度と横方向移動加速度とを
演算する演算手段と、前記演算手段で得られたロール方向加速度と、前記演算
手段で得られた横方向加速度の低周波成分とに基づいて
ロール方向駆動部を駆動すると共に、前記演算手段で得
られた横方向加速度の高周波成分に基づいて横方向駆動
部を駆動するように制御する制御手段；とを具備することにより、高周波域でのシミュレーショ
ンの精度を上げたことを特徴とするドライビングシミュ
レータ。
（２）運転者が乗り込むキャビン部と、このキャビン部を、少なくともピッチ方向について回転
させるピッチ方向駆動部と、キャビン部を横方向に並動させる横方向駆動部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キャビン部の、少な
くともピッチ方向の回転加速度と前後方向の移動加速度
とを演算する演算手段と、前記演算手段で得られたピッチ方向加速度と、前記演算
手段で得られた前後方向加速度の低周波成分とに基づい
てピッチ方向駆動部を駆動すると共に、前記演算手段で
得られた前後方向加速度の高周波成分に基づいて横方向
駆動部を駆動するように制御する制御手段；とを具備す
ることにより、キャビンの前後方向の駆動を不要にした
ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
（３）運転者が乗り込むキャビン部と、このキャビン部を、少なくとも横方向に移動させる横方
向駆動部と、キャビン部を横方向に並動させる横方向駆動部と、運転者の運転操作情報に基づいて、キャビン部の、少な
くとも横方向の移動加速度と前後方向の移動加速度とを
演算する演算手段と、前記演算手段で得られた、前後方向加速度の高周波成分
と横方向加速度の高周波成分とに基づいて横方向駆動部
を駆動するように制御する制御手段；とを具備することにより、キャビンの前後方向の駆動を
不要にしたことを特徴とするドライビングシミュレータ
。
（４）運転者が乗り込むキャビン部と、このキャビン部を、少なくとも直線的に移動する運動を
起こさせる直線方向駆動部と、キャビン部を、前記直線方向と直交する方向の軸回りに
回転運動を行なわせる回転駆動部と、運転者の運転操作
情報に基づいて、キャビン部の、前記直線方向の移動の
加速度と、前記直線方向と直交する方向の軸回りの回転
加速度とを演算する演算手段と、前記演算手段で得られた直線方向の移動の加速度の低周
波成分と、前記演算手段で得られた回転加速度とに基づ
いて前記回転駆動部を駆動するように制御する制御手段
；とを具備することにより、前記キャビンの前記直線方向
の移動量を低減したことを特徴とするドライビングシミ
ュレータ。