JPH04281491A - ライディングシミュレータ制御装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人が搭乗可能な模型二
輪車を用いて実際の走行状態を再現するライディングシ
ミュレータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、模型二輪車とコンピュータグラフ
ィックを映し出すＣＲＴディスプレイとを組合わせ、ハ
ンドルやアクセル操作に合わせてディスプレイ画面を変
化させると共に、模型二輪車を横方向に傾動自在としラ
イディング感覚でゲームを楽しめるようにした遊戯用の
シミュレーション装置が特開昭６１−１５４６８９号公
報や実開昭６２−１６８８号公報で知られている。この
様な遊戯用のシミュレーション装置では、模型二輪車は
ロールしか出来ず、また該ロールは模型二輪車を支持し
ているばねに抗して乗員の体重移動により行われるため
実車走行時の挙動を再現することができず、遊戯用の域
を出ない。

【０００３】そこで、該模型二輪車を駆動装置にて支持
し、ロール・ヨー・ピッチ・上下動等の動きを再現でき
るように構成し、該模型二輪車の乗員が行なう操作に応
じて該模型二輪車の姿勢を制御し、実車走行時の挙動を
再現することにより二輪車の運転教育にも使用し得るよ
うにしたシミュレーション装置が特願平１−１６６９３
１号に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の模型
二輪車の姿勢を制御し二輪車の運転教育にも使用せんと
するものでは、乗員による操作に応答する模型二輪車の
姿勢を実車により近づける必要がある。ところで、実車
走行時の乗員による操作量と二輪車の挙動との関係は走
行速度により大きな影響を受けるが、この影響度合は走
行速度に対して線形ではなく、そのため該操作量を検知
するセンサからの検知信号の各々について、走行速度の
変化に応じた非線形な補正を行なわなければ、乗員に対
して違和感を与えることになる。

【０００５】そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、模
型二輪車の姿勢を実車走行時の挙動に近づけ、乗員に違
和感を与えることのないライディングシミュレータ制御
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、駆動装置にて可動自在に保持された模型二
輪車の姿勢を、該模型二輪車の乗員による操作に応じて
制御するライディングシミュレータ制御装置において、
上記乗員の行なう操作量を検知する操作量検知手段と、
上記乗員の操作により決定される走行速度に対応して変
化する補正値を記憶する記憶手段と、該記憶手段から現
時点の走行速度に応じた補正値を検索する検索手段と、
該検索される補正値により補正された上記操作量に応じ
て上記駆動装置を作動させる姿勢制御手段を有すること
を特徴とする。

【０００７】

【作用】操作量検知手段からの検知信号の各々について
、走行速度に応じて予め設定された非線形な補正値を記
憶しておき、現時点の走行速度に対応する補正値を検索
し、該検索された補正値にて上記検知信号を補正し、該
補正された検知信号を用いて駆動装置を作動させ模型二
輪車の姿勢を制御する。

【０００８】

【実施例】模型二輪車を可動自在に支持する駆動装置の
構成について、１図乃至４図を用いて説明する。

【０００９】１は基台であり、該基台１には横方向及び
上下方向の直交２方向の移動機能を持つ互に独立した前
後１対の可動装置６・６が搭載されており、これを詳述
するに、該各可動装置６は基台１上に横設したガイドレ
ール７ａ・７ａに横方向に摺動自在に支持されるスライ
ド台７と、該スライド台７に固定の上下方向に長手のガ
イドレール８ａ・８ａに昇降自在に摺動支持される昇降
枠８とで構成され、該スライド台７を基台１に搭載した
モータ９にギアボックス９ａを介して連結されるボール
ねじ９ｂの正逆転で左右動させ、又該昇降枠８をスライ
ド台７に搭載したモータ１０にギアボックス１０ａを介
して連結されるボールねじ１０ｂの正逆転で上下動させ
るようにし、該各可動装置６の動作端たる該昇降枠８に
上下動と更に該スライド台７の動きによる左右動とを与
えられるようにした。

【００１０】両可動装置６・６の昇降枠８・８間には支
持枠１１が架設されており、該支持枠１１に前後方向に
長手のロール軸１２を介して模型二輪車１３を横方向に
傾動自在に支持した。これを詳述するに、後側の可動装
置６の昇降枠８の上部に十字継手１４を介して支持枠１
１の後端を連結すると共に、前側の可動装置６の昇降枠
８の上部にボール継手１５を介して取付けたリニアガイ
ド１６に支持枠１１の前端部をその下面のガイドレール
１１ａにおいて前後方向に摺動自在に係合させて、各可
動装置６の昇降枠８の上下動や左右動に追従して支持枠
１１が上下方向や横方向に傾動され、模型二輪車１３に
ピッチ動作とヨー動作とが与えられるようにし、又該支
持枠１１の横方向中央部に上記ロール軸１２を縦設する
と共にその下側にモータ１７を搭載して、該モータ１７
により減速機１７ａとギア１７ｂとを介して該ロール軸
１２を回動するようにし、該ロール軸１２の中央部に固
設した受座１２ａに模型二輪車１３のフレーム１３ａを
取付け、該模型二輪車１３に該ロール軸１２の回動によ
るロール動作が与えられるようにした。

【００１１】該模型二輪車１３には乗員によって行われ
る各種操作量を検知するセンサ類として、アクセル開度
を検知するアクセルセンサ２１、クラッチレバー角を検
知するクラッチセンサ２２、ステアリング１３ｂにされ
る回動操作のトルクを検知するステアリングセンサ２３
、乗員の左右方向への体重移動量を検知するリーントル
クセンサ２４、その他フロントブレーキ圧センサ２５、
リヤブレーキ圧センサ２６が所定位置に配設されており
、更に各種ハンドルスイッチ２７やギヤポジションスイ
ッチ２８等の作動状態を検知するセンサも備えられてい
る。尚、図中１９は各可動装置６のスライド台７の夫々
の移動範囲を規制するショックアブソーバ型のストッパ
である。

【００１２】上記駆動装置の作動を制御する制御装置は
図５に示すごとくであり、上記各センサの内、アクセル
センサ２１等の操作量を検知するものはその操作量を電
圧変化として出力するが、耐ノイズ性を向上させるため
一旦信号変換器４１で出力信号を電流変化に変換し、コ
ンピュータからなるコントローラ４０に入力する直前に
信号変換器４２にて元の電圧変化に戻し、合わせて該電
圧変化に戻された出力信号をその平方根に変換するルー
ト変換を行ない、各センサのダイナミックレンジを小出
力部分の感度を劣化させることなく広げる。そして、該
ルート変換された出力信号はコントローラ４０に入力さ
れ、後述する演算処理の後、模型二輪車１３の前方に配
置された図示しないＣＲＴディスプレイのコンピュータ
グラフィックによる画像や、上記各モータ９・１０・１
７の作動による模型二輪車１３の姿勢を制御し、実車と
同様の挙動を再現することにより、乗員に対し実車走行
を疑似体験させ得るようにした。尚、上記ステアリング
１３ｂには該ステアリング１３ｂの回動を行うモータ１
３ｃが設けられており、該ステアリング１３ｂに対する
回動操作の反力を増減し得るようにした。

【００１３】次に、上記コントローラ４０内での演算に
ついて説明する。該コントローラ４０に入力された上記
出力信号はまず以下に示す数１によりスムージング処理
される。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、ｘは各センサからの信号を示し、
Ｘはスムージング処理がされた後の信号を示す。また、
Ｘ０　は前回のスムージング処理により得られたＸを示
し、ｎはスムージング係数を示す。該スムージング係数
ｎは、ｘに代入する信号の種類により各々設定されてお
り、例えば、ステアリングセンサ２３により検出される
ステアリングトルクτｓ　をスムージンク処理する場合
であればｎ＝３０としステアリングトルクＴｓ　を求め
、以下同様に、リーントルクセンサ２４にて検知される
リーントルクτＬ　はｎ＝５０としリーントルクＴＬ　
を求め、アクセルセンサ２１からの信号等により求めら
れる加速度αであればｎ＝８０とし加速度Ａを求める。

【００１６】次に、モータ１０によるロール軸１２の回
動制御、すなわちロール制御について説明する。ロール
を発生させる場合に、ロール軸１２の角速度であるロー
ル成分φはステアリング操作によるロール成分φｓ　と
体重移動によるロール成分φＬ　とから成り、該ロール
成分φｓ　、ロール成分φＬ　、及びロール成分φは以
下の数２に示すごとく上記ステアリングトルクτｓ　と
リーントルクτＬ　との関数として表される。

【００１７】

【数２】

【００１８】尚、ステアリングトルクτｓ　及びリーン
トルクτＬ　がロール成分φに及ぼす影響は走行速度Ｖ
により大きく変化する。したがって、上記数２に示すご
とく、ステアリングトルクτｓ　及びリーントルクτＬ
　にゲインＫｓ　・ＫＬ　を乗算し補正し、更に、ロー
ル動作をよりスムーズに収束させるためすでに求められ
ているロール角Φの増加に伴いロール成分φを減少させ
るべくロール角Φをゲインｈにて補正したマイナス項を
設けた。そして、この様にして求められたロール成分φ
を積分することにより新たなロール角Φを求める。とこ
ろで上記各ゲインは走行速度Ｖにより変化するが、その
変化は非線形でありその都度演算により求めると処理時
間が長くなり、乗員の操作に対する模型二輪車１３の姿
勢制御の応答性が低下する。そこで、走行速度Ｖと各ゲ
インＫｓ　・ＫＬ　・ｈとの関係をマップとして上記コ
ントローラ４０内に記憶させ、必要に応じてテーブル検
索することにより演算処理時間を短縮するようにした。 ところで、上記マップは図６の（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ
）に示すものであり、予め外部コンピュータを用いて演
算により作成するが、マニュアルにて作成しても良く、
また両者を併用しても良い。尚、上記演算により求めた
ロール角Φは実車のロール角に相当するが、模型二輪車
１３に実車の挙動を忠実に再現することは駆動装置の可
動範囲の関係等もあり必ずしも妥当ではなく、モータ１
０を実際に制御するためには、更に演算処理を行う必要
がある。そこで、ロール軸１２の回動角度Ｒｍ　を上記
演算により求められるロール角Φを補正したΦｍ１と、
乗員操作により補正するための項であるΦｍ２との関数
として以下の数３に示すように規定した。

【００１９】

【数３】

【００２０】ここで、ΦＡ　は、図７の（ａ）に示すマ
ップからロール角Φに応じて求められる量であり、演算
により求められるロール角Φが大きくなるに伴いロール
軸１２の回動量を制限するためのものである。また、Ｃ
ｖ　は同図（ｂ）に示すマップにより求められるもので
あり、高速走行時にはロールし難くなる特性を再現する
ためのものである。尚、実車の場合には低速時にはロー
ル方向に不安定になるが本実施例の場合にはある程度走
行速度が上昇するまではロールを抑制することとし、該
ゲインＣｖ　で調整している。また、乗員の操作力の変
化に対する緩衝要素を付加し、模型二輪車１３を所望の
ロール角位置にスムーズに停止させるため、Φｍ２を上
記スムージング処理されたＴｓ　及びＴＬ　の関数とし
た。尚、ロール軸１２の旋回動に対する該Φｍ２の影響
を高速走行時に大とするため、ゲインＫｂｓ及びＫｂＬ
は上記図７の（ｃ）及び（ｄ）に示すマップから求める
ようにした。

【００２１】次に、ヨー制御について説明する。ヨー制
御の場合にはヨーが一定で変化しなくても、上記ＣＲＴ
ディスプレイの画像は変化し続けなければならないので
、該ＣＲＴディスプレイの画像を制御するための演算と
、模型二輪車１３の姿勢を制御するためのモータ９の制
御用の演算とに別けて演算する必要がある。そこで、ま
ずＣＲＴディスプレイの画像を制御するための演算につ
いて以下に示す。

【００２２】該画像制御用の演算では地面に対し固定さ
れた座標系に対する実際に走行した場合の実車の位置及
び進行方向を求めるものであり、ヨーが発生すると該実
車は旋回半径Ｒの円周上を走行速度Ｖで進行するものと
する。このとき旋回中心に対する角速度をヨーレイトψ
とすると、該ヨーレイトψは上記ロール角Φにより規定
されるヨーレイトｙ１１とステアリングトルクτｓ　に
より規定されるヨーレイトｙ１２との和で示され、以下
に示す数４の関係式が成立する。

【００２３】

【数４】

【００２４】ここでｇは重力加速度、また、Ｃｒｙ及び
Ｃｔｙは共にゲインであり、図８に示すマップ（ａ）及
び（ｂ）により求められ、ゲインＣｒｙは低速走行時に
ｙ１１の影響を無くすために、ゲインＣｔｙは高速走行
時にｙ１２の影響を無くすために設けられている。そし
て、該ヨーレイトψから、以下の数５により、上記固定
された座標系に対する実車の位置の座標Ｘ０　及びＹ０
　と同じく固定された座標系での進行角度Ψとを求め、
該演算結果に基づいて上記画像制御を行なう。

【００２５】

【数５】

【００２６】次に、モータ９の制御のための演算を以下
に示す。低速走行時における実車はタイヤの地面との接
地部を旋回中心としてロールするが、走行速度が増加す
るに伴い乗員は、タイヤがロール方向とは逆の方向に移
動してロール中心があたかも上昇したかのように体感す
る。そこで模型二輪車１３の乗員にも該体感を再現させ
るべく、上記ロール軸１２の回動時には前後のスライド
台７をロールとは逆の方向に同一距離Ｂ０　移動させ、
ロール軸１２を通る模型二輪車１３の縦軸が直進走行時
におけるロール軸１２の位置を原点とする垂直座標軸上
の所定高さｈｒｃの点を通過するようにし、かつ該所定
高さｈｒｃを走行速度により変更するようにした。また
、ヨー動させるためには前後のスライド台７を相互に反
対方向に各々Ｂ１　及びＢ２　移動させる必要があるの
で、実際に前後のスライド台７を移動させる距離Ｂｍ１
及びＢｍ２は以下の数６に示す式にて表される。

【００２７】

【数６】

【００２８】ここで、ＣΨｖ　はゲインであり、低速走
行時にヨー角Ψｍに対する上記ΦＡ　の影響を逆方向に
大とするものであり、図９の（ａ）に示すマップにより
求められ、また、上記所定高さｈｒｃは同図（ｂ）に示
すマップから求められ、高速走行時には体感されるロー
ル中心を上昇させる補正を行なう。尚、Ｙ１　及びＹ２
　は各々ヨー動中心から前後のスライド台７までの距離
であり、本実施例の場合はヨー動中心を固定するので該
Ｙ１　及びＹ２　は共に定数である。

【００２９】次に、モータ１０によるピッチ制御につい
て説明する。モータ１０の制御には前後の昇降枠８の上
下動を差動させピッチ角ＰＩＴを発生させる制御と、前
後の昇降枠８を同一方向に同一距離Ｚ作動させ模型二輪
車１３に上下動を再現させる制御とを行なう必要がある
。

【００３０】そこでまず、ピッチ角ＰＩＴを発生する制
御について説明すると、ピッチは前後方向に作用する加
速度αに起因するものであり、該加速度αは上記アクセ
ルセンサ２１とフロントブレーキ圧センサ２５、リヤブ
レーキ圧センサ２６、ギヤポジションスイッチ２８等か
らの信号等により求められる前後加速度Ｘ１　にゲイン
Ｓｃａを乗算することにより得られる。そして、ピッチ
角ＰＩＴは該加速度αをスムージング処理した加速度Ａ
の関数として表され、該ピッチ角ＰＩＴを発生させるた
めに後方の昇降台８を前方の昇降台８に対して距離Ｈｍ
０だけ差動させる。

【００３１】また、上記の画像制御する際に路面状態に
応じて予めプログラムされている上下移動距離Ｚ１　を
補正した上下動量Ｚ分だけ前後の昇降台を上下させる。 従って、前方の昇降台８の上下動量Ｈｍ１と後方の昇降
台８の上下動量Ｈｍ２とは以下の数７に示す関数となる
。

【００３２】

【数７】

【００３３】ここで、ゲインＳｃａは図１０の（ａ）に
示すマップにて求められ、所定速度まで増速しなければ
加速度αがピッチ制御に影響しないようにするためのも
のである。また、Ｃ０ｐｉｔ、Ｃ０ｚは共に車種の特性
により決定され、Ｈｗ　は前後の昇降台８の距離を示し
、共に定数である。

【００３４】次に、モータ１３ｃによるステアリング１
３ｂの回動角Ｓｍ　の制御について説明する。該回動角
Ｓｍ　は上記ステアリングトルクτｓをゲインＳｓ　に
て補正したものであり、以下の数８に示す関数となる。

【００３５】

【数８】

【００３６】尚、ゲインＳｓ　は図１０の（ｂ）に示す
マップにより求められるものであり、高速走行時にはス
テアリング１３ｂの回動操作に対する反力を増大させる
ためのものである。

【００３７】以上、本発明の実施例について説明したが
、上記各種パラメータ及びゲインの他に、タイヤの回転
による保舵力やコーナリング時の後輪の滑り等の影響を
加味することにより乗員に対してより実車感覚を与える
ことができ、本発明の範囲からこれらものを除外するも
のではない。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、模型二輪車の姿勢を制御する際に、乗員の操作量を
走行速度の変化に応じた補正値で補正された値に基づき
該模型二輪車の姿勢を制御するので模型二輪車の挙動を
実車の動きに近付けることができる。また、該補正値を
予め記憶されているマップから求めるので乗員の操作に
対する上記制御の応答性を損なうことがなく、該模型二
輪車の挙動をより実車の動きに近付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　　　　　本発明装置の１例の側面図

【図２
】　　　　　　図１の右側面図

【図３】　　　　　　模型二輪車を取外した状態の平面
図

【図４】　　　　　　支持枠部分の斜視図

【図５】　
　　　　　ゲインを求めるマップの１例を示す図

【図６
】　　　　　　ゲインを求めるマップの１例を示す図

【
図７】　　　　　　ゲインを求めるマップの１例を示す
図

【図８】　　　　　　ゲインを求めるマップの１例を
示す図

【図９】　　　　　　ゲインを求めるマップの１
例を示す図

【図１０】　　　　ゲインを求めるマップの
１例を示す図

【符号の説明】

１　　　　　　基台　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　６　　　　　　可動装置７　　　　　　ス
ライド台　　　　　　　　　　　　　　　　８　　　　
　　昇降枠（動作端） １１　　　　支持枠　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１２　　　　ロール軸１３　　　　模型二輪車
　　　　　　　　　　　　　　　　４０　　　　コント
ローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　駆動装置にて可動自在に保持された模
   型二輪車の姿勢を、該模型二輪車の乗員による操作に応
   じて制御するライディングシミュレータ制御装置におい
   て、上記乗員の行なう操作量を検知する操作量検知手段
   と、上記乗員の操作により決定される走行速度に対応し
   て変化する補正値を記憶する記憶手段と、該記憶手段か
   ら現時点の走行速度に応じた補正値を検索する検索手段
   と、該検索される補正値により補正された上記操作量に
   応じて上記駆動装置を作動させる姿勢制御手段を有する
   ことを特徴とするライディングシミュレータ制御装置。