JPS6036787B2 - サイクリングシミユレ−シヨン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、サイクリングシミュレーション装置に関し
、特に仮想コースを映し出した画面に自転車操作者の操
作アクションを反映させることによりトレーニング効果
の向上を図ったものである。

従来、仮想コースを描出する画像表示装置と負荷制御装
置を有する裾付型自転車とを組合せ、仮想コースが坂道
にさしかかると自転車操作者に対する負荷（踏み足に対
する抵抗）を増大させるようにしたサイクリングシミュ
レーション装置が提案されているが、これには、‘１）
画面から操作者に対して一方的に負荷制御がなされるの
みであって、操作者のアクションが画面に反映しないこ
と、（２｝画面に描出されるコース状況が一定であって
、飽きやすく、単調さを免れないことなどの問題があり
、トレーニング効果が低い欠点がある。

この発明の目的は、上記欠点をなくした新規でリアルな
サイクリングシミュレーション装置を提供することにあ
る。この発明によるサイクリングシミュレーション装置
は、操作者の操作アクションを画面に反映させると共に
、必要に応じて種々の静的又は動的障害物を画面に描出
させるようにしたことを特徴とするものであって、以下
、添付図面に示す実施例について詳述する。

第１図は、この発明の一実施例によるサイクリングシミ
ュレーション装置を示すもので、１０がサイクリングの
トレーニングをしたい人が乗る自転車模擬具であり、そ
れ以外の部分が障害物を含む仮想コースを画面に表示す
ると共に操作者のアクションを画面に反映し、進行状態
に応じて操作者の負荷を制御するための電気回路である
。

自転車模擬具１０‘こおいて、１１はフレーム、１２は
フレーム１１に軸回転自在に装着されたハンドル支持棒
、１３はハンドル支持榛１２の上方端に取付けられたハ
ンドル、１４はハンドル１３の把持部近傍に取付けられ
たブレーキ操作子、１５はフレーム１１に回転自在に取
付けられたペダル、１６はペダル１５に回転軸を結合し
た形でフレーム１１に取付けられたモーター発電機装置
などからなる負荷加減装置、１７はペダル１５で回転駆
動されるべくフレーム１１に取付けられたペダルギアで
あってペダル１５の逆転スリップ機構を含むもの、１８
はペダルギア１７から離間してフレーム１１の後方部に
取付けられた慣性車ギア、１９は慣性車ギア１８に回転
軸を結合した形でフレーム１１の後方部に取付けられた
慣性車、２０はペダルギア１７の動力を慣性車ギア１８
に伝達するためのチェィン、２１‘まブレーキ操作子１
４の操作に基づいて慣性車１９に制動力を与えるべく作
用するブレーキ部材、２２，２３は実際には設けられな
いが、説明の便宜のために示されたそれぞれ前輪及び後
輪である。なお、チェィン２０は、ペダルギア１７と慣
性車ギア１８とを結合する中間ギア（図示せず）に置換
してもよい。上記構成の自転車模擬具１０は、ハンドル
支持榛１‐２の下端を回転自在に支持する支持部村２４
を有する支持台２５と、フレーム１１の後方部を支持す
る支持部材２６を有する支持台２７とにより床面上等の
適宜の平面上に直立した形で支持される。自転車模擬具
１０との関連において、ハンドル角検知器３０と、駆動
速度検知器３１と、スタートスイッチ３２と、状況セレ
クタ３３とが設けられている。

ハンドル角検知器３０はハンドル支持棒１２又はハンド
ル１３の回転角を検知してハンドル角信号を発生するも
のであり、駆動速度検知器３１はペダルギア１７の駆動
速度（回転速度）を検知して駆動速度信号を発生するも
のである。また、スタートスイッチ３２及び状況セレク
タ３３はいずれもハンドル近傍の操作しやすい場所に設
置され、トレーニング開始前に操作されるもので、スタ
ートスイッチ３２が一連の動作開始を指令すべ〈操作さ
れ、状況セレクタ３３が難易ランク別に複数用意された
仮想コースのうちから特定の仮想コースを選択すべく操
作されるものである。状況記録装置３４は、例えばＲＯ
Ｍ（リード・オンリィ・メモリ）又は磁気ディスク式の
記録装置などからなり、状況セレク夕３３からの選択信
号に応じて特定の仮想コースの状況データを送出するよ
うに作用する。

すなわち、状況記録装置３４には、難易ランク別の複数
の仮想コースの状況データが記録されており、各コース
の状況データは、コースの曲り具合、上り又は下りの坂
の位置及び勾配、静的障害物（水たまり、岩石、立木、
鰯木）又は動的障害物（自動車、列車、他の自転車、動
物）の位置等をコースの進行方向に沿って定義したもの
からなっている。そして、状況セレクタ３３からの選択
信号に応じて特定の１つの仮想コースの状況データが状
況記録装置３４から送出され、状況メモリ３５にロード
される。進行状態演算判定回路３６は、前述のスタート
スイッチ３２によってスタート指令が発せられたとき‘
こ、ハンドル角検知器３０からのハンドル角信号、駆動
速度検知器３１からの駆動速度信号及び状況メモリ３５
からの状況データに基づいて、自転車模擬具１０の仮想
コースにおける進行状態を演算判定するもので、その演
算判定結果を示す出力信号（進行状態信号）を謙出制御
回路３７、映像信号形成回路３８及び負荷演算制御回路
３９に供給するようになっている。

議出制御回路３７は、進行状態演算判定回路３６からの
進行状態信号に応じて状況メモリ３５から状況データを
送出させるように作用し、その送出データは前述の進行
状態演算判定回路３６及び映像信号形成回路３８に供給
される。映像信号形成回路３８は、進行状態演算判定回
路３６からの進行状態信号及び状況メモリ３５からの状
況データに基づいて、自転車模擬具１０の仮想コース上
の位置を視点とした走行状況画像を表わす映像信号を形
成するもので、その映像信号は例えばＣＲＴ（陰極線管
）型表示装置からなる画像表示装置４０に供給される。

状況メモリ３５からの状況データは読出制御回路４１に
も供給され、読出制御回路４１は状況データが障害物の
存在を指示するたびに障害物メモリ４２を制御して障害
物の画像データを送出させる。

すなわち、障害物メモリ４２内には予め、前述した各種
の静的・動的障害物がパターン化され、画像データとし
てたとえばＲＯＭ又は磁気ディスクに記憶されており、
これらの画像データは状況データが障害物の存在を指示
するのに応じて選択的に読出され、映像信号形成回路３
８に供〉絵される。従って、映像信号形成回路３８は、
状況メモリ３５からの状況データが障害物の存在を指示
するときは、障害物メモリ４２からの画像データを取込
んで走行状況画像を合成し、その映像信号を画像表示装
置４川こ表示させる。

この結果、画像表示装置４０の画面４０Ａには、一例を
図示する如く、センターライン５０ａを有する仮想コー
ス５０が走行速度に応じて手前に進行するのに伴って、
コース５０１こ交叉する道路５１、立木５２、鰯木５３
、岩石５４、水たまり５５、走行する自動車５６などの
各種の障害物を描出させることができる。

一方、進行状態演算判定回路３６から進行状態信号が供
給される負荷演算制御回路３９においては、画面４０Ａ
における走行状況画像の描出に伴って操作者に対する負
荷が演算され、その結果に応じて自転車模擬貝１０の負
荷加減装置１６が制御される。

この場合の負荷演算は、画面に表示された仮乏想コース
に対応する現実コースにおいて自転車模擬具１０に類似
した自転車を走行させたときにその操作者が足に受ける
負荷に対応する負荷を算出すべ〈行なわれるもので、一
例として下記の式‘７｝に基づいて行なう。いま、第２
図に示すように人間が乗った自転車１０′が勾配のある
コースを走るものとすると、その運動方程式は次のよう
になる。

（ｍ＋Ｍ）薄＝（ｍ＋Ｍ）ｇＳｉｎＱ −Ｄ（等）２ 冊−Ｂ‐‐‐‐‐・‐・‐【１１こ
こで、ｍは自転車重量、Ｍは乗り手重量、Ｓは接線方向
距離、ｇは重力加速度、Ｑは勾配、Ｄは空気抵抗係数、
Ｆはペダルフオース、ａはペダル対車輪の移動比、Ｂは
ブレーキフオースであり、タイヤの慣性能率を無視して
ある。

これに対して、第１図の自転車模擬具（裾付型自転車）
においては、次の式が得られる。

１影＝Ｆｋｒ帆十Ｔ ．・・．・・．・剛ここで、
１は慣性車１９の慣性能率、８は慣性車の回転角、Ｆは
ペダルフオース、ｋ‘まペダル付慣性車の回転比、ｒは
慣性車ギア半径、ｂはブレーキフオース、Ｒは慣性車半
径、Ｔは発電機又はモータによりそれぞれ生ずる減速又
は加速トルクである。

また、仮乏想車輪２３の半径をＡとすると、Ｓは次式で
表わされる。

Ｓ＝Ａ８ ………‘３１ここ
で、加減速時のペダル負荷を等価にするためには、上記
‘１｝，‘２）及びｔ３’式より次のような式が得られ
る。

Ａ（ｍ十Ｍ）＝１ ………【４１ａ＝
ｋｒ ”””…【５１
ｂＲ＝Ｂ ………【
６｝（ｍ＋Ｍ）ｇＳｍげＡ２Ｄ（艶）２；Ｔ．…．．．
．．【７｝これらの式｛４｝〜‘７１のうち、式■〜【
６｝は定数関係であるから、式｛７〕を進行状態演算判
定回路３６で遂時計算し、その結果に応じて負荷演算制
御回路３９では負荷加減装置１６にＴ＞０ならモータ動
作、Ｔ＜０なら発電機動作させ、所定のトルクをペダル
１５に与えるべくパワーコントロールを行なう。

上記したサイクリングシミュレーション装置によれば、
画像表示装置４０の画面４０Ａには、コースの状況が静
的・動的障害物とともに描出され、自転車速度に応じて
進行する。

また、坂の勾配は道幅の変化によって示される。そこで
、操作者は、坂や道幅、障害物との出会いのタイミング
などを考えながらハンドル、ペダル及びブレーキの操作
を行なうが、そのとき坂の勾配や速度による空気抵抗並
びに加減速時の質量抵抗に見合った抵抗をペダルより受
ける。例えば、下り坂ではペダルを踏まなくてもペダル
が逆転スリップをして進行し、その後平地になってもい
まらくは慣性で進む。そして、このように操作アクショ
ンに対する反応を画面及びペダルで確かめながらコース
を進んでい〈うちに障害物に出合い、ハンドル操作がま
ずければコースアウト又は障害物との衝突となり、画面
の進行は停止し、一時中断となる。この後は、コースの
適正位置に自転車を戻し、操作を再開する。１コースの
練習が終ったら同じコースを反復することもできるし、
他のコースを練習することもできる。以上のように、こ
の発明によれば、操作アクションが画面に反映されると
共に、必要に応じて各種の障害物を画面に描出できるの
で、変化とスＩＪルに満ちたサイクリングトレーニング
を行なうことができ、そのトレーニング効果は大幅に向
上するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の一実施例によるサイクリングシミ
ュレーション装置のブロック図、第２図は、自転車走行
動作の説明図である。 １０・・・…自転車模擬具、３０・・・・・・ハンドル
角検知器、３１・・・・・・駆動速度検知器、３５・・
・・・・状況メモリ、３６・・・・・・進行状態演算判
定回路、３８・・…・映像信号形成回路、３９・・・・
・・負荷演算制御回路、４０・・・・・・画像表示装置
、４２・・・・・・障害物メモリ。 第２図図 職

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）負荷加減装置を有する自転車模擬具と、（ｂ
   ）前記自転車模擬具のハンドル角を検知してハンドル角
   信号を発生するハンドル角検知器と、（ｃ）前記自転車
   模擬具の駆動速度を検知して駆動速度信号を発生する駆
   動速度検知器と、（ｄ）仮想コースの状況データを記憶
   する記憶手段と、（ｅ）前記ハンドル角信号、前記駆動
   速度信号及び前記状況データに基づいて前記自転車模擬
   具の前記仮想コースにおける進行状態を演算判定する手
   段と、（ｆ）前記進行状態の演算判定結果及び前記状況
   データに基づいて、前記自転車模擬具の前記仮想コース
   上の位置を視点とした走行状況画像を表わす映像信号を
   形成する手段と、（ｇ）前記映像信号に基づいて画面に
   前記走行状況画像を描出する画像表示手段と、（ｈ）前
   記仮想コースに対応する現実コースにおいて前記自転車
   模擬具に類似した自転車を走行させた場合にその操作者
   が受ける負荷に対応する負荷を前記進行状態の演算判定
   結果に基づいて演算し、その結果に応じて前記負荷加減
   装置を制御する手段と、を備えたことを特徴とするサイ
   クリングシミユレイシヨン装置。 ２ （ａ）負荷加減装置を有する自転車模擬具と、（ｂ
   ）前記自転車模擬具のハンドル角を検知してハンドル角
   信号を発生するハンドル角検知器と、（ｃ）前記自転車
   模擬具の駆動速度を検知して駆動速度信号を発生する駆
   動速度検知器と、（ｄ）種々の障害物を含む仮想コース
   の状況データを記憶する第１の記憶手段と、（ｅ）前記
   各障害物の画像データを記憶する第２の記憶手段と、（
   ｆ）前記ハンドル角信号、前記駆動速度信号及び前記状
   況データに基づいて前記自転車模擬具の前記仮想コース
   における進行状態を演算判定する手段と、（ｇ）前記進
   行状態の演算判定結果、前記状況データ及び前記画像デ
   ータに基づいて、前記自転車模擬具の前記仮想コース上
   の位置を視点とした走行状況画像を表わす映像信号を形
   成する手段と、（ｈ）前記映像信号に基づいて画面に前
   記走行状況画像を描出する画像表示手段と、（ｉ）前記
   仮想コースに対応する現実コースにおいて前記自転車模
   擬具に類似した自転車を走行させた場合にその操作者が
   受ける負荷に対応する負荷を前記進行状態の演算判定結
   果に基づいて演算し、その結果に応じて前記負荷加減装
   置を制御する手段とを備えたことを特徴とするサイクリ
   ングシミユレーシヨン装置。