本発明は、いわゆるドライビングシミュレータとして用いられる運転模擬装置に関する。

従来、模擬車両に対して被験者が行なった運転操作等に基づき車両運動を演算し、車外風景に擬した画像を表示したり、加速度を体感させるためにシートや模擬車両を揺動等して車両の運転を体感させる運転模擬装置が、ドライビングシミュレータ等の名称で知られている。

その一例として、各種操作系やメータなどを装備する車両モデルが内部に設置されたドームを備え、ドームのチルト運動（回転運動）及び並進運動を制御する装置についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 この装置では、模擬する目標加速度にハイパスフィルターをかけた出力に基づいて並進運動を制御し、ローパスフィルターをかけた出力に基づいてチルト運動を制御している。 すなわち、急発進等の際にはまず並進運動によって加速度を体感させ、加速度が長時間継続した際にはチルト運動によって擬似的に加速度を体感させている。

こうした装置において問題となるのが、上記ドーム等の可動部が可動範囲の端部まで移動してしまった場合に、並進運動により加速度を体感させるのが不可能となってしまうことである。 係る点に鑑み、可動テーブルが可動範囲の端に近付いた際に、並進運動と回転運動の重み付けを変更する加速度シミュレータについての発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−３３５６３号公報

特開平７−１１４３３３号公報

しかしながら、特許文献２に記載の装置では、並進運動の重み付けを小さくして回転運動の重み付けを大きくした際に、被験者がシミュレータ酔いを起こす可能性がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、より被験者に優しい手法で、並進運動の限界を超えないように制御することが可能な運転模擬装置を提供することを、主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
模擬運転操作デバイスに対する被験者の運転操作量を検出する運転操作検出手段と、
少なくとも前記被験者を並進運動させることにより、前記被験者に加速度を体感させるための加速度体感手段と、
前記運転操作検出手段により検出された運転操作量を含む要因に基づき車両運動に関する演算を行ない、該演算結果に基づき前記加速度体感手段を制御する制御手段と、
を備える運転模擬装置であって、
前記制御手段は、前記運転操作検出手段により検出された運転操作量に対する前記加速度体感手段の駆動量の感応度を、該検出された運転操作量の変化量が大きくなる程小さくする傾向で、前記加速度体感手段を制御することを特徴とする、
運転模擬装置である。

ここで、加速度体感手段は、被験者を、並進運動のみならず回転運動させて加速度を体感させる手段であってよい。

この本発明の一態様によれば、運転操作検出手段により検出された運転操作量に対する加速度体感手段の駆動量の感応度を、検出された運転操作量の変化量が大きくなる程小さくする傾向で、加速度体感手段を制御するため、加速度体感手段の駆動量が大きくなり過ぎて被験者が可動範囲の端部まで移動してしまい、それ以上の駆動ができなくなるという事態が生じるのを抑制することができる。 これにより、並進運動の駆動量を回転運動の駆動量に置き換えるという制御を行なわずに済むため、被験者がシミュレータ酔いを起こすという不都合を抑制することができる。 従って、より被験者に優しい手法で、並進運動の限界を超えないように制御することができる。

本発明によれば、より被験者に優しい手法で、並進運動の限界を超えないように制御することが可能な運転模擬装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

以下、本発明の一実施例に係る運転模擬装置１について説明する。 図１は、運転模擬装置１の全体構成を示す斜視図である。 また、図２は、運転模擬装置１のシステム構成例である。

運転模擬装置１は、主要な構成として、模擬車両７が内部に設置されるドーム２と、ドーム２を並進運動させるためのＸＹ並進機構３と、ドーム２を所定点を中心として回転運動させるためのヘキサポッド４と、これらを制御する制御装置２０と、を備える。 制御装置２０は、ドーム２の内部に設置されてもよいし、図１に示した各機構を格納するシミュレーション室の内部或いは外部の所望の位置に設置されてもよい。

ドーム２は、底面を形成する基板と、内側から視認可能なスクリーンプロジェクタ１４が取り付けられた壁面と、を有する。

ＸＹ並進機構３は、Ｘ方向に沿って６対のレール３ａが敷設され、各レール３ａの間にベルト３ｂがそれぞれ１本ずつ設けられる。 また、ＸＹ並進機構３には、６対のレール３ａの上にＹ方向に沿って１対のレール３ｃが配置され、レール３ｃの間にベルト３ｄが設けられる。 レール３ｃは、レール３ａ上をＸ方向に沿って移動自在に設けられ、下部に６本のベルト３ｂが取り付けられている。 レール３ｃ上には、ヘキサポッド４の台座となる移動台３ｅが配置される。 移動台３ｅは、レール３ｃ上をＹ方向に沿って移動自在に設けられ、下面にベルト３ｄが取り付けられている。 ６本のベルト３ｂは、Ｘ並進駆動モータ３０によってそれぞれ回転駆動され、レール３ｃをＸ方向に並進移動させる。 ベルト３ｄはＹ並進駆動モータ３１によって回転駆動され、移動台３ｅをＹ方向に並進移動させる。

ヘキサポッド４は、ドーム２をピッチ方向、ロール方向、ヨー方向にそれぞれ回転運動させるための機構である。 ヘキサポッド４は、油圧シリンダ３２の伸縮によってドーム２の基板を傾動させる。 また、ヘキサポッド４には、ドーム２をヨー方向に回転させるためのターンテーブルが付設されている。

模擬車両７は、車両の車体及び車両の内装等に擬した設備である。 模擬車両７の内部には、アクセルペダルやブレーキペダル、シフトレバー、ステアリングホイール等に擬した模擬運転操作デバイス８が設けられており、模擬運転操作デバイス８には、ステアリング角度センサー９、アクセルペダルセンサー１０、ブレーキペダルセンサー１１、操作反力発生装置１２等が取り付けられている。 これらのセンサーの出力値は、制御装置２０に出力される。 操作反力発生装置１２は、制御装置２０の指示信号に従って自然なドライブフィーリングを実現させている。

また模擬車両７の内部には、エンジン回転数や車速を表示するメータ１３と、車外の音（他車両によるクラクション音やエンジン音等を含む）を再現するためのスピーカー１５が取り付けられる。

制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータであり、プログラムが記憶されたＲＯＭやＣＰＵ、ＲＡＭの他、補助記憶装置や通信ポート等を備える。 補助記憶装置には、地形データや道路データを含む地図データ、車両の模擬的な位置及び方向に対応する画像データ、音声データ等が格納されたデータベース１６が構築されている。

制御装置２０は、ステアリング角度センサー９、アクセルペダルセンサー１０、ブレーキペダルセンサー１１から入力された情報や補助記憶装置に記憶された地形データ等に基づいて、車両運動に関する演算を行なう。 より具体的には、アクセルペダルやブレーキペダル、ステアリングホイール等に対してなされた運転操作量を所定時間毎にサンプリングし、各時点における車両の模擬的な位置、速度、加速度、ピッチ角、ロール角、ヨー角等を算出する。

そして、制御装置２０は、車両の模擬的な位置に対応する画像データを読み出し、模擬車両があたかも算出した車両運動に従った走行をしているかのような画像を生成して、スクリーンプロジェクタ１４に表示させる。 また、適切な確率で、他車両や歩行者等の障害物をスクリーンプロジェクタ１４上に出現させる。 これらの障害物は、予め設定されたプログラムに従って地図データ上を移動し、その位置に応じてスクリーンプロジェクタ１４に表示される。 これに伴い、制御装置２０は他車両のクラクション音やエンジン音等を出力するようにスピーカーを制御する。 なお、これらの処理については既に種々の手法が公知となっているため、詳細な説明を省略する。

また、制御装置２０は、前述の如く演算した車両の加速度を被験者に体感させるためにＸＹ並進機構３及びヘキサポッド４を駆動制御する。 制御装置２０は、Ｘ並進駆動モータ３０に関する制御量を決定すると、これをＸ並進駆動モータ制御装置２１に出力する。 Ｘ並進駆動モータ制御装置２１では、モータ駆動のための制御信号を生成してＸ並進駆動モータ３０に出力する。

同様に、制御装置２０は、Ｙ並進駆動モータ３１に関する制御量を決定すると、これをＹ並進駆動モータ制御装置２２に出力する。 Ｙ並進駆動モータ制御装置２２では、モータ駆動のための制御信号を生成してＹ並進駆動モータ３１に出力する。

また、制御装置２０は、ヘキサポッド４に関する制御量を決定すると、これを油圧制御装置２３に出力する。 油圧制御装置２３では、油圧シリンダ３２のストローク量等を決定し、これを実現するための油圧制御を行なう。

図３は、制御装置２０がＸＹ並進機構３及びヘキサポッド４の駆動制御を行なうための演算処理の流れを示すフローチャートである。 本フローは、例えば所定周期をもって繰り返し実行される。

まず、ステアリング角度センサー９、アクセルペダルセンサー１０、ブレーキペダルセンサー１１から入力されたステアリング角度ｓｔ、アクセル開度ａｃ、ブレーキペダル踏量ｂｐをＲＡＭ等に記憶させる（Ｓ１００）。

次に、前回このルーチンが実行された際に記憶されたステアリング角度ｓｔ、アクセル開度ａｃ、ブレーキペダル踏量ＢＰとの差分によりステアリング角度の変化量Ｓｄｓｔ、アクセル開度の変化量Ｓｄａｃ、ブレーキペダル踏量の変化量Ｓｄｂｐを算出する（Ｓ１０２）。

次に、ステアリング操作、アクセルペダル操作、ブレーキペダル操作のそれぞれについて、運転操作の荒さを示す指標値Ａｓｔ、Ａａｃ、Ａｂｐをそれぞれ導出する（Ｓ１０４）。

指標値Ａｓｔ、Ａａｃ、Ａｂｐは、運転操作が荒くなる程、小さい値となる指標値であり、例えば図４に例示するマップに基づいて決定される。

そして、指標値Ａｓｔ、Ａａｃ、Ａｂｐのうち最も小さい値を、運転の荒さによる割引係数Ａとする（Ｓ１０６）。

続いて、車両運動による加速度ｆ _Ｓ （ｓ）を算出する（Ｓ１０８）。 目標加速度ｆ _Ｓ （ｓ）は、ステアリング角度ｓｔ、アクセル開度ａｃ、ブレーキペダル踏量ｂｐに基づき、予め定められた車両諸元を加味して算出する。

次に、車両運動による加速度ｆ _Ｓ （ｓ）に運転の荒さによる割引係数Ａを乗じて、目標加速度ｆ _ＡＡ （ｓ）を算出する（Ｓ１１０；次式（１））。

ｆ _ＡＡ （ｓ）＝Ａ×ｆ _Ｓ （ｓ） …（１）

このように、運転操作が荒くなる程小さい値となる割引係数Ａを乗じて、目標加速度目標加速度ｆ _ＡＡ （ｓ）を算出するため、運転操作量の変化量が大きくなる程、運転操作量に対するＸＹ並進機構３やヘキサポッド４の駆動量の感応度が小さくなることになる。 これにより、ＸＹ並進機構３の駆動量が大きくなり過ぎてドーム２が可動範囲の端部まで移動してしまい、それ以上の駆動ができなくなるという事態が生じるのを抑制することができる。 また、ＸＹ並進機構３の駆動量をヘキサポッド４の駆動量に置き換えるという制御を行なわずに済むため、被験者がシミュレータ酔いを起こすという不都合を抑制することができる。 従って、より被験者に優しい手法で、並進運動の限界を超えないように制御することができるのである。

本実施例の運転模擬装置１は、前後方向の加速度について、まずＸＹ並進機構３を駆動して並進加速度を付与した後に、ヘキサポッド４を駆動してピッチ角γを与える制御を行なう。 具体的には、加速時には模擬車両の前方が浮き上がるように、減速時には模擬車両の前方が沈み込むようにヘキサポッド４を駆動する。 これによって、より加速度を現実的なものとして体感させることができる。

並進加速度は、次式（２）により求められたｆ _ＳＡ （ｓ）を逆ラプラス変換して求める（Ｓ１１２）。 式中、ＬＰ（ｓ）はローパスフィルターであり、ＨＰ（ｓ）はハイパスフィルターである。

ｆ _ＳＡ （ｓ）＝ｆ _ＡＡ （ｓ）［１−ＬＰ（ｓ）］ＨＰ（ｓ） …（２）

一方、ピッチ角γは、次式（３）、（４）によって求める（Ｓ１１４）。 式（４）における値９．８は、重力加速度である。

ｆ _ＰＸ （ｓ）＝ｆ _ＡＡ （ｓ）ＬＰ（ｓ） …（３）
γ＝ｓｉｎ ^−１ （ｆ _ＰＸ （ｓ）／９．８） …（４）

並進加速度、及びピッチ角を決定すると、制御装置２０は、並進加速度をＸ方向の加速度とＹ方向の加速度に分解し、これらを実現するように、Ｘ並進駆動モータ３０に関する制御量をＸ並進駆動モータ制御装置２１に、Ｙ並進駆動モータ３１に関する制御量をＹ並進駆動モータ制御装置２２に、ヘキサポッド４に関する制御量を油圧制御装置２３に、それぞれ出力する（Ｓ１１６）。

以上説明した本実施例の運転模擬装置１によれば、運転操作量の変化量が大きくなる程、運転操作量に対するＸＹ並進機構３やヘキサポッド４の駆動量の感応度を小さく制御するため、より被験者に優しい手法で、並進運動の限界を超えないように制御することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、被験者に加速度を体感させるための機構は、実施例の如く並進運動と回転運動の双方を実現可能なものである必要はなく、これらのいずれか一方であっても構わない。

本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。

運転模擬装置１の全体構成を示す斜視図である。

運転模擬装置１のシステム構成例である。

制御装置２０がＸＹ並進機構３及びヘキサポッド４の駆動制御を行なうための演算処理の流れを示すフローチャートである。

指標値Ａｓｔ、Ａａｃ、Ａｂｐを決定するためのマップの一例である。

符号の説明

１ 運転模擬装置 ２ ドーム ３ ＸＹ並進機構 ４ ヘキサポッド ７ 模擬車両 ８ 模擬運転操作デバイス ９ ステアリング角度センサー １０ アクセルペダルセンサー １１ ブレーキペダルセンサー １２ 操作反力発生装置 １３ メータ １４ スクリーンプロジェクタ １５ スピーカー １６ データベース ２０ 制御装置 ２１ Ｘ並進駆動モータ制御装置 ２２ Ｙ並進駆動モータ制御装置 ２３ 油圧制御装置 ３０ Ｘ並進駆動モータ ３１ Ｙ並進駆動モータ ３２ 油圧シリンダ