JP2669806B2 - 二輪車運転シミュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車や自動二輪
車などの二輪車の運転を模擬的に体験できる二輪車運転
シミュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動二輪車や四輪自動車などの運
転シミュレータでは、運転位置から遠く前方に設置した
大型のスクリーンやＣＲＴ（陰極線管）に、擬似的な画
像を表示している。こうした構成を有する先行技術とし
て、実開平３−１１２７２号公報の２輪車運転教習装置
や特開平５−８８６０５号公報のライディングシミュレ
ーション装置などがある。

【０００３】また、自転車については、運転教習が義務
付けられていないため、自転車専用の運転シミュレータ
は未だ開発されていない。そのため、実車を用いて公園
や道路で訓練することになるが、必ずしも安全とはいえ
ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした運転シミュレ
ータでは、視界が車両の進行方向のみに固定されるため
周囲の状況が把握しづらく、臨場感に乏しい。したがっ
て左右、後方確認ができず実際の運転と比べるとかなり
違和感がある。

【０００５】また、大型のスクリーン等は、かなり大き
な設置面積が必要になるため、設置のためのスペース確
保が難しい。

【０００６】本発明の目的は、設置面積が少なくて済
み、しかも臨場感豊富な画像を表示できる二輪車運転シ
ミュレータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前輪、後輪、
該前輪に連動するハンドルおよび前輪と後輪とに取り付
けられたブレーキを有する実車を用いた運転操作手段
と、運転の操作量を検出するための操作量センサと、車
体の姿勢を検出する車体姿勢センサと、運転者の頭部に
装着可能であって、運転者頭部の位置を検出する頭部位
置センサおよび画像を表示する画像表示装置が搭載され
たヘッドマウントディスプレイを用いた表示手段と、操
作量センサ、車体姿勢センサおよび頭部位置センサから
の出力に基づいて、画像表示装置に表示する画像を制御
する制御手段と、制御手段に指令して、模擬運転の条件
を設定するための条件設定手段と、着座シート内に組み
込まれ、運転者に対して振動を発生するための振動手段
とを備えることを特徴とする二輪車運転シミュレータで
ある。

【０００８】本発明に従えば、運転者はヘッドマウント
ディスプレイを装着して運転操作を行うため、従来のよ
うな大型スクリーンは不要になる。そのため、全体の設
置面積を大幅に低減化できる。また、ヘッドマウントデ
ィスプレイに搭載された画像表示装置に表示される画像
は、操作量センサ、車体姿勢センサや頭部位置センサか
らの出力に基づいて、画面の進行や風景等が制御され
る。たとえば、一定速度進行中においてアクセル（自転
車仕様の場合はペダル）を回すと速度が増加し、ブレー
キを操作すると減速する。また、ハンドルを操作しつつ
車体を傾斜させると、右カーブや左カーブに曲がるよう
に画面が変化する。こうして運転者の操作量に応じて画
面が変化するため、臨場感あふれるシミュレートを実現
できる。

【０００９】さらに、運転操作手段に市販の自動二輪車
などの実車を用いることによって、シミュレート走行に
おいても実車の乗車感覚を低コストで実現できる。ま
た、画像表示装置の画像は、教習教官などが設定した模
擬運転の条件によっても制御される。すなわち、制御手
段は設定された条件に基づいて現実の運転状況を認識し
て、シミュレートした画像を変化させることができる。
また、振動手段は、車体の着座シートを介して、運転者
に振動を付与するので、臨場感がより一層向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態を
示す全体構成図である。二輪車運転シミュレータは、運
転者が搭乗して運転操作するための実車部１と、運転者
の頭部に装着可能なヘッドマウントディスプレイ（ＨＭ
Ｄ）から成る表示部４０と、信号処理制御を管理する教
官卓部７０などで構成される。なお、図１の実車部１は
自動二輪車仕様であり、自力走行の自転車仕様は後述す
る。

【００１１】図２は、本発明の実施の一形態を示す電気
ブロック図である。図３（ａ）は、実車部１の側面図で
ある。実車部１は、市販の自動二輪車を改造して使用す
るのが好ましく、低コストで実現できる。

【００１２】実車部１の架台２には、車体の姿勢を検出
する車体傾斜センサ１０として、たとえば３次元位置検
出が可能な磁気センサが取付けられる。

【００１３】実車部１には、運転操作量を検出するため
の操作量センサとして、次のようなものが取付けられ
る。ハンドルセンサ１１は、ハンドルの操作角度を検出
するもので、たとえば前輪の泥よけカバーの上面に３次
元位置検出が可能な磁気センサを取付けている。アクセ
ルセンサ１２は、スロットルグリップのアクセル回転角
を検出するもので、たとえばキャブレターのスロット駆
動シャフトに回転ポテンショメータを取付けている。ブ
レーキレバーセンサ１３は、ブレーキレバーの操作量を
検出するもので、たとえば前輪ディスクブレーキのブレ
ーキマスターシリンダに圧力センサを取付けている。ク
ラッチレバーセンサ１４は、クラッチレバーの操作量を
検出するもので、たとえばクラッチレバーに連結したワ
イヤとクラッチ本体との結合部付近に回転ポテンショメ
ータを取付けている。また、たとえばクラッチレバーの
支点付近に回転ポテンショメータを取付けてもよい。

【００１４】ブレーキペダルセンサ１５は、ブレーキペ
ダルの操作量を検出するもので、たとえば後輪ディスク
ブレーキのブレーキマスターシリンダに圧力センサを取
付けている。チェンジペダルセンサ１６は、チェンジペ
ダルによって操作されるギア変速の状態を検出するもの
で、たとえばギアチェンジドラムのカムシャフトに回転
ポテンショメータを取付けている。

【００１５】これらのセンサ１０〜１６は、各種操作量
を電気信号に変換してインターフェース３０に入力して
いる。

【００１６】また、右方向支持器１７、左方向支持器１
８、スタータースイッチ１９、警報器スイッチ２０、エ
ンジンストップスイッチ２１、パッシングスイッチ２
２、ライトスイッチ２３、およびディマスイッチ２４
は、電気信号を開閉するスイッチ等で構成されているた
め、その開閉信号を分岐してインターフェース３０に入
力している。

【００１７】さらに、実車部１の着座シートの内部に
は、運転者の身体に振動を加えるための振動装置３が組
み込まれており、信号分配器３１からの音響信号によっ
て駆動される。

【００１８】また、インターフェース３０には、運転者
頭部の姿勢を検出する頭部姿勢センサおよび画像を表示
する画像表示装置が搭載されたヘッドマウントディスプ
レイ４１と、磁気センサを用いた場合に必要な磁気を発
生するための磁気発生装置４２と、画像信号および音響
信号を分配する信号分配器３１などが接続される。

【００１９】一方、教官卓部７０において、インターフ
ェース３０と信号を送受する計算機７１が設置され、計
算器７１に指令を出す教官操作用コンソール８０や運転
者に指示する音声を検出するマイクロフォン８１等が接
続されている。計算機７１には、疑似画像を発生する画
像発生装置７２が設けられる。

【００２０】また、必要に応じて、運転者が見る画像を
他の教習生に向けて表示するための教習生用モニター８
２が設置されており、信号分配器３１からの画像信号お
よび音響信号を再生する。

【００２１】図３（ａ）に示すように、車体は静止した
状態でも安定するように取付台３２によって支持されて
おり、実際の運転状態に近付けるため運転者が搭乗して
体重を右や左に移動しても弾性復元力がある程度作用す
るように構成される。

【００２２】図３（ｂ）は、前輪タイヤ４の支持状態を
示す概略図である。前輪タイヤ４は、断面Ｖ字状の溝を
有する支持台３３の上に乗載されている。ハンドルを直
進状態にすると、前輪タイヤ４は溝の最も安定した位置
に落ち着くが、ハンドルを右や左に操作すると、前輪タ
イヤ４と溝とが交差するようになるため、重力によって
前輪タイヤ４が元の安定位置に戻ろうとする。こうした
簡単な機構によって、ハンドルを中立位置に復元しよう
とする復元力を付与できる。

【００２３】図４は、磁気センサの原理を示す説明図で
ある。磁気発生コイルＧは、コントローラのドライブ回
路によって一定の磁場を形成する。磁気センサＭＳは、
同様にコイルで構成されており、磁場の方向および大き
さを検出する。磁気センサＭＳからの信号が検出回路に
入力されると、磁気発生コイルＧを基準として磁気セン
サＭＳの３次元位置および向きを相対的に検出する。な
お、３次元位置および向きという６つの信号が検出可能
であるが、必要に応じて検出信号の数を少なくしてもよ
い。

【００２４】こうした磁気センサＭＳは、車体傾斜セン
サ１０やハンドルセンサ１１に使用され、また後述の頭
部位置センサ４３にも使用している。こうして車体、ハ
ンドルおよび頭部の位置や方向を非接触で精度良く測定
することができる。

【００２５】図５は、代表的なヘッドマウントディスプ
レイ４１の斜視図である。ヘッドマウントディスプレイ
４１は、ゴーグル（防風めがね）のように、頭部の両側
面および額の部分と接触するＵ字状の支持枠４８と、支
持枠４８の両端に連結して後頭部を弾性的に押圧する支
持バンド４７などで構成される。支持枠４８の前面に
は、肉眼に近接するように２つの液晶ディスプレイ等の
表示パネル４４が取付けられる。表示パネル４４の下部
には、磁気センサ等から成る頭部位置センサ４３が取付
けられている。また、支持枠４８のこめかみに相当する
位置には、表示パネル４４の位置を調整する焦点調整つ
まみ４５が位置する。さらに、支持枠４８の両耳に相当
する位置には、左右１対のスピーカ４６が取付けられ
る。

【００２６】図６は、ヘッドマウントディスプレイ４１
の原理を示す説明図である。頭部ＨＤの両肉眼から２〜
３ｃｍの位置にレンズ等の光学系４４ａが設けられ、さ
らに光学系４４ａに近接するように表示パネル４４が配
置される。運転者は同時に左右別々の画像を観察すると
ともに、光学系４４ａは、はるか遠方に虚像（バーチャ
ルイメージ）ＶＩで合焦するように設定される。こうし
て運転者は頭部をどこに向けていても立体的な画像を観
察することができる。

【００２７】図７は、ヘッドマウントディスプレイ４１
周辺の電気ブロック図である。磁気発生装置４２は、イ
ンターフェース３０の指令信号によって運転者頭部付近
に磁界を形成する。ヘッドマウントディスプレイ４１に
取付けられた頭部位置センサ４３は、磁界ベクトルを検
出して頭部ＨＤの３次元位置および方向を検出して電気
信号に変換し、インターフェース３０に入力している。

【００２８】一方、教官操作用コンソール８０から模擬
運転の条件設定が入力され、実車部１から各種センサ１
０〜２４からの操縦信号が入力されると、計算器７１は
これらの条件および信号に基づいて現実の運転状況を認
識してシミュレートした画像および音声を変化させ、映
像信号および音声信号を表示パネル４４およびスピーカ
４６に出力する。

【００２９】こうしてヘッドマウントディスプレイ４１
の表示パネル４４に表示される画像は、各種センサ１０
〜２４および頭部位置センサ４３からの出力に基づい
て、画面の進行や風景等が制御される。たとえば、一定
速度進行中においてアクセルを回すと速度が増加し、ブ
レーキを操作すると減速するように画面表示する。ま
た、ハンドルを操作しつつ車体を傾斜させると、車体傾
斜センサ１０やハンドルセンサ１１からの信号に基づい
て、右カーブや左カーブに曲がるように画面が変化す
る。こうして運転者の操作量に応じて画面が変化するた
め、臨場感あふれるシミュレートを実現できる。

【００３０】こうした画面表示および音響再生ととも
に、着座シート内の振動装置３が振動の大きさや周波数
成分を変化させて身体を震わせる。たとえば、アクセル
を回すとエンジン音を模擬した振動を大きくしたり、砂
利道走行では細かい振動を加えるなどのシミュレートが
可能になる。こうした振動付与によって臨場感がより一
層向上する。

【００３１】図８は、本発明の実施の他の形態を示す構
成図である。この二輪車運転シミュレータは、運転者が
搭乗して運転操作する自転車仕様の実車部１と、運転者
の頭部に装着可能なヘッドマウントディスプレイ（ＨＭ
Ｄ）から成る表示部４０と、信号処理制御を管理する教
官卓部（不図示）などで構成される。

【００３２】本実施形態では、運転者が脚でペダル９０
を漕ぎながら、ハンドル９１を操作することになる。し
たがって、運転操作量を検出する操作量センサとして、
ハンドル９１の操作角度を検出するハンドルセンサと、
ペダル９０の回転速度を検出するペダルセンサと、ハン
ドル９１の左右に設けられたブレーキ操作量を検出する
ブレーキセンサが実車部１に取付けられる。実車部１
は、市販の自転車を改造して使用するのが好ましく、低
コストで実現できる。

【００３３】表示部４０は、図５と同様に、運転者頭部
の３次元位置を検出する頭部位置センサや立体表示用の
表示パネル、立体音響再生のためのスピーカなどを内蔵
したヘッドマウントディスプレイで構成される。

【００３４】各種操作量センサからの出力は、図２と同
様に、インターフェース３０を介して計算器７１に入力
され、運転操作量や頭部位置に基づいて現実の運転状況
を認識してシミュレートした画像および音声を変化さ
せ、映像信号および音声信号をヘッドマウントディスプ
レイの表示パネルおよびスピーカに出力する。こうして
実際の路上走行を臨場感豊かにシミュレートすることが
できる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、運
転者はヘッドマウントディスプレイを装着して運転操作
を行うため、従来のような大型スクリーンは不要にな
る。そのため、全体の設置面積を大幅に低減化できる。

【００３６】また、運転者の操作量および運転者自身の
動きに応じて画面が変化するため、臨場感あふれるシミ
ュレートを実現できる。さらに、実車を用いることによ
って、シミュレート走行においても実車の乗車感覚を低
コストで実現できる。また、車体の振動によって臨場感
がより一層向上する。また、模擬運転の条件を設定する
ことで、現実の運転状況を認識してシミュレートした画
像を変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す全体構成図であ
る。

【図２】本発明の実施の一形態を示す電気ブロック図で
ある。

【図３】図３（ａ）は実車部１の側面図であり、図３
（ｂ）は前輪タイヤ４の支持状態を示す概略図である。

【図４】磁気センサの原理を示す説明図である。

【図５】ヘッドマウントディスプレイ４１の斜視図であ
る。

【図６】ヘッドマウントディスプレイ４１の原理を示す
説明図である。

【図７】ヘッドマウントディスプレイ４１周辺の電気ブ
ロック図である。

【図８】本発明の実施の他の形態を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 実車部 ３ 振動装置 ４ 前輪タイヤ １０〜２４ 各種センサ ３０ インターフェース ３３ 支持台 ４０ 表示部 ４１ ヘッドマウントディスプレイ ４３ 頭部位置センサ ４４ 表示パネル ４６ スピーカ ７０ 教官卓部 ７１ 計算機 ７２ 画像発生装置 ９０ ペダル ９１ ハンドル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前輪、後輪、該前輪に連動するハンドル
   および前輪と後輪とに取り付けられたブレーキを有する
   実車を用いた運転操作手段と、 運転の操作量を検出するための操作量センサと、 車体の姿勢を検出する車体姿勢センサと、 運転者の頭部に装着可能であって、運転者頭部の位置を
   検出する頭部位置センサおよび画像を表示する画像表示
   装置が搭載されたヘッドマウントディスプレイを用いた
   表示手段と、 操作量センサ、車体姿勢センサおよび頭部位置センサか
   らの出力に基づいて、画像表示装置に表示する画像を制
   御する制御手段と、 制御手段に指令して、模擬運転の条件を設定するための
   条件設定手段と、 着座シート内に組み込まれ、運転者に対して振動を発生
   するための振動手段とを備えることを特徴とする二輪車
   運転シミュレータ。