JP4681571B2 - Driving simulator and driving simulation method - Google Patents
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Description
本発明は、乗り物の運転シミュレータ及び運転シミュレーション方法に関する。 The present invention relates to a vehicle driving simulator and a driving simulation method.
ドライビングシミュレータやフライトシミュレータのような乗り物の運転シミュレータが知られている。運転シミュレータは、例えば、操作装置（例示：ステアリングハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダル）からの操作信号に基づいて乗り物の反応（例示：運動）をコンピュータで計算し、計算結果を操作パネル表示（例示：速度計、エンジン回転数計の表示）、視界画像、動揺装置による動き、音響で出力する。 Vehicle driving simulators such as driving simulators and flight simulators are known. For example, the driving simulator calculates a vehicle reaction (example: exercise) by a computer based on an operation signal from an operation device (example: steering handle, accelerator pedal, brake pedal), and displays the calculation result on an operation panel (example: Output with speedometer, engine speed meter), field of view image, motion by shaking device, and sound.
ここで、コンピュータで計算した乗り物の運動を運転者が乗り込むキャビンの運動でそのまま再現すれば、運転者は乗り物に乗っている場合と同じ運動感覚を感じる。しかし、この方法は、日本一周ドライブをシミュレーションするために日本の国土と同じ広さの敷地が必要であるため、現実的でない。そこで、コンピュータで計算した乗り物の運動とは異なる運動ではあるが、乗り物に乗っている場合に近い運動感覚を運転者が感じるような運動をキャビンにさせることが行われている。 Here, if the movement of the vehicle calculated by the computer is reproduced as it is with the movement of the cabin in which the driver gets in, the driver feels the same sensation of movement as when riding the vehicle. However, this method is not practical because it requires a site of the same size as the Japanese land to simulate a round-trip drive in Japan. Thus, although the movement is different from the movement of the vehicle calculated by the computer, the cabin is caused to make a movement that makes the driver feel a movement sensation close to that when riding the vehicle.
例えば特許文献１は、重力が運転者の横方向の成分を有するように運転者が乗り込んだキャビンをロールさせることで自動車がカーブを曲がるときに生じる定常的な低周波域の横加速度を模擬するドライビングシミュレータを開示している。
For example,
しかし、キャビンの運動とコンピュータで計算した乗り物の運動とが完全には一致しないため、運転者は運動について違和感を覚える場合がある。このような違和感が大きい場合、シミュレータ酔いが起きる確率が高いと考えられている。 However, because the cabin motion and the vehicle motion calculated by the computer do not completely match, the driver may feel uncomfortable about the motion. When such a sense of incongruity is large, it is considered that the probability of simulator sickness is high.
一方、前庭器官が検出する加速度感覚（平衡感覚）は、現実の加速度とは異なることが知られている。前庭器官は、重力を含む並進加速度についての並進加速度感覚を検出する耳石器官と、角加速度についての角加速度感を検出する三半規管とを備えている。耳石器官に入力される現実の並進加速度と耳石器官から出力される並進加速度感覚との関係を表現する数式モデルが提案されている。三半規管に入力される現実の角加速度と三半規管から出力される角加速度感覚との関係を表現する数式モデルが提案されている。 On the other hand, it is known that the acceleration sensation (equilibrium sensation) detected by the vestibular organ is different from the actual acceleration. The vestibular organ includes an otolith organ that detects a sense of translational acceleration regarding translational acceleration including gravity, and a semicircular canal that detects a sense of angular acceleration regarding angular acceleration. A mathematical model that represents the relationship between the actual translational acceleration input to the otolith organ and the translational acceleration sensation output from the otolith organ has been proposed. A mathematical model that represents the relationship between the actual angular acceleration input to the semicircular canal and the angular acceleration sense output from the semicircular canal has been proposed.
本発明の目的は、運動についての違和感が少ない運転シミュレータ及び運転シミュレーション方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a driving simulator and a driving simulation method with less discomfort about exercise.
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers used in (Best Mode for Carrying Out the Invention). These numbers are added to clarify the correspondence between the description of (Claims) and (Best Mode for Carrying Out the Invention). However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in (Claims).
本発明による運転シミュレータ（１）は、被験者（２）を乗せるモーションベース（３）と、前記モーションベースに取り付けられた操作装置（４）と、前記操作装置の操作に基づいて仮想の乗り物の加速度（ａｃ、αｃ）を演算する運動演算部（６）と、前記加速度に基づいて前記モーションベースが実現すべき目標加速度（ａＭＢ、αＭＢ）を演算する目標加速度演算部（１６）と、前記目標加速度に基づいて前記モーションベースを動かすサーボ装置（１０）と、加速度感覚推定部（２０、２３）と、目標加速度修正部（１７）とを具備する。前記加速度感覚推定部は、前記モーションベースが前記加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第１加速度感覚（ａｃ’’、αｃ’’）を数式モデル（２１、２２、２４、２５）に基づいて推定し、前記モーションベースが前記目標加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第２加速度感覚（ａＭＢ’’、αＭＢ’’）を前記数式モデルに基づいて推定する。前記目標加速度修正部は、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とに基づいて前記目標加速度を修正する。 The driving simulator (1) according to the present invention includes a motion base (3) on which a subject (2) is placed, an operating device (4) attached to the motion base, and an acceleration of a virtual vehicle based on the operation of the operating device. A motion calculation unit (6) for calculating (ac, αc), a target acceleration calculation unit (16) for calculating a target acceleration (aMB, αMB) to be realized by the motion base based on the acceleration, and the target acceleration A servo device (10) for moving the motion base based on the above, an acceleration sensation estimation unit (20, 23), and a target acceleration correction unit (17). The acceleration sensation estimation unit calculates a first acceleration sensation (ac ″, αc ″) that the subject will feel when the motion base moves at the acceleration, using mathematical models (21, 22, 24, 25). The second acceleration sensation (aMB ″, αMB ″) that the subject will feel when the motion base moves at the target acceleration is estimated based on the mathematical model. The target acceleration correcting unit corrects the target acceleration based on the first acceleration sensation and the second acceleration sensation.
本発明においては、第１加速度感覚と第２加速度感覚のずれが小さくなるように目標加速度を修正することで、被験者の感じる運動についての違和感を小さくすることが可能である。 In the present invention, it is possible to reduce the sense of incongruity about the motion felt by the subject by correcting the target acceleration so as to reduce the difference between the first acceleration sensation and the second acceleration sensation.
前記加速度は、並進加速度（ａｃ）と角加速度（αｃ）とを含むことが好ましい。前記第１加速度感覚は、第１並進加速度感覚（ａｃ’’）と第１角加速度感覚（αｃ’’）とを含むことが好ましい。前記目標加速度は、目標並進加速度（ａＭＢ）と目標角加速度（αＭＢ）とを含むことが好ましい。前記第２加速度感覚は、第２並進加速度感覚（ａＭＢ’’）と第２角加速度感覚（αＭＢ’’）とを含むことが好ましい。前記数式モデルは、第１数式モデル（２１、２４）と第２数式モデル（２２、２５）とを含むことが好ましい。前記加速度感覚推定部は、前記第１数式モデルを用いて前記並進加速度から前記第１並進加速度感覚を推定し、前記第２数式モデルを用いて前記角加速度から前記第１角加速度感覚を推定し、前記第１数式モデルを用いて前記目標並進加速度から前記第２並進加速度感覚を推定し、前記第２数式モデルを用いて前記目標角加速度から前記第２角加速度感覚を推定することが好ましい。 The acceleration preferably includes translational acceleration (ac) and angular acceleration (αc). The first acceleration sensation preferably includes a first translational acceleration sensation (ac ″) and a first angular acceleration sensation (αc ″). The target acceleration preferably includes a target translational acceleration (aMB) and a target angular acceleration (αMB). The second acceleration sensation preferably includes a second translational acceleration sensation (aMB ″) and a second angular acceleration sensation (αMB ″). The mathematical model preferably includes a first mathematical model (21, 24) and a second mathematical model (22, 25). The acceleration sensation estimation unit estimates the first translational acceleration sensation from the translational acceleration using the first mathematical model, and estimates the first angular acceleration sensation from the angular acceleration using the second mathematical model. Preferably, the second translational acceleration sensation is estimated from the target translational acceleration using the first mathematical model, and the second angular acceleration sensation is estimated from the target angular acceleration using the second mathematical model.
したがって、並進加速度感覚の推定と、角加速度感覚の推定とに、異なる数式モデルを用いることで、推定精度が向上する。 Therefore, the estimation accuracy is improved by using different mathematical models for estimation of translational acceleration sensation and angular acceleration sensation.
前記運転シミュレータは、比較器（２７）と、タイマ（２８）とを具備することが好ましい。前記比較器は、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とのずれが所定のずれより大きい間、前記タイマにタイマオン信号を出力する。前記タイマは、前記タイマオン信号の入力が所定の時間を超えて持続している間、前記目標加速度修正部に修正オン信号を出力する。前記目標加速度修正部は、前記修正オン信号が入力している間、前記ずれが小さくなるように前記目標加速度を修正することが好ましい。 The driving simulator preferably includes a comparator (27) and a timer (28). The comparator outputs a timer-on signal to the timer while the difference between the first acceleration sensation and the second acceleration sensation is greater than a predetermined deviation. The timer outputs a correction on signal to the target acceleration correction unit while the input of the timer on signal continues for a predetermined time. It is preferable that the target acceleration correcting unit corrects the target acceleration so that the shift becomes small while the correction on signal is input.
したがって、目標加速度が必要以上に頻繁に修正されることが防がれる。 Therefore, it is possible to prevent the target acceleration from being corrected more frequently than necessary.
前記運転シミュレータは、前記目標加速度を２階積分して前記モーションベースの目標位置（ｘＭＢ、θＭＢ）を演算する２階積分部（１８）と、ローパスフィルタ（２９）と、速度−センター位置変換部（３０）と、シフト量演算部（３１）とを具備することが好ましい。前記運動演算部は、前記乗り物の速度（ｖｃ）を演算することが好ましい。前記速度−センター位置変換部は、前記ローパスフィルタを通過した前記速度の低周波成分（ｖｃ’）に対応した前記モーションベースのセンター位置（ｘｃ）を出力する。前記シフト量演算部は、前記センター位置と前記モーションベースの現在位置（ＰＭＢＳ）とに基づき、前記モーションベースを前記センター位置に近づけるためのシフト量（ΔｘＭＢ）を演算する。前記サーボ装置は、前記モーションベースが前記目標位置と前記シフト量との和で表される位置をとるように前記モーションベースを動かすことが好ましい。 The driving simulator includes a second-order integration unit (18) that calculates the motion-based target position (xMB, θMB) by second-order integration of the target acceleration, a low-pass filter (29), and a speed-center position conversion unit. (30) and a shift amount calculation unit (31) are preferably provided. It is preferable that the motion calculation unit calculates a speed (vc) of the vehicle. The speed-center position conversion unit outputs the motion-based center position (xc) corresponding to the low-frequency component (vc ′) of the speed that has passed through the low-pass filter. The shift amount calculation unit calculates a shift amount (ΔxMB) for bringing the motion base closer to the center position based on the center position and the current position of the motion base (PMBS). Preferably, the servo device moves the motion base so that the motion base takes a position represented by a sum of the target position and the shift amount.
したがって、例えば車両のブレーキ時の加速度を良好に模擬することが可能である。 Therefore, for example, the acceleration at the time of braking of the vehicle can be simulated well.
本発明による運転シミュレーション方法は、被験者（２）を乗せるモーションベース（３）に取り付けられた操作装置（４）の操作に基づいて仮想の乗り物の加速度（ａｃ、αｃ）を演算する加速度演算ステップと、前記加速度に基づいて前記モーションベースが実現すべき目標加速度（ａＭＢ、αＭＢ）を演算する目標加速度演算ステップと、前記モーションベースが前記加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第１加速度感覚（ａｃ’’、αｃ’’）を数式モデル（２１、２２、２４、２５）に基づいて推定する第１加速度感覚推定ステップと、前記モーションベースが前記目標加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第２加速度感覚（ａＭＢ’’、αＭＢ’’）を前記数式モデルに基づいて推定する第２加速度感覚推定ステップと、前記第１加速度感覚と前期第２加速度感覚とに基づいて前記目標加速度を修正する目標加速度修正ステップと、前記目標加速度に基づいて前記モーションベースを動かすモーションベース駆動ステップとを具備する。 The driving simulation method according to the present invention includes an acceleration calculation step of calculating acceleration (ac, αc) of a virtual vehicle based on an operation of an operating device (4) attached to a motion base (3) on which a subject (2) is placed. A target acceleration calculation step of calculating a target acceleration (aMB, αMB) to be realized by the motion base based on the acceleration, and a first acceleration that the subject will feel when the motion base moves at the acceleration A first acceleration sensation estimation step for estimating a sensation (ac ″, αc ″) based on a mathematical model (21, 22, 24, 25); and when the motion base moves at the target acceleration, Second acceleration for estimating a second acceleration sensation (aMB ″, αMB ″) that will be felt based on the mathematical model. A target acceleration correcting step for correcting the target acceleration based on the first acceleration sensation and the second acceleration sensation in the previous period, and a motion base driving step for moving the motion base based on the target acceleration. To do.
前記加速度は、並進加速度（ａｃ）と角加速度（αｃ）とを含むことが好ましい。前記第１加速度感覚は、第１並進加速度感覚（ａｃ’’）と第１角加速度感覚（αｃ’’）とを含むことが好ましい。前記目標加速度は、目標並進加速度（ａＭＢ）と目標角加速度（αＭＢ）とを含むことが好ましい。前記第２加速度感覚は、第２並進加速度感覚（ａＭＢ’’）と第２角加速度感覚（αＭＢ’’）とを含むことが好ましい。前記数式モデルは、第１数式モデル（２１、２４）と第２数式モデル（２２、２５）とを含むことが好ましい。前記第１加速度感覚推定ステップは、前記第１数式モデルを用いて前記並進加速度から前記第１並進加速度感覚を推定するステップと、前記第２数式モデルを用いて前記角加速度から前記第１角加速度感覚を推定するステップとを備えることが好ましい。前記第２加速度感覚推定ステップは、前記第１数式モデルを用いて前記目標並進加速度から前記第２並進加速度感覚を推定するステップと、前記第２数式モデルを用いて前記目標角加速度から前記第２角加速度感覚を推定するステップとを備えることが好ましい。 The acceleration preferably includes translational acceleration (ac) and angular acceleration (αc). The first acceleration sensation preferably includes a first translational acceleration sensation (ac ″) and a first angular acceleration sensation (αc ″). The target acceleration preferably includes a target translational acceleration (aMB) and a target angular acceleration (αMB). The second acceleration sensation preferably includes a second translational acceleration sensation (aMB ″) and a second angular acceleration sensation (αMB ″). The mathematical model preferably includes a first mathematical model (21, 24) and a second mathematical model (22, 25). The first acceleration sensation estimation step includes the step of estimating the first translation acceleration sensation from the translation acceleration using the first mathematical model, and the first angular acceleration from the angular acceleration using the second mathematical model. Preferably including a step of estimating a sense. The second acceleration sensation estimation step includes the step of estimating the second translational acceleration sensation from the target translational acceleration using the first mathematical model, and the second angular acceleration from the target angular acceleration using the second mathematical model. It is preferable to include a step of estimating an angular acceleration sensation.
前記目標加速度修正ステップにおいては、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とのずれが所定のずれより大きい状態が所定の時間を超えて持続している間だけ、前記ずれが小さくなるように前記目標加速度を修正することが好ましい。 In the target acceleration correction step, the deviation is reduced only while the state where the deviation between the first acceleration sensation and the second acceleration sensation is greater than a predetermined deviation continues for a predetermined time. It is preferable to correct the target acceleration.
前記運転シミュレーション方法は、前記目標加速度を２階積分して前記モーションベースの目標位置（ｘＭＢ、θＭＢ）を演算するステップと、前記乗り物の速度（ｖｃ）を演算する速度演算ステップと、前記速度の低周波成分（ｖｃ’）に対応した前記モーションベースのセンター位置（ｘｃ）を求めるステップと、前記センター位置と前記モーションベースの現在位置（ＰＭＢＳ）とに基づき、前記モーションベースを前記センター位置に近づけるためのシフト量（ΔｘＭＢ）を演算するステップと、前記モーションベースが前記目標位置と前記シフト量との和で表される位置をとるように前記モーションベースを動かすステップとを具備することが好ましい。 In the driving simulation method, the target acceleration is second-order integrated to calculate the motion-based target position (xMB, θMB), the speed calculation step to calculate the vehicle speed (vc), Based on the step of obtaining the center position (xc) of the motion base corresponding to the low frequency component (vc ′), and the center position and the current position (PMBS) of the motion base, the motion base is brought close to the center position. It is preferable that the method includes a step of calculating a shift amount (ΔxMB) and a step of moving the motion base so that the motion base takes a position represented by a sum of the target position and the shift amount.
本発明によれば、運動についての違和感が少ない運転シミュレータ及び運転シミュレーション装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the driving simulator and driving simulation apparatus with little discomfort about an exercise | movement are provided.
添付図面を参照して、本発明による運転シミュレータ及び運転シミュレーション方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。本発明による運転シミュレータ及び運転シミュレーション方法は、車両の運転を模擬するするドライビングシミュレータの場合について以下に説明される。本発明による運転シミュレータ及び運転シミュレーション方法は、航空機の操縦を模擬するフライトシミュレータ、オートバイの運転を模擬するライディングシミュレータ、鉄道車両の運転を模擬するトレインシミュレータであってもよい。 The best mode for carrying out a driving simulator and a driving simulation method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The driving simulator and driving simulation method according to the present invention will be described below in the case of a driving simulator that simulates driving of a vehicle. The driving simulator and the driving simulation method according to the present invention may be a flight simulator that simulates aircraft operation, a riding simulator that simulates driving of a motorcycle, or a train simulator that simulates driving of a railway vehicle.
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る運転シミュレータ１を示している。運転シミュレータ１は、被験者２が乗り込むモーションベース３と、モーションベース３に取り付けられた操作装置４と、情報処理装置５と、模擬視界発生装置９と、サーボ装置１０とを備えている。情報処理装置５は、車両運動演算部６と、模擬視界演算部７と、モーションベース目標位置演算部８とを備えている。操作装置４は、ステアリングハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダルを備えている。操作装置４は、被験者２の操作を示す操作信号を車両運動演算部６に出力する。車両運動演算部６は、操作信号に基づいて仮想の車両の運動を演算する。車両運動演算部６は、演算結果に基づいて、車両の位置を示す車両位置Ｐｃを模擬視界演算部７に出力し、車両の並進速度を示す車両並進速度ｖｃと車両の加速度を示す車両加速度Ａｃとをモーションベース目標位置演算部８に出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a driving
車両並進速度ｖｃは、下記式に示されるように、第１成分ｖｃ１と、第２成分ｖｃ２と、第３成分ｖｃ３とを有するベクトルである。
車両加速度Ａｃは、下記式に示されるように、並進加速度第１成分ａｃ１と、並進加速度第２成分ａｃ２と、並進加速度第３成分ａｃ３と、角加速度第１成分αｃ１と、角加速度第２成分αｃ２と、角加速度第３成分αｃ３とを有するベクトルである。
模擬視界演算部７は、車両位置Ｐｃに基づいて被験者２に示すべき視界画像を示す模擬視界信号を生成し、模擬視界発生装置９に出力する。模擬視界発生装置９は、模擬視界信号に基づいて被験者２に視界画像を表示する。視界画像は、車両の運転者の視界の画像である。したがって、模擬視界発生装置９は車両の運転者が感じるであろう視覚刺激を被験者２に与える。
The simulated visual
サーボ装置１０は、６つのアクチュエータを備えている。各アクチュエータの駆動シャフト１０ａがモーションベース３に接続されている。サーボ装置１０は、モーションベース３に６自由度の運動をさせる。サーボ装置１０は、モーションベース３の現在位置を示すモーションベース検出位置ＰＭＢＳとモーションベース３の現在速度を示すモーションベース検出速度ＶＭＢＳとをモーションベース目標位置演算部８に出力する。
The
モーションベース目標位置演算部８は、車両並進速度ｖｃと、車両加速度Ａｃと、モーションベース検出位置ＰＭＢＳと、モーションベース検出速度ＶＭＢＳとに基づいて、モーションベース３が取るべき目標位置を示すモーションベース目標位置ＰＭＢ＊を演算してサーボ装置１０に出力する。サーボ装置１０は、モーションベース目標位置ＰＭＢ＊に基づいてモーションベース３を動かす。したがって、モーションベース３は車両の運転者が感じるであろう運動刺激を被験者２に与える。
The motion base target
被験者２の行う操作と、視覚刺激と、運動刺激とは、相互に関連している。したがって、被験者２は、車両に実際に乗っているかのような感覚を覚える。
The operation performed by the
図２は、サーボ装置１０を示している。サーボ装置１０は、座標変換部１１と、制御部１２と、駆動部１３と、位置検出器１４と、微分部１５とを備えている。
FIG. 2 shows the
モーションベース目標位置ＰＭＢ＊は、座標変換部１１に入力される。モーションベース目標位置ＰＭＢ＊は、モーションベース３の前後方向に沿う第１目標位置と、モーションベース３の左右方向に沿う第２目標位置と、モーションベース３の上下方向に沿う第３目標位置と、モーションベース３のロール角度を示す第１目標角度と、モーションベース３のピッチ角度を示す第２目標角度と、モーションベース３のヨー角度を示す第３目標角度とを有するベクトルである。ここで、モーションベース３の上下方向は、モーションベース３に対して固定され、必ずしも鉛直方向と平行ではない。
The motion base target position PMB * is input to the coordinate
座標変換部１１は、所定の変換規則に基づいて、モーションベース目標位置ＰＭＢ＊を駆動シャフト目標位置ＰＡ＊に変換して制御部１２に出力する。駆動シャフト目標位置ＰＡ＊は、６つの駆動シャフト１０ａの位置を示すベクトルである。位置検出器１４は、６つの駆動シャフト１０ａの現在位置を検出し、これらを示すベクトルとしての駆動シャフト検出位置ＰＡＳを座標変換部１１と制御部１２とに出力する。制御部１２は、駆動シャフト検出位置ＰＡＳが駆動シャフト目標位置ＰＡ＊に一致するように駆動部１３の６つのアクチュエータを動かす。座標変換部１１は、所定の変換規則に基づいて駆動シャフト検出位置ＰＡＳをモーションベース検出位置ＰＭＢＳに変換してモーションベース目標位置演算部８と微分部１５とに出力する。モーションベース検出位置ＰＭＢＳは、モーションベース３の前後方向に沿う第１検出位置と、モーションベース３の左右方向に沿う第２検出位置と、モーションベース３の上下方向に沿う第３検出位置と、モーションベース３のロール角度を示す第１検出角度と、モーションベース３のピッチ角度を示す第２検出角度と、モーションベース３のヨー角度を示す第３検出角度とを有するベクトルである。微分部１５は、モーションベース検出位置ＰＭＢＳを微分してモーションベース検出速度ＶＭＢＳを演算し、モーションベース目標位置演算部８に出力する。モーションベース検出速度ＶＭＢＳは、モーションベース３の前後方向に沿う第１検出速度と、モーションベース３の左右方向に沿う第２検出速度と、モーションベース３の上下方向に沿う第３検出速度と、モーションベース３のロール角速度を示す第１検出角速度と、モーションベース３のピッチ角速度を示す第２検出角速度と、モーションベース３のヨー角速度を示す第３検出角速度とを有するベクトルである。座標変換部１１及び位置検出器１４を含むユニットは、モーションベース３の現在位置を検出する位置検出器と呼ばれる場合がある。座標変換部１１、位置検出器１４及び微分部１５を含むユニットは、モーションベース３の現在速度を検出する速度検出器と呼ばれる場合がある。
The coordinate
図３は、モーションベース目標位置演算部８を示している。モーションベース目標位置演算部８は、目標加速度演算部１６と、目標加速度修正部１７と、２階積分部１８と、加算器１９と、加速度感覚推定部２０と、加速度感覚推定部２３と、違和感推定部２６と、比較器２７と、タイマ２８と、ローパスフィルタ２９と、速度−センター位置変換部３０と、シフト量演算部３１とを備えている。
FIG. 3 shows the motion base target
車両加速度Ａｃは、車両並進加速度ａｃと車両角加速度αｃとに分けられて目標加速度演算部１６と加速度感覚推定部２３とに入力される。車両並進加速度ａｃは、下記式に示すように、並進加速度第１成分ａｃ１と、並進加速度第２成分ａｃ２と、並進加速度第３成分ａｃ３とを有するベクトルである。
目標加速度演算部１６には、モーションベース３の位置についての制限を示すモーションベース位置リミッタ値ＰＬと、モーションベース３の速度についての制限を示すモーションベース速度リミッタ値ＶＬと、モーションベース３の加速度についての制限を示すモーションベース加速度リミッタ値ＡＬと、モーションベース検出位置ＰＭＢＳと、モーションベース検出速度ＶＭＢＳとが入力される。目標加速度演算部１６は、モーションベース３が実現すべきモーションベース目標並進加速度ａＭＢを車両並進加速度ａｃに基づいて演算し、モーションベース３が実現すべきモーションベース目標角加速度αＭＢを車両角加速度αｃに基づいて演算し、モーションベース目標並進加速度ａＭＢ及びモーションベース目標角加速度αＭＢを目標加速度修正部１７に出力する。このとき、目標加速度演算部１６は、モーションベース検出位置ＰＭＢＳがモーションベース位置リミッタ値ＰＬに係る制限内に収まるように、モーションベース検出速度ＶＭＢＳがモーションベース速度リミッタ値ＶＬに係る制限内に収まるように、モーションベース目標並進加速度ａＭＢ及びモーションベース目標角加速度αＭＢがモーションベース加速度リミッタ値ＡＬに係る制限内に収まるように、モーションベース目標並進加速度ａＭＢ及びモーションベース目標角加速度αＭＢを演算する。 The target acceleration calculation unit 16 includes a motion base position limiter value PL indicating a restriction on the position of the motion base 3, a motion base speed limiter value VL indicating a restriction on the speed of the motion base 3, and an acceleration of the motion base 3. A motion base acceleration limiter value AL indicating the limit, a motion base detection position PMBS, and a motion base detection speed VMBS are input. The target acceleration calculation unit 16 calculates the motion base target translational acceleration aMB that the motion base 3 should realize based on the vehicle translation acceleration ac, and converts the motion base target angular acceleration αMB that the motion base 3 should realize to the vehicle angular acceleration αc. The motion base target translational acceleration aMB and the motion base target angular acceleration αMB are output to the target acceleration correction unit 17. At this time, the target acceleration calculation unit 16 makes the motion base detection speed VMBS fall within the limit related to the motion base speed limiter value VL so that the motion base detection position PMBS falls within the limit related to the motion base position limiter value PL. In addition, the motion base target translational acceleration aMB and the motion base target angular acceleration αMB are calculated so that the motion base target translational acceleration aMB and the motion base target angular acceleration αMB are within the limits related to the motion base acceleration limiter value AL.
モーションベース目標並進加速度ａＭＢは、下記式に示すように、目標並進加速度第１成分ａＭＢ１と、目標並進加速度第２成分ａＭＢ２と、目標並進加速度第３成分ａＭＢ３とを有するベクトルである。
モーションベース目標角加速度αＭＢは、下記式に示すように、目標角加速度第１成分αＭＢ１と、目標角加速度第２成分αＭＢ２と、目標角加速度第３成分αＭＢ３とを有するベクトルである。
目標加速度演算部１６は、車両並進加速度ａｃの低周波成分に基づいてモーションベース目標角加速度αＭＢを演算する場合がある。この場合、例えばモーションベース３を一定のロール角度に傾けることにより、車両がカーブした道路上を走っているときに生じる横方向の定常的な並進加速度を被験者２に与えることができる。 The target acceleration calculation unit 16 may calculate the motion base target angular acceleration αMB based on the low frequency component of the vehicle translational acceleration ac. In this case, for example, by tilting the motion base 3 to a certain roll angle, it is possible to give the subject 2 a steady translational acceleration in the lateral direction that occurs when the vehicle is running on a curved road.
目標加速度修正部１７は、修正アルゴリズムに基づき、必要に応じてモーションベース目標並進加速度ａＭＢを修正し、必要に応じてモーションベース目標角加速度αＭＢを修正する。目標加速度修正部１７は、修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’と修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’とを、２階積分部１８と加速度感覚推定部２０とに出力する。修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’は、モーションベース目標並進加速度ａＭＢが修正されたものである場合もあるし、モーションベース目標並進加速度ａＭＢと同一である場合もある。修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’は、モーションベース目標角加速度αＭＢが修正されたものである場合もあるし、モーションベース目標角加速度αＭＢと同一である場合もある。
The target acceleration correction unit 17 corrects the motion base target translational acceleration aMB as necessary based on the correction algorithm, and corrects the motion base target angular acceleration αMB as necessary. The target acceleration correction unit 17 outputs the corrected motion base target translational acceleration aMB ′ and the corrected motion base target angular acceleration αMB ′ to the second-
修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’は、下記式に示すように、修正後目標並進加速度第１成分ａＭＢ１’と、修正後目標並進加速度第２成分ａＭＢ２’と、修正後目標並進加速度第３成分ａＭＢ３’とを有するベクトルである。
修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’は、下記式に示すように、修正後目標角加速度第１成分αＭＢ１’と、修正後目標角加速度第２成分αＭＢ２’と、修正後目標角加速度第３成分αＭＢ３’とを有するベクトルである。
２階積分部１８は、修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’を２階積分してモーションベース目標並進位置ｘＭＢを生成し、加算器１９に出力する。モーションベース目標並進位置ｘＭＢは、モーションベース３の目標並進位置（前後位置、左右位置、上下位置）を示すベクトルである。２階積分部１８は、修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’を２階積分してモーションベース目標角度θＭＢを生成し、出力する。モーションベース目標角度θＭＢは、モーションベース３の目標角度（ロール角度、ピッチ角度、ヨー角度）を示すベクトルである。
The second-
加算器１９は、シフト量演算部３１が出力したシフト量ΔｘＭＢをモーションベース目標並進位置ｘＭＢに加算する。シフト量ΔｘＭＢは、後で説明される。モーションベース目標並進位置ｘＭＢ及びシフト量ΔｘＭＢの和とモーションベース目標角度θＭＢとから構成されるモーションベース目標位置ＰＭＢ＊がサーボ装置１０に入力される。
The
加速度感覚推定部２０は、耳石器官を表す数式モデルとしての耳石器官モデル２１を用いて修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’から並進加速度感覚ａＭＢ’’を推定する。並進加速度感覚ａＭＢ’’は、モーションベース３が修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’で示される並進加速度運動をした場合に被験者２が感じるであろう感覚である。耳石器官モデル２１は、図４に示すように、修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’から高周波成分及び低周波成分を取り除く伝達関数３２と、パワーの大きさが設定値より小さい成分を取り除く伝達関数３３とを備えている。伝達関数３２は、耳石器官の周波数特性を表していれば、図４に示されたものに限定されない。伝達関数３３は、耳石器官の不感帯を表していれば、図４に示されたものに限定されない。伝達関数３２及び伝達関数３３の順序は、図４に示す順序の逆でもよい。
The acceleration
加速度感覚推定部２０は、三半規管を表す数式モデルとしての三半規管モデル２２を用いて修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’から角加速度感覚αＭＢ’’を推定する。角加速度感覚αＭＢ’’は、モーションベース３が修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’で示される角加速度運動をした場合に被験者２が感じるであろう感覚である。三半規管モデル２２は、図５に示すように、修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’から高周波成分を取り除く伝達関数３４と、低周波成分を取り除く伝達関数３５と、パワーの大きさが設定値より小さい成分を取り除く伝達関数３６とを備えている。伝達関数３４及び伝達関数３５は、三半規管の周波数特性を表していれば、図５に示されたものに限定されない。伝達関数３６は、三半規管の不感帯を表していれば、図５に示されたものに限定されない。伝達関数３４、伝達関数３５及び伝達関数３６の順序は、これらの６通りの順列のいずれであってもよい。
The acceleration
加速度感覚推定部２３は、耳石器官を表す数式モデルとしての耳石器官モデル２４を用いて車両並進加速度ａｃから並進加速度感覚ａｃ’’を推定する。並進加速度感覚ａｃ’’は、モーションベース３が車両並進加速度ａｃで示される並進加速度運動をした場合に被験者２が感じるであろう感覚である。耳石器官モデル２４は、図４に示すように、耳石器官モデル２１と同様である。
The acceleration
加速度感覚推定部２３は、三半規管を表す数式モデルとしての三半規管モデル２５を用いて車両角加速度αｃから角加速度感覚αｃ’’を推定する。角加速度感覚αｃ’’は、モーションベース３が車両角加速度αｃで示される角加速度運動をした場合に被験者２が感じるであろう感覚である。三半規管モデル２５は、図５に示すように、三半規管モデル２２と同様である。
The acceleration
耳石器官モデル２１、三半規管モデル２２、耳石器官モデル２４、三半規管モデル２５は、前庭器官モデルと呼ばれる場合がある。
The
並進加速度感覚ａＭＢ’’は、下記式に示されるように、並進加速度感覚第１成分ａＭＢ１’’と、並進加速度感覚第２成分ａＭＢ２’’と、並進加速度感覚第３成分ａＭＢ３’’とを有するベクトルである。
角加速度感覚αＭＢ’’は、下記式に示されるように、角加速度感覚第１成分αＭＢ１’’と、角加速度感覚第２成分αＭＢ２’’と、角加速度感覚第３成分αＭＢ３’’とを有するベクトルである。
並進加速度感覚ａｃ’’は、下記式に示されるように、並進加速度感覚第１成分ａｃ１’’と、並進加速度感覚第２成分ａｃ２’’と、並進加速度感覚第３成分ａｃ３’’とを有するベクトルである。
角加速度感覚αｃ’’は、下記式に示されるように、角加速度感覚第１成分αｃ１’’と、角加速度感覚第２成分αｃ２’’と、角加速度感覚第３成分αｃ３’’とを有するベクトルである。
ここで、並進加速度感覚ａｃ’’及び角加速度感覚αｃ’’から構成される加速度感覚Ａｃ’’は、下記式で表されるベクトルである。
違和感推定部２６は、加速度感覚ＡＭＢ’’（並進加速度感覚ａＭＢ’’及び角加速度感覚αＭＢ’’）と加速度感覚Ａｃ’’（角加速度感覚ａｃ’’及び角加速度感覚αｃ’’）とに基づいて被験者２が感じるであろう運動についての違和感を推定する。すなわち、違和感推定部２６は、加速度感覚ＡＭＢ’’と加速度感覚Ａｃ’’とから、被験者２が感じるであろう運動についての違和感を示す違和感Ｅｒｒを演算する。違和感推定部２６は違和感Ｅｒｒを目標加速度修正部１７と比較器２７とに出力する。
The
違和感Ｅｒｒは、下記式に示すように、第１成分ｅ１乃至第ｎ成分ｅｎを有するベクトルである。
違和感Ｅｒｒの第ｋ成分ｅｋは、下記式で表される。ここで、ｋは１以上ｎ以下の自然数である。
加速度感覚誤差ΔＡ’’は、下記式に示すように、加速度感覚Ａｃ’’と加速度感覚ＡＭＢ’’の差で表される。
速度感覚∫Ａｃ’’は、下記式に示すように、並進速度感覚第１成分ｖｃ１’’と、並進速度感覚第２成分ｖｃ２’’と、並進速度感覚第３成分ｖｃ３’’と、角速度感覚第１成分ωｃ１’’と、角速度感覚第２成分ωｃ２’’と、角速度感覚第３成分ωｃ３’’とを有するベクトルである。
速度感覚∫ＡＭＢ’’は、下記式に示すように、並進速度感覚第１成分ｖＭＢ１’’と、並進速度感覚第２成分ｖＭＢ２’’と、並進速度感覚第３成分ｖＭＢ３’’と、角速度感覚第１成分ωＭＢ１’’と、角速度感覚第２成分ωＭＢ２’’と、角速度感覚第３成分ωＭＢ３’’とを有するベクトルである。
速度感覚誤差∫ΔＡ’’は、下記式に示すように、速度感覚∫Ａｃ’’と速度感覚∫ＡＭＢ’’の差で表される。
比較器２７には、違和感Ｅｒｒの閾値を示す違和感閾値Ｅｔｈが入力される。違和感閾値Ｅｔｈは、下記式に示されるように、第１成分ｅｔｈ１乃至第ｎ成分ｅｔｈｎを有するベクトルである。
タイマ２８は、第１成分ｅ１乃至第ｎ成分ｅｎに対応する第１タイマ乃至第ｎタイマを備えている。タイマ２８には、違和感持続時間閾値Ｔｔｈが入力される。違和感持続時間閾値Ｔｔｈは、下記式に示されるように、第１違和感持続時間閾値ｔ１乃至第ｎ違和感持続時間閾値ｔｎを有するベクトルである。
タイマ２８は、第ｋ成分ｅｋの大きさが第ｋ成分ｅｔｈｋより大きいことを示すタイマオン信号が入力されると、第ｋ成分ｅｋに対応する第ｋタイマでタイマオン信号の入力の持続時間を監視する。タイマ２８は、第ｋ成分ｅｋに関するタイマオン信号の持続時間が第ｋ違和感持続時間閾値ｔｋを超えている間、そのことを示す修正オン信号を目標加速度修正部１７に出力する。タイマ２８は、第ｋ成分ｅｋの大きさが第ｋ成分ｅｔｈｋより大きいことを示すタイマオン信号の入力が中断すると、修正オン信号の出力を停止し、第ｋタイマをリセットする。
When the timer-on signal indicating that the magnitude of the k-th component ek is larger than the k-th component ethk is input, the
目標加速度修正部１７は、第ｋ成分ｅｋについての修正オン信号が入力されている間だけ、第ｋ成分ｅｋの大きさが小さくなるように、モーションベース目標並進加速度ａＭＢ、モーションベース目標角加速度αＭＢ又は両方を修正アルゴリズムに基づいて修正する。目標加速度修正部１７は、修正の内容と修正を行ったときの違和感Ｅｒｒの変化とに基づいて、修正アルゴリズムを修正することが好ましい。この場合、運転シミュレータ１を使用するほど、目標加速度修正部１７の行う修正が適正化される。
The target acceleration correction unit 17 reduces the magnitude of the k-th component ek only while the correction on signal for the k-th component ek is input, so that the motion-based target translational acceleration aMB and the motion-based target angular acceleration αMB are reduced. Or both are corrected based on the correction algorithm. The target acceleration correcting unit 17 preferably corrects the correction algorithm based on the content of the correction and the change in the uncomfortable feeling Err when the correction is made. In this case, the correction performed by the target acceleration correcting unit 17 is optimized as the driving
次に、違和感Ｅｒｒが下記式で表される場合の、比較器２７、タイマ２８、目標加速度修正部１７の動作について説明する。
上記式で表された違和感Ｅｒｒは、第１成分ｅ１乃至第９成分ｅ９を有している。第１成分ｅ１は、並進加速度感覚誤差第１成分Δａ１’’である。第２成分ｅ２は、並進加速度感覚誤差第２成分Δａ２’’である。第３成分ｅ３は、並進加速度感覚誤差第３成分Δａ３’’である。第４成分ｅ４は、角加速度感覚誤差第１成分Δα１’’である。第５成分ｅ５は、角加速度感覚誤差第２成分Δα２’’である。第６成分ｅ６は、角加速度感覚誤差第３成分Δα３’’である。第７成分ｅ７は、角速度感覚第１成分ωｃ１’’及び角速度感覚第２成分ωｃ２’’の積と、角速度感覚第１成分ωＭＢ１’’及び角速度感覚第２成分ωＭＢ２’’の積との差である。第８成分ｅ８は、角速度感覚第２成分ωｃ２’’及び角速度感覚第３成分ωｃ３’’の積と、角速度感覚第２成分ωＭＢ２’’及び角速度感覚第３成分ωＭＢ３’’の積との差である。第９成分ｅ９は、角速度感覚第３成分ωｃ３’’及び角速度感覚第１成分ωｃ１’’の積と、角速度感覚第３成分ωＭＢ３’’及び角速度感覚第１成分ωＭＢ１’’の積との差である。第１軸まわりの角速度と第１軸と垂直な第２軸まわりの角速度との積の誤差は、運動の違和感に大きく影響すると考えられている。 The uncomfortable feeling Err represented by the above formula has a first component e1 to a ninth component e9. The first component e1 is a translational acceleration sensory error first component Δa1 ″. The second component e2 is a translational acceleration sensory error second component Δa2 ″. The third component e3 is a translational acceleration sensory error third component Δa3 ″. The fourth component e4 is an angular acceleration sensory error first component Δα1 ″. The fifth component e5 is an angular acceleration sensory error second component Δα2 ″. The sixth component e6 is an angular acceleration sensory error third component Δα3 ″. The seventh component e7 is a difference between the product of the angular velocity sense first component ωc1 ″ and the angular velocity sense second component ωc2 ″ and the product of the angular velocity sense first component ωMB1 ″ and the angular velocity sense second component ωMB2 ″. is there. The eighth component e8 is a difference between the product of the angular velocity sense second component ωc2 ″ and the angular velocity sense third component ωc3 ″ and the product of the angular velocity sense second component ωMB2 ″ and the angular velocity sense third component ωMB3 ″. is there. The ninth component e9 is a difference between the product of the angular velocity sense third component ωc3 ″ and the angular velocity sense first component ωc1 ″ and the product of the angular velocity sense third component ωMB3 ″ and the angular velocity sense first component ωMB1 ″. is there. An error in the product of the angular velocity around the first axis and the angular velocity around the second axis perpendicular to the first axis is considered to greatly affect the sense of discomfort in motion.
比較器２７は、第１成分ｅ１としての並進加速度感覚誤差第１成分Δａ１’’の大きさが第１成分ｅｔｈ１より大きい場合、そのことを示すタイマオン信号をタイマ２８に出力する。
When the magnitude of the translational acceleration sensory error first component Δa1 ″ as the first component e1 is larger than the first component eth1, the
タイマ２８は、このようなタイマオン信号が第１違和感持続時間閾値ｔ１を越えて持続して入力されている間、第１成分ｅ１に係る修正オン信号を目標加速度修正部１７に出力する。
The
目標加速度修正部１７は、第１成分ｅ１に係る修正オン信号が入力されている間、並進加速度感覚誤差第１成分Δａ１’’が正の場合はａＭＢ１’＞ａＭＢ１となるように修正を行い、並進加速度感覚誤差第１成分Δａ１’’が負の場合はａＭＢ１’＜ａＭＢ１となるように修正を行う。 The target acceleration correction unit 17 corrects the translation acceleration sensory error first component Δa1 ″ so as to satisfy aMB1 ′> aMB1 while the correction on signal related to the first component e1 is input. When the translational acceleration sensory error first component Δa1 ″ is negative, correction is performed so that aMB1 ′ <aMB1.
運転シミュレータ１においては、目標加速度修正部１７と、加速度感覚推定部２０と、加速度感覚推定部２３と、違和感推定部２６と、比較器２７と、タイマ２８とにより、被験者２が感じる運動の違和感が小さく抑えられる。
In the driving
与えられる運動刺激が視覚刺激や操作と大きく異なる場合であっても、その状態が一定時間以上持続しないと人間は違和感を感じないことが知られている。したがって、運転シミュレータ１がタイマ２８を備えることにより、目標加速度修正部１７による修正が必要以上に頻繁に行われることが防がれる。したがって、修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’及び修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’が不安定になることが防がれる。運転シミュレータ１がタイマ２８を備える場合、目標加速度修正部１７による修正幅を大きくすることが可能である。
It is known that even if the motion stimulus given is significantly different from the visual stimulus or operation, the human will not feel uncomfortable unless the state lasts for a certain period of time. Therefore, by providing the driving
なお、比較器２７がタイマオン信号を目標加速度修正部１７に出力し、タイマオン信号が入力されている間だけ目標加速度修正部１７が修正を行うようにしてもよい。この場合、目標加速度修正部１７が修正するときの修正幅を小さくすれば、修正後モーションベース目標並進加速度ａＭＢ’及び修正後モーションベース目標角加速度αＭＢ’が不安定になることが防がれる。
The
目標加速度修正部１７は、違和感Ｅｒｒの絶対値が所定の閾値より大きい場合に、目標加速度修正部１７の絶対値が小さくなるように修正を行ってもよい。 The target acceleration correction unit 17 may perform correction so that the absolute value of the target acceleration correction unit 17 becomes smaller when the absolute value of the uncomfortable feeling Err is larger than a predetermined threshold value.
次に、ローパスフィルタ２９、速度−センター位置変換部３０及びシフト量演算部３１の動作を説明する。車両並進速度ｖｃは、ローパスフィルタ２９に入力される。ローパスフィルタ２９は、車両並進速度ｖｃの低周波成分としての車両並進速度の低周波成分ｖｃ’を速度−センター位置変換部３０に出力する。
Next, operations of the low-
車両並進速度の低周波成分ｖｃ’は、下記式に示されるように、第１成分ｖｃ１の低周波成分としての第１成分ｖｃ１’と、第２成分ｖｃ２の低周波成分としての第２成分ｖｃ２’と、第３成分ｖｃ３の低周波成分としての第３成分ｖｃ３’とを有するベクトルである。
速度−センター位置変換部３０は、所定の変換規則に基づいて車両並進速度の低周波成分ｖｃ’に対応するモーションベース３のセンター位置（並進位置）を示すセンター位置ｘｃを出力する。センター位置ｘｃは、下記式に示すように、センター位置第１成分ｘｃ１と、センター位置第２成分ｘｃ２と、センター位置第３成分ｘｃ３とを有するベクトルである。
シフト量演算部３１は、モーションベース検出位置ＰＭＢＳが示すモーションベース３の現在位置（並進位置）がセンター位置ｘｃの示すセンター位置に近づくようにシフト量ΔｘＭＢを演算し、加算器１９に出力する。シフト量ΔｘＭＢは、モーションベース３の前後方向、左右方向及び上下方向の変位量を示すベクトルである。シフト量演算部３１は、被験者２がシフト量ΔｘＭＢに起因する加速度を感じないように、シフト量ΔｘＭＢの大きさ、又はシフト量ΔｘＭＢの各成分の大きさを一定値以下に抑えることが好ましい。
The shift
例えば、ブレーキ時の加速度をモーションベース３で実現するためには、ブレーキをかける前の車両の速度が大きいほどモーションベース３を後方に大きく並進移動させる必要がある。すなわち、モーションベース３の前方部分が鉛直下向きに下がるように傾けた状態でモーションベース３を後方に大きく動かす必要がある。この場合の移動量を大きくとるために、速度−センター位置変換部３０が用いる変換規則は、第１成分ｖｃ１’が示す車両の前方への速度が大きいほどセンター位置第１成分ｘｃ１がモーションベース３の前方寄りの位置を示し、センター位置第３成分ｘｃ３がモーションベース３の下方寄りの位置を示すように設定されていることが好ましい。
For example, in order to realize the acceleration at the time of braking with the motion base 3, it is necessary to move the motion base 3 in a greater translational direction backward as the speed of the vehicle before braking is increased. That is, it is necessary to move the motion base 3 rearward in a state where the front portion of the motion base 3 is tilted so as to be lowered vertically downward. In order to increase the amount of movement in this case, the conversion rule used by the speed-center
ローパスフィルタ２９と、速度−センター位置変換部３０と、シフト量演算部３１とにより、モーションベース３の加速度が車両の加速度に近づく。したがって、運転シミュレータ１においては、運動についての違和感が少ない。
The acceleration of the motion base 3 approaches the acceleration of the vehicle by the low-
１…運転シミュレータ
２…被験者
３…モーションベース
４…操作装置
５…情報処理装置
６…車両運動演算部
７…模擬視界演算部
８…モーションベース目標位置演算部
９…模擬視界発生装置
１０…サーボ装置
１０ａ…駆動シャフト
１１…座標変換部
１２…制御部
１３…駆動部
１４…位置検出器
１５…微分部
１６…目標加速度演算部
１７…目標加速度修正部
１８…２階積分部
１９…加算器
２０、２３…加速度感覚推定部
２１、２４…耳石器官モデル
２２、２５…三半規管モデル
２６…違和感推定部
２７…比較器
２８…タイマ
２９…ローパスフィルタ
３０…速度−センター位置変換部
３１…シフト量演算部
３２、３３、３４、３５、３６…伝達関数
Ｐｃ…車両位置
ｖｃ…車両速並進度
ｖｃ’…車両並進速度の低周波成分
Ａｃ…車両加速度
ａｃ…車両並進加速度
αｃ…車両角加速度
ＰＭＢＳ…モーションベース検出位置
ＶＭＢＳ…モーションベース検出速度
ＰＭＢ＊…モーションベース目標位置
ＰＬ…モーションベース位置リミッタ値
ＶＬ…モーションベース速度リミッタ値
ＡＬ…モーションベース加速度リミッタ値
ａＭＢ…モーションベース目標並進加速度
αＭＢ…モーションベース目標角加速度
ａＭＢ’…修正後モーションベース目標並進加速度
αＭＢ’…修正後モーションベース目標角加速度
ｘＭＢ…モーションベース目標並進位置
θＭＢ…モーションベース目標角度
ＡＭＢ’’Ａｃ’’…加速度感覚
ａＭＢ’’、ａｃ’’…並進加速度感覚
αＭＢ’’、αｃ’’…角加速度感覚
ＰＡ＊…駆動シャフト目標位置
ＰＡＳ…駆動シャフト検出位置
Ｅｒｒ…違和感
Ｅｔｈ…違和感閾値
ΔＡ’’…加速度感覚誤差
∫Ａｃ’’、∫ＡＭＢ’’…速度感覚
∫ΔＡ’’…速度感覚誤差
Ｔｔｈ…違和感持続時間閾値
ｘｃ…センター位置
ΔｘＭＢ…シフト量
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記モーションベースに取り付けられた操作装置と、
前記操作装置の操作に基づいて仮想の乗り物の加速度を演算する運動演算部と、
前記加速度に基づいて前記モーションベースが実現すべき目標加速度を演算する目標加速度演算部と、
前記目標加速度に基づいて前記モーションベースを動かすサーボ装置と、
加速度感覚推定部と、
目標加速度修正部と
を具備し、
前記加速度感覚推定部は、前記モーションベースが前記加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第１加速度感覚を数式モデルに基づいて推定し、前記モーションベースが前記目標加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第２加速度感覚を前記数式モデルに基づいて推定し、
前記目標加速度修正部は、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とに基づいて前記目標加速度を修正する
運転シミュレータ。 A motion base on which the subject is placed,
An operating device attached to the motion base;
A motion calculation unit for calculating the acceleration of a virtual vehicle based on the operation of the operation device;
A target acceleration calculator for calculating a target acceleration to be realized by the motion base based on the acceleration;
A servo device for moving the motion base based on the target acceleration;
An acceleration sensation estimation unit;
A target acceleration correction unit,
The acceleration sensation estimation unit estimates a first acceleration sensation that the subject will feel when the motion base moves at the acceleration based on a mathematical model, and when the motion base moves at the target acceleration. Estimating a second acceleration sensation that the subject will feel based on the mathematical model;
The target acceleration correcting unit corrects the target acceleration based on the first acceleration sensation and the second acceleration sensation.
前記第１加速度感覚は、第１並進加速度感覚と第１角加速度感覚とを含み、
前記目標加速度は、目標並進加速度と目標角加速度とを含み、
前記第２加速度感覚は、第２並進加速度感覚と第２角加速度感覚とを含み、
前記数式モデルは、第１数式モデルと第２数式モデルとを含み、
前記加速度感覚推定部は、前記第１数式モデルを用いて前記並進加速度から前記第１並進加速度感覚を推定し、前記第２数式モデルを用いて前記角加速度から前記第１角加速度感覚を推定し、前記第１数式モデルを用いて前記目標並進加速度から前記第２並進加速度感覚を推定し、前記第２数式モデルを用いて前記目標角加速度から前記第２角加速度感覚を推定する
請求項１の運転シミュレータ。 The acceleration includes translational acceleration and angular acceleration,
The first acceleration sensation includes a first translational acceleration sensation and a first angular acceleration sensation,
The target acceleration includes a target translational acceleration and a target angular acceleration,
The second acceleration sensation includes a second translational acceleration sensation and a second angular acceleration sensation,
The mathematical model includes a first mathematical model and a second mathematical model,
The acceleration sensation estimation unit estimates the first translational acceleration sensation from the translational acceleration using the first mathematical model, and estimates the first angular acceleration sensation from the angular acceleration using the second mathematical model. The second translational acceleration sensation is estimated from the target translational acceleration using the first mathematical model, and the second angular acceleration sensation is estimated from the target angular acceleration using the second mathematical model. Driving simulator.
タイマと
を具備し、
前記比較器は、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とのずれが所定のずれより大きい間、前記タイマにタイマオン信号を出力し、
前記タイマは、前記タイマオン信号の入力が所定の時間を超えて持続している間、前記目標加速度修正部に修正オン信号を出力し、
前記目標加速度修正部は、前記修正オン信号が入力している間、前記ずれが小さくなるように前記目標加速度を修正する
請求項１又は２の運転シミュレータ。 A comparator;
A timer,
The comparator outputs a timer on signal to the timer while a difference between the first acceleration sensation and the second acceleration sensation is larger than a predetermined deviation.
The timer outputs a correction on signal to the target acceleration correction unit while the input of the timer on signal continues beyond a predetermined time,
The driving simulator according to claim 1 or 2, wherein the target acceleration correcting unit corrects the target acceleration so that the deviation is reduced while the correction on signal is input.
ローパスフィルタと、
速度−センター位置変換部と、
シフト量演算部と
を具備し、
前記運動演算部は、前記乗り物の速度を演算し、
前記速度−センター位置変換部は、前記ローパスフィルタを通過した前記速度の低周波成分に対応した前記モーションベースのセンター位置を出力し、
前記シフト量演算部は、前記センター位置と前記モーションベースの現在位置とに基づき、前記モーションベースを前記センター位置に近づけるためのシフト量を演算し、
前記サーボ装置は、前記モーションベースが前記目標位置と前記シフト量との和で表される位置をとるように前記モーションベースを動かす
請求項１乃至３のいずれかに記載の運転シミュレータ。 A second-order integration unit that performs second-order integration of the target acceleration to calculate the motion-based target position;
A low-pass filter,
A speed-center position converter,
A shift amount calculation unit,
The motion calculation unit calculates the speed of the vehicle,
The speed-center position conversion unit outputs the center position of the motion base corresponding to the low frequency component of the speed that has passed through the low-pass filter,
The shift amount calculation unit calculates a shift amount for bringing the motion base closer to the center position based on the center position and the current position of the motion base.
The driving simulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the servo device moves the motion base so that the motion base takes a position represented by a sum of the target position and the shift amount.
前記運転シミュレータの目標加速度演算部が、前記加速度に基づいて前記モーションベースが実現すべき目標加速度を演算する目標加速度演算ステップと、
前記運転シミュレータの加速度感覚推定部が、前記モーションベースが前記加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第１加速度感覚を数式モデルに基づいて推定する第１加速度感覚推定ステップと、
前記加速度感覚推定部が、前記モーションベースが前記目標加速度で運動した場合に前記被験者が感じるであろう第２加速度感覚を前記数式モデルに基づいて推定する第２加速度感覚推定ステップと、
前記運転シミュレータの目標加速度修正部が、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とに基づいて前記目標加速度を修正する目標加速度修正ステップと、
サーボ装置が、前記目標加速度に基づいて前記モーションベースを動かすモーションベース駆動ステップと
を具備する
運転シミュレーション方法。 The motion calculation unit of the driving simulator calculates the acceleration of the virtual vehicle based on the operation of the operating device attached to the motion base on which the subject is placed,
A target acceleration calculation unit of the driving simulator calculates a target acceleration to be realized by the motion base based on the acceleration; and
A first acceleration sensation estimation step , wherein the acceleration sensation estimation unit of the driving simulator estimates a first acceleration sensation that the subject will feel when the motion base moves at the acceleration based on a mathematical model;
A second acceleration sensation estimation step, wherein the acceleration sensation estimation unit estimates a second acceleration sensation that the subject will feel when the motion base moves at the target acceleration based on the mathematical model;
Target acceleration correcting section of the driving simulator, and a target acceleration correction step for correcting the target acceleration based on the second acceleration sensation and the first acceleration sensation,
A servo simulation method comprising: a motion base drive step for moving the motion base based on the target acceleration.
前記第１加速度感覚は、第１並進加速度感覚と第１角加速度感覚とを含み、
前記目標加速度は、目標並進加速度と目標角加速度とを含み、
前記第２加速度感覚は、第２並進加速度感覚と第２角加速度感覚とを含み、
前記数式モデルは、第１数式モデルと第２数式モデルとを含み、
前記第１加速度感覚推定ステップは、
前記加速度感覚推定部が、前記第１数式モデルを用いて前記並進加速度から前記第１並進加速度感覚を推定するステップと、
前記加速度感覚推定部が、前記第２数式モデルを用いて前記角加速度から前記第１角加速度感覚を推定するステップと
を備え、
前記第２加速度感覚推定ステップは、
前記加速度感覚推定部が、前記第１数式モデルを用いて前記目標並進加速度から前記第２並進加速度感覚を推定するステップと、
前記加速度感覚推定部が、前記第２数式モデルを用いて前記目標角加速度から前記第２角加速度感覚を推定するステップと
を備える
請求項５の運転シミュレーション方法。 The acceleration includes translational acceleration and angular acceleration,
The first acceleration sensation includes a first translational acceleration sensation and a first angular acceleration sensation,
The target acceleration includes a target translational acceleration and a target angular acceleration,
The second acceleration sensation includes a second translational acceleration sensation and a second angular acceleration sensation,
The mathematical model includes a first mathematical model and a second mathematical model,
The first acceleration sensation estimation step includes:
The acceleration sensation estimation unit estimating the first translational acceleration sensation from the translational acceleration using the first mathematical model;
The acceleration sensation estimation unit includes estimating the first angular acceleration sensation from the angular acceleration using the second mathematical model;
The second acceleration sensation estimation step includes:
The acceleration sensation estimation unit estimating the second translational acceleration sensation from the target translational acceleration using the first mathematical model;
The driving simulation method according to claim 5, wherein the acceleration sensation estimation unit includes the step of estimating the second angular acceleration sensation from the target angular acceleration using the second mathematical model.
前記目標加速度修正部は、前記第１加速度感覚と前記第２加速度感覚とのずれが所定のずれより大きい状態が所定の時間を超えて持続している間だけ、前記ずれが小さくなるように前記目標加速度を修正する
請求項５又は６の運転シミュレーション方法。 In the target acceleration correction step,
The target acceleration correction unit is configured to reduce the deviation only while the state where the deviation between the first acceleration sensation and the second acceleration sensation is greater than a predetermined deviation continues for a predetermined time. The driving simulation method according to claim 5 or 6, wherein the target acceleration is corrected.
前記運動演算部が、前記乗り物の速度を演算する速度演算ステップと、
前記運転シミュレータの速度−センター位置変換部が、前記速度の低周波成分に対応した前記モーションベースのセンター位置を求めるステップと、
前記運転シミュレータのシフト量演算部が、前記センター位置と前記モーションベースの現在位置とに基づき、前記モーションベースを前記センター位置に近づけるためのシフト量を演算するステップと、
前記サーボ装置が、前記モーションベースが前記目標位置と前記シフト量との和で表される位置をとるように前記モーションベースを動かすステップと
を具備する
請求項５乃至７のいずれかに記載の運転シミュレーション方法。 A second-order integration unit of the driving simulator calculates the motion-based target position by performing second-order integration of the target acceleration;
A speed calculation step in which the motion calculation unit calculates the speed of the vehicle;
A step of calculating a center position of the motion base corresponding to a low-frequency component of the speed , a speed-center position conversion unit of the driving simulator ;
A shift amount calculation unit of the driving simulator calculates a shift amount for bringing the motion base closer to the center position based on the center position and the current position of the motion base;
The operation according to any one of claims 5 to 7, wherein the servo device includes a step of moving the motion base so that the motion base takes a position represented by a sum of the target position and the shift amount. Simulation method.
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