JPH08248872A

JPH08248872A - 運転模擬試験装置

Info

Publication number: JPH08248872A
Application number: JP4820095A
Authority: JP
Inventors: Masami Aga; 正己阿賀; Fumihiro Ushijima; 溥三宏牛島; Yohei Tanaka; 洋平田中; Yutaka Koizumi; 豊小泉; Katsumi Nakajima; 勝己中嶋; Tomoyuki Takahashi; 知之高橋
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】揺動台の可動範囲が狭くなることなく、運転
者に不快感を与えることを防止又は軽減する。【構成】揺動テーブル40、支持プレート46、上側台板
52から成り、ドーム42が取付けられると共に車両モデル
44が設置された揺動台を、該揺動台にユニバーサルジョ
イント56を介して上端部が各々連結された複数の油圧シ
リンダ36を伸縮させることにより揺動させる運転模擬試
験装置において、油圧シリンダ36の上端部取付位置と同
じ高さ（揺動台の可動範囲が最も広くなる）とされた揺
動基準点Ｑと、車両モデル４４の運転席に着座した運転
者の頭部に対応する高さとされた揺動基準点Ｒを設定
し、揺動台を揺動させることで模擬すべき加速度の変化
速度が高くなるに従って揺動基準点Ｒとの距離が小さく
なるように揺動中心点の位置を演算し、該揺動中心点を
揺動中心として揺動台を揺動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は運転模擬試験装置に係
り、特に、模擬運転席及び操作部が設置された揺動台
を、該模擬運転席に着座した運転者の運転操作に応じて
揺動装置により揺動させる運転模擬試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、運転者の訓練や自動車の研究
開発等を支援するための装置としてドライビングシミュ
レータが知られている。ドライビングシミュレータは、
運転者が着座する模擬運転席、模擬運転席が設置された
揺動台を揺動させる揺動装置、映像を表示する表示装
置、音を発生する音響装置等を備えており、模擬運転席
に着座した運転者の運転操作に基づいて該運転操作に従
って走行する仮想的な車両の状態（車両に加わる加速
度、運転者の視界、運転者に聴取される音等）を判断
し、揺動装置により揺動台を揺動させることによって車
両に加わる加速度等を模擬させ、表示装置により運転者
の視界に相当する模擬視界映像を表示させ、音響装置よ
り運転者に聴取される走行音等を模擬した音を発生させ
る等によって、実際の車両を運転している感覚に近い感
覚を運転者に与えるものである。

【０００３】ドライビングシミュレータでは自車両が予
め設定された模擬走行路を走行しているものとして模擬
視界映像を生成するが、任意の状況の模擬走行路を予め
設定しておき、自車両がこの模擬走行路を走行している
ものとして模擬視界映像を生成、表示することにより、
例えば交差点の通過、高速道路の走行等の任意の状況に
おける運転操作を模擬することができ、特に実際には行
うことが困難な、危険を伴う状況（例えば他車両や歩行
者との接触の危険がある状況）での試験や訓練を安全に
かつ繰り返し行うことが可能となる。

【０００４】ところで、前記揺動装置としては従来より
種々の構成のものが提案されているが、一例として特開
昭 61-194465号公報には、揺動台の下面にジョイントを
介して６本の油圧シリンダの上端部を各々連結して各油
圧シリンダにより共働して揺動台を支持し、各油圧シリ
ンダの駆動を各々制御することにより揺動台を６自由度
で揺動できるようにした揺動装置が示されている。この
ような構成の揺動装置では、油圧シリンダの上端のジョ
イント部近傍を揺動中心（支点）として揺動台を揺動さ
せ、油圧シリンダのストロークに対する揺動台の可動範
囲を広くするようにしている。

【０００５】一般に、航空機では離着陸時に機体に大き
な加速度が加わるものの、加速度の変化は緩やかであ
る。このため、航空機の離着陸等の操縦を訓練するため
のフライトシミュレータでは、緩やかな加速度変化を模
擬できればよい。これに対し車両では、特に減速時に車
両に加わる加速度が大きくかつ急速に変化すると共に、
ピッチ運動、ロール運動、ヨー運動が同時に発生する複
雑な挙動を示す。ドライビングシミュレータは、急制動
等の運転操作が必要となる危険を伴う状況も再現する必
要があり、フライトシミュレータと比較して模擬すべき
加速度変化の範囲が広く、かつ上記のような複雑な挙動
を模擬できることが求められるので、前述のように揺動
台の可動範囲を広くすることは非常に重要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
車両で制動等を行った際に生ずる揺動（例えばピッチ運
動等）の中心は、車両の重心位置にほぼ一致し、この点
は運転者の近傍に存在するのに対し、前記揺動装置が揺
動台を揺動させる際の揺動中心の位置は、模擬運転席に
着座している運転者から見て車両の重心位置に相当する
位置とは大きく異なっている。このため前記揺動装置に
より特に車両の減速を模擬するために、前記揺動中心を
支点としてピッチ運動（車両左右方向に沿った軸回りの
揺動）を生じさせると、運転者が実際より大きなピッチ
運動を感じることにより運転者に違和感が生じ、所謂シ
ミュレータ酔いを催す等のように運転者が不快感を感ず
ることがあった。

【０００７】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、揺動台の可動範囲が狭くなることなく、運転者に不
快感を与えることを防止又は軽減することが可能な運転
模擬試験装置を得ることが目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、運転者が着座する模擬運転席
及び該模擬運転席に着座した運転者が運転操作を行うた
めの操作部が少なくとも設置された揺動台と、前記揺動
台を揺動させると共に、前記揺動における揺動中心の位
置を変更可能な揺動装置と、前記運転者の運転操作に基
づいて該運転操作により加わる仮想的な加速度を演算
し、前記演算した加速度が模擬されるように前記揺動装
置により所定の揺動中心点を揺動中心として前記揺動台
を揺動させる制御手段と、前記演算された加速度の変化
に応じて模擬運転席に着座している運転者と前記揺動中
心点との距離が変化するように揺動中心点の位置を変更
する揺動中心変更手段と、を含んで構成している。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、揺動中心変更手段は、前記演算された加速
度の変化速度が所定値以上の場合に前記揺動中心点と模
擬運転席に着座している運転者との距離が小さくなるよ
うに揺動中心点の位置を変更することを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】従来の運転模擬試験装置において運転者が感ず
るシミュレータ酔い等の不快感は、揺動装置による揺動
の中心が運転者の位置と大きく異なるために生じ、運転
者が感ずる不快感の大きさは模擬すべき加速度の変化に
応じて変化する。

【００１１】このため請求項１記載の発明では、運転者
が着座する模擬運転席及び該模擬運転席に着座した運転
者が運転操作を行うための操作部が少なくとも設置され
た揺動台を、揺動中心の位置を変更可能な揺動装置によ
って揺動させるようにしている。なお、揺動中心の位置
を変更可能な揺動装置としては、例えば前述したように
油圧シリンダ等の複数のアクチュエータにより揺動台を
揺動させる構成の揺動装置を適用することができる。

【００１２】また、模擬運転席に着座した運転者が操作
部を介して運転操作を行うと、制御手段では前記運転操
作に基づいて、前記運転操作により加わる仮想的な加速
度（例えば模擬する対象が車両の場合は運転者による車
両の運転操作により走行する仮想的な車両に加わる加速
度）を演算し、演算した加速度が模擬されるように揺動
装置により所定の揺動中心点を揺動中心として揺動台を
揺動させる。また揺動中心変更手段では、演算された加
速度の変化に応じて模擬運転席に着座している運転者と
揺動中心点との距離が変化するように揺動中心点の位置
を変更する。

【００１３】上記により、例えば前記加速度が大きくな
るに従って揺動基準位置と運転者との距離が小さくなる
ように揺動基準位置の座標を変更する等により、特に運
転者に大きく不快感を与え易い状況において、揺動中心
を運転者の位置に近づけることができ、運転者に不快感
を与えることを防止又は軽減することが可能となる。ま
た、運転者に不快感を与える可能性の低い状況では、揺
動中心を従来通りに運転者から離間させる（例えば揺動
台付近の所定位置を揺動中心とする）ようにすること
で、揺動台の可動範囲が狭くなることも回避できる。

【００１４】ところで、運転者が感ずる不快感の大きさ
は運転模擬試験装置で模擬すべき加速度の変化に応じて
変化するが、特に模擬すべき加速度の変化が速い場合、
すなわち揺動台を高速で揺動させた場合に大きな不快感
を感じ、シミュレータ酔いを催し易いことが、本願発明
者等の実験により明らかとなった。このため請求項２記
載の発明では、揺動中心変更手段が、演算された加速度
の変化速度が所定値以上の場合に模擬運転席に着座して
いる運転者と揺動中心点との距離が小さくなるように揺
動中心点の位置を変更するようにしている。これによ
り、運転者にシミュレータ酔い等の不快感を与えること
を、より確実に防止又は減少させることができる。

【００１５】なお、人体に加わる加速度等を検知し平衡
感覚を司る器官は頭部（内耳）に存在しているので、加
速度変化の大きさが特に大きい場合には、模擬運転席に
着座している運転者の頭部に相当する位置を揺動基準位
置（揺動中心）として揺動させることが好ましい。この
場合の揺動中心の位置は、模擬する対象を車両としたと
きの実際の揺動の中心の位置とは若干異なることになる
が、揺動台が運転者の頭部を揺動中心として揺動するの
で運転者の平衡感覚を乱すことを防止でき、運転者にシ
ミュレータ酔い等の不快感を与えることをより確実に防
止できる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照し本発明の実施例を詳細に
説明する。図１には、本実施例に係る運転模擬試験装置
１０が示されている。

【００１７】運転模擬試験装置１０は、模擬運転席（後
述）に着座した運転者によって操作されるシフトレバ
ー、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキ
ペダルを含んで構成された操作部１２を備えている。操
作部１２の出力端には車両運動演算コンピュータ１４及
びメータ１６が接続されている。操作部１２は、シフト
レバーの位置（シフトポジション）、前記運転者による
ステアリングホイール、アクセルペダル及びブレーキペ
ダルの操作量を各々検出する複数のセンサを備えてお
り、各センサによる検出結果を運転操作情報として車両
運動演算コンピュータ１４に出力する。なお、シフトポ
ジションの検出結果を表す情報についてはメータ１６に
も出力される。

【００１８】車両運動演算コンピュータ１４では、操作
部１２より入力された運転操作情報及び後述する画像コ
ンピュータ２０から入力される模擬走行路の環境情報
（路面勾配、路面の凹凸、路面摩擦係数等）に基づい
て、運転者の運転操作により模擬走行路を走行する仮想
的な車両の運動状態（車両に加わる前後加速度Ａｘ、横
加速度Ａｙ、ピッチ角θｘ、ロール角θｙ、ヨー角θ
ｚ、車速Ｖ、エンジン回転数ｎ等）を演算する。車両運
動演算コンピュータ１４にはメータ１６が接続されてお
り、メータ１６には前記車両運動情報のうち車速Ｖとエ
ンジン回転数ｎが出力される。メータ１６では、入力さ
れた車速Ｖ、エンジン回転数ｎに応じてスピードメー
タ、タコメータを駆動すると共に、操作部１２から入力
されたシフトポジションに従ってシフトポジションイン
ジケータに現在のシフトポジションを表示する。

【００１９】また車両運動演算コンピュータ１４は、前
記演算した仮想的な車両の状態を表す各種情報（以下、
これらを車両運動情報と総称する）に基づき、前記仮想
的な車両においてシフトレバー、ステアリングホイー
ル、アクセルペダル及びブレーキペダルを介して運転者
が体感する操作反力を推定演算する。そして、演算した
操作反力を反力制御情報として操作反力制御部１８に出
力する。操作部１２には実際の車両においてシフトレバ
ー、ステアリングホイール、アクセルペダル及びブレー
キペダルを介して運転者が体感する操作反力を模擬する
ための反力発生装置（図示省略）が設けられており、操
作反力制御部１８は、入力された反力制御情報に基づい
て、反力発生装置で発生される操作反力の大きさを制御
する。

【００２０】車両運動演算コンピュータ１４には画像コ
ンピュータ２０が接続されており、この画像コンピュー
タ２０には前記車両運動情報が入力される。また画像コ
ンピュータ２０には、前記仮想的な車両が走行する模擬
走行路に関する情報（前述の環境情報を含む）を記憶し
た地形データベース２２が接続されている。画像コンピ
ュータ２０では、入力された車両運動情報に基づいて模
擬走行路上における前記仮想的な車両の位置を演算す
る。また画像コンピュータ２０は、模擬走行路上に他車
両、歩行者等の移動体を発生させる必要が有るか否かを
予め設定された情報に基づいて判断し、移動体を発生さ
せる必要が有れば該移動体の位置を演算する。

【００２１】画像コンピュータ２０は、前記演算した模
擬走行路上における前記仮想的な車両（及び移動体）の
位置、模擬走行路に関する情報を、画像コンピュータ２
０に接続された模擬視野画像ジェネレータ２４に出力す
る。模擬視野画像ジェネレータ２４は前記入力された情
報に基づいて、前記仮想的な車両の運転席に着座した運
転者の視界を模擬した模擬視野画像を表す画像データを
生成し、模擬視野画像ジェネレータ２４に接続されたプ
ロジェクタ２６に出力する。プロジェクタ２６は、前記
入力された画像データが表す模擬視野画像をスクリーン
（後述）に投影表示する。

【００２２】また画像コンピュータ２０は、地形データ
ベース２２に記憶されている模擬走行路に関する情報の
うち模擬走行路上において前記仮想的な車両が位置して
いる部分についての環境情報を、前述したように車両運
動情報コンピュータ１４に出力するが、この環境情報は
画像コンピュータ２０に接続されたサウンドコンピュー
タ２８にも出力される。サウンドコンピュータ２８は車
両運動演算コンピュータ１４にも接続されており、車両
運動演算コンピュータ１４からは前記仮想的な車両の車
速Ｖが入力される。サウンドコンピュータ２８では入力
された情報に基づいて、実際の車両の運転席に着座した
運転者に聴取される音（排気音、エンジン音、風切音、
ロードノイズ等）を推定演算し、演算した音を合成生成
する。サウンドコンピュータ２８にはスピーカ３０が接
続されており、前記合成生成された音はスピーカ３０か
ら出力される。

【００２３】また、車両運動演算コンピュータ１４には
モーションコンピュータ３２も接続されており、このモ
ーションコンピュータ３２にも車両運動情報が出力され
る。モーションコンピュータ３２の詳細な構成について
は後述するが、入力された車両運動情報に基づいて、前
記模擬運転席、操作部１２、スクリーン等が設けられた
揺動台（後述）を揺動させるための油圧シリンダの目標
シリンダ長さを演算し、油圧制御部３４へ出力する。油
圧制御部３４では入力された目標シリンダ長さに基づい
て油圧シリンダ３６に供給する作動油の油圧を制御す
る。これにより、油圧シリンダ３６は前記目標シリンダ
長さに一致するように伸縮される。なお、車両運動コン
ピュータ１４及びモーションコンピュータ３２は本発明
の制御手段を構成しており、油圧制御部３４及び油圧シ
リンダ３６は本発明の揺動装置を構成している。

【００２４】次に揺動台及びその駆動機構について説明
する。図２及び図３に示すように、揺動台の一部を構成
する揺動テーブル４０の上部にはドーム４２が取付けら
れている。ドーム４２の内部には車両モデル（カットモ
デル）４４が設置されており、運転者が着座する模擬運
転席、操作部１２の一部を構成するシフトレバー、ステ
アリングホイール、アクセルペダル及びブレーキペダル
は車両モデル４４の内部に各々配設されている。またド
ーム４２内部の上方側には、前述したプロジェクタ２６
が複数台設けられている。プロジェクタ２６は、ドーム
４２の内壁をスクリーンとして前述の模擬視野画像を投
影表示する。

【００２５】揺動テーブル４０の下方には支持プレート
４６が配置されている。図４に示すように、支持プレー
ト４６の上面には、中央部にリングレール４６Ａが形成
されており、リングレール４６Ａの周囲には、図示しな
いエア供給源からエアが供給されることにより作動する
フリーベアリングユニット５０が複数設けられている。
また揺動テーブル４０の下面には、中央部に前記リング
レール４６Ａに対応するリング状の溝４０Ａが形成され
ており、溝４０Ａ内には、その円周方向に沿って複数箇
所にユニットベアリング４８が設けられている。

【００２６】揺動テーブル４０と支持プレート４６と
は、互いに組み付けられた状態で、支持プレート４６の
リングレール４６Ａが溝４０Ａの内部に入り込むので、
揺動テーブル４０は支持プレート４６に対して回転可能
に支持される。揺動テーブル４０は、ドーム４２内部に
車両モデル４４を搬入する際に、支持プレート４６に対
して手動により回転されるが、このときにはフリーベア
リングユニット５０にエアが供給され、揺動テーブル４
０が支持プレート４６に対して僅かにフロートした状態
とされるので、揺動テーブル４０の回転を非常に小さな
操作力で行うことが可能となる。なお揺動テーブル４０
を旋回駆動する駆動装置を設け、車両挙動を模擬するた
めに補助的に（詳しくは油圧シリンダ３６による揺動台
の揺動（ヨー軸回りの旋回）の補助として）揺動テーブ
ル４０を旋回駆動するようにしてもよい。

【００２７】また、支持プレート４６の下面には上側台
板５２が固着されており、この上側台板５２の下方には
所定間隔隔てて下側台板５８が配置されている。なお、
上側台板５２、支持プレート４６及び揺動テーブル４０
は本発明の揺動台を構成している（以下、これらを総称
する場合には「揺動台」という）。上側台板５２及び下
側台板５８は各々外形が略三角形状とされているもの
の、大きさは上側台板５２の方が若干小さく、かつ前記
略三角形状の三角形の向きが略１８０°異なっている。
また上側台板５２と下側台板５８との間には、６本の油
圧シリンダ３６が配設されている。

【００２８】上側台板５２の下面には、前記三角形の３
個の頂点に対応する位置に各々ブラケット５４が取付け
られており（図２、図３も参照）、各ブラケット５４に
は、各々ユニバーサルジョイント５６を介して２本の油
圧シリンダ３６の上端部が各々取付けられている。また
下側台板５８についても、前記三角形の３個の頂点に対
応する位置が油圧シリンダ３６の下端部の取付位置とさ
れている。各油圧シリンダ３６は、同一のブラケット５
４に取付けられた２本の油圧シリンダ３６と下側台板５
８の上面とによって三角形が形成されるように、各々の
下端部が、上端部取付位置に対して斜め下方に存在する
下側台板５８側の取付位置に、各々ユニバーサルジョイ
ント６０を介して取付けられている。

【００２９】上記構成により、モーションコンピュータ
３２によって油圧制御部３４を介して６本の油圧シリン
ダ３６が伸縮されると、図５に想像線でも示すように、
揺動台及びドーム４２は一体となって揺動される。な
お、前述のように上側台板５２の大きさは下側台板５８
よりも若干小さくされているので、上側台板５２側にお
いて各油圧シリンダ３６の取付位置を頂点とする三角形
は、下側台板５８側において各油圧シリンダ３６の取付
位置を頂点とする三角形に対しての大きさが小さく、か
つ相似している。

【００３０】また図５に示すように、上側台板５２と下
側台板５８との間には、フレキシブルホース７２が配設
されている。フレキシブルホース７２は、内部に複数の
ハーネス（電源線及び信号線）を収容しており、ハーネ
スを介して揺動台側への電力の供給や各種信号の送受が
行われる。

【００３１】図４に示すように、下側台板５８の下方に
は、前記ドーム４２の内部に設置された車両モデル４４
の幅方向に沿って、一対のレール６２が互いに平行に配
設されている。下側台板５８には前記一対のレール６２
に対応して複数のリニアガイド６４が取付けられてお
り、下側台板５８はレール６２に沿って摺動可能とされ
ている。また、一対のレール６２の間には、レール６２
に平行にボールスクリュ６６が配設されている。ボール
スクリュ６６の両端にはモータ６８の駆動軸が連結され
ており、ボールスクリュ６６はモータ６８の駆動力が伝
達されて回転される。下側台板５８には、このボールス
クリュ６６に対応してブラケット７０が取付けられてい
る。

【００３２】ブラケット７０には、前記ボールスクリュ
６６に対応して円孔が設けられており、この円孔の内壁
には、前記ボールスクリュ６６に形成された雄ねじと螺
合する雌ねじが形成されている。従って、ボールスクリ
ュ６６が回転されると、下側台板５８はボールスクリュ
６６の回転方向に応じて、レール６２に沿って図４矢印
Ａ方向又は矢印Ｂ方向（車両モデル４４の幅方向）に並
進移動される。ボールスクリュ６６の回転は、モーショ
ンコンピュータ３２の演算部１１２（後述）から出力さ
れる信号に従って制御される。ボールスクリュ６６によ
る並進移動は、油圧シリンダ３６による揺動台の移動
（詳しくは車両モデル４４の幅方向に沿った並進移動）
を補助するために行なわれる。

【００３３】図５に示すように、下側台板５８には一対
のケーブルベア７４の一端が各々取付けられており、ケ
ーブルベア７４の他端は床面７６に各々固定されてい
る。ケーブルベア７４の内部には油圧ホースやハーネス
が収容されており、油圧シリンダ３６作動用の油圧や電
力が下側台板５８に伝達されると共に、各種信号の送受
が行われる。

【００３４】次に本実施例の作用として、まず図６を参
照し、モーションコンピュータ３２で行われる処理につ
いて説明する。なお、図６はモーションコンピュータ３
２で行われる処理を機能毎にブロックに分けて示したも
のである。車両運動演算コンピュータ１４からは車両運
動情報として、仮想的な車両の前後加速度Ａｘ、横加速
度Ａｙ、ピッチ角θｘ、ロール角θｙ、ヨー角θｚがモ
ーションコンピュータ３２に出力され、これらのデータ
はモーションコンピュータ３２のモーションアルゴリズ
ム演算ブロックに入力される。

【００３５】本実施例に係る運転模擬試験装置では、車
両運動情報に基づいて油圧シリンダ３６の伸縮により揺
動台を揺動させる（より詳しくは、床面７６に平行な平
面に沿って車両モデル４４の前後方向及び左右方向に揺
動台を移動（並進移動）させると共に、車両モデル４４
のピッチ軸、ロール軸、ヨー軸（図８参照）回りに揺動
台を傾動させる）ことにより、仮想的な車両の挙動を模
擬する。前述のモーションアルゴリズム演算ブロックで
は、入力された車両運動情報に基づいて、揺動台に加え
るべき前後加速度、横加速度及び、揺動台を揺動させる
角度（ティルト角：具体的にはピッチ角、ロール角）及
びヨー角を演算する。

【００３６】すなわちモーションアルゴリズム演算ブロ
ックでは、まずスケーリング部８０Ａ〜８０Ｅにおい
て、前記入力された前後加速度Ａｘ、横加速度Ａｙ、ピ
ッチ角θｘ、ロール角θｙ、ヨー角θｚに対し、最大値
が各々一定値となるように値を規格化する（スケーリン
グダウンする）。なお、規格化された前後加速度Ａα、
横加速度Ａβは、後述する演算部１１２における演算に
用いられる。スケーリング部８０Ａ〜８０Ｅで各々規格
化されたデータはハイパスフィルタ８２Ａ〜８２Ｅに入
力される。

【００３７】ハイパスフィルタ８２Ａでは揺動台の並進
移動で模擬すべき前後加速度ａ_xとして、前後加速度Ａ
αから高周波成分（瞬間的に変化する成分）を抽出し、
リミッタ８４Ａ及び減算部８６Ａに出力する。減算部８
６Ａは前後加速度Ａαからハイパスフィルタ８２Ａの出
力を減算し、加速度−角度変換部８８Ａに出力する。こ
れにより前後加速度Ａαは、揺動台の並進移動で模擬す
べき瞬間的に変化する成分（ハイパスフィルタ８２Ａの
出力）と、揺動台の傾動で模擬すべき定常的な成分（減
算部８６Ａの出力）とに分離される。またリミッタ８４
Ａは、揺動台の並進移動で模擬すべき前後加速度の値が
過大となることによる油圧シリンダ３６のオーバトラベ
ルを防止するために、その時々の前後速度Ｖ_xの大きさ
に応じてその値を圧縮して出力する。

【００３８】またハイパスフィルタ８２Ｂは、揺動台の
並進移動で模擬すべき横加速度ａ_Yとして、横加速度Ａ
βから高周波成分を抽出し、リミッタ８４Ｂ及び減算部
８６Ｂに出力する。減算部８６Ｂでは横加速度Ａβから
ハイパスフィルタ８２Ｂの出力を減算し、加速度−角度
変換部８８Ｂに出力する。上記により横加速度Ａβにつ
いても、揺動台の並進移動で模擬すべき瞬間的に変化す
る成分（ハイパスフィルタ８２Ｂの出力）と定常的な成
分（減算部８６Ｂの出力）とに分離される。またリミッ
タ８４Ｂは、揺動台の並進移動で模擬すべき横加速度の
値が過大となることによる油圧シリンダ３６のオーバト
ラベルを防止するために、その時々の横速度Ｖ_Yの大き
さに応じてその値を圧縮して出力する。

【００３９】加速度−角度変換部８８Ａ、８８Ｂでは、
入力された定常的な加速度成分を予め定められた逆三角
関数に従ってティルト角に変換し、加算部９０Ａ、９０
Ｂに各々出力する。一方、ハイパスフィルタ８２Ｃ〜８
２Ｅでは、揺動台の傾動で模擬すべきピッチ角、ロール
角、ヨー角として、スケーリング部８０Ｃ〜８０Ｅで規
格化されたピッチ角、ロール角、ヨー角から各々高周波
成分を抽出し、ハイパスフィルタ８２Ｃ、８２Ｄは加算
部９０Ａ、９０Ｂに、ハイパスフィルタ８２Ｅはリミッ
タ８４Ｅに各々出力する。

【００４０】加算部９０Ａではハイパスフィルタ８２Ｃ
の出力と加速度−角度変換部８８Ａの出力とを加算し、
リミッタ８４Ｃに出力する。また加算部９０Ｂでは、ハ
イパスフィルタ８２Ｄの出力と加速度−角度変換部８８
Ｂの出力とを加算し、リミッタ８４Ｄに出力する。これ
により、前後加速度Ａαから分離された定常的な成分を
表すティルト角はピッチ角に付加され、横加速度Ａβか
ら分離された定常的な成分を表すティルト角はロール角
に付加されることになる。

【００４１】リミッタ８４Ｃ〜８４Ｅは、揺動台の傾動
が過大となることによる油圧シリンダ３６のオーバトラ
ベルを防止するために、各々その時々のピッチ角速度ω
_x、ロール角速度ω_Y、ヨー角速度ω_Zの大きさに応じ
てその値を圧縮する。リミッタ８４Ｃ、８４Ｄの出力
は、各々目標ピッチ角θxref、目標ロール角θyrefとし
て演算部１１２に入力される。なお、ハイパスフィルタ
８２Ｃ〜８２Ｅによって除去されたピッチ角、ロール
角、ヨー角の定常的な成分は、該定常的な成分に応じて
模擬視野画像を変更する（例えば模擬視野画像を傾け
る）ことにより表現される。

【００４２】一方、リミッタ８４Ａから出力された前後
加速度ａ_xは、積分演算ブロックの積分演算部９２Ａに
入力され、前後並進移動速度Ｖ_xに変換された後にリミ
ッタ９４Ａに入力され、油圧シリンダ３６のオーバトラ
ベルを防止するために前後並進移動変位量Ｘの大きさに
応じて値が圧縮され、更に積分演算部９６Ａに入力され
て前後並進移動変位量（前後方向変位量）Ｘに変換され
てウオッシュアウト演算ブロックに出力される。また、
リミッタ８４Ｂから出力された横加速度ａ_Yは、積分演
算ブロックの積分演算部９２Ｂに入力され、横並進移動
速度Ｖ_Yに変換された後にリミッタ９４Ｂに入力され、
油圧シリンダ３６のオーバトラベルを防止するために横
並進移動変位量Ｙの大きさに応じて値が圧縮され、更に
積分演算部９６Ｂに入力されて横並進移動変位量（横方
向変位量）Ｙに変換されてウオッシュアウト演算ブロッ
クに出力される。

【００４３】ウオッシュアウト演算ブロックは、揺動台
に対し同一方向への並進移動や傾動が繰り返された場合
に、揺動台が可動範囲の境界に対応する位置に到達し揺
動台の揺動を行えなくなることを防止するために、揺動
台を運転者に感知されない程度に緩やかに初期位置に復
帰させる成分を付加するものである。前記初期位置に復
帰させる成分の演算はウオッシュアウト演算部９８Ａ〜
９８Ｃで行われ、演算された前記初期位置に復帰させる
成分は、各々加算部１００Ａ〜１００Ｃによって前後方
向変位量、横方向変位量、目標ヨー角に付加されて、各
々前後方向目標位置Ｘref 、横方向目標位置Ｙref 及び
目標ヨー角θzrefとして演算部１１２に出力される。

【００４４】なお、ウオッシュアウト演算ブロックは積
分演算部１０６を備えており、積分演算部１０６は車両
運動演算コンピュータ１４から入力された前後加速度Ａ
ｘを積分して車速Ｖｘを演算し、マップ１０８では前記
演算された車速Ｖｘに応じた目標位置Ｘを導出する。ウ
オッシュアウト演算部９８Ａは、減算部１１０で演算さ
れた、前記目標位置Ｘと積分演算部９６Ａから出力され
た前後方向変位量との偏差に基づいて、前記目標位置Ｘ
へ復帰させる成分の演算を行う。

【００４５】なお横方向変位量については、０指令部１
０２Ａから揺動台の初期位置における横方向位置が出力
され、ウオッシュアウト演算部９８Ｂでは、減算部１０
４Ａで演算された前記初期位置における横方向位置と、
積分演算部９６Ｂから出力された横方向変位量との偏差
に応じて前記初期位置に復帰させる成分を演算する。ま
た目標ヨー角についても同様に、０指令部１０２Ｂから
揺動台の初期位置におけるヨー角が出力され、ウオッシ
ュアウト演算部９８Ｃでは、減算部１０４Ｂで演算され
た前記初期位置におけるヨー角と、リミッタ８４Ｅから
出力された目標ヨー角との偏差に応じて前記初期位置に
復帰させる成分を演算する。また、揺動台の高さ方向目
標位置Ｚref については、中立指令部１１４から演算部
１１２に一定値が出力される。

【００４６】次に演算部１１２で行われる目標シリンダ
長さ演算処理について、図７のフローチャートを参照し
て説明する。なお、図７に示す処理は演算部１１２にお
いて所定時間毎に周期的に実行される。ステップ２００
ではカウンタｔに１を加算する。ステップ２０２ではス
ケーリング部８０Ａ、８０Ｂから出力された規格化後の
前後加速度Ａα、横加速度Ａβを取り込み、次のステッ
プ２０４では前後加速度Ａαの微分値Ｊαｔ、横加速度
Ａβの微分値Ｊβｔを各々演算する。ステップ２０６で
は所定時間前（ｔ−ｍ）から現在（ｔ）に亘る加速度の
変化（加速度の変化速度）Ｊを次の（１）式に従って演
算する。

【００４７】

【数１】

【００４８】演算部１１２は一例として図９に示すよう
に、係数ｋ（この係数ｋにより後述するように揺動台の
揺動中心が定まる）と加速度の変化速度Ｊとの関係を定
めたマップを予め記憶している。図９に示すマップで
は、一例として加速度の変化速度Ｊの値が所定値Ｊ₁よ
りも大きくなると、加速度の変化速度Ｊの増加に正比例
して係数ｋの値が大きくなるように定められている。

【００４９】次のステップ２０８では、前記演算した加
速度の変化速度Ｊに基づいて、前記記憶しているマップ
より係数ｋを導出する。本実施例では６本の油圧シリン
ダ３６を各々区別するために、図８（Ａ）にも示すよう
に各油圧シリンダに「１」〜「６」の符号を付してお
り、ステップ２１０では以下で油圧シリンダの符号とし
て用いる変数ｎに１を代入する。次のステップ２１２で
は次の（２）式に従って、揺動台が初期位置にあるとき
に、係数ｋにより定まる揺動中心から油圧シリンダｎの
上側取付点Ｐｎへ向かうベクトル（Ｐnx，Ｐny，Ｐnz）
を演算する（図８（Ｂ）も参照）。

【００５０】

【数２】

【００５１】上記（２）式によって演算されるベクトル
（Ｐnx，Ｐny，Ｐnz）は、前記揺動中心点に対する油圧
シリンダｎの上側取付点の相対位置を表している。な
お、ベクトル（Ｑnx，Ｑny，Ｑnz）は、図２及び図３に
も示すように、模擬運転席の直下でかつ各油圧シリンダ
の上側取付位置と同高さに設定された揺動基準点Ｑに対
する油圧シリンダｎの上側取付点の相対位置を表してい
る。またベクトル（Ｒnx，Ｒny，Ｒnz）は、図２及び図
３にも示すように、模擬運転席に着座した運転者の頭部
に相当する位置に設定された揺動基準点Ｒに対する油圧
シリンダｎの上側取付点の相対位置を表している。

【００５２】従って、（２）式より明らかなように、ベ
クトル（Ｐnx，Ｐny，Ｐnz）が表す揺動中心点Ｐ（図８
も参照）は、係数ｋが０のとき、すなわち加速度の変化
速度Ｊが０又は非常に小さいときには揺動基準点Ｑに一
致し、係数ｋ（加速度の変化速度Ｊ）が大きくなるに従
ってヨー軸上を移動して揺動基準点Ｒに近づき、係数ｋ
が１のとき、すなわち加速度の変化速度Ｊが所定値以上
になると揺動基準点Ｒに一致することになる。なお、ス
テップ２０２〜２０８の処理及びステップ２１２の処理
は、本発明の揺動中心変更手段に対応する処理である。

【００５３】ステップ２１４では、上記で演算したベク
トル（Ｐnx，Ｐny，Ｐnz）及び入力された前後方向目標
位置Ｘref 、横方向目標位置Ｙref 、目標ピッチ角θxr
ef、目標ロール角yref、及び目標ヨー角θzrefに基づい
て、油圧シリンダｎの上側取付位置の移動目標位置Ｐn'
を次の（３）式に従って演算する。

【００５４】

【数３】

【００５５】上記（３）式より明らかなように、移動目
標位置Ｐn'は、ベクトル（Ｐnx，Ｐny，Ｐnz）が表す揺
動中心を座標の原点とし、該原点を通るピッチ軸、ロー
ル軸、ヨー軸回りに各々ピッチ角θxref、ロール角yre
f、及びヨー角θzrefだけ揺動台を傾け、更に目標位置
Ｘref 及び目標位置Ｙref だけ揺動台を前後方向及び横
方向に移動させたときの油圧シリンダｎの上側取付点Ｐ
ｎの位置に相当する。

【００５６】次のステップ２１６では、変数ｎの値が
「６」か否か判定する。判定が否定された場合には、ス
テップ２１８で変数ｎに１を加算してステップ２１２へ
戻る。これにより、ステップ２１２、２１４の処理が６
本の油圧シリンダ３６の各々に対して行われることにな
る。

【００５７】全ての油圧シリンダ３６に対する移動目標
位置Ｐn'の演算が完了するとステップ２１６の判定が肯
定されてステップ２２０へ移行し、各油圧シリンダ３６
の移動目標位置に基づいて各油圧シリンダの目標長さＬ
₁〜Ｌ₆を各々演算して処理を終了する。

【００５８】演算された各油圧シリンダの目標長さＬ₁
〜Ｌ₆は、図６に示すようにリミッタ１１６Ａ〜１１６
Ｆを介して目標長さＬ1ref〜Ｌ6refとして油圧制御部３
４に出力される。これにより、６本の油圧シリンダ３６
は各々対応する目標長さＬnrefに一致するように伸縮駆
動され、その結果、前述の揺動中心点Ｐを揺動中心とし
て揺動台が揺動されることになる。

【００５９】これにより、加速度の変化速度Ｊが大きく
なるに従って、揺動中心の位置が運転者の頭部に近づく
ように変更設定して揺動台を揺動させるので、例えば運
転者が急制動等の運転操作を行った等により模擬すべき
加速度の変化速度が大きく、揺動台を高速で揺動させる
必要がある場合にも、運転者にシミュレータ酔い等の不
快感を与えることを確実に防止することができる。また
加速度の変化速度が所定値Ｊ₁未満の場合には、揺動中
心点Ｐの位置が、揺動台の可動範囲が最も広くなる揺動
基準点Ｑに一致されるので、比較的緩やかな加速度変化
に対しては揺動基準点Ｑを揺動中心として揺動台を大き
く揺動させ、仮想的な車両に加わる加速度を大きくスケ
ールダウンすることなく模擬し、実際の車両を運転して
いる感覚に近い感覚を運転者に与えることができる。

【００６０】なお、上記では係数ｋを導出するためのマ
ップとして、図９に示すように加速度の変化速度Ｊの増
加に比例して係数ｋの値が大きくなるマップを用いてい
たが、これに限定されるものではなく、図１０（Ａ）に
示すように加速度の変化速度Ｊの増加に対して係数ｋの
値が段階的に増加するマップや、図１０（Ｂ）に示すよ
うに係数ｋの値が滑らかに変化するマップ、或いは図１
０（Ｃ）に示すように係数ｋの変化にヒステリシス性を
持たせたマップ等を用いてもよく、モデルとする車両の
種類等に応じて適宜変更可能であることは言うまでもな
い。

【００６１】また、上記では仮想的な車両の前後加速度
Ａα及び横加速度Ａβから加速度の変化速度Ｊを演算す
るようにしていたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、運転者によるステアリングホイール、アクセル
ペダル及びブレーキペダルの操作に基づいて、仮想的な
車両に加わる加速度の緩急を判定し、判定結果に応じて
揺動中心を変更するようにしてもよい。

【００６２】更に、上記では揺動基準点Ｒを一定位置と
していたが、上記に限定されるものではなく、運転者の
体格に拘わらず揺動基準点Ｒを運転者の頭部に一致させ
るために、運転者の頭部の位置（具体的には運転者の座
高等）を予め入力し、入力された頭部の位置に一致する
ように揺動基準点Ｒの位置を演算するようにしてもよ
い。

【００６３】また、模擬視野画像を表示する装置の制
約、或いは車両モデルの配置スペース不足等の理由によ
り、一例として図１１に示すように、揺動台に垂直な軸
に対して車両モデルを傾斜させて配置せざるを得ない場
合には、傾斜させて配置した車両モデルを基準としてピ
ッチ、ロール、ヨーの各座標軸を設定し、この座標軸に
基づいてベクトル（Ｑnx，Ｑny，Ｑnz）及びベクトル
（Ｒnx，Ｒny，Ｒnz）を予め求め、これを用いて前述の
（２）式の演算を行うようにすれば、傾斜配置された車
両モデルの模擬運転席に着座した運転者に対し、適正に
車両運動を体感させることが可能となる。

【００６４】更に、上記ではボールスクリュ６６によっ
て車両モデル４４の幅方向に沿って下側台板５８を並進
移動させるようにしていたが、並進移動させる機構はこ
れに限定されるものではなく、一例として図１２に示す
ように、下側台板５８の側部にラック５８Ａを形成する
と共に、このラック５８Ａに噛合するピニオンギア１２
０を設け、ピニオンギア１２０を床面に固定された油圧
モータ１２２の駆動力で回転させることにより下側台板
を並進移動させるようにしてもよい。

【００６５】図１２に示した油圧モータ１２２は慣性モ
ーメントが低く、かつ駆動力が大きいので、並進移動の
応答性能を向上させることができる。また、図１２では
油圧モータ１２２及びピニオンギア１２０の組を２組設
けており、一方の油圧モータ１２２において、他方の油
圧モータ１２２と逆方向に所定の駆動力を発生させるこ
とにより、所謂シザースギアと同様にバックラッシュに
よる応答遅れ、騒音を低減することができる。更に、油
圧シリンダ３６の伸縮により下側台板５８に伝達される
反力は、油圧モータ１２２、ラック５８Ａとピニオンギ
ア１２０の摩擦により吸収されるので、支持剛性にも優
れている。

【００６６】また、上記では油圧シリンダ３６による揺
動機構の上方に、溝４０Ａ、ユニットベアリング４８、
リングレール４６Ａ、フリーベアリングユニット５０、
図示しない駆動装置から成る旋回機構を設けているの
で、この旋回機構で支持すべき荷重は揺動テーブル４
０、ドーム４２及びドーム４２内の設置物の質量のみと
なり、高い剛性は必要とされない。これにより、上述し
たように旋回機構の構成を簡単にすることができ、駆動
装置で大きな駆動力を発生させる必要が無くなると共に
旋回機構を設けることによる重量の増加も低く抑えるこ
とができる。従って、揺動機構、並進機構の応答性能が
悪化することもない。

【００６７】また、上記では上側台板５２側において各
油圧シリンダ３６の取付位置を頂点とする三角形が、下
側台板５８側において各油圧シリンダ３６の取付位置を
頂点とする三角形に対して大きさが小さくかつ相似して
いる構成の揺動装置を例に説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、前記双方の三角形が合同であ
ってもよい。また油圧シリンダの本数についても６本に
限定されるものではなく、更に揺動中心が変更可能な揺
動装置であれば本発明を適用することが可能であり、揺
動装置の構成は上記に限定されるものではない。揺動中
心が変更可能な揺動装置としては、一例としてＮＡＤＳ
(National Advanced Driving Simulator)(「豊田中央研
究所Ｒ＆Ｄレビュー」Vol.26 No.1 1991年３月発行を参
照）やＮＡＳＡ Ames Research Center のVertical Mot
ion Simulator(米国雑誌「Aviation Week ＆ Space Tec
hnology 」1983年1 月17日発行を参照）等が挙げられ
る。本発明はこれらのシミュレータに適用することも可
能である。

【００６８】更に、上記では模擬対象を車両とした運転
模擬試験装置に本発明を適用した例を説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、模擬対象を航空機
とした運転模擬試験装置（所謂フライトシミュレータ）
等に本発明を適用することも可能である。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、揺動台の可動範囲が狭くなることなく、運転者に不
快感を与えることを防止又は軽減することが可能にな
る、という優れた効果を有する。

【００７０】請求項２記載の発明は、運転者にシミュレ
ータ酔い等の不快感を与えることをより確実に防止又は
減少させることができる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る運転模擬試験装置の全体構成を
示す概略ブロック図である。

【図２】揺動台上に取付けられたドームの内部を示す正
面図である。

【図３】ドームの内部を示す側面図である。

【図４】揺動台及び揺動台の駆動機構を示す分解斜視図
である。

【図５】揺動台及び揺動台の駆動機構を示す正面図であ
る。

【図６】モーションコンピュータで行われる処理を機能
毎にブロックに分けて示す概略ブロック図である。

【図７】モーションコンピュータの演算部で行われる目
標シリンダ長さ演算処理を説明するフローチャートであ
る。

【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は揺動台の揺動の演算に用い
る座標系、揺動中心の位置、揺動中心から油圧シリンダ
の上側取付点へ向かうベクトル等を説明するための概念
図である。

【図９】加速度の変化速度Ｊと係数ｋとの関係を定めた
マップの一例を示す線図である。

【図１０】（Ａ）乃至（Ｃ）は加速度の変化速度Ｊと係
数ｋとの関係を定めたマップの他の例を示す線図であ
る。

【図１１】車両モデルを傾斜して配置した場合のピッ
チ、ロール、ヨーの各座標軸の設定を説明するための概
念図である。

【図１２】並進移動機構の他の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０運転模擬試験装置３２モーションコンピュータ３６油圧シリンダ４０揺動テーブル４４車両モデル４６支持プレート５２上側台板５６ユニバーサルジョイント１１２演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牛島溥三宏愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者田中洋平兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地川崎重工業株式会社西神戸工場内 (72)発明者小泉豊兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地川崎重工業株式会社西神戸工場内 (72)発明者中嶋勝己兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者高橋知之兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地川崎重工業株式会社西神戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転者が着座する模擬運転席及び該模擬
運転席に着座した運転者が運転操作を行うための操作部
が少なくとも設置された揺動台と、前記揺動台を揺動させると共に、前記揺動における揺動
中心の位置を変更可能な揺動装置と、前記運転者の運転操作に基づいて該運転操作により加わ
る仮想的な加速度を演算し、前記演算した加速度が模擬
されるように前記揺動装置により所定の揺動中心点を揺
動中心として前記揺動台を揺動させる制御手段と、前記演算された加速度の変化に応じて模擬運転席に着座
している運転者と前記揺動中心点との距離が変化するよ
うに揺動中心点の位置を変更する揺動中心変更手段と、を含む運転模擬試験装置。
【請求項２】前記揺動中心変更手段は、前記演算され
た加速度の変化速度が所定値以上の場合に前記揺動中心
点と模擬運転席に着座している運転者との距離が小さく
なるように揺動中心点の位置を変更することを特徴とす
る請求項１記載の運転模擬試験装置。