JP2000293093A - 運転シミュレータ用簡易体感装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転者の体重や姿勢に応じた加減速感を与
え、安価で簡易に構成する。 【解決手段】 座席は基台上にスタンドポールとピッチ
用アームとロール用アームとで支持されている。第１の
ステッピングモータを回転させると第１のカップリング
を介して第１の回転体を回転させる。ピッチ用アームは
座席をスタンドポールでピッチ運動する。第１のロータ
リ・エンコーダは第１の回転体の回転角を検出する。第
２のステッピングモータ、第２のカップリング、第２の
回転体によりロール用アームを動かし、ピッチ時と同様
に動かし、第２のロータリ・エンコーダもピッチ時と同
様に作用する。ロール用アームは座席をスタンドポール
で回転しロール運動する。各カップリングのバネ定数と
各ステッピングモータの回転角度と各ロータリ・エンコ
ーダの検出角度との角度差とで定まるトルクによって座
席が回転される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、模擬車両において加
減速時のＧ感覚、旋回時の遠心力感覚を与える運転シミ
ュレータ用簡易体感装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】運転シミュレータに用いる模擬車両にお
いて、運転者の操作に応じて模擬情景画像を変化させる
と共に、ブレーキング時の減速感をシートベルト２１を
引っ張ることにより運転者に与えていた（図２）。ま
た、加速時には、６軸モーション装置によって加速度感
覚を与えていた。この６軸モーション装置は、図３のよ
うに、基台３１上の正三角形を形成する各頂点に連結し
たそれぞれ２軸の支持機構３２ａ，３２ｂにより、基台
３１の上方の運転席３３を搭載する運転台３４を回転可
能に支持し、当該各支持機構３２を伸縮することにより
運転台３４に動揺を与えるものであり、加速度感は運転
席３３の前方を上げるように運転台３４を揺動すること
により得る。また、遠心力感は運転席３３を左右に振る
ように運転台３４を揺動することにより得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
法では、シートベルトを引っ張る場合は充分な加減速感
を与えられず、６軸モーション装置を用いる場合は支持
機構を移動させるための装置が大規模となり、価格が高
価になりすぎていた。

【０００４】この発明が解決しようとする課題は、運転
者の体に力を加えることにより、加減速感を与え、安価
で簡易な運転シミュレータ用の体感装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る運転シミュ
レータ用簡易体感装置は、基台と、重量分布が面対称の
座席と、前記基台上に立てその延長線上近傍に初期状態
にある前記座席の重心を位置するように前記座席を回転
自在に支持するスタンドポールと、第１のステッピング
モータと、前記第１のステッピングモータの回転を伝達
するねじれバネ定数を有する第１のカップリングと、前
記第１のカップリングの回転角を検出する第１のロータ
リ・エンコーダと、前記第１のカップリングに固定する
第１の回転体と、一端を前記第１の回転体に回転可能に
連結すると共に、他端を前記座席の対称面内であってそ
の他端からの鉛直線が重心から離れて当該座席に回転可
能に連結するピッチ用アームと、第２のステッピングモ
ータと、前記第２のステッピングモータの回転を伝達す
るねじれバネ定数を有する第２のカップリングと、前記
第２のカップリングの回転角を検出する第２のロータリ
・エンコーダと、前記第２のカップリングに固定する第
２の回転体と、一端を前記第２の回転体に回転可能に連
結すると共に、他端を前記座席の対称面に対し重心を通
る垂直面内であって当該他端からの鉛直線が重心から離
れて当該座席に回転可能に連結するロール用アームとか
らなるものである。

【０００６】

【作用】上記構成において、座席は基台上にスタンドポ
ールとピッチ用アームとロール用アームとで支持されて
いる。座席をピッチするときは第１のステッピングモー
タを所定角度だけ回転させるように制御すると第１のカ
ップリングを介して第１の回転体を回転させる。ピッチ
用アームは第１の回転体を直線運動に変えて座席をスタ
ンドポールの支持点で回転するように上下運動すなわち
ピッチ運動させる。ロール用アームは、その他端が座席
の対称面に対し重心を通る垂直面内の鉛直線上に回転可
能に連結されて、座席のピッチ運動によって大きく移動
することはない。このとき、第１のロータリ・エンコー
ダは第１の回転体の回転角を検出する。第１のカップリ
ングのバネ定数と第１のステッピングモータの回転角度
と第１のロータリ・エンコーダが検出した角度との角度
差とで定まるトルクによって座席が回転されたことにな
る。回転する座席の角度は座席に座った運転者の体重や
姿勢によって異なる。座席をロールするときは第２のス
テッピングモータを所定角度だけ回転させるように制御
すると第２のカップリングを介して第２の回転体を回転
させる。ロール用アームは第２の回転体を直線運動に変
えて座席をスタンドポールの支持点で回転するように左
右振動すなわちロール運動させる。ピッチ用アームは、
その他端が重心を含む対称面上に回転可能に連結される
から、座席のロール運動によって大きく移動することは
ない。このとき、第２のロータリ・エンコーダは第２の
回転体の回転角を検出する。第２のカップリングのバネ
定数と第２のステッピングモータの回転角度と第２のロ
ータリ・エンコーダが検出した角度との角度差とで定ま
るトルクによって座席が回転されたことになる。この回
転する座席の角度は座席に座った運転者の体重や姿勢に
よって異なる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図を参照し
て説明する。図１は実施例の構成図であり、図１（ａ）
は左側面図、図１（ｂ）は平面図である。ただし、両図
の縮尺は一致しない。図１において、１０１は基台、１
０２は基台１０１に固定されるように立てた金属製パイ
プで構成するスタンドポール、１０３は座席、１０４は
座席１０３の重心である。座席１０３は、前後に延びた
鉛直面に関して面対称となる重量分布を有する。１０５
はスタンドポール１０２の先端に設けられるユニバーサ
ルジョイントである。スタンドポール１０２は、初期状
態にある座席１０３をその重心１０４がスタンドポール
１０２の延長線上に位置するように支持する。１１１は
第１のステッピングモータ、１１２はねじれ定数を有す
る第１のカップリングであり、一端部を第１のステッピ
ングモータ１１１に連結してその回転を伝達する。１１
３は第１のカップリング１１２の他端部に連結してその
回転角を検出する第１のロータリ・エンコーダである。
第１のステッピングモータ１１１の回転軸と第１のカッ
プリング１１２と第１のロータリ・エンコーダ１１３と
は直線上に連結される。１１４は金属製円板により構成
した第１の回転体であり、第１のカップリング１１２の
他端部に円板の面を第１のステッピングモータ１１１の
回転軸に対し直角になるように連結する。１１５は第１
のリンクボールであり、座席１０３の重量分布を面対称
とする対称面が底面を切る個所であって、重心１０４か
らの鉛直線から離れて座席１０３の前方底面に設ける。
１１６は金属製円柱により構成するピッチ用アームであ
り、一端を前記第１の回転体１１４の面上で中心から５
０ｍｍの一点に回転可能に連結すると共に、他端を前記
第１のリンクボール１１５により回転可能に連結するよ
うに形成する。１２１は第２のステッピングモータ、１
２２はねじれ定数を有する第２のカップリングであり、
一端部を第２のステッピングモータ１２１に連結してそ
の回転を伝達する。１２３は第２のカップリング１２２
の他端部に連結してその回転角を検出する第２のロータ
リ・エンコーダである。第２ステッピングモータ１２１
の回転軸と第２のカップリング１２２と第２のロータリ
・エンコーダ１２３とは直線上に連結される。１２４は
金属製円板により構成した第２の回転体であり、第２の
カップリング１２２の他端部に円板の面を第２のステッ
ピングモータ１２１の回転軸に直角になるように連結す
る。１２５は第２のリンクボールであり、座席１０３の
重量分布を面対称とする対称面に直角で重心を通る鉛直
面が底面を切る個所であって、重心１０４からの鉛直線
から離れて座席１０３の横側底面に設ける。１２６は金
属製円柱により構成するロール用アームであり、一端を
前記第２の回転体１２４の面上で中心から５０ｍｍの一
点に回転可能に連結すると共に、他端を前記第２のリン
クボール１２５により回転可能に連結するように形成す
る。１３１はシートベルトである。図１（ａ）におい
て、第２のステッピングモータ１２１、第２のカップリ
ング１２２、第２のロータリ・エンコーダ１２３、第２
の回転体１２４、第２のリンクボール１２５、ロール用
アーム１２６は省略してあるが、第２のステッピングモ
ータ１２１は第１のステッピングモータ１１１と同様に
基台１０１上に取り付けられ、これに連結する構成物も
図１（ｂ）のように第１のカップリング１１２、第１の
ロータリ・エンコーダ１１３、第１の回転体１１４、第
１のリンクボール１１５、ピッチ用アーム１１６と同様
に配置される。

【０００８】座席１０３は、人間が座らずまたピッチ用
アーム１１６及びロール用アーム１２６を動作させない
初期状態で、実車と同様の静止状態にある。この初期状
態で、座席１０３単体の重心１０４は図１（ｂ）のよう
に背もたれ１０３ａの中央部の前方の空間に位置する。
また、重心位置は、計測の結果によれば体重５０ｋｇ強
の人間が座った状態で若干前方の１０４ｂになり、体重
５０ｋｇ強の人間がブレーキを踏んだ場合には１０４ｃ
になり、重心位置の変化は少ないので、スタンドポール
１０２の延長線が、初期状態の重心１０４の近傍に位置
するように立てる。このことにより、ピッチ用アーム１
１６及びロール用アーム１２６の上げ下げのトルクを小
さくすることができる。

【０００９】座席１０３をピッチするときは第１のステ
ッピングモータ１１１を所定角度だけ回転させるように
図示しない制御部により制御する。第１のステッピング
モータ１１１の回転は第１のカップリング１１２を介し
て第１の回転体１１４を回転させる。第１の回転体１１
４が回転すると、その面に一端を連結したピッチ用アー
ム１１６は第１の回転体１１４の回転を直線運動に変え
て他端に連結した第１のリンクボール１１５を上下させ
る。第１のリンクボール１１５により座席１０３はスタ
ンドポール１０２を支持点として回転するように前後に
振れてピッチ運動する。重心１０４からの垂線はスタン
ドポール１０２の近傍にあるから、第１のステッピング
モータ１１１のトルクは小さいものを用いることができ
る。ロール用アーム１２６は、その他端が座席１０３の
対称面に対し重心１０４を通る垂直面内の鉛直線上に回
転可能に連結されていて、座席１０３のピッチ運動によ
って大きく移動することはない。このとき、第１のロー
タリ・エンコーダ１１３は第１の回転体１１４の回転角
を検出する。第１のカップリング１１２のバネ定数と第
１のステッピングモータ１１１の回転角度と第１のロー
タリ・エンコーダ１１３が検出した角度との角度差とで
定まるトルクによって座席１０３が回転されたことにな
る。このトルクは座席１０３に座った運転者の体重や姿
勢によって異なる。

【００１０】すなわち、例えば、停止の際の加速度を体
感させるため座席１０３を前方に傾けるような回転を与
える場合、第１のステッピングモータ１１１に対して図
示しない制御部が角度θ１だけ回転するように制御信号
を送ると第１のカップリング１１２を回転させて、ピッ
チ用アーム１１６を介して座席１０３の後方を上げる。
第１のステッピングモータ１１１による回転駆動は、第
１のカップリング１１２を介して行なわれ、座席１０３
及びそれに座る運転者との荷重に抗して回転させるため
第１の回転体１１４は角度θ２であり、この角度θ２は
第１のロータリ・エンコーダ１１３により検出される。
このとき座席１０３は（θ２−θ１）×ねじれバネ定数
＝Ｔ（Ｎ・ｍ）のトルクにより動かされたことになる。
第１の回転体１１４が回転する角度θ２は座席１０３及
びそれに座る運転者との荷重によって異なり体重の重い
運転者と軽い人とでは重い人の場合の方が小さく（θ２
−θ１）が大きくなるため大きなトルクで動かされ、軽
い人の場合では小さなトルクで動かされることとなる。

【００１１】座席１０３をロールするときは第２のステ
ッピングモータ１２１を所定角度だけ回転させるように
図示しない制御部により制御する。第２のステッピング
モータ１２１の回転は第２のカップリング１２２を介し
て第２の回転体１２４を回転させる。第２の回転体１２
４が回転すると、その面に一端を連結したロール用アー
ム１２６は第２の回転体１２４の回転を直線運動に変え
て他端に連結した第２のリンクボール１２５を上下させ
る。第２のリンクボール１２５により座席１０３はスタ
ンドポール１０２を支持点として回転するように左右に
振れてロール運動する。重心１０４からの垂線はスタン
ドポール１０２の近傍にあるから、第２のステッピング
モータ１２１のトルクは小さいものを用いることができ
る。ピッチ用アーム１１６は、その他端が重量分布の対
称面上に重心１０４から離れて回転可能に連結されるか
ら、座席１０３のロール運動によって大きく移動するこ
とはない。このとき、第２のロータリ・エンコーダ１２
３は第２の回転体１２４の回転角を検出する。第２のカ
ップリング１２２のバネ定数と第２のステッピングモー
タ１２１の回転角度と第２のロータリ・エンコーダ１２
３が検出した角度との角度差とで定まるトルクによって
座席１０３が回転されたことになる。このトルクは座席
１０３に座った運転者の体重によって異なる。

【００１２】すなわち、例えば、左回りの際のロール感
を体感させるため座席１０３を右側に傾けるような回転
を与える場合、第２のステッピングモータ１２１に対し
て図示しない制御部が角度θ３だけ回転するように制御
信号を送ると第２のカップリング１２２を回転させて、
ロール用アーム１２６を介して座席１０３の右側を上げ
る。第２のステッピングモータ１２１による回転駆動
は、第２のカップリング１２２を介して行なわれ、座席
１０３及びそれに座る運転者との荷重に抗して回転させ
るため第２の回転体１２４は角度θ４であり、この角度
θ４は第２のロータリ・エンコーダ１２３により検出さ
れる。このとき座席１０３は（θ４−θ３）×ねじれバ
ネ定数＝Ｔ（Ｎ・ｍ）のトルクにより動かされたことに
なる。第２の回転体１２４が回転する角度θ４は座席１
０３及びそれに座る運転者との荷重によって異なり体重
の重い運転者と軽い人とでは重い人の場合の方が小さく
（θ４−θ３）が大きくなるため大きなトルクで動かさ
れ、軽い人の場合では小さなトルクで動かされることと
なる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ね
じれバネ定数を備えるカップリングを介して座席に運動
を与えるから運転者の体に力を加えることにより、加減
速感を与えることができ、ピッチ用アームと、ロール用
アームとで座席を支持し移動させる構造となっているか
ら安価で簡易に運転シミュレータ用の体感を与えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の構成図であり、右側面
図、平面図である。

【図２】シートベルトにより加速度感覚発生を説明する
図である。

【図３】６軸モーション装置の斜視図である。

【符号の説明】

１０１…基台、１０２…スタンドポール、１０３…座
席、１０４…重心、１０５…ユニバーサルジョイント、
１１１…第１のステッピングモータ、１１２…第１のカ
ップリング、１１３…第１のロータリ・エンコーダ、１
１４…第１の回転体、１１５…第１のリンクボール、１
１６…ピッチ用アーム、１２１…第２のステッピングモ
ータ、１２２…第２のカップリング、１２３…第２のロ
ータリ・エンコーダ、１２４…第２の回転体、１２５…
第２のリンクボール、１２６…ロール用アーム、１３１
…シートベルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、重量分布が面対称の座席と、前
   記基台上に立てその延長線上近傍に初期状態にある前記
   座席の重心を位置するように前記座席を回転自在に支持
   するスタンドポールと、第１のステッピングモータと、
   前記第１のステッピングモータの回転を伝達するねじれ
   バネ定数を有する第１のカップリングと、前記第１のカ
   ップリングの回転角を検出する第１のロータリ・エンコ
   ーダと、前記第１のカップリングに固定する第１の回転
   体と、一端を前記第１の回転体に回転可能に連結すると
   共に、他端を前記座席の対称面内であってその他端から
   の鉛直線が重心から離れて当該座席に回転可能に連結す
   るピッチ用アームと、第２のステッピングモータと、前
   記第２のステッピングモータの回転を伝達するねじれバ
   ネ定数を有する第２のカップリングと、前記第２のカッ
   プリングの回転角を検出する第２のロータリ・エンコー
   ダと、前記第２のカップリングに固定する第２の回転体
   と、一端を前記第２の回転体に回転可能に連結すると共
   に、他端を前記座席の対称面に対し重心を通る垂直面内
   であって当該他端からの鉛直線が重心から離れて当該座
   席に回転可能に連結するロール用アームとからなること
   を特徴とする運転シミュレータ用簡易体感装置。