JPH0451079A - 二輪車のライディングシミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、人が搭乗可能な模型二輪車を用いてライディ
ングンミュレーンヨンを行う二輪車のライディングシミ
ュレーション装置に関する。

（従来の技術） 従来、模型二輪車とＣＲＴデイスプレィとを組み合わせ
、ハンドルやアクセル操作に合わせてデイスプレィ画面
を変化させ、ライディング感覚でゲームを楽しめるよう
にした遊戯用のシミュレーション装置が知られており、
かがる装置において臨場感を高めるべく、模型二輪車を
横方向に傾動自在としたものも特開昭６１１５４６８９
号公報や実開昭６２−１６８８号公報で知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記公報記載のものは、体重移動で車体が傾く
だけであって、コーナ部分を走行する際の旋回感や加減
速感や走行中の車体の挙動等の実際の走行感をシミュレ
ーションすることができないという問題点があった。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたもので、実際
の走行感をシミュレーションし得るようにして単に遊戯
用だけでなく二輪車の運転教育にも使用し得るようにし
た二輪車のライディングシミュレーション装置を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、基台上に設けら
れ、前後、左右及び上下方向に移動自在の移動台と、該
移動台の動きを駆動する駆動手段と、該移動台の上に設
置され、人間が搭乗して操作可能な模型二輪車と、少な
くとも音、振動及び走行風の内の一つを発生して搭乗者
に付与する走行環境再現手段と、該模型二輪車上の搭乗
者の操作並びに動きに応じて該駆動手段を制御し、以っ
て、該模型二輪車のヨー、ロール及びピッチ動を制御す
る制御手段とを具備した。

この場合、該模型二輪車のスロットル開度及びギアミッ
ンヨン位置から走行速度を推定し、その推定走行速度に
応じて該走行環境再現手段を制御する。

（作用） 上記の如く、前記走行環境再現手段を模型二輪車の推定
走行速度に応じて制御することにより、実際の二輪車の
走行時に搭乗者が感知する音・振動・走行風等を再現す
ることができるため、より臨場感のある模擬走行が可能
となる。

例えば、走行風は、推定走行速度に応じてその回転数が
制御される電動ファンにより模型二輪車の搭乗者の頭部
に吹き付けられる。

（実施例） 先ず、第１図乃至第４図を参照して、本発明の機械的構
成について説明する。これらの図において、１は基台、
２は基台■上の左右１対のガイドレールＩａに転輪２ａ
を介して耐後方向（矢印ＡＢ力方向に移動自在に支持さ
せた移動台を示す。

基台！において、各ガイドレールＩａの外側に位置させ
てガイドプレートＩｂを立設し、各ガイドプレートｔｂ
の上縁を内側に屈曲させ、その下面に移動台２の軸支し
たガイドローラ２ｂを当接させ、更に各ガイドプレート
Ｉｂの上部外側面に多数のピン３ａを列設したラック部
材３を固接し、移動台２の中央部に各ラック部材３のビ
ン３ａに噛合するビニオン４ａを両側に取付けた駆動軸
４を横設している。ここで、駆動軸４を移動台２に搭載
したモータ５によりギアボックス５ａを介して正逆転す
ることにより移動台２をガイドレールＩａに沿って前後
動させるようにした。ガイドレール１ａは、前端側及び
後端側を上方に湾曲させた湾曲レールで構成されており
、かくして、移動台２の前後動に伴い移動台２が上下方
向（矢印ＥＦ力方向に傾くようにした。移動台２には、
横方向（矢印ＣＤ方向）及び上下方向（矢印ＥＦ力方向
の直交２方向の移動機能を持つ互いに独立した前後１対
の可動装Ｗ６が搭載されている。即ち、各可動装置６は
移動台２上に横設したガイドレール７ａに横方向に摺動
自在に支持されるスライド台７と、スライド台７に固定
のガイドレール８ａに上下方向に摺動自在に支持される
昇降枠８とで構成されている。ここで、スライド台７を
移動台２に搭載したモータ９にギアボックス９ａを介し
て連結されるボールネジ９ｂの正逆転で左右動させ、一
方、昇降枠８をスライド台７に搭載したモータ１０にギ
アボックスＩＯａを介して連結されるボールネジｌＯｂ
の正逆転で上下動させるようにしている。これにより、
各可動装置６の動作端たる昇降枠８に上下動と更にスラ
イド台７の動きによる左右動とが与えられるようにした
。

本実施例では、第＋３図に示すように、コスト低減のた
め、上記移動台２の可動構造を廃止し、直接地面に固定
してもよい。この場合、ピッチ方向の動きは上記ガイド
レール８ａの上下階動自在の上記昇降枠８のピッチ動の
上下運動で代用される。

そして、両可動装置６の昇降枠８間に支持枠１１を架設
し、支持枠！１に前後方向に長手のローリング軸１２を
介して模型二輪車１３を横方向に傾動自在に支持してい
る。第４図において、後側の可動装置６の昇降枠８の上
部に十字継手１４を介して支持枠１１の後端を連結する
と共に、前側の可動装置６の昇降枠８の上部にボール継
手１５を介して取付けたリニアガイド１６に支持枠１１
の前端部をその下面のガイドレールＩｌａにおいて前後
方向に摺動自在に係合さ仕て、各可動装置６の昇降枠８
の上下動や左右動に追従して支持枠１１が上下方向や横
方向に傾動し得るようにしている。また、支持枠１１の
横方向中央部にローリング軸＋２を縦設すると共にその
下側にモータ１７を搭載して、このモータ１７により減
速機１７ａとギア１７ｂとを介してローリング軸１２を
回動するようにしている。このローリング軸１２の中央
部に固設した受座１２ａに模型二輪車１３のフレーム１
３ａを取付けるようにした。

また、１８、Ｉ９は移動台２と各可動装置６のスライド
台７の各々の移動範囲を規制するショックアブソーバで
ある。

上記模型二輪車１３は、実際の二輪車を模倣しており、
搭乗者の操作を検出するために、アクセル、ハンドル、
ブレーキ、クラッチ、ギアチェンノ等の操作や体重移動
を検出する各種センサか設けられている。これらセンサ
として、アクセル開度センサ２１、クラッヂレバー角セ
ンサ２２、ハンドルトルクセンサ２３、リーントルクセ
ンサ２４、フロントブレーキ圧センサ２５及びリヤブレ
ーキ圧センサ２６が設けられている。また、実際の運転
状況をンミュレーソヨンするために、ライティングスイ
ッチ、デイマースイッチ、ウィンカ−スイッチ、スター
タスイッチ、ホーンスイッチ、キルスイ、ツチ等の各種
ハンドルスイッチ２７やギアボジンヨンスイッチ２８が
設けられている。

また、臨場感を得るために、搭乗者に風を送る電動ファ
ン２９、振動発生器３０及びスピーカ３１等が模型二輪
車１３に取付けられている。更に、実際の二輪車の運転
状況を音及び映像により再現するために、模型二輪車１
３の前後に設けられたＲ／Ｌ、２チヤンネルの合計４台
のスピーカ３２と、その前方に設けられたデイスプレィ
装置３３とがある。このデイスプレィ装置３３は、第１
図に示す如く基台１や移動台２と離れて設けられても良
いし、また第５図（ａ）に示す如く移動台２と連結され
ていても良い。いずれの場合も、本シミュレータの動き
に応じて、搭乗者の目に映像が捕え易いようにデイスプ
レィ装置も何等かの動きをするよう設計されている。こ
こで、上記センサからの信号を、コンピュータに入力し
、デイスプレィ装置３３の画像をコンピュータにより運
転状況に応じて変化させると共に、前記各モータ５．９
．１０、！７を制御して、実際の二輪車と同様に体感で
きる挙動を再現するように構成した。

上記コンピュータによるシミュレーション制御について
詳細する前に、先ず、本発明の全体動作について簡単に
説明する。

例えば、アクセル操作やブレーキ操作で加減速を行った
ときは、モータ５により移動台２を前後動さ仕るもので
、第５図（ｂ）、（ｃ）に示す如く模型二輪車は動く。

これによれば、模型二輪車１３がｉｉ前記ガイトレール
１ａの湾曲により前玉りに面進したり汲上りに後退し、
搭乗者に加減速感が与えられる。　また、デイスプレィ
画像がコーナ部に差掛かり搭乗者が体重移動を行ったと
きは、モータ１７によりローリング軸１２を回転させて
模型二輪車１３を横方向に傾動させると共に、両可動装
置６のモータ９、ｌＯを作動させて、スライド台７と昇
降枠８の合成動作により模型二輪車１３を傾動方向に向
かって上昇さｌ、搭乗者にコーナリング時の遠心力を一
時的に体感させる。

また、両可動装置６のスライド台７を左右逆方向に移動
することでヨーを、これらスライド台７を単独で左右動
させることにより耐輪又は後輪のスリップを、両可動装
置６の昇降枠８を単独で上下動させることにより第５図
（ｄ）に示す如く前輪側又は後輪側のクッンヨン動作を
再現する。更に、第５図（ｅ）、（ｆ）に示す如く、前
屈、後屈させることもできる。

次に、本発明におけるコンピュータ制御について詳紬す
る。

第６図は、本発明の一実施例の電気的構成を示すシステ
ムブロック図である。ここで、前記各種センサ等２１〜
２８の出力信号はミニコンピユータ４０に人力される。

このミニコンピユータ４０は、図示しないＣＰＵ、制御
プログラムや各種データ等を格納するＲＯＭ又はＲＡＭ
等により構成されるものであり、このミニコンピユータ
４０の制御の下、前記第４図に示す模型二輪車１３駆動
用の６軸サーボモータ、電動ファン２９、振動発生器３
０、スピーカ３１，３２．デイスプレィ装！！３３、ス
テアリングアシスト用のサーボモータ３５が作動する。

上記６軸サーボモータにより、模型二輪車１３の車体本
体のヨウ角ｙ（第７図（ａ））、ロール角ｒ（第７図（
ｂ））、ピッチ角ｐ（第７図（ｃ）ンが制御される。ま
た、車体の傾きを検出するリーントルクセンサ２４は、
ロードセル等により構成され、車体を傾けることにより
発生ずる応力（即ち、リーントルク）に応じた電気信号
を出力する。

また、スピーカは第１図に示した通り、車体本体等にあ
る３個のスピーカ３１とその外側に設けられる４個のス
ピーカの合計７個設けられている。

ここで、臨場感を出すため、車体に設けられるスピーカ
３１は主に低音を再生し、外部スピーカ３２は高音を再
生するようにしている。一方、電動ファン２９はインバ
ータ等により走行速度に比例してその回転速度が制御さ
れ、これにより走行速度の上昇に伴って搭乗者に顔に吹
付けられる風圧が大きくなる。同様に、振動発生器３０
も走行速度に比例してその発生振動が大きくなるよう制
御される。

第８図は、実際に模型二輪車１３による模擬走行を行っ
た場合に前記ミニコンピユータ４０により実行される計
算処理を示すフローチャートである。ここでは、最初に
直進状態で模擬走行を開始した後に、車体を傾けて曲進
走行を行うものとする。先ず、ステップ＋００にて各種
車両特性に関するデータの設定を行った後、搭乗者が走
行をスタートさせると、これがステップ１０１にて検出
され、コンピュータ処理はステップ＋０２を介してステ
ップ１０３に入る。

ステップ＋０３は、自軍直進計算を行うステップであり
、ここで、加減速Ｇ、直進方向速度ｘ１ピッチ角ｐ１上
下動ｚ１並びにエンジン回転数Ｎｅ、前輪回転数Ｎｆ及
び後輪回転数Ｎｒ等が計算される。この計算は、前記各
センサ出力等に基づき、ミニコンピユータ４０にて、所
定のプログラムに従って、行われる。具体的には、スロ
ットル開度、クラッチストローク、ギアポジション、フ
ロントブレーキ圧及びリアブレーキ圧を入力情報として
用い、また、予め記憶された自軍の特性データトシて、
エンジン出力トルク特性、ブレーキ特性、車輪スリップ
レシオ、ギア減速レシオ、空気抵抗、車輪ころがり抵抗
、サスペンション特性、車体の慣性モーメント、重量、
自軍重心位置が用いられる。

この場合、前記６軸サーボモータ駆動により、模型二輪
車をスイング運動をさせながら上下方向の運動をさせる
ことにより、加減速感を搭乗者に与える。スイング運動
の初期において、単純な上下動（第５図（ｄ）参照）も
しくは前後屈（５（ｅ）、（ｆ）参照）を加えることに
より、更に加減速感を向上させることができる。本発明
では、より加減速感を向上させるために、前記デイスプ
レィ装置３３のスクリーンに表示される映像を変化させ
ている。通常、デイスプレィ装置は、搭乗者に、実際に
は走行しない模型二輪車があたかも走行しているよう錯
覚を起こさせるため、模型二輪車に与えられる速度や走
行方向等に応じた映像（例えば、二輪車か実際に町中等
を走行した場合に見られる景色等の映像）を表示してお
り、高速時には、その映像がより速く変化し、一方、低
速時には映像変化が遅くなる。望ましくは、第５図に示
すように模型自動二輪車にデイスプレィ装置を固定し、
搭乗者とデイスプレィとの相対位置関係が変化しない方
が良い。しかし、コスト低減のため第１３図に示すよう
に移動台２が直接地面に置かれた構成をとることができ
る。この場合、第１３図（ｂ）、（ｃ）に示すように加
減速した場合のピッチ動により搭乗者の視点が上下動す
るため、それに合わせて、加速して視点が上がった場合
には、表示映像は第９図に示すように一定速度走行時に
比べて上方向にずらし、一方、減速により視点が下かっ
た場合には、表示映像を下方向にずらすようにした。こ
のように、加減速に伴う模型二輪車の上下方向のピッチ
動に応じて映像も上下方向にずらされるため、搭乗者は
違和感なく加減速感を得ることができる。ここでは、搭
乗者の視線ピッチ角に模型二輪車のビッヂ角相当の補正
を加えることにより、上記の如く、表示映像を上下させ
ている。

尚、第５図（又は、第１３図）（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うな加減速のためのスイング運動の回転センタ高さは、
搭乗者の心臓付近とすることが良い。何故ならば、頭部
にかかる加速度を実際の二輪車走行時と同じように感じ
させるためには、スイング運動の回転センタ高さは頭部
より下で、かつ頭部から余り離れていないことが必要で
あることが、実験により判明したからである。

を記の如く自車直進計算を行った後、次に、第８図のス
テップ＋０４に進み、ここで自軍曲進計算を行う。

第１Ｏ図は、自軍曲進計算の詳細を示すフローヂャート
である。ステップ２０１，２０２に示す如く、この自軍
曲進計算を行うために、先ず模型二輪車におけるリーン
トルクＴ１並びにステアリングトルクＴｓの検出を行う
。

周知の如く、二輪車では、その走行方向を変えるのに搭
乗者の体重移動を利用する。即ち、搭乗者はそのハンド
ルを操作すると同時に、曲がろうとする方向に体重移動
を行って、曲進するのである。このため、本シミュレー
タにおいては、搭乗者の操縦入力として、ステアリング
による入力とは別に、体重移動を検出する前記リーント
ルクセンサ２４を設けている。このセンサは、前記の如
くロードセルによって構成され、そこに掛かる力、即ち
、搭乗者の体重移動を検出し、その検出結果に応じた電
気信号を前記ミニコンピユータ４０に出力している。

次に、ステアリング入力について説明する。このステア
リング入力としては、ハンドルの舵角及び舵力が考えら
れるが、本シミュレータにおいては、前記ハンドルトル
クセンサ２３で検出した舵力を上記ステアリング入力と
して用い、それに基づき舵角を計算している。

即ち、二輪車の操縦におけるハンドルの切れ角は四輪車
に比べてはるかに小さく、又、低速時と高速時とで大き
く異なる。低速域においては、大きな切れ角が中・高速
域では小さな切れ角となる。

このため、舵角をステアリング入力として用いた場合に
は、そのセンサが非常に高精度であることが求められる
。一方、舵力の場合には、そのセンサ精度範囲は５ｋｇ
以下程度であり、また舵力の感度は一般に車速の影響を
受けにくい。このような理由により、本実施例では、ス
テアリング入力として舵力を用いている。また、舵力を
ステアリング入力とすることにより、例えば搭乗者か模
型二輪車を手離しで運転すると、その体重移動に伴うリ
ーントルクのみで運転可能であり、その時の舵力は０ｋ
ｇ−ｍであり、手離し運転の再現が可能となる。

次に、第１０図のステップ２０３において、入力値’Ｉ
’　ｌ　、Ｔ　ｓのスムージングを行う。このスムージ
ングは、センサ検出値に含まれるノイズを除去するため
に必要である。その後、ステップ２゜４にて、予め記憶
されたロールゲインテーブルを参照し、次のステップ２
０５において、次式（１）に基づき、ロール角ｒｌを計
算する。

ｒ＋−Ｔｌ＊ＧｏＬ　　＋　　Ｔｓ＊ＧｏＳ　　−（＋
）ステップ２０６において、自軍ロール角対応テーブル
を用いて、計算されたロール角ｒｌを補正して、実際の
ロール角「を求める。ステップ２゜７では、定数ｇ１０
−ル角ｒ及び自軍速度■を用いてヨーレイトｙ　Ｒ（ｄ
　ｅ　ｇ　／　ｓ　ｅ　ｃ　）を求め、そのヨーレイト
に基づき更に旋回半径Ｒａを求める。

ｙ、ｌ＝ｇ＋　ｊａｎ　（ｒ）／ｖ　　−（２）Ｒａ　
＝　ｖ　／　ｙ　ａ　　・＝　　　（３）次のステップ
２０８において、現在のヨー角ｙ７及び現在の自軍走行
位置を示す座標Ｘ。、Ｙｎを積分計算する。

Ｙ　ｎ＝Ｙ　ｌｌ−＋十’／　ｔａ　’△１　−・・　
　（４）Ｘｎ＝Ｘｎ−＋−Ｒａ　　［ｓ　　ｉ　　ｎ　
　（ｙｎ−＋）−ｓｉｎ（ｙｎ）］・・・（５） Ｙｎ＝Ｙｎ−＋＋　Ｒａ　［ｃ　ｏ　ｓ　（ｙｎ−＋）
ｃｏｓ　（ｙｎ　）］・・・（６） ところで、模型二輪車のロール動による傾斜感や遠心力
等を本シミュレータで再現するため、以下の条件を設定
している。

（１）常用するロール角は１５°以内が望ましい。即ち
、１５°以上のロール動では、模型二輪車の乗った搭乗
者がその体を二輪車上に保持することが困難となるから
である。実際の二輪車では、１５°以上車体が傾く場合
があるが、これを再現するため、本シミュレータでは、
模型二輪車の傾きに加えて、後述するように映像を傾け
ることにより、より臨場感を出すようにしている。

（２）ロール動の回転センタを車速に応して変化さＵて
いる。本シミュレータでは、第１１図に示す如く、停止
時はそのロールの回転センタを模型二輪車の接地点とし
、車速の上昇に伴い高くしてゆくか、その上限を接地点
から１３００　ｍ　ｍとしている。

（３）２５ｋｍ／ｈ以下の低速域では、ヨ一方向の動き
をロールと同期して作動さ０る。尚、この時のヨーの作
動方向はロールと逆相としている。

例えば、右にロールする際には、ヨーを左に発生さＵて
いる。この場合の、ヨーの回転センタは搭乗者の置部の
真下付近としている。また、車速か上昇し、４０ｋｍ／
ｈ以上となると、このようなヨーとロールの同期は行わ
ない。

次に、上記の如く自軍曲進計算により求められた自車の
座ｌｘｌ、、Ｙ、を、第８図のステップ１０５にて世界
座標係（ｘｏ、　ＹＯ）に変換する。この１仕界座標は
、既に記憶された世界地図並びにその景色等のデータに
対応した座標であり、現在の世界座標に基づいて、その
景色が映像として前記デイスプレィ装置に再現されるの
である。次のステップ１０６では、その映像を制御する
ための模擬量・可動量の計算並びに音声信号の発生等が
行われる。その後、ステップ＋０７にて、これまで計算
された各種制御信号に基づき、模型二輪車、デイスプレ
ィ装置等の制御が行われる。

次に、デイスプレィ装置に関して説明する。このデイス
プレィ方法としては、ＣＲＴデイスプレィによる場合、
又は３原色プロジェクタからの光をスクリーンに投影す
る等の各種方法が考えられる。また、前記の如く、予め
撮影され記憶された移動する車等から見た景色等の動画
の映像を用い、これを模型二輪車の走行状況に応じて変
化させ、搭乗者がまるで実際の二輪車を走行しているか
の如き感覚を与えるよう映像制御が行われる。

例えば、搭乗者がコーナリングをするべく体重移動によ
り模型二輪車をロール動させた場合、単に映像を傾けた
だけでは、実際の走行感には合わない。このため、第１
２図に示す如く、ロール角の２０％程度に相当する搭乗
者の視線のピッヂ角成分を加え合わせることにより、映
像の水平線を下げて実走感を表現している。これは、コ
ーナリング時には直進時に比べて搭乗者の目の位置が下
がることを７ミスレートしたデイスプレィ制御である。

また、前記の如く、模型二輪車の実際のロール角は制限
されているか、これを補うため、車体のロール角が大き
くなった時には、その〔Ｊ−ル方向と反対方向に映像を
傾ける。これにより、搭乗者によりロール感を与えてい
る。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、基台上に設けられ、前
後、左右及び上下方向に移動自在の移動台と、該移動台
の動きを駆動する駆動手段と、該移動台の上に設置され
、人間が搭乗して操作可能な模型二輪車と、少なくとも
音、振動及び走行風の内の一つを発生して搭乗者に付与
する走行環境再現手段と、該模型二輪車上の搭乗者の操
作並びに動きに応じて該駆動手段を制御し、以って、該
模型二輪車のヨー、ロール及びピッチ動を制御する制御
手段とを具備し、該模型二輪車のスロットル開度及びギ
アミッション位置から走行速度を推定し、その推定走行
速度に応じて該走行環境再現手段を制御するようにした
ので、より臨場感のある模擬走行が可能となるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例による二輪車のライディング
ンミュレーション装置の側面図、第２図は本発明装置を
後方から見た図、第３図は模型二輪車を取り外した状態
の本発明装置の平面図、第４図は支持枠部分の斜視図、
第５図及び第１３図は本発明装置の各種動作を示した図
、第６図は本発明のシステムブロック図、第７図は模型
二輪車のヨー、ロール、ピッチ動作を示した図、第８図
及び第１θ図はミニコンピユータで行われる計算処理を
示したフローチャート、第９図及び第１２図は本発明に
よる映像制御を示した図、第１１図はロール動の回転セ
ンタと車速との関係を示したグラフである。 ｌ・・・基台、１ａ・・・ガイドレール、２・・・移動
台、６　・可動装置、８・・・昇降枠、１１・・・支持
枠、！２・ローリング軸、１３・・・模型二輪車、２１
〜２６・・各種センサ、３１．３２・・・スピーカ、３
３・・・デイスプレィ装置、４ｏ・・・ミニコンピユー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二輪車を用いてライディングシミュレーションを行
   う装置において、 基台上に設けられ、前後、左右及び上下方向に移動自在
   の移動台と、 該移動台の動きを駆動する駆動手段と、 該移動台の上に設置され、人間が搭乗して操作可能な模
   型二輪車と、 少なくとも音、振動及び走行風の内の一つを発生して搭
   乗者に付与する走行環境再現手段と、該模型二輪車上の
   搭乗者の操作並びに動きに応じて該駆動手段を制御し、
   以って、該模型二輪車のヨー、ロール及びピッチ動を制
   御する制御手段とを具備し、 該模型二輪車のスロットル開度及びギアミッション位置
   から走行速度を推定し、その推定走行速度に応じて該走
   行環境再現手段を制御することを特徴とする二輪車のラ
   イディングシミュレーション装置。 ２、該走行環境再現手段として、該模型二輪車の車体フ
   ェラリングの内側に沿ってダクトを設け、そのダクトを
   通じて電動ファンによる風を搭乗者の頭部に向けて排出
   し、該電動ファンの回転数は該推定走行速度に応じて制
   御することを特徴とする請求項１記載の二輪車のライデ
   ィングシミュレーション装置。