(57)【要約】【課題】ステアリングシミュレータにより負荷を付与されるステアリング装置の検出操舵反力に応じて、ドライビングシミュレータの舵角入力部の操作反力を迅速に付与する。【解決手段】操舵反力の伝達を含む車両挙動をシミュレーションするドライビングシミュレータ１と、ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態をシミュレーションするステアリングシミュレータ１００を備える。舵角入力部４の操作速度および操作加速度の中の少なくとも一方に応じて演算した舵角入力部４の操作反力の補正値と、ステアリング装置の検出操舵反力との和を目標操作反力として演算し、その目標操作反力から舵角入力部４の検出操作反力を差し引いた偏差を低減するように、操作反力付加用アクチュエータ５を制御する。【選択図】図１
2008145532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータとを備え、
前記ドライビングシミュレータは、オペレータにより操作されることで信号を生成する舵角入力部を含む入力部と、前記舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータを含むドライビングシミュレータ側アクチュエータと、前記舵角入力部の操作反力の検出部と、操舵反力の伝達を含む車両挙動がシミュレーションされるように、前記入力部の生成信号に応じて前記ドライビングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第１制御部とを有し、
前記ステアリングシミュレータは、ステアリング装置に接続される車輪を有する台車と、前記ステアリング装置の操舵用アクチュエータと、前記ステアリング装置の操舵反力の検出部と、前記ステアリング装置に負荷を付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータと、前記ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態がシミュレーションされるように、前記ステアリングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第２制御部とを有し、
前記第１制御部と前記第２制御部は互いに信号を授受可能に接続され、
前記ステアリングシミュレータ側アクチュエータは、前記ドライビングシミュレータによりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷が前記ステアリング装置に付与されるように、前記第１制御部から送られる信号に応じて前記第２制御部によって制御され、
前記操舵用アクチュエータは、前記舵角入力部の操作に対応して前記ステアリング装置を操舵するように、前記第１制御部から送られる舵角入力部の生成信号に応じて前記第２制御部によって制御される車両用シミュレーションシステムにおいて、
前記舵角入力部の操作速度および操作加速度の中の少なくとも一方に応じて、前記舵角入力部の操作反力の補正値を演算する演算部と、
前記演算部により演算された補正値と前記ステアリング装置の検出操舵反力との和を、目標操作反力として演算する演算部とが設けられ、
演算された目標操作反力から前記舵角入力部の検出操作反力を差し引いた偏差を低減するように、前記操作反力付加用アクチュエータが制御されることを特徴とする車両用シミュレーションシステム。
【請求項２】
前記両演算部は前記第１制御部により構成されている請求項１に記載の車両用シミュレーションシステム。
【請求項３】
前記舵角入力部の操作速度をｄθ／ｄｔ、操作加速度をｄ2 θ／ｄｔ2 、補正値をＴ1 として、Ｔ1 ＝Ａ・ｄθ／ｄｔ＋Ｂ・ｄ2 θ／ｄｔ2 ＋Ｃの関係により補正値が演算され、ここでＡ、Ｂ、Ｃは予め設定される零以上の定数とされ、ＡとＢは一方が零に設定される時は他方は零以外の値に設定される請求項１または２に記載の車両用シミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライバーへの操舵反力の伝達を含む車両挙動をシミュレーションするドライビングシミュレータと、ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態をシミュレーションするステアリングシミュレータとを備える車両用シミュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータを備え、ステアリングシミュレータにより負荷を付与された状態のステアリング装置の操舵反力を検出し、その検出操舵反力に応じてドライビングシミュレータの舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータを制御することで、ドライビングシミュレータの舵角入力部に操舵反力をシミュレーションする操作反力を作用させる車両用シミュレーションシステムが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３２０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の車両用シミュレーションシステムにおいては、操作反力付加用アクチュエータによる操舵反力のシミュレーション精度が十分ではないという問題がある。この問題はドライビングシミュレータの舵角入力部が迅速に操作される程に顕著になる。本発明は、そのような問題を解決することのできる車両用シミュレーションシステム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】
【０００４】
本発明は、ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータとを備え、前記ドライビングシミュレータは、オペレータにより操作されることで信号を生成する舵角入力部を含む入力部と、前記舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータを含むドライビングシミュレータ側アクチュエータと、前記舵角入力部の操作反力の検出部と、操舵反力の伝達を含む車両挙動がシミュレーションされるように、前記入力部の生成信号に応じて前記ドライビングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第１制御部とを有し、前記ステアリングシミュレータは、ステアリング装置に接続される車輪を有する台車と、前記ステアリング装置の操舵用アクチュエータと、前記ステアリング装置の操舵反力の検出部と、前記ステアリング装置に負荷を付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータと、前記ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態がシミュレーションされるように、前記ステアリングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第２制御部とを有し、前記第１制御部と前記第２制御部は互いに信号を授受可能に接続され、前記ステアリングシミュレータ側アクチュエータは、前記ドライビングシミュレータによりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷が前記ステアリング装置に付与されるように、前記第１制御部から送られる信号に応じて前記第２制御部によって制御され、前記操舵用アクチュエータは、前記舵角入力部の操作に対応して前記ステアリング装置を操舵するように、前記第１制御部から送られる舵角入力部の生成信号に応じて前記第２制御部によって制御される車両用シミュレーションシステムに適用される。
本発明は、前記舵角入力部の操作速度および操作加速度の中の少なくとも一方に応じて、前記舵角入力部の操作反力の補正値を演算する演算部と、前記演算部により演算された補正値と前記ステアリング装置の検出操舵反力との和を、目標操作反力として演算する演算部とが設けられ、演算された目標操作反力から前記舵角入力部の検出操作反力を差し引いた偏差を低減するように、前記操作反力付加用アクチュエータが制御されることを特徴とする。
従来の車両用シミュレーションシステムにおいては、ステアリングシミュレータ側アクチュエータの動作時間や制御のための演算時間、ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータとの間の通信時間等が、舵角入力部の操作からステアリング装置の操舵反力の検出までの遅れとなる。その遅れは、舵角入力部の操作速度と操作加速度が大きい程に大きくなる。そのため、ステアリング装置の検出操舵反力に応じて操作反力付加用アクチュエータを制御しても、制御の遅れにより操舵反力の作用を十分に精度良くシミュレーションできない。
これに対し本発明によれば、舵角入力部の操作反力の補正値をステアリング装置の検出操舵反力に加えた値が、操作反力付加用アクチュエータの目標操作反力になるため、その補正値は目標操作反力のフィードフォワード項となる。これにより、操作反力付加用アクチュエータの制御において、ステアリング装置の操舵反力の検出の遅れの影響を補正できる。また、その補正値は操作速度および操作加速度の中の少なくとも一方に応じた値であるため、舵角入力部の操作を迅速に行った場合でも操舵反力の検出の遅れの影響が増加するのを防止できる。さらに、目標操作反力から舵角入力部の検出操作反力を差し引いた偏差を低減するように操作反力付加用アクチュエータを制御するので、舵角入力部の操作反力はステアリング装置の特性を反映した検出操舵反力に対応する。
前記舵角入力部の操作速度をｄθ／ｄｔ、操作加速度をｄ2 θ／ｄｔ2 、補正値をＴ1 として、Ｔ1 ＝Ａ・ｄθ／ｄｔ＋Ｂ・ｄ2 θ／ｄｔ2 ＋Ｃの関係により補正値を演算してもよく、ここでＡ、Ｂ、Ｃは予め設定される零以上の定数とされ、ＡとＢは一方が零に設定される時は他方は零以外の値に設定される。
【０００５】
本発明の車両用シミュレーションシステムにおいて、前記両演算部は前記第１制御部により構成されているのが好ましい。これにより、補正値と目標操作反力の演算は、ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータとの間の通信時間の影響も受けることはないので、操作反力付加用アクチュエータをより迅速に制御できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ステアリングシミュレータにより負荷を付与されるステアリング装置の検出操舵反力に応じて、ドライビングシミュレータの舵角入力部の操作反力を迅速に付与し、ドライビングシミュレータでの操舵反力のシミュレーション精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に示す車両用シミュレーションシステムは、図２に示すドライビングシミュレータ１と、図３に示すステアリングシミュレータ１００とを備える。
【０００８】
ドライビングシミュレータ１は、オペレータを支持する本体２、入力部、ドライビングシミュレータ側アクチュエータ、第１制御部２１、映像表示部９、および入力装置１０を備える。その入力部は、オペレータにより操作されることで信号を生成する舵角入力部４、アクセルペダルを模した駆動力入力部６、およびブレーキペダルを模した制動力入力部７を含む。そのドライビングシミュレータ側アクチュエータは、本体２の作動用アクチュエータ３および舵角入力部４の操作反力付加用アクチュエータ５を含む。
【０００９】
本体２は、支持プレート２ａと、支持プレート２ａ上に設けられるオペレータシート２ｂと、支持プレート２ａの周縁部に設けられる柵２ｃを有する。本体２の作動用アクチュエータ３は複数の電動シリンダにより構成され、各電動シリンダの一端は支持プレート２ａにリンク接続され、他端は床上のベース１１にリンク接続される。各電動シリンダの伸縮により本体２を任意方向に作動させることが可能とされている。アクチュエータ３により本体２を作動させることで、車両挙動として車体の動きがシミュレーションされる。本体作動用アクチュエータ３は第１制御部２１に接続されている。なお、本体作動用アクチュエータ３の構成は、車両挙動のシミュレーションを行うことができるように本体２を作動させることができれば特に限定されない。
【００１０】
舵角入力部４は、本体２に回転操作可能に取り付けられるステアリングホイールを模した操作部４ａと、操作部４ａの回転角度を検出する角度センサ４ｂと、舵角入力部４の操作反力として操作部４ａの操作トルクを検出するトルクセンサ４ｃ（検出部）とを有する。角度センサ４ｂは、操作量としてオペレータによる操作部４ａの回転操作角度に応じた操舵角信号を生成して第１制御部２１に送る。トルクセンサ４ｃは、オペレータによる操作部４ａの操作トルクに応じた操作トルク信号を第１制御部２１に送る。
【００１１】
操作反力付加用アクチュエータ５は、舵角入力部４の一端に接続されるモータにより構成され、舵角入力部４に操作反力を作用させる。アクチュエータ５は第１制御部２１に接続され、入力部４、６、７の生成信号に応じて制御される。アクチュエータ５により舵角入力部４に操作反力を作用させることで、ステアリングホイールを介するドライバーへの操舵反力の伝達がシミュレーションされる。
【００１２】
駆動力入力部６は、本体２に踏み込み操作可能に取り付けられる操作部６ａと、操作部６ａの踏み込み量の検出センサ６ｂとを有する。センサ６ｂは、オペレータによる操作部６ａの踏み込み量に応じた駆動信号を生成して第１制御部２１に送る。制動力入力部７は、本体２に踏み込み操作可能に取り付けられる操作部７ａと、操作部７ａの踏み込み量の検出センサ７ｂとを有する。センサ７ｂは、オペレータによる操作部７ａの踏み込み量に応じた制動信号を生成して第１制御部２１に送る。映像表示部９は、例えば液晶表示器等の表示器により構成され、第１制御部２１から送られる画像信号に応じた映像を表示する。入力装置１０は例えばキーボードにより構成される。
【００１３】
ステアリングシミュレータ１００は、フレーム状の本体１０１と左右車輪１０３を有する台車１０５と、台車１０５を支持する支持機構１０６と、第２制御部２２を備える。台車１０５に取り付けられるステアリング装置１０４は、各車輪１０３に左右のタイロッド１０４ａ、ナックルアーム（図示省略）等を介して接続され、各車輪１０３は左右のサスペンション１０２を介して台車１０５に接続される。
【００１４】
ステアリング装置１０４は、ステアリングホイール１０７とステアリングギヤとを備える。そのステアリングギヤは、本実施形態ではラックピニオン型とされ、ステアリングホイール１０７の回転運動をラック１０４ｂの車両幅方向移動に変換する運動変換機構により構成され、ラック１０４ｂの各端部にタイロッド１０４ａが自在継手を介して接続され、ステアリングホイール１０７の回転により両車輪１０３を転舵させる。なお、ステアリングギヤの型式は特に限定されず、例えばボールスクリュー型であってもよい。
【００１５】
ステアリング装置１０４を操舵するためにステアリングホイール１０７の回転力を発生する操舵用アクチュエータ１６１と、ステアリング装置１０４の操舵反力として操舵トルクを検出するトルクセンサ１６２（検出部）とが設けられている。ステアリング装置１０４が電動パワーステアリング装置のように操舵補助力を発生するアクチュエータと、操舵トルク検出用センサとを有する場合、そのアクチュエータとセンサを、その操舵用アクチュエータ１６１とトルクセンサ１６２として利用するのが好ましい。
【００１６】
支持機構１０６は板状の左右第１支持プレート１２１を有する。左右車輪１０３は、ゴム製タイヤと、このタイヤの内周に装着される金属製ホイールとを有する。両第１支持プレート１２１の上面それぞれが載置面１２１ａとされ、左方の第１支持プレート１２１の載置面１２１ａに左方の車輪１０３が載置され、右方の第１支持プレート１２１の載置面１２１ａに右方の車輪１０３が載置される。
【００１７】
左右第１支持プレート１２１それぞれは左右支持装置１１０により、上下方向軸中心に回転可能、前後方向と左右方向に沿って移動可能に支持されている。すなわち各支持装置１１０は、図４に示すように、第１支持プレート１２１を上下方向に沿う軸１２２中心に回転可能に支持する第２支持プレート１２３と、第２支持プレート１２３をレール１２４を介して台車１０５の左右方向に沿って移動可能に支持する第３支持プレート１２５と、第３支持プレート１２５をレール１２６を介して台車１０５の前後方向に沿って移動可能に支持する第４支持プレート１２７とを有する。第４支持プレート１２７が床等の固定側１５０に取り付けられている。
【００１８】
ステアリング装置１０４に、操舵反力に相関する負荷を台車１０５を介して付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータを有する負荷付与機構１１１が設けられている。負荷付与機構１１１により付与される負荷の大きさと方向は変更可能とされている。負荷付与機構１１１は左右第１負荷付与装置１３０と左右第２負荷付与装置１４０とを有する。
【００１９】
各第１負荷付与装置１３０は、第１支持プレート１２１から台車１０５の左右車輪１０３を介してステアリング装置１０４に負荷を付与する。すなわち、各第１負荷付与装置１３０は、第１アクチュエータ１３１と、第２アクチュエータ１３２と、第３アクチュエータ１３３を有する。各アクチュエータ１３１、１３２、１３３は、本実施形態では伸縮可能な油圧式や電動式アクチュエータにより構成される。
【００２０】
各第１アクチュエータ１３１のシリンダチューブ１３１ａは第２支持プレート１２３に上下方向軸１３１ｃ中心に揺動可能に連結され、移動ロッド１３１ｂは第１支持プレート１２１に軸１２２から偏心した位置において上下方向軸１３１ｄ中心に相対回転可能に連結され、軸１２２を通ることのない横方向に沿って伸縮可能とされている。これにより、各第１アクチュエータ１３１により第１支持プレート１２１それぞれを上下方向軸１２２中心に回転させるモーメントを付与することで、各載置面１２１ａ上の車輪１０３それぞれに上下方向軸回りの負荷を付与できる。この負荷の方向と大きさは各第１アクチュエータ１３１の駆動方向と駆動力とに応じて変更できる。
【００２１】
各第２アクチュエータ１３２のシリンダチューブ１３２ａは第３支持プレート１２５に上下方向軸１３２ｃ中心に揺動可能に連結され、移動ロッド１３２ｂは第２支持プレート１２３に上下方向軸１３２ｄ中心に揺動可能に連結され、台車１０５の左右方向（図４の左右方向）に沿って伸縮可能とされている。各第３アクチュエータ１３３のシリンダチューブ１３３ａは第４支持プレート１２７に上下方向軸１３３ｃ中心に揺動可能に連結され、移動ロッド１３３ｂは第３支持プレート１２５に上下方向軸１３３ｄ中心に揺動可能に連結され、台車１０５の前後方向（図４の上下方向）に沿って伸縮可能とされている。これにより、各第２アクチュエータ１３２により各第２支持プレート１２３を介して第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の左右方向に沿って移動させる横方向力を付与できる。各第３アクチュエータ１３３により各第２支持プレート１２３と各第３支持プレート１２５を介して第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の前後方向に沿って移動させる横方向力を付与できる。よって、各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３により各載置面１２１ａ上の車輪１０３それぞれを介して、両横方向力の合力に対応する横方向に沿う負荷をステアリング装置１０４に付与できる。この負荷の方向と大きさは各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３の駆動方向と駆動力とに応じて変更できる。
【００２２】
各第２負荷付与装置１４０は、台車１０５のサスペンション１０２を介してステアリング装置１０４に負荷を付与可能な第４アクチュエータ１４１を有する。各第４アクチュエータ１４１は、本実施形態では上下方向に沿って伸縮可能な油圧式や電動式のアクチュエータにより構成される。各第４アクチュエータ１４１は、シリンダチューブ１４１ａが固定側１５０に取り付けられ、伸縮ロッド１４１ｂがサスペンション１０２に接する。これにより、各第４アクチュエータ１４１により、上下方向に沿ってサスペンション１０２を介して左右車輪１０３それぞれを車軸中心に回転させることなく載置面１２１ａに押し付けることができる。その押し付けにより、左右車輪１０３それぞれを介してステアリング装置１０４にサスペンション１０２を介して上下方向に沿う負荷が付与され、その負荷は第４アクチュエータ１４１の伸縮によって変化する。
【００２３】
第４アクチュエータ１４１の伸縮により、左右車輪１０３を介してステアリング装置１０４に付与される上下方向に沿う負荷が変化する。これにより、横加速度によるロール運動に基づき変化する負荷が付与された状態をシミュレーションできる。
路面の粗さ変化やタイヤ構造の相違に基づく各車輪と路面との間の摩擦係数の変化は、各車輪の分担荷重と摩擦係数との積である摩擦抵抗の変化に対応する。その摩擦抵抗の変化は各車輪１０３を介してステアリング装置１０４に付与される上下方向に沿う負荷の変化に対応する。よって、各第４アクチュエータ１４１の伸縮により各車輪１０３に付与される上下方向に沿う負荷を変化させることにより、その摩擦係数に応じた負荷が付与された状態をシミュレーションできる。また、各車輪１０３のタイヤのトレッド溝の深さや載置面１２１ａの粗さを変更調整することで、その摩擦係数に応じた負荷が付与された状態をシミュレーションしてもよい。
実際の車両の操舵状態において車輪に作用するコーナリングフォースの変化は、第１支持プレート１２１上の左右車輪１０３それぞれに作用する横方向の負荷の変化に対応する。すなわち、図５は実際の車輪に作用する負荷を示すもので、車両の進行方向（矢印ａで示す）に対して車輪Ｔの回転面（２点鎖線ｂで示す）が滑り角Θをなして操舵されている状態では、その車輪ＴにコーナリングフォースＦが横方向に沿って作用し、また、セルフアライニングトルクＭが上下方向軸回りに作用する。そして、左右車輪１０３に付与される横方向の負荷は、各第２アクチュエータ１３２により第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の左右方向に沿って移動させる横方向力と、各第３アクチュエータ１３３により第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の前後方向に沿って移動させる横方向力の合力に対応する。この合力の大きさと方向は、各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３の発生圧力を変化させることで任意に変更できる。よって、各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３の伸縮により、変化するコーナリングフォースが付与された状態をシミュレーションできる。
実際の車両の操舵状態において車輪に作用するセルフアライニングトルクの変化は、第１支持プレート１２１上の左右車輪１０３それぞれに作用するキングピン軸まわりのモーメントの変化により対応する。すなわち、実際の車両の車輪に作用するセルフアライニングトルクはキングピン軸回りに作用する。そして、左右車輪１０３に付与される上下方向軸１２２まわりの負荷は、各第１アクチュエータ１３１により第１支持プレート１２１それぞれを上下方向軸１２２中心に回転させるモーメントに対応する。このモーメントの大きさと方向は、各第１アクチュエータ１３１の駆動力を変更することで任意に変更できる。よって、各第１アクチュエータ１３１の伸縮により、変化するセルフアライニングトルクが付与された状態をシミュレーションできる。
【００２４】
図１に示すように、ステアリングシミュレータ側アクチュエータである第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１と、操舵用アクチュエータ１６１と、トルクセンサ１６２は、第２制御部２２に接続される。トルクセンサ１６２による検出操舵トルは第２制御部２２から第１制御部２１に送られる。第２制御部２２に、第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１のストロークを検出するストロークセンサ１３１′、１３２′、１３３′、１４１′と、モニタ、外部記憶装置、プリンタ等のデータ出力装置１５４が接続されている。
【００２５】
ドライビングシミュレータ１の第１制御部２１とステアリングシミュレータ１００の第２制御部２２は、それぞれコンピュータにより構成され、互いに信号を授受可能にインターフェイスを介して接続される。なお、第１制御部２１と第２制御部２２を、両制御部２１、２２の機能を奏する１台のコンピュータから構成してもよい。
【００２６】
第１制御部２１はドライビングシミュレーション用プログラムを記憶し、操舵反力の伝達を含む車両挙動がシミュレーションされるように、ドライビングシミュレータ側アクチュエータ３、５を上記入力部４、６、７の生成信号に応じてそのプログラムに従い制御する。すなわち、そのプログラムにより設定され、あるいは入力装置１０から入力される車両質量、各車輪の分担荷重、ホイールベースや車両重心位置やニューマティックトレール等の車両寸法諸元、車輪と接地面との間の摩擦係数等のシミュレーションのための設定条件と、上記入力部４、６、７により生成された操舵角信号、操作トルク信号、駆動信号、制動信号とに応じて、シミュレーションのための制御パラメータを演算する演算部として機能する。その制御パラメータとして、例えばセルフアライニングトルク、車両の前後方向速度、前後方向加速度、横方向速度、横方向加速度、ヨーレート、コーナリングフォース、走行距離、操舵方向等が求められるが、これらに限定されるものではない。その制御パラメータの演算は、実車走行試験におけるデータに基づく演算式を用いて行うことができる。
【００２７】
第２制御部２２は、第１制御部２１から送られる信号に応じて、記憶したステアリングシミュレーション用プログラムに従い、ドライビングシミュレータ１によりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷がステアリング装置１０４に付与されるようにステアリングシミュレータ側アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１を制御する。これにより、ステアリングシミュレータ１００において、ステアリング装置１０４に操舵反力に相関する負荷、例えば、横加速度によるロール運動によって車輪に作用する負荷、路面の粗さ変化やタイヤ構造の相違に基づく車輪と路面との間の摩擦係数の変化をきたす負荷、コーナリングフォース、セルフアライニングトルク等が付与された状態がシミュレーションされる。そのため第２制御部２２は、ドライビングシミュレータ１によりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷を、第１制御部２１から送られる信号に応じて求める。すなわち、第１制御部２１から、上記ドライビングシミュレーション用プログラムにおける設定条件、入力部４、６、７からの入力信号値、および第１制御部２１により演算された制御パラメータに対応する信号が、第２制御部２２に送られる。第１制御部２１から送られる信号は操舵反力に相関する負荷を求めるために用いられるものであり、例えば車輪１０３に上下方向に沿い作用する車輪１０３の分担荷重やキングピン軸回りに作用するセルフアライニングトルクであり、車輪１０３の分担荷重はドライビングシミュレーション用プログラムにおける車両重量の設定条件から、セルフアライニングトルクは制御パラメータから求められる。第２制御部２２は、操舵反力に相関する負荷に対応するストローク目標値を演算し、そのストローク目標値とストロークセンサによる第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１のストローク検出値との偏差をなくすように、第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１をフィードバック制御する。
【００２８】
また、第２制御部２２は、ドライビングシミュレータ１の操作部４ａの回転角度と同一角度だけステアリングホイール１０７が回転するよう、第１制御部２１から送られる舵角入力部４の角度センサ４ｂの生成信号に応じて、操舵用アクチュエータ１６１を制御する。これにより、ステアリング装置１０４は舵角入力部４の操作に対応して操舵される。
【００２９】
第１制御部２１は、上記制御パラメータに応じた制御信号を出力し、その制御信号に応じて上記本体作動用アクチュエータ３を作動させる。また、第１制御部２１は、仮想の風景を生成するための画像信号を出力することで映像表示部９を制御する。すなわち、シミュレートされる本体２の前後方向速度、前後方向加速度、横方向速度、横方向加速度、ヨーレート等が、その制御パラメータに対応するように本体作動用アクチュエータ３が駆動され、車速、走行距離、操舵方向等に応じて仮想風景が変化するように映像表示部９に画像信号が出力される。
【００３０】
図６の制御ブロック線図に示すように、第１制御部２１は、舵角入力部４の操作速度および操作加速度の中の少なくとも一方に応じて、舵角入力部４の操作反力の補正値として補正トルクＴ1 を演算する演算部として機能する。本実施形態においては、舵角入力部４の操作速度をｄθ／ｄｔ、操作加速度をｄ2 θ／ｄｔ2 として、Ｔ1 ＝Ａ・ｄθ／ｄｔ＋Ｂ・ｄ2 θ／ｄｔ2 ＋Ｃの関係により補正トルクＴ1 が演算される。ここでＡ、Ｂ、Ｃは予め設定される零以上の定数とされ、ＡとＢは一方が零に設定される時は他方は零以外の値に設定され、予め実験により適切な値を設定すればよい。さらに第１制御部２１は、演算された補正トルクＴ1 とトルクセンサ１６２によるステアリング装置１０４の検出操舵反力である検出操舵トルクＴ2 との和である目標操作トルクＴ* を目標操作反力として演算する演算部として機能する。第１制御部２１は、操作反力付加用アクチュエータ５が目標操作トルクＴ* を発生するように、目標操作トルクＴ* からトルクセンサ４ｃによる舵角入力部４の検出操作反力である操作トルクＴ3 を差し引いた偏差を低減するように、その偏差に対応する目標駆動電流Ｉ* を例えばＰＩ（比例積分）制御演算により求め、操作反力付加用アクチュエータ５を構成するブラシレスモータに目標駆動電流Ｉ* を駆動回路２１ａを介してＰＷＭ制御により印加する。これにより、ステアリング装置１０４の操舵反力に対応する操作反力を舵角入力部４に付与することで、ドライビングシミュレータ１においてステアリング装置１０４を操舵した場合の操舵反力の伝達のシミュレーションを行うことができる。
【００３１】
上記実施形態の車両用シミュレーションシステムによれば、舵角入力部４の操作反力の補正トルクＴ1 をステアリング装置１０４の検出操舵トルクＴ2 に加えた値が、操作反力付加用アクチュエータ５の目標操作トルクＴ* になるため、その補正トルクＴ1 は目標操作トルクＴ* のフィードフォワード項となる。これにより、操作反力付加用アクチュエータ５の制御において、ステアリング装置１０４の操舵トルクＴ2 の検出の遅れの影響を補正できる。また、その補正トルクＴ1 は舵角入力部４の操作速度ｄθ／ｄｔおよび操作加速度ｄ2 θ／ｄｔ2 の中の少なくとも一方に応じた値であるため、舵角入力部４の操作を迅速に行った場合でも操舵トルクＴ2 の検出の遅れの影響が増加するのを防止できる。さらに、目標操作トルクＴ* から舵角入力部４の検出操作トルクＴ3 を差し引いた偏差を低減するように操作反力付加用アクチュエータ５を制御するので、舵角入力部４の操作反力はステアリング装置１０４の特性を反映した検出操舵トルクＴ2 に対応する。さらに、補正トルクＴ1 の演算部と目標操作トルクＴ* の演算部が第１制御部２１により構成されているので、その演算はドライビングシミュレータ１とステアリングシミュレータ１００との間の通信時間の影響も受けることはないので、操作反力付加用アクチュエータ５をより迅速に制御できる。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば変形例として、タイヤと路面との間の摩擦に基づきステアリング装置１０４に作用する負荷に対応する値として、ステアリング装置１０４のタイロッド１０４ａの軸方向に沿って作用する軸力を検出するセンサーを設け、そのセンサーの検出値に応じて負荷付与機構１１１により付与する負荷を補正するようにしてもよい。
【００３３】
また、別の変形例として、シミュレーションのための制御パラメータをシミュレーションモデルを用いて演算してもよい。そのシミュレーションモデルとして、例えば図７、図８に示すような、横方向、ヨー方向、ロール方向の３自由度を考慮した前後車輪５０、５１を有する等価二輪モデルを用いることができる。ここで用いられる記号の定義は以下の表１で表され、各記号に対応する値は、車両の左右一方、前後一方に対応する場合が正、左右他方、前後他方に対応する場合が負とされ、また、 x、z 方向に関する慣性乗積は零とし、車両重心点Ｇ回りの運動方程式は以下の式（１）〜（３）で表される。
【表１】
2008145532.tif 000003
【数１】
2008145532.tif 000004
【数２】
2008145532.tif 000005
【数３】
2008145532.tif 000006
【００３４】
このシミュレーションモデルに基づき、例えば、負荷付与機構により負荷を付与する際、リアルタイムで前輪の横滑り角からセルフアライニングトルク、タイロッドの軸力が求められ、そのタイロッドの軸力とステアリングギヤ比からステアリングホイールの操舵トルクが求められる。
車輪におけるタイヤ横滑り角を微小とした場合、以下の式（４）、（５）に示すように車輪横力は車輪横滑り角に比例する。
【数４】
2008145532.tif 000007
【数５】
2008145532.tif 000008
車輪を構成するタイヤにおける横滑り角の発生から横力が発生するまでの動特性を考え、以下の式（６）、（７）を用いる。すなわち、一定車速においては、車輪横力と車輪横力の時間微分に比例する値との和が車輪横滑り角に比例するものとされる。
【数６】
2008145532.tif 000009
【数７】
2008145532.tif 000010
前後輪の横滑り角は以下の式（８）〜（１１）により表される。
【数８】
2008145532.tif 000011
【数９】
2008145532.tif 000012
【数１０】
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【数１１】
2008145532.tif 000014
なお、単位ロール角あたりのロールステア量の値は定数と仮定して用いる。また、実車実験により操舵角入力に対するタイロッドの変位に動特性がほとんどなかったため、操舵系は剛体とし、操舵角に対して前輪実舵角は以下の式（１２）に示すように比例関係とし、遅れがないものとする。
【数１２】
2008145532.tif 000015
図９、図１０に示すように、キングピン５２まわりのセルフアライニングトルクをナックルアーム５３の長さで除した値をシミュレーションモデルにおけるタイロッド５４に作用する軸力とした。以下の式（１３）、（１４）にタイヤ２輪分のセルフアライニングトルクと軸力の関係を示す。
【数１３】
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【数１４】
2008145532.tif 000017
【００３５】
この際、車体を剛性とみなし、前輪サスペンションのバネ剛性と後輪サスペンションのバネ剛性によるロール剛性の前後配分を考慮してロール角φを演算し、この演算結果からステアリングシミュレータの左右前輪に付与する上下方向に沿う負荷を決定する。また、左右前輪のサスペンションそれぞれのバネストロークを検出するセンサーを設け、そのバネストロークに対する後輪サスペンションやタイヤのばね剛性の影響を実車データなどから予め算出してモデル化し、後輪サスペンションのばね剛性の影響を考慮してサスペンションのジオメトリの影響によるバネストロークのアンバランスを補正し、シミュレーションモデルにおけるロール角とロールセンター高を補正してもよい。これにより、ステアリングシミュレータにより、実機サスペンションのジオメトリの影響を考慮したシミュレーションがなされる。また、車両リア側足回りの特性としてタイヤやサスペンションの特性を考慮することで、ステアリングシミュレータにおいてステアリング装置に付与される操舵反力に相関する負荷の再現精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態のドライビングシミュレータとステアリングシミュレータの構成説明図
【図２】本発明の実施形態のドライビングシミュレータの斜視図
【図３】本発明の実施形態のステアリングシミュレータの正面図
【図４】本発明の実施形態のステアリングシミュレータの要部の平面図
【図５】車輪に作用する負荷の説明図
【図６】本発明の実施形態の車両用シミュレーションシステムによる操作反力付加用アクチュエータの制御ブロック線図
【図７】本発明の変形例におけるシミュレーションモデルの説明用平面図
【図８】本発明の変形例におけるシミュレーションモデルの説明用正面図
【図９】本発明の変形例におけるシミュレーションモデルにおけるセルフアライニングトルクの作用状態の説明図
【図１０】本発明の変形例におけるシミュレーションモデルにおけるタイロッドへの軸力の作用状態の説明図
【符号の説明】
【００３７】
１…ドライビングシミュレータ、４…舵角入力部、４ｃ…トルクセンサ（検出部）、５…操作反力付加用アクチュエータ、６…駆動力入力部、７…制動力入力部、２１…第１制御部（演算部）、２２…第２制御部、１００…ステアリングシミュレータ、１０３…車輪、１０４…ステアリング装置、１０５…台車、１３１、１３２、１３３、１４１…第１〜第４アクチュエータ（ステアリングシミュレータ側アクチュエータ）、１６１…操舵用アクチュエータ、１６２…トルクセンサ（検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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