(57)【要約】【課題】２輪自動車のカーブ走行時の遠心力と車体傾斜による傾きトルクとの釣り合いによる自然な平衡感覚を模擬する。【解決手段】  プラットフォームを基台上に水平に第１の回転軸回りに回動可能に取り付ける。回転機構によりプラットフォームに回転力を与える。第２の回転軸を第１の回転軸の上方に平行に設け、２輪自動車車体をその前後方向を第２の回転軸の長さ方向とし、回転傾斜可能に設置する。反力トルク発生装置は、２輪自動車車体をプラットフォームに対して垂直な姿勢を中立位置とし、中立位置からの傾斜角に比例した反力トルクを発生する。遠心力演算手段は、車体のカーブ模擬走行時の遠心力を計算し、制御手段は回転機構を制御し、プラットフォームの水平位置からの回転角度を、遠心力演算手段が計算した遠心力に比例した角度とする。回転機構はプラットフォームを第１の回転軸回りに回転する。【選択図】  図1
2005301140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２輪車を模擬する２輪自動車シミュレータにおいて、
基台（１０１）と、
水平に対し平行な第１の回転軸（１０４）と、
前記第１の回転軸の回りに回動可能に、当該第１の回転軸を介して基台上に取り付けられたプラットフォーム（１０３）と、
前記第１の回転軸を介して前記プラットフォームに回転力を与える回転機構（１０５）と、
前記プラットフォームの前記第１の回転軸の上方に平行に設けた第２の回転軸（１０７）と、
前記第２の回転軸の長さ方向を前後方向とすると共に当該第２の回転軸の回りに回転して傾斜可能に設置された２輪自動車車体（１０８）と、
前記プラットフォームに対する前記２輪自動車車体の垂直な姿勢を中立位置とし、かつ、前記中立位置からの傾斜角に比例した反力トルクを前記第２の回転軸回りに発生させる反力トルク発生装置（１０９）と、
前記２輪自動車車体の模擬走行時の遠心力を計算する遠心力演算手段（１１０）と、
前記遠心力演算手段により計算された遠心力に比例した角度だけ、前記プラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させる前記回転機構を制御する制御手段（１１１）と
を備えたことを特徴とする２輪自動車シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２輪自動車の運転及び走行を模擬する２輪自動車シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
２輪自動車の運転・走行の教育・訓練あるいは研究のために、運転及び走行を模擬する２輪自動車シミュレータが用いられる。
従来、摸擬２輪自動車は、カーブを走行する時をシミュレートするために、例えば、特許文献１に記載のように、ベース上方に設けたライド部を有し、ライド部はハンドルを備えるステアリング操作部と、座席部を有する後部側ライドを備えるものがあり、ライド部は所定の傾きで保持でき、かつ、中立位置への復帰が可能なものが公開されている。このライド部の傾きで、コーナリング時に実際にコーナーを曲がっているような感じを与えることができるようにするというものである。
【特許文献１】特開２００１−１０４６５４号公報
【０００３】
しかし、摸擬２輪自動車は、カーブを走行するときに発生する遠心力を車体傾斜による傾きトルクで釣り合わせる、という平衡感覚を実現することができないものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実際の２輪自動車がカーブを走行するときは、発生する遠心力と釣り合わせるために、運転者は車体を傾斜させて傾きトルクを発生させる。この遠心力と傾きトルクの釣り合いの様子を図３に示す。同図より、この釣り合い状態での方程式は、車体が地面に接している点（図３のＯ点）の回りのモーメントの釣り合いから次のようになる。
ｍｖ２／ｒ＝ｍｇ・ｔａｎθ      （１）
ここに、  ｍ：（車体＋運転者）の質量
ｖ：２輪自動車の速度
ｒ：車体走行運動での瞬間的な曲率半径
ｇ：重力加速度
θ：車体の傾斜角
である。
上記（１）式は、運動の瞬時、瞬時において成り立つ式である。実際に運転者は、（１）式のｒとｖとによって決まる遠心力と釣り合うようにθを変化させて、倒れないように走っている。つまり、ハンドル、アクセル、ブレーキの操作によってｖやｒを変化させたとき、（１）式が成り立つようにθを変化させて対処する。また、逆に運転者が故意に体を動かしたり２輪自動車車体３０１を傾けたりしてθを変化させても、次の瞬間にはｖ又はｒを変化させて、重力による傾きトルクと遠心力とが釣り合うように軌道を修正して走り続ける。
ところが、従来の２輪自動車シミュレータでは、体を傾けてθを変えることにより、遠心力と平衡するような動揺感覚は実現できるものではない。それは、シミュレータでは、実際に速度ｖを出して走行しているのではないから、原理的に車体運動としての遠心力が生じているわけではないからである。したがって、これまでの２輪車シミュレータにおける模擬走行では、運転者が強制的に車体を傾けてカーブを走行する状況を作り出したとしても、実車での遠心力との釣り合いを得るための車体傾斜の平衡感覚とは必然的に異なるものとなる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、２輪自動車がカーブを走行するときの遠心力と、車体傾斜による傾きトルクとの釣り合いによる自然な平衡感覚を模擬することのできる、２輪自動車シミュレータを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、２輪車を模擬する２輪自動車シミュレータであって、基台と、水平に対し平行な第１の回転軸と、前記第１の回転軸の回りに回動可能に、当該第１の回転軸を介して基台上に取り付けられたプラットフォームと、前記第１の回転軸を介して前記プラットフォームに回転力を与える回転機構と、前記プラットフォームの前記第１の回転軸の上方に平行に設けた第２の回転軸と、前記第２の回転軸の長さ方向を前後方向とすると共に当該第２の回転軸の回りに回転して傾斜可能に設置された２輪自動車車体と、前記プラットフォームに対する前記２輪自動車車体の垂直な姿勢を中立位置とし、かつ、前記中立位置からの傾斜角に比例した反力トルクを前記第２の回転軸回りに発生させる反力トルク発生装置と、前記２輪自動車車体の模擬走行時の遠心力を計算する遠心力演算手段と、前記遠心力演算手段により計算された遠心力に比例した角度だけ、前記プラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させる前記回転機構を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る２輪自動車シミュレータは、基台の上に、プラットフォームを、水平に対し平行に設けた第１の回転軸の回りに回動可能に、前記第１の回転軸を介して取り付け、回転機構によりその第１の回転軸を介して前記プラットフォームに回転力を与え、第２の回転軸を前記第１の回転軸の上方に平行に設け、２輪自動車車体をその前後方向を第２の回転軸の長さ方向として当該第２の回転軸の回りに回転して傾斜可能に設置し、反力トルク発生装置により、前記２輪自動車車体を前記プラットフォームに対して垂直な姿勢を中立位置とし、さらに、中立位置からの傾斜角に比例して元に戻そうとする反力トルクを第２の回転軸回りに発生させる。遠心力演算手段により、２輪自動車車体がカーブを模擬走行する時の遠心力を計算し、制御手段により回転機構を制御し、プラットフォームの水平方向位置からの回転角度を、遠心力演算手段により計算された遠心力に比例した角度となるように回転機構によりプラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させる。２輪自動車がカーブを走行するときの遠心力と車体傾斜により傾きトルクとの釣り合いによる自然な平衡感覚を模擬することができる２輪自動車シミュレータを実現することができる。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明に係る２輪自動車シミュレータの一実施例を説明する構成図である。図１において、１０１は設置面におかれた基台、１０２は前記基台１０１の前後端部に設けた第１の軸受け、１０３は前記基台１０１の上方に位置させたプラットフォーム、１０４は例えば前記プラットフォーム１０３に設けた第１の回転軸、１０５は前記第１の回転軸１０４を介して前記プラットフォーム１０３に回転力を与える回転機構、１０６はプラットフォーム１０３上に設けられた第２の軸受け、１０７は前記第２の軸受け１０６に支持され、前記第１の回転軸１０４の上方かつ平行に位置する第２の回転軸、１０８は２輪自動車車体、１０９は反力トルク発生装置、１１０は前記２輪自動車車体の模擬走行時の遠心力を計算する遠心力演算手段、１１１は制御手段、１１２は表示装置である。図１には、各構成要素のほかに、遠心演算手段１１０における機能動作を記載している。
【０００９】
第１の回転軸１０４は、第１の軸受け１０２を介して基台１０１に載せることにより水平に対して平行に設けることができ、プラットフォーム１０３が水平方向をバランスがとれた平衡位置として基台１０１の上方に取り付けられる。第１の軸受け１０２は基台１０１から垂直に上方に向かって形成され、プラットフォーム１０３が回転可能な空間を基台１０１との間に形成する。２輪自動車車体１０８は、その前後方向を前記第２の回転軸１０７の長さ方向と一致させると共に当該第２の回転軸１０７に取り付けられてその回りに回転して傾斜可能にされる。第２の軸受け１０６は、プラットフォーム１０３の両端部に形成され、２輪自動車車体１０８が回転可能なように２輪自動車車体１０８の下方とプラットフォーム１０３との間に隙間を形成する。反力トルク発生装置１０９は、前記第２の軸受け１０６と同様にプラットフォーム１０３の両端部に設け、例えば前記第２の軸受け１０６内に形成され、当該第２の軸受け１０６と第２の回転軸１０７との間にバネを介在させて、前記２輪自動車車体１０８が回転して傾斜すると、当該２輪自動車車体１０８をプラットフォーム１０３に対して垂直な姿勢である中立位置からの傾斜角すなわち回転角に比例し、前記中立位置に戻そうとする反力トルクを前記第２の回転軸１０７の回りに受けるようになっている。遠心力演算手段１１０は、２輪自動車車体１０８の傾きトルクと釣り合う遠心力の計算の他に、運転者のアクセル、ブレーキ、ハンドルの操作（図１の１１０ａ）を検知してエンジンの動作や車体の力学的挙動を計算し、車体のｘ，ｙ，ｚの３次元運動とロール、ピッチ、ヨーの３つの角度変化を計算する（図１の１１０ｂ）。そして、これら６自由度の計算結果から、景観データベース（図１の１１０ｃ）を使って現在車体が走行中の位置を計算し、運転者が見える景観をその視線からの傾きとともに表示装置１１２に表示する。一方、遠心力演算手段１１０は、模擬走行に応じた曲率半径ｒと速度ｖから遠心力を計算し、遠心力と釣り合う車体傾きθを計算する（図１の１１０ｄ）。このとき、θは前述の（１）式により得られる。さらに、遠心力に比例した角度βを得る（図１の１１０ｅ）。制御手段１１１は、前記遠心力演算手段１１０により計算された遠心力に比例した角度だけ、前記プラットフォーム１０３を第１の回転軸１０４の回りに回転させるように前記回転機構１０５を制御する。
【００１０】
図２は、プラットフォーム１０３及び２輪自動車車体１０８の前後進行方向軸回りすなわち図１により説明した第２の回転軸１０７回りの回転と、反力トルク発生装置１０９により２輪自動車車体１０８を元の位置に戻す反力トルクの働きと遠心力運算手段１１０により計算される遠心力に比例してプラットフォーム１０３を第１の回転軸１０４の回りに角度βだけ回転する動作を説明する図である。図２に示すように、２輪自動車車体１０８がプラットフォーム１０３に対して垂直になる位置からの回転角をδとする。２輪自動車車体１０８の鉛直方向からの傾き角をφとする。また、プラットフォーム１０３の水平方向位置からの回転角度をβとし、βは、図１に示すように、遠心力演算手段１１０で２輪自動車車体１０８が模擬する瞬時瞬時の曲率半径ｒと速度ｖから計算される遠心力の大きさに比例した量となるように制御される。反力トルク発生装置１０９による反力トルクのバネ常数はｋとする。
【００１１】
図２はまた、２輪自動車シミュレータのカーブ走行中における、２輪自動車車体１０８が傾いている一般的な様子を示した図でもある。Ｏ点回りのモーメントの釣り合いから、
ｍｇ・ｓｉｎ（φ）＝ｋ・δ＝ｋ・（β＋φ）      （２）
すなわち、運転者が２輪自動車車体１０８が一体となって鉛直方向に対してφ傾けたことによる重力作用のモーメントを、プラットフォーム１０３に対する垂直方向の車体中立位置からの回転による反力トルク（図２の２０３）で釣り合わせる。φが小さい領域では、ｓｉｎ（φ）＝φとすることができ、（２）式は
ｍｇ・φ＝ｋ・δ＝ｋ・β＋ｋ・φ                （３）
となる。実際、φが３０°でも、ｓｉｎ（φ）とφの差は５％程度であり、人間の受ける感覚からすれば、通常の２輪自動車のカーブ走行においては、ｓｉｎ（φ）＝φの関係はじゅうぶん成り立っているとして差し支えない。（３）式より、
β＝｛（ｍｇ−ｋ）／ｋ｝・φ                    （４）
となる。
【００１２】
ところで重要なことは、実車のカーブ走行における平衡感覚では遠心力と車体傾斜による傾きトルクが釣り合っているため、車体が地面に対して傾いていることを運転者が視覚的には感じても体感的には感じないことである。これをシミュレータで実現する場合、カーブ走行中でも車体を傾けることなくできるだけ垂直に、すなわち図２のφをできるだけ０に近くなるように制御して、運転者に体感的平衡感覚を感じさせることである。ただし感覚的には景観の画面表示は遠心演算手段１１０により図１の１１０ｆに示すように、車体からみて遠心力に釣り合う車体傾斜分（−β＋δ−θ）だけ鉛直から傾けて表示する。このとき、車体からみて右回りを正としている。
【００１３】
図１からβは、遠心力演算手段１１０での、車体の瞬時瞬時の曲率半径ｒと速度ｖから計算される遠心力の大きさに比例した量として制御されるが、（４）式の示しているところでは、ｋ及び図１の比例定数ｎ（遠心力とβとの変換係数）を適宜な値に選択することにより、φを小さな量で実現することができることがわかる。つまり、このことが２輪自動車シミュレータでカーブを走行するときの、自然な平衡感覚の模擬を示している。
以上説明したとおり本発明によれば、２輪自動車がカーブを走行するときの遠心力と、車体傾斜による傾きトルクとの釣り合いによる自然な平衡感覚を模擬することのできる、２輪自動車シミュレータを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明による２輪自動車シミュレータの用途としては、２輪自動車運転・走行の教育・訓練用や研究用に限定されるものでなく、一般の遊技場やイベント会場での、ゲーム・娯楽・アトラクションの目的にも使用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による２輪自動車シミュレータの一実施例を説明する構成図である。
【図２】２輪自動車車体の前後進行方向軸回りの回転と、反力トルク発生装置により２輪自動車車体を元の位置に戻す反力トルクの働きと遠心力演算手段により計算される遠心力に比例してプラットフォームを水平方向から回転させる動作を説明する図である。
【図３】２輪自動車がカーブを走行するときの遠心力と車体傾斜による傾きトルクの釣り合いを説明する図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０１…基台、１０２…第１の軸受け、１０３…プラットフォーム、１０４…第１の回転軸、１０５…回転機構、１０６…第２の軸受け、１０７…第２の回転軸、１０８…２輪自動車車体、１０９…反力トルク発生装置、１１０…遠心力演算手段、１１１…制御手段、１１２…表示装置。
【図１】
2005301140.tif 000003
【図２】
2005301140.tif 000004
【図３】
2005301140.tif 000005