(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動型で一対のアクチュエータを有し、前記一対のアクチュエータとリンク構造によって接続され、前記一対のアクチュエータの変位に伴って、ロール軸およびピッチ軸の回りに揺動可能な疑似車体を備えたライディングシミュレータの挙動を計算する挙動計算装置において、
前記疑似車体の構造に対応したリンクモデルのパラメータを入力するリンクパラメータ入力部と、
前記ロール軸の角度を示すロールデータと、前記ピッチ軸の角度を示すピッチデータとを入力する指令入力部と、
前記リンクモデルに基づき設定される変換行列から、前記リンクモデルの前記アクチュエータの支点の座標値を算出する算出式が記憶部に設定されていて、前記リンクパラメータ入力部および前記指令入力部により入力された前記パラメータ、前記ロールデータおよび前記ピッチデータを前記算出式に入力して得られた前記支点の座標に基づいて、前記リンクモデルの前記アクチュエータの変位を求める変位算出部と、
を有することを特徴とするライディングシミュレータの挙動計算装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記ロールデータおよび前記ピッチデータは、定数値または時系列データであることを特徴とするライディングシミュレータの挙動計算装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記ロールデータまたは前記ピッチデータの少なくとも一方は、時系列データであって、
前記変位算出部は、前記アクチュエータの変位から速度および加速度を求めることを特徴とするライディングシミュレータの挙動計算装置。
【請求項４】
直動型で一対のアクチュエータを有し、前記一対のアクチュエータとリンク構造によって接続され、前記一対のアクチュエータの変位に伴って、ロール軸およびピッチ軸の回りに揺動可能な疑似車体を備えたライディングシミュレータの挙動を計算する挙動計算方法において、
リンクパラメータ入力部から前記疑似車体の構造に対応したリンクモデルのパラメータを入力するステップと、
指令入力部から前記ロール軸の角度を示すロールデータと、前記ピッチ軸の角度を示すピッチデータとを入力するステップと、
前記リンクモデルに基づき設定される変換行列から、前記リンクモデルの前記アクチュエータの支点の座標値を算出する算出式が記憶部に設定されていて、前記リンクパラメータ入力部および前記指令入力部により入力された前記パラメータ、前記ロールデータおよび前記ピッチデータを前記算出式に入力して得られた前記支点の座標に基づいて、変位算出部が前記リンクモデルの前記アクチュエータの変位を求めるステップと、
を有することを特徴とするライディングシミュレータの挙動計算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライディングシミュレータの挙動計算装置および方法に関し、特に、直動型で一対のアクチュエータとリンク機構によって接続され、アクチュエータの変位に応じて、ロール軸およびピッチ軸の回りに揺動可能な疑似車体を備えたライディングシミュレータの挙動を計算する挙動計算装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、運転教育用としてライディングシミュレータが開発されている。ライディングシミュレータとして、一対の直動アクチュエータにより模擬車体をロール軸とピッチ軸の各軸回りに回動し得るように構成したパラレルリンク式のライディングシミュレータが提案されている（特開２００１−９２３４４号公報）。
【０００３】
このライディングシミュレータは、ロール軸およびピッチ軸のそれぞれに直結させたモータ等の駆動源によって前記各軸を回動させることで模擬車体を揺動させる従来の装置に比較して、装置構成を大幅に簡素化することができ、これによって、任意の場所に設置することが可能になるとともに、廉価なライディングシミュレータを提供できるという利点を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ライディングシミュレータの主たる目的は、乗車者にピッチ傾斜およびロール傾斜を体感させることであり、ピッチ軸およびロール軸の傾斜角を正確に制御することが要求される。
【０００５】
ところで、上記のライディングシミュレータにおいては、直動型のアクチュエータはリンク構造を介してピッチ軸およびロール軸と連結されていることから、アクチュエータの動作とピッチ軸およびロール軸の傾斜角との関係は、リンク構造を考慮して計算することとなり、三角関数を用いた比較的複雑な計算が必要である。
【０００６】
また、上記のライディングシミュレータにおいては、ロール軸およびピッチ軸の回転角に対応する各アクチュエータの変位が、模擬車体の形状やアクチュエータ配置およびアクチュエータ特性等によって変化しうる。例えば、模擬車体の揺動軸とシート配置とアクチュエータ配置との位置関係が変われば、模擬車体のロール角およびピッチ角に対する各アクチュエータの変位も変わることになる。
【０００７】
これらの理由から、上記のライディングシミュレータを設計する際には、構造の検証および部品選定を行う作業が繁雑であり長時間を要する。また、ライディングシミュレータを製作する際には、試作したライディングシミュレータが要求仕様を満たさないこともあり、複数回の試作を繰り返すことがある。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、一対の直動型アクチュエータによってピッチ揺動およびロール揺動を発生させるライディングシミュレータを設計する際に、ピッチ角度、ロール角度およびリンク機構のパラメータに基づいて直動型アクチュエータの変位、動作速度、動作加速度を簡便に算出し、リンク機構のパラメータおよび直動型アクチュエータ仕様の適否を判断することを可能にするライディングシミュレータの挙動計算装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るライディングシミュレータの挙動計算装置は、直動型で一対のアクチュエータを有し、前記一対のアクチュエータとリンク構造によって接続され、前記一対のアクチュエータの変位に伴って、ロール軸およびピッチ軸の回りに揺動可能な疑似車体を備えたライディングシミュレータの挙動を計算する挙動計算装置において、前記疑似車体の構造に対応したリンクモデルのパラメータを入力するリンクパラメータ入力部と、前記ロール軸の角度を示すロールデータと、前記ピッチ軸の角度を示すピッチデータとを入力する指令入力部と、前記リンクモデルに基づき設定される変換行列から、前記リンクモデルの前記アクチュエータの支点の座標値を算出する算出式が記憶部に設定されていて、前記リンクパラメータ入力部および前記指令入力部により入力された前記パラメータ、前記ロールデータおよび前記ピッチデータを前記算出式に入力して得られた前記支点の座標に基づいて、前記リンクモデルの前記アクチュエータの変位を求める変位算出部とを有することを特徴とする。
【００１０】
このようにすることにより、ピッチ軸の角度、ロール軸の角度およびリンク機構のパラメータに基づいて直動型アクチュエータの変位、動作速度、動作加速度を簡便に算出し、リンク機構のパラメータおよび直動型アクチュエータ仕様の適否を判断することができる。
【００１１】
この場合、前記ロールデータおよび前記ピッチデータは、定数値または時系列データであってもよい。
【００１２】
前記ロールデータまたは前記ピッチデータの少なくとも一方は、時系列データであって、前記変位算出部は、前記アクチュエータの変位から速度および加速度を求めてもよい。
【００１３】
本発明に係るライディングシミュレータの挙動計算方法は、直動型で一対のアクチュエータを有し、前記一対のアクチュエータとリンク構造によって接続され、前記一対のアクチュエータの変位に伴って、ロール軸およびピッチ軸の回りに揺動可能な疑似車体を備えたライディングシミュレータの挙動を計算する挙動計算方法において、リンクパラメータ入力部から前記疑似車体の構造に対応したリンクモデルのパラメータを入力するステップと、指令入力部から前記ロール軸の角度を示すロールデータと、前記ピッチ軸の角度を示すピッチデータとを入力するステップと、前記リンクモデルに基づき設定される変換行列から、前記リンクモデルの前記アクチュエータの支点の座標値を算出する算出式が記憶部に設定されていて、前記リンクパラメータ入力部および前記指令入力部により入力された前記パラメータ、前記ロールデータおよび前記ピッチデータを前記算出式に入力して得られた前記支点の座標に基づいて、変位算出部が前記アクチュエータの変位を求めるステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るライディングシミュレータの挙動計算装置と、この挙動計算装置を用いてライディングシミュレータの挙動を計算する方法の実施の形態を、図１〜図１５を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本実施の形態において挙動を計算するライディングシミュレータ１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１６】
図１〜図３はライディングシミュレータ１０を示す。該ライディングシミュレータ１０は、脚部１１によって支持される基台１２と、基台１２上に後述する２軸の回転自由度をもって支持される模擬車体１４とを備える。
【００１７】
以下、説明の便宜のため、方向を特定する３次元座標を設定し、図１の矢印Ｘ、Ｚで示される方向をそれぞれＸ軸、Ｚ軸とする。つまり、ライディングシミュレータ１０の車長方向をＸ軸、高さ方向をＺ軸とする。さらに、図２の矢印Ｙで示すように、ライディングシミュレータ１０の横幅方向をＹ軸とする。
【００１８】
基台１２のほぼ中央には支持台１６が固定されており、この支持台１６上には模擬車体１４のＸ軸方向に延在するロール軸１８が一対の軸受２０によって支持されている。さらに、図３に示すように、ロール軸１８の上方には、これに直交するＹ軸方向に延在するピッチ軸２２が一対の軸受２４によって支持されている。前記軸受２４は支持板２６の裏面に固着され、該支持板２６の表面にはメインフレーム２８が固着されている。
【００１９】
メインフレーム２８の後方には、斜め上方に延びるリヤフレーム３０が配設され、該リヤフレーム３０上には乗車者が着座するためのシート３１が設けられている。シート３１には乗車者の体重移動の方向および移動量を検出する体重移動センサ９９が設けられている。
【００２０】
メインフレーム２８の前方には、上方に延びるフロントコラム３２が配設され、さらに、前記フロントコラム３２と略平行にステアリング軸３６が延在する。該ステアリング軸３６の上端にはハンドル３４が取り付けられている。前記ステアリング軸３６は、その上端部よりやや下方において前記フロントコラム３２に固設された軸受３２ａによって回転自在に支持されている。ステアリング軸３６の下端部はステアリング制御部４０に連結する。ステアリング制御部４０はモータ４２を含み、該モータ４２の回転駆動軸は減速機構４４を介してステアリング軸３６に連結する。該ステアリング制御部４０は、前記フロントコラム３２の下端において前方に張り出す支持枠３８に固定されている。
【００２１】
以上の構成において、模擬車体１４には、ロール軸１８の回りとピッチ軸２２の回りとの２軸の回転自由度が与えられる。また、ハンドル３４には、前記ステアリング制御部４０により運転状態に応じた操行負荷が与えられる。
【００２２】
また、ライディングシミュレータ１０には、ロール軸１８の軸線方向（本実施の形態では前方）にオフセットした位置に、ロール軸１８の軸線を含みピッチ軸２２に直交する面に関して対称に左右一対のアクチュエータ５０ａ、５０ｂが配設される。
【００２３】
一対のアクチュエータ５０ａ、５０ｂは、可動部６０と螺子部７０とを備え、可動部６０はロータおよびステータからなるモータ６２を含み、ロータの回転中心には螺子部７０が螺合する。また、前記モータ６２のロータにはエンコーダ６４が接続されている。
【００２４】
以上の構成において、各可動部６０は、モータ６２の回転作用下に各螺子部７０に沿って変位する。
【００２５】
各螺子部７０の下端は第１自在継手８０を介して基台１２と連結し、可動部６０は第２自在継手９０を介して模擬車体１４と連結する。第１自在継手８０は、基台１２に固定された下部ヨーク８２と螺子部７０に固定された上部ヨーク８４とを十字状金具８６を介して連結してなるフック形状の自在軸継手で構成されている。第２自在継手９０は、フロントコラム３２の下部両側に突設した各ブラケット３２ｂ上の軸受３２ｃに前後方向の軸９４を介して支持されるフォーク状金具９２を備える。該フォーク状金具９２の二股部間に可動部６０を挿入した状態で、該フォーク状金具９２を軸９４に直交する軸９６を介して可動部６０に枢着している。
【００２６】
したがって、螺子部７０と基台１２との連結部および可動部６０と模擬車体１４との連結部にそれぞれ２軸の回転自由度が与えられ、螺子部７０と可動部６０は基台１２と模擬車体１４に対し任意の方向に傾動可能となる。
【００２７】
以上の構成によれば、一対のアクチュエータ５０ａ、５０ｂの可動部６０をともに上動または下動させると、模擬車体１４にピッチ軸２２を支点とした前上がりまたは前下がりの回動、すなわち、ピッチ動作が与えられ、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの可動部６０を互いに上下反対方向に移動させると、模擬車体１４のロール軸１８を支点とした横方向の回動、すなわち、ロール動作が与えられる。従って、乗車者によるアクセル操作やブレーキ操作に応じてピッチ動作を与えるとともに、乗車者の体重移動に応じてロール動作を与えることにより、乗車者に実車走行時と同様の車体挙動を体感させることができる。
【００２８】
ライディングシミュレータ１０の基本構造は、図４に示すようなリンクによって表すことができる。すなわち、ライディングシミュレータ１０は、原点Ｏを基準として、ロール軸１８の回転中心点Ｔおよびピッチ軸２２の回転中心点Ｓを中心としてロール運動およびピッチ運動をする。
【００２９】
また、第１アクチュエータ５０ａの上部支点をＡ、下部支点をＣとし、第２アクチュエータ５０ｂの上部支点をＢ、下部支点をＤとして表したとき、アクチュエータ５０ａの上部支点Ａ〜下部支点Ｃ間の長さをＬ、アクチュエータ５０ｂの上部支点Ｂ〜下部支点Ｄ間の長さをＲとする。以下の説明では、長さＬを変位Ｌ、長さＲを変位Ｒとして記す。上部支点ＡおよびＢの中点をＥとする。
【００３０】
ライディングシミュレータ１０のリンクをより解析的に表すと、図５の６軸リンクモデル１０ａとして表すことができる。
【００３１】
図５において、基準状態（ピッチ角度およびロール角度がともに０の状態）において回転中心点Ｓの上方で中点Ｅと同じ高さの点をＱとする。原点Ｏより距離ｄ1だけ上方の固定点をＵとし、固定点Ｕより距離ｄ2だけＸ軸方向に移動した固定点をＶとする。
【００３２】
θ2はロール軸１８の角度、θ4はピッチ軸２２の角度をそれぞれ示す。また、ｄ2は原点Ｏから回転中心点ＴまでのＸ軸方向の距離である。ｄ3は、固定点Ｖから回転中心点Ｓまでの距離であり、ｄ5は、回転中心点Ｓから点Ｑまでの距離である。
【００３３】
ｄ6は、点Ｑから中点Ｅまでの距離である。ａ６Ｒおよびａ６Ｌは、中点Ｅから上部支点ＡおよびＢまでの距離である。ｘＣおよびｘＤは、原点Ｏから下部支点ＣおよびＤまでのＸ軸方向の距離である。ｙＣおよびｙＤは、原点Ｏから下部支点ＣおよびＤまでのＹ軸方向の距離である。
【００３４】
なお、上記のライディングシミュレータ１０では、距離ｄ2は０として表される。
【００３５】
次に、ライディングシミュレータ１０の挙動を計算する計算装置１００（ライディングシミュレータの挙動計算装置）および計算プログラム１３２（図７参照）と、計算装置１００および計算プログラム１３２とを用いてライディングシミュレータ１０の挙動を計算する方法について、図６〜図１５を参照しながら説明する。
【００３６】
図６に示すように、計算装置１００は、パーソナルコンピュータによって実現されており、本体１０１と、モニタ１０８と、キーボード１１０と、マウス１１２とを有する。
【００３７】
計算装置１００は、バス１０２を介して計算装置１００の全体の制御を行う制御手段としてのＣＰＵ１０４と、表示装置でありモニタ画面１０６（単に画面ともいう。）を有するモニタ１０８と、入力装置であるキーボード１１０およびマウス１１２と、モニタ１０８への出力制御を行う出力制御部１１４と、キーボード１１０とマウス１１２との入力制御を行う入力制御部１１６と、記憶部としてのＲＯＭ１１９、メモリ（ＲＡＭ）１２０と、プログラム等を格納するハードディスク１２２と、ハードディスク１２２に対してデータのアクセスを行うハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２４と、記録媒体１２６（例えば、光ディスクや磁気ディスク等）を制御する記録媒体ドライブ１２８とを有する。
【００３８】
なお、計算装置１００は、ライディングシミュレータ１０を設計する際に用いるものであって、ライディングシミュレータ１０と接続されている必要はない。
【００３９】
ＲＡＭ１２０は、データを格納するデータ領域１２０ａと、ハードディスク１２２に格納されているアプリケーションプログラム等をロードするプログラム領域１２０ｂとを有する。
【００４０】
ハードディスク１２２には、ＯＳ１３０、計算プログラム１３２、６軸リンクモデル１０ａのパラメータを記録するパラメータファイル１３４、ロール軸１８またはピッチ軸２２の入力角度を記録した波形ファイル（時系列データ）１３６等が記録される。
【００４１】
図７に示すように、計算プログラム１３２は、６軸リンクモデル１０ａのパラメータを入力するリンクパラメータ入力部１４０と、ロールデータおよびピッチデータとして、定数値、疑似サイン波形の設定値または波形ファイル１３６を入力する指令入力部１４２と、変位Ｌ、変位Ｒを求める変位算出部１４４とを有する。
【００４２】
計算プログラム１３２は、１枚または複数枚の記録媒体１２６に記録されており、記録媒体ドライブ１２８を介してハードディスク１２２にインストールされる。計算プログラム１３２は、形式上複数の部分に分かれてハードディスク１２２に記録され、実行時に必要な部分だけがプログラム領域１２０ｂにロードされる形式であってもよい。
【００４３】
計算プログラム１３２は、インターネット等の通信システムを経由して配布されるものであってもよい。
【００４４】
次に、計算プログラム１３２によって、画面１０６上に表示される操作画面について、図８〜図１１を参照しながら説明する。
【００４５】
図８に示すリンクパラメータ確認画面２００は、予めハードディスク１２２に記録されたパラメータファイル１３４の値を一覧形式で表示する画面であり、エラー表示領域２０２、パラメータ確認領域２０４を有する。
【００４６】
エラー表示領域２０２は、計算プログラム１３２を実行するうえで障害となる各種のエラーをコメントとして表示する領域である。
【００４７】
パラメータ確認領域２０４は、パラメータファイル１３４に記録されているパラメータが表示される領域であり、距離ｄ1、ｄ2、ｄ3、ｄ5、ｄ6、ａ６Ｌ、ａ６Ｒ、ｘＣ、ｘＤ、ｙＣおよびｙＤと、変位Ｌが許容される最大値ＬMAX、最小値ＬMINおよび変位Ｒが許容される最大値ＲMAX、最小値ＲMINが表示される。
【００４８】
また、パラメータ確認領域２０４において、各パラメータの右側にはそのパラメータが所定の初期値である場合には「初期値」と表示され、初期値に対して修訂された値である場合には「設定値」と表示される。
【００４９】
リンクパラメータ確認画面２００においては、他の操作画面への移行手段としてキーボード１１０の「Ｙ」キー、「Ｍ」キーまたは「Ｎ」キーの入力が受け付けられる。「Ｎ」キーが入力された場合は、リンクパラメータ設定画面２５０（図９参照）が表示され、「Ｙ」キーが入力された場合は、リンク動作確認画面３００（図１０参照）が表示される。また、「Ｍ」キーが入力された場合は、動作解析画面３５０（図１１参照）が表示される。
【００５０】
図９に示すリンクパラメータ設定画面２５０は、パラメータファイル１３４から読み込んだパラメータを修正するための画面である。パラメータ値設定画面２５０には、６軸リンクモデル１０ａ（図５参照）に関するパラメータと、最大値ＬMAX、最小値ＬMIN、最大値ＲMAXおよび最小値ＲMINの各数値が表示されており、修正するパラメータの数値が表示されている箇所にカーソルを合わせて、「０」から「９」のキー、所謂、テンキーを用いて数値を修正する。
【００５１】
修正が終わった後、メニューバーの「ファイル」２５２をクリックして表示されるメニューバーの「上書き保存」２５４をさらにクリックすることにより、修正したパラメータをパラメータファイル１３４に上書き保存する。
【００５２】
また、メニューバーの「ファイル」２５２をクリックして表示されるメニューバーの「終了」２５６をさらにクリックすることにより、リンクパラメータ設定画面２５０は終了し、リンクパラメータ確認画面２００に戻る。
【００５３】
図１０に示すリンク動作確認画面３００は、６軸リンクモデル１０ａをテンキー操作により模擬的に動作させた様子を表示させることのできる画面であり、リンク図領域３０２と、刻み幅入力領域３０４と、データ表示領域３０６と、エラー表示領域３０８とを有する。
【００５４】
リンク図領域３０２には、６軸リンクモデル１０ａの背面図３１０と側面図３１２が表示され、テンキー操作に基づいてアニメーション表示される。
【００５５】
つまり、テンキーのうち「２」キーおよび「８」キーが押されるとピッチがプラスおよびマイナス方向に動く。「４」キーおよび「６」キーが押されるとロールがプラスおよびマイナス方向に動く。「１」キーが押されると「２」キーと「４」キーが同時に押されたのと同じ状態となり、「３」キーが押されると「２」キーと「６」キーが同時に押されたのと同じ状態となる。「７」キーが押されると「４」キーと「８」キーが同時に押されたのと同じ状態となり、「９」キーが押されると「８」キーと「６」キーが同時に押されたのと同じ状態となる。
【００５６】
これらのテンキー操作に応じて、リンク図領域３０２の背面図３１０と側面図３１２が変化して静的な動作を確認することができる。
【００５７】
ロールデータおよびピッチデータに基づいて６軸リンクモデル１０ａの姿勢を算出する方法については後述する。
【００５８】
また、背面図３１０および側面図３１２における各点（例えば、上部支点ＡおよびＢ）は、識別可能なようにそれぞれ異なる色で表示されている。
【００５９】
刻み幅入力領域３０４には、テンキーに応じて６軸リンクモデル１０ａを動作させる際のロール角およびピッチ角の所定時間ごとの変化量を設定する設定部３０４ａ、３０４ｂが設けられている。
【００６０】
データ表示領域３０６には、その時点における６軸リンクモデル１０ａに関する数値がリアルタイムで表示される。つまり、ロール軸１８およびピッチ軸２２の角度を示すロール角表示部３０６ａおよびピッチ角表示部３０６ｂと、変位Ｌ、変位Ｒを示す左リンク値表示部３０６ｃ、右リンク値表示部３０６ｄと、上部支点ＡおよびＢの座標値を示すＡ点座標表示部３０６ｅ、Ｂ点座標表示部３０６ｆとを有する。
【００６１】
ロール角表示部３０６ａおよびピッチ角表示部３０６ｂは、ロール軸１８およびピッチ軸２２の角度を［ｄｅｇ］単位で表示する。また、このロール角表示部３０６ａおよびピッチ角表示部３０６ｂは、所定の操作によってキー入力することも可能である。すなわち、上記のテンキー操作の代わりに直接的にロール角およびピッチ角を入力することが可能である。
【００６２】
左リンク値表示部３０６ｃ、右リンク値表示部３０６ｄは、変位Ｌ、変位Ｒを［ｍｍ］単位で表示する。
【００６３】
Ａ点座標表示部３０６ｅ、Ｂ点座標表示部３０６ｆには、上部支点ＡおよびＢの座標をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれの成分値で表示する。
【００６４】
エラー表示領域３０８には、入力操作および計算結果に対する種々のエラーメッセージを表示する。
【００６５】
このように、図１０に示すリンク動作確認画面３００では、ロール角およびピッチ角を任意の値に設定することが可能であり、計算装置１００の操作者は設定したロール角およびピッチ角に対応する６軸リンクモデル１０ａの静的姿勢をリンク図領域３０２において感覚的に把握するとともに、データ表示領域３０６において数値的に確認することができる。
【００６６】
図１１に示す動作解析画面３５０は、ロール角またはピッチ角が経時変化する場合における６軸リンクモデル１０ａの動的挙動を表示する画面である。
【００６７】
動作解析画面３５０は、入力値としての疑似サイン波形を設定する波形設定領域３５２と、種々のメッセージやエラー表示を行うメッセージ表示領域３５４とを有する。
【００６８】
さらに、動作解析画面３５０は、入力値であるロール角およびピッチ角の経時変化を示す入力値表示領域３５６と、変位Ｌ、変位Ｒの経時変化を示すリンク長表示領域３５８と、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの動作速度の経時変化を示すリンク速度表示領域３６０と、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの動作加速度の経時変化を示すリンク加速度表示領域３６２とを有する。
【００６９】
これらの、入力値表示領域３５６、リンク長表示領域３５８、リンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２はそれぞれグラフ形式の表示領域であり、横軸に時間軸が設定されている。
【００７０】
波形設定領域３５２の動作対象軸選択部３５２ｄは、ロール軸１８またはピッチ軸２２のいずれか一方に対して動作角度を疑似サイン波形として設定する領域であり、「↓」カーソルキーまたは「↑」カーソルキーにより「ロール」または「ピッチ」のいずれかを選択する。「ロール」または「ピッチ」のうち、選択された一方には「◎」マークが表示され、「ロール」が選択されたときにはロール軸１８、「ピッチ」が選択されたときにはピッチ軸２２に対して疑似サイン波形が適用される。また、選択されていない他方には、所定の操作により定数値の角度が入力可能となっている。
【００７１】
図１１の例では、ロール軸１８の角度が定数値の１０．０００［ｄｅｇ］であり、ピッチ軸２２に対して疑似サイン波形が設定される様子を示している。
【００７２】
最大角度入力部３５２ａには、疑似サイン波形の最大角度を入力する。例えば、最大角度入力部３５２ａに５．０００［ｄｅｇ］を入力すれば、疑似サイン波形は、０［ｄｅｇ］を中心とした±５．０００［ｄｅｇ］の振幅波形として設定される。
【００７３】
所用時間入力部３５２ｂには、疑似サイン波形の周期を［ｓｅｃ］単位として入力する。
【００７４】
更新周期入力部３５２ｃには、疑似サイン波形に対する計算刻み幅を［ｍｓｅｃ］単位として入力する。例えば、所用時間入力部３５２ｂが２０．０００［ｓｅｃ］であり、更新周期入力部３５２ｃが１０．０００［ｍｓｅｃ］（０．０１［ｓｅｃ］）であれば、計算回数は２０÷０．０１＝２０００［回］となる。
【００７５】
最大角度入力部３５２ａ、所用時間入力部３５２ｂおよび更新周期入力部３５２ｃの各値を設定した後、「Ｓ」キーを押すことによって変位算出部１４４の計算処理が開始され、疑似サイン波形が入力値表示領域３５６に表示される。また、疑似サイン波形に対応して、変位Ｌ、変位Ｒの経時変化がリンク長表示領域３５８に表示される。
【００７６】
リンク速度領域３６０には、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの動作速度が変位Ｌ、変位Ｒをそれぞれ微分することによって求められて表示される。リンク加速度領域３６２には、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの動作加速度が動作速度をそれぞれ微分することによって求められて表示される。
【００７７】
リンク長表示領域３５８、リンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２には、それぞれアクチュエータ５０ａとアクチュエータ５０ｂに対する動作速度および加速度が異なる色によって表示され、重なる部分については一方が優先して表示される。
【００７８】
また、入力値表示領域３５６、リンク長表示領域３５８、リンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２に表示されるグラフは、一括したデータとしてハードディスク１２２に保存可能である。具体的には、キーボード１１０の「Ｆ５」ファンクションキーを押すことによりメッセージ表示領域３５４に「出力するファイル名を指定してください。」というメッセージが表示されるので、任意のファイル名称を入力して保存する。このとき出力するファイルは、ＣＳＶ形式（データをカンマで区切って並べたファイル形式）または通常のテキスト形式で保存されるので、一般の表計算ソフトまたはテキストエディターなどで利用可能である。
【００７９】
動作解析画面３５０においては、上記の疑似サイン波形の代替として任意の波形を入力波形として利用することが可能である。すなわち、キーボード１１０の「Ｆ４」ファンクションキーを押すことによりメッセージ表示領域３５４に「入力するファイル名を指定してください。」というメッセージが表示されるので、使用する波形ファイル１３６の名称を入力する。
【００８０】
波形ファイル１３６は、図１２に示すように、ＣＳＶ形式またはテキスト形式で記録されているものを指定する。
【００８１】
この後、「Ｓ」キーを押すことによって計算が開始され、波形ファイル１３６に記録された任意の波形が入力値表示領域３５６に表示されるとともに、この任意波形に対応したアクチュエータ５０ａ、５０ｂの変位、動作速度、動作加速度がそれぞれリンク長表示領域３５８、リンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２に表示される。
【００８２】
このとき、計算刻み幅は、更新周期入力部３５２ｃに設定されている値が用いられる。また、最大角度入力部３５２ａおよび所用時間入力部３５２ｂの設定値は無視される。
【００８３】
このように、動作解析画面３５０においては、ロール角およびピッチ角が経時変化する際のアクチュエータ５０ａおよび５０ｂの挙動、すなわち変位、動作速度、動作加速度をグラフ形式で表示することができるので、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの仕様検討に利用できる。また、入力値としては模擬サイン波形を簡易な手順により設定し利用することができるとともに、波形ファイル１３６を指定することにより任意波形を利用することもできる。波形ファイル１３６はＣＳＶ形式またはテキスト形式のファイルなので、一般の表計算ソフトやテキストエディターを利用して生成することができる。また、波形ファイル１３６は、実物の車輌を走行させる際に、該車輌に計測方向が直交する２つの傾斜計を搭載し、これらの傾斜計によって走行時の傾斜角を記録したデータを用いてもよい。
【００８４】
次に、変位算出部１４４の機能により、ロールデータおよびピッチデータとして指定された角度から上部支点Ａの座標値（ＸA、ＹA、ＺA）を算出する方法について説明する。
【００８５】
原点Ｏ、固定点Ｕ、固定点Ｖ、点Ｑ、中点Ｅ、上部支点Ａ（それぞれ図５参照）の各点における変換行列Ａi（ｉ＝１〜６）は、式（１）〜式（６）となる。
【００８６】
【数１】
0003872700.tif 000002
【００８７】
【数２】
0003872700.tif 000003
【００８８】
【数３】
0003872700.tif 000004
【００８９】
【数４】
0003872700.tif 000005
【００９０】
【数５】
0003872700.tif 000006
【００９１】
【数６】
0003872700.tif 000007
【００９２】
ここで、式（２）におけるθ2はロール軸１８の角度であり、式（４）におけるθ4はピッチ軸２２の角度である。これら角度θ2およびθ4には、実際の計算上は、それぞれロールデータおよびピッチデータとして、波形設定領域３５２で設定される定数値、疑似サイン波形、または、波形ファイル１３６で設定される時系列データが代入されて計算される。
【００９３】
従って、上部支点Ａの位置および姿勢を示す変換行列Ｔ6は下記の式（７）のようになる。
【００９４】
【数７】
0003872700.tif 000008
【００９５】
式（７）の第４列第１行〜第３行が、上部支点Ａの座標値（ＸA、ＹA、ＺA）を示すので、上部支点Ａの座標値（ＸA、ＹA、ＺA）は、次の式（８）で表される。
【００９６】
【数８】
0003872700.tif 000009
【００９７】
また、上部支点Ｂについては、式（８）における距離ａ６Ｌを距離ａ６Ｒで置き換え、さらに符号を反転させればよいから、上部支点Ｂの座標値（ＸB、ＹB、ＺB）は次の式（９）で表される。
【００９８】
【数９】
0003872700.tif 000010
【００９９】
さらに、固定点Ｕ、固定点Ｖ、点Ｑ、中点Ｅの各座標値についても同様の手法により求めることができる。
【０１００】
例えば、中点Ｅの座標値については、変換行列Ｔ5＝Ａ1Ａ2Ａ3Ａ4Ａ5を求め、この変換行列Ｔ5の第４列第１行〜第３行を抽出すればよい。
【０１０１】
式（８）により上部支点Ａの座標値（ＸA、ＹA、ＺA）を算出した後、変位Ｌ、変位Ｒを算出する。つまり、上部支点Ａと下部支点Ｃとの距離が変位Ｌとなる。また、変位Ｒも上部支点Ｂと下部支点Ｄとの距離として算出することができる。
【０１０２】
このようにして算出された上部支点Ａ、上部支点Ｂ、固定点Ｕ、固定点Ｖ、点Ｑ、中点Ｅ、変位Ｌおよび変位Ｒは、リンク動作確認画面３００および動作解析画面３５０において利用されまたは表示される。
【０１０３】
次に、このように構成される計算装置１００および計算プログラム１３２を用いてライディングシミュレータ１０の挙動を計算する方法を、図１３〜図１５を参照しながら説明する。
【０１０４】
まず、図１３のステップＳ１において、計算装置１００の操作者は、計算プログラム１３２を起動させる。具体的には、ＯＳ１３０の操作手順に従い、計算プログラム１３２に対して起動の指示を与える。ＯＳ１３０は、ＣＰＵ１０４の制御下において、計算プログラム１３２をプログラム領域１２０ｂへロードして実行する。この手順により、表示画面にはリンクパラメータ確認画面２００（図８参照）が表示される。
【０１０５】
リンクパラメータ確認画面２００には、上記のとおりパラメータファイル１３４が読み込まれてパラメータ確認領域２０４に表示される。
【０１０６】
次に、ステップＳ２において、リンクパラメータ確認画面２００において、パラメータ確認領域２０４で示されるパラメータファイル１３４のデータを確認して、修正する場合には「Ｎ」キーを押して次のステップＳ３へ移る。修正する必要がない場合であって、ライディングシミュレータ１０の静的な動作確認を行う場合には、「Ｙ」キーを押し、ステップＳ４へ移る。また、ライディングシミュレータ１０の動的な動作確認を行う場合には、「Ｍ」キーを押し、ステップＳ５へ移る。
【０１０７】
ステップＳ３においては、リンクパラメータ設定画面２５０（図９参照）が表示されるので、パラメータファイル１３４のデータを設定する。
【０１０８】
設定が終了した後、メニューバーの「上書き保存」２５４をクリックすることにより修正したパラメータをパラメータファイル１３４に上書き保存し、さらに、メニューバーの「終了」２５６をクリックすることにより、リンクパラメータ設定画面２５０を終了し、リンクパラメータ確認画面２００に戻る。すなわち、ステップＳ２に戻る。
【０１０９】
ステップＳ４においては、リンク動作確認画面３００（図１０参照）によりライディングシミュレータ１０の静的な動作確認を行う。
【０１１０】
また、ステップＳ５においては、動作解析画面３５０（図１１参照）によりライディングシミュレータ１０の動的な動作確認を行う。
【０１１１】
次に、ステップＳ４のリンク動作確認画面３００によりライディングシミュレータ１０の静的な動作確認を行う手順について、図１４を参照しながら説明する。
【０１１２】
図１４のステップＳ１０１において、ロール角およびピッチ角の所定時間ごとの変化量を設定部３０４ａ、３０４ｂに設定する。
【０１１３】
次に、ステップＳ１０２において、「０」から「９」のテンキーを押してロール角およびピッチ角を変化させる。このとき、ロール角およびピッチ角は、設定部３０４ａ、３０４ｂで設定された値に基づいて所定時間毎に変化し、その変化した値はロール角表示部３０６ａおよびピッチ角表示部３０６ｂに表示される。
【０１１４】
また、ロール角表示部３０６ａおよびピッチ角表示部３０６ｂに表示される値に基づいて、変位算出部１４４（図７参照）が６軸リンクモデル１０ａの姿勢を算出する。変位算出部１４４により算出された各値は、左リンク値表示部３０６ｃ、右リンク値表示部３０６ｄ、Ａ点座標表示部３０６ｅ、Ｂ点座標表示部３０６ｆに表示されるとともにリンク図領域３０２の背面図３１０および側面図３１２に反映される。
【０１１５】
ステップＳ１０２における入力操作は、ロール角表示部３０６ａおよびピッチ角表示部３０６ｂに、ロール角およびピッチ角の値を直接入力してもよい。
【０１１６】
次に、ステップＳ５の動作解析画面３５０によりライディングシミュレータ１０の動的な動作確認を行う手順について、図１５を参照しながら説明する。
【０１１７】
図１５のステップＳ２０１において、「↓」カーソルキーまたは「↑」カーソルキーにより疑似サイン波形または波形ファイル１３６を適用する軸を「ロール」または「ピッチ」のいずれか一方から選択する。選択された一方には「◎」マークが表示される。
【０１１８】
また、選択されていない他方を０．００［ｄｅｇ］以外の角度で動作確認を行うときには、所定の操作により固定角度値を入力する。
【０１１９】
次に、ステップＳ２０２において、動作確認を行う手段として、疑似サイン波形を用いるかまたは波形ファイル１３６を用いるかを選択する。疑似サイン波形を用いるときはステップＳ２０３へ移り、波形ファイル１３６を用いるときにはステップＳ２０５へ移る。
【０１２０】
ステップＳ２０３においては、最大角度入力部３５２ａ、所用時間入力部３５２ｂ、更新周期入力部３５２ｃの各値をそれぞれ入力する。
【０１２１】
次に、ステップＳ２０４において、「Ｓ」キーを押すことによって変位算出部１４４の計算処理を行う。
【０１２２】
変位算出部１４４は、波形設定領域３５２において設定した疑似サイン波形に基づいて６軸リンクモデル１０ａの姿勢を算出する。変位算出部１４４により算出された変位Ｌ、変位Ｒの経時変化をリンク長表示領域３５８に表示する。また、変位Ｌ、変位Ｒを１階微分および２階微分した値をリンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２に表示する。波形設定領域３５２において設定した疑似サイン波形は、入力値表示領域３５６に表示される。
【０１２３】
変位算出部１４４における計算、および、入力値表示領域３５６、リンク長表示領域３５８、リンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２の表示が終了した後、最後のステップＳ２０７に移る。
【０１２４】
ステップＳ２０５（波形ファイル１３６を用いて動作解析を行うとき）においては、「Ｆ４」ファンクションキーを押すことによりメッセージ表示領域３５４に「入力するファイル名を指定してください。」というメッセージが表示されるので、使用する波形ファイル１３６の名称を入力する。
【０１２５】
なお、このステップＳ２０５を実行する前に予め波形ファイル１３６が作成されているものとする。
【０１２６】
次に、ステップＳ２０６において、「Ｓ」キーを押すことによって変位算出部１４４の計算処理を行う。このステップＳ２０６は、前記ステップＳ２０４と類似の処理であり、変位算出部１４４は疑似サイン波形の代替として波形ファイル１３６に記録されたデータに基づいて計算を行う。
【０１２７】
また、入力値表示領域３５６には波形ファイル１３６によって表される波形が表示される。
【０１２８】
最後に、ステップＳ２０７において、「Ｆ５」ファンクションキーを押すことによりメッセージ表示領域３５４に「出力するファイル名を指定してください。」というメッセージが表示されるので任意のファイル名称を設定する。
【０１２９】
設定したファイル名で、入力値表示領域３５６、リンク長表示領域３５８、リンク速度表示領域３６０およびリンク加速度表示領域３６２に表示されたデータがテキスト形式またはＣＳＶ形式でハードディスク１２２に記録される。
【０１３０】
このように本実施の形態によれば、直動形式の一対のアクチュエータ５０ａ、５０ｂにより模擬車体を動作させるライディングシミュレータ１０の静的および動的挙動をパーソナルコンピュータ、つまり計算装置１００において確認することができる。具体的には、ピッチ軸２２およびロール軸１８の動作に対する変位Ｌ、変位Ｒ、動作速度、動作加速度を確認することができる。確認の手段としては、数値表示、グラフ表示およびアニメーション表示を用いることができるので数値的および感覚的に確認することができる。
【０１３１】
また、変位Ｌおよび変位Ｒの取りうる最大値および最小値が分かるので、パラメータファイル１３４に記録された最大値ＬMAX、ＲMAX、最小値ＬMIN、ＲMINと比較することにより、アクチュエータ５０ａ、５０ｂのストローク仕様を検証することができる。変位Ｌおよび変位Ｒが、これらの最大値ＬMAX、ＲMAX、最小値ＬMIN、ＲMINを超えるときには、エラー表示を行うようにするとよい。
【０１３２】
さらに、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの動作速度、動作加速度が算出されるので、アクチュエータ５０ａ、５０ｂの動作速度仕様、駆動力仕様、出力仕様等を検証することができる。
【０１３３】
さらにまた、リンクパラメータ設定画面２５０においてライディングシミュレータ１０の基本構造である６軸リンクモデル１０ａの各パラメータ、例えば、距離ｄ1、ｄ2等を簡便に修正し、その後動作確認を行うことができる。従って、適切な６軸リンクモデル１０ａの各パラメータとアクチュエータ５０ａ、５０ｂとの適合性を確認することができる。
【０１３４】
なお、上記の本実施の形態では、設計対象とするライディングシミュレータ１０は、アクチュエータ５０ａ、５０ｂがハンドル付近に設定されており、ロール軸１８、ピッチ軸２２がシート３１の下部に設定されている例を示したが、これに限ることなく、例えば、アクチュエータ５０ａ、５０ｂはシート３１の後方部分に設けられていてもよい。
【０１３５】
この発明に係るライディングシミュレータの挙動計算装置および方法は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るライディングシミュレータの挙動計算装置および方法によれば、一対の直動型アクチュエータによってピッチ揺動およびロール揺動を発生させるライディングシミュレータを設計する際に、ピッチ角度、ロール角度およびリンク機構のパラメータに基づいて直動型アクチュエータの変位、動作速度、動作加速度を簡便に算出し、リンク機構のパラメータおよび直動型アクチュエータ仕様の適否を判断することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ライディングシミュレータの側面図である。
【図２】ライディングシミュレータの上面図である。
【図３】ライディングシミュレータの図１におけるΙΙΙ−ΙΙΙ線断面図である。
【図４】模擬車体のリンク構造を表す図である。
【図５】模擬車体のリンクモデルを表す図である。
【図６】本実施の形態に係るライディングシミュレータの挙動計算装置の概略ブロック図である。
【図７】本実施の形態に係るライディングシミュレータの挙動計算プログラムの概略ブロック図である。
【図８】リンクパラメータ確認画面を示す説明図である。
【図９】リンクパラメータ設定画面を示す説明図である。
【図１０】リンク動作確認画面を示す説明図である。
【図１１】動作解析画面を示す説明図である。
【図１２】波形ファイルの内容を示したイメージ図である。
【図１３】本実施の形態に係るライディングシミュレータの挙動計算方法の手順を示すフローチャートである。
【図１４】ライディングシミュレータの静的挙動を確認する手順を示すフローチャートである。
【図１５】ライディングシミュレータの動的挙動を確認する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ライディングシミュレータ    １０ａ…６軸リンクモデル
１４…模擬車体                    １６…支持台
１８…ロール軸                    ２２…ピッチ軸
５０ａ、５０ｂ…アクチュエータ    ６２…モータ
１００…計算装置                  １２２…ハードディスク
１２６…記録媒体                  １３２…計算プログラム
１３４…パラメータファイル        １３６…波形ファイル
１４０…リンクパラメータ入力部    １４２…指令入力部
１４４…変位算出部                ２００…リンクパラメータ確認画面
２５０…リンクパラメータ設定画面  ３００…リンク動作確認画面
３５０…動作解析画面
【図１】
0003872700.tif 000011
【図２】
0003872700.tif 000012
【図３】
0003872700.tif 000013
【図４】
0003872700.tif 000014
【図５】
0003872700.tif 000015
【図６】
0003872700.tif 000016
【図７】
0003872700.tif 000017
【図８】
0003872700.tif 000018
【図９】
0003872700.tif 000019
【図１０】
0003872700.tif 000020
【図１１】
0003872700.tif 000021
【図１２】
0003872700.tif 000022
【図１３】
0003872700.tif 000023
【図１４】
0003872700.tif 000024
【図１５】
0003872700.tif 000025