(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台と、該固定台上に左右方向に移動可能に載置された横並進台と、該横並進台上に旋回可能に載置されたヨー台と、該ヨー台上にローリング可能に前後が軸支されたロール台とを備えたドライビングシミュレータであって、  前記ヨー台と前記固定台との間に、前記横並進台上に取り付けられたリング状のヨー用レールと、前記ヨー台の下面に取り付けられ前記ヨー用レールに沿ってスライドする複数個のヨー用スライダと、前記横並進台に取り付けられると共に旋回駆動伝達手段を介して前記ヨー台をヨー駆動するヨー軸駆動サーボモータと、  前記ヨー台に取り付けられると共にローリング旋回駆動伝達手段を介して前記ロール台をローリング駆動するロール軸駆動サーボモータと、  前記固定台と前記横並進台との間に、前記固定台上に左右方向に並行に延在して取り付けられた一対の横並進用レールと、前記横並進台の下面に取り付けられ前記一対の横並進用レールに沿ってスライドする横並進用スライダと、前記固定台に取り付けられ前記横並進台を横方向に駆動する横並進サーボモータと、  前記横並進台の左右方向位置を検出する横並進位置センサと、前記ヨー台のヨー角度を検出するヨー角度センサと、前記ロール台のロール角度を検出するロール角度センサと、制御監視装置とを備え、  該制御監視装置は、  車体スリップ角度目標値、車体横加速度目標値、及び車体横加速度目標値の分配率が入力され記憶される入力器と、  前記入力器から送信された前記車体スリップ角度目標値と前記ヨー角度センサにて検出処理されたヨー角度計測値とに基づき前記ヨー軸駆動サーボモータをＰＩＤ制御するヨー角度ＰＩＤ制御器と、  前記入力器から送信された前記車体横加速度目標値と分配率とに基づき横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を演算する分配器と、  前記分配器から送信された前記横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を２回積分して横並進変位目標値及びロール角度目標値を演算する２回積分器と、  前記２回積分器から送信された前記横並進変位目標値と横並進位置センサにて検出処理された横変位計測値とに基づき前記横並進サーボモータをＰＩＤ制御する横並進変位ＰＩＤ制御器と、  前記２回積分器から送信された前記ロール角度目標値と前記ロール角度センサにて検出処理されたロール角度計測値とに基づき前記ロール軸駆動サーボモータをＰＩＤ制御するロール角度ＰＩＤ制御器とを有していることを特徴とするドライビングシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行時において、ステアリング時にスピンしスリップしたときの状態を再現するドライビングシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４に図示のように、ベース１００上において６軸自由度の作動用アクチュエータ１０１により本体１０２を支持するドライビングシミュレータが提案されている。
本体１０２は、６本の電動シリンダにより構成された作動用アクチュエータ１０１により、上下、前後、左右方向に移動、旋回（ヨーイング）、ローリング、ピッチングされるようになっている（例えば、特許文献１。）。
しかしながら、特許文献１に記載のものは、作動用アクチュエータ１０１の構成上、旋回（ヨーイング）角、及びローリング（横揺れ）角にはおのずと限界があり、車両がスリップして横に向いたり、更には横転したりした場合の状態を再現することができないという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３２０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するために提案されたものであって、車両のステアリング時にスピンしスリップしたときの状態を再現することのできるドライビングシミュレータ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】
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、特許請求の範囲に記載された各発明は、ドライビングシミュレータとして、それぞれ以下に述べる各手段を採用したものである。
【００１６】
（１）第１の手段は、固定台と、該固定台上に左右方向に移動可能に載置された横並進台と、該横並進台上に旋回可能に載置されたヨー台と、該ヨー台上にローリング可能に前後が軸支されたロール台とを備えたドライビングシミュレータであって、前記ヨー台と前記固定台との間に、前記横並進台上に取り付けられたリング状のヨー用レールと、前記ヨー台の下面に取り付けられ前記該ヨー用レールに沿ってスライドする複数個のヨー用スライダと、前記横並進台に取り付けられると共に旋回駆動伝達手段を介して前記ヨー台をヨー駆動するヨー軸駆動サーボモータと、前記ヨー台に取り付けられると共にローリング旋回駆動伝達手段を介して前記ロール台をローリング駆動するロール軸駆動サーボモータと、前記固定台と前記横並進台との間に、前記固定台上に左右方向に並行に延在して取り付けられた一対の横並進用レールと、前記横並進台の下面に取り付けられ前記一対の横並進用レールに沿ってスライドする横並進用スライダと、前記固定台に取り付けられ前記横並進台を横方向に駆動する横並進サーボモータと、前記横並進台の左右方向位置を検出する横並進位置センサと、前記ヨー台のヨー角度を検出するヨー角度センサと、前記ロール台のロール角度を検出するロール角度センサと、制御監視装置とを備え、該制御監視装置は、車体スリップ角度目標値、車体横加速度目標値、及び車体横加速度目標値の分配率が入力され記憶される入力器と、前記入力器から送信された前記車体スリップ角度目標値と前記ヨー角度センサにて検出処理されたヨー角度計測値とに基づき前記ヨー軸駆動サーボモータをＰＩＤ制御するヨー角度ＰＩＤ制御器と、前記入力器から送信された前記車体横加速度目標値と分配率とに基づき横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を演算する分配器と、前記分配器から送信された前記横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値を２回積分して横並進変位目標値及びロール角度目標値を演算する２回積分器と、前記２回積分器から送信された前記横並進変位目標値と横並進位置センサにて検出処理された横変位計測値とに基づき前記横並進サーボモータをＰＩＤ制御する横並進変位ＰＩＤ制御器と、前記２回積分器から送信された前記ロール角度目標値と前記ロール角度センサにて検出処理されたロール角度計測値とに基づき前記ロール軸駆動サーボモータをＰＩＤ制御するロール角度ＰＩＤ制御器とを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明のドライビングシミュレータは、固定台と、該固定台上に左右方向に移動可能に載置された横並進台と、該固定台上に旋回可能に載置されたヨー台と、該ヨー台上にローリング可能に前後が軸支されたロール台とを備えているので、車体の旋回角度、ローリング角度を大きく制御できるため、車両運転時のコーナリング時の限界挙動であるドリフト現象、横転現象を再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るドライビングシミュレータの側面図、図２は、同後面図、図３は、同制御ブロック図である。
なお、横並進機構（横並進用ラック、横並進用ピニオン、横並進サーボモータ等）については、図１では図示を省略して図２のみに図示し、シート、ロール軸駆動サーボモータ、ヨー軸駆動サーボモータ等については、図２では図示を省略し、図１のみに図示している。
【００１９】
先ず、図１、図２に基づき、本発明の実施の形態に係るドライビングシミュレータの構成につき説明する。
本発明の実施の形態に係るドライビングシミュレータは、試験場等の床上に設置された固定台１と、固定台１上を左右方向にスライド（横並進）する横並進台２と、横並進台２上を無限旋回するヨー（偏揺れ）台１０と、ヨー台１０上において左右方向に無限ローリングするロール（横揺れ）台２０とにより構成されている。
なお、固定台１、横並進台２、ヨー台１０、及びロール台２０は、フレーム（枠）状のものとすることにより装置全体を軽量化している。
【００２０】
即ち、図１、図２に図示のように、固定台１上の前後位置には、一対の横並進用レール３が取り付けられている。
ここで、図１において、シート２８の位置からロール台垂直腕部２０ｂの方向を前方方向とする。
一対の横並進用レール３は、各々ドライビングシミュレータの左右方向に並行に延在している。
各横並進用レール３上には、各々少なくとも２個の横並進用スライダ４が、横並進用レール３に沿ってスライド可能に載置されている。
横並進用スライダ４上には、横並進台２が取り付けられている。
【００２１】
また、横並進台２の下面の前後方向中央付近の右側或いは左側には、図２に図示（図１では図示を省略）のように、横並進用ラック５が取り付けられている。
一方、固定台１には、ブレーキ及び減速機付きの横並進サーボモータ７が取り付けられている。
横並進サーボモータ７の出力軸には横並進用ピニオン６が取り付けられており、横並進用ピニオン６は横並進台２の下面の横並進用ラック５に噛み合うようになっている。
【００２２】
なお、横並進用ピニオン６、横並進用ラック５及び横並進サーボモータ７により、横並進駆動装置が構成されているが、これに替えて、横並進駆動装置を、固定台１と横並進台２との間に介装され、各端部が各々固定台１或いは横並進台２に軸支されたシリンダアクチュエータとしても良い。
【００２３】
そして、横並進台２は、横並進サーボモータ７を駆動することにより、横並進用ピニオン６及び横並進用ラック５を介して、固定台１上を左右方向に移動（横並進）するようになっている。
【００２４】
また、横並進サーボモータ７には、横並進台２の移動量、或いは位置を検出するための横並進位置センサ４０が取り付けられている。
なお、横並進位置センサ４０は、減速機付きの横並進サーボモータ７の減速機の出力軸の回転数を検出するものでも、内部のサーボモータ自体の回転数を検出するもので良い。
更には、横並進台２の左右方向位置を検出するものでも良い。
【００２５】
横並進台２上には、リング状のヨー用レール１１が取り付けられている。
ヨー用レール１１には、複数個（少なくとも３個）の劣弧片状のヨー用スライダ１２が、ヨー用レール１１に沿ってスライド（円運動）可能に載置されている。
ヨー用スライダ１２上には、ヨー（偏揺れ）台１０が取り付けられている。
【００２６】
ヨー台１０の中央の下面には、ヨー軸接続ボス１３及びヨー軸１４を介して、ヨー軸従動プーリ１５が取り付けられている。
一方、横並進台２には、図１に図示（図２では図示を省略）のように、ヨー軸駆動サーボモータ取付台１９を介して、ブレーキ及び減速機付きのヨー軸駆動サーボモータ１８が取り付けられている。
ヨー軸駆動サーボモータ１８の出力軸には、ヨー軸駆動プーリ１７が取り付けられている。
ヨー軸従動プーリ１５及びヨー軸駆動プーリ１７には、ヨー軸駆動用ベルト１６が掛け回されている。
【００２７】
そして、ヨー台１０は、ヨー軸駆動サーボモータ１８を駆動することにより、ヨー軸駆動プーリ１７、ヨー軸駆動用ベルト１６及びヨー軸従動プーリ１５を介して、横並進台２上を無限旋回（３６０度ヨーイング）可能になっている。
なお、ヨー軸駆動プーリ１７、ヨー軸駆動用ベルト１６及びヨー軸従動プーリ１５からなる旋回駆動伝達手段はこれに限定されるものではなく、互いに噛み合うギア等により構成しても良い。
また、この旋回駆動伝達手段及びヨー軸駆動サーボモータ１８により、横並進台２に取り付けられヨー台１０をヨー駆動するヨー駆動装置が構成されている。
【００２８】
また、ヨー軸駆動サーボモータ１８には、ヨー台１０の旋回角度、或いは位置を検出するためのヨー角度センサ４１が取り付けられている。
なお、ヨー角度センサ４１は、減速機付きのヨー軸駆動サーボモータ１８の出力軸の回転数を検出するものでも、内部のサーボモータ自体の回転数を検出するもので良い。
更には、ヨー台１０の旋回角度を検出するものでも良い。
【００２９】
ヨー台１０は、側面形状がコの字状（或いはＵ字状）の形態をなしており、水平なヨー台水平部１０ａと、ヨー台水平部１０ａの前後端において上方に延在する一対のヨー台垂直腕部１０ｂとにより構成されている。
そして、各ヨー台垂直腕部１０ｂの上端には、後述するロール（横揺れ）台２０をローリング（横揺れ）可能に支持するためのロール軸受２１ａ、２１ｂが取り付けられている。
【００３０】
ヨー台１０の内側には、側面形状がコの字状（或いはＵ字状）の形態をなすロール（横揺れ）台２０が、ローリング可能に配設されている。
即ち、ロール台２０は、シート２８、図示略のハンドル、各計測機器等が搭載可能なロール台水平部２０ａと、ロール台水平部２０ａの前後端において上方に延在する一対のロール台垂直腕部２０ｂとにより構成されている。
そして、一対のロール台垂直腕部２０ｂの上部には、一対のロール軸２２が取り付けられており、各ロール軸２２は、ヨー台垂直腕部１０ｂの上端のロール軸受２１ａ、２１ｂにより回動可能に支持されている。
【００３１】
ロール軸２２の他方端には、ロール軸従動プーリ２３が取り付けられている。
一方、ヨー台１０には、ロール軸駆動サーボモータ取付台２７を介して、ブレーキ及び減速機付きのロール軸駆動サーボモータ２６が取り付けられている。
ロール軸駆動サーボモータ２６の出力軸には、ロール軸駆動プーリ２５が取り付けられている。
ロール軸従動プーリ２３及びロール軸駆動プーリ２５には、ロール軸駆動用ベルト２４が掛け回されている。
ロール駆動装置
【００３２】
そして、ロール台２０は、ロール軸駆動サーボモータ２６を駆動することにより、ロール軸駆動プーリ２５、ロール軸駆動用ベルト２４及びロール軸従動プーリ２３を介して、ヨー台１０上を左右方向に無限ローリング（横揺れ）可能になっている。
なお、ロール軸駆動プーリ２５、ロール軸駆動用ベルト２４及びロール軸従動プーリ２３からなるローリング旋回駆動伝達手段はこれに限定されるものではなく、互いに噛み合うギア等により構成しても良い。
また、このローリング旋回駆動伝達手段及びロール軸駆動サーボモータ２６により、ヨー台１０に取り付けられると共にロール台２０をローリング駆動するロール駆動装置が構成されている。
【００３３】
また、ロール軸駆動サーボモータ２６には、ロール台２０のローリング角度を検出するためのロール角度センサ４２が取り付けられている。
なお、ロール角度センサ４２は、減速機付きロール軸駆動サーボモータ２６の出力軸の回転数を検出するものに限定されるものでも、内部のサーボモータ自体の回転数を検出するもので良い。
更には、ロール台２０のロール角度を検出するものでも良い。
【００３４】
次に、図３に基づき、ドライビングシミュレータの制御監視装置につき説明する。
図３に図示のように、制御監視装置３０は、入力器３１、ヨー角度ＰＩＤ制御器３２、分配器３３、２回積分器３４、横並進変位ＰＩＤ制御器３５、２回積分器３６及びロール角度ＰＩＤ制御器３７等により構成されている。
入力器３１には、予め、ドライビングシミュレータの試験開始（可動）前に、車体スリップ角度（ヨー角度）目標値、車体横加速度目標値（時系列のデータ、或いは時間波形）、及び車体横加速度目標値の分配率が入力され、記憶されるようになっている。
【００３５】
ドライビングシミュレータの試験（可動）が開始されると、各時刻における車体スリップ角度目標値が、ヨー角度ＰＩＤ制御器３２に送信される。
一方、ヨー角度ＰＩＤ制御器３２には、ヨー角度センサ４１からヨー軸駆動サーボモータ１８の周知の回転数に応じたパルス列が入力される。
ヨー角度ＰＩＤ制御器３２では、ヨー角度センサ４１からのパルス列、及びヨー軸従動プーリ１５、ヨー軸駆動プーリ１７の減速比等に基づきに、ヨー台１０及びロール台２０のヨー（偏揺れ）角度計測値を演算する。
そして、ヨー角度ＰＩＤ制御器３２は、車体スリップ角度目標値とヨー角度計測値とに基づきＰＩＤ演算を行い、ヨー台１０のヨー角度が車体スリップ角度目標値になるようにヨー軸駆動サーボモータ１８を制御する。
【００３６】
また、ドライビングシミュレータの試験（可動）が開始されると、上記のヨー角度の制御に並行して各時刻における車体横加速度目標値及び分配率が、分配器３３に送信される。
分配器３３では、車体横加速度目標値及び分配率に基づき、横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値が演算される。
【００３７】
なお、分配率が６０％と８０％の場合、横並進加速度目標値＝車体横加速度目標値×０．６、ロール角加速度目標値＝車体横加速度目標値×０．８となる。
なお、各分配率は、車体の運転調整段階で搭載体感して実際の乗り心地に近いものが入力器３１から入力される。
この分配率は任意の値とすることができ、例えば、５０％、５０％としても、或いは、上記とは逆に８０％、６０％としても良い。
【００３８】
演算された横並進加速度目標値及びロール角加速度目標値は、各々２回積分器３４、３６に送信される。
２回積分器３４では、受信された横並進加速度目標値が２回積分されて横並進変位目標値が演算される。
演算された横並進変位目標値は、横並進変位ＰＩＤ制御器３５に送信される。
また、２回積分器３６では、受信されたロール角加速度目標値が２回積分されてロール角度目標値が演算される、
演算されたロール角度目標値は、ロール角度ＰＩＤ制御器３７に送信される。
【００３９】
一方、横並進変位ＰＩＤ制御器３５には、横並進位置センサ４０から横並進サーボモータ７の周知の回転数に応じたパルス列が入力される。
横並進変位ＰＩＤ制御器３５では、横並進位置センサ４０からのパルス列、及び横並進用ラック５、横並進用ピニオン６の減速比等に基づきに、横並進台２、ヨー台１０及びロール台２０の横変位計測値を演算する。
そして、横並進変位ＰＩＤ制御器３５は、横並進変位目標値と横変位計測値とに基づきＰＩＤ演算を行い、横並進台２の左右方向位置が横並進変位目標値になるように横並進サーボモータ７を制御する。
【００４０】
また、ロール角度ＰＩＤ制御器３７には、ロール角度センサ４２からロール軸駆動サーボモータ２６の周知の回転数に応じたパルス列が入力される。
ロール角度ＰＩＤ制御器３７では、ロール角度センサ４２からのパルス列、及びロール軸駆動プーリ２５、ロール軸従動プーリ２３の減速比等に基づきに、ロール台２０のロール角度計測値を演算する。
そして、ロール角度ＰＩＤ制御器３７は、ロール角度目標値とロール角度計測値とに基づきＰＩＤ演算を行い、ロール台２０のロール角度がロール角度目標値になるようにロール軸駆動サーボモータ２６を制御する。
【００４１】
このようにして、制御監視装置３０の入力器３１に入力された車体スリップ角度（ヨー角度）目標値、車体横加速度目標値に基づき、ロール台２０を、ヨーイング、横並進、ローリングさせることができる。
なお、制御監視装置３０におけるヨー角度ＰＩＤ制御器３２、分配器３３、２回積分器３４、横並進変位ＰＩＤ制御器３５、２回積分器３６、ロール角度ＰＩＤ制御器３７、及び、横並進位置センサ４０、ヨー角度センサ４１、ロール角度センサ４２からの信号に基づく各角度、位置の演算器は、個々の電子回路ユニット（ＩＣユニットカード）の形態のものに限定されるものではなく、電子計算機における、プログラム（或いはシーケンス）の形態のものも含むものとする。
【００４２】
本発明の実施形態に係るドライビングシミュレータは上記のごとく構成されており、特に車体の旋回角度、ローリング角度を大きく制御できるようにしたことにより、車体がスピンしたときの現象を再現できる。
即ち、従来のものと異なり、無限旋回、無限ローリングできるため、車両運転時のコーナリング時の限界挙動であるドリフト現象、横転現象を再現することができる。
そして、本発明の実施形態に係るドライビングシミュレータを用いて車体の試験を行なうことにより、ステアバイワイヤ型における新しい操縦方式の制御手法の研究、コーナリング限界時の操縦安定性の研究、新しいサスペンションの検討、ドライバの特性を考慮したアシスト制御を含めた新操舵方式の制御手法の研究、人〜自動車系における望ましい車両制御法の研究等が可能となる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
例えば、固定台１を少なくとも３本の上下動用の油圧シリンダにより支持するようにすれば、車体の旋回角度、ローリング角度を大きく制御できる６自由度のドライビングシミュレータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るドライビングシミュレータの側面図である。
【図２】同後面図である。
【図３】同制御ブロック図である。
【図４】従来のドライビングシミュレータの斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      固定台
２      横並進台
３      横並進用レール
４      横並進用スライダ
５      横並進用ラック
６      横並進用ピニオン
７      横並進サーボモータ
１０    ヨー台
１０ａ  ヨー台水平部
１０ｂ  ヨー台垂直腕部
１１    リング状のヨー用レール
１２    ヨー用スライダ
１３    ヨー軸接続ボス
１４    ヨー軸
１５    ヨー軸従動プーリ
１６    ヨー軸駆動用ベルト
１７    ヨー軸駆動プーリ
１８    ヨー軸駆動サーボモータ
１９    ヨー軸駆動サーボモータ取付台
２０    ロール台
２０ａ  ロール台水平部
２０ｂ  ロール台垂直腕部
２１ａ、２１ｂ    ロール軸受
２２    ロール軸
２３    ロール軸従動プーリ
２４    ロール軸駆動用ベルト
２５    ロール軸駆動プーリ
２６    ロール軸駆動サーボモータ
２７    ロール軸駆動サーボモータ取付台
２８    シート
３０    制御監視装置
３１    入力器
３２    ヨー角度ＰＩＤ制御器
３３    分配器
３４    ２回積分器
３５    横並進変位ＰＩＤ制御器
３６    ２回積分器
３７    ロール角度ＰＩＤ制御器
４０    横並進位置センサ
４１    ヨー角度センサ
４２    ロール角度センサ
【図１】
0005039445.tif 000002
【図２】
0005039445.tif 000003
【図３】
0005039445.tif 000004
【図４】
0005039445.tif 000005