(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者による模型二輪車の操縦操作に基づいて、走行状態を疑似体験させる二輪車のライディングシミュレーション装置において、
前記操作者のハンドル操作に応じたステアリングトルクを検出するハンドルトルクセンサと、
前記操作者の体重移動に応じたリーントルクを検出するリーントルクセンサと、
検出されたステアリングトルクと検出されたリーントルクとからロールレートを算出するロールレート算出手段と、
算出されたロールレートを時間積分して前記模型二輪車のロール角を算出するロール角算出手段と、
ロール動指令値に応じて、前記模型二輪車を車幅方向に傾動させてロール動を付与するロール動付与手段と、
前記ロール角に前記リーントルクのみに比例した値を合成して前記ロール動指令値を算出するロール動指令値算出手段と
を備え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。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
ヨーレート算出手段を有し、
ヨーレートを前記ロール角に応じて算出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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行路を含む映像が表示された画面を見ながら、操作者（乗り手、運転者）が、模型二輪車を操作してライディングシミュレーショ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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、乗り手が各種操作可能な模型二輪車と、この模型二輪車の走行状態に係る走行路を含む所望の映像を表示するＣＲＴ等を利用した表示器とを組み合わせた二輪車用のライディングシミュレーション装置が、遊技用として、あるいは二輪車の運転教育用として使用に供されている。
【０００３】
例えば、特開平４−１４５４８２号公報に公表されているように、基台上に設けられ、前後、左右および上下方向に移動自在な移動台と、この移動台の動きを駆動する駆動手段と、前記移動台上に設置され乗り手が操作可能な模型二輪車と、前記模型二輪車の前方に配置され、予め記憶された走行路を含む映像を表示するディスプレイ装置と、乗り手の操縦操作や動きに応じて前記駆動手段を制御して前記模型二輪車のヨー、ロールおよびピッチ動を制御するとともに、前記ディスプレイ装置に表示される映像を前記模型二輪車の走行状態に応じて変化させる制御手段とを備える二輪車のライディングシミュレーション装置が知られている。
【０００４】
この二輪車のライディングシミュレーション装置によれば、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、模型二輪車２が、左右旋回方向ＫＤにヨー角Ｙ＿ａ、車幅方向（ロール方向）ＴＤにロール角Ｒ＿ａおよび上下方向ＵＤにピッチ角Ｐ＿ａを持つことができるように、ヨー動機構、ロール動機構およびピッチ動機構を備えているので、模型二輪車２を操縦操作する乗り手４に対して実際の自動二輪車の操縦感覚にきわめて近い操縦感覚を与えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、模型二輪車２を、例えば、直線走行中の乗り手４が、走行方向を変えようとする場合、ハンドル操作および体重移動動作により、模型二輪車２を車幅方向ＴＤに所定ロール角Ｒ＿ａ分傾けて旋回しようとする。
【０００６】
この場合、所定ロール角Ｒ＿ａを、乗り手４のハンドル操作量に比例したステアリングトルクと、体重移動量に比例したリーントルクの合成値に応じて算出し、これをロール動の指令として、図示していないロールモータに与えるようにしている。
【０００７】
しかしながら、模型二輪車２を操縦操作する二輪車のライディングシミュレーション装置では、遠心力が発生しないため実際の二輪車の走行時に発生するロール角ほど乗り手４をロール方向ＴＤに傾動させることができないという知見を得た。
【０００８】
この発明はこのような課題および知見を考慮してなされたものであり、模型二輪車の操縦者に対し、その模型二輪車の旋回操縦時に実車の走行感覚にきわめて近いロール動を与えることを可能とする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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、例えば、図面に示すように、操作者２８による模型二輪車３０の操縦操作に基づいて、走行状態を疑似体験させる二輪車のライディングシミュレーション装置１０において、
前記操作者のハンドル操作に応じたステアリングトルクを検出するハンドルトルクセンサ９４と、
前記操作者の体重移動に応じたリーントルクを検出するリーントルクセンサ９６と、
検出されたステアリングトルクと検出されたリーントルクとからロールレートを算出するロールレート算出手段１８と、
算出されたロールレートを時間積分して前記模型二輪車のロール角を算出するロール角算出手段１８と、
ロール動指令値に応じて、前記模型二輪車を車幅方向に傾動させてロール動を付与するロール動付与手段５８と、
前記ロール角に前記リーントルクのみに比例した値を合成して前記ロール動指令値を算出するロール動指令値算出手段１８と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ステアリングトルクとリーントルクとから計算されるロール角（計算ロール角）に、体重移動に係わるリーントルクに比例したロール角を合成してロール動指令値としている。このため、ロール動に、計算ロール角によるものと体重移動に係わるロール角によるものとが含まれ、模型二輪車が体重移動に直接的に応答することとなり、実際のロール感覚にきわめて近い旋回操縦感覚が得られる。
【００１１】
この場合、ヨーレートを算出するときには、前記体重移動に対して直接応答するロール角分を無視し、前記算出ロール角に応じてのみ算出するようにすることで、模型二輪車の操縦性とロール感覚とを別個に調整することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、この一実施の形態に係る二輪車のライディングシミュレーション装置１０の概略構成説明図である。
【００１４】
ライディングシミュレーション装置１０は、床面３４に設置されている制御機構１２と、この制御機構１２に対し連結機構１４を介して着脱自在なモーションユニット部１６と、前記制御機構１２に対して通信線２００（２００ａ、２００ｂ）で接続される制御テーブル（インストラクターテーブルともいう。）２０１とを備える。
【００１５】
制御機構１２は、ミニコンピュータ等の制御回路１８とＣＧＩ発生装置２３を収容する本体部１９と、この本体部１９の上部に設けられるディスプレイボックス２０とを備えている。制御テーブル２０１は、制御機構１２に対してホストコンピュータとしても動作するコンピュータ２０２と、このコンピュータ２０２に接続される、入力手段としてのキーボード２０３、マウス２０４と、表示手段であるＣＲＴディスプレイ等のモニタ２０５とを備えている。なお、制御機構１２およびコンピュータ２０２は、制御、判断、計算手段等として機能する中央処理装置としてのＣＰＵと、システムプログラム等が記憶される記憶手段としてのＲＯＭと、ワーク用等に使用される記憶手段としてのＲＡＭを有している。
【００１６】
図２にも示すように、ディスプレイボックス２０は、スピーカユニット２２を組み込むとともに、スクリーンを有する投写型ディスプレイ（ディスプレイ、スクリーンまたは画面ともいう。）２４を有する。
【００１７】
図１に示すように、ディスプレイ装置２５は、基本的には、ディスプレイ２４とＣＧＩ発生装置２３とから構成され、そのスクリーン２４上に走行路を含む種々の走行状態を表示する。この場合、ＣＧＩ発生装置２３は、制御回路１８から伝達される情報（入力情報）およびコンピュータ２０２から伝達される情報（入力情報）と自身のコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の大容量記憶装置等を含む。）を用いてディスプレイ２４に動体（例えば、他車両）および静体（例えば、風景、走行路）の動きのパターンを迅速に表示する。
【００１８】
制御回路１８から伝達される情報とは、基本的には、模型二輪車３０の挙動に係わる、現在位置データ、現在ヨーデータ、現在速度データ、現在加速度データ、現在ピッチ動データ、現在ロール動データであり、これらのデータ（以下、これらのデータを模型二輪車の現在走行データまたは模型二輪車の現在挙動情報データともいう。）が時々刻々入力されるのに応じて、ＣＧＩ発生装置２３は、予め記憶されている風景を含む走行路の映像情報を発生する。
【００１９】
スクリーン２４上に表示される映像は、ＣＧＩ発生装置２３から通信線２００を介してＮＴＳＣ信号としてコンピュータ２０２にも供給され、そのモニタ２０５上にも表示することが可能である。
【００２０】
モーションユニット部１６は、連結機構１４を介して制御機構１２に着脱自在な基台２６を備え、この基台２６上に乗り手２８が操作可能な自動二輪車の模型二輪車３０と、この模型二輪車３０を実際の二輪車の挙動に則して駆動する駆動機構３２とが装着される。
【００２１】
基台２６は、この基台２６を床面３４上で移動させるための複数の車輪３６と、基台２６を床面３４上で移動不能なように固定するための複数の固定部３８とを備える。固定部３８は、ねじ軸４０を設けており、このねじ軸４０が基台２６にねじこまれることにより、固定部３８が上下方向に移動自在である。
【００２２】
基台２６上に支持枠４２が設けられ、この支持枠４２の上部側には、車幅方向に延びるピッチ軸４４（図２も参照）を介して模型二輪車３０の車体４６が前後方向（ピッチ方向）に揺動自在に支持される。また、支持枠４２には、支点４８を中心に揺動自在なピッチモータ５０が支持され、このピッチモータ５０に連結されたねじ軸５２には、車体４６に揺動自在に支持されたナット５４が螺合する。さらに、支持枠４２には、水平方向にロール軸５６を有するロールモータ５８が支持され、このロールモータ５８の図示しない出力軸に車体４６が係合する。
【００２３】
模型二輪車３０のハンドル６０は、ハンドルトルクセンサ９４（図３参照）とステアリングモータ６２の回転軸６４とに直結されており、図３に示す制御回路１８は、このハンドルトルクセンサ９４の出力信号に基づき、ステアリングモータ６２を介して乗り手２８のハンドル６０の回動操作に対応する反力を付与する。
【００２４】
駆動機構３２は、ピッチモータ５０、ロールモータ（ロール動付与手段）５８およびステアリングモータ６２により構成される。
【００２５】
図３に示すように、モーションユニット部１６側には、乗り手２８が右手で操作するフロントブレーキレバー９７に連結されたフロントブレーキ圧センサ９８やリヤブレーキペダル９９に連結されたリヤブレーキ圧センサ１００、さらにアクセルであるスロットルグリップ６３に連結されたアクセル開度センサ９０等、参照符号９０〜１００に示す各種センサの他、所望のスイッチを備えたハンドルスイッチ１０２およびギヤシフトペダル１０３（図１には示していないが、乗り手２８の左足で操作される。）に連結されたギヤポジションスイッチ１０４が、信号線を介してコネクタ７０の一端側に接続される。また、駆動機構３２を構成するピッチモータ５０、ロールモータ５８およびステアリングモータ６２が、信号線を介してコネクタ７２の一端側に接続される。
【００２６】
一方、制御機構１２側には、コネクタ７０、７２の他端側から信号線に接続される制御回路１８が設けられている。
【００２７】
この制御回路１８には、乗り手２８に風を送る電動ファン１０６、振動発生器１０８、スピーカユニット２２およびディスプレイ装置２５が接続されるとともに、映像用の通信線２００ｂとデータ伝送用の通信線２００ａとを介して制御テーブル２０１が接続されている。
【００２８】
制御回路１８から前記ディスプレイ装置２５を構成するＣＧＩ発生装置２３に対して模型二輪車３０の情報が伝達されることで、この模型二輪車３０の情報に応じた映像がディスプレイ２４上に表示される。
【００２９】
次に、このように構成されるライディングシミュレーション装置１０の動作について説明する。
【００３０】
乗り手２８が、ハンドル６０に設けられているアクセルとしてのスロットルグリップ６３やフロントブレーキレバー９７やクラッチレバー９１を操作することで、アクセル開度センサ９０の出力信号やフロントブレーキ圧センサ９８の出力信号およびクラッチレバー角センサ９２の出力信号が制御回路１８に供給される。また、リヤブレーキペダル９９を操作することで、リヤブレーキ圧センサ１００の出力信号が制御回路１８に供給される。さらに、クラッチレバー９１の操作に伴うギヤシフトペダル１０３の操作により、ギヤポジションスイッチ１０４のギヤポジション情報（ギヤ位置であり、例えば、５速のうちの１速またはニュートラル位置情報）が制御回路１８に供給される。
【００３１】
一方、模型二輪車３０上で乗り手２８の体重の移動方向や移動量が、リーントルクセンサ９６により検出され、その出力信号が制御回路１８に送られる。
【００３２】
これらの出力信号に基づいて、制御回路１８は、駆動機構３２を駆動制御するとともに、ディスプレイ装置２５等を駆動制御する。
【００３３】
例えば、乗り手２８がフロントブレーキレバー９７の操作を行い、ブレーキをかけると、フロントブレーキ圧センサ９８により検出されるブレーキ圧に応じてピッチモータ５０が駆動されて模型二輪車３０が前傾され、ブレーキング時の挙動が再現される。一方、スロットルグリップ６３の操作によりアクセルを急速に開いた場合も同様に、アクセル開度センサ９０により検出される開度に応じてピッチモータ５０が駆動され、このピッチモータ５０の作用下に模型二輪車３０が後傾され、加速操作時の挙動が再現される。
【００３４】
また、乗り手２８が体重移動を行うと、その体重の移動方向および移動量と走行速度とに基づいてロールモータ５８が駆動され、車体４６が車幅方向に傾動してコーナリング（旋回）時の挙動が再現される。このときの体重移動に伴って、体重移動方向にハンドル６０が切られる、すなわちステアリングが切られることになる。このとき、ハンドルトルクセンサ９４によりハンドル６０の操作量に応じたステアリングトルクが検出され、検出されたステアリングトルクに応じて制御回路１８によりステアリングモータ６２が駆動されて、ハンドル６０が切られる方向と反対方向の反力がハンドル６０に与えられ、実車によるものと同様の操縦感覚が実現される。
【００３５】
上述したような乗り手２８の種々の操作が行われる際に、制御回路１８からリアルタイムに模型二輪車３０の現在の挙動情報データがＣＧＩ発生装置２３に供給されることで、ディスプレイ２４に模型二輪車３０の走行状態に基づいた風景と他車両の映像を含む走行路の映像がリアルタイムで表示されるため、乗り手２８は、実車によるものと同等の走行感覚を得ることができる。
【００３６】
次に、ハンドルトルクセンサ９４により検出されるステアリングトルクと、リーントルクセンサ９６により検出されるリーントルクに応じて、ロールモータ５８を駆動し、乗り手２８に実車に近似したロール動を与える動作について図４のフローチャートを参照して詳しく説明する。
【００３７】
なお、図１例のライディングシミュレーション装置１０においては、図５Ａに示したような左右旋回方向ＫＤにヨー動するヨー機構を採用していないが、以下に説明するようにヨー角Ｙ＿ａ（前記の計算ヨーデータ）を計算し、計算したヨー角Ｙ＿ａを制御回路１８からＣＧＩ発生装置２３に与え、ＣＧＩ発生装置２３が、そのヨー角Ｙ＿ａに対応して映像を旋回させて走行路等を表示させることで、ヨー動機構を採用しているシミュレーション装置とほぼ遜色のない操縦感覚を得ることができる。
【００３８】
そこで、まず、乗り手２８のハンドル６０の操作によって発生するステアリングトルクＴｓ（ｋｇ・ｍ）をハンドルトルクセンサ９４により検出するとともに、乗り手２８の体重移動によって発生するリーントルクＴｌ（ｋｇ・ｍ）をリーントルクセンサ９６により検出する（ステップＳ１）。
【００３９】
次いで、ロール方向ＴＤへの傾き速度（角速度）、いわゆるロールレートＲ＿ｖ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）を次の（１）式により求める（ステップＳ２）。
【００４０】
Ｒ＿ｖ＝Ｔｓ×Ｋ１＋Ｔｌ×Ｋ２            …（１）
この（１）式から分かるように、ロールレートＲ＿ｖ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）は、ステアリングトルクＴｓ（ｋｇ・ｍ）に係数Ｋ１（ｄｅｇ／ｋｇ・ｍ・ｓｅｃ）を掛けた値に、リーントルクＴｌ（ｋｇ・ｍ）に係数Ｋ２（ｄｅｇ／ｋｇ・ｍ・ｓｅｃ）を掛けた値を加算した値として得られる。換言すれば、ロールレートＲ＿ｖが、ステアリングトルクＴｓとリーントルクＴｌに比例して変化するように構成している。
【００４１】
次に、ロール角（算出ロール角または計算ロール角ともいう。）Ｒ＿ａ（ｄｅｇ）を、次の（２）式により算出する（ステップＳ３）。
【００４２】
Ｒ＿ａ＝Ｒ＿ａ＋Ｒ＿ｖ×Ｓ＿ｔｉｍｅ      …（２）
この（２）式に示すように、左辺に示す算出されるロール角Ｒ＿ａは、この実施の形態では３３ｍｓに設定されているサイクルタイムＳ＿ｔｉｍｅ（ｓｅｃ）毎に、（１）式で求めたロールレートＲ＿ｖにサイクルタイムＳ＿ｔｉｍｅを掛けた値（Ｒ＿ｖ×Ｓ＿ｔｉｍｅ）をその前回の値（右辺のロール角Ｒ＿ａ）に加算した値として計算される。結局、計算ロール角Ｒ＿ａは、サイクルタイムＳ＿ｔｉｍｅ毎に更新され、乗り手２８のハンドル６０の操作量と体重移動量の時間積分値として算出される。
【００４３】
この計算ロール角Ｒ＿ａをロール動指令値としてロールモータ（ロール動付与手段）５８を駆動し、ロール軸５６を計算ロール角Ｒ＿ａ分だけ回転させて、模型二輪車３０を車幅方向ＴＤ（図２参照）に計算ロール角Ｒ＿ａだけ傾動させた場合、上述したように、実際の二輪車において遠心力により発生するロール動を正確に表現することができない。そこで、この実施の形態では、この遠心力により発生するロール動を考慮して、次の（３）式により実際の作動ロール角（ロール動指令値ともいう。）Ｒｍ（図２参照）を計算するようにしている（ステップＳ４）。
【００４４】
Ｒｍ＝Ｒ＿ａ＋Ｔｌ×Ｋ３                  …（３）
この（３）式によれば、作動ロール角Ｒｍ（ｄｅｇ）は、計算ロール角Ｒ＿ａに、体重移動により発生するリーントルクＴｌに比例したロール角分（Ｔｌ×Ｋ３）（Ｋ３は係数）を加算した値として得られるようにしている。このようにすれば、作動ロール角Ｒｍが、乗り手２８の体重移動操作に直接的に反応する項（Ｔｌ×Ｋ３）を持つことになるので、乗り手２８の体重移動操作に対して模型二輪車３０の車体４６が直接的に反応して応答する操縦感覚が得られ、体重移動操作に対しての反応がにぶいという違和感が解消され、模型二輪車３０におけるロール動の感覚の向上が図られる。
【００４５】
このとき、制御回路１８からＣＧＩ発生装置２３に供給する現在ヨーデータであるヨーレートＹａｗとしては、作動ロール角Ｒｍから算出されるヨーレートではなく、計算ロール角Ｒ＿ａから算出されるヨーレートとする。すなわち、ヨーレートＹａｗ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）は、計算ロール角Ｒ＿ａの関数ｆとして次の（４）式により計算する（ステップＳ５）。
【００４６】
Ｙａｗ＝ｆ（Ｒ＿ａ）                      …（４）
なお、ヨーレートＹａｗの実際値は、係数をｇ、自車速度（車速）をＶ（ｍ／ｓｅｃ）とするとき、次の（５）式により計算することができる。
【００４７】
Ｙａｗ＝｛ｇ×ｔａｎ（Ｒ＿ａ）｝／Ｖ        …（５）
このヨーレートＹａｗと車速Ｖとから模型二輪車３０の旋回半径Ｒｒは、公知のように、Ｒｒ＝Ｖ／Ｙａｗとして簡単に求めることができる。なお、模型二輪車３０において、車速Ｖを求める場合には、発生加速度ＧをサイクルタイムＳ＿ｔｉｍｅ毎に積分して求めることができる。発生加速度Ｇは、Ｇ＝（エンジントルク×ギヤレシオ−ブレーキ制動力）／車両重量（乗り手２８の重量も含む）として計算することができる。この場合、エンジントルクは、スロットルグリップ６３によるスロットル開度とエンジン回転数に応じたトルクとしてエンジン特性から求めることができる。ギヤレシオは、ギヤポジションスイッチ１０４から分かるギヤポジションとスプロケット比とから求められる。ブレーキ制動力は、フロントブレーキレバー９７の操作に応じたフロントブレーキ圧センサ９８の出力とリヤブレーキペダル９９の操作に応じたリヤブレーキ圧センサ１００の出力に基づき、各々ブレーキ力特性（ブレーキ圧とブレーキ力の対応関係）を参照して求めることができる。このようにして求めた発生加速度Ｇから、車速Ｖは、Ｖ＝１サイクルタイム前の車速＋Ｇ×Ｓ＿ｔｉｍｅ×９．８（ｍ／ｓ）として求めることができる。
【００４８】
上述した旋回半径ＲｒとヨーレートＹａｗに応じてディスプレイ２４上の走行路を含む風景の映像を回転させることで、模型二輪車３０の乗り手２８は、実車での旋回感覚にきわめて近似した旋回感覚を得ることができる。
【００４９】
この場合、映像の旋回計算に寄与するロール角は、計算ロール角Ｒ＿ａのみとしているので、ライディングシミュレーション装置１０の操縦性、すなわち、ヨーレートＹａｗによる旋回と、乗り手２８に与えるロール感覚、すなわち作動ロール角Ｒｍを各別に調整することが可能となり、操縦性とロール感覚の調整が容易になる。さらに具体的に説明すると、例えば、体重移動、ハンドル操作、車速等に応じて操縦性に係わるヨーレートＹａｗが最適になるように、係数Ｋ１、Ｋ２、ｇを決定し、その後、ロール動の感覚が最適となるように係数Ｋ３を、例えば、車速Ｖに応じて別個に決めることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ステアリングトルクとリーントルクとから一定時間毎に連続的に計算されるロール角（計算ロール角）に、体重移動に係るリーントルクに比例した値（体重移動に係わるロール角分）を合成してロール動指令値としているので、遠心力をも考慮したロール動を与えることが可能となり、結果として、模型二輪車の操縦者に対し、その模型二輪車の旋回操縦時に、実車の旋回操縦感覚にきわめて近いロール動を与えることができるという効果が達成される。
【００５１】
言い換えれば、実際には、旋回進行していない模型二輪車により、模型二輪車の操縦者に対して遠心力に係わるロール感覚をも擬似的に体感させることができるという効果が達成される。
【００５２】
そして、旋回操縦性能に関連する映像に係わるヨーレートを算出するときには、前記体重移動に対して直接応答するロール角分を無視し、前記算出ロール角に応じてのみ算出するようにすることで、操縦性とロール感覚とを別個に調整することができるという効果が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態の全体構成を示す説明図である。
【図２】図１例の装置を後方から見た図である。
【図３】図１例の装置の電気回路的ブロック図である。
【図４】ロール動算出の説明に供されるフローチャートである。
【図５】従来技術に係る模型二輪車の説明に供される図であって、図５Ａは、ヨー動の説明に供される模式的平面図、図５Ｂは、ロール動の説明に供される模式的背面図、図５Ｃは、ピッチ動の説明に供される模式的側面図である。
【符号の説明】
１０…ライディングシミュレーション装置
１２…制御機構                    １６…モーションユニット部
１８…制御回路                    ２３…ＣＧＩ発生装置
２４…ディスプレイ                ２５…ディスプレイ装置
２８…乗り手                      ３０…模型二輪車
４６…車体                        ５６…ロール軸
５８…ロールモータ                ６０…ハンドル
６２…ステアリングモータ          ６４…回転軸
９４…ハンドルトルクセンサ        ９６…リーントルクセンサ
Ｒ＿ａ…計算ロール角              Ｒｍ…作動ロール角
【図１】
0003793325.tif 000002
【図２】
0003793325.tif 000003
【図３】
0003793325.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003793325.tif 000006