(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペレータの操作によって信号を生成する入力部と、
主プログラムを記憶する主記憶部と、
その主プログラムに従い、その入力部により生成された信号に応じて少なくとも一つの制御パラメータを演算する主制御部と、
その制御パラメータに応じて主制御部により制御される、映像表示部及びアクチュエータの中の少なくとも一方とを備え、
その映像表示部及びアクチュエータの中の少なくとも一方の制御により車両挙動のシミュレーションがなされるドライビングシミュレータにおいて、
付加プログラムを記憶する付加記憶部と、
その主制御部により演算された制御パラメータを記憶する共有記憶部と、
その付加プログラムに従い、その共有記憶部に記憶された制御パラメータの中の少なくとも一つの変更量を演算する付加制御部とが設けられ、
その付加制御部により演算された変更量は前記共有記憶部に記憶され、
前記映像表示部及びアクチュエータの中の少なくとも一方の制御に際して、その共有記憶部に記憶された変更量に基づいて、前記主制御部により演算されて前記共有記憶部に記憶された制御パラメータを主制御部により変更することが可能とされ、
前記入力部として舵角入力部が設けられ、
その舵角入力部は、オペレータにより回転操作される操作部と、この操作部の回転角度に応じた舵角信号を生成する角度センサと、この操作部の操作トルクに応じた操舵トルク信号を生成するトルクセンサとを有し、
前記アクチュエータとして前記舵角入力部への操作反力付加用アクチュエータが設けられ、
制御パラメータとして操舵トルクが前記舵角信号に基づき主プログラムに従い演算され、その操舵トルクの変更量が前記付加プログラムに従い演算され、
その変更量に基づいて変更された操舵トルクと前記トルクセンサにより検知される操作トルクとの偏差をなくすように、その操作反力付加用アクチュエータが主制御部により制御されることを特徴とするドライビングシミュレータ。
【請求項２】
前記角度センサにより検知される回転角度が設定値以上である時に、前記操作部の回転操作を阻止可能なトルクを前記操作反力付加用アクチュエータが発生するように、前記操舵トルクの変更量が付加プログラムに従い演算される請求項１に記載のドライビングシミュレータ。
【請求項３】
前記アクチュエータとしてオペレータを支持する本体の作動用アクチュエータを備え、
前記操作部の回転操作を阻止可能なトルクを前記操作反力付加用アクチュエータが発生するように、前記操舵トルクの変更量が演算され、
主プログラムにおいて前記舵角信号に基づき演算される本体作動用アクチュエータの制御パラメータに代えて、その制御パラメータを前記トルクセンサにより生成される操舵トルク信号に対応するトルクに基づき演算した場合の値が付加プログラムに従い演算され、その本体作動用アクチュエータの制御パラメータとして付加プログラムに従い演算された値が用いられる請求項１に記載のドライビングシミュレータ。
【請求項４】
その主制御部により互いに相関する複数の制御パラメータが演算され、その付加制御部により制御パラメータの一部の変更量が演算される時、その主制御部により、その変更量だけ変更された制御パラメータの一部に応じて共有記憶部に記憶される制御パラメータの残部を変更することが可能とされ、その共有記憶部に記憶される制御パラメータに応じて主制御部により前記アクチュエータが制御される請求項１〜３の中の何れかに記載のドライビングシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバーへの操舵反力の伝達を含むシミュレーションを行うことができるドライビングシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドライビングシミュレータとして、オペレータの操作によって信号を生成する入力部と、プログラムを記憶する記憶部と、そのプログラムに従い、その入力部により生成された信号に応じて制御パラメータを演算する制御部と、その制御パラメータに応じて制御部により制御される映像表示部及びアクチュエータとを備え、そのアクチュエータの動きにより車両挙動のシミュレーションがなされるものが用いられている。その車両挙動の一つとして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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のドライビングシミュレータによりシミュレーションされる車両挙動は、実際の車両における操舵量、駆動力、制動力等の車両挙動に影響を与える因子に応じた実際の車両挙動をモデル化したものである。その車両挙動モデルをシミュレーションするプログラムは、実際の車両挙動に関する既存のデータベースに基づき作成されている。
【０００４】
そのため、従来のドライビングシミュレータでは、既存のデータベースが存在しない車両挙動のシミュレーションを正確に行うのは困難であった。例えば、障害物検知センサを有し、検知された障害物に向かう操舵が抑制されるように制御される車両の挙動は、その操舵抑制力の変化に応じて変化する。しかし、そのような操舵抑制力の変化に応じたドライバーに伝達される操舵反力等の車両挙動に関する充分なデータベースは存在しないため、従来のドライビングシミュレータでは操舵抑制力を作用させた時の車両挙動、特にドライバーへの操舵反力の伝達を正確にシミュレーションすることはできなかった。
【０００５】
そのような既存のデータベースが充分に存在しない車両挙動のシミュレーションを正確に行うには、汎用性に欠ける大規模な専用プログラムを作成し、そのプログラムに従ってドライビングシミュレータのアクチュエータを制御する必要がある。例えば、車両の安全性や安定性等の性能向上のために新規なロジックに基づき制御される車両を開発する場合、その制御ロジックに基づく車両挙動をドライビングシミュレータにより検証するための大規模な専用プログラムを作成する必要があった。しかし、大規模な専用プログラムの作成には多大な労力、時間、コストを要することから開発効率が低下し、また、専用プログラムでしかシミュレーションを行うことができないためドライビングシミュレータの稼働率が低下する。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オペレータの操作によって信号を生成する入力部と、主プログラムを記憶する主記憶部と、その主プログラムに従い、その入力部により生成された信号に応じて少なくとも一つの制御パラメータを演算する主制御部と、その制御パラメータに応じて主制御部により制御される、映像表示部及びアクチュエータの中の少なくとも一方とを備え、その映像表示部及びアクチュエータの中の少なくとも一方の制御により車両挙動のシミュレーションがなされるドライビングシミュレータに適用される。
【０００８】
本発明は、そのドライビングシミュレータにおいて、付加プログラムを記憶する付加記憶部と、その主制御部により演算された制御パラメータを記憶する共有記憶部と、その付加プログラムに従い、その共有記憶部に記憶された制御パラメータの中の少なくとも一つの変更量を演算する付加制御部とが設けられ、その付加制御部により演算された変更量は前記共有記憶部に記憶され、前記映像表示部及びアクチュエータの中の少なくとも一方の制御に際して、その共有記憶部に記憶された変更量に基づいて、前記主制御部により演算されて前記共有記憶部に記憶された制御パラメータを主制御部により変更することが可能とされている。
これにより、制御パラメータに応じたアクチュエータの動きに対応する車両挙動のシミュレーションを行うことができる。また、その制御パラメータの中の少なくとも一つの変更量を演算し、その変更量に基づいて制御パラメータを変更することで、その変更量に応じて変更されるアクチュエータの動きに対応する車両挙動シミュレーションを行うことができる。
その制御パラメータは、主記憶部に記憶された主プログラムに従い、入力部により生成された信号に応じて主制御部により演算され、共有記憶部に書き込まれる。その共有記憶部に記憶された制御パラメータの変更量が、付加記憶部に記憶された付加プログラムに従い付加制御部により演算され、共有記憶部に書き込まれる。その主制御部によりアクチュエータが制御される際、その共有記憶部に記憶された変更量に基づいて制御パラメータが変更される。すなわち、その変更量に応じて変更されるアクチュエータの動きに対応する車両挙動シミュレーションは、制御パラメータの変更量を演算するための付加プログラムを作成するだけで行うことができる。
【０００９】
さらに本発明においては、前記入力部として舵角入力部が設けられる。その舵角入力部は、オペレータにより回転操作される操作部と、この操作部の回転角度に応じた舵角信号を生成する角度センサと、この操作部の操作トルクに応じた操舵トルク信号を生成するトルクセンサとを有する。前記アクチュエータとして前記舵角入力部への操作反力付加用アクチュエータが設けられる。制御パラメータとして操舵トルクが前記舵角信号に基づき主プログラムに従い演算される。その操舵トルクの変更量が前記付加プログラムに従い演算される。その変更量に基づいて変更された操舵トルクと前記トルクセンサにより検知される操作トルクとの偏差をなくすように、その操作反力付加用アクチュエータが主制御部により制御される。
この構成によれば、操作部の回転角度に応じて演算される操舵トルクに応じて、操作反力付加用アクチュエータにより操作部に操作反力を作用させることができる。これにより、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。その操作部の操作反力は、付加プログラムに従い演算される操舵トルクの変更量に応じた操作反力付加用アクチュエータの動きに対応するので、多様な操舵反力の伝達シミュレーションを、付加プログラムを作成するだけで行うことができる。また、その操作反力付加用アクチュエータは、オペレータによる操作部の操作トルクに応じてフィードバック制御されるので、そのシミュレーションを正確に行うことができる。
【００１０】
前記舵角信号に対応する角度が設定値以上である時に、前記操作部の回転操作を阻止可能なトルクを前記操作反力付加用アクチュエータが発生するように、前記操舵トルクの変更量が付加プログラムに従い演算されるのが好ましい。
これにより、操作部の操作範囲を機械的なストッパーを設けることなく制限することができるので、車両挙動のシミュレーションにおける操舵限界の設定を容易に行うことができる。
【００１１】
前記アクチュエータとしてオペレータを支持する本体の作動用アクチュエータを備え、前記操作部の回転操作を阻止可能なトルクを前記操作反力付加用アクチュエータが発生するように、前記操舵トルクの変更量が演算されると共に、主プログラムにおいて前記舵角信号に基づき演算される本体作動用アクチュエータの制御パラメータに代えて、その制御パラメータを前記トルクセンサにより生成される操舵トルク信号に対応するトルクに基づき演算した場合の値が付加プログラムに従い演算され、その本体作動用アクチュエータの制御パラメータとして付加プログラムに従い演算された値が用いられるのが好ましい。
これにより、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、固定されたステアリングホイールにドライバーが作用させる操舵トルクに応じて操舵される車両の挙動をシミュレーションできる。すなわち、上記構成によれば、操作部の回転操作を阻止可能なトルクを前記操作反力付加用アクチュエータにより発生させることで、ステアリングホイールを回転させることなく固定した状態をシミュレーションできる。また、操作部にオペレータが作用させる操作トルクに基づき、本体作動用アクチュエータの制御パラメータを求めることで、ドライバーがステアリングホイールに作用させる操舵トルクに応じた車両挙動を、その操作部にオペレータが作用させるトルクに応じた本体の動きによりシミュレーションできる。
【００１２】
その主制御部により互いに相関する複数の制御パラメータが演算され、その付加制御部により制御パラメータの一部の変更量が演算される時、その主制御部により、その変更量だけ変更された制御パラメータの一部に応じて共有記憶部に記憶される制御パラメータの残部を変更することが可能とされ、その共有記憶部に記憶される制御パラメータに応じて主制御部により前記アクチュエータが制御されるのが好ましい。
これにより、その制御パラメータの一部の変更に応じて制御パラメータの残部を変更し、その制御パラメータの残部の変更量に応じて変更されるアクチュエータの動きに対応する車両挙動シミュレーションを行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２に示す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、この本体２の作動用アクチュエータ３、ステアリングホイールを模した舵角入力部４、その舵角入力部４への操作反力付加用アクチュエータ５、アクセルペダルを模した駆動力入力部６、ブレーキペダルを模した制動力入力部７、各アクチュエータ３、５を制御する制御装置８、映像表示部９、およびモード選択スイッチ１０を備えている。
【００１４】
その本体２は、支持プレート２ａと、この支持プレート２ａ上に設けられるオペレータシート２ｂと、その支持プレート２ａの周縁部に設けられる柵２ｃを有する。
【００１５】
その本体２の作動用アクチュエータ３は、一端が支持プレート２ａにリンク接続され、他端が床上のベース１１にリンク接続された複数の電動シリンダにより構成される。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。この本体作動用アクチュエータ３は制御装置８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。
【００１６】
その舵角入力部４は、その本体２に回転操作可能に取り付けられる操作部４ａと、この操作部４ａの回転角度を検知する角度センサ４ｂと、この操作部４ａの操作トルクを検知するトルクセンサ４ｃとを有する。その角度センサ４ｂは上記制御装置８に接続され、その本体２上のオペレータによる操作部４ａの回転操作により回転角度に応じた舵角信号を生成し、その舵角信号は制御装置８に送られる。そのトルクセンサ４ｃは上記制御装置８に接続され、その本体２上のオペレータによる操作部４ａの操作トルクに応じた操舵トルク信号を生成し、その操舵トルク信号は制御装置８に送られる。その操作部４ａの操作トルクが操舵反力に対応する。
【００１７】
その操作反力付加用アクチュエータ５は、その舵角入力部４の一端に接続されるモータにより構成され、その舵角入力部４に操作反力を作用させる。このアクチュエータ５は上記制御装置８に接続される。
【００１８】
その駆動力入力部６は、その本体２に踏み込み操作可能に取り付けられる操作部６ａと、この操作部６ａの踏み込み量の検知センサ６ｂとを有し、そのセンサ６ｂは上記制御装置８に接続され、その本体２上のオペレータによる踏み込み操作により踏み込み量に応じた駆動信号を生成し、その駆動信号は制御装置８に送られる。
【００１９】
その制動力入力部７は、その本体２に踏み込み操作可能に取り付けられる本体７ａと、この本体７ａの踏み込み量の検知センサ７ｂとを有し、そのセンサ７ｂは上記制御装置８に接続され、その本体２上のオペレータによる踏み込み操作により踏み込み量に応じた制動信号を生成し、その制動信号は制御装置８に送られる。
【００２０】
その制御装置８は、主制御部２１、付加制御部２２、共有記憶部２３、主記憶部２４、付加記憶部２５を有する。その主制御部２１と付加制御部２２は２台のコンピュータにより構成してもよいし、主制御部２１としての機能と付加制御部２２としての機能を有する１台のコンピュータにより構成してもよい。各記憶部２３、２４、２５は複数の記憶装置により構成してもよいし、一台の記憶装置における記憶領域を複数に分割して各記憶部２３、２４、２５に割り当ててもよい。その主制御部２１は主記憶部２４に、後述の主プログラムの読み出しができるように接続される。その付加制御部２２は付加記憶部２５に、後述の付加プログラムの読み出しができるように接続される。その主制御部２１と付加制御部２２は共有記憶部２３に、後述の制御パラメータとこの制御パラメータの変更量の書込みと読み出しができるように接続される。
【００２１】
そのモード選択スイッチ１０は制御装置８に接続され、このドライビングシミュレータ１によりシミュレーションする車両挙動の選択信号をオペレータの操作により制御装置８に出力する。その選択信号に対応する車両挙動がドライビングシミュレータ１によりシミュレーションされる。例えば、マニュアルステアリング車両の挙動シミュレーションモード、パワーステアリング車両の挙動シミュレーションモード、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、ステアリングホイールの操作量に応じて車輪がアクチュエータにより制御されることで舵角が変化する車両の挙動シミュレーションモード、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、固定されたステアリングホイールに作用する操舵トルクに応じて車輪がアクチュエータにより制御されることで舵角が変化する車両の挙動シミュレーションモード、障害物に向かう操舵が抑制される車両の挙動シミュレーションモード、車両姿勢の安定化のために各車輪の制動力を制御する車両の挙動シミュレーションモード、自動運転される車両の挙動シミュレーションモード等の中からシミュレーションモードが選択される。
【００２２】
その主制御部２１は、その主記憶部２４に記憶される主プログラムに従い、上記入力部４、６、７により生成された舵角信号、操舵トルク信号、駆動信号、制動信号に応じて制御パラメータを演算し、共有記憶部２３に書き込む。そして、この共有記憶部２３に記憶された制御パラメータに応じて上記アクチュエータ３、５を制御する。この制御によるアクチュエータ３、５の動きにより車両挙動のシミュレーションがなされる。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。操作反力付加用アクチュエータ５により舵角入力部４に操作反力を作用させることで、車両挙動として路面から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。その主プログラムは、実際の車両における操舵量、操舵トルク、駆動力、制動力等に応じた車両挙動に関する既存のデータベースに基づき作成できる。
【００２３】
その制御パラメータとして、例えば、車両の前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、横方向加速度Ｇｙ、規範横方向加速度Ｇｙ0 、規範ヨーレートγ0 、ヨーレートγ、セルフアライニングトルクＴｓ、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈ、各前輪の制動力または駆動力Ｔｘｆ、各後輪の制動力または駆動力Ｔｘｒ、舵角入力部４の操作によるタイヤ角φｈ、障害物の相対位置が演算されるが、これに限定されるものではない。以下に、その制御パラメータの演算例を示すが、その演算方法はこれに限定されるものではない。
【００２４】
舵角入力部４の操作角θと、この舵角入力部４の操作により変化するタイヤ角φｈの比であるオーバオールギヤレシオを、車速Ｖの関数であるＲ（Ｖ）として、タイヤ角φｈを次式により求める。
φｈ＝Ｒ（Ｖ）・θ
その車速Ｖは、駆動力入力部６からの駆動信号に応じて求められる駆動力と、制動力入力部７からの制動信号に応じて求められる制動力とに応じて演算し、その操作角θは、舵角入力部４からの舵角信号に応じて演算する。そのオーバオールギヤレシオＲ（Ｖ）と車速Ｖとの関数関係はデータベースに基づき予め定められる。
なお、このようにオーバオールギヤレシオを車速の関数にすることができるのは、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、ステアリングホイールの操作量に応じて車輪がアクチュエータにより制御されることで舵角が変化する車両挙動をシミュレーションする場合である。
ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結される車両挙動をシミュレーションする場合、そのオーバオールギヤレシオは一義的に定められる。
【００２５】
ニューマチックトレールをξp 、キャスタートレールをξc 、コーナリングフォースをＦy として、セルフアライニングトルクＴs を以下の式によって求める。
ＴS ＝ξＦy ／Ｒ（Ｖ）、（トレールξ＝ξc ＋ξp ）
ここで、操舵系の弾性、およびタイヤの捩じれによるトルク成分は無視し、一次遅れで近似する。そのニューマチックトレールξp はタイヤスリップ角βの関数とし、その関数はデータベースに基づき予め定められる。そのタイヤスリップ角βは、車速Ｖ、操作角θ、制動力、タイヤと路面との間の予め設定された摩擦係数、予め設定されたタイヤ寸法等の関数とされ、その関数は公知の演算式に基づき予め定められる。そのキャスタートレールξc は、予め設定されたキャスター角をθc 、予め設定されたタイヤ半径をＲt として、ξc ＝θc ・Ｒt により求める。制動力および駆動力が零である時の右車輪のコーナリングフォースＦR0と左車輪のコーナリングフォースＦL0は、予め設定された右前輪と路面との間の摩擦係数をμR 、予め設定された左前輪と路面との間の摩擦係数をμL 、予め設定された前輪コーナリングパワーをＫf 、予め設定された右前輪のコーナリングフォースによるスリップ角発生時における一次遅れ時定数をＴR 、予め設定された左前輪のコーナリングフォースによるスリップ角発生時における一次遅れ時定数をＴL 、ラプラス演算子をｓとして、ＦR0＝μR ・Ｋf β／（１＋ＴR ｓ）、ＦL0＝μL ・Ｋf β／（１＋ＴL ｓ）により求める。各前輪の駆動力または制動力をＴxf、分担荷重をＷf とし、各車輪のコーナリングフォースに対する駆動力または制動力の関係は摩擦円で規定されるものとすることにより、コーナリングフォースＦy をＦy ＝ＦR0（μR 2 Ｗf 2 ＋Ｔxf2 ）1/2 ／（μR Ｗf ）＋ＦL0（μL 2 Ｗf 2 ＋Ｔxf2 ）1/2 ／（μL Ｗf ）により近似的に求める。なお、車両の重心は左右方向に関しては中心にあるものとし、前後方向に関しては制動力と駆動力に応じて変化するものとし、その重心位置に応じて各前輪の駆動力または制動力Ｔxfと、各後輪の駆動力または制動力Ｔxr、各前輪の分担荷重Ｗf を求める。その制動力と駆動力に対する重心位置の関係は予め定める。
【００２６】
舵角入力部４の操作系における予め設定される慣性係数をＩ、粘性係数をＣ、静止摩擦係数をｋ１とし、角度センサ４ｂにより検出される操作部４ａの回転角の角速度をωとして、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈを以下の式（１）により求める。また、車速が零の場合、すなわち据え切り状態をシミュレーションする場合は、舵角入力部４の操作系における予め設定される静止摩擦係数をｋ２として、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈを以下の式（２）により求める。すなわち、制御パラメータとしてマニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈが前記舵角信号に基づき主プログラムに従い演算される。
【００２７】
【数１】
0003766756.tif 000002
【００２８】
【数２】
0003766756.tif 000003
【００２９】
前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、規範横方向加速度Ｇｙ0 、横方向加速度Ｇｙ、規範ヨーレートγ0 、ヨーレートγは、タイヤ角φｈ、各車輪の駆動力または制動力Ｔxf、Ｔxrから求める。その前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、規範横方向加速度Ｇｙ0 、横方向加速度Ｇｙ、規範ヨーレートγ0 、ヨーレートγと、タイヤ角φｈ、各車輪の駆動力または制動力Ｔxf、Ｔxrとの関係は、データベースに基づき予め定める。なお、主プログラムのみによるシミュレーションにおいては規範横方向加速度Ｇｙ0 と横方向加速度Ｇｙは等しくし、また、規範ヨーレートγ0 とヨーレートγは等しくする。障害物の相対位置は、車速とシミュレーション実行時間の積から求められる走行距離と、タイヤ角φｈから求められる操舵方向と、プログラム上で特定した障害物の位置とから求める。
【００３０】
主制御部２１は、上記演算した制御パラメータである前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、規範横方向加速度Ｇｙ0 、横方向加速度Ｇｙ、規範ヨーレートγ0 、ヨーレートγ、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｓ、各前輪の制動力または駆動力Ｔxf、各後輪の制動力または駆動力Ｔxr、舵角入力部４の操作によるタイヤ角φｈ、及び障害物の相対位置を共有記憶部２３に書き込み、制御周期毎に上書きを行う。
なお、主プログラムによる制御パラメータの演算において予め設定される慣性係数Ｉ、粘性係数Ｃ、静止摩擦係数ｋ１、ｋ２等の係数の具体的設定値は、主プログラムの一部として主記憶部２４に記憶されてもよいし、共有記憶部２３に書き込まれると共に主プログラムの実行時に主制御部２１により読み出されてもよく、共有記憶部２３に書き込まれる場合は制御装置８に接続されるキーボード等の入力装置（図示省略）により書き換え可能とされてもよい。
【００３１】
主制御部２１は、その共有記憶部２３に書き込まれた制御パラメータである前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、横方向加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、タイヤ角φｈに応じて生成した制御信号により本体作動用アクチュエータ３を制御する。また、主制御部２１は、その共有記憶部２３に書き込まれた操舵トルクＴｈに応じて生成した制御信号により操作反力付加用アクチュエータ５を制御する。この際、その操作反力付加用アクチュエータ５は、その操舵トルクＴｈと上記トルクセンサ４ｃにより検知される操作トルクとの偏差をなくすようにフィードバック制御される。すなわち、上記操作部４ａの回転角速度の目標値が、その共有記憶部２３に書き込まれた操舵トルクＴｈ、検知された操作トルク、および上記式（１）または式（２）に基づき演算され、その目標値になるように操作反力付加用アクチュエータ５の速度が制御される。これにより、車両挙動として車体の動きが本体２の動きによりシミュレーションされ、ドライバーへの操舵反力の伝達が操作反力付加用アクチュエータ５の動きによりシミュレーションされる。また、主制御部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を制御し、その制御パラメータに応じて求めた車速、走行距離、操舵方向に応じて仮想風景を変化させる。
【００３２】
上記付加制御部２２は、上記付加記憶部２５に記憶された付加プログラムに従い、その共有記憶部２３に記憶された制御パラメータの変更量を演算する。例えば、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈの変更量、各車輪の制動力または駆動力Ｔxf、Ｔxrの変更量、舵角入力部４の操作によるタイヤ角φｈの変更量が演算されるが、これに限定されるものではない。以下に、その制御パラメータの変更量の演算例を示すが、その演算方法はこれに限定されるものではない。
【００３３】
なお、上記入力部４、６、７により生成された舵角信号、操舵トルク信号、駆動信号、制動信号値は共有記憶部２３に記憶され、主制御部２１だけでなく付加制御部２２による付加プログラムに従う演算に際して用いることが可能とされている。
【００３４】
例えば、上記主プログラムのみにより演算された制御パラメータに応じたアクチュエータ３、５の制御によりシミュレーションされるのはマニュアルステアリング車両の挙動である。よって、パワーステアリング車両の挙動をシミュレーションする場合、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈの変更量として、操舵補助トルクに対応する制御トルクＴａを演算する付加プログラムが作成される。この場合、その制御トルクＴａは操舵トルクＴｈと前後方向速度Ｖｘの関数とされ、その関数が付加プログラムに含まれ、その制御トルクＴａの演算に際して制御パラメータである操舵トルクＴｈと前後方向速度Ｖｘが共有記憶部２３から読み出される。例えば、その操舵トルクＴｈが大きく前後方向速度Ｖｘが小さい程に操舵補助トルクに対応する制御トルクＴａを大きくする。
【００３５】
また、障害物検知センサを有し、検知された障害物に向かう操舵が抑制されるように制御される車両の開発が提案されている。このような車両の挙動をシミュレーションする場合、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈの変更量として、その操舵抑制力に対応する制御トルクＴａを演算する付加プログラムが作成される。この場合、その制御トルクＴａは操舵トルクＴｈと障害物の相対配置の関数とされ、その関数が付加プログラムに含まれ、制御パラメータである操舵トルクＴｈと障害物の相対配置が共有記憶部２３から読み出され、その障害物の相対配置に応じた制御トルクＴａが演算される。例えば、その操舵トルクＴｈが大きく障害物が近接する程に、操舵抑制力に対応する制御トルクＴａを大きくする。なお、この操舵抑制力に対応する制御トルクＴａの方向は、上記操舵補助トルクに対応する制御トルクＴａの方向と逆向きとされる。
【００３６】
また、操作部４ａの操作範囲を機械的なストッパーを設けることなく制限する場合、上記角度センサ４ｂにより検知される回転角度が設定値以上である時に、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈの変更量として、その操作部４ａの操作阻止力に対応する制御トルクＴａを演算する付加プログラムが作成される。これにより、操作部４ａの回転角度が設定値以上になると、操作反力付加用アクチュエータ５は操作部４ａの回転操作を阻止可能なトルクを発生する。この場合、その制御トルクＴａは、共有記憶部２３に記憶される操舵トルクＴｈとセルフアライニングトルクＴｓの関数とされ、Ｔａ＝Ｔｈ−Ｔｓ（据え切り状態ではＴｓ＝０）と設定され、その方向は上記操舵補助トルクに対応する制御トルクＴａの方向と逆向きとされる。
【００３７】
また、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、固定されたステアリングホイールにドライバーが作用させる操舵トルクに応じて操舵される車両の挙動をシミュレーションする場合、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈの変更量として、その操作部４ａの操作阻止力に対応する制御トルクＴａを演算する付加プログラムが作成される。これにより、このシミュレーションを行う場合は、操作反力付加用アクチュエータ５は操作部４ａの回転操作を阻止可能なトルクを発生する。この場合、その制御トルクＴａは、共有記憶部２３に記憶される操舵トルクＴｈとセルフアライニングトルクの関数とされ、Ｔａ＝Ｔｈ−Ｔｓ（据え切り状態ではＴｓ＝０）と設定され、その方向は上記操舵補助トルクに対応する制御トルクＴａの方向と逆向きとされる。また、このシミュレーションを行う場合、主プログラムにおいて前記角度センサ４ｂが発生する舵角信号に基づき演算される本体作動用アクチュエータ３の制御パラメータの変更量として、その制御パラメータを操舵トルクＴｈに基づき演算した場合の値を求める付加プログラムが作成される。この付加プログラムに従い付加制御部２２により演算された値が本体作動用アクチュエータ３の制御パラメータとして用いられる。すなわち、その制御パラメータは、主プログラムでは角度センサ４ｂにより検知される角度に基づき演算するのに代えて、付加プログラムではトルクセンサ４ｃにより検知されるトルクに基づき演算される。
【００３８】
また、車両挙動が不安定化しないように、車速や舵角等の車両挙動の不安定化に影響する変量に応じて予め定められた限界舵角を、実タイヤ舵角が超えないように制御される車両の開発が提案されている。このような車両の挙動をシミュレーションする場合、舵角入力部４の操作によるタイヤ角φｈの変更量として、制御タイヤ角φｃを演算する付加プログラムが作成される。この場合、その制御タイヤ角φｃはタイヤ角φｈと限界舵角の関数とされ、その関数と限界舵角が付加プログラムに含まれ、その制御タイヤ角φｃの演算に際して制御パラメータであるタイヤ角φｈが共有記憶部２３から読み出される。なお、このようなタイヤ角の制御は、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、ステアリングホイールの操作量に応じて車輪がアクチュエータにより制御されて舵角が変化する車両において行うことができる。
【００３９】
また、車両挙動が不安定化しないように、車速や舵角等の車両挙動の不安定化に影響する変量に応じて各車輪の制動力が制御される車両が開発されている。このような車両の挙動をシミュレーションする場合、各車輪の制動力または駆動力の制御量Ｔfl、Ｔfr、Ｔrl、Ｔrrを演算する付加プログラムが作成される。この場合、各車輪の制動力または駆動力の制御量Ｔfl、Ｔfr、Ｔrl、Ｔrrは、例えば前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、規範横方向加速度Ｇｙ0 、横方向加速度Ｇｙ、規範ヨーレートγ0 、ヨーレートγ、操舵トルクＴｈ、タイヤ角φｈの関数とされ、その関数が付加プログラムに含まれ、各車輪の制動力または駆動力の制御量Ｔfl、Ｔfr、Ｔrl、Ｔrrの演算に際して制御パラメータである前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、規範横方向加速度Ｇｙ0 、横方向加速度Ｇｙ、規範ヨーレートγ0 、ヨーレートγ、操舵トルクＴｈ、タイヤ角φｈが共有記憶部２３から読み出される。
【００４０】
付加制御部２２は、上記演算した制御パラメータの変更量である制御トルクＴａ、制御タイヤ角φｃ、各車輪の制動力または駆動力の制御量Ｔfl、Ｔfr、Ｔrl、Ｔrrを共有記憶部２３に書き込み、制御周期毎に上書きを行う。
【００４１】
主制御部２１は、支持部作動用アクチュエータ３と操作反力付加用アクチュエータ５を制御する際に、その共有記憶部２３から読み出した変化量に基づいて制御パラメータを変更する。例えば、共有記憶部２３に書き込まれた制御タイヤ角φｃだけ変更されたタイヤ角φｈ＋φｃ、前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、横方向加速度Ｇｙ、ヨーレートγに応じて生成した制御信号により支持部作動用アクチュエータ３を制御する。これによって、限界舵角を実タイヤ舵角が超えないように制御される車両の挙動がシミュレーションされる。
【００４２】
また、主制御部２１は、共有記憶部２３に書き込まれた制御トルクＴａに基づき変更された操舵トルクに応じて生成した制御信号により操作反力付加用アクチュエータ５を制御する。例えば、パワーステアリング車両の挙動をシミュレーションする場合、検知された障害物に向かう操舵が抑制されるように制御される車両の挙動をシミュレーションする場合、操作部４ａの操作範囲を機械的なストッパーを設けることなく制限する場合、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、固定されたステアリングホイールにドライバーが作用させる操舵トルクに応じて操舵される車両の挙動をシミュレーションする場合、その変更量に基づいて変更された操舵トルクＴｈ′は、Ｔｈ′＝Ｔｈ＋Ｔａにより求められる。この際、その操作反力付加用アクチュエータ５は、その変更量に基づいて変更された操舵トルクＴｈ′と上記トルクセンサ４ｃにより検知される操作トルクとの偏差をなくすようにフィードバック制御される。すなわち、上記操作部４ａの回転角速度の目標値が、その変更された操舵トルクＴｈ′、検知された操作トルク、および上記式（１）若しくは式（２）に基づき演算され、その目標値になるように操作反力付加用アクチュエータ５の速度が制御される。
【００４３】
上記主制御部２１により互いに相関する複数の制御パラメータが演算され、上記付加制御部２２により制御パラメータの一部の変更量が演算される時、その主制御部２１により、その変更量に基づいて変更された一部の制御パラメータに応じて共有記憶部２３に記憶される制御パラメータの残部を変更することが可能とされ、その共有記憶部２３に記憶される制御パラメータに応じて主制御部２１により上記アクチュエータ３、５が制御される。
例えば、制御パラメータとして、前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、横方向加速度Ｇｙ、各車輪の制動力または駆動力Ｔxf、Ｔxr、ヨーレートγ、マニュアルステアリング時の操舵トルクＴｈが演算される場合、これら制御パラメータは互いに相関する。この場合において、主制御部２１により、共有記憶部２３に書き込まれた各車輪の制動力または駆動力の制御量Ｔfl、Ｔfr、Ｔrl、Ｔrrに基づき各車輪の制動力または駆動力Ｔxf、Ｔxrが変更されたならば、残りの制御パラメータである前後方向速度Ｖｘ、前後方向加速度Ｇｘ、横方向速度Ｖｙ、横方向加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、操舵トルクＴｈの演算に際して、各車輪の制動力または駆動力として変更された値Ｔxf＋Ｔfl、Ｔxf＋Ｔfr、Ｔxr＋Ｔrl、Ｔxr＋Ｔrrが用いられる。これにより、その変更量に基づいて変更された各車輪の制動力または駆動力Ｔxf＋Ｔfl、Ｔxf＋Ｔfr、Ｔxr＋Ｔrl、Ｔxr＋Ｔrrに応じて共有記憶部２３に記憶される残りの制御パラメータが変更される。その変更後の制御パラメータが共有記憶部２３に上書きされ、この共有記憶部２３に記憶された変更後の制御パラメータに応じて主制御部２１により上記アクチュエータ３、５が制御される。これにより、車両姿勢の安定化のために各車輪の制動力を制御する車両の挙動をシミュレーションすることができる。
【００４４】
上記構成によれば、制御パラメータに応じた映像表示部９およびアクチュエータ３、５の制御に対応する車両挙動のシミュレーションを行うことができる。また、その制御パラメータの中の少なくとも一つの変更量を演算し、その変更量に基づいて制御パラメータを変更することで、その変更量に応じて変更される映像表示部９およびアクチュエータ３、５の制御に対応する車両挙動シミュレーションを行うことができる。
その制御パラメータは、主記憶部２４に記憶された主プログラムに従い入力部４、６、７により生成された信号に応じて主制御部２１により演算され、共有記憶部２３に書き込まれる。その共有記憶部２３に記憶された制御パラメータの変更量が、付加記憶部２５に記憶された付加プログラムに従い付加制御部２２により演算され、共有記憶部２３に書き込まれる。その主制御部２１により映像表示部９およびアクチュエータ３、５が制御される際、その共有記憶部２３に記憶された変更量に基づいて制御パラメータが変更される。すなわち、その変更量に応じて変更される映像表示部９およびアクチュエータ３、５の制御に対応する車両挙動シミュレーションは、制御パラメータの変更量を演算するための付加プログラムを作成するだけで行うことができる。
また、上記構成によれば、操作部４ａの回転角度に応じて演算される操舵トルクに応じて、操作反力付加用アクチュエータ５により操作部４ａに操作反力を作用させることができる。これにより、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。その操作部４ａの操作反力は、付加プログラムに従い演算される操舵トルクの変更量に応じた操作反力付加用アクチュエータ５の動きに対応するので、多様な操舵反力の伝達シミュレーションを、付加プログラムを作成するだけで行うことができる。また、その操作反力付加用アクチュエータ５は、オペレータによる操作部４ａの操作トルクに応じてフィードバック制御されるので、そのシミュレーションを正確に行うことができる。
また、操作部４ａの操作範囲を機械的なストッパーを設けることなく制限することができるので、車両挙動のシミュレーションにおける操舵限界の設定を容易に行うことができる。
さらに、操作部４ａの回転操作を阻止可能なトルクを操作反力付加用アクチュエータ５により発生させることで、ステアリングホイールを回転させることなく固定した状態をシミュレーションできる。また、操作部４ａにオペレータが作用させる操作トルクに基づき、本体作動用アクチュエータ３の制御パラメータを求めることで、ドライバーがステアリングホイールに作用させる操舵トルクに応じた車両挙動を、その操作部４ａにオペレータが作用させるトルクに応じた本体の動きによりシミュレーションできる。これにより、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結されておらず、固定されたステアリングホイールにドライバーが作用させる操舵トルクに応じて操舵される車両の挙動をシミュレーションできる。
また、その主制御部２１により互いに相関する複数の制御パラメータが演算され、その付加制御部２２により制御パラメータの一部の変更量が演算される時、その主制御部２１により、その変更量に基づいて変更された制御パラメータの一部に応じて共有記憶部２３に記憶される制御パラメータの残部を変更し、その共有記憶部２３に記憶される制御パラメータに応じて主制御部２１により映像表示部９およびアクチュエータ３、５が制御できる。これにより、その制御パラメータの一部の変更に応じて制御パラメータの残部を変更し、その制御パラメータの残部の変更量に応じて変更される映像表示部９およびアクチュエータ３、５の制御に対応する車両挙動シミュレーションを行うことができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、オペレータの操作によって信号を生成する入力部として、駐車ブレーキを模した制動力入力部等の他の入力部が設けられてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライバーへの操舵反力の伝達を含むシミュレーションを行うに際して、従来と同様の車両挙動のシミュレーションを行うことができるだけでなく、任意の制御ロジックに基づく多様な車両挙動のシミュレーションを容易に行うことができる汎用性の高いドライビングシミュレータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】本発明の実施形態のドライビングシミュレータの制御構成説明図
【符号の説明】
１  ドライビングシミュレータ
２  本体
３、５  アクチュエータ
４  舵角入力部
４ｂ  角度センサ
４ｃ  トルクセンサ
６  駆動力入力部
７  制動力入力部
２１  主制御部
２２  付加制御部
２３  共有記憶部
２４  主記憶部
２５  付加記憶部
【図１】
0003766756.tif 000004
【図２】
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