(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータとを備え、
そのドライビングシミュレータは、オペレータにより操作されることで信号を生成する舵角入力部を含む入力部と、その舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータを含むドライビングシミュレータ側アクチュエータと、その入力部の操作に応じて操舵反力の伝達を含む車両挙動がシミュレーションされるように、その入力部の生成信号に応じてドライビングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第１制御部とを有し、
そのステアリングシミュレータは、ステアリング装置に接続される車輪を有する台車と、そのステアリング装置の操舵用アクチュエータと、そのステアリング装置の操舵反力の検出手段と、そのステアリング装置に負荷を付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータと、そのステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態がシミュレーションされるように、ステアリングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第２制御部とを有し、
その第１制御部と第２制御部は互いに信号を授受可能に接続され、
そのステアリングシミュレータ側アクチュエータは、ドライビングシミュレータによりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷をそのステアリング装置に付与するように、第１制御部から送られる信号に応じて第２制御部によって制御され、
その操舵用アクチュエータは、その舵角入力部の操作に対応してステアリング装置を操舵するように、第１制御部から送られる舵角入力部の生成信号に応じて第２制御部によって制御される車両用シミュレーションシステム。
【請求項２】
その操作反力付加用アクチュエータは、そのステアリング装置の操舵反力に対応する操作反力を発生するように、第２制御部から送られる操舵反力の検出信号に応じて第１制御部によって制御される請求項１に記載の車両用シミュレーションシステム。
【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車両挙動をシミュレーションするドライビングシミュレータと、ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態をシミュレーションするステアリングシミュレータとを備える車両用シミュレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライビングシミュレータとして、舵角入力部を含む入力部と、その舵角入力部の操作反力を付与するアクチュエータを含むアクチュエータと、そのアクチュエータの制御部とを備え、その制御部が入力部の操作により生成される信号に応じて記憶したプログラムに従いアクチュエータを制御することで、操舵反力の伝達を含む車両挙動のシミュレーションを行うものがある。この際、その舵角入力部にアクチュエータにより操作反力を付加することで、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。このドライビングシミュレータによれば、実車走行を行うことなくドライバーに運転感覚を与え、車両の挙動やドライバーの挙動等を評価できる。
【０００３】
ステアリングシミュレータとして、ステアリング装置に接続される車輪を有する台車と、そのステアリング装置に台車を介して負荷を付与するアクチュエータと、そのステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与されるように、そのアクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する制御部とを備え、ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態をシミュレーションするものがある。このステアリングシミュレータによれば、実車走行を行うことなく、実車搭載前のプロトタイプのステアリング装置における負荷付与時の特性を評価できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステアリングシミュレータにおいては、ステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与されるが、その負荷は車速や舵角等の走行状態に応じて異なる。そのため、多様な走行状態での負荷を付与するためには、実車走行実験により膨大なデータを蓄積する必要があり、工数およびコストが増大する。
【０００５】
また、ステアリング装置においては、例えば操舵力伝達系の粘性といった固有の属性に基づき操舵反力の伝達特性が変化する。しかし、ドライビングシミュレータは、アクチュエータにより操舵反力を模擬した操作反力を付与するに過ぎないことから、そのようなステアリング装置の固有の属性を反映して操舵反力の伝達特性を忠実に再現するのは困難であった。
【０００６】
さらにドライビングシミュレータは、実際のステアリング装置を用いるものではないので、車両挙動のシミュレーション時における車輪のアラインメント変化や、例えばラックピニオン式ステアリング装置におけるラックやタイロッドといった操舵力伝達系の構成要素の動きを可視化できなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両用シミュレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本件発明の車両用シミュレーションシステムは、ドライビングシミュレータとステアリングシミュレータとを備える。そのドライビングシミュレータは、舵角入力部を含む入力部の生成信号に応じて、その舵角入力部の操作反力を付与するアクチュエータを含むドライビングシミュレータ側アクチュエータを制御することで、操舵反力の伝達を含む車両挙動をシミュレーションする。そのステアリングシミュレータは、ステアリング装置に負荷を付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータを制御することで、そのステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態をシミュレーションする。本発明の車両用シミュレーションシステムは、ドライビングシミュレータによりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷を、ステアリングシミュレータにおいてステアリング装置に付与する手段を備える。
【０００９】
この構成によれば、ドライビングシミュレータは操舵反力の伝達をシミュレーションし、その操舵反力に相関する負荷をステアリングシミュレータのステアリング装置に付与する。その操舵反力に相関する負荷は、例えば車輪に上下方向に沿い作用する車輪の分担荷重、車速、キングピン軸回りに作用するセルフアライニングトルク等である。その負荷はドライビングシミュレータの入力部の生成信号に応じて変化することから、ステアリングシミュレータにおいてステアリング装置に付与される多様な走行状態での操舵反力に相関する負荷を、実車走行実験により膨大なデータを蓄積することなく得ることができる。
【００１０】
そのステアリングシミュレータにおけるステアリング装置を、ドライビングシミュレータにおける舵角入力部の操作に対応して操舵する手段と、そのステアリング装置の操舵反力に対応する操作反力を舵角入力部に付与する手段とを備えるのが好ましい。
【００１１】
これにより、舵角入力部を操作すると同時にステアリング装置を操舵し、そのステアリング装置の操舵反力に対応する操作反力を舵角入力部に付与できるので、ステアリングシミュレータにおけるステアリング装置の操舵反力の伝達特性を、そのステアリング装置に固有の属性を反映して忠実に再現できる。
しかも、そのステアリングシミュレータにおけるステアリング装置の動きは、ドライビングシミュレータによってシミュレーションされる車両挙動に対応することから、車両挙動のシミュレーションと同時に、車輪のアラインメント変化や、操舵力伝達系の構成要素の動きを可視化できる。
【００１２】
そのドライビングシミュレータは、オペレータにより操作されることで信号を生成する舵角入力部を含む入力部と、その舵角入力部の操作反力付加用アクチュエータを含むドライビングシミュレータ側アクチュエータと、その入力部の操作に応じて操舵反力の伝達を含む車両挙動がシミュレーションされるように、その入力部の生成信号に応じてドライビングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第１制御部とを有し、そのステアリングシミュレータは、ステアリング装置に接続される車輪を有する台車と、そのステアリング装置の操舵用アクチュエータと、そのステアリング装置の操舵反力の検出手段と、そのステアリング装置に負荷を付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータと、そのステアリング装置に操舵反力に相関する負荷が付与された状態がシミュレーションされるように、ステアリングシミュレータ側アクチュエータを記憶したプログラムに従い制御する第２制御部とを有し、その第１制御部と第２制御部は互いに信号を授受可能に接続され、そのステアリングシミュレータ側アクチュエータは、ドライビングシミュレータによりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷をそのステアリング装置に付与するように、第１制御部から送られる信号に応じて第２制御部によって制御され、その操舵用アクチュエータは、その舵角入力部の操作に対応してステアリング装置を操舵するように、第１制御部から送られる舵角入力部の生成信号に応じて第２制御部によって制御され、その操作反力付加用アクチュエータは、そのステアリング装置の操舵反力に対応する操作反力を発生するように、第２制御部から送られる操舵反力の検出信号に応じて第１制御部によって制御されるのが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１制御部によりドライビングシミュレータ側アクチュエータを制御することで、ドライビングシミュレータは操舵反力の伝達をシミュレーションし、その操舵反力に相関する負荷をステアリングシミュレータのステアリング装置に付与するように、ステアリングシミュレータ側アクチュエータは第１制御部から送られる信号に応じて第２制御部によって制御される。
すなわち、その操舵反力に相関する負荷は、例えば車輪に上下方向に沿い作用する車輪の分担荷重、車速、キングピン軸回りに作用するセルフアライニングトルク等であり、これは第１制御部に記憶されるドライビングシミュレーション用プログラムにより設定される車両走行条件、第１制御部に入力される入力部の生成信号、および第１制御部によりドライビングシミュレータ側アクチュエータを制御するために演算される制御パラメータから求められる。すなわち、その操舵反力に相関する負荷を、そのドライビングシミュレーション用プログラムにより設定される車両走行条件、入力部の生成信号、ドライビングシミュレータ側アクチュエータの制御パラメータに対応する第１制御部からの信号により求めることができる。しかも、その入力部の生成信号とドライビングシミュレータ側アクチュエータの制御パラメータは、ドライビングシミュレータのオペレータの操作により変化することから、多様な走行状態での操舵反力に相関する負荷を、実車走行実験により膨大なデータを蓄積することなく得ることができる。
また、その操舵用アクチュエータは、その舵角入力部の操作に対応してステアリング装置を操舵するように、第１制御部から送られる舵角入力部の生成信号に応じて第２制御部によって制御されるので、舵角入力部を操作すると同時にステアリング装置を操作できる。そのステアリング装置の操舵反力の検出信号に応じて操作反力付加用アクチュエータを制御することで、その操舵反力に対応する操作反力を発生する。よって、ドライビングシミュレータは、ステアリングシミュレータに装着されるステアリング装置の操舵反力の伝達特性を、そのステアリング装置に固有の属性を反映して忠実に再現できる。
さらに、そのステアリングシミュレータにおけるステアリング装置の動きは、ドライビングシミュレータによってシミュレーションされる車両挙動に対応することから、車輪のアラインメント変化や、操舵力伝達系の構成要素の動きを可視化できる。
【００１４】
【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に示す車両用シミュレーションシステムは、図２に示すドライビングシミュレータ１と、図３に示すステアリングシミュレータ１００とを備える。
【００１５】
その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、映像表示部９、および入力装置１０を備える。
【００１６】
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。
【００１７】
その本体２の作動用アクチュエータ３は複数の電動シリンダにより構成され、各電動シリンダの一端は支持プレート２ａにリンク接続され、他端は床上のベース１１にリンク接続される。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。そのアクチュエータ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。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。
【００１８】
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、オペレータによる操作部４ａの回転操作角度に応じた操舵角信号を生成して制御装置８に送る。そのトルクセンサ４ｃは、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制御装置８に送る。
【００１９】
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。このアクチュエータ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。
【００２０】
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とを有する。そのセンサ６ｂは、オペレータによる操作部６ａの踏み込み量に応じた駆動信号を制御装置８に送る。
【００２１】
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操作部７ａと、この操作部７ａの踏み込み量の検知センサ７ｂとを有する。そのセンサ７ｂは、オペレータによる操作部７ａの踏み込み量に応じた制動信号を制御装置８に送る。
【００２２】
その映像表示部９は、例えばＣＲＴディスプレイ等の表示器により構成され、制御装置８から送られる画像信号に応じた映像を表示する。
【００２３】
上記ステアリングシミュレータ１００は、フレーム状の本体１０１と左右車輪１０３を有する台車１０５と、この台車１０５を支持する支持機構１０６を備える。その車輪１０３にサスペンション１０２を介してステアリング装置１０４が接続される。
【００２４】
そのステアリング装置１０４は、ステアリングホイール１０７とステアリングギヤとを備える。そのステアリングギヤは、本実施形態では、ステアリングホイール１０７の回転運動をラックの車両幅方向移動に変換する運動変換機構により構成され、そのステアリングホイール１０７の回転により両車輪１０３を転舵させる。なお、ステアリング装置１０４の型式は特に限定されない。
【００２５】
そのステアリング装置１０４を操舵するためステアリングホイール１０７の回転力を発生するアクチュエータ１６１と、そのステアリング装置１０４の操舵反力として操舵トルクを検出するトルクセンサ１６２とが設けられている。ステアリング装置１０４が電動パワーステアリング装置のように操舵補助力を発生するアクチュエータと、操舵トルク検出用センサを有する場合、そのアクチュエータとセンサを、その操舵用アクチュエータ１６１とトルクセンサ１６２として利用するのが好ましい。
【００２６】
その支持機構１０６は板状の左右第１支持プレート１２１を有する。上記左右車輪１０３は、ゴム製タイヤと、このタイヤの内周に装着される金属製ホイールとを有し、左右第１支持プレート１２１により個別に支持される。すなわち、両第１支持プレート１２１の上面それぞれが載置面１２１ａとされ、左方の第１支持プレート１２１の載置面１２１ａに左方の車輪１０３が載置され、右方の第１支持プレート１２１の載置面１２１ａに右方の車輪１０３が載置される。
本体１０１の後部にはステアリング装置を介することなくサスペンションを介して後部左右車輪（図示省略）が取り付けられ、その載置面１２１ａと同一高さの別の載置面上に載置される。なお、４輪操舵車両のシミュレーションを行う場合、台車の後部の左右車輪にも前部左右車輪と同様にして負荷を付与するようにしてもよい。
【００２７】
左右第１支持プレート１２１それぞれは左右支持装置１１０により、上下方向軸中心に回転可能、前後方向と左右方向に沿って移動可能に支持されている。すなわち、各支持装置１１０は、図４の（１）に示すように、上記第１支持プレート１２１を上下方向に沿う軸１２２中心に回転可能に支持する第２支持プレート１２３と、この第２支持プレート１２３をレール１２４を介して台車１０５の左右方向に沿って移動可能に支持する第３支持プレート１２５と、この第３支持プレート１２５をレール１２６を介して台車１０５の前後方向に沿って移動可能に支持する第４支持プレート１２７とを有する。その第４支持プレート１２７が床等の固定側１５０に取り付けられている。
【００２８】
また、図４の（２）、（３）に示すように、上記左右車輪１０３のタイヤ１０３ａの内周のホイール１０３ｂを、各載置面１２１ａに固定可能な固定装置１２９が設けられている。その固定装置１２９は、左右一対の正面視Ｌ字形ブラケット１２９ａを有する。左方のブラケット１２９ａが左方の車輪１０３のホイール１０３ｂと載置面１２１ａにボルト１２９ｂにより連結され、右方のブラケット１２９ａが右方の車輪１０３のホイール１０３ｂと載置面１２１ａにボルト１２９ｂにより連結されることで、各ホイール１０３ｂは載置面１２１ａに固定される。
【００２９】
上記ステアリング装置１０４に操舵反力に相関する負荷を台車１０５を介して付与するステアリングシミュレータ側アクチュエータを有する負荷付与機構１１１が設けられている。この負荷付与機構１１１により付与される負荷の大きさと方向は変更可能とされている。その負荷付与機構１１１は左右第１負荷付与装置１３０と左右第２負荷付与装置１４０とを有する。
【００３０】
各第１負荷付与装置１３０は、第１支持プレート１２１から台車１０５の左右車輪１０３を介してステアリング装置１０４に負荷を付与する。すなわち、各第１負荷付与装置１３０は、第１アクチュエータ１３１と、第２アクチュエータ１３２と、第３アクチュエータ１３３を有する。各アクチュエータ１３１、１３２、１３３は伸縮可能な油圧式アクチュエータにより構成され、伸縮することで加振機能を奏することもできる。なお各アクチュエータは電動式でも良い。
【００３１】
各第１アクチュエータ１３１のシリンダチューブ１３１ａは第２支持プレート１２３に上下方向軸１３１ｃ中心に揺動可能に連結され、移動ロッド１３１ｂは第１支持プレート１２１に前記軸１２２から偏心した位置において上下方向軸１３１ｄ中心に相対回転可能に連結され、前記軸１２２を通ることのない横方向に沿って伸縮可能とされている。これにより、各第１アクチュエータ１３１により第１支持プレート１２１それぞれを上下方向軸１２２中心に回転させるモーメントを付与することで、各載置面１２１ａ上の車輪１０３それぞれに上下方向軸回りの負荷を付与できる。この負荷の方向と大きさは各第１アクチュエータ１３１の駆動方向と駆動力とに応じて変更できる。
【００３２】
各第２アクチュエータ１３２のシリンダチューブ１３２ａは第３支持プレート１２５に上下方向軸１３２ｃ中心に揺動可能に連結され、移動ロッド１３２ｂは第２支持プレート１２３に上下方向軸１３２ｄ中心に揺動可能に連結され、台車１０５の左右方向（図４の左右方向）に沿って伸縮可能とされている。各第３アクチュエータ１３３のシリンダチューブ１３３ａは第４支持プレート１２７に上下方向軸１３３ｃ中心に揺動可能に連結され、移動ロッド１３３ｂは第３支持プレート１２５に上下方向軸１３３ｄ中心に揺動可能に連結され、台車１０５の前後方向（図４の上下方向）に沿って伸縮可能とされている。これにより、各第２アクチュエータ１３２により各第２支持プレート１２３を介して第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の左右方向に沿って移動させる横方向力を付与できる。各第３アクチュエータ１３３により各第２支持プレート１２３と各第３支持プレート１２５を介して第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の前後方向に沿って移動させる横方向力を付与できる。よって、各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３により各載置面１２１ａ上の車輪１０３それぞれを介して、両横方向力の合力に対応する横方向に沿う負荷をステアリング装置１０４に付与できる。この負荷の方向と大きさは各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３の駆動方向と駆動力とに応じて変更できる。
【００３３】
各第２負荷付与装置１４０は台車１０５の各サスペンション１０２を介してステアリング装置１０４に負荷を付与可能な第４アクチュエータ１４１を有する。各第４アクチュエータ１４１は上下方向に沿って伸縮可能な油圧式アクチュエータにより構成され、伸縮することで加振機能を奏することもできる。なお各アクチュエータは電動式でも良い。各第４アクチュエータ１４１は、シリンダチューブ１４１ａが固定側１５０に取り付けられ、伸縮ロッド１４１ｂがサスペンション１０２に接するものとされている。これにより、各第４アクチュエータ１４１により、上下方向に沿ってサスペンション１０２を介して左右車輪１０３それぞれを載置面１２１ａに押し付けることができる。その押し付けにより左右車輪１０３それぞれを介してステアリング装置１０４にサスペンション１０２を介して上下方向に沿う負荷が付与され、その負荷は第４アクチュエータ１４１の伸縮によって変化する。
【００３４】
なお、左右車輪１０３それぞれを介して付与される上下方向に沿う負荷を、サスペンション１０２側からではなく第１支持プレート１２１側から付与するようにしてもよい。例えば、図３において２点鎖線で示すように、左右支持装置１１０を上下方向に伸縮可能な左右アクチュエータ１４１′により支持し、各アクチュエータ１４１′により各第１支持プレート１２１を介して左右車輪１０３それぞれを押し上げ、その押し上げによる各サスペンション１０２の上方への変位を固定側１５０により受けられるようにする。
【００３５】
上記第４アクチュエータ１４１の伸縮により、左右車輪１０３を介してステアリング装置１０４に付与される上下方向に沿う負荷が変化する。これにより、横加速度によるロール運動に基づき変化する負荷が付与された状態をシミュレーションできる。
また、路面の粗さ変化やタイヤ構造の相違に基づく車輪と路面との間の摩擦係数の変化は、各車輪の分担荷重と摩擦係数との積である摩擦抵抗の変化に対応する。その摩擦抵抗の変化は車輪１０３を介してステアリング装置１０４に付与される上下方向に沿う負荷の変化に対応する。よって、各第４アクチュエータ１４１の伸縮により左右車輪１０３に付与される上下方向に沿う負荷を変化させることにより、その摩擦係数に応じた負荷が付与された状態をシミュレーションできる。
また、操舵時において、各第２アクチュエータ１３２による左右方向（図４の左右方向）力と各第３アクチュエータ１３３による前後方向（図４の上下方向）力の合力（トルク）を変更調整することにより、あるいは、第１アクチュエータ１３１による付与する上下方向軸まわりの負荷（トルク）を変更調整することにより、その摩擦係数に応じた負荷が付与された状態をシミュレーションできる。すなわち、車輪と路面との間の摩擦係数が小さい状態でシミュレートする場合は、その合力（トルク）を小さくし、その摩擦係数が大きな状態でシミュレートする場合は、その合力（トルク）を大きくする。この場合、各第４アクチュエータ１４１による上下方向の負荷を変更調整することを追加してシミュレーションすることもできる。さらに、上記固定装置１２９により各ホイール１０３ｂを載置面１２１ａに固定することで、ゴム製タイヤ１０３ａの弾性の影響を排除した状態で合力（トルク）を付与することもできるので、その摩擦係数の変化による操舵特性の変化をタイヤ１０３ａの弾性の影響を受けることなく知ることができる。なお、そのようにアクチュエータ１３１、１３２、１３３により付与されるトルクの変更調整に代えて、タイヤ１０３ａのトレッド溝の深さや載置面１２１ａの粗さを変更調整することで、その摩擦係数に応じた負荷が付与された状態をシミュレーションしてもよく、この場合、固定装置１２９によるホイール１０３ｂの載置面１２１ａへの固定はなされない。
また、実際の車両の操舵状態において車輪に作用するコーナリングフォースの変化は、第１支持プレート１２１上の左右車輪１０３それぞれに作用する横方向の負荷の変化に対応する。すなわち、図５は実際の車輪に作用する負荷を示すもので、車両の進行方向（矢印ａで示す）に対して車輪Ｔの回転面（２点鎖線ｂで示す）が滑り角θをなして操舵されている状態では、その車輪ＴにコーナリングフォースＦが横方向に沿って作用し、また、セルフアライニングトルクＭが上下方向軸回りに作用する。そして、左右車輪１０３に付与される横方向の負荷は、各第２アクチュエータ１３２により第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の左右方向に沿って移動させる横方向力と、各第３アクチュエータ１３３により第１支持プレート１２１それぞれを台車１０５の前後方向に沿って移動させる横方向力の合力に対応する。この合力の大きさと方向は、各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３の発生圧力を変化させることで任意に変更できる。よって、各第２、第３アクチュエータ１３２、１３３の伸縮により、変化するコーナリングフォースが付与された状態をシミュレーションできる。
また、実際の車両の操舵状態において車輪に作用するセルフアライニングトルクの変化は、第１支持プレート１２１上の左右車輪１０３それぞれに作用するキングピン軸まわりのモーメントの変化により対応する。すなわち、実際の車両の車輪に作用するセルフアライニングトルクはキングピン軸回りに作用する。そして、左右車輪１０３に付与される上下方向軸１２２まわりの負荷は、各第１アクチュエータ１３１により第１支持プレート１２１それぞれを上下方向軸１２２中心に回転させるモーメントに対応する。このモーメントの大きさと方向は、各第１アクチュエータ１３１の駆動力を変更することで任意に変更できる。よって、各第１アクチュエータ１３１の伸縮により、変化するセルフアライニングトルクが付与された状態をシミュレーションできる。
【００３６】
図１に示すように、上記第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１と操舵用アクチュエータ１６１とトルクセンサ１６２は、制御装置８に接続される。また、その制御装置８に、その第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１のストロークを検知するストロークセンサ１３１′、１３２′、１３３′、１４１′と、モニタ、外部記憶装置、プリンタ等のデータ出力装置１５４が接続されている。
【００３７】
その制御装置８は、ドライビングシミュレータ１を制御する第１制御部２１と、ステアリングシミュレータ１００を制御する第２制御部２２とを有する。その第１制御部２１と第２制御部２２は、それぞれコンピュータにより構成され、互いに信号を授受可能にインターフェイスを介して接続される。なお、その第１制御部２１と第２制御部２２を、両制御部２１、２２の機能を奏する１台のコンピュータから構成してもよい。
【００３８】
その第１制御部２１はドライビングシミュレーション用プログラムを記憶し、ドライビングシミュレータ側アクチュエータ３、５を上記入力部４、６、７の生成信号に応じてそのプログラムに従い制御する。すなわち、そのプログラムにより設定される車両重量、車輪と接地面との間の摩擦係数等の設定条件と、上記入力部４、６、７により生成された操舵角信号、操舵トルク信号、駆動信号、制動信号とに応じて、ドライビングシミュレータ側アクチュエータ３、５の制御パラメータを演算する。その制御パラメータとして、例えば車両の前後方向速度、前後方向加速度、横方向速度、横方向加速度、ヨーレート、セルフアライニングトルク、コーナリングフォース、走行距離、操舵方向等が求められるが、これらに限定されるものではない。その制御パラメータの算出は、実車走行試験におけるデータに基づき、公知の演算式を用いて行えばよい。
【００３９】
その第２制御部２２は、記憶したステアリングシミュレーション用プログラムに従いステアリングシミュレータ側アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１を制御し、これにより、ステアリング装置１０４に操舵反力に相関する負荷が付与された状態をシミュレーションする。
そのため、先ず第２制御部２２は、ドライビングシミュレータ１によりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷を、第１制御部２１から送られる信号に応じて求める。すなわち、その第１制御部２１から、上記ドライビングシミュレーション用プログラムにおける設定条件、入力部４、６、７からの入力信号値、および第１制御部２１により演算された制御パラメータに対応する信号が、第２制御部２２に送られる。その第１制御部２１から送られる信号は操舵反力に相関する負荷を求めるために用いられるもので、例えば車輪１０３に上下方向に沿い作用する車輪１０３の分担荷重やキングピン軸回りに作用するセルフアライニングトルクであり、車輪１０３の分担荷重はドライビングシミュレーション用プログラムにおける車両重量の設定条件から、セルフアライニングトルクは制御パラメータから求められる。
【００４０】
次に、第２制御部２２は、その操舵反力に相関する負荷に対応するストローク目標値を演算し、そのストローク目標値とストロークセンサによる第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１のストローク検出値との偏差をなくすように、第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１をフィードバック制御する。なお、ストロークセンサ１３１′、１３２′、１３３′、１４１′に代えて、操舵反力に相関する負荷に対応する第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１の駆動力を検知する駆動力センサを第２制御部２２に接続するようにしてもよい。そのような駆動力センサは、例えば第１支持プレート１２１と第２支持プレート１２３との間に配置されて、第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１により付与される駆動力を検出する公知の多軸センサにより構成できる。この場合、第２制御部２２は、操舵反力に相関する負荷に対応する駆動力目標値を演算し、その駆動力目標値と駆動力センサによる駆動力検出値との偏差をなくすように、第１〜第４アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１をフィードバック制御する。すなわち、ステアリングシミュレータ側アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１は、ドライビングシミュレータ１によりその伝達がシミュレーションされる操舵反力に相関する負荷をステアリング装置１０４に付与するように、第１制御部２１から送られる信号に応じて第２制御部２２によって制御される。
これにより、ステアリング装置１０４に操舵反力に相関する負荷、例えば、上記のような横加速度によるロール運動によって車輪に作用する負荷、路面の粗さ変化やタイヤ構造の相違に基づく車輪と路面との間の摩擦係数の変化をきたす負荷、コーナリングフォース、セルフアライニングトルク等が付与された状態がシミュレーションされる。すなわち、実際の車両走行時における操舵反力に相関する負荷に対応する負荷を、負荷付与機構１１１により台車１０５を介して付与することで、実際の車両においてステアリング装置１０４に負荷が付与された状態をシミュレーションできる。その負荷付与機構１１１により付与される負荷の大きさと方向が変更可能とされているので、走行条件の変更に応じたシミュレーションができる。
【００４１】
また、第２制御部２２は、ドライビングシミュレータ１の操作部４ａの回転角度と同一角度だけステアリングホイール１０７が回転するように、第１制御部２１から送られる舵角入力部４の角度センサ４ｂの生成信号に応じて、操舵用アクチュエータ１６１を制御する。これにより、ステアリング装置１０４は舵角入力部４の操作に対応して操舵される。
【００４２】
上記第１制御部２１が、入力部４、６、７の操作により生成される信号に応じてドライビングシミュレータ側アクチュエータ３、５を制御することで、操舵反力の伝達を含む車両挙動がシミュレーションされる。
すなわち、第１制御部２１は、上記制御パラメータに応じて制御信号を出力することで上記本体作動用アクチュエータ３を制御する。
また、第１制御部２１は、操作反力付加用アクチュエータ５を、第２制御部２２から送られるステアリングシミュレータ１００のトルクセンサ１６２により検出されるステアリング装置１０４の操舵反力の検出信号に応じて制御する。すなわち、ドライビングシミュレータ１の舵角入力部４の操作反力トルクが、ステアリングシミュレータ１００のステアリング装置１０４の操舵トルクに一致するように、操作反力付加用アクチュエータ５が駆動される。これにより、そのステアリング装置１０４の操舵反力に対応する操作反力を舵角入力部４に付与することで、ドライビングシミュレータ１において、ステアリング装置１０４を操舵した場合の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。
また、第１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を制御する。すなわち、シミュレートされる本体２の前後方向速度、前後方向加速度、横方向速度、横方向加速度、ヨーレート等が、その制御パラメータに対応するように本体作動用アクチュエータ３が駆動され、車速、走行距離、操舵方向等に応じて仮想風景が変化するように映像表示部９に画像信号が出力される。
【００４３】
上記ドライビングシミュレータ１およびステアリングシミュレータ１００によるシミュレーションに際して、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車両挙動を示す振動波形や、ステアリング装置１０４の特性を示す振動波形等がデータ出力装置１５４に出力され、ステアリング装置の機構や構造の解析や設計に利用される。
【００４４】
上記構成によれば、第１制御部２１によりドライビングシミュレータ側アクチュエータ３、５を制御することで、ドライビングシミュレータ１は操舵反力の伝達をシミュレーションし、その操舵反力に相関する負荷をステアリングシミュレータ１００のステアリング装置１０４に付与するように、ステアリングシミュレータ側アクチュエータ１３１、１３２、１３３、１４１は第１制御部２１から送られる信号に応じて第２制御部２２によって制御される。
すなわち、その操舵反力に相関する負荷は、例えば車輪１０３に上下方向に沿い作用する車輪１０３の分担荷重、車速、キングピン軸回りに作用するセルフアライニングトルク等であり、これは第１制御部２１に記憶されるドライビングシミュレーション用プログラムにより設定される車両走行条件、第１制御部２１に入力される入力部４、６、７の生成信号、および第１制御部２１によりドライビングシミュレータ側アクチュエータ３、５を制御するために演算される制御パラメータから求められる。すなわち、その操舵反力に相関する負荷を、そのドライビングシミュレーション用プログラムにより設定される車両走行条件、入力部４、６、７の生成信号、ドライビングシミュレータ側アクチュエータの制御パラメータに対応する第１制御部２１からの信号により求めることができる。しかも、その入力部４、６、７の生成信号とドライビングシミュレータ側アクチュエータの制御パラメータは、ドライビングシミュレータ１のオペレータの操作により変化することから、多様な走行状態での操舵反力に相関する負荷を、実車走行実験により膨大なデータを蓄積することなく得ることができる。
また、ステアリング装置１０４の操舵用アクチュエータ１６１は、その舵角入力部４の操作に対応してステアリング装置１０４を操舵するように、第１制御部２１から送られる舵角入力部４の生成信号に応じて第２制御部２２によって制御されるので、舵角入力部４を操作すると同時にステアリング装置１０４を操舵できる。そのステアリング装置１０４の操舵反力の検出信号に応じて操作反力付加用アクチュエータ５を制御することで、その操舵反力に対応する操作反力を舵角入力部４に付与できる。よって、ドライビングシミュレータ１は、ステアリングシミュレータ１００に装着されるステアリング装置１０４の操舵反力の伝達特性を、そのステアリング装置１０４に固有の属性を反映して忠実に再現できる。
さらに、そのステアリングシミュレータ１００におけるステアリング装置１０４の動きは、ドライビングシミュレータ１によってシミュレーションされる車両挙動に対応することから、車両挙動のシミュレーションと同時に、車輪１０３のアラインメント変化や、操舵力伝達系の構成要素の動きを可視化できる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１制御部と第２制御部を通信装置を介して接続したり、あるいは、第１制御部と第２制御部によりデータの読み書きができる共有メモリを設け、この共有メモリを介して両制御部を接続してもよい。ステアリングシミュレータとして、台車に実際にロール運動をさせたり、車輪を実際に回転させることができる公知のものを用いてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ステアリングシミュレータにより、実車走行データを要することなく多様な走行条件下でのシミュレーションができ、ドライビングシミュレータにより、特定のステアリング装置による操舵反力の伝達を正確にシミュレーションでき、そのステアリング装置や車輪の動きを可視化でき、ステアリング装置の開発、設計の効率向上に貢献できる汎用性の高い車両用シミュレーションシステムを提供できる。
【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とステアリングシミュレータの構成説明図
【図２】本発明の実施形態のドライビングシミュレータの斜視図
【図３】本発明の実施形態のステアリングシミュレータの正面図
【図４】本発明の実施形態のステアリングシミュレータの（１）は要部の平面図、（２）は固定装置の正面図、（３）は固定装置の側面図
【図５】車輪に作用する負荷の説明図
【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
６  駆動力入力部
７  制動力入力部
８  制御装置
２１  第１制御部
２２  第２制御部
１００  ステアリングシミュレータ
１０３  車輪
１０４  ステアリング装置
１０５  台車
１１１  負荷付与機構
１６１  操舵用アクチュエータ
１６２  トルクセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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