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ドライビングシミュレータ コモンズ

国内特許コード P05P002655
整理番号 Y2003-P542
掲載日 2006年1月13日
出願番号 特願2004-131866
公開番号 特開2005-316004
登録番号 特許第4262133号
出願日 平成16年4月27日(2004.4.27)
公開日 平成17年11月10日(2005.11.10)
登録日 平成21年2月20日(2009.2.20)
発明者
  • 川村 彰
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 ドライビングシミュレータ コモンズ
発明の概要 【課題】 実路において測定された路面データを取り込み、その路面を模擬自由走行させる。
【解決手段】
ホストコンピュータ10は(以下同じ)、路面の摩擦係数と位置座標に対応した路面高さとを含む実測路面データを記憶部11から入力する。また、入力された実測路面データをシミュレータ地図上にマッピングして、道路プロファイルデータを作成する。さらに、記憶部11に記憶された摩擦係数及び車の位置等に応じた路面高さと、操作部15からの運転情報と、走行速度とを入力する。入力された各情報と道路プロファイルデータとに基づき車の運動計算を行い、加速度、角速度と、位置座標、オイラー角とを求める。加速度及び角速度を動揺発生装置13に出力して、コックピット16のモーションを発生させる。また、位置座標とオイラー角とを映像発生装置12に出力して、記憶部11に記憶された該当する実映像データをスクリーン14に表示させる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


従来のドライビングシミュレータ(以下、DS)の主たる使用目的は、安全運転教育、車両設計、道路の線形設計、道路(交通)標識の視認性、道路景観、ITS運転システム設計、人体の生理機能評価などであり、大部分が視覚情報に基づく利用を基本としている。また、近年はアミューズメントとしてドライビングシミュレータが利用されてきている。従来のDSは、擬似的な仮想空間の質感や迫力の追求に主眼点がおかれ、道路線形は存在するものの、実在する走行路面を正確に再現したものは見当たらない。



一方、DSに実映像データを表示させることが開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、例えば、予め撮影された実映像を発生する実映像発生装置と3次元CG像発生装置とを択一的に選択して、映像表示を行うことが記載されている。
また、路面の凹凸の分類手法として、パワースペクトル密度(PSD)が用いられることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【特許文献1】
特開平9-311619号公報
【非特許文献1】
「自動車技術ハンドブック、第1分冊、基礎・理論編」、自動車技術会、1990年12月発行、p.265、268-269

産業上の利用分野


本発明は、ドライビングシミュレータに係り、特に、実路において測定された路面データ及び映像データを利用するドライビングシミュレータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された、位置座標に対応する実路の摩擦係数及び位置座標に対応する路面高さを含む複数の実測路面データと、実路において予め撮影された位置座標に対応する実映像データとが記憶される記憶部と、
入力されるx、y、z方向及びロール、ピッチ、ヨー方向の6自由度のデータに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨー方向の回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに発生させる動揺発生装置と、
運転者による操作に応じた運転情報を出力する操作部と、
各部及び各装置を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記実測路面データは、そのパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路の実測路面データであり、
【数1】


ここで、P(n):路面凹凸のパワースペクトル密度[mm/m]
a:路面の平滑度を表す定数
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
β:測定結果及びP(n)の低周波領域に関する定数
前記コンピュータは、パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データを用いて、
位置座標に対応した実路の摩擦係数と、位置座標に対応した路面高さとを含む実測路面データを前記記憶部から入力し、
入力された実測路面データをシミュレータ地図上にマッピングして、道路プロファイルデータを作成し、
車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた実路の摩擦係数及び車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた路面高さと、前記操作部からの運転情報と、予め初期設定された又は車の位置若しくは加速度に基づき計算された走行速度とを入力し、
入力された各情報と作成された道路プロファイルデータとに基づき、車の運動方程式に従い車の運動計算を行い、x、y、z方向の各加速度及びロール、ピッチ、ヨー方向の各角速度と、x、y、z方向の各位置座標及びロール、ピッチ、ヨーの各オイラー角とを求め、
求められた加速度及び角速度を前記動揺発生装置に出力して、前記コックピットのモーションを発生させ、
求められた位置座標とオイラー角とを前記映像発生装置に出力して、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての実映像データを用いて、該位置座標に対応する前記記憶部に記憶された実映像データをオイラー角に応じて前記表示部に表示させる前記ドライビングシミュレータ。

【請求項2】
運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された、位置座標に対応する実路の摩擦係数及び位置座標に対応する路面高さを含む複数の実測路面データと、該実路において予め撮影された位置座標に対応する実映像データとが記憶される記憶部と、
入力されるx、y、z方向及びロール、ピッチ、ヨー方向の6自由度のデータに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨー方向の回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに発生させる動揺発生装置と、
運転者による操作に応じた運転情報を出力する操作部と、
各部及び各装置を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記実測路面データは、そのパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路の実測路面データであり、
【数2】


ここで、P(n):路面凹凸のパワースペクトル密度[mm/m]
、C:路面の平滑度を表す定数[cycle/m]
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
f:強調される空間周波数[cycle/m]
β:測定結果及びP(n)の低周波領域に関する定数
前記コンピュータは、パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データを用いて、
位置座標に対応した実路の摩擦係数と、位置座標に対応した路面高さとを含む該実測路面データを前記記憶部から入力し、
入力された実測路面データをシミュレータ地図上にマッピングして、道路プロファイルデータを作成し、
車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた実路の摩擦係数及び車の位置若しくは各タイヤの位置に応じた路面高さと、前記操作部からの運転情報と、予め初期設定された又は車の位置若しくは加速度に基づき計算された走行速度とを入力し、
入力された各情報と作成された道路プロファイルデータとに基づき、車の運動方程式に従い車の運動計算を行い、x、y、z方向の各加速度及びロール、ピッチ、ヨー方向の各角速度と、x、y、z方向の各位置座標及びロール、ピッチ、ヨーの各オイラー角とを求め、
求められた加速度及び角速度を前記動揺発生装置に出力して、前記コックピットのモーションを発生させ、
求められた位置座標とオイラー角とを前記映像発生装置に出力して、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての実映像データを用いて、該位置座標に対応する前記記憶部に記憶された該実映像データを該オイラー角に応じて前記表示部に表示させる前記ドライビングシミュレータ。

【請求項3】
前記運動計算により求められた前記位置座標は、車固定座標であって、
前記コンピュータは、
求められた車固定座標を道路プロファイル上の座標に変換し、
作成された道路プロファイルデータを参照し、摩擦係数及び変換された座標に対応する路面高さを取得し、
取得された摩擦係数及び路面高さに基づいて、車の運動計算を繰り返すこと
をさらに含む請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。

【請求項4】
前記コンピュータは、次式に従い、車固定座標R(X、Y)を道路プロファイルデータ上の座標r’(x’、y’)に変換する請求項に記載のドライビングシミュレータ。
【数3】


ここで、O(Xo、Yo):道路プロファイルデータの原点座標、Θ:車の向き

【請求項5】
前記コンピュータは、
求められた加速度と角速度をローパスフィルタによりフィルタリングし、フィルタリングされた加速度と角速度を前記動揺発生装置に出力する請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。

【請求項6】
前記映像発生装置は、
求められた位置座標とオイラー角を前記コンピュータから入力し、入力された位置座標に対応する前記記憶部に記憶された実映像データを、入力されたオイラー角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして、前記表示部に表示する請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。

【請求項7】
前記コンピュータは、
求められた位置座標とオイラー角、及び/又は、求められた加速度と角速度を、タイムコードに対応させて前記記憶部に記憶し、
前記表示部に表示される映像データを、タイムコードを付加して前記記憶部に記憶すること
をさらに含む請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。

【請求項8】
前記コンピュータは、車の運動方程式として次式で表される車体モデルに従い車の運動計算を行う請求項1又は2に記載のドライビングシミュレータ。
【数4】


ここで、m:車両質量、ms:ばね上質量、I、I:ばね上質量のx軸、y軸まわりの慣性モーメント、I:車両のz軸まわりの慣性モーメント、IXZ:慣性乗積、u、v、w:ばね上の前後、左右、上下方向の速度成分、h、h:前軸、後軸のロールセンタ高さ、φ、θ、ψ:車両のロール、ピッチ、ヨー角、p、q、r:車両のロール、ピッチ、ヨー角速度、Fxi、Fyi、Fzi:タイヤに作用する前後、左右、上下力、Mzi:タイヤに作用するz軸まわりのモーメント、hCG:ばね上重心高、h:ばね上重心からロールセン軸に降ろした垂線の長さ(ロールアーム)、hRC:ばね上重心でのロール軸高さ、l、l:前軸、後軸と重心間距離、b、b:前軸、後軸トレッド、g:重力加速度

【請求項9】
運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された所定時間毎のx、y、z方向の各加速度とロール、ピッチ、ヨーの各回転角とを有する所定時間毎の6自由度データと、6自由度データの測定の開始タイムコードとを含み、該実路のパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路を走行した際の実走行運動データ、及び、実路において予め撮影されたタイムコードを含む実映像データ、及び、該実路において予め測定された位置座標に対応する路面高さを含み、該実走行運動データに対応する実測路面データとが記憶された記憶部と、
【数5】


ここで、P(n):路面凹凸のパワースペクトル密度[mm/m]
a:路面の平滑度を表す定数
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
β:測定結果及びP(n)の低周波領域に関する定数
入力される6自由度データに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨーの回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに再現する動揺発生装置と、
全体を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記コンピュータは、実測路面データのパワースペクトルが予め定められた閾値以上の場合、対応する実走行運動データを用いて、
前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての、前記記憶部に記憶された実映像データを再生してタイムコードを順次取得し、
取得されたタイムコードが、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データに対応する、前記実路についての前記実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎のロール、ピッチ、ヨーの各回転角を読み出し、読み出された各回転角を前記映像発生装置に出力して、前記記憶部に記憶された前記実路についての実映像データを各回転角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして前記表示部に表示させ、
取得されたタイムコードが、前記実路についての実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎の6自由度データをそれぞれ読み出して、読み出された6自由度データを前記動揺発生装置に出力する
6自由度モーションと実映像を同期して再現させるための前記ドライビングシミュレータ。

【請求項10】
運転者が乗車するためのコックピットと、
予め撮影された実映像を表示させるための映像発生装置と、
前記映像発生装置からの実映像を表示する表示部と、
実路において予め測定された所定時間毎のx、y、z方向の各加速度とロール、ピッチ、ヨーの各回転角とを有する所定時間毎の6自由度データと、6自由度データの測定の開始タイムコードとを含み、該実路のパワースペクトル密度が次式で表現される損傷路面又は悪路を走行した際の実走行運動データ、及び、該実路において予め撮影されたタイムコードを含む実映像データ、及び、該実路において予め測定された位置座標に対応する路面高さを含み、該実走行運動データに対応する実測路面データとが記憶された記憶部と、
【数6】


ここで、P(n):路面凹凸のパワースペクトル密度[mm/m]
、C:路面の平滑度を表す定数[cycle/m]
n:路面の空間周波数又は波数[cycle/m]
ω:対象周波数の分散度を表す定数
f:強調される空間周波数[cycle/m]
β:測定結果及びP(n)の低周波領域に関する定数
入力される6自由度データに従い、x、y、z方向の並進運動及びロール、ピッチ、ヨーの回転運動を含む6自由度モーションを前記コックピットに再現する動揺発生装置と、
全体を管理するコンピュータと
を備えたドライビングシミュレータであって、
前記コンピュータは、実測路面データのパワースペクトルが予め定められた閾値以上の場合、対応する実走行運動データを用いて、
前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データの前記実路についての、前記記憶部に記憶された実映像データを再生してタイムコードを順次取得し、
取得されたタイムコードが、前記パワースペクトルが予め定められた閾値以上の実測路面データに対応する、前記実路についての前記実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎のロール、ピッチ、ヨーの各回転角を読み出し、読み出された各回転角を前記映像発生装置に出力して、前記記憶部に記憶された前記実路についての実映像データを各回転角に応じて回転させ、及び/又は、上下左右にずらして前記表示部に表示させ、
取得されたタイムコードが、前記実路についての実走行運動データに含まれる開始タイムコードと一致した場合に、前記記憶部に記憶された所定時間毎の6自由度データをそれぞれ読み出して、読み出された6自由度データを前記動揺発生装置に出力する
6自由度モーションと実映像を同期して再現させるための前記ドライビングシミュレータ。

【請求項11】
前記コンピュータは、
読み出された6自由度データを、ローパスフィルタによりフィルタリングし、フィルタリングされた6自由度データを前記動揺発生装置に出力することを含む請求項9又は10に記載のドライビングシミュレータ。
国際特許分類(IPC)
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