본 연구에서는 기동 순찰대 오토바이 가상훈련 시스템 구현의 개발 기술을 바탕으로 PC를 기반으로 한 모터사이클시뮬레이터를 개발하였다. 이 시뮬레이터는 초보의 운전교육을 비롯하여 운전자 인자연구, 그리고 고급 모델에서나 볼 수 있는 ABS와 같은 시스템 개발 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 개발하였다. 기동 순찰대에서 운영하고 있는 오토바이의 중량이 400Kg 이상으로 사전 연습이 없이는 업무 특성상 많은 위험을 내재하고 있어 이에 대한 최적의 시뮬레이터의 개발과 구성에 대한 연구 필요성에 따라 주의 분산, 상시 출동태세 유지에 따른 정신적 육체적 스트레스, 비상 출동 상황에서의 시간적 압박 등을 극복할 수 있는 가상훈련 시스템 구현하고 그 활용성에 대한 연구를 수행하였다. 모터사이클 시뮬레이터를 현실감 있게 직접 운전하고 있다는 느낌을 받도록 하기 위해서는 운전자와 시뮬레이터 사이에서 상호 신뢰성 있는 신호의 전달 및 조작 느낌이 중요하다. 이를 위해서 실차와 동일한 조작 느낌을 생성하기 위하여 실차의 각 서브시스템이 모터사이클 시뮬레이터에 그대로 적용될 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하여 시스템을 구축하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 운전자에게 현실감 있는 조작 느낌을 제공할 수 있는 피드백 큐 생성 방법을 개발하였다.
본 연구에서는 기동 순찰대 오토바이 가상훈련 시스템 구현의 개발 기술을 바탕으로 PC를 기반으로 한 모터사이클 시뮬레이터를 개발하였다. 이 시뮬레이터는 초보의 운전교육을 비롯하여 운전자 인자연구, 그리고 고급 모델에서나 볼 수 있는 ABS와 같은 시스템 개발 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 개발하였다. 기동 순찰대에서 운영하고 있는 오토바이의 중량이 400Kg 이상으로 사전 연습이 없이는 업무 특성상 많은 위험을 내재하고 있어 이에 대한 최적의 시뮬레이터의 개발과 구성에 대한 연구 필요성에 따라 주의 분산, 상시 출동태세 유지에 따른 정신적 육체적 스트레스, 비상 출동 상황에서의 시간적 압박 등을 극복할 수 있는 가상훈련 시스템 구현하고 그 활용성에 대한 연구를 수행하였다. 모터사이클 시뮬레이터를 현실감 있게 직접 운전하고 있다는 느낌을 받도록 하기 위해서는 운전자와 시뮬레이터 사이에서 상호 신뢰성 있는 신호의 전달 및 조작 느낌이 중요하다. 이를 위해서 실차와 동일한 조작 느낌을 생성하기 위하여 실차의 각 서브시스템이 모터사이클 시뮬레이터에 그대로 적용될 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하여 시스템을 구축하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 운전자에게 현실감 있는 조작 느낌을 제공할 수 있는 피드백 큐 생성 방법을 개발하였다.
In this study, we developed a PC - based motorcycle simulator based on the development technology of a virtual patrol motorcycle training system. This simulator has been developed to be applied to a variety of fields such as driving training for beginners, driver factor research, and system developm...
In this study, we developed a PC - based motorcycle simulator based on the development technology of a virtual patrol motorcycle training system. This simulator has been developed to be applied to a variety of fields such as driving training for beginners, driver factor research, and system development such as ABS, which can be seen in advanced models. The weight of the motorcycle operated by the patrol guards is more than 400Kg. There is a lot of risk due to the nature of work without prior practice. Therefore, we implemented a study on the untilization of physical stress and temporal pressure in emergency situations. In order to get a feeling that the motorcycle simulator is operating in real-life, it is important that the mutual reliable signal transmission and operation feel between the driver and the simulator. In order to achieve this, we developed a system that can apply the sub-systems of the actual vehicle to the motorcycle simulator in order to generate the same operation feeling as the actual vehicle. Based on these results, we have developed a method of generating a feedback queue.
In this study, we developed a PC - based motorcycle simulator based on the development technology of a virtual patrol motorcycle training system. This simulator has been developed to be applied to a variety of fields such as driving training for beginners, driver factor research, and system development such as ABS, which can be seen in advanced models. The weight of the motorcycle operated by the patrol guards is more than 400Kg. There is a lot of risk due to the nature of work without prior practice. Therefore, we implemented a study on the untilization of physical stress and temporal pressure in emergency situations. In order to get a feeling that the motorcycle simulator is operating in real-life, it is important that the mutual reliable signal transmission and operation feel between the driver and the simulator. In order to achieve this, we developed a system that can apply the sub-systems of the actual vehicle to the motorcycle simulator in order to generate the same operation feeling as the actual vehicle. Based on these results, we have developed a method of generating a feedback queue.
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문제 정의
기동 순찰대에서 운영하고 있는 오토바이의 중량이 400Kg 이상으로 사전 연습이 없이는 업무 특성상 많은 위험을 내재하고 있어 이에 대한 최적의 시뮬레이터의 개발과 구성에 대한 연구 필요성에 따라 주의 분산, 상시 출동태세 유지에 따른 정신적 육체적 스트레스, 비상 출동 상황에서의 시간적 압박 등을 극복할 수 있는 가상훈련 시스템 구현하고 그 활용성에 대한 연구를 수행하고자 한다[1-2].
이 시뮬레이터는 초보의 운전교육을 비롯하여 운전자 인자연구, 그리고 고급 모델에서나 볼 수 있는 ABS와 같은 시스템 개발 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 개발하였다. 기동 순찰대에서 운영하고 있는 오토바이의 중량이 400Kg 이상으로 사전 연습이 없이는 업무 특성상 많은 위험을 내재하고 있어 이에 대한 최적의 시뮬레이터의 개발과 구성에 대한 연구 필요성에 따라 주의 분산, 상시 출동태세 유지에 따른 정신적 육체적 스트레스, 비상 출동 상황에서의 시간적 압박 등을 극복할 수 있는 가상훈련 시스템 구현하고 그 활용성에 대한 연구를 수행하였다. 모터사이클 시뮬레이터를 현실감 있게 직접 운전하고 있다는 느낌을 받도록 하기 위해서는 운전자와 시뮬레이터 사이에서 상호 신뢰성 있는 신호의 전달 및 조작 느낌이 중요하다.
본 연구에서는 기동 순찰대 오토바이 가상훈련 시스템 구현의 개발 기술을 바탕으로 PC를 기반으로 한 모터사이클 시뮬레이터를 개발하였다. 이 시뮬레이터는 초보의 운전교육을 비롯하여 운전자 인자연구, 그리고 고급 모델에서나 볼 수 있는 ABS와 같은 시스템 개발 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 개발하였다.
본 연구에서는 기동 순찰대 오토바이 가상훈련 시스템 구현의 개발 기술을 바탕으로 PC를 기반으로 한 모터사이클 시뮬레이터를 개발하였다. 이 시뮬레이터는 초보의 운전교육을 비롯하여 운전자 인자연구, 그리고 고급 모델에서나 볼 수 있는 ABS와 같은 시스템 개발 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 개발하였다. 기동 순찰대에서 운영하고 있는 오토바이의 중량이 400Kg 이상으로 사전 연습이 없이는 업무 특성상 많은 위험을 내재하고 있어 이에 대한 최적의 시뮬레이터의 개발과 구성에 대한 연구 필요성에 따라 주의 분산, 상시 출동태세 유지에 따른 정신적 육체적 스트레스, 비상 출동 상황에서의 시간적 압박 등을 극복할 수 있는 가상훈련 시스템 구현하고 그 활용성에 대한 연구를 수행하였다.
제안 방법
가속레버의 조작량을 얻기 위해 실제 차량의 가속 장치에 장착된 포텐셔미터로 부터 페달의 조작량에 따른 전압을 아날로그 신호 형태로 인터페이스 보드에 전달하고 컴퓨터와 인터페이스 보드와 통신을 통해 값을 취득하는 방식으로 구성되었다.
관련한 운전조작 장치 구성은 조향장치, 클러치레버, 가속레버, 핸드 브레이크 레버, 풋브레이크 페달, 기어시프트 레버 등 실제 운전에 필요한 운전조작 장치 및 조향 장치의 반력 시스템 구현하였다. 브레이크 페달 및 레버, 가속레버는 실제 싸이카와 동일한 구조와 배치로 구성되었다.
클러치 레버 및 수동 기어 레버가 변속기 변환 장치에 서로 연결되어 있습니다. 기어를 밟았을 때 변속이 가능하도록 본사의 기구학적 설계 및 제작으로 이를 구현하고 기어 조작에 따라서 변속기 변환장치에 장착된 근접 센서의 조합에 의해 1단/N단/2단/3단/4단/5단 등의 기어를 판별한다. 변속기는 수동변속기 방식을 적용하여 기어를 N단에서 내리면 1단, N단에서 올리면 2-3-4-5으로 변환되는 싸이카 변속특성을 고려하여 변속위치에 따른 차량 특성이 모의 되도록 고려하였다.
디스플레이 모니터로 구성된 계기판은 오토바이의 속도, 엔진 회전수, 각종 상태정보를 표출하는 경고등, 방향지시등 실제 오토바이와과 동일한 작동이 일어나도록 구현하고, 계기판의 UI는 실제 계기판과 유사하게 그래픽 처리하여 이질감이 없도록 하였다.
당초의 계획과 다소 차이가 생긴점은 수평 시야가 넓은 것을 선호하며, 어설프게 운동을 주어 어지러우면 안된다는 요구가 강하였다. 따라서 운동 표현의 정밀성을 높이고, 수평 시야를 넓히는데 중점을 두기로 하였다. 특히 훈련용에서는 여러 대의 시뮬레이터를 하나의 제어 컴퓨터를 통하여 네트워크로 통제할 수 있는 성능이 매우 중요하게 부각되었다.
기어를 밟았을 때 변속이 가능하도록 본사의 기구학적 설계 및 제작으로 이를 구현하고 기어 조작에 따라서 변속기 변환장치에 장착된 근접 센서의 조합에 의해 1단/N단/2단/3단/4단/5단 등의 기어를 판별한다. 변속기는 수동변속기 방식을 적용하여 기어를 N단에서 내리면 1단, N단에서 올리면 2-3-4-5으로 변환되는 싸이카 변속특성을 고려하여 변속위치에 따른 차량 특성이 모의 되도록 고려하였다.
시뮬레이터 시스템은 실시간 상호작용 운전모의 기능을 제공하며 차량의 운행과정과 동특성이실차와 유사하도록 구축한다. 설계 및 제작과정에서 사용 및 관리의 안정성과 편리성 및 추후확장성을 고려하여 구축하고, 교관용 및 교육용 시스템은 독립 설치하도록 구성한다.
시뮬레이터 운전조작장치의 실현을 위해서는 운전석의 여러 장치들들은 아날로그 신호들을 디지털화하여 시뮬레이터 컴퓨터에 전달하고 전달된 신호들을 처리하여 시뮬레이터의 디스플레이 계기판에 전달, 이를 계기판에 그래픽으로 처리하고 계기판을 통하여 속도계, 엔진회전계, 방향지시등 표시등을 구현하였다.
실제 조작장치와 동일한 조작형태 및 느낌이 나도록 제안사는 기존의 자동차 부품에 창의적 기구물을 설계하고 이에 맞는 동작센서들을 장착 하여 훈련생이 실제차량을 운전하는 것과 같은 시뮬레이터 환경을 제공한다.
오토바이에 장착되어있는 방향지시 스위치, 시동키, 엔진시동 Cut off 스위치, 상향등 스위치등을 실제와 동일하게 동작되도록 각각의 스위치가 Interface IO Board와 디지털 입력으로 연결되어 이러한 스위치 동작에 따른 시뮬레이션 상의 작동이 실제와 같이 움직이도록 제작 하였다.
운전자의 위치와 무게 중심을 측정하기 위해 센서를 사용합니다. 운전자의 위치를 파악하기 위해 카메라로 적축 및 머리를 촬영하여 위치값과 기울기를 계산한다. 또한 탑승한 자세에서 무게중심의 위치를 파악하기 위해 안장에 무게를 측정할 수 있는 센서를 부착합니다.
시뮬레이터 운전조작장치의 실현을 위해서는 운전에 필요한 조작장치에 센서를 장착 이를 신호화 하여 시뮬레이터 컴퓨터에 전달하고 하여 시뮬레이터의 명령을 다시 전기적 신호로 바꾸어서 계기판에 전달하기 위한 인터페이스 장치가 필요하다. 이를 위해 제안사는 자체 개발한 인터페이스 보드를 이용하여 실제 차량과 같은 조작동작을 한다. 제안사가 자체 개발한 인터페이스 보드를 이용하여 실제 차량의 오토 기어 레버, 브레이크 페달, 차량 쓰로틀 장치 등의 동작을 디지털 신호로 또는 아날로그 신호로 변경하여 운전 시뮬레이터와 장치 간 감지 및 제어기능을 제공한다.
모터사이클 시뮬레이터를 현실감 있게 직접 운전하고 있다는 느낌을 받도록 하기 위해서는 운전자와 시뮬레이터 사이에서 상호 신뢰성 있는 신호의 전달 및 조작 느낌이 중요하다. 이를 위해서 실차와 동일한 조작 느낌을 생성하기 위하여 실차의 각 서브시스템이 모터사이클 시뮬레이 터에 그대로 적용될 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하여 시스템을 구축하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 운전자에게 현실감 있는 조작 느낌을 제공할 수 있는 피드백 큐 생성 방법을 개발하였다.
대상 데이터
하드웨어 구성은 싸이카 시뮬레이터들과 교관 통제 서버 그리고 네트워크 장치로 이루어져 있고. 시뮬레이터는 영상 장치, 모션 운동장치, 컴퓨터 시스템 등으로 구성되어 있다.
성능/효과
이를 위해 제안사는 자체 개발한 인터페이스 보드를 이용하여 실제 차량과 같은 조작동작을 한다. 제안사가 자체 개발한 인터페이스 보드를 이용하여 실제 차량의 오토 기어 레버, 브레이크 페달, 차량 쓰로틀 장치 등의 동작을 디지털 신호로 또는 아날로그 신호로 변경하여 운전 시뮬레이터와 장치 간 감지 및 제어기능을 제공한다.
후속연구
모터사이클 시뮬레이터에 비해 상대적으로 많은 개발이 진행되고 있는 차량 시뮬레이터의 예를 보면 차량 시스템 개발, 위험하고 제한적인 상황에서의 운전자와 차량의 상호작용 연구, 지능형 수송 시스템(ITS)의 개념연구 등 응용 분야에 따라 구성과 성능을 달리하며 활발히 연구가 진행되고 있다 [12-13]. 모터사이클 역시 차량과 더불어 운송수단으로 사용되고 있는 현실을 생각해 보면, 위에 열거한 대부분의 분야에서 시뮬레이터를 응용할 수 있을 것이라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
차량 동역학은 무엇인가?
차량 동역학은 차량 시뮬레이터에 탑승한 운전자가 운전 중 조작하는 조향 휠, 가감속 페달 등으로부터 입력을 받아 실시간으로 차량의 운동을 예측하고, 그 결과를 시각, 음향 시스템에 전달하여 필요한 시각 및 운동 큐를 생성케 하는 시뮬레이터의 중심요소 이다.
모터사이클 시뮬레이터의 장점은 무엇인가?
차량 시뮬레이터와 더불어 모터사이클 시뮬레이터는 안전하고, 제어된 환경 내에서 초보자의 운전교육을 효과적으로 실시할 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한 차량 시뮬레이터가 운전자 인자 연구를 비롯하여 다양하게 응용되고 있듯이 모터사이클 시뮬레이터 역시 그 활용에 따라 다양하게 응용되리라 본다[3-5].
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