ドットマトリクスＬＥＤを使ったｇ−ｇダイヤグラム表示器
秋月の加速度センサで作る
ｇ−ｇダイヤグラム表示装置 |
ドットマトリクスＬＥＤを使ったｇ−ｇダイヤグラム表示器
車は加速・減速時には、加速度（Ｇ）を生じますが、コーナリングでも横Ｇが生します。これらのＧはタイヤが支えているのですが、タイヤにかかるＧは縦・横合計して幾らという仕事しかできません。つまり、横Ｇ（コーナリング中）が掛かる時は縦Ｇ（加減速）は控えめに、でも無駄なく使うことが早く走れるということになります。そこで、自分の車と、自分の腕では、どのていどのＧが出せるのか調べられるｇ−ｇダイヤグラム表示装置を作ってみることにしました。このｇ−ｇダイヤグラムは、Ｆ１などのレース用車両をセッティングするときでも使われるそうで、車の特性や、ドライバーのクセなどを総合的に評価できるそうです。ちなみに、Ｆ１の車両でトップドライバーが乗ると、４Ｇくらいの加速度がかかるそうです。
最終更新日 ： ２０００．６．２６
この装置の、核となるのは、加速度センサです。幸いにも、秋月電子通商から売られている、Ｗｉｎｄｏｗｓ用２軸Ｇセンサモジュールキット（５５００円）を使えば、その軸の向きを前後左右（平面）にすることで、ｇ−ｇダイヤグラムを測定することができます。ただし、センサの仕様上、測定できる最大Ｇは±２Ｇですからハイパフォーマンスな車両の測定はできないかもしれません。また、Ｇが激しく掛かる車にＨＤＤ搭載パソコンを乗せる気にはなれませんので、ＨＤＤが必要無いモバイルギアを使い、ソフトを自作して表示させることにしました。でも、比較的、簡単に作れるのがウリです。
マイコン２軸Ｇセンサ・モジュール・キット
シリアル・インターフェースを持つ、大変小型なＧセンサモジュールです。これをパソコンに繋ぐだけで、加速度が測定できます。キットにはＷｉｎｄｏｗｓで動くソフトも付属しているのですが、テスト用の表示プログラムで使いにくいのと、今回必要なグラフを描かせることもできません。ですから、プログラムを自作するひつようがあります。また、電源もシリアル・インターフェースから取ることができるのですが、モバギのシリアルは供給できる電圧が低く、安定して動作しません。仕方がないので、電源には９Ｖ積層乾電池を別に用意しました。
Ｇセンサは、なるべく車の中心に設置します。中心に設置することで、全方向に対して均等な加速度が測定できます。例えば、車の前の方にＧセンサを付けると、旋回（横Ｇ）には大きく反応しますが、加減速では変化ありません。ＭＲ２の場合は、センタートンネルの後方（小物入れの前あたり）に、しっかり固定すればＯＫです。本来はフレームにネジ止めで固定するのが正確ですが、センサ自体が小型軽量なので、しっかり張り付けておけば大丈夫でしょう。でも、分厚いクッション材が付いている両面テープなんかは不向きです。
モバイルギア for ドコモ
昔、格安(14800円)で購入したＮＥＣのモバイルギアです。ドコモ用に携帯用通信インターフェースを備えたドコモ特別仕立てで、独自の青色をしていることから、通称、青モバと呼ばれます。ＤＯＳが走るので、色々使えるのではないかと思って買っておいたものです。ＤＯＳといっても、ＩＢＭ−ＰＣに似ているのですが、グラフィック周りなどは特殊構造になっているので、グラフィックを扱うプログラムはライブラリを自分で作らねばならず、ちょっと手間がかかります。
プログラムの構造は簡単です。Ｇセンサモジュールから、加速度データをシリアルインターフェースで受信し、それをグラフ上にプロットしてゆくだけです。グラフは±２Ｇを±１００ラインで表現するので、分解能は２００×２００ですが、これで十分なようです。ただ、プロット（点を打つ）だけでなく、点同士をラインで繋がないとわかりにくいグラフになってしまいます。しかし、ラインは、グラフィックライブラリが使えないので、自分で線を引っ張るプログラムを作らねばなりません、ここが少々面倒でした。幸いにも、昔、仕事で作ったライン用プログラムが有ったので、これを手直しして使いました。シリアル受信も、昔作ったシリアル用プログラムを流用しています。
問題といえば、モバギ本体を固定する方法です。蓋を閉じると、電源が切れてしまうので、蓋を開けたまま助手席とセンタートンネルの間に差し込んで使いました。ジムカーナなど、Ｇが激しく変化する運転をする場合、ちゃんと固定しないと、どっかに飛んでいってしまいます(^^;) また、モバギを車に乗せたままにしておくのは気が引けるので、将来的には専用表示器を製作したいと思っています。
ホントは、このプログラムを使って、ジムカーナ場でサンプリングしたデータを掲載したかったのですが、手違いで画面を壊して撮影できなくなりました。残念ながら、一般道では、タイヤの限界を超えた運転はできないので、おもしろそうなデータは表示できません。今度、ジムカーナをしてきた時にでも撮影しようと思います。ちなみに、私の車でｇ−ｇダイヤグラムを取ると、横に寝かしたヒョウタン状の図形になります。横Ｇは１．３Ｇ、縦Ｇは１Ｇほどですが、前進真っ直ぐの状態のＧは０．３Ｇほどしかありません。つまり、エンジンパワーが無いので、加速のＧは少な目ですが、ドリフトなど急ハンドルを多用したので、横Ｇは大きめになった感じです。また、１Ｇ程度というのは、タイヤの限界なのだと思います。タイヤの限界を超えて、ドリフトするような状態での走行ですから、最大Ｇ＝タイヤの限界性能と読みとることができそうです。
 アルミ板を曲げただけのケース |
 PIC版の基板全景 |
これは、３２ｘ１６ドット・２色のＬＥＤディスプレイを使ったタイプです。モバイルギアを使ったタイプとは違い、ずっと車に固定しておき使うことができます。３２ｘ１６ドットとＬＥＤとしては高解像度な部類に入ると思いますが、それでもパソコンなどと比べると著しく見劣りしてしまいます。しかし、２色ＬＥＤであることを生かして見やすい表示画面を心がけたつもりです。
ハードウエアの構成は、モバギと同様に秋月のＧセンサに加え、秋葉原の鈴商で売っている32x16
2色LEDディスプレイをPIC16F873でコントロールしています。将来的にディスプレイには速度やエンジン回転数なども表示する予定なので、画面の左半分しか使いません。もっとも、縦横同じドット数にするので最大でも１６×１６ですし、中心軸を真ん中に表示する為には１５ｘ１５ドットを選ぶしかありません。１軸あたり１５ドットということは、中心を除けば１方向で７ドットしか表現できません。この中に１．５Ｇほどの表示がされるので、詳細な加速度は計ることはできません。まあ、ｇ−ｇダイヤグラムは、その形と大きさに意味があるので、こんなもんで良いでしょう・・・ そして、もう１つの問題は、制御にＰＩＣを使っていると言うことです。Ｇを詳細に扱うなら、小数点計算は必須で、乗数や平方根の計算も必要です。しかし、これをＰＩＣでやるのは根性がいりますし、入出力のパフォーマンスから考えて、車速や回転数まで扱うのは困難そうです。将来的にはＰＩＣをあきらめ、Ｈ８に変更しようと考えています。
6/25のズムカーナの走行時の表示例
2000.6.25 ジムカーナ体験会での使用例
上の写真は、ジムカーナをしたときのｇ−ｇダイヤグラムです。右横の数値は最大Ｇを数値化したもので、この場合１．２９Ｇを意味します。左のグラフは最大で１．５Ｇくらいまで表示できます。これから見ると、横方向のＧは大きいものの、縦方向のＧは少な目です。特に後方（ブレーキ）のＧは少なく見えます。これは、車がＮＡなので前方向のＧが少な目なのと、そのわりにはハイパフォーマンスなタイヤを履いているので、横Ｇは強いということでしょう・・・ 後ろのＧが少ないのは、あまりブレーキを有効に使っていないということかもしれません。この日のタイヤは新品で、慣らしも終わっていないせいか、すぐロックしてしまって、あまりブレーキが踏めなかったのも原因かもしれません。
