GT7DashBoardのデータで車両解析する

グランツーリスモ７で遊んでいると、車両によって色々な特徴があることを感じますが、自分の感覚が定量的に合っているのか気になります。そこでGT7DashLBoardの取得データを解析して車両評価に挑戦してみます。

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車両評価で注目する要素

自動車の走行性能の指標として、加速、最高速、制動、旋回、燃費を挙げることが出来ます。

加速性能の評価方法

一口に加速と言っても低速域から中速域への到達が速い車、中速域からの伸びが優れた車があるかもしれませんが、とりあえず速度域によらず最大加速度を指標の一つとします。
ただ、最大の加速性能だけだと本来の車両のポテンシャルを誤認してしまうかもしれないので、平均加速度を定義します。

平均加速度という概念

加速度は最高速度に近づくと小さくなります。そこで最高速度の90%に到達するまでの加速性能で平均加速度を定義します。平均加速度は「フルスロットルかつ最高速度の90%未満」の条件で走行データを抜き取り、加速度の平均値を求めた値となります。この平均加速度も指標の一つとします。

制動（ブレーキ）性能の評価方法

制動性能は最大加速度とは逆に加速度が最も小さい値をそのまま性能指標とします。

旋回性能の評価方法

旋回運動はヨー角速度で表現します。これは平たく言うと車両の進行方向が変化する速度です。このヨー角速度と車両速度から側面加速度（＝横G）を推測可能です。横方向の加速度を正確に測定するには実車両で走行中にGセンサーを用いて測定する必要がありますが、今回はデータから推測し、旋回性能の指標とします。計算方法は少しややこしいので後述します。

燃料消費量

最後は運動性能ではありませんがレースでは重要となる燃費です。走行性能に関してはフリー走行のデータをベースに解析するのがベターですが、燃料消費量だけは実際のレースのデータを取得する必要があります。

YawRateから横Gを導出してみましたが、やはり本来の値とは異なるので、位置情報から導出してみます。

車両の旋回角速度を位置情報から求める

下の概略図と計算式のようにデータからXY平面上の旋回角速度を求めるには、「現在の位置」、「一つ前の時刻の位置」、「二つ前の時刻の位置」が必要です。
arctanの計算が必要ですが、コンピュータによる計算を行えば一瞬で計算可能です。

C#で計算してグラフ化してみる

下記のようなメソッドで計算してみた。GT7dashboradではY座標が高低差を表すので、水平方向の加速度はX-Z位置座標を使って計算します。

public void GenRotationGravity()
{
    GenPositionDelta();
    DataRotationGravity = new List<double>();
    DataRotationGravity.Add(0);

    if(DataPositiondX.Count == DataTime.Count && DataPositiondZ.Count == DataTime.Count)
    {
        for (int i = 1; i < DataTime.Count; i++)
        {
            if (DataPositiondX[i] != 0 && DataPositiondZ[i] != 0 && DataPositiondX[i - 1] != 0 && DataPositiondZ[i - 1] != 0)
            {
                double dt = DataTime[i] - DataTime[i - 1];
                double radSpeed = 1 / dt *
                    (Math.Atan(DataPositiondZ[i] / DataPositiondX[i]) - Math.Atan(DataPositiondZ[i - 1] / DataPositiondX[i - 1]));
                DataRotationGravity.Add(DataSpeed[i] * radSpeed / 3.6 / 9.8);
            }
            else
            {
                DataRotationGravity.Add(0);
            }
        }
    }
}

この結果をグラフに描画してみたが、所々でおかしな特異点があるようです。これはarctanの計算仕様によるもので、原因と対処法を考えてみます。

特異点の原因

C#のMath.Atanの説明を見ると出力範囲が-π～πとなっています。そのため、座標が変化して-πより小さい値となると値がπ付近の値に飛ぶことが予想できます。

特異点の対処法

• 今回と前回の角度の差が-π/2を下回った場合、計算値にπを加算する補正を行います。
• 今回と前回の角度の差がπ/2を上回った場合、計算値からπを減算する補正を行います。

実際に下記のようにメソッドのコードを書き換えました。

public void GenRotationGravity()
{
    GenPositionDelta();
    DataRotationGravity = new List<double>();
    DataRotationGravity.Add(0);

    if(DataPositiondX.Count == DataTime.Count && DataPositiondZ.Count == DataTime.Count)
    {
        List<double> radspeedList = new List<double>();
        for (int i = 1; i < DataTime.Count; i++)
        {
            if (DataPositiondX[i] != 0 && DataPositiondZ[i] != 0 && DataPositiondX[i - 1] != 0 && DataPositiondZ[i - 1] != 0)
            {
                double dt = DataTime[i] - DataTime[i - 1];
                double rad = Math.Atan(DataPositiondZ[i] / DataPositiondX[i]) - Math.Atan(DataPositiondZ[i - 1] / DataPositiondX[i - 1]);
                if(rad > Math.PI / 2)
                {
                    rad -= Math.PI;
                }
                else if(rad < -Math.PI / 2)
                {
                    rad += Math.PI;
                }
                double radSpeed = rad / dt;
                DataRotationGravity.Add(DataSpeed[i] * radSpeed / 3.6 / 9.8);
                radspeedList.Add(radSpeed);
            }
            else
            {
                DataRotationGravity.Add(0);
            }
        }
    }
}

補正した結果

物理的に忠実に求めた結果で良さそうな値が出るようになりました。一か所４Gを超えている部分があるので気になります。