DE10057552A1 - Bewegungssystem für Fahrsimulatoren - Google Patents

Abstract

In der Hauptanmeldung 10009615.8 wurde eine Vorrichtung beschrieben, die bewirkt, daß beim simulierten Fahren der Eindruck sowohl von Quer- als auch von Längsbeschleunigungen entsteht. In der Zusatzanmeldung 10034715.0 wurde eine Vorrichtung beschrieben, die sowohl eine Dreh- als auch eine Verschiebebewegung ausführen kann. Darüber hinaus gibt es noch eine Reihe bekannter Bewegungssysteme, die aber alle aus einer einheitlichen Gesamtkonstruktion bestehen. In der hier vorliegenden zweiten Zusatzanmeldung wird nun ein modulares Bewegungssystem beschrieben, welches aus einem Vibrationsuntersatz, einem Rolluntersatz, einem Nickuntersatz und einem Gieruntersatz besteht. Die einzelnen Untersätze können dabei nach Belieben über einheitliche Verschraubungen miteinander kombiniert werden. Eine Besonderheit ist, daß der Roll- und der Nickuntersatz absolut gleich sind. Um ihre Funktionen voneinander zu trennen, werden sie lediglich um 90 Grad gegeneinander verdreht. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bewegungssystem für Fahrsimulatoren, welches dazu dient, die menschlichen Sinne bei simulierten Beschleunigungen und Winkel­ drehungen in Übereinstimmung mit dem visuellen Eindruck über das Sichtsystem des Fahrsimulators zu täuschen. Ein solches Bewegungssystem ist insbesondere aus der Hauptanmeldung 100 09 615.8 bekannt.

In der ersten Zusatzanmeldung Foerst: "Bewegungssystem für Fahrsimulatoren" 100 34 715.0 vom 17.07.2000 wird eine Vorrichtung beschrieben, die nicht nur eine Querbewegung sondern auch eine Winkeldrehung des Simulators um seine Längs­ achse erzeugt. Diese doppelte Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die Trägerplatte mittels eines besonderen Gestänges gegenüber der Bodenplatte so gelagert wird, daß sie sich um eine oben liegende virtuelle Längsachse dreht. Dadurch bewegt sich die Kabine des Simulators beim Kurvenfahren kurzfristig zur Kurveninnenseite, und gleichzeitig wird die Wankbewegung des Vorbildautos zur Kurvenaußenseite hin nachvollzogen.

Der Nachteil dieser Bewegungssysteme ist, daß sie wegen der auf den Zweck aus­ gerichteten jeweiligen Bauform uneinheitlich sind. Dies bedeutet verhältnismäßig hohe Kosten, schlechte Austauschbarkeit von Komponenten, umständlichen Service und lange Produktionszeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Fahrsimulator zu schaffen, der in seiner Basis-Einheit kompakt und preisgünstig ist, und der in vie­ len Optionen bezüglich der Sichtsysteme und der Bewegungssysteme durch modu­ lare, preisgünstige Technik erweiterbar ist. Die einzelnen Module sollen dabei mög­ lichst gleichartig sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprü­ che 2-7 beschreiben Ausgestaltungen der Erfindung.

Der Fahrstand mit dem Bewegungssystem kann der Simulation eines Pkws, eines Lkws, eines Busses, eines Transporters, eines Motorrades, eines Fahrrades, eines Gabelstaplers oder anderer Fahrzeuge dienen.

Das Konzept des modularen Fahrsimulators sieht vor, daß der Fahrstand als Basis­ einheit kein Sichtsystem und kein Bewegungssystem beinhaltet, sondern daß au­ ßerhalb des Fahrstandes eine beliebige Zahl von Bildschirmen in Form von Röh­ renmonitoren, Projektionsmonitoren, Flachbildschirmen oder Draufsichtprojektoren mit Leinwänden aufstellbar sind, und daß der Fahrstand auf Bewegungsuntersätze gestellt werden kann, die als getrennte Einheiten leicht miteinander zu verbinden sind. Die Erfindung sieht vor, daß von den sechs möglichen Freiheitsgraden Längs­ bewegung, Querbewegung, Vertikalbewegung, Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwin­ kel - alle wenn auch in eingeschränktem Bereich - zur Wirkung kommen.

Die Vertikalbewegung wird durch eine geschwindigkeitsabhängige und eine motor­ drehzahl-abhängige Vibration erzeugt. Beim Kurvenfahren wird die Wankbewegung des Autos durch eine Winkelneigung des Fahrstandes nach rechts und links nach­ gebildet, und kurzfristige Lateralbewegungen werden durch eine leichte Horizontal­ verschiebung simuliert. Dies wird in kombinierter Form durch eine spezielle Kon­ struktion zum Erzeugen einer obenliegenden virtuellen Drehachse erreicht. Erfindungsgemäß ist der Bewegungsuntersatz für die Rollbewegung gleichzeitig auch zur Simulation der Nickbewegung verwendbar. In diesem Falle wird er einfach um 90 Grad gedreht. Dadurch sind beide Bewegungsantriebe absolut gleich, was große Vorteile in Produktion, Nachrüstbarkeit, Servicefreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit mit sich bringt.

Es gibt die Optionen,

• 1. diesen Bewegungsuntersatz ganz wegzulassen,
• 2. ihn zur Simulation der Wankbewegung zu verwenden,
• 3. ihn zur Simulation der Nickbewegung zu verwenden oder,
• 4. ihn in doppelter Ausführung zur Simulation beider Bewegungen zu verwenden.

Falls auch die Gierdrehung beim Kurvenfahren simuliert werden soll, kann unter das Gesamtsystem noch ein Drehteller zum Aufbringen der Gierdrehung gesetzt wer­ den. Auch der Gier-Drehteller kann nach Belieben entfallen.

Aus Gründen der Einstiegshöhe, des Gewichtes, der Wirtschaftlichkeit, des Berüh­ rungsschutzes und der Beanspruchung der Zuführungskabel sollten die lateralen Bewegungen und die Winkelbereiche nicht zu groß sein.

Die Erfindung sei nun anhand der Figuren näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Fahrstand 1 bestehend aus Gehäuse, Sitz und Bedienungsele­ menten, jedoch ohne Sichtsystem. In einer preisgünstigen Variante wird ein Monitor auf die Deckfläche vor das Lenkrad gestellt. Bei aufwendigeren Varianten werden mehrere Monitoren außerhalb des Fahrstandes halbkreisförmig vor den Fahrstand und gegebenenfalls zusätzlich hinter den Fahrstand gestellt.

Fig. 2 zeigt den Fahrstand 1 mit einem Vibrationsuntersatz 2. Die Deckplatte des Vibrationsuntersatzes 2 ist mit der Bodenplatte des Fahrstandes 1 verschraubbar. Außerdem zeigt Fig. 2 eine Fußbodenplatte 7. Sie ist mit der Bodenplatte des Vi­ brationsuntersatzes verschraubbar. Die Fußbodenplatte 7 dient der Standsicherheit des Gerätes. Sie kann auch mit Transportrollen ausgestattet sein. Dank einer elek­ tromechanischen Einrichtung zur Erzeugung von Vibrationen und Stößen und einer federnden Lagerung zwischen Deckplatte und Bodenplatte sind vertikale Schwin­ gungen und Stöße auf den Fahrstand übertragbar.

Fig. 3 zeigt den Fahrstand 1 mit dem Vibrationsuntersatz 2 und einem zusätzlichen Rolluntersatz 3, der mit der Bodenplatte des Vibrationsuntersatzes 2 verschraubbar ist. Eine Fußbodenplatte ist hier nicht eingezeichnet. Die Länge des Rolluntersatzes ist gleich seiner Breite. Dank des Rolluntersatzes ist der Fahrstand nebst Vibrati­ onsuntersatz um eine oben liegende virtuelle Achse drehbar. Er bewirkt, daß der Fahrstand sich beim Befahren einer Rechtskurve nach rechts bewegt und nach links neigt, bei Linkskurven umgekehrt. Hierbei bewegt sich die Trägerplatte des Rollun­ tersatzes mit einer horizontalen Komponente in lateraler Richtung.

Fig. 4 zeigt den Fahrstand 1 mit einem Nickuntersatz 4. Der Nickuntersatz 4 ist genauso konstruiert wie der Rolluntersatz 3. Er ist gegenüber dem Rolluntersatz um die Vertikalachse um 90 Grad gedreht. Er bewirkt, daß sich der Fahrstand beim Bremsen nach hinten bewegt und vorne abgesenkt wird, beim Beschleunigen um­ gekehrt.

Fig. 5 zeigt den Fahrstand 1 mit dem Bewegungsuntersatz 2, dem Rolluntersatz 3 und dem Nickuntersatz 4. Die Bodenplatte des Rolluntersatzes 3 ist mit der Träger­ platte des Nickuntersatzes 4 verschraubbar. Mit dieser Anordnung wird unter Ver­ wendung zweier gleicher Bewegungsuntersätze bewirkt, daß der Fahrstand sowohl Rollbewegungen mit Querverschiebungen als auch Nickbewegungen mit Längsver­ schiebungen ausführen kann. Fig. 5 zeigt außerdem die Fußbodenplatte 7, die der Standsicherheit dient.

Fig. 6 zeigt wiederum den Fahrstand 1 mit dem Vibrationsuntersatz 2, dem Rollun­ tersatz 3, dem Nickuntersatz 4 und der Fußbodenplatte 7. Zusätzlich ist jedoch noch ein Trittbrett 6 eingezeichnet, welches dem bequemen Einstieg dient.

Fig. 7 zeigt den Fahrstand 1, den Vibrationsuntersatz 2, den Rolluntersatz 3, den Nickuntersatz 4 und das Trittbrett 5. Außerdem ist ein Gieruntersatz 5 eingezeich­ net, auf dessen Trägerplatte, die Bodenplatte des Nickuntersatzes 4 verschraubbar ist. Dieser Gieruntersatz sorgt für eine Drehung des Fahrstandes um die Vertikal­ achse. Dadurch sind Gierbewegungen, wie sie bei Lenkvorgängen entstehen, simu­ lierbar.

Fig. 8 zeigt wiederum die Gesamtanordnung aus Fig. 7. Jedoch ist zusätzlich noch das Trittbrett 6 eingezeichnet.

Durch die Verschraubbarkeit der einzelnen Untersätze als Module ist es möglich, den Fahrstand auch nur mit Gieruntersatz, oder mit Vibrations- und Gieruntersatz, oder mit Vibrations- und Nickuntersatz, oder mit Roll- und Gieruntersatz, usw. zu betreiben.

Die Kabelverbindungen für die Signalleitungen und die Spannungszuführungen werden in einfacher Weise direkt von außen den einzelnen Modulen zugeführt. Aus diesem Grunde sollte der Gierwinkel-Drehbereich des Gieruntersatzes nicht zu groß sein.

Fig. 9a zeigt den Vibrationsuntersatz 2 in Seitenansicht. Oben ist die Trägerplatte 8 und unten die Bodenplatte 9 eingezeichnet. Dazwischen sind zwei Schwingmetall- Puffer 15a und 15d eingezeichnet.

Fig. 9b zeigt den Schnitt in der Draufsicht. Die beiden Platten 8 und 9 sind über vier Schwingmetall-Puffer 15a-15d miteinander verschraubt. Die Schwingmetall- Puffer bewirken, daß die Trägerplatte 14 und damit der Fahrstand 1 weich gelagert ist und vibrieren kann. Damit der Vibrationsuntersatz nicht zu hoch ist, befindet sich die elektromechanische Anregung für die Vibration bevorzugt im Inneren des Fahr­ standes 1.

Fig. 10 besteht aus der Seitenansicht 10a bei geöffneter Schutzwand, dem Schnitt 10b in der Draufsicht und der Stirn-Ansicht 10c bei abgenommener Gummischür­ ze. Sie zeigt eine Ausgestaltung des Bewegungssystems, welches bereits in der ersten Zusatzanmeldung 100 34 715.0 (Fig. 1) in ihrem grundsätzlichen Aufbau beschrieben ist. Die hier beschriebene Ausgestaltung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Gummischürzen 35a und 35b beidseitig und soweit nach innen hin befestigt sind, daß im Zusammenwirken mit je zwei Schutzwänden an den Seiten Berührungssicherheit gewährleistet ist.

Fig. 10a zeigt unten die Bodenplatte 11 und oben die Trägerplatte 12. Die Lage­ rung der Trägerplatte 12 besteht aus einem Ständerrahmen 25 mit Gelenken 26a und 26b, der mit der Bodenplatte 11 fest verbunden ist, einem Rollrahmen 27 mit Gelenken 28a und 28b, der mit der Trägerplatte 12 fest verbunden ist, und zwei Pendelrahmen 29 und 30, die in den Gelenken 26a, 26b, 28a und 28b schwenk­ bar eingehängt sind. Dadurch, daß der Rollrahmen 27 den Ständerrahmen 25 um­ schließt, kommt es zu einer Wirkung der Rollbewegung wie bei einer oben liegen­ den Rollachse. Die Gelenke 26a, 26b, 28a und 28b werden als Kugellager ausge­ führt.

Fig. 10a zeigt weiterhin einen Elektro-Getriebemotor 16, der mit der Bodenplatte 11 fest verbunden ist, einen Hebelarm 31 auf der Welle des Motors, eine Pleuel­ stange 32 mit den beiden Gelenken 33 und 34 und eine Gummischürze 35a links und eine Gummischürze 35b rechts zur Gewährleistung der Berührungssicherheit.

In Fig. 10a sind die beiden Pendelarme 29a und 30a dargestellt. Sie bilden zu­ sammen mit den hinteren Pendelarmen 29c und 30c und den Querverstrebungen 29c und 30c die beiden bereits in der Hauptanmeldung beschriebenen Pendelrah­ men 29 und 30.

Die Grundrißzeichnung 10b zeigt insbesondere, daß der Elektro-Getriebemotor 16 die Deckplatte 12 über einen Antriebsstutzen 39 mittig antreibt.

In der Stirnansichtfigur 10c ist insbesondere die Querverstrebung 30c des Pendel­ rahmens zu erkennen. Fig. 10c zeigt weiterhin die beiden unteren seitlichen Schutzwände 37a und 38a, sowie die oberen Schutzwände 37b und 38b. Sie decken im gesamten Schwenkbereich die beiden Gummischürzen 35a und 35b vollständig ab. Außerdem zeigt die Fig. 10c den Antriebsstutzen 39.

Fig. 11 zeigt eine Ausgestaltung des Gieruntersatzes. Die Fig. 11 ist zusammen­ gesetzt aus der Draufsichtzeichnung 11a bei abgenommener Trägerplatte und der Querschnittszeichnung 11b.

Fig. 11a zeigt eine Bodenplatte 41, ein Zentral-Lager-Unterteil 43, vier Elektro- Getriebemotoren 45a-45d, vier Antriebesräder 46a-46d, vier Antriebswellen 47a-47d und vier Lager 48a-48d.

Fig. 11b zeigt darüberhinaus eine Trägerplatte 42, ein Zentral-Lager-Oberteil 44 und eine Schutzwand 49. Die Antriebsräder 46 treiben die Trägerplatte durch Rei­ bung an. Das abnehmbare Oberteil des Gieruntersatzes besteht nur aus der Trä­ gerplatte 42, dem Zentral-Lager-Oberteil 44 und der Schutzwand 49.

Es ist vorgesehen, daß alle Antriebsmotoren vom Fahrdynamik-Rechner des Fahr­ simulators ansteuerbar sind.

Claims (7)

1. Bewegungssystem für Fahrsimulatoren unter Verwendung einer Bewegungskon­ sole gemäß Patentanmeldung 100 09 615.8 und eines Fahrstandes mit einem Fahrersitz und Bedienungselementen eines Autos, sowie unter Verwendung an­ derer bekannter Komponenten von Bewegungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß in modularem Aufbau mehrere voneinander unab­ hängige Teile des Gesamtbewegungssystems, insbesondere für Vibration, Rol­ len, Nicken und Gieren als Untersätze unter dem Fahrstand derart zu montieren sind, daß jeweils die Bodenplatte eines Moduls mit der Deckplatte eines anderen Moduls verschraubbar oder auf andere Weise fest miteinander zu verbinden ist.

2. Bewegungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Module für die Rollbewegung und für die Nickbewegung gleich und mit quadratischem Grundriß ausgeführt sind und daß sie gemäß ihrer Funktion um 90 Grad gegen­ einander verdreht montierbar sind.

3. Bewegungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewe­ gungsmodule unter dem Fahrstand (1) ein Vibrationsuntersatz (2), ein Rollunter­ satz (3), ein Nickuntersatz (4), ein Gieruntersatz (5) und eine Fußbodenplatte (7) in beliebiger Kombination verwendbar sind, und daß die Befestigungsvorrichtung an allen Träger- und Bodenplatten gleich ist.

4. Bewegungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bewegungsuntersätzen für Rollen und Nicken sowohl an der Querseite als auch an der Längsseite eine Vorrichtung zum Anbringen eines Trittbrettes (6) ange­ bracht ist.

5. Vibrationsuntersatz (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenplatte (13) und eine Trägerplatte (14) vorgesehen sind, die über vier Schwingmetall-Puffer (15a -15d) miteinander verbunden sind.

6. Roll- und Nickuntersatz unter Verwendung einer Bodenplatte (11) und einer Trä­ gerplatte (12), eines Ständerrahmens (25) mit Gelenken (26a, 26b), der mit der Bodenplatte (11) verbunden ist, eines Rollrahmens (27) mit Gelenken (28a, 28b), der mit der Trägerplatte (12) fest verbunden ist und der den Ständerrah­ men (25) umschließt, und zweier Pendelrahmen (29 und 30) die in den Gelenken (26a, 26b, 28a und 28b) schwenkbar eingehängt sind, zwei 2 Gummischürzen 35a und 35b und eines Elektro-Getriebemotors (16) mit einem Hebelarm (31), ei­ nem Pleuel-Gelenk (33), einer Pleuelstange (32) und einem Antriebsgelenk (34), dadurch gekennzeichnet, daß zur Querverbindung der Pendelarme (29a und 29b sowie 30a und 30b) zwei Querverbindungsschienen (29c und 30c) vorgesehen sind, und daß zum Antrieb der Trägerplatte (12) über die Pleuelstange (32) ein Antriebsstutzen (39) vorgesehen ist und daß seitlich vier Schutzplatten (37a, 37b und 38a, 38b) vorgesehen sind, die die Gummischürzen von der Seite her abdecken und die ein Hineingreifen in das Gestänge des Bewegungsuntersatzes verhindern.

7. Gieruntersatz (5), dadurch gekennzeichnet, daß vier Reibradantriebe, bestehend aus je Elektromotor (45), Antriebsrad (46), Antriebswelle (47) und Lager (48) vor­ gesehen sind.