DE102018119366B4

DE102018119366B4 - Method and device for controlling a dynamic driving simulator

Info

Publication number: DE102018119366B4
Application number: DE102018119366.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ronellenfitsch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: DE102018119366A1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators, bei dem- eine Fahrzeugbeschleunigung (aF) mittels eines Bandpassfiltermittels (4) gefiltert wird, so dass eine gefilterte Fahrzeugbeschleunigung (af) erhalten wird,- die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung (af) einem Kompensationsmittel (6) zugeführt wird, wobei mit dem Kompensationsmittel (6) aus der gefilterten Fahrzeugbeschleunigung (af) eine Kompensationsbeschleunigung (ak) berechnet wird, die False Cues minimiert,- die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung (af) mit einem Hochpassfiltermittel (7) gefiltert wird und ein Sollwert (aSoll) der Beschleunigung erzeugt wird,- der Sollwert (aSoll) der Beschleunigung einem Regelkreis (2) mit einem Regler (8), der einen I-Anteil aufweist, zugeführt wird, wobei der Regler (8) ein Signal erzeugt, das mit der Kompensationsbeschleunigung (ak) als Störgröße überlagert wird, so dass eine resultierende Beschleunigung (a(t)) als Ausgangssignal für eine Ansteuerung einer Fahrzeugplattform des Fahrsimulators ausgegeben wird, wobei das Ausgangssignal abgegriffen und erneut dem Regler (8) zugeführt wird und eine Soll-Ist-Abweichung der resultierenden Beschleunigung a(t) mittels des Reglers (8) so ausgeregelt wird, dass gilt::limt→∞α(t)=limt→∞∫α(t)dt=0.Method for controlling a dynamic driving simulator in which - a vehicle acceleration (aF) is filtered by means of a bandpass filter means (4) so that a filtered vehicle acceleration (af) is obtained, - the filtered vehicle acceleration (af) is fed to a compensation means (6), with the compensation means (6) from the filtered vehicle acceleration (af) a compensation acceleration (ak) is calculated which minimizes false cues, - the filtered vehicle acceleration (af) is filtered with a high-pass filter means (7) and a target value (aSoll) of the acceleration - the setpoint (aSoll) of the acceleration is fed to a control loop (2) with a controller (8) which has an I component, the controller (8) generating a signal that corresponds to the compensation acceleration (ak) is superimposed as a disturbance variable, so that a resulting acceleration (a (t)) is used as an output signal for controlling a vehicle platform of the Fahr simulator is output, the output signal is tapped and fed back to the controller (8) and a target / actual deviation of the resulting acceleration a (t) is regulated by means of the controller (8) so that: limt → ∞α ( t) = limt → ∞∫α (t) dt = 0.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators.The present invention relates to a method for controlling a dynamic driving simulator. The present invention also relates to a device for controlling a dynamic driving simulator.

Viele Fahrzeughersteller setzen heutzutage bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen dynamische Fahrsimulatoren als Entwicklungswerkzeuge ein, um Fahrten mit einem Kraftfahrzeug in einer virtuellen Umgebung möglichst wirklichkeitsgetreu zu simulieren. Derartige Fahrsimulatoren verfügen über ein leistungsfähiges Grafiksystem, welches dem Fahrer auf einer oder mehreren Anzeigevorrichtungen möglichst realitätsnahe visuelle Informationen über die virtuelle Fahrt mit dem Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel eine grafische Darstellung des Straßenverlaufs, zur Verfügung stellt.Nowadays, many vehicle manufacturers use dynamic driving simulators as development tools in the development of motor vehicles in order to simulate journeys with a motor vehicle in a virtual environment as realistically as possible. Driving simulators of this type have a powerful graphics system that provides the driver with visual information about the virtual journey in the motor vehicle that is as realistic as possible, such as a graphic representation of the course of the road, on one or more display devices.

Mittels einer entsprechenden dynamisch bewegbaren Fahrzeugplattform, die mit Hilfe einer Mehrzahl hydraulischer und/oder elektromagnetischer Aktoren angesteuert wird, kann der dynamische Fahrsimulator ein möglichst realitätsnahes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs simulieren. Dadurch wird insbesondere eine Simulation der auf den Fahrer während der Fahrt einwirkenden Kräfte ermöglicht. Typischerweise sind die Aktoren dazu eingerichtet, in drei Translationsfreiheitgraden und drei Rotationsfreiheitsgraden Bewegungen der Fahrzeugplattform zu initiieren, so dass die entsprechenden auf den Fahrer wirkenden Kräfte simuliert werden können.The dynamic driving simulator can simulate a driving behavior of the motor vehicle that is as realistic as possible by means of a corresponding dynamically movable vehicle platform that is controlled with the aid of a plurality of hydraulic and / or electromagnetic actuators. This enables in particular a simulation of the forces acting on the driver while driving. The actuators are typically set up to initiate movements of the vehicle platform in three degrees of translational freedom and three degrees of rotational freedom, so that the corresponding forces acting on the driver can be simulated.

Ein dynamischer Fahrsimulator der vorstehend beschriebenen Art ist zum Beispiel aus der DE 10 2013 224 510 A1 bekannt.A dynamic driving simulator of the type described above is, for example, from DE 10 2013 224 510 A1 known.

Aus der Publikation von REYMOND, Gilles und KEMENY, Andras mit dem Titel „Motion Cueing in the Renault Driving Simulator“ erschienen in Vehicle System Dynamics, Vol. 34, 2000, Issue 4, S.249-259 und im Internet abrufbar unter
URL: https://doi.org/10.1076/vesd.34.4.249.2059
ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators bekannt, bei dem ein „Classical Motion Cueing Filter“ mit einem nichtlinearen adaptiven Filter modifiziert wird. Dabei kommt ein Kompensationsmittel zum Einsatz, dass die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung in Abhängigkeit der „False Cues“ adaptiv gewichtet.From the publication of REYMOND, Gilles and KEMENY, Andras with the title "Motion Cueing in the Renault Driving Simulator" appeared in Vehicle System Dynamics, Vol. 34, 2000, Issue 4, pp.249-259 and available on the Internet at
URL: https://doi.org/10.1076/vesd.34.4.249.2059
a method for controlling a dynamic driving simulator is known in which a "Classical Motion Cueing Filter" is modified with a non-linear adaptive filter. A means of compensation is used that weighted the filtered vehicle acceleration adaptively depending on the “false cues”.

Die Publikation von FISCHER, Martin mit dem Titel „Motion-Cueing-Algorithmen für eine realitätsnahe Bewegungssimulation“, erschienen in Berichte aus dem DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik, Band 5, 2009, Kapitel 3, S.27 bis 39 ist abrufbar unter:

URL: http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00030516

Die Publikation offenbart verschiedene Motion-Cueing-Algorithmen.The publication of FISCHER, Martin with the title “Motion Cueing Algorithms for a Realistic Motion Simulation”, published in reports from the DLR Institute for Transport Systems Technology, Volume 5, 2009, Chapter 3, pp.27 to 39 is available at:

URL: http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00030516

The publication discloses various motion cueing algorithms.

Um in einem dynamischen Fahrsimulator ein möglichst realitätsnahes Fahrverhalten zu erzeugen, werden insbesondere die während der Fahrt wirkenden Fahrzeugbeschleunigungen simuliert. Aufgrund des eingeschränkten Bauraums des Fahrsimulators und einer eingeschränkten Dynamik der Aktoren, welche die Fahrzeugplattform bewegen, ist es allerdings nicht möglich, diese Beschleunigungen unverändert darzustellen. Dynamische Fahrsimulatoren verwenden zur Berechnung der Bewegungen und zur Bewegungssteuerung spezielle Algorithmen, die in der Fachwelt auch als Motion Cueing Algorithmen bezeichnet werden, um dem Fahrer ein Feedback über seine Fahrt mit dem Fahrzeug im Fahrsimulator zu geben. Dem so genannten Motion Cueing liegt die Idee zugrunde, dass Beschleunigungen durch Bewegungen der Fahrzeugplattform des Fahrsimulators entsprechende Kräfte auf den Körper des Fahrers ausüben, um so dem Fahrer einen möglichst realistischen Fahreindruck zu verschaffen. Diese Beschleunigungen werden auf dem Gebiet der Simulatortechnik auch als Motion Cues („Bewegungsreize“ beziehungsweise „Bewegungshinweise“) bezeichnet.In order to generate driving behavior that is as realistic as possible in a dynamic driving simulator, the vehicle accelerations that act during the journey are simulated. However, due to the limited installation space of the driving simulator and the limited dynamics of the actuators that move the vehicle platform, it is not possible to represent these accelerations unchanged. Dynamic driving simulators use special algorithms to calculate the movements and for movement control, which are also referred to as motion cueing algorithms in the professional world, in order to give the driver feedback about his drive in the vehicle in the driving simulator. So-called motion cueing is based on the idea that accelerations through movements of the vehicle platform of the driving simulator exert corresponding forces on the driver's body in order to give the driver the most realistic driving impression possible. In the field of simulator technology, these accelerations are also referred to as motion cues ("movement stimuli" or "movement instructions").

Beim Motion Cueing findet typischerweise eine Unterteilung in niederfrequente (stationäre) sowie hochfrequente Beschleunigungen statt. In einem dynamischen Fahrsimulator können nur die hochfrequenten Anteile der Beschleunigung translatorisch dargestellt werden, da die niederfrequenten, stationären Anteile relativ rasch zu einer hohen Geschwindigkeit und damit verbunden zu einem großen Transalationsweg der Fahrzeugplattform führen. In der Praxis werden die niederfrequenten Beschleunigungsanteile oftmals durch eine Rotation der Fahrzeugplattform simuliert. Dabei wird durch Drehung oder Neigung der Fahrzeugplattform die Erdbeschleunigung als konstante Beschleunigung genutzt, so dass dem Fahrer des Fahrzeugs im Fahrsimulator ein entsprechendes Beschleunigungsgefühl vermittelt werden kann.In motion cueing, there is typically a division into low-frequency (stationary) and high-frequency accelerations. In a dynamic driving simulator, only the high-frequency components of the acceleration can be represented in translation, since the low-frequency, stationary components lead relatively quickly to a high speed and thus to a large transalation path of the vehicle platform. In practice, the low-frequency acceleration components are often simulated by rotating the vehicle platform. The acceleration due to gravity is used as constant acceleration by rotating or inclining the vehicle platform, so that the driver of the vehicle can be given a corresponding feeling of acceleration in the driving simulator.

Eine große Herausforderung für jeden Motion Cueing Algorithmus stellt der so genannte Washout („Abbau“) der aufgebrachten Beschleunigungen dar. Um die Bauraumgrenzen des dynamischen Fahrsimulators nicht zu überschreiten, muss eine gegenläufige Beschleunigung erzeugt werden, welche die Bewegung der Fahrzeugplattform stoppt und sicherstellt, dass die Fahrzeugplattform wieder in eine Position in einem Zentrum eines Arbeitsraums des Fahrsimulators zurückkehrt. Mit anderen Worten wird also der hochfrequente Anteil der Beschleunigung durch einen Washout so verändert, dass eine gegenläufige Beschleunigung erzeugt wird, welche die Fahrzeugplattform in das Zentrum des Arbeitsraums des Fahrsimulators zurückführt. Derartige signalveränderenden Maßnahmen führen zwangsläufig zu Bewegungen und Krafteinwirkungen auf den Fahrer in einer anderen Raumrichtung als diese eigentlich zu erwarten wäre. Diese Effekte werden in der Fachwelt daher auch als False Cues („falsche Reize“) bezeichnet. Derartige False Cues, die zu „falschen“ Beschleunigungen der Fahrzeugplattform führen, verringern das Realitätsempfinden nachteilig und können beim Fahrer unter Umständen auch eine Simulatorkrankheit mit typischen Symptomen wie Unwohlsein, Übelkeit oder Schwindel hervorrufen.A major challenge for every motion cueing algorithm is the so-called washout ("reduction") of the applied accelerations. In order not to exceed the installation space limits of the dynamic driving simulator, an opposing acceleration must be generated which stops the movement of the vehicle platform and ensures that the vehicle platform returns to a position in a center of a workspace of the driving simulator. In other words, the high-frequency component of the acceleration is changed by a washout in such a way that an opposite one Acceleration is generated, which returns the vehicle platform to the center of the workspace of the driving simulator. Such signal-changing measures inevitably lead to movements and forces acting on the driver in a different spatial direction than would actually be expected. These effects are therefore also referred to as false cues (“false stimuli”) in specialist circles. Such false cues, which lead to “false” accelerations of the vehicle platform, have a negative effect on the perception of reality and can, under certain circumstances, cause the driver to suffer from simulator disease with typical symptoms such as malaise, nausea or dizziness.

Die vorliegende Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators zur Verfügung zu stellen, welche das Realitätsempfinden des dynamischen Fahrsimulators verbessern können und einem möglichen Auftreten der Simulatorkrankheit wirksam entgegenwirken können.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for controlling a dynamic driving simulator which can improve the sense of reality of the dynamic driving simulator and which can effectively counteract a possible occurrence of the simulator disease.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a method for controlling a dynamic driving simulator with the features of claim 1. With regard to the device, this object is achieved by a device for controlling a dynamic driving simulator with the features of claim 7. The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators zeichnet sich dadurch aus, dass

- eine Fahrzeugbeschleunigung a_F mittels eines Bandpassfiltermittels gefiltert wird, so dass eine gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f erhalten wird,
- die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f einem Kompensationsmittel zugeführt wird, wobei mit dem Kompensationsmittel aus der gefilterten Fahrzeugbeschleunigung a_f eine Kompensationsbeschleunigung a_k berechnet wird, die False Cues minimiert,
- die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f mit einem Hochpassfiltermittel gefiltert wird und ein Sollwert a_Soll der Beschleunigung erzeugt wird,
- der Sollwert a_Soll der Beschleunigung einem Regelkreis mit einem Regler, der einen I-Anteil aufweist, zugeführt wird, wobei der Regler ein Signal erzeugt, das mit der Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße überlagert wird, so dass eine resultierende Beschleunigung a(t) als Ausgangssignal für eine Ansteuerung einer Fahrzeugplattform des Fahrsimulators ausgegeben wird, wobei das Ausgangssignal abgegriffen und erneut dem Regler zugeführt wird und eine Soll-Ist-Abweichung der resultierenden Beschleunigung a(t) mittels des Reglers so ausgeregelt wird, dass gilt: $lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0$

A method according to the invention for controlling a dynamic driving simulator is characterized in that

a vehicle acceleration a _{F is} filtered by means of a bandpass filter means, so that a filtered vehicle acceleration a _{f is} obtained,
the filtered vehicle acceleration a _{f is} fed to a compensation means, with the compensation means calculating a compensation acceleration a _k from the filtered vehicle acceleration a _f which minimizes false cues,
- the filtered vehicle acceleration a _{f is} filtered with a high-pass filter means and a target value a _{Soll of} the acceleration is generated,
the setpoint a _{setpoint of} the acceleration is fed to a control loop with a controller that has an I component, the controller generating a signal that is superimposed with the compensation acceleration a _k as a disturbance variable, so that a resulting acceleration at) is output as an output signal for controlling a vehicle platform of the driving simulator, the output signal being picked up and fed back to the controller and a target / actual deviation of the resulting acceleration at) is regulated by means of the controller so that the following applies: $lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0$

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Minimierung der False Cues, so dass das Realitätsempfinden verbessert werden kann. Ferner ermöglicht es das Verfahren, einem möglichen Auftreten der Simulatorkrankheit entgegenzuwirken. Darüber hinaus wird mittels des Verfahrens der Washout der aufgebrachten Beschleunigungen adaptiv gesteuert. Der Washout-Anteil wird dabei von dem Regelalgorithmus automatisch so gewählt, dass Bewegungen innerhalb der Fahrzeugplattform innerhalb der Bauraumgrenzen des dynamischen Fahrsimulators gehalten und False Cues minimiert werden.The method according to the invention advantageously enables the false cues to be minimized so that the perception of reality can be improved. Furthermore, the method makes it possible to counteract a possible occurrence of the simulator disease. In addition, the process is used to adaptively control the washout of the accelerations applied. The washout component is automatically selected by the control algorithm in such a way that movements within the vehicle platform are kept within the installation space limits of the dynamic driving simulator and false cues are minimized.

Dem Regelalgorithmus des Regelkreises liegt das Funktionsprinzip zugrunde, diesem die Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße zuzuführen. Im Regelkreis wird das Ausgangssignal des Hochpassfiltermittels a_Soll als Sollwert bzw. Führungsgröße für den Regler verwendet. Der Regler erzeugt ein Signal, dem insbesondere nach einer Regelstrecke innerhalb des Regelkreises die Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße aufgeschaltet wird. Das Ausgangssignal des Regelkreises nach der Regelstrecke und nach der Aufschaltung der Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße ist eine resultierende Beschleunigung a(t), die einerseits zur Ansteuerung der Fahrzeugplattform verwendet wird und andererseits als Istwert der Beschleunigung abgegriffen und dem Regler erneut für die Regelung der Beschleunigung zugeführt wird. Abweichungen des Ist-Verlaufs der resultierenden Beschleunigung a(t) vom Soll-Verlauf werden mittels des Reglers, der einen I-Anteil aufweist, langsam ausgeregelt, wodurch der Washout-Anteil an die Integralabweichung dieser beiden Verläufe gekoppelt ist. Der P-Anteil und der O-Anteil des Reglers sind vorliegend nicht zwingend erforderlich, können jedoch für eine veränderte Dynamik hinzugefügt werden. Dadurch ergibt sich bei großer Abweichung des Ist-Verlaufs der Beschleunigung a(t) vom Soll-Verlauf automatisch ein großer Washout-Anteil. Bei einer geringen Abweichung des Ist-Verlaufs der Beschleunigung a(t) vom Soll-Verlauf ist auch der Washout-Anteil dementsprechend klein.The control algorithm of the control loop is based on the functional principle of supplying it with the compensation acceleration a _k as a disturbance variable. In the control loop, the output signal of the high-pass filter means a _{Soll is used} as a setpoint or reference variable for the controller. The controller generates a signal to which the compensation acceleration a _{k is applied} as a disturbance variable, in particular after a controlled system within the control loop. The output signal of the control loop after the controlled system and after the compensation acceleration a _{k has been applied} as a disturbance variable is a resulting acceleration at) , which is used on the one hand to control the vehicle platform and on the other hand is tapped as the actual value of the acceleration and fed back to the controller for regulating the acceleration. Deviations in the actual course of the resulting acceleration at) the setpoint curve is slowly adjusted by means of the controller, which has an I component, whereby the washout component is linked to the integral deviation of these two curves. The P component and the O component of the controller are not absolutely necessary here, but can be added for a changed dynamic. This results in acceleration if there is a large deviation in the actual course at) automatically a large washout portion of the target course. If there is a slight deviation from the actual course of the acceleration at) The washout portion of the target curve is correspondingly small.

Der Regelkreis stellt also immer sicher, dass die definierten Bauraumgrenzen des dynamischen Fahrsimulators eingehalten werden. Der Regler mit dem I-Anteil besitzt keine bleibende Regelabweichung, ist allerdings langsam. Genau diese Eigenschaft wird bei dem hier vorgestellten Ansatz genutzt. Aufgebrachte Beschleunigungen (hier die Kompensationsbeschleunigung a_k des Kompensationsmittels) werden zunächst nahezu unverändert dargestellt und dann langsam ausgeregelt. Auch die Stabilität des Systems kann nachgewiesen werden.The control loop always ensures that the defined installation space limits of the dynamic driving simulator are adhered to. The controller with the I component has no permanent control deviation, but is slow. It is precisely this property that is used in the approach presented here. Applied accelerations (here the compensation acceleration a _k des Compensation means) are initially displayed almost unchanged and then slowly adjusted. The stability of the system can also be verified.

Mit Hilfe des hier vorgestellten Regelansatzes kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass gilt: $lim_{t \to \infty} v (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0$

With the help of the rule approach presented here, it can be ensured in an advantageous manner that:

lim_{t \to \infty} v (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0

Somit wird mittels des Regelkreises erreicht, dass zu jedem Zeitpunkt sowohl die Beschleunigung als auch die Geschwindigkeit auf Null ausgeregelt werden.The control loop thus ensures that both the acceleration and the speed are regulated to zero at all times.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Regelung in der Weise erfolgt, dass für eine Position x(t) der Fahrzeugplattform des dynamischen Fahrsimulators gilt: $lim_{t \to \infty} x (t) \neq 0.$

Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine Vorpositionierung der Fahrzeugplattform des Fahrsimulators, um zum Beispiel dessen Bewegungsraum zu erweitern.In an advantageous embodiment, it is proposed that the regulation take place in such a way that the following applies to a position x (t) of the vehicle platform of the dynamic driving simulator:

lim_{t \to \infty} x (t) \neq 0.

This embodiment in particular enables the vehicle platform of the driving simulator to be pre-positioned in order, for example, to expand its range of motion.

In einer alternativen Ausführungsform, mittels derer insbesondere eine Vorpositionierung der Fahrzeugplattform verhindert werden kann, besteht die Möglichkeit, dass die resultierende Beschleunigung a(t) mittels eines zusätzlichen Hochpassfiltermittels, vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz < 0,1 Hz, gefiltert wird, so dass gilt: $lim_{t \to \infty} x (t) = 0.$

Das Hochpassfiltermittel ist vorzugsweise ein Hochpassfiltermittel erster Ordnung.In an alternative embodiment, by means of which in particular pre-positioning of the vehicle platform can be prevented, there is the possibility that the resulting acceleration at) is filtered by means of an additional high-pass filter means, preferably with a cut-off frequency <0.1 Hz, so that:

lim_{t \to \infty} x (t) = 0.

The high pass filter means is preferably a first order high pass filter means.

Vorzugsweise kann die Fahrzeugbeschleunigung a_F vor der Filterung mittels des Bandpassfiltermittels mit Hilfe eines Skalierungsmittels mit einem Skalierungsfaktor < 1 skaliert werden, so dass eine skalierte Beschleunigung a erhalten wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass in den Regelalgorithmus keine zu hohe Ausgangsbeschleunigung einfließt, die aufwändig heruntergeregelt werden müsste. Diese Skalierung kann zum Beispiel mit einem festen Skalierungsfaktor < 1 erfolgen, mit dem die Fahrzeugbeschleunigung a_F vor der weiteren Verarbeitung multipliziert wird. Untersuchungen haben ergeben, dass zum Beispiel bei einem Skalierungsfaktor von 0,5 keine nennenswerten Einschränkungen des Realitätsempfindens für einen Fahrer des Fahrsimulators wahrnehmbar sind. Es besteht alternativ auch die Möglichkeit, dass der Skalierungsfaktor einstellbar ist. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann der Skalierungsfaktor adaptiv, insbesondere frequenzabhängig, veränderbar sein.The vehicle acceleration a _F can preferably be scaled prior to the filtering by means of the bandpass filter means with the aid of a scaling means with a scaling factor <1, so that a scaled acceleration a is obtained. This advantageously ensures that the control algorithm does not flow into an output acceleration that is too high, which would have to be downregulated in a complex manner. This scaling can take place, for example, with a fixed scaling factor <1, with which the vehicle acceleration a _F is multiplied before further processing. Investigations have shown that, for example, with a scaling factor of 0.5, no noticeable restrictions on the perception of reality are noticeable for a driver of the driving simulator. Alternatively, there is also the option of setting the scaling factor. In an advantageous embodiment variant, the scaling factor can be changed adaptively, in particular as a function of frequency.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Kompensationsbeschleunigung a_k durch die Gleichung $α_{k} = K \cdot α_{f} + (1 - K) \cdot exp (- γ \cdot | α_{f} - α |) \cdot α_{f}$

bestimmt wird, wobei K ein Gewichtungsfaktor ist und der Faktor ⌷ eine Verstärkungskonstante bezeichnet, mittels derer festgelegt wird, wie stark False Cues unterdrückt werden. Je größer der Faktor ⌷ ist, desto stärker ist die Skalierung.In a preferred embodiment it is proposed that the compensation acceleration a _{k be given} by the equation

α_{k} = K \cdot α_{f} + (1 - K) \cdot exp (- γ \cdot | α_{f} - α |) \cdot α_{f}

is determined, where K is a weighting factor and the factor ⌷ denotes a gain constant, by means of which it is determined how strongly false cues are suppressed. The larger the factor ⌷, the stronger the scaling.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Gewichtungsfaktor K durch die Gleichung $K = 0.5 \cdot {1 + \frac{2}{π} \cdot a r c t a n [β \cdot (| α |-| α_{f} - α |)]}$

berechnet wird, wobei ⌷ eine Reaktionskonstante bezeichnet, über die die Schnelligkeit der Reaktion auf False Cues gesteuert wird. Bei einem großen Zahlenwert der Reaktionskonstante ⌷ führen bereits geringe False Cues zu einer größeren Veränderung des Gewichtungsfaktors K und damit zur Skalierung.In a particularly preferred embodiment it can be provided that the weighting factor K is given by the equation

K = 0.5 \cdot {1 + \frac{2}{π} \cdot a r c t a n [β \cdot (| α | - | α_{f} - α |)]}

is calculated, where ⌷ denotes a reaction constant that controls the speed of the reaction to false cues. With a large numerical value of the reaction constant ⌷, even small false cues lead to a larger change in the weighting factor K and thus to scaling.

Somit kann mittels der beiden Faktoren ⌷ und ⌷ beeinflusst werden, wie stark Beschleunigungen mit einem falschen Vorzeichen unterdrückt werden.Thus, the two factors ⌷ and can be used to influence how strongly accelerations with the wrong sign are suppressed.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfasst

- ein Bandpassfiltermittel, welches dazu ausgebildet ist, eine Fahrzeugbeschleunigung a_F zu filtern und eine gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f zu erzeugen,
- ein Kompensationsmittel, welches dazu eingerichtet ist, aus der gefilterten Fahrzeugbeschleunigung a_f eine Kompensationsbeschleunigung a_k zu berechnen, die False Cues minimiert,
- ein Hochpassfiltermittel, welches dazu eingerichtet ist, die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f zu filtern und einen Sollwert a_Soll der Beschleunigung zu erzeugen,
- einen Regelkreis mit einem Regler, der einen I-Anteil aufweist, wobei der Regelkreis dazu ausgebildet ist, den Sollwert a_Soll der Beschleunigung zu empfangen und mittels des Reglers ein Signal zu erzeugen und mit der Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße zu überlagern und eine resultierende Beschleunigung a(t) als Ausgangssignal für eine Ansteuerung einer Fahrzeugplattform des Fahrsimulators auszugeben und dieses Ausgangssignal abzugreifen und erneut dem Regler zuzuführen, wobei der Regler dazu eingerichtet ist, eine Soll-Ist-Abweichung der resultierenden Beschleunigung a(t) derart auszuregeln, dass gilt: $lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0.$

A device according to the invention for controlling a dynamic driving simulator, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 6, comprises

a bandpass filter means which is designed to filter a vehicle acceleration a _F and to generate a filtered vehicle acceleration a _f ,
- A compensation means which is set up to calculate a compensation acceleration a _k from the filtered vehicle acceleration a _f , which minimizes false cues,
- A high-pass filter means which is set up to filter the filtered vehicle acceleration a _f and to generate a _target value a _{target of} the acceleration,
- A control loop with a controller that has an I component, the control loop being designed to receive the setpoint a _{Soll of} the acceleration and to generate a signal by means of the controller and to superimpose it with the compensation acceleration a _k as a disturbance variable and a resulting one acceleration at) output as an output signal for a control of a vehicle platform of the driving simulator and tap this output signal and again the controller feed, wherein the controller is set up to a target / actual deviation of the resulting acceleration at) to be regulated in such a way that: $lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0.$

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Minimierung der False Cues, so dass das Realitätsempfinden verbessert werden kann. Ferner kann einem möglichen Auftreten der Simulatorkrankheit entgegengewirkt werden.The device according to the invention advantageously enables the false cues to be minimized, so that the sense of reality can be improved. Furthermore, a possible occurrence of the simulator disease can be counteracted.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Skalierungsmittel aufweist, welches dazu ausgebildet ist, die Fahrzeugbeschleunigung a_F vor der Filterung mittels des Bandpassfiltermittels mit einem Skalierungsfaktor < 1 zu skalieren.In an advantageous embodiment, it is proposed that the device have a scaling means which is designed to scale the vehicle acceleration a _F prior to filtering by means of the bandpass filter means with a scaling factor <1.

In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht die Möglichkeit, dass das Skalierungsmittel so ausgebildet ist, dass der Skalierungsfaktor adaptiv, vorzugsweise frequenzabhängig, veränderbar ist.In an advantageous development, there is the possibility that the scaling means is designed such that the scaling factor can be changed adaptively, preferably as a function of the frequency.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Hochpassfiltermittel aufweist, das an einen Ausgang des Regelkreises angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Regelkreises zu filtern. Vorzugsweise kann die resultierende Beschleunigung a(t), die das Ausgangssignal des Regelkreises bildet, mit Hilfe des Hochpassfiltermittels, insbesondere mit einer Grenzfrequenz < 0,1 Hz, gefiltert werden, so dass gilt: $lim_{t \to \infty} x (t) = 0.$

Durch diese Maßnahme kann insbesondere eine Vorpositionierung der Fahrzeugplattform des Fahrsimulators verhindert werden.In a preferred embodiment it can be provided that the device has a high-pass filter means which is connected to an output of the control loop and is designed to filter the output signal of the control loop. Preferably, the resulting acceleration at) , which forms the output signal of the control loop, can be filtered with the aid of the high-pass filter means, in particular with a cut-off frequency <0.1 Hz, so that:

lim_{t \to \infty} x (t) = 0.

This measure can in particular prevent prepositioning of the vehicle platform of the driving simulator.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung, die Einzelheiten eines Regelprinzips eines Verfahrens zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eine entsprechende Vorrichtung, mittels derer das Verfahren durchführbar ist, veranschaulicht,
2 eine schematische Darstellung, die Einzelheiten des Aufbaus eines Kompensationsmechanismus zur Kompensation von False Cues veranschaulicht,
3 eine grafische Darstellung, die den Verlauf eines für die Kompensation verwendeten Gewichtungsfaktors in Abhängigkeit von einer Differenzbeschleunigung zeigt,
4 ein Beschleunigung-Zeit-Diagramm, welches die Entstehung von False Cues durch Filtereffekte und eine Minimierung dieser False Cues durch den Kompensationsmechanismus veranschaulicht,
5 ein Beschleunigung-Zeit-Diagramm, welches das Ergebnis eines adaptiven Washout-Algorithmus des hier vorgestellten Verfahrens im Vergleich zu einem herkömmlichen Washout-Algorithmus zeigt,
6 eine schematische Darstellung, die Einzelheiten eines Regelprinzips eines Verfahrens zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eine entsprechende Vorrichtung, mittels derer das Verfahren durchführbar ist, veranschaulicht.

Further features and advantages of the present invention will become clear on the basis of the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it

1 a schematic representation illustrating the details of a control principle of a method for controlling a dynamic driving simulator according to a first embodiment of the present invention and a corresponding device by means of which the method can be carried out,
2 a schematic diagram illustrating details of the structure of a compensation mechanism for compensating for false cues,
3 a graphic representation that shows the course of a weighting factor used for compensation as a function of a differential acceleration,
4th an acceleration-time diagram, which illustrates the formation of false cues through filter effects and a minimization of these false cues through the compensation mechanism,
5 an acceleration-time diagram which shows the result of an adaptive washout algorithm of the method presented here compared to a conventional washout algorithm,
6th a schematic representation that illustrates the details of a control principle of a method for controlling a dynamic driving simulator according to a second embodiment of the present invention and a corresponding device by means of which the method can be carried out.

Wie weiter oben im einleitenden Teil bereits ausführlich erläutert, stellt eine große Herausforderung jedes Motion Cueing Algorithmus, der zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators verwendet wird, der so genannte Washout („Abbau“) der aufgebrachten Beschleunigungen dar. Um die Bauraumgrenzen des dynamischen Fahrsimulators nicht zu überschreiten, muss eine gegenläufige Beschleunigung aufgebracht werden, welche die Bewegung der Fahrzeugplattform des Fahrsimulators stoppt und sicherstellt, dass die Fahrzeugplattform wieder in eine Mittelposition zurückkehrt. Dieses Verhalten führt zwangsläufig zu einer Kraft in einer „falschen“ Raumrichtung, d.h. in einer der zu erwartenden Richtung entgegengesetzten Richtung, weshalb dieser Effekt in der Fachwelt auch als „False Cue“ (falscher Hinweis beziehungsweise falscher Reiz) bezeichnet wird. Derartige False Cues verringern das Realitätsempfinden nachteilig und führen darüber hinaus unter Umständen beim Fahrer auch zu Unwohlsein und Übelkeit.As explained in detail above in the introductory part, a major challenge of every motion cueing algorithm that is used to control a dynamic driving simulator is the so-called washout ("reduction") of the accelerations applied. In order not to limit the installation space of the dynamic driving simulator exceed, an opposite acceleration must be applied, which stops the movement of the vehicle platform of the driving simulator and ensures that the vehicle platform returns to a central position. This behavior inevitably leads to a force in a "wrong" spatial direction, i.e. in a direction opposite to the direction to be expected, which is why this effect is also referred to as a "false cue" in the specialist field. Such false cues disadvantageously reduce the sense of reality and, under certain circumstances, also lead to discomfort and nausea for the driver.

Das nachfolgend näher erläuterte Verfahren gestattet es, derartige False Cues zu minimieren und den Washout der aufgebrachten Beschleunigungen adaptiv zu steuern. Der Washout-Anteil wird dabei von einem Regelalgorithmus automatisch so gewählt, dass Bewegungen der Fahrzeugplattform stets innerhalb der Bauraumgrenzen des dynamischen Fahrsimulators gehalten werden und darüber hinaus auch False Cues minimiert werden.The method explained in more detail below makes it possible to minimize such false cues and to adaptively control the washout of the accelerations applied. The washout component is automatically selected by a control algorithm in such a way that movements of the vehicle platform are always kept within the installation space limits of the dynamic driving simulator and that false cues are also minimized.

Das grundlegende Regelprinzip dieses Verfahrens soll nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 und 2 näher erläutert werden.The basic control principle of this method is described below with reference to 1 and 2 are explained in more detail.

Eine Vorrichtung 1 zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators, welche zur Durchführung des hier vorgestellten Verfahrens ausgebildet ist, weist einen Regelkreis 2 auf, dessen Funktion weiter unten näher erläutert wird. Eine Fahrzeugbeschleunigung a_F, die der Vorrichtung 1 als Eingangssignal zugeführt wird, wird zunächst mit Hilfe eines Skalierungsmittels 3 skaliert. Dieses Skalierungsmittel 3, welches nicht zwingend erforderlich ist, ist dazu ausgebildet, die Fahrzeugbeschleunigung a_F auf einen Wert a < a_F zu skalieren. Diese Skalierung kann zum Beispiel mit einem festen Skalierungsfaktor < 1 erfolgen, mit dem die Fahrzeugbeschleunigung a_F multipliziert wird. Untersuchungen haben ergeben, dass zum Beispiel bei einem Skalierungsfaktor von 0,5 keine nennenswerten Einschränkungen des Realitätsempfindens für einen Fahrer des Fahrsimulators wahrnehmbar sind. Es besteht alternativ auch die Möglichkeit, dass das Skalierungsmittel 3 einen einstellbaren Skalierungsfaktor aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann das Skalierungsmittel 3 auch so ausgeführt sein, dass der Skalierungsfaktor adaptiv, insbesondere frequenzabhängig, veränderbar ist.One device 1 for controlling a dynamic driving simulator, which is designed to carry out the method presented here, has a control loop 2 whose function is explained in more detail below. A Vehicle acceleration a _F , that of the device 1 is supplied as an input signal, is initially with the help of a scaling means 3 scaled. This means of scaling 3 , which is not absolutely necessary, is designed to scale the vehicle acceleration a _F to a value a <a _F. This scaling can take place, for example, with a fixed scaling factor <1, by which the vehicle acceleration a _{F is} multiplied. Investigations have shown that, for example, with a scaling factor of 0.5, no noticeable restrictions on the perception of reality are noticeable for a driver of the driving simulator. Alternatively, there is also the possibility that the scaling means 3 has an adjustable scaling factor. In an advantageous embodiment variant, the scaling means 3 can also be designed so that the scaling factor can be changed adaptively, in particular as a function of frequency.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise skalierte Fahrzeugbeschleunigung a wird anschließend einem Bandpassfiltermittel 4 zugeführt. Mit Hilfe dieses Bandpassfiltermittels 4 können sowohl sehr hohe als auch sehr niedrige Frequenzanteile aus der mit Hilfe des Skalierungsmittels 3 skalierten Fahrzeugbeschleunigung a herausgefiltert werden. Je nach Anwendungsfall kann die Ordnung dieses Bandpassfiltermittels 4 entsprechend gewählt werden. Für die während einer normalen Fahrt in einem dynamischen Fahrsimulator entstehenden Beschleunigungen hat es sich gezeigt, dass sich hierfür insbesondere ein Bandpassfiltermittel 4 erster Ordnung eignet. Der Durchlassbereich des Bandpassfiltermittels 4 wird dabei durch eine untere Grenzfrequenz f_HP und eine obere Grenzfrequenz f_LP bestimmt, wobei gilt: f_HP < f_LP. Auf diese Weise wird eine gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f erhalten, die einem dem Bandpassfiltermittel 4 nachgeschalteten Hochpassfiltermittel 7 mit einer Ordnung ⌷ 2 zugeführt. Dieses Hochpassfiltermittel 7 erzeugt einen Sollwert der Beschleunigung a_Soll, die dem Regelkreis 2 als Führungsgröße zugeführt wird. Der Regelkreis 2 weist einen Regler 8 mit einem I-Anteil auf, dessen Funktion weiter unten noch näher erläutert werden wird.The vehicle acceleration a scaled in the manner described above is then passed to a band-pass filter means 4th fed. With the help of this band pass filter means 4th can use the scaling means to calculate both very high and very low frequency components 3 scaled vehicle acceleration a are filtered out. Depending on the application, the order of this bandpass filter means 4th be chosen accordingly. For the accelerations occurring during normal driving in a dynamic driving simulator, it has been shown that a bandpass filter means in particular is suitable for this purpose 4th first order is suitable. The pass band of the band pass filter means 4th is determined by a lower limit frequency f _HP and an upper limit frequency f _LP , where: f _HP <f _LP . In this way, a filtered vehicle acceleration a _{f is} obtained, which one of the bandpass filter means 4th downstream high-pass filter means 7th with an order ⌷ 2 supplied. This high pass filter means 7th generates a nominal value of the acceleration a _nominal , which the control loop 2 is supplied as a reference variable. The control loop 2 has a regulator 8th with an I component, the function of which will be explained in more detail below.

Ferner wird die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a_f einem Kompensationsmittel 6 zugeführt wird. Einzelheiten dieses Kompensationsmittels 6 sind in 2 dargestellt. Aus dieser Darstellung ergibt sich ferner, dass dem Kompensationsmittel 6 zusätzlich zur gefilterten Fahrzeugbeschleunigung a_f auch die skalierte, aber nicht durch das Hochpassfiltermittel 7 gefilterte Fahrzeugbeschleunigung a als Eingangssignal zugeführt wird. Das Kompensationsmittel 6 ist dazu ausgebildet, die Entstehung der so genannten False Cues - also Beschleunigungen, die entgegen der tatsächlichen Bewegungsrichtung wirken und somit falsche Reize beziehungsweise falsche Hinweise erzeugen - zu minimieren und ein entsprechendes Ausgangssignal a_k zur Verfügung zu stellen, welches nachfolgend als Kompensationsbeschleunigung bezeichnet werden soll. Mit Hilfe des Kompensationsmittels 6 werden somit diese False Cues erkannt und Beschleunigungen mit falschem Vorzeichen minimiert.Furthermore, the filtered vehicle acceleration a _{f is used as} a compensation means 6th is fed. Details of this compensation means 6th are in 2 shown. This representation also shows that the compensation means 6th in addition to the filtered vehicle acceleration a _f, also the scaled one, but not through the high-pass filter means 7th filtered vehicle acceleration a is supplied as an input signal. The compensation means 6th is designed to minimize the occurrence of so-called false cues - i.e. accelerations that act against the actual direction of movement and thus generate false stimuli or false indications - and to provide a corresponding output signal a _k , which will be referred to below as compensation acceleration . With the help of the compensating agent 6th these false cues are recognized and accelerations with the wrong sign are minimized.

Die Kompensationsbeschleunigung a_k, die mittels des Kompensationsmittels 6 berechnet wird, kann mathematisch zum Beispiel wie folgt formuliert werden: $α_{k} = K \cdot α_{f} + (1 - K) \cdot exp (- γ \cdot | α_{f} - α |) \cdot α_{f}$

The compensation acceleration a _k , which by means of the compensation means 6th calculated can be formulated mathematically, for example, as follows:

α_{k} = K \cdot α_{f} + (1 - K) \cdot exp (- γ \cdot | α_{f} - α |) \cdot α_{f}

Der in Gleichung (1) enthaltene Faktor ⌷ wird als Verstärkungskonstante bezeichnet. Diese Verstärkungskonstante legt fest, wie stark False Cues unterdrückt (d.h. herunterskaliert) werden. Je größer der Faktor ⌷ ist, desto stärker die Skalierung. Für die Eliminierung der False Cues mit Hilfe des Kompensationsmittels 6 wird in Gleichung (1) ein Gewichtungsfaktor K verwendet, der mathematisch zum Beispiel wie folgt formuliert werden kann: $K = 0.5 \cdot {1 + \frac{2}{π} \cdot a r c t a n [β \cdot (| α |-| α_{f} - α |)]}$

The factor ⌷ contained in equation (1) is called the gain constant. This gain constant determines how much false cues are suppressed (ie scaled down). The larger the factor ⌷, the stronger the scaling. For eliminating false cues with the help of the compensation means 6th a weighting factor K is used in equation (1), which can be formulated mathematically, for example, as follows:

K = 0.5 \cdot {1 + \frac{2}{π} \cdot a r c t a n [β \cdot (| α | - | α_{f} - α |)]}

Der in Gleichung (2) enthaltene Faktor ⌷ wird als Reaktionskonstante bezeichnet, über welche die Schnelligkeit der Reaktion des Algorithmus auf False Cues gesteuert werden kann. Bei einem großen Zahlenwert der Reaktionskonstante ⌷ führen bereits geringe False Cues zu einer größeren Veränderung des Gewichtungsfaktors K und damit zur Skalierung.The factor ⌷ contained in equation (2) is called the reaction constant, via which the speed of the algorithm's reaction to false cues can be controlled. With a large numerical value of the reaction constant ⌷, even small false cues lead to a larger change in the weighting factor K and thus to scaling.

Somit kann mittels der beiden Faktoren ⌷ und ⌷ beeinflusst werden, wie stark Beschleunigungen mit einem falschen (negativen) Vorzeichen unterdrückt werden.Thus, the two factors ⌷ and can be used to influence how strongly accelerations with a wrong (negative) sign are suppressed.

In 3 ist der Verlauf des Gewichtungsfaktors K gemäß Gleichung (2) in Abhängigkeit von der Differenzbeschleunigung |a_f--a| dargestellt. Aus dem Kurvenverlauf wird deutlich, dass bei sehr geringen Differenzbeschleunigungen beziehungsweise im Grenzfall bei einer Differenzbeschleunigung |a_f--a| = 0 (d.h. a_f = a) der Gewichtungsfaktor in diesem Beispiel K > 0,95 ist und somit nur etwas kleiner als 1 ist. Je größer die Differenzbeschleunigung |a_f--a| ist, desto kleiner ist der Wert des Gewichtungsfaktors K. Der Gewichtungsfaktor K hängt insbesondere von der aktuellen Beschleunigung |a| ab.In 3 is the course of the weighting factor K according to equation (2) as a function of the differential acceleration | a _f --a | shown. From the course of the curve it becomes clear that with very low differential accelerations or in the limit case with a differential acceleration | a _f - a | = 0 (ie a _f = a) the weighting factor in this example is K> 0.95 and is therefore only slightly less than 1. The greater the differential acceleration | a _f --a | is, the smaller the value of the weighting factor K. The weighting factor K depends in particular on the current acceleration | a | from.

Die Gleichung (1) enthält zwei Summanden, wobei der erste Summand von K und der zweite Summand von (1-K) abhängt. Somit wird deutlich, dass der erste Summand der Gleichung (1) bei kleinen Differenzbeschleunigungen |a_f--a| die Größe der sich aus dieser Gleichung ergebenden Kompensationsbeschleunigung a_k dominiert. Ist die Differenzbeschleunigung demgegenüber größer, ist der Gewichtungsfaktors K kleiner und konvergiert mit immer größer werdender Differenzbeschleunigung gegen K = 0. Das bedeutet anschaulich, dass die Gewichtung des ersten Summanden in Gleichung (1) kleiner wird, je größer die Differenzbeschleunigung ist. Dementsprechend ist bei höheren Differenzbeschleunigungen die Gewichtung des zweiten Summanden in Gleichung (2), der für die Kompensation der False Cues von wesentlicher Bedeutung ist, größer.Equation (1) contains two terms, the first term depending on K and the second term depending on (1-K). It is thus clear that the first term of equation (1) is small differential accelerations | a _f --a | the magnitude of the compensation acceleration a _k resulting from this equation dominates. If, on the other hand, the differential acceleration is greater, the weighting factor K is smaller and converges to K = 0 as the differential acceleration increases. This clearly means that the weighting of the first summand in equation (1) becomes smaller, the greater the differential acceleration. Correspondingly, with higher differential accelerations, the weighting of the second summand in equation (2), which is of essential importance for the compensation of the false cues, is greater.

4 zeigt ein Beschleunigung-Zeit-Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung a_F(t), der gefilterten Beschleunigung a_f(t) sowie der Kompensationsbeschleunigung a_k(t) veranschaulicht. Ferner ist ein Bereich 100 eingezeichnet, in dem die gefilterte Beschleunigung a_f(t) negative Werte aufweist und damit entsprechende, für einen Fahrer des Fahrsimulators deutlich wahrnehmbare False Cues hervorruft. Die in der vorstehend erläuterten Weise berechnete Kompensationsbeschleunigung a_k(t) wirkt diesen negativen Werten der gefilterten Beschleunigung a_f(t) entgegen, indem die Kompensationsbeschleunigung a_k(t) in denjenigen Bereichen mit negativer Beschleunigung einen Wert a_k ⌷ 0 m/s² (aber stets < 0 m/s²) annimmt und somit eine sehr kleine Beschleunigung in einer der Fahrzeugbeschleunigung a_F entgegengesetzten Richtung erzeugt. 4th shows an acceleration-time diagram which shows the time course of the vehicle acceleration a _F (t) , the filtered acceleration a _f (t) as well as the compensation acceleration a _k (t) illustrated. There is also an area 100 in which the filtered acceleration a _f (t) Has negative values and thus causes corresponding false cues that are clearly perceptible to a driver of the driving simulator. The compensation acceleration calculated in the manner explained above a _k (t) acts on these negative values of the filtered acceleration a _f (t) counteracting the compensation acceleration a _k (t) assumes a value a _k ⌷ 0 m / s ² (but always <0 m / s ² ) in those areas with negative acceleration and thus generates a very small acceleration in a direction opposite to the vehicle acceleration a _F.

Es hat sich gezeigt, dass der in 4 gezeigte - an sich wünschenswerte - Verlauf der Kompensationsbeschleunigung a_k(t) nicht ohne weiteres als Ansteuerungssignal a(t) für den dynamischen Fahrsimulator verwendet werden kann. Denn für a(t)=a_k(t) gilt: $lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int v (t) d t = lim_{t \to \infty} \int (\int α (t) d t) d t \neq 0$

It has been shown that the in 4th The curve of the compensation acceleration shown - desirable in itself a _k (t) not without further ado as a control signal at) can be used for the dynamic driving simulator. Because for a (t) = a _k (t) applies:

lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int v (t) d t = lim_{t \to \infty} \int (\int α (t) d t) d t \neq 0

Das bedeutet anschaulich, dass die Beschleunigungen nicht abgebaut werden, so dass daraus eine Bewegung der Fahrzeugplattform des dynamischen Fahrsimulators resultiert. Daher ist es erforderlich, in den Regelalgorithmus des Regelkreises 2 einen Washout-Mechanismus („Abbau“-Mechanismus) zu integrieren.This clearly means that the accelerations are not reduced, so that a movement of the vehicle platform of the dynamic driving simulator results from this. Therefore it is necessary in the control algorithm of the control loop 2 to integrate a washout mechanism ("breakdown" mechanism).

Der Sollwert der Beschleunigung a_Soll für den Regler 8 mit dem I-Anteil ist hierbei die zunächst mit Hilfe des Bandpassfiltermittels 4 gefilterte Beschleunigung a_f, die darüber hinaus auch noch mittels des dem Regelkreis 2 vorgeschalteten Hochpassfiltermittels 7 gefiltert wird. Vorzugsweise weist das Hochpassfiltermittel 7 eine Ordnung n ⌷ 2 auf, so dass sich zusammen mit der Filterung mit Hilfe des Bandpassfiltermittels 4 insgesamt eine Hochpassfilterung der Ordnung n ⌷ 3 ergibt, aus der die Sollgröße a_Soll für den Regler 8 des Regelkreises 2 resultiert.The setpoint of the acceleration a _setpoint for the controller 8th with the I component is the first with the help of the bandpass filter means 4th filtered acceleration a _f , which, in addition, also by means of the control loop 2 upstream high-pass filter means 7th is filtered. Preferably the high pass filter means 7th an order n ⌷ 2, so that together with the filtering with the aid of the bandpass filter means 4th overall results in a high-pass filtering of the order n ⌷ 3, from which the _target variable a _target for the controller 8th of the control loop 2 results.

Für einen Hochpassfilter der Ordnung n = 3 oder höher gilt: $lim_{t \to \infty} x (t) = lim_{t \to \infty} \int v (t) d t = lim_{t \to \infty} \int (\int α (t) d t) d t = 0$

For a high-pass filter of order n = 3 or higher, the following applies:

lim_{t \to \infty} x (t) = lim_{t \to \infty} \int v (t) d t = lim_{t \to \infty} \int (\int α (t) d t) d t = 0

Dem Regelalgorithmus des Regelkreises 2 liegt das Funktionsprinzip zugrunde, diesem die Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße zuzuführen.The control algorithm of the control loop 2 is based on the functional principle of supplying the compensation acceleration a _k as a disturbance variable.

Im Regelkreis 2 wird das Ausgangssignal des Hochpassfiltermittels 7 a_Soll als Sollwert bzw. Führungsgröße für den Regler 8 verwendet. Der Regler 8 erzeugt ein Signal, dem nach einer Regelstrecke 10 innerhalb des Regelkreises 2 die Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße aufgeschaltet wird. Um den Einfluss der Störgröße a_k zeichnerisch darzustellen, wird vorliegend eine Störstrecke 9 innerhalb des Regelkreises 2 genutzt. Vorliegend weisen sowohl die Regelstrecke 10 als auch die Störstrecke 9 ein Übertragungsverhalten FR = FS = 1 auf. Das bedeutet, dass die Signale nicht verändert werden. Daher ist es nicht zwingend notwendig, diese beiden Glieder zeichnerisch abzubilden. Sie sind jedoch aus Gründen der Vollständigkeit dennoch dargestellt.In the control loop 2 becomes the output of the high pass filter means 7th a _target as a reference value or reference variable for the controller 8th used. The regulator 8th generates a signal that follows a controlled system 10 within the control loop 2 the compensation acceleration a _{k is applied} as a disturbance variable. In order to graphically depict the influence of the disturbance variable a _k , an interference path is used here 9 within the control loop 2 used. In the present case, both the controlled system 10 as well as the disturbance path 9 a transmission behavior FR = FS = 1. This means that the signals are not changed. It is therefore not absolutely necessary to depict these two elements in a drawing. However, they are shown for the sake of completeness.

Das Ausgangssignal des Regelkreises 2 nach der Regelstrecke 10 und nach der Aufschaltung der Kompensationsbeschleunigung a_k als Störgröße ist eine resultierende Beschleunigung a(t), die einerseits zur Ansteuerung der Fahrzeugplattform verwendet wird und andererseits als Istwert der Beschleunigung abgegriffen und dem Regler 8 erneut für die Regelung der Beschleunigung zugeführt wird. Abweichungen des Ist-Verlaufs der resultierenden Beschleunigung a(t) vom Soll-Verlauf werden mittels des Reglers 8 mit dem I-Anteil langsam ausgeregelt, wodurch der Washout-Anteil an die Integralabweichung dieser beiden Verläufe gekoppelt ist. Dadurch ergibt sich bei großer Abweichung des Ist-Verlaufs der Beschleunigung a(t) vom Soll-Verlauf automatisch ein großer Washout-Anteil. Bei einer geringen Abweichung des Ist-Verlaufs der Beschleunigung a(t) vom Soll-Verlauf ist auch der Washout-Anteil dementsprechend klein.The output signal of the control loop 2 after the controlled system 10 and after the compensation acceleration a _{k has been applied} as a disturbance variable, there is a resulting acceleration at) , which is used on the one hand to control the vehicle platform and on the other hand is tapped as the actual value of the acceleration and the controller 8th is fed again for the regulation of the acceleration. Deviations in the actual course of the resulting acceleration at) of the target course are determined by means of the controller 8th slowly adjusted with the I component, whereby the washout component is coupled to the integral deviation of these two curves. This results in acceleration if there is a large deviation in the actual course at) automatically a large washout portion of the target course. If there is a slight deviation from the actual course of the acceleration at) The washout portion of the target curve is correspondingly small.

Der Regelkreis 2 stellt also immer sicher, dass die definierten Bauraumgrenzen des dynamischen Fahrsimulators eingehalten werden. Der Regler 8 besitzt keine bleibende Regelabweichung, ist allerdings langsam. Genau diese Eigenschaft wird bei dem hier vorgestellten Ansatz genutzt. Aufgebrachte Beschleunigungen (hier die Kompensationsbeschleunigung a_k des Kompensationsmittels 6) werden zunächst nahezu unverändert dargestellt und dann langsam ausgeregelt. Auch die Stabilität des Systems kann nachgewiesen werden.The control loop 2 thus always ensures that the defined installation space limits of the dynamic driving simulator are adhered to. The regulator 8th has no permanent control deviation, but is slow. It is precisely this property that is used in the approach presented here. Applied accelerations (here the compensation acceleration a _{k of} the compensation means 6th ) are initially displayed almost unchanged and then slowly adjusted. The stability of the system can also be verified.

In 5 ist ein Beschleunigung-Zeit-Diagramm dargestellt, in dem neben der Fahrzeugbeschleunigung a_F(t) das Ergebnis einer mittels eines herkömmlichen Washout-Algorithmus erhaltenen Beschleunigung a'(t) sowie eine mittels des hier vorgestellten Regelmechanismus erhaltene resultierende Beschleunigung a(t) dargestellt sind. Aus dieser Darstellung wird insbesondere deutlich, dass das Maximum der negativen Beschleunigung, welche der eigentlichen Bewegung entgegengesetzt gerichtet ist, mittels des hier vorgestellten Regelansatzes deutlich geringer ist.In 5 an acceleration-time diagram is shown in which, in addition to the vehicle acceleration a _F (t) the result of an acceleration a '(t) obtained by means of a conventional washout algorithm and a resulting acceleration obtained by means of the control mechanism presented here at) are shown. From this illustration it is particularly clear that the maximum of the negative acceleration, which is directed in the opposite direction to the actual movement, is significantly lower by means of the control approach presented here.

Mit Hilfe des hier vorgestellten Regelansatzes wird sichergestellt, dass gilt: $lim_{t \to \infty} v (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0$

The rule approach presented here ensures that the following applies:

lim_{t \to \infty} v (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0

Somit wird mittels des Regelkreises 2 erreicht, dass für t gegen ∞ sowohl die Beschleunigung als auch die Geschwindigkeit auf Null ausgeregelt werden. Anschaulich bedeutet dieses, dass der Flächeninhalt des in 5 dargestellten Verlaufs der resultierenden Beschleunigung a(t) für positive Beschleunigungen dem Flächeninhalt für negative Beschleunigungen entspricht. Ein über den Verlauf von a(t) gebildetes Integral ergibt somit den Wert Null. Mit anderen Worten wird die Regelabweichung im Regler 8 mit I-Anteil integriert und dadurch gewährleistet, dass der integrale Anteil (d.h. die Fläche zwischen beiden Kurven) zum Zeitpunkt t gegen ∞den Wert Null ergibt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ausgangssignal a(t) zur Ansteuerung der Fahrzeugplattform die Eigenschaften der Sollgröße a_Soll, welches vom Hochpassfiltermittel 7 bereitgestellt wird, bezogen auf das Integral (hier die Geschwindigkeit) hat.Thus, by means of the control loop 2 achieves that for t against ∞ both the acceleration and the speed are regulated to zero. This clearly means that the area of the in 5 the course of the resulting acceleration shown at) for positive accelerations corresponds to the area for negative accelerations. One about the course of at) The integral formed thus results in the value zero. In other words, the control deviation in the controller 8th integrated with the I-part and thereby ensures that the integral part (ie the area between the two curves) at time t is zero. This will ensure that the output signal at) to control the vehicle platform, the properties of the _target variable a _target , which is from the high-pass filter means 7th is provided, based on the integral (here the speed).

Die sich schließlich ergebende Position der Fahrzeugplattform des dynamischen Fahrsimulators muss ihrerseits nicht zwingend auf Null ausgeregelt werden. Es kann also gelten: $lim_{t \to \infty} x (t) \neq 0$

The final position of the vehicle platform of the dynamic driving simulator does not necessarily have to be set to zero. It can therefore apply:

lim_{t \to \infty} x (t) \neq 0

Dieser Effekt kann in vorteilhafter Weise für eine Vorpositionierung der Fahrzeugplattform des dynamischen Fahrsimulators verwendet werden, um insbesondere dessen Bewegungsraum zu erweitern.This effect can advantageously be used for prepositioning the vehicle platform of the dynamic driving simulator, in particular to expand its range of motion.

Unter Bezugnahme auf 6 ist dort ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators gezeigt. Der grundlegende Aufbau entspricht demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass insoweit auf die vorherigen Ausführungen verwiesen werden kann. Zusätzlich ist hier hinter dem Regelkreis 2 noch ein Hochpassfiltermittel 11 erster Ordnung vorgesehen, welches das Ausgangssignal a(t) des Regelkreises 2 einer zusätzlichen Filterung unterzieht. Dadurch kann der Effekt der Vorpositionierung der Fahrzeugplattform vermieden werden, wenn dieser nicht gewünscht sein sollte.With reference to 6th there is a second embodiment of a device 1 for controlling a dynamic driving simulator. The basic structure corresponds to that of the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the previous statements. In addition, here is behind the control loop 2 another high pass filter medium 11 first order provided, which is the output signal at) of the control loop 2 subject to additional filtering. In this way, the effect of pre-positioning the vehicle platform can be avoided if this is not desired.

Das Hochpassfiltermittel 11 weist eine sehr kleine Grenzfrequenz, vorzugsweise eine Grenzfrequenz f < 0,1 Hz, auf, so dass die Bedingung $lim_{t \to \infty} x (t) = 0$

erfüllt werden kann und somit insbesondere keine Vorpositionierung der Fahrzeugplattform erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass sich der Beschleunigungsverlauf a(t) durch die sehr kleine Grenzfrequenz f des Hochpassfiltermittels 11 nahezu nicht ändert. Das Hochpassfiltermittel 11 kann insbesondere auch zuschaltbar ausgebildet sein.The high pass filter means 11 has a very low cut-off frequency, preferably a cut-off frequency f <0.1 Hz, so that the condition

lim_{t \to \infty} x (t) = 0

can be fulfilled and thus in particular no prepositioning of the vehicle platform takes place. It has been shown that the acceleration curve at) by the very small cutoff frequency f of the high-pass filter means 11 almost does not change. The high pass filter means 11 can in particular also be designed to be switchable.

Claims

Method for controlling a dynamic driving simulator in which - a vehicle acceleration (a _F ) is filtered by means of a bandpass filter means (4) so that a filtered vehicle acceleration (af) is obtained, - the filtered vehicle acceleration (af) is fed to a compensation means (6) , with the compensation means (6) being used to calculate a compensation acceleration (a _k ) from the filtered vehicle acceleration (af) which minimizes false cues, - the filtered vehicle acceleration (a _f ) is filtered with a high-pass filter means (7) and a target value (a _Soll) is generated acceleration, - the target value (a _target) of the acceleration to a control circuit (2) with a controller (8) having an I component which is supplied, wherein the controller (8) generates a signal with the compensation acceleration (a _k ) is superimposed as a disturbance variable, so that a resulting acceleration (a (t)) as an output signal for controlling a vehicle pl attform of the driving simulator is output, the output signal being tapped and fed back to the controller (8) and a target / actual deviation of the resulting acceleration a (t) is regulated by means of the controller (8) so that:

lim_{t \to \infty} α (t) = lim_{t \to \infty} \int α (t) d t = 0.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the regulation takes place in such a way that for a position x (t) of the vehicle platform of the dynamic driving simulator:

lim_{t \to \infty} x (t) \neq 0.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the resulting acceleration (a (t)) is filtered by means of an additional high-pass filter means (11), preferably with a cut-off frequency <0.1 Hz, so that:

lim_{t \to \infty} x (t) \neq 0.

Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the vehicle acceleration (a _F ) is scaled prior to filtering by means of the bandpass filter means (4) with the aid of a scaling means (3) with a scaling factor <1, so that a scaled acceleration (a) is obtained.

Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the compensation acceleration a _{k is given} by the equation

a_{k} = K \cdot α_{f} + (1 - K) \cdot exp (- γ \cdot | α_{f} - α |) \cdot α_{f}

is determined, where K is a weighting factor and the factor ⌷ denotes a gain constant, by means of which it is determined how strongly false cues are suppressed.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the weighting factor K is given by the equation

K = 0.5 \cdot {1 + \frac{2}{π} \cdot a r c t a n [β \cdot (| α | - | α_{f} - α |)]}

is calculated, where ⌷ denotes a reaction constant that controls the speed of the reaction to false cues.

Device (1) for controlling a dynamic driving simulator, in particular for carrying out a method according to one of the Claims 1 to 6th , comprising - a bandpass filter means (4) which is designed to filter a vehicle acceleration (a _F ) and to generate a filtered vehicle acceleration (af), - a compensation means (6) which is set up to use the filtered vehicle acceleration (af ) calculate a compensation acceleration (a _k ) which minimizes false cues, - a high-pass filter means (7) which is set up to filter the filtered vehicle acceleration (af) and to generate a setpoint (a _setpoint ) of the acceleration, - a control loop (2) with a controller (8) which has an I component, the control circuit (2) being designed to receive the setpoint (a _setpoint ) of the acceleration and to generate a signal by means of the controller (8) and with to superimpose the compensation acceleration (a _k ) as a disturbance variable and to output a resulting acceleration (a (t)) as an output signal for controlling a vehicle platform of the driving simulator and this Pick up the output signal and feed it to the controller (8) again, the controller (8) being set up to regulate a target / actual deviation of the resulting acceleration a (t) such that:

lim_{t \to \infty} a (t) = lim_{t \to \infty} \int a (t) d t = 0.

Device (1) according to Claim 7 , characterized in that the device (1) has a scaling means (3) which is designed to scale the vehicle acceleration (a _F ) prior to filtering by means of the bandpass filter means (4) with a scaling factor <1.

Device (1) according to Claim 8 , characterized in that the scaling means (3) is designed so that the scaling factor can be changed adaptively.

Device (1) according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the device (1) has a high-pass filter means (11) which is connected to an output of the control loop (2) and is designed to filter the output signal of the control loop (2).