DE19807197C1

DE19807197C1 - Motion system with three degrees of freedom for simulating vertical, pith and wobble motions of motor vehicles

Info

Publication number: DE19807197C1
Application number: DE1998107197
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Wilkens
Original assignee: STN Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2018-02-21
Also published as: WO1999042975A1

Abstract

the motion system has a platform (11) which accommodates the vehicle and three actuators (12) which move the platform which act upon the platform via arms (13) linked to the underside of the platform. The arm application points (14-16) are mutually equally offset about a circular arc (17) and each arm is driven by two synchronised stroke drives (19) which engage the arm at a transverse distance symmetrically about the arm linkage point

Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungssystem mit drei Freiheitsgraden zur Nachbildung von Hub-, Nick- und Wankbewegungen von Fahrzeugen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention relates to a movement system with three Degrees of freedom to replicate lifting, pitching and Rolling movements of vehicles in the preamble of Claim 1 defined genus.

Ein bekanntes Bewegungssystem mit drei Freiheitsgraden zur Nachbildung von Nick-, Roll- und Wankbewegungen bei Fahrzeugen (DE 31 02 566 A1, Fig. 1) weist einen bodenfesten Grundrahmen und eine ein Führerhaus oder eine Fahrerkabine eines Fahrzeugs aufnehmende, dreieckförmige Plattform auf, die über ein in der Dreiecksmitte angeordnetes Universalgelenk an einer auf dem Grundrahmen befestigten Mittelsäule festgelegt ist. An den drei Eckpunkten der dreieckförmigen Plattform sind drei Aktuatoren angelenkt, die sich in drei Gelenkpunkten am Grundrahmen abstützen. Jeder Aktuator ist als teleskopierbarer Hydraulikzylinder ausgebildet.A known movement system with three degrees of freedom for simulating pitching, rolling and rolling movements in vehicles (DE 31 02 566 A1, Fig. 1) has a floor-fixed base frame and a triangular platform which accommodates a driver's cab or a driver's cabin of a vehicle, which is about a universal joint arranged in the center of the triangle is fixed to a central column fastened to the base frame. At the three corner points of the triangular platform, three actuators are articulated, which are supported on the base frame at three pivot points. Each actuator is designed as a telescopic hydraulic cylinder.

Bei einem ebenfalls bekannten Bewegungssystem mit vier Freiheitsgraden zur Nachbildung einer zu den Nick-, Roll- und Wankbewegungen zusätzlichen vertikalen Hubbewegung (DE 31 02 566 A1, Fig. 3) ist auch die Mittelsäule als teleskopierbarer Hydraulikzylinder ausgebildet.In a likewise known movement system with four degrees of freedom for emulating a vertical lifting movement which is additional to the pitching, rolling and rolling movements (DE 31 02 566 A1, FIG. 3), the center column is also designed as a telescopic hydraulic cylinder.

Ein bekannter Bewegungssimulator mit sechs Freiheitsgraden zur Nachbildung einer dreiachsigen Verschiebebewegung zusätzlich zur Nick-, Roll- und Wankbewegung (FR 2 703 175 A1) weist eine kreisförmige Arbeitsplattform, eine Basisplatte, drei teleskopartig ausfahrbare Streben, drei Antriebswellen und sechs Servomotoren auf, wobei die Streben mit ihrem einen Ende über in jeweils einem Eckpunkt eines gleichseitigen Dreiecks liegenden Universalgelenken mit drei Freiheitsgraden an der Arbeitsplattform angelenkt sind. Mit ihrem anderen Ende sind die Streben mit einer Antriebs- und dazu orthogonalen Führungswelle gekuppelt. Die drei jeweils von einem Servomotor angetriebenen Antriebswellen sind auf der Basisplatte in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks gelagert. Die teleskopartig ausfahrbaren Streben besitzen eine Führungsspindel, die über eine auf der Spindel verschraubbare Kupplung von jeweils einem Servomotor angetrieben wird.A well-known motion simulator with six degrees of freedom Simulation of a three-axis displacement movement additionally for pitching, rolling and rolling (FR 2 703 175 A1) has one circular work platform, one base plate, three telescopically extendable struts, three drive shafts and six servo motors with the struts at one end over in a corner point of an equilateral triangle lying universal joints with three degrees of freedom on the Work platform are articulated. With their other end the struts with a drive and orthogonal to it Coupled guide shaft. The three each from a servo motor driven drive shafts are on the base plate in the Corner points of an equilateral triangle. The Telescopic extendable struts have one Guide spindle, which can be screwed onto the spindle Coupling is driven by one servomotor each.

Der Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, ein Bewegungssystem der eingangs genannten Art mit drei Freiheitsgraden zur Nachbildung von Hub-, Nick- und Wankbewegungen bei Fahrzeugen zu schaffen, das eine hohe Seitensteifigkeit besitzt, so daß zusätzliche Maßnahmen zur Stabilisierung des Bewegungssystems in horizontaler Richtung entfallen können.The invention has for its object a movement system of the type mentioned with three degrees of freedom Replication of lifting, pitching and rolling movements in vehicles to create that has a high lateral rigidity, so that additional measures to stabilize the movement system can be omitted in the horizontal direction.

Die Aufgabe ist bei einem Bewegungssystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.The task in a movement system is in the preamble of the genus specified in claim 1 according to the invention Features solved in the characterizing part of claim 1.

Das erfindungsgemäße Bewegungssystem hat den Vorteil, daß durch den synchronen Antrieb jedes Stößels an zwei voneinander beabstandeten, miteinander fluchtenden Punkten jeder Aktuator selbst eine hohe Seitensteifigkeit besitzt und durch die um 120° gegeneinander versetzten Angriffspunkte der drei Aktuatoren an der Plattform das ganze Bewegungssystem in der horizontalen Ebene sehr steif ist, so daß diesbezüglich auf zusätzliche Stabilisatoren oder auf eine zusätzliche Lagerung der Plattform auf einer mittig angreifenden Mittelsäule verzichtet werden kann. Das Bewegungssystem wird damit insgesamt konstruktiv einfacher und kann kostengünstiger gefertigt werden. Zugleich läßt sich die Bauhöhe des Bewegungssystems reduzieren. Der Hubbereich der Stößel läßt sich sehr leicht an die geforderten Bedingungen anpassen.The movement system according to the invention has the advantage that due to the synchronous drive of each ram on two of them spaced, aligned points of each actuator itself has a high degree of lateral rigidity and due to the Attack points of the three offset by 120 ° Actuators on the whole movement system in the platform horizontal plane is very stiff, so in this regard additional stabilizers or additional storage the platform on a central column can be dispensed with. The movement system becomes overall structurally simpler and can be cheaper are manufactured. At the same time, the overall height of the Reduce movement system. The stroke range of the ram leaves adapt very easily to the required conditions.

Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bewegungssystems mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.Appropriate embodiments of the invention Movement system with advantageous training and Refinements of the invention result from the others Claims.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Auführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. The invention is based on one shown in the drawing Performance example described in more detail below.

Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:Each shows in a schematic representation:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Bewegungssystems mit drei Freiheitsgraden zur Nachbildung von Hub-, Nick- und Wankbewegungen bei Fahrzeugen, Fig. 1 is a plan view of a motion system having three degrees of freedom for simulating heave, pitch and roll movements of vehicles,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Aktuators des Bewegungssystems in Richtung Pfeil II in Fig. 1, Fig. 2 is a side view of an actuator of the motion system in the direction of arrow II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Aktuators in Richtung Pfeil III in Fig. 1, und Fig. 3 is a side view of the actuator in the direction of arrow III in Fig. 1, and

Fig. 4 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 3 eines modifizierten Aktuators. Fig. 4 shows the same representation as in Fig. 3 of a modified actuator.

Das in Fig. 1 schematisch in Draufsicht skizzierte Bewegungssystem mit drei Freiheitsgraden zur Nachbildung von Hub-, Nick- und Wankbewegungen bei Fahrzeugen weist eine ein Fahrzeug aufnehmende Plattform 11 auf, die von drei Aktuatoren 12 bewegt wird. In Fig. 1 ist die hier abgenommene Plattform 11 strichliniert angedeutet. Jeder Aktuator 12 ist auf einem bodenfesten Grundrahmen 10 befestigt und greift mit einem Stößel 13 an der Unterseite der Plattform 11 in einem Anlenkpunkt 14 bzw. 15 bzw. 16 an. Die drei Anlenkpunkte 14-16 der drei Stößel 13 liegen dabei um gleiche Umfangswinkel von jeweils 120° gegeneinander versetzt auf einem Kreisbogen 17. Irr Fig. 1 ist nur einer der drei Aktuatoren 12 in Draufsicht dargestellt, während von den beiden anderen Aktuatoren 12 lediglich deren Anlenkpunkte 15, 16 an der Plattform 11 angedeutet sind. Die Verbindung zwischen Stößel 13 und Plattform 11 in den Anlenkpunkten 14-16 erfolgt über je ein Kugelgelenk 18, das in Fig. 2 und 3 nur schematisch angedeutet ist.The movement system sketched schematically in FIG. 1 with three degrees of freedom for emulating lifting, pitching and rolling movements in vehicles has a platform 11 which accommodates a vehicle and is moved by three actuators 12 . The platform 11 removed here is indicated by dashed lines in FIG. 1. Each actuator 12 is fastened to a base frame 10 which is fixed to the floor and engages with a plunger 13 on the underside of the platform 11 in a pivot point 14 or 15 or 16 . The three articulation points 14-16 of the three plungers 13 are offset from one another by the same circumferential angle of 120 ° on a circular arc 17 . Irr Fig. 1, only one of the three actuators 12 illustrated in plan view, while from the other two actuators 12, only the points of articulation 15, are indicated on the platform 11 16. The connection between the plunger 13 and platform 11 in the articulation points 14-16 takes place via a ball joint 18 , which is only indicated schematically in FIGS. 2 and 3.

Jeder Stößel 13 ist als U-förmiger Bügel mit zwei zueinander parallelen Bügelschenkeln 131, 132 ausgebildet, die durch ein Joch 133 miteinander verbunden sind. Die Kugelgelenke 18 in den Anlenkpunkten 14-16 sind jeweils mittig auf der der Plattform 11 zugekehrten Oberseite der Joche 133 angeordnet. An jedem der mit Querabstand verlaufenden Bügelschenkel 131, 132 greift ein Hubantrieb 19 an. Die beiden Hubantriebe 19 sitzen auf einer gemeinsamen Antriebswelle 20, die von einem Elektromotor 21 über ein in einem Getriebegehäuse 22 aufgenommenes Getriebe antreibbar ist. Die Antriebswelle 20 ist im Getriebegehäuse 22 drehbar gelagert und ragt mit ihren beiden Wellenenden aus dem Getriebegehäuse 22 heraus. Jedes Wellenende trägt eine Exzentereinheit 23, über welche die beiden Bügelschenkel 131 und 132 des Stößels 13 mit der Antriebswelle 20 gekoppelt sind.Each plunger 13 is designed as a U-shaped bracket with two mutually parallel bracket legs 131 , 132 , which are connected to one another by a yoke 133 . The ball joints 18 in the articulation points 14-16 are each arranged centrally on the upper side of the yokes 133 facing the platform 11 . A lifting drive 19 acts on each of the stirrup legs 131 , 132 running at a transverse distance. The two linear actuators 19 are seated on a common drive shaft 20 , which can be driven by an electric motor 21 via a transmission accommodated in a transmission housing 22 . The drive shaft 20 is rotatably mounted in the gear housing 22 and protrudes from the gear housing 22 with its two shaft ends. Each shaft end carries an eccentric unit 23 , via which the two bracket legs 131 and 132 of the tappet 13 are coupled to the drive shaft 20 .

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 weist jede Exzentereinheit 23 einen drehfest mit der Antriebswelle 20 verbundenen Schwenkarm 24 auf, der mit dem Bügelschenkel 131 bzw. 132 um eine parallel zur Antriebswelle 20 ausgerichtete Schwenkachse 25 schwenkbar verbunden ist. In diesem Fall ist die Antriebswelle 20 von dem Elektromotor 21 über das Getriebe so angetrieben, daß sie eine Drehbewegung von der in Fig. 3 dargestellten Grundstellung aus um z. B. maximal ± 60° ausführt, wodurch der Stößel 13 dadurch eine im wesentlichen geradlinige Hubbewegung ausführt.In the exemplary embodiment in FIGS. 2 and 3, each eccentric unit 23 has a swivel arm 24 which is non-rotatably connected to the drive shaft 20 and which is pivotably connected to the stirrup legs 131 and 132 about a swivel axis 25 aligned parallel to the drive shaft 20 . In this case, the drive shaft 20 is driven by the electric motor 21 via the gear so that it rotates from the basic position shown in FIG . B. executes a maximum of ± 60 °, whereby the plunger 13 thereby performs a substantially linear stroke movement.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist jede Exzentereinheit 23 durch einen Exzenternocken 26 realisiert, der drehfest auf den vorstehenden Enden der Antriebswelle 20 sitzt. An dem Umfang des Exzenternockens 26 liegt der hier geführte Bügelschenkel 131 bzw. 132 mit einer an seiner stirnfreien Stirnseite ausgebildeten Kurvenbahn 27 kraftschlüssig an, so daß je nach Drehstellung des Exzenternockens 26 die Plattform 11 über den Stößel 13 mehr oder weniger angehoben wird.In the exemplary embodiment in FIG. 4, each eccentric unit 23 is realized by an eccentric cam 26 which sits on the projecting ends of the drive shaft 20 in a rotationally fixed manner. On the circumference of the eccentric cam 26 , the stirrup leg 131 or 132 guided here with a curved path 27 formed on its face-free end face rests positively, so that, depending on the rotational position of the eccentric cam 26, the platform 11 is more or less raised via the tappet 13 .

Claims

1. Movement system with three degrees of freedom for emulating lifting, pitching and rolling movements in vehicles, with a platform ( 11 ) accommodating the vehicle and three actuators ( 12 ) moving the platform ( 11 ), each having one on the underside of the platform ( 11 ) articulated plunger ( 13 ) act on the platform ( 11 ), characterized in that the articulation points ( 14-16 ) of the plunger ( 13 ) are offset from one another by the same circumferential angle on a circular arc ( 17 ) and that each plunger ( 13 ) is driven by two mutually synchronized lifting drives ( 19 ) which act on the plunger ( 13 ) at a transverse distance from one another and act symmetrically on the plunger articulation point ( 14 or 15 or 16 ).

2. Movement system according to claim 1, characterized in that in each of the three tappet pivot points ( 14 or 15 or 16 ) a ball joint ( 18 ) is arranged.

3. Movement system according to claim 1 or 2, characterized in that the plunger ( 13 ) is designed as a U-shaped bracket with two mutually parallel bracket legs ( 131 , 132 ) which by a tappet pivot point ( 14 or 15 or 16 ) centrally supporting yoke ( 133 ) are connected to each other, and that in each case a lifting drive ( 19 ) is coupled to a bracket leg ( 131 , 132 ).

4. Movement system according to claim 3, characterized in that the two lifting drives ( 19 ) have a common drive shaft ( 20 ) and the drive shaft ( 20 ). have a gear-driving electric motor ( 21 ) and that the drive shaft ( 20 ) is coupled via an eccentric unit ( 23 ) to each bracket leg ( 131 , 132 ).

5. Movement system according to claim 4, characterized in that each eccentric unit ( 23 ) has a rotationally fixed on the drive shaft ( 20 ), with the bracket leg ( 131 or 132 ) pivotally connected pivot arm ( 24 ) and that the drive shaft ( 20 ) so is driven that it rotary movements in a maximum predetermined angular range, for. B. of ± 60 °.

6. Movement system according to claim 4, characterized in that each eccentric unit ( 23 ) has a rotationally fixed on the drive shaft ( 20 ) eccentric cam ( 26 ), on the circumference of the bracket leg ( 131 or 132 ) with a curved path formed on its end face ( 27 ) is non-positively.

7. Movement system according to one of claims 4 to 6, characterized in that the drive shaft ( 20 ) is mounted in a gearbox housing ( 22 ) which receives the gearbox and is fixed on a floor-fixed base frame ( 10 ) and on both shaft ends projecting from the gearbox housing ( 22 ) each carries an eccentric unit ( 23 ).