DE2020526A1 - Fahrsimulator - Google Patents

Description

Dipl.-Phys. Leo Thul
Patentanwalt
7 Stuttgart 30
Kurze Straße 8

G. L. H. Herondelle 24

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Fahrsimulator

Die Erfindung betrifft einen Fahrsimulator mit einer Fahrerkabine mit Fahrersitz, einer Geländenachbildung mit einer Panzernachbildung, einer optischen Aufnahmeeinrichtiing zur Wiedergabe von Ansichten der Geländenachbildung und einem Rechner zur Verarbeitung der von der Panzernachbildung abgegebenen Informationen, Solche Simulatoren werden zu Fahrübungen mit diesen Fahrzeugen verwendet,

Fahrsimulatoren, die dem Übenden das Manövrieren an einem Platz erlauben, enthalten eine Einrichtung zur; visuellen Anzeige des Ortes, der für die Übung vorgesehen ist. In Kraftfahrzeug-Simulatoren wird ein vorher aufgenommener Film der zu befahrenden Straße in Verbindung mit der Bewegung des Kraftfahrzeuges projiziert. Ein der-

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artiger Simulator ist für einen Panzer simulator nicht geeignet, da dieses Fahrzeug über verschiedenes Gelände fährt.

Eine verbesserte Einrichtung mit visueller Anzeige wurde für Flugzeuge entwickelt. Eine derartige Einrichtung ist in der französischen Patentschrift 1 356 950 beschrieben. Bei dieser Einrichtung wird das Bild von dem Platz über eine Aufnahmekamera zeitrichtig geliefert. Die Kamera wird über eine Geländenachbildung, z. B. eine Landebahn, bewegt. Die Kamera, die in der Neigung in Übereinstimmung mit der angenommenen Neigung des Flugzeuges gesteuert wird, wird in der Höhe und den Koordinaten in Übereinstimmung mit der angenommenen Route des Flugzeuges verstellt. Die Geländenachbildung wird in Längskoordinaten in der Gegenrichtung entsprechend der Route verstellt. Eine derartige Einrichtung ist für einen Panzersimulator nicht geeignet, da sich die Geländenachbildung über weite Flächen ausbreitet und keine Längsachse aufweist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Fahrsimulator zu schaffen, der insbesondere als Panzersimulator eingesetzt werden kann und bei dem die Geländenachbildung Verstellungen des Fahrzeuges in und quer zur Fahrtrichtung zuläßt. Der Fahrsimulator mit einer Fahrerkabine mit Fahrersitz, einer Geländenachbildung mit einer Panzernachbildung, einer optischen Aufnahmeeinrichtung zur Wiedergabe von Ansichten der Geländenachbildung und einem Rechner zur Verarbeitung der von der Panzernachbildung abgegebenen Informationen, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Geländenachbildung eine Halterung aufweist, die in der Höhe und im Lauf von dem Rechner gesteuert wird und aus einem Drehtisch besteht, der auf der Laufbühne einer Laufkatze drehbar ist und eine optische Einheit trägt, daß diese optische Einheit in der Höhe und Neigung selbsttätig eingestellt wird und die in der Höhe

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und Neigung frei einstellbare Panzernachbildung und einen im Sichtwinkel verstellbaren Aufnahmespiegel trägt und daß die Höhe der optischen Einheit auf Grund ihrer Stellung zur Panzernachbildung selbsttätig so einstellbar ist, daß die Höhe des Sieht-Aufnahmespiegels zur Höhe der Panzernachbildung unter diesem Spiegel unabhängig von der Höhe und Neigung der Panzernachbildung zur Geländenachbildung konstant bleibt. Bei dieser Ausgestaltung des Fahrsimulators folgt der Sicht-Aufnahmespiegel unmittelbar den Bewegungen der Panzernachbildung Über dem Relief der Geländenachbildung. Dies führt zu beständigen Ansichten am Fahrersitz, wie sie ein Fahrer eines Panzers sehen würde.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer Geländenachbildung,,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab das mechanische

Gerät, über das die Sicht-Aufnahmevorrichtung und die Panzernachbildung an der Laufkatze geführt und getragen sind,

Fig. 3 in Diagrammform das mechanische Gerät in Seitenansicht, das die Panzernachbildung mit der optischen Einheit verbindet und das die Normals teilung einnimmt,

Fig. 4 dasselbe Gerät in einer tieferen Stellung,

wobei die Panzernachbildung noch eine waagrechte Stellung einnimmt,

Fig. 5 dasselbe Gerät in einer geneigten Stellung

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der Panzernaehbildung bei Übergangspegeln,

Fig. 6 dasselbe Gerät in einer geneigten Stellung

der Panzernachbildung bei normalem Pegel,

Fig. 7 dasselbe Gerät in der Normalstellung von vorne gesehen,

Fig. 8 dasselbe Gerät in einer Ebene gesehen,

Fig. 9 dasselbe Gerät in einer seitlichen Schräglage von vorne gesehen, und

Fig. 10 in Perspektive die gesamte mit der Panzernachbildung verbundene Einrichtung in vergrößertem Maßstab.

Die Fig. 1 zeigt eine Geländenachbildung 1, die das Relief und die Beschaffenheit des Geländes z. B. im Maßstab 1 : 300 wiedergibt. Diese Nachbildung kann z. B. eine Straße mit mehreren Kilometern Länge und einen Übungs streifen.mit mannigfaltigem Gelände mit Hindernissen umfassen.

Über der Geländenachbildung kann eine Laufkatze 2 bewegt werden. Die Laufbühne 3 der Laufkatze 2 trägt einen Drehtisch 4 unter dem eine Halterung 5 angebracht ist. Diese Halterung 5 trägt eine optische Einheit 6, die in der Höhe verstellbar ist. Die optische Einheit 6 enthält eine Kamera 7 und darunter einen Spiegel 8, der ein reflektierendes Prisma sein kann. Dieser Spiegel nimmt die in

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waagrechter Richtung davorliegende Sicht auf und ist im Sichtwinkel einstellbar/ so daß er solche Sichten aufnehmen kann, wie sie der Fahrer eines Panzers sehen würde, der einen Abhang hinauf- oder herunter fährt. Diesselbe optische Einheit 6 trägt einen Schuh 9 als Panzernachbildung, der in der Höhe und in der Neigung verstellbar ist und im Maßstab der Geländenachbildung einem Panzer entspricht.

Die Wirkungsweise eines derartigen Simulators wird im Folgenden erläutert. Der Rechner fährt die optische Einheit mit Hilfe der Laufkatze, der Laufbühne und des Drehtisches in Richtung der Oberfläche und auf bestimmte Stellungen zur Geländenachbildung. Das Relief der Geländenachbildung 1 überträgt auf die Panzernachbildung 9 Höhen- und Neigungsbewegungen. Diese Bewegungen verschieben den Punkt der Panzernachbildung 9, der rechts unter dem Spiegel 8 liegt. Eine mechanische Einrichtung, die später beschrieben wird, zeigt die Verstellung dem Rechner an. Der Rechner veranlaßt eine entsprechende Anhebung oder Absenkung der optischen Einheit 6 am Ständer 5, so daß die Verstellung auf Null reduziert wird. Die Verstellung der optischen Einheit an dem Ständer wird mit Hilfe des Rechners selbsttätig ausgeführt und zwar entsprechend dem senkrechten Abstand zwischen dem Spiegel, der ein Festpunkt an der optischen Einheit ist, und einem Punkt an der Panzernachbildung, der im Bezug auf die optische Einheit frei bewegbar ist. Wenn das Gelände den Pegel der Panzernachbildung ohne Neigung anhebt, dann hebt der Rechner die optische Einheit um denselben Betrag an.

Wie noch gezeigt wird, wird die Neigungsbewegung der Panzernachbildung 9 über ein Gelenk erhalten, das in der Längsrichtung des Panzers außerhalb der Spiegelsenkrechten liegt. Daraus, resultiert, daß der senkrecht unter dem Spiegel liegende Punkt im Bezug auf den Spiegel auf- und niederbewegt wird, wenn die Panzernachbildung

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ohne Pegeländerung eine geneigte Lage einnimmt. Die mechanische Einrichtung nach der Erfindung trägt dem Rechnung, so daß der Spiegel entsprechend dem Neigungswinkel und dem Pegel der Panzernachbildung gesteuert wird. Der Neigungswinkel der Panzernachbildung wird dem Rechner eingegeben, der daraufhin den Sichtwinkel des Spiegels entsprechend einstellt. Da es sich um eine Reflexion handelt, ist der Sichtwinkel des Spiegels nur halb so groß wie der Sichtwinkel des Panzers.

Fig. 2 zeigt die gesamte vom Drehtisch 4 getragene Einrichtung in vergrößertem Maßstab und zwar die Halterung 5, die optische Einheit 6, die Kamera 7, den Spiegel 8 und die Panzernachbildung 9. Die optische Einheit, die in geeigneter Weise geführt ist, ist an Drahtseilen 6a aufgehängt, die von Rollen 5a der Halterung 5 getragen werden. Den Ausgleich übernehmen Gegenfedern^ In der Fig. 2 können die Teile eingesehen werden, über die die Panzernachbildung an der optischen Einheit frei bewegbar ist. Ein erster Ständer 10 ist über zwei Querglieder 11 und 12 mit der optischen Einheit 6 verbunden. Diese Teile bilden ein verstellbares Parallelogramm, das in einer senkrechten Längsebene liegt. Dieser Ständer 10 kann daher im Bezug auf die optische Einheit 6 auf- und abbewegt werden und behält dabei seine senkrechte Stellung bei. Eine Feder 13 zieht den Ständer 10 nach unten, so daß die Panzernachbildung auf der Geländenachbildung geführt wird. Am unteren Ende des Ständers 10 ist ein Gelenk 14 vorgesehen, das den Ständer 10 mit der Panzernachbildung 9 verbindet. Die Zeichnung zeigt den Punkt 15 der Panzernachbildung, der genau unter dem Spiegel 8 liegt und der einer senkrechten Linie durch das Auge des Fahrers entspricht. Es ist zu erkennen, daß das Gelenk 14 etwas hinter dem Punkt 15 in Längsrichtung der Panzernachbildung liegt und zwar genauer gesagt in einer quer-

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gerichtete?!] senkrechten Ebene, die durch den Schwerpunkt des Panzers in dem Nachbildmaßstab -verläuft. Die Vorderseite des Panzers ist auf der linken Seite der Zeichnung.

Fig. 3 z.eig-1 schcmatisch die Mittel, die die Panzernachbildung 9 mit der optischen. Einheit 6 und dem Servogetriebe verbinden. Hinter dem Ständer 10 ist ein zweiter Ständer 16 in der senkrechten Ebene des beschriebenen Parallelogrammes angeordnet. Dieser Ständer 1G ist über ein Gelenk 17 mit der Panzernachbildung verbunden, das in .der'Längsrichtung des Panzers auf das Gelenk 14 ausgerichtet ist. Der Ständer 16 ist weiterhin über ein.'Quei'glied 18 mit dem Ständer 10 verbunden, das parallel zur Linie 14 - 17 verläuft, so daß diese Ständer 16 und 10 ein zweites verstellbares'Parallelogramm bilden. Das Querglied 18 geht in der Richtung der Pilothalterung in einen Zeiger 10. über, der auf eine Leitmarke.20 an der optischen Einheit weist, wenn die gesamte Einrichtung die gezeigte Normallage einnimmt.

Wenn das Gelände eine waagrechte Absenkung aufweist, dann bewegt sich die Panzernachbildung nach unten, wie Fig. 4 zeigt. Der Zeiger 19 fällt unter die Leitmarke 20. Diese relative Bewegung des Zeigers wird zum Rechner übertragen und zwar über eine Aufnahme einrichtung, die später noch erläutert, wird. Der Rechner veranlaßt, daß die optische Einheit 6 an der Halterung 5 so weit abgesenkt wird, daß der Zeiger 19 wieder auf die Leitmarke 20 weist. Die gesamte Ein richtung nimmt dann wieder die in Fig; 3 gezeigte Stellung ein. Die optische Einheit ist jedoch an der Halterung 5 tiefer gestellt. In ähnlicher Weise wird die optische Einrichtung an der Halterung 5 hochgestellt, wenn das Gelände waagrechte Erhebungen aufweist.

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Wenn das Gelände ansteigt, dann nimmt die Paiizernaehbildung eine geneigte Stellung ein, wie Fig. .5 zeigt. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß der Geländepegel unter dem Gelenk 14 der Ausgangspegel ist. Das erste Parallelogramm bleibt in der normalen Stellung. Die Qu er glied er 11 und 12 bleiben in waagrechter Stellung. Da die Rückfront der Panzernachbildung 9 tiefer liegt als die Vorderfront, verstellt sich das zweite Parallelogramm,, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Der Zeiger 19 übersteigt die Leitmarke 20. Der Rechner veranlaßt, daß die optische Einheit 6 an der Halterung 5 entsprechend tiefer gestellt wird. Dadurch wird auch das erste Parallelogramm verstellt. Der Zeiger 19 behält jedoch seine Lage bei, da er parallel zur Panzernachbildung 9 verläuft. Die beiden Ständer 10 und 16 behalten ihren Abstand bei, während die Pilothalterung angehoben und das erste Parallelogramm verstellt wird. Wenn die Leitmarke 20 wieder vor dem Zeiger 19 steht, dann nimmt der Spiegel 8 wieder seine normale Lage zum Punkt 15 der Panzernachbildung ein. Die richtige Stellung ist in Fig. 6 gezeigt. Ähnliche Verstellungen der Parallelogramme werden ausgeführt, wenn das Gelände abfällt.

Fig. 7 zeigt, wie die Panzernachbildung in der Querrichtung zur senkrechten Achse 6-8-15 in Bewegung gesetzt wird, um die Stellung des Fahrers im Panzer nachbzubilden. Der Symmetriepunkt der Panzerlaufketten liegt tatsächlich nicht in der Quer ebene zum Punkt 15. Fig. 8 zeigt, daß der Punkt 15, der dem Fahrersitz entspricht, am Kopf des Panzers liegt, während der Symmetriemittelpunkt 21 ungefähr in der Mitte des Panzers liegt. Natürlich wird die Beziehung zwischen der Drehung des Drehtisches und der Kreisbewegung desselben, die sowohl Bewegungen der Laufkatze als auch der Laufbühne enthält, verschieden, wenn der Panzer mit einer gesperrten Laufkette dreht. Die senkrechte Achse ist dieD^ehachse der gesamten Ein-

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richtung (mit Hilfe des Drehtisches 4). Der Rechner berücksichtigt den Querabstand zwischen dieser Drehachse und der Symmetrielängsebene der Panzernachbildung. Wenn der Panzer nach rechts dreht, muß die Halterung vorwärtsbewegt werden, solange sie gedreht wird. Die Halterung beschreibt dabei einen Kreisbogen um den Symmetriemittelpunkt 21. Eine solche Bewegung der Halterung wird durch die Bewegungen der Laufkatze und der Laufbühne und durch eine Drehung des Drehtisches erreicht.

Eine Seitenneigung (Fig. 9) braucht nicht durch ein Auf- und Abbewegen der optischen Einheit korrigiert werden. Die Panzernachbildung neigt sich in den Gelenken 14 und 17, die in der senkrechten Spiegel ebene ausgerichtet sind. Die Neigungsbewegung ändert, daher den Pegel des Punktes 15 unter dem Spiegel 8 nicht. Der Neigungswinkel wird zum Rechner übertragen, um die Fahrerkabine entsprechend einzustellen und um das Geländebild am Fahrersitz entsprechend zu drehen.

Im Gelände können Hindernisse vorgesehen werden, die eine Weiterbewegung des Panzers behindern. Diese Hindernisse können z. B. in Form von Oberflächen- und Laufkoordinaten (Stellung der Laufkatze und der Laufbühne und Winkelstellung des Drehtisches) in den Rechner eingegeben werden»

Fig. 10 zeigtTn vergrößertem Maßstab die mit der Panzernachbildung verbundenen Teile. Die Gelenke 14 und 17 sind mit einer Stange 22 verbunden, die etwas über dem Boden an der Panzernachbildung 9 befestigt ist. Der Punkt 15 liegt genau unter dem Spiegel 8 und fällt auf diese Stange 22. Die Neigungswinkel-Aufnahmeeinrichtung wird durch eine Spule 23, die am Ständer 10 angebracht ist, einen Tauch-

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kern 24 und eine Stange 25 gebildet, die diesen Tauchkern mit einem Punkt des Gliedes 18 zwischen den Ständern 10 und 16 verbindet. Die Aufnahmeeinrichtung für die Seitenschräglage der Panzernachbildung besteht aus der am Ständer 10 befestigten Spule 27, einem Tauchkern 28 und einer Stange 29, die den Tauchkern am Punkt 37 mit der Seitenwand der Panzernachbildung verbindet. Der Punkt 37 liegt mit dem Punkt 14 auf einer waagrechten Linie. Die Pegel-Aufnahmeeinrichtung besteht aus einer Spule 30, die an der optischen Einheit 6 befestigt ist, einem Tauchkern 31 und einer Stange 32, die den Tauchkern mit dem Zeiger 19 verbindet. Der Spiegel 8 wird im Sichtwinkel durch ein Stellglied 33 eingestellt, das über den Servomotor 34, der an der optischen Einheit 6 befestigt ist, senkrecht bewegt wird. Dieses Stellglied 33 wirkt über einen mit der Spiegelwelle 36 verbundenen Hebel 35 ein. Der Rechner fügt auf das Ansprechen der Neigungs-Aufnahmeeinrichtung eine Verzögerung ein, um die Trägheit des Panzers nachzuahmen, wie sie beim Übergang in einen steilen Abhang zu beobachten ist. Die Sichtwinkelbewegung des Spiegels 8 wird mit Rücksicht auf diese Trägheit des Panzers verzögert.

6 Patentansprüche

3 Bl. Zeichnungen, 10 Fig.

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Claims (6)

1. - c 2§2D52S

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   P a t e η t a η s ρ r ü c h e

   Fahrsimulator mit einer Fahrerkabine mit Fahrersitz, einer Geländenachbildung mit einer Panzernachbildung, einer optischen Aufnahmeeinrichtung zur Wiedergabe von Ansichten der Geländenachbildung und einem Rechner zur Verarbeitung der von der Panzernachbildung abgegebenen Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß die GeländenachbiJdung eine Halterung (5) aufweist, die in der Höhe und im Lauf von dem Rechner gesteuert wird und aus einem Drehtisch (4) besteht, der auf der Laufbühno (3) einer Laufkatze (2) drehbar ist und eine optische Einheit (6)/trägt, daß diese optische Einheit in der Höhe und der Neigung selbsttätig eingestellt wird und die in der Höhe und Neigung frei einstellbare Panzernachbildung (9) und einen im Sichtwinkel verstellbaren Aufnahmespiegel (8) trägt und daß die Höhe der optischen Einheit (6) auf Grund ihrer Stellung zur Panzernachbildung (9) selbsttätig so einstellbar ist, daß die Höhe des Sicht -Aufnahmespiegels (8) zur Höhe der Panzernachhildung unter diesem Spiegel (8) unabhängig von der Höhe und der Neigung der Panzernachbildung (9) konstant bleibt.
2. 2. Fahrsimulator nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einheit (6) die Panzernachbildung (9) über ein erstes senkrechtes Verstell-Parallelogramm (10, 11, 12) trägt, das in

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   BAD ORIGWAL

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   einer parallelen Ebene in Laufrichtung liegt, daß der senkrechte Träger des Parallelogrammes ein Teil der optischen Einheit (6) ist und der getragene senkrechte Ständer (10) über ein Neigungsbewegungen zulassendes Gelenk (14) mit der Panzernachbildung (9) verbunden ist, daß über ein zweites Versteil-Parallelogramm (16, 17, 18) in derselben Ebene die selbsttätige Verstellung der optischen Einheit (6) ausführbar ist, daß ein senkrechter Ständer dieses zweiten Parallelogrammes mit dem getragenen Ständer (10) des ersten Parallelogrammes zusammenfällt, während der zweite senkrechte Ständer (16) dieses Parallelogrammes über ein Gelenk (17) in gleicher Weise mit der Panzernachbildung (9) verbunden ist, daß das Verbindungsglied (18) des zweiten Parallelogrammes als Zeiger (19) ausgebildet ist und die Höhenlage im Bezug auf eine Leitmarke (20) an der optischen Einheit (6) anzeigt und daß über eine mit dem Zeiger (19) gekoppelte Pegel-Aufnahmeeinrichtung (30, 31, 32) das Steuersignal für das Servogetriebe ableitbar ist.
3. 3. Fahrsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ™ die Neigungs- und Schräglagen-AufnahTneeinrichtungen die

   Höhen von Punkten der Panzernachbildung im Bezug auf Punkte am senkrechten Ständer (10) des ersten Verstell-Parallelogrammes messen.
4. 4. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungs- Aufnahmeeinriehtung (23, 24, 25) die Höhe eines Punktes am Verbindungsglied (18) des zweiten Verstell-P ar allelo grammes mi ßt.

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5. 5. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sichtwinkel des Sicht-Aufnahmespiegels (8) über den Rechner auf Grund der von der Panzernachbildung gelieferten Neigung einstellbar ist (33, 34, 35). "
6. 6. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Fahrerkabine übertragene Bild in der Seitenschräglage über den Rechner auf Grund der von der Panzernachbildung gelieferten Seitenschräglage einstellbar ist.

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