DE3643445A1 - Vorrichtung zum rollen und nicken eines fahrtsimulators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Rollen und Nicken eines Fahrtsimulators, die eine Montageplatte aufweist, auf der eine Fahrerkabine, Sitz und Bedienungs­ elemente eines Kraftwagens und ein Bildschirm montierbar sind.

Um dem "Fahrer" eines Fahrtsimulators neben der visuellen Information über den Bildschirm und der akkustischen Infor­ mation über den Lautsprecher noch das körperliche Gefühl der Beschleunigungen zu vermitteln, ist es notwendig, die Simulatorkabine derart zu bewegen, daß der Eindruck des wirklichen Fahrens verstärkt wird. Zur Simulation der Quer­ beschleunigungen und der Seitenneigung des Kraftfahrzeugs oder der Fahrbahn wird deshalb die Kabine "gerollt", das heißt um eine horizontale Längsachse gedreht; zur Simula­ tion der Längsbeschleunigungen, nämlich der Vorwärtsbe­ schleunigung und der Verzögerung sowie der Längsneigung des Kraftfahrzeugs (auch "Stampfen") und der Steigungen im Straßenprofil wird sie "genickt", das heißt um eine horizontale Querachse gedreht.

Vorrichtungen, die diese Bewegungen erzeugen sind als Kon­ struktionshilfen für die Entwicklung von Personen- und Lastkraftwagen in der Automobilindustrie bekannt. Sie wer­ den von 6 Hydraulik-Zylindern bewegt, können ein ganzes Kraftfahrzeug aufnehmen und außer der Roll- und Nickbewe­ gung noch die Gierbewegung (Drehung um eine vertikale Achse) und horizontale Verschiebungen ausführen. Diese Vor­ richtungen sind sehr aufwendig und so groß, daß sie nur stationär betrieben werden können.

Eine Vorrichtung zum Rollen eines Fahrtsimulators ist aus der Offenlegungsschrift DE 30 32 250 A1 bekannt. Sie weist die Nachteile auf, daß der Schenkmechanismus und die Fah­ rerkabine nicht voneinander getrennt werden können, daß die Nickbewegung unterbleibt und daß Unfälle beim Ein­ und Aussteigen möglich sind.

Eine weitere Vorrichtung zum Rollen eines Fahrtsimulators ist aus der Patentschrift DE 34 00 518 01 bekannt. Sie ist zwar sicher und ermöglicht auch die Montage beliebiger Fahrerkabinen, weist aber nach wie vor den Nachteil auf, daß die Nickbewegung unterbleibt, und insbesondere den Nachteil, daß wegen der unten liegenden Drehachse die Querbeschleunigung nicht richtig simuliert wird. Dies wird im Folgenden erläutert.

Bei einer Kurvenfahrt ohne Seitenneigung des Fahrzeugs spürt der Fahrer eine Kraft auf seinen Körper einwirken, die ihn nach außen drückt (die "Fliehkraft" oder "Querbe­ schleunigungskraft"). Diese Kraft wird im Simulator kurz­ fristig durch eine echte Querbeschleunigung gleicher Rich­ tung und langfristig durch eine Schräglage der Kabine er­ zeugt, bei der die in Querrichtung des Fahrzeugs wirkende Komponente der Schwerkraft die Querbeschleunigungskraft ersetzt. Die Wirkungsrichtungen dieser beiden Kräfte stim­ men aber nur dann überein, wenn die Schwenkachse oberhalb des Fahrers liegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun­ de, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß sowohl die Rollbewegung als auch die Nickbe­ wegung erzeugt werden, daß sowohl die Drehachse für die Rollbewegung als auch die für die Nickbewegung oberhalb des Schwerpunktes des Fahrers liegen, ohne die freizügige Montage beliebig geformter Fahrerkabinen zu beeinträchti­ gen und daß bei der Benutzung keine Unfallgefahr besteht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung so klein auszuführen, daß zwar eine komplette einsitzige Fahrerkabine mit schiebbarem Sitz, Lenkrad, Bedienungs­ elementen und Bildschirm auf der Montageplatte montier­ bar sind, daß hinreichend große Bewegungshübe in Quer­ und Längsrichtung zur Simulation der kurzfristig auftre­ tenden Kräfte erzeugt werden, daß außerdem hinreichend große Winkelneigungen in Quer- und Längsrichtung zur Si­ mulation der langfristig auftretenden Kräfte und zur Nachahmung der Steigungen im Straßenquer- und Längspro­ fil erzeugt werden, daß aber die geometrischen Ausmaße und das Gewicht einen Transport in einem leichten Trans­ portfahrzeug und insbesondere durch eine normale Türöff­ nung zulassen und daß die Einstiegshöhe möglichst niedrig bleibt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung so auszuführen, daß die Fahrerkabine leicht von der Seite bestiegen werden kann.

Weitere Aufgaben bestehen darin, die Vorrichtung verhält­ nismäßig einfach, robust, verschleißarm und wirtschaft­ lich auszuführen.

Schließlich besteht eine wesentliche Aufgabe darin, den Antrieb so auszuführen, daß die Montageplatte mit dem Ge­ wicht der Fahrerkabine in geeigneter, hinreichend schnel­ ler Weise um seine beiden Achsen bewegbar ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Diese Lö­ sung hat gegenüber dem Stand der Technik die Vorteile, einfach, preisgünstig, transportabel, klein und wartungs­ frei zu sein.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1 bis 7 be­ schrieben. Anhand dieser Figuren sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine isiometrische Darstellung der Vorrichtung

Fig. 2 eine Seitenansicht

Fig. 3 eine rückwärtige Ansicht

Fig. 4 einen Längsschnitt (A-A)

Fig. 5 einen Querschnitt (B-B)

Fig. 6 einen Querschnitt (C-C)

Fig. 7 einen Querschnitt (D-D)

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das Ausführungs­ beispiel. Es kann zum Beispiel der Antrieb auch hydrau­ lich oder pneumatisch, oder mit Linearmotoren oder mit zwei Motoren ausgeführt werden, die über Transmissionen die Rollen antreiben.

Fig. 1 zeigt einen Rollkörper 3 und die beiden Schienen 8 a und 8 b, auf denen er gelagert ist, die Montageplatte 1, die ihn nach oben abschließt, Zylinderschalen 12, 13 a und 13 b, die ihn nach unten abschließen, einen Nickkörper 4 und die beiden Schienen 9 a und 9 b, auf denen er gelagert ist, Sichtblenden 6, 10 a und 10 b, die dem Berührungsschutz bei Bewegung des Rollkörpers 3 dienen und einen Ständer 5 mit einer Bodenplatte 2, eine der beiden Schutzblenden 7 a, die dem Berührungsschutz bei Bewegung des Nickkörpers 4 dienen.

Insbesondere veranschaulicht Fig. 1, daß der Rollkörper 3 über dem Nickkörper 4 angeordnet ist, so daß die Montage­ platte 1 zum Rollkörper 3 gehört. Der Rollkörper führt auch die Nickbewegung aus, während der Nickkörper 4 nur die Nickbewegung ausführt.

Dies hat gegenüber der Alternative gemäß Anspruch 8 die Vorteile der größeren Standsicherheit und der Möglichkeit, zum Ein- und Aussteigen eine Treppe neben den Simulator zu stellen, ohne die Rollbewegung dadurch zu beeinträchtigen. Fig. 1 zeigt auch, daß der Rollkörper 3 nicht einfach auf einer Deckplatte des Nickkörpers 4 befestigt ist, sondern in dessen mittleren Teil hineinragt, wodurch die Höhe der Montageplatte vermindert und somit die Standfestigkeit verbessert und das Ein- und Aussteigen erleichtert wird.

Die Maße des Beispiels wurden nach Maßgabe geringer Brei­ te und beliebiger Länge gewählt.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in Seitenansicht mit Angabe der Schnittlinien B-B, C-C und D-D.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung mit dem Rollkörper 3, dem Nickkörper 4 und dem Ständer 5 von hinten mit Angabe der Schnittlinie A-A.

Fig. 4 zeigt den Längsschnitt A-A. Dargestellt sind zwei der vier äußeren Zylinderschalen 13 a und 13 b, der Schnitt durch die innere Zylinderschale 12, der Schnitt durch die beiden Schienen 8 a und 8 b, zwei von vier Antriebsrollen 14 a und 14 b für den Rollkörper, zwei von vier zugehörigen Elektrogetriebemotoren 15 a und 15 b mit Befestigungswinkeln 16 a und 16 b, zwei von vier Laufrollen 20 a und 20 b, die in einer nach unten zylinderschalenförmigen Aussparung in Spanten des Rollkörpers laufen und mit Befestigungswinkeln 26 a und 26 b am Nickkörper befestigt sind. Sie halten den Rollkörper bei dynamischen Bewegungen nach unten. Darge­ stellt sind in Fig. 4 weiterhin zwei von vier Antriebsrol­ len 21 a und 21 b für den Nickkörper, zwei von vier zugehöri­ gen Elektrogetriebemotoren 22 a und 22 b mit Befestigungs­ winkeln 23 a und 23 b, zwei von vier Laufrollen 24 a und 24 b, die an den inneren Seitenwänden der Schiene 9 a laufen und mit Befestigungswinkeln 25 a und 25 b am Ständer 5 befestigt sind. Sie dienen der seitlichen Führung des Nickkörpers. Dargestellt sind in Fig. 4 weiterhin der Schnitt durch ei­ ne Zylinderschale 11, mit der der Nickkörper nach unten abschließt, und eine Winkelmeßeinrichtung 27 für den Roll­ winkel.

Derartige Winkelmeßeinrichtungen sind bekannt. Sie verwen­ den zum Beispiel Potentiometer oder Pulsgeneratoren unter Verwendung optisch funktionierender digitaler Enkoderschei­ ben. Für den Fall, daß für die Meßeinrichtung Andruckrollen mit Schlupf verwendet werden, ist ein zusätzlicher Grenz­ wächter oder Nullwächter vorgesehen, der die digitale Win­ kelsignalverarbeitung mit dem geometrischen Winkel des Rollkörpers synchronisiert. Eine gleichartige Winkelmeß­ einrichtung ist auch für die Erfassung des Nickwinkels vorgesehen (nicht eingezeichnet). Für den Fall, daß die Winkelregelungen nicht einwandfrei die Grenzwinkel ein­ halten, sind weich abfedernde Anschlagpuffer vorgesehen (nicht eingezeichnet).

Fig. 5 zeigt den Querschnitt B-B. Dargestellt sind zwei von vier Führungsrollen 18 a und 18 c, die mit Befestigungs­ winkeln 19 a und 19 c am Nickkörper befestigt sind. Sie die­ nen der Führung des Rollkörpers im Nickkörper gegen Längs­ verschiebung und Verdrehung.

Fig. 6 zeigt den Querschnitt C-C. Dargestellt ist eine der beiden Führungsrollen 20 b, die in einer Aussparung der Rollkörperspante läuft, welche dem Andruck des Rollkörpers gegen den Nickkörper dient, damit dieser bei dynamischen Bewegungen immer auf den Antriebsrollen aufliegt. Hierzu sind Federn in der Lagerung der Rollenachsen vorgesehen (nicht eingezeichnet).

Fig. 7 zeigt den Querschnitt D-D. Dargestellt sind zwei der vier Schutzblenden 10 b und 10 d, die mit einem schma­ len Luftspalt gegen die hinteren Zylinderschalen 13 b und 13 d abschließen.

Es ist vorgesehen, daß die Rollen aus Metall mit umlauf­ fenden Rollen bestehen, in die Gummiringe eingelegt sind (nicht eingezeichnet), sodaß ein möglichst geringer Schlupf gegen die Schienen auftritt. Alternativ kann man die Schienen mit Gummistreifen belegen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Rollen und Nicken eines Fahrtsimula­ tors, der eine Montageplatte aufweist, auf der eine Fahrerkabine, Sitz und Bedienungselemente eines Kraftwagens und ein Bildschirm montierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Rollkörper (3) vorgesehen ist, der oben mit der Montageplatte (1) abschließt, und der auf zwei Schienen (8 a und 8 b) auf Rollen gelagert ist der­ art, daß er um eine oder mehrere oben liegende vir­ tuelle horizontale Längsachse schwenkbar ist, die bei Verwendung nicht kreisförmiger Schienen variable Höhe haben kann,
• b) ein Nickkörper (4) vorgesehen ist, an dem die Rol­ len für den Rollkörper (3) befestigt sind und der auf zwei Schienen (9 a und 9 b) auf Rollen gelagert ist derart, daß er um eine oben liegende virtuelle horizontale Querachse schwenkbar ist, die bei Ver­ wendung nicht kreisförmiger Schienen variable Höhe haben kann,
• c) ein Ständer (5) mit Grundplatte (2) vorgesehen ist, an dem die Rollen für den Nickkörper befestigt sind,
• d) ein regelbares Antriebssystem (29) zwischen Roll­ körper (3) und Nickkörper (4) vorgesehen ist und
• e) ein regelbares Antriebssystem (30) zwischen Nick­ körper (4) und Ständer (5) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) die Schienen (8 a und 8 b) zylinderschalenförmig sind und daß der Rollkörper nach unten mit Zylin­ derschalen (12, 13 a und 13 b) abschließt, deren Drehachse mit der der Schienen (8 a und 8 b) über­ einstimmt,
• b) ein Nickkörper (4) Schutzblenden (6, 10 a und 10 b) aufweist, die mit einem schmalen Luftspalt gegen die Zylinderschalen (12, 13 a und 13 b) und die Schienen (8 a und 8 b) abschließen,
• c) die Schienen (9 a und 9 b) zylinderschalenförmig sind und daß der Nickkörper nach unten mit einer Zylinderschale (11) abschließt, deren Drechachse mit der der Schienen (9 a und 9 b) übereinstimmt,
• d) der Ständer (5) Schutzblenden (7 a und 7 b) aufweist, die mit einem schmalen Luftspalt gegen die Zylinder­ schale (11) und die Schienen (9 a und 9 b) abschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) 4 Antriebsrollen (14 a bis 14 d) vorgesehen sind, die von Elektrogetriebemotoren (15 a bis 15 d) als An­ triebssystem (29) antreibbar sind, die mit Befesti­ gungswinkeln (16 a bis 16 d) am Nickkörper (4) be­ festigt sind,
• b) 4 Laufrollen (18 a bis 18 d) vorgesehen sind, die den Rollkörper (3) an den vertikalen Flächen der Schie­ nen (8 a und 8 b) in Längsrichtung führen und die mit Befestigungswinkeln (19 a bis 19 d) am Nickkörper (4) befestigt sind,
• c) 4 Antriebsrollen (21 a bis 21 d) vorgesehen sind, die von Elektrogetriebemotoren (22 a bis 22 d) als An­ triebssystem (30) antreibbar sind, die mit Befesti­ gungswinkeln (23 a bis 23 d) am Ständer (5) befestigt sind und
• d) 4 weitere Laufrollen (24 a bis 24 d) vorgesehen sind, die den Nickkörper (4) an den vertikalen Flächen der Schienen (9 a und 9 b) in Querrichtung führen und die mit Befestigungswinkeln (25 a bis 25 d) am Stän­ der (5) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schienen (8 a und 8b) auch an der Oberseite eine Lauffläche aufweisen und daß 4 Laufrollen (20 a bis 20 d) vorgesehen sind, die die Schienen (8 a und 8 b) von oben führen, und die mit Befestigungswinkeln (26 a bis 26 d) an der Befesti­ gungsplatte des Nickkörpers befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Winkelmeßeinrich­ tung (27) zur Messung des Rollwinkels und eine Winkel­ meßeinrichtung (28) zur Messung des Nickwinkels vorge­ sehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die rechte und linke Grenzlage des Rollkörpers (3) gegen den Nick­ körper (4) und für die vordere und hintere Grenzlage des Nickkörpers (4) gegen den Ständer (5) Anschlagpuf­ fer vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Winkelregler für den Rollwinkel und den Nickwinkel vorgesehen sind, die die Istwerte aus den Winkelmeßeinrichtungen (27) und (28) und die Sollwerte aus dem Software-Programm des Fahrtsimulators beziehen und die auf die Antriebs­ systeme (29 und 30) einwirken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Nickkörper (4) die Montageplatte (1) trägt und über dem Rollkörper (3) angeordnet ist.