DE3925427A1 - Fahrsimulator, insbesondere zur ausbildung an lastkraftwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrsimulator, insbe­ sondere zur Ausbildung an Lastkraftwagen, mit einer einer realen Ausführungsform nachgebildeten Fahrerkabi­ ne, in welcher Bedienungselemente eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, die mit Vorrichtungen zur Umwandlung machanischer Größen in elektrische Größen gekoppelt sind, welche über entsprechende Eingabeeinheiten an eine elektronische Datenverarbeitungsanlage angeschlossen sind, die aufgrund eines vorgegebenen Programms ein Bilderzeugungssystem ansteuert zur Erzeugung einer vom Innenraum der Fahrerkabine aus sichtbaren simulierten Umwelt.

Fahrsimulatoren sind an sich bekannt. Sie dienen dazu, die Wirksamkeit der Ausbildung zu erhöhen und gleichzei­ tig Verkehrsstörungen durch umfassende Fahrausbildung auf der Straße zu verringern. Ein Fahrsimulator soll im allgemeinen so konstruiert sein, daß er möglichst viele der Bedingungen nachbildet, die der Schüler während der Fahrerausbildung erfährt. Zu diesen Bedingungen gehört die Simulation einer möglichst realistischen sichtbaren Umwelt. Es ist bekannt, hierzu ein Bilderzeugungssystem zu verwenden, das angesteuert von der elektronischen Datenverarbeitungsanlage mittels eines Graphikdar­ stellungssystems eine künstliche Umwelt darstellt, bei der alle Gegenstände als Polygongruppen beschrieben werden. Dabei ist die Abbildung um so wirklichkeitsge­ treuer je mehr Polygone vorhanden sind. Bei bekannten Fahrsimulatoren sind die Mittel zur optischen Erzeugung der simulierten sichtbaren Umwelt einerseits Computer­ graphiken im Zusammenhang mit Videodiscs und Bildplatten in Verbindung mit Videodiscs. Die Verwendung von Bild­ platten ergibt dabei einen größeren Realismus bei der Darstellung, dafür aber weniger Bewegungsfreiheit inner­ halb einar Datenbank. Die Erzeugung der die simulierte Umwelt zusammensetzenden Bilder mit Hilfe von Kathoden­ strahlröhren machen es außerordentlich schwierig, eine Außenweltpräsentation zu erzeugen, die sich in beinahe kontinuierlicher Weise um die Fahrerkabine herum er­ streckt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrsi­ mulator mit den eingangs erwähnten Merkmalen derart auszubilden, daß mit geringstmöglichem Aufwand eine Simulation der sichtbaren Umwelt erzeugt werden kann, die einerseits ein möglichst realistisches von der Sicht nach vorne bis weit in die Sicht nach der Seite hinein­ reichendes Panoramabild darstellt und andererseits es dem Fahrer erlaubt, außerdem in den Rückspiegeln ein synchron mit den Bildern der Sicht nach vorne und der Seite ablaufendes Bild der Sicht nach hinten zu beobach­ ten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrsimulators sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, als Bil­ derzeugungssystem eine Anzahl von der elektronischen Datenverarbeitungsanlage gemäß dem vorliegenden Programm angesteuerte Bildprojektoren zu verwenden, von denen die Bilder auf um die Fahrerkabine herum angeordneten Pro­ jektionsschirmen erzeugt werden. Hierbei können die Bildprojektoren und Projektionsschirme so angeordnet werden, daß in einem besonders günstigen Abstand von der Fahrerkabine ein panoramaartiges Bild der Umwelt in der Sicht nach vorne und nach den Seiten dargestellt wird, während gleichzeitig durch entsprechende im rückwärtigen Bereich hinter der Fahrerkabine angeordnete zusätzliche Projektionsschirme, die durch die Rückspiegel sichtbar sind, ein Bild der Umwelt in der Sicht nach hinten dargestellt wird.

Es hat sich gezeigt, daß durch diese Darstellung ein Höchstmaß an Realität bei der Darstellung der sichtbaren Umwelt erreicht werden kann.

Für die Anordnung der Bildprojektoren und Projektions­ schirme gibt es verschiedene Möglichkeiten. So können beispielsweise die Bildprojektoren an der Fahrerkabine oder um die Fahrerkabine herum angeordnet sein und die bilderzeugenden Strahlenbündel fallen dann in eine Richtung von der Fahrerkabine weg auf die Projektions­ schirme. Es hat sich aber aus Gründen einer realisti­ schen Darstellung und Platz- und Konstruktionsgründen als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein Teil der Bildprojektoren an der von der Fahrerkabine abgewandten Seite der Projektionsschirme angeordnet ist. Die Lichtbündel werden dann durch Öffnungen der Projek­ tionsschirme hindurch auf Umlenkspiegel geführt, die an der Fahrerkabine angeordnet sind und fallen von dort aus auf die Projektionsschirme. Überhaupt läßt sich durch entsprechende Umlenkspiegel bzw. Spiegelsysteme eine optimale Raumaufteilung und Konstruktion bei der Anord­ nung der Bildprojektoren und der Projektionsschirme und der gegenseitigen Zuordnung erreichen.

Als Bildprojektoren können handelsübliche Computer­ graphik-Projektoren mit Weitwinkelfähigkeit eingesetzt werden.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für einen Fahrsimulator nach der Erfindung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in einer stark schematisierten Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fahrsimulators in einer Ansicht von oben;

Fig. 2 in einer nach der Linie II-II in Fig. 3 ge­ schnittenen Seitenansicht eine weitere Aus­ führungsform eines Fahrsimulators;

Fig. 3 den Fahrsimulator nach Fig. 2 in einer Ansicht von oben;

Fig. 4 in einer Darstellung analog Fig. 3 eine Variante des Fahrsimulators nach Fig. 2 und 3.

Der in Fig. 1 dargestellte Fahrsimulator besteht aus einer der realen Ausführungsform eines Lastkraftwagens nachgebildeten Fahrerkabine 1, in der die üblichen Bedienungselemente angeordnet sind, die in Fig. 1 durch das Lenkrad 2 angedeutet sind. Weiterhin befinden sich in der Fahrerkabine 1 zwei Sitze 3, eine Frontscheibe 4 sowie Seitenfenster 5 und an der Außenseite der Fahrer­ kabine angeordnete Rückspiegel 6.

Zur Simulation der sichtbaren Umwelt dienen in der Sicht nach vorne und einem Teil der Sicht nach der Seite zwei Bildprojektoren 7.1 und 7.2, die vor der Fahrerkabine angeordnet sind und deren nichtdargestellte Lichtbündel jeweils auf zwei an der Vorderseite der Fahrerkabine 1 angeordnete Spiegel 8.1 und 8.2 und von dort auf zwei im Bereich der Bildprojektoren 7.1 und 7.2 angeordnete Projektionsschirme 9.1 und 9.2 fallen.

Der Teil der sichtbaren Umwelt, der der Sicht des Fah­ rers nach hinten entspricht, wird erzeugt durch zwei weitere Bildprojektoren 10.1 und 10.2, die im rückwärti­ gen Bereich des Außenraums zur Fahrerkabine 1 angeordnet sind und deren Lichtbündel auf zwei Projektionsschirme 11.1 und 11.2 fallen, die so im rückwärtigen Bereich aufgestellt sind, daß sie mit Hilfe der Rückspiegel 6 von den Sitzplätzen 3 in der Fahrerkabine 1 aus beobach­ tet werden können.

Fig. 1 dient lediglich zur Darstellung des Prinzips der Bilderzeugung und Bildzusammensetzung. Wenn eine reali­ stischere Umwelt mit Panoramacharakter erzeugt werden soll, ist es vorteilhaft, eine Ausführungsform zu ver­ wenden, wie sie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.

In Fig. 2 und 3 sind wiederum die Fahrerkabine 1 mit einer Frontscheibe 4 und Seitenfenstern 5 sowie Rück­ spiegeln 6 zu erkennen. In der scheinbaren Fahrtrichtung gesehen hinter der Fahrerkabine 1 ist ein Raum 12 vorge­ sehen, in welchem sich eine elektronische Datenverarbei­ tungsanlage 13 bekannter Bauart befindet, die von einem Bedienungsstand 15 aus überwacht und bedient werden kann. Der Einstieg in die Fahrerkabine 1 führt über eine Treppe 14, die über den Raum 12 den Zugang von hinten gestattet.

Zur Darstellung der simulierten sichtbaren Umwelt dienen Bildprojektoren, die in zwei Gruppen aufgeteilt sind. Eine erste Gruppe von Bildprojektoren 17.1 bis 17.5 erzeugt, gesteuert von der elektronischen Datenverarbei­ tungsanlage 13 Bilder, die zu einem Panorama zusammen­ gesetzt werden können, welches die Sicht nach vorne und bis nahezu einem Winkel von 90° nach der Seite wieder­ gibt. Das Panorama wird erzeugt durch Projektionsschirme 19.1 bis 19.5, die längs eines die Fahrerkabine 1 von vorne umfassenden Polygonzuges angeordnet sind und lückenlos aneinander anschließen. Die Projektionsschirme 19.1 bis 19.5 werden gehaltert durch ein Gestell, das, wie in Fig. 2 und 3 für den Projektionsschirm 19.2 angedeutet, aus einem vertikalen Gestell 19.11 und einer auf dem Boden horizontal gelagerten Führungsschiene 19.22 besteht. Die Bildprojektoren 17.1, 17.2 und 17.3 sind jeweils in der scheinbaren Fahrtrichtung gesehen hinter den Projektionsschirmen 19.1, 19.2 und 19.3 angeordnet. Die von ihnen ausgehenden Lichtbündel fallen durch in den Projektionsschirmen angeordnete und für den Projektionsschirm 19.2 mit 19.23 bezeichnete Durch­ trittsöffnungen jeweils auf Umlenkspieqel 18.1, 18.2 und 18.3, welche an der Vorderseite der Fahrerkabine 1 angeordnet sind. Der Verlauf der Lichtbündel ist in den Fig. 2 und 3 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Von den Umlenkspiegeln 18.1, 18.2 und 18.3 fallen die Lichtbündel auf die Projektionsschirme 19.1, 19.2 und 19.3.

Zur Darstellung der weiter zur Seite liegenden Anteile des Panoramabildes dienen die hinter und wie aus Fig. 2 zu ersehen oberhalb der Fahrerkabine 1 angeordneten Bildprojektoren 17.4 und 17.5, die über Gestelle, die für den Bildprojektor 17.4 mit 17.41 angedeutet sind, auf dem Dach der Fahrerkabine 1 befestigt sind. Ihre Lichtbündel fallen über ebenfalls auf dem Dach der Fahrerkabine 1 angeordnete Unlenkspiegel 18.4 und 18.5 auf die Projektionsschirme 19.4 und 19.5.

Die Bilder für die Darstellung der Sicht nach hinten werden erzeugt durch eine zweite Gruppe von Bildprojek­ toren, nämlich durch die unterhalb der Seitenfenster 5 angeordneten Bildprojektoren 20.1 und 20.2, deren Licht­ bündel über Umlenkspiegel 20.3 und 20.4 auf Projektions­ schirme 21.1 und 21.2 fallen, die im Bereich der beiden hinteren Kanten der Fahrerkabine 1 so angeordnet sind, daß sie von den beiden Sitzplätzen aus durch die Außen­ spiegel 6 beobachtet werden können.

Durch diese Darstellungsweise der Sicht nach vorne und nach der Seite in einem Panoramabild zusätzlich zur Dar­ stellung der Sicht nach hinten, die durch die Außenspie­ gel 6 in realistischer Weise beobachtet werden kann, ergibt sich ein realistisches Gesamtbild der sichtbaren Umwelt, was zur Folge hat, daß von der elektronischen Datenverarbeitungaanlage 13 aus außerordentlich umfang­ reiche und unterschiedliche Fahrsituationen dargestellt werden können einschließlich der in der Sicht nach hinten ablaufenden Vorgänge, die sowohl für das Vor­ wärtsfahren als auch für das Rückwärtsfahren von beson­ derer Bedeutung sind.

In Fig. 4 ist eine Variante der Ausführungsform des Fahrsimulators nach den Fig. 2 und 3 dargestellt, bei der der Konstruktionsaufwand etwas geringer gehalten ist, indem die Zahl der Projektionsschirme und Bildpro­ jektoren erniedrigt wurde. Diese Erniedrigung der Zahl der Bildprojektoren bedingt natürlich auch einen gerin­ geren Rechneraufwand.

In Fig. 4 sind die den Bauteilen nach Fig. 2 und 3 entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern unter Hinzufügung eines "′" gekennzeichnet.

Eine genauere Beschreibung erübrigt sich, da Aufbau und Funktionsweise dieser Ausführungsform im wesentlichen dem Aufbau und der Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 entspricht.

Zur ersten Gruppe gehören die Bildprojektoren 17.1′, 17.2′, 17.4′ und 17.5′ mit den Umlenkspiegeln 18.1′, 18.2′, 18.4′ und 18.5′ und den Projektionsschirmen 19.1′, 19.2′, 19.4′ und 19.5′.

Zur zweiten Gruppe gehören die Bildprojektoren 20.1′ und 20.2′ mit den Umlenkspiegeln 20.3′ und 20.4′ und den Projektionsschirmen 21.1′ und 21.2′.

Der in Fig. 4 nicht dargestellte hintere Teil mit dem Zugang und dem Bedienungsplatz kann genauso ausgebildet sein wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3.

Claims (7)

1. Fahrsimulator, insbesondere zur Ausbildung an Last­ kraftwagen, mit einer einer realen Ausführungsform nachgebildeten Fahrerkabine, in welcher Bedienungsele­ mente eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, die mit Vorrichtungen zur Umwandlung mechanischer Größen in elektrische Größen gekoppelt sind, welche über ent­ sprechende Eingabeeinheiten an eine elektronische Daten­ verarbeitungsanlage angeschlossen sind, die aufgrund eines vorgegebenen Programms ein Bilderzeugungssystem ansteuert zur Erzeugung einer vom Innenraum der Fahrer­ kabine aus sichtbaren simulierten Umwelt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bilderzeugungssystem mehrere von der elektronischen Datenverarbeitungsanlage (13) ge­ steuerte Bildprojektoren (17.1 bis 17.5, 20.1, 20.2) aufweist, denen jeweils im Außenraum der Fahrerkabine (1) angeordnete Projektionsschirme (19.1 bis 19.5, 21.1, 21.2) zur Erzeugung der die simulierte Umwelt zusammen­ setzenden Bilder zugeordnet sind und die Bildprojektoren in zwei Gruppen aufgeteilt sind, die jeweils mindestens zwei Bildprojektoren enthalten, wobei die Bildprojekto­ ren (17.1 bis 17.5) der ersten Gruppe, deren Projek­ tionsschirme (19.1 bis 19.5) im wesentlichen im Raum vor und neben der Fahrerkabine (1) so angeordnet sind, daß sie durch die Front- und Seitenfenster (4, 5) der Fah­ rerkabine (1) beobachtbar sind, die Bilder erzeugen, welche der Sicht nach vorne und mindestens z. T. nach den Seiten entsprechen und die Bildprojektoren (20.1, 20.2) der zweiten Gruppe, deren Projektionsschirme (21.1, 21.2) im wesentlichen im Raum hinter der Fahrerkabine (2) so angeordnet sind, daß sie durch die an der Außen­ seite der Fahrerkabine (1) angeordneten Rückspiegel (6) beobachtbar sind, die Bilder erzeugen, welche der Sicht nach hinten entsprechen.

2. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für mindestens einen Teil der Bildprojektoren der ersten Gruppe (17.1 bis 17.5) und/oder der zweiten Gruppe (20.1, 20.2) zwischen Projektor und Projektions­ schirm ein jeweils mindestens einen Spiegel (18.1 bis 18.5, 20.3, 20.4) aufweisendes Spiegel-Umlenksystem angeordnet ist.

3. Fahrsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für mindestens einen Teil der Bildprojektoren der ersten Gruppe (17.1 bis 17.5) und/oder der zweiten Gruppe (20.1, 20.2) die Spiegel (18.1 bis 18.5, 21.1, 21.2) an der Außenseite der Fahrerkabine (1) angeordnet sind.

4. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß für mindestens einen Teil der Bildprojektoren der ersten Gruppe (17.1 bis 17.3) und/oder der zweiten Gruppe die Bildprojektoren von der Fahrerkabine (1) aus gesehen hinter den Projektionsschirmen (19.1 bis 19.3) angeordnet sind derart, daß das projizierte Lichtbündel durch eine Öffnung (19.23) im Projektionsschirm (19.2) auf den Spiegel (18.1 bis 18.3) oder das Spiegelsystem gelangt und von dort auf die der Fahrerkabine zugewandte Fläche des Projektionsschirms fällt.

5. Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe zwei Bildprojektoren (20.1, 20.2) enthält, die jeweils rechts und links an den Seitenwänden dar Fahrerkabine (1) unterhalb der Rückspiegel (6) angeordnet sind.

6. Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe vier oder fünf Bildprojektoren (17.1 bis 17.5 bzw. 17.1′, 17.2′, 17.4′, 17.5′) enthält, von denen zwei oder drei im wesentlichen zur Erzeugung der Bilder in Frontrichtung dienen und von der Fahrerkabine (1) aus gesehen, hinter den entsprechenden Projektionsschirmen (19.1, 19.2, 19.3 bzw. 19.1′, 19.2′) angeordnet sind, während zwei Bild­ projektoren (17.4, 17.5 bzw. 17.4′, 17.5′) im wesent­ lichen zur Erzeugung der Bilder in Seitenrichtung dienen und hinter und oberhalb der Fahrerkabine (1) angeordnet sind, wobei zwischen diesen letzteren Bildprojektoren und den seitlich angeordneten Projektionsschirmen (19.4, 19.5 bzw. 19.4′, 19.5′) auf dem Dach der Fahrerkabine (1) angeordnete Umlenkspiegel (18.4, 18.5 bzw. 18.4′, 18.5′) eingeschaltet sind.

7. Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsschirme (19.1 bis 19.5) für die Bildprojektoren der ersten Gruppe unmittelbar aneinander anschließend längs eines Polygon­ zuges symmetrisch zur Längsmittelachse der Fahrerkabine (1) angeordnet sind und die Lichtbündel so justiert sind, daß die die sichtbare Umwelt in Frontrichtung und Seitenrichtung erzeugenden Bilder lückenlos aneinander anschließen.