FR2677155A1

FR2677155A1 - Motor car simulator

Info

Publication number: FR2677155A1
Application number: FR9106574A
Authority: FR
Inventors: Gaubert Jean-Pierre; Lacroix Michel Andre; Le Guillou Rene
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-04
Anticipated expiration: 2011-05-31
Also published as: FR2677155B1

Abstract

The simulator of the invention includes a first carriage (3) moving longitudinally, on which a second carriage (7) moves transversely, which, via a device with 3 DEG of freedom (10, 11, 13), supports a platform (12) which itself, by means of a vibrating platform (14), supports a vehicle (2), a projection sphere (25) and projectors (27).

Description

SIMULATEUR DE VOITURE AUTOMOBILE
La présente invention se rapporte à un simulateur de voiture automobile.AUTOMOTIVE CAR SIMULATOR
The present invention relates to a motor car simulator.

On connaît des simulateurs de voitures automobiles qui ne simulent que l'aspect visuel de la conduite de ces voitures, et qui ne peuvent convenir que pour l'apprentissage élémentaire de la conduite. Motor car simulators are known which simulate only the visual aspect of driving these cars, and which can only be suitable for elementary driving training.

Pour simuler d'autres phénomènes et grandeurs physiques, tels que les mouvements du véhicule, le comportement de ses organes de suspension, notamment en vue d'en améliorer la tenue de route et d'en augmenter le confort dans des conditions difficiles (routes sinueuses, routes en mauvais état ...), ainsi que pour mieux adapter les routes et les ouvrages d'art à la conduite (profil des voies d'accès à des ponts ou à des autoroutes, visibilité et lisibilité des panneaux de signalisation routière sur des routes courbes et/ou en pente, ...), il faut pouvoir simuler également les différents mouvements de la voiture (roulis, tangage, lacets, en plus des mouvements en X, Y et Z). To simulate other phenomena and physical quantities, such as vehicle movements, the behavior of its suspension components, in particular with a view to improving road handling and increasing comfort under difficult conditions (winding roads , roads in poor condition ...), as well as to better adapt roads and engineering structures to driving (profile of access roads to bridges or highways, visibility and legibility of road signs on curved and / or sloping roads, ...), it must also be possible to simulate the different movements of the car (roll, pitch, laces, in addition to movements in X, Y and Z).

Pour simuler des mouvements de véhicules, on fait généralement appel à des plateformes suspendues dont les mouvements, généralement à six degrés de liberté, sont commandés par des vérins hydrauliques. Ces plateformes supportent une cabine de conduite ainsi qu'un système de projection d'images, dont l'écran est généralement une portion de sphère. Ces simulateurs sont bien appropriés à la simulation d'aéronefs, mais ne peuvent convenir à la simulation de voitures automobiles.En effet, ces simulateurs ne peuvent simuler que des mouvements en X (longitudinal) et Y (transversal) de faible amplitude (l mètre ou moins) et de fréquence relativement basse, ce qui est suffisant pour simuler le comportement d'aéronefs, alors que pour l'application à des voitures automobiles, il faudrait que la plateforme puisse être animée de mouvements en
X et Y de relativement grande amplitude (plusieurs mètres) afin de produire des sensations d'accélérations positives et négatives à fort gradient, et que les mouvements oscillatoires de la plateforme puissent être de fréquence plus élevée.In order to simulate vehicle movements, suspended platforms are generally used, the movements of which, generally at six degrees of freedom, are controlled by hydraulic cylinders. These platforms support a driver's cab and an image projection system, the screen of which is generally a portion of a sphere. These simulators are well suited to simulating aircraft, but cannot be used for simulating motor cars, since these simulators can only simulate movements in X (longitudinal) and Y (transverse) of small amplitude (l meter). or less) and of relatively low frequency, which is sufficient to simulate the behavior of aircraft, while for application to motor cars, the platform should be able to be animated by movements
X and Y of relatively large amplitude (several meters) in order to produce feelings of positive and negative accelerations with strong gradient, and so that the oscillatory movements of the platform can be of higher frequency.

Depuis peu de temps, on connaît des simulateurs prévus pour les voitures automobiles et comportant une plateforme mobile. Dans le premier cas (Daimler Benz), la plateforme est montée sur des vérins lui conférant six degrés de liberté. Cette plateforme connue présente donc les inconvénients précités des plateformes pour cabines d'aéronefs. Dans un second cas (VTI suédois), le dispositif d'animation de plateforme la déplace linéairement selon un mouvement en Y (transversal) seulement, et angulairement selon deux degrés de liberté. Prochainement, il devrait pouvoir produire des vibrations verticales.Cependant, pour un rendu le plus réaliste possible des mouvements d'un véhicule automobile, il faut imprimer à la plateforme des mouvements de grande amplitude en
X, Y et Z indépendants entre eux, ainsi que des mouvements angulaires en lacets, roulis et tangage le plus possible indépendants entre eux, et enfin des mouvements vibratoires en
X, Y et Z indépendants entre eux, ce que ne permettent pas ces deux derniers simulateurs connus.Recently, we have known simulators intended for motor cars and having a mobile platform. In the first case (Daimler Benz), the platform is mounted on jacks giving it six degrees of freedom. This known platform therefore has the aforementioned drawbacks of platforms for aircraft cabins. In a second case (Swedish VTI), the platform animation device moves it linearly according to a Y (transverse) movement only, and angularly according to two degrees of freedom. Soon, it should be able to produce vertical vibrations. However, to make the movements of a motor vehicle as realistic as possible, large amplitude movements must be printed on the platform.
X, Y and Z independent between them, as well as angular movements in laces, roll and pitch as independent as possible between them, and finally vibratory movements in
X, Y and Z independent of each other, which these last two known simulators do not allow.

La présente invention a pour objet un simulateur de véhicule automobile dont la plateforme puisse être animée de tous les mouvements précités, chacun de ces mouvements étant le plus indépendant possible des autres, simulateur dont les débattements des mouvements soient de valeurs raisonnables (3 à 5 m au maximum pour les plus grands d'entre eux) tout en assurant à la plateforme pratiquement tous les mouvements que peut subir dans la réalité un véhicule automobile en déplacement, et ce, de la façon la plus réaliste possible, la commande de ces mouvements étant la plus simple possible, le simulateur étant le moins onéreux possible. The present invention relates to a motor vehicle simulator whose platform can be animated with all of the aforementioned movements, each of these movements being as independent as possible from the others, simulator whose movement deflections are of reasonable values (3 to 5 m maximum for the largest of them) while ensuring virtually all the movements that a moving motor vehicle can undergo in reality, and this, as realistically as possible, the control of these movements being as simple as possible, the simulator being as inexpensive as possible.

Le simulateur conforme à l'invention comporte une plateforme supportant, par l'intermédiaire d'un dispositif vibrant à au moins un degré de liberté à mouvements de faible amplitude et de fréquence élevée un poste de conduite comportant un véhicule, la plateforme étant supportée par un dispositif d'animation comprenant essentiellement deux parties: une partie inférieure produisant des mouvements rectilignes en X et Y, et une partie supérieure produisant des mouvements angulaires à au moins deux degrés de liberté, tous les mouvements étant indépendants entre eux, ce simulateur comportant un dispositif de projection et un écran de projection. De préférence, l'écran de projection est solidaire de la plateforme. The simulator according to the invention comprises a platform supporting, by means of a device vibrating at least one degree of freedom with movements of low amplitude and high frequency, a driving position comprising a vehicle, the platform being supported by an animation device essentially comprising two parts: a lower part producing rectilinear movements in X and Y, and an upper part producing angular movements with at least two degrees of freedom, all the movements being independent of each other, this simulator comprising a projection device and a projection screen. Preferably, the projection screen is integral with the platform.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective, avec arraché, d'un simulateur conforme à l'invention, et - les figures 2 et 3 sont respectivement une vue de côté et une vue de dessus d'une plateforme vibrante pouvant être utilisée dans le simulateur de la figure 1. The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which: - Figure 1 is a perspective view, with parts broken away , of a simulator according to the invention, and - Figures 2 and 3 are respectively a side view and a top view of a vibrating platform that can be used in the simulator of Figure 1.

L'invention est décrite ci-dessous en référence à une voiture automobile particulière, mais il est bien entendu qu'elle peut s'appliquer à d'autres types de véhicules routiers : camions, autocars,
Le simulateur de l'invention comporte un jeu de glissières ou de rails 1 fixés sur le sol ou sur un support stable et assurant le mouvement longitudinal (en X) du véhicule de test 2, c'est-à-dire que ces rails I sont disposés parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule 2. Dans l'exemple représenté sur le dessin, ces rails 1 sont au nombre de trois, mais il est bien entendu que leur nombre peut être différent. De préférence, le véhicule 2 est un véhicule réel.The invention is described below with reference to a particular motor vehicle, but it is understood that it can be applied to other types of road vehicles: trucks, coaches,
The simulator of the invention comprises a set of slides or rails 1 fixed on the ground or on a stable support and ensuring the longitudinal movement (in X) of the test vehicle 2, that is to say that these rails I are arranged parallel to the longitudinal axis of the vehicle 2. In the example shown in the drawing, these rails 1 are three in number, but it is understood that their number may be different. Preferably, the vehicle 2 is a real vehicle.

Sur les rails 1, on monte un chariot mobile 3. La course longitudinale (en Y) du chariot 3 sur les rails I est limitée par des butées 4. Cette course est par exemple comprise entre 3 et 5 m environ. Le chariot 3 est formé d'un châssis rectangulaire actionné par des vérins 5, par exemple hydrauliques, qui le déplacent sur les rails 1 et sur lequel sont fixés deux rails transversaux 6, c'est-à-dire perpendiculaires aux rails 1. Bien entendu, le chariot 3 est le plus léger possible (pour réduire la masse totale en mouvement), tout en étant suffisamment solide et rigide pour supporter les éléments décrits ci-dessous sans se déformer ni vibrer. On the rails 1, a mobile carriage 3 is mounted. The longitudinal stroke (in Y) of the carriage 3 on the rails I is limited by stops 4. This stroke is for example between 3 and 5 m approximately. The carriage 3 is formed of a rectangular chassis actuated by jacks 5, for example hydraulic, which move it on the rails 1 and on which are fixed two transverse rails 6, that is to say perpendicular to the rails 1. Good of course, the carriage 3 is as light as possible (to reduce the total mass in motion), while being sufficiently solid and rigid to support the elements described below without deforming or vibrating.

Sur les seuils 6, on monte un second chariot mobile 7, qui a par exemple une forme sensiblement triangulaire. Les déplacements du chariot 7 sur les rails 6 sont commandés par des vérins 8, et sa course est limitée par des butées 9. Cette course est par exemple d'environ 3 m. On the thresholds 6, a second mobile carriage 7 is mounted, which for example has a substantially triangular shape. The movements of the carriage 7 on the rails 6 are controlled by jacks 8, and its stroke is limited by stops 9. This stroke is for example around 3 m.

Sur le chariot 7 est fixé de façon rigide un trépied 10 supportant, par l'intermédiaire d'une rotule 11 une plateforme 12. La plateforme 12 est animée de mouvements angulaires en roulis, lacets et tangage, pratiquement indépendants entre eux, sous la commande d'au moins trois vérins hydrauliques référencés 13 dans leur ensemble. On the carriage 7 is rigidly fixed a tripod 10 supporting, by means of a ball joint 11 a platform 12. The platform 12 is driven by angular movements in roll, laces and pitch, practically independent of each other, under the control at least three hydraulic cylinders referenced 13 as a whole.

La plateforme 12 supporte un dispositif vibrant 14. De préférence, ainsi que représenté en figures 2 et 3, le dispositif 14 est du type à six degrés de liberté (mouvements, indépendants entre eux, linéaires en X, Y, Z et angulaires en roulis, tangage et lacets). Le dispositif 14 produit des mouvements de faible amplitude (par exemple 10 à 20 centimètres pour les mouvements linéaires et quelques degrés pour les mouvements angulaires) et de fréquence relativement élevée (jusqu'à environ 120 Hz). The platform 12 supports a vibrating device 14. Preferably, as shown in FIGS. 2 and 3, the device 14 is of the type with six degrees of freedom (movements, independent of each other, linear in X, Y, Z and angular in roll , pitch and laces). The device 14 produces movements of small amplitude (for example 10 to 20 centimeters for linear movements and a few degrees for angular movements) and of relatively high frequency (up to approximately 120 Hz).

Le dispositif 14 comporte une plateforme 15 constituée de deux longerons et de deux traverses, formant un rectangle, et tous articulés entre eux (rotules 15A). Cette plateforme 15 est légèrement déformable (pour simuler les déformations du châssis du véhicule réel). Elle supporte le véhicule 2 par des blocs réglables 15B disposés sous les longerons de la voiture, sensiblement aux endroits prévus pour le cric de levage du véhicule 2. La plateforme 15 repose sur quatre vérins verticaux 16. Les corps des vérins 16 sont reliés par rotule à la plateforme 12, et leurs tiges sont reliées par rotules à la plateforme 15, au plus près du point de fixation de l'amortisseur correspondant du véhicule 2. La course de 20 cm environ des tiges des vérins 16 permet de reproduire en grandeur réelle les débattements de la suspension du véhicule 2. The device 14 comprises a platform 15 consisting of two longitudinal members and two crosspieces, forming a rectangle, and all hinged together (ball joints 15A). This platform 15 is slightly deformable (to simulate the deformations of the chassis of the real vehicle). It supports the vehicle 2 by adjustable blocks 15B placed under the side members of the car, substantially at the places provided for the jack for lifting the vehicle 2. The platform 15 rests on four vertical jacks 16. The bodies of the jacks 16 are connected by ball joint to the platform 12, and their rods are connected by ball joints to the platform 15, as close as possible to the point of attachment of the corresponding shock absorber of the vehicle 2. The stroke of approximately 20 cm of the rods of the jacks 16 makes it possible to reproduce in real size the vehicle suspension travel 2.

Un vérin horizontal 17 est fixé rigidement à la plateforme 12, et sa tige est parallèle à l'axe longitudinal du véhicule 2 et est reliée par rotule au milieu d'un petit côté de la plateforme 15. Deux autres vérins 18 sont fixés rigidement à la plateforme 12. Leurs tiges sont horizontales et perpendiculaires à l'axe longitudinal du véhicule 2. Ces tiges des vérins 18 sont reliées par double rotule à l'un des grands côtés de la plateforme 15.A horizontal cylinder 17 is rigidly fixed to the platform 12, and its rod is parallel to the longitudinal axis of the vehicle 2 and is connected by ball joint in the middle of a short side of the platform 15. Two other cylinders 18 are rigidly fixed to the platform 12. Their rods are horizontal and perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle 2. These rods of the jacks 18 are connected by double ball joint to one of the long sides of the platform 15.

Les points de fixation de ces doubles rotules sur la plateforme 15 sont situés entre les roues correspondantes d'un même côté de la voiture, symétriquement par rapport au milieu de la distance entre ces roues. La disposition décrite des sept vérins 16 à 18 permet de soumettre le véhicule 2 à des mouvements rectilignes en X, Y et Z et à des rotations selon les trois axes (roulis, lacets, tangage), indépendamment les uns des autres.The attachment points of these double ball joints on the platform 15 are located between the corresponding wheels on the same side of the car, symmetrically with respect to the middle of the distance between these wheels. The described arrangement of the seven jacks 16 to 18 makes it possible to subject the vehicle 2 to rectilinear movements in X, Y and Z and to rotations along the three axes (roll, laces, pitch), independently of each other.

Les mouvements angulaires (roulis, tangage, lacets) de la plateforme 12 autour de la rotule Il (qui est sensiblement à la verticale du centre de gravité de la plateforme 12) sont commandés, indépendamment les uns des autres par des vérins 13A à 13D. A cet effet, les quatre vérins 13A à 13D sont munis à chacune de leurs extrémités de rotules. Du côté de la plateforme 7, les rotules des vérins 13A et 13B sont fixées en des points 19 et 20 qui sont symétriques par rapport à un plan vertical passant par la rotule 11, et qui sont près des sommets du triangle formé par cette plateforme, sommets qui sont tous les deux au-dessus du même rail 6 (qui est lui-même le plus proche de l'arrière du véhicule 2). Les rotules des deux autres vérins 13C, 13D sont fixées, côté plateforme 7, près d'un point 21 qui est sensiblement à la verticale de la rotule 11. The angular movements (roll, pitch, laces) of the platform 12 around the ball joint II (which is substantially vertical to the center of gravity of the platform 12) are controlled, independently of each other by jacks 13A to 13D. For this purpose, the four jacks 13A to 13D are provided at each of their ends with ball joints. On the side of the platform 7, the ball joints of the jacks 13A and 13B are fixed at points 19 and 20 which are symmetrical with respect to a vertical plane passing through the ball joint 11, and which are near the vertices of the triangle formed by this platform, vertices which are both above the same rail 6 (which is itself closest to the rear of the vehicle 2). The ball joints of the other two cylinders 13C, 13D are fixed, platform side 7, near a point 21 which is substantially vertical to the ball joint 11.

Du côté de la plateforme 12, les rotules des vérins 13A, 13B sont fixées près d'un point 22 qui est sous l'axe longitudinal du véhicule 2, à l'arrière (par rapport au véhicule) de la plateforme 12. Les rotules des deux autres vérins 13C, 13D sont fixées en des points 23, 24 symétriques entre eux par rapport au centre de gravité (qui doit sensiblement coïncider avec une verticale passant par la rotule 11) de la plateforme 12. Pour des raisons de symétrie, on utilise les deux vérins 13C, 13D, mais du point de vue cinématique, l'un d'eux peut suffire. On the side of the platform 12, the ball joints of the jacks 13A, 13B are fixed near a point 22 which is under the longitudinal axis of the vehicle 2, at the rear (relative to the vehicle) of the platform 12. The ball joints of the two other jacks 13C, 13D are fixed at points 23, 24 which are symmetrical with respect to the center of gravity (which must substantially coincide with a vertical passing through the ball joint 11) of the platform 12. For reasons of symmetry, we uses the two cylinders 13C, 13D, but from the kinematic point of view, one of them may suffice.

Sur la plateforme 12, on fixe un écran de projection 25, qui a la forme d'une partie de sphère, dont le "toit" 26 est à peu près plan. Au "plafond" de ce toit, on fixe un système de projection panoramique 27, par exemple du type à plusieurs projecteurs. On the platform 12, a projection screen 25 is fixed, which has the shape of a part of a sphere, the "roof" 26 of which is roughly flat. To the "ceiling" of this roof, a panoramic projection system 27 is fixed, for example of the type with several projectors.

Le dispositif d'animation à trois degrés de liberté, se trouvant entre les plateformes 7 et 12, fonctionne de la façon suivante. Pour assurer des mouvements de roulis pur, les vérins 13A et 13B sont bloqués dans la position angulaire de tangage désirée (qui peut aussi bien être une position horizontale qu'une position inclinée vers l'avant ou l'arrière (par rapport au véhicule 2). On commande en opposition les vérins 13C et 13D de façon à faire pivoter la plateforme 12 autour d'un axe fictif passant par le centre de la rotule 11 et par un point proche du point 22 et se situant sensiblement à mi-chemin des centres des rotules supérieures des vérins 13A, 13B. The animation device with three degrees of freedom, located between platforms 7 and 12, operates as follows. To ensure pure roll movements, the jacks 13A and 13B are locked in the desired angular pitch position (which can be either a horizontal position or a tilted position forwards or backwards (relative to the vehicle 2 The cylinders 13C and 13D are controlled in opposition so as to rotate the platform 12 around a fictitious axis passing through the center of the ball joint 11 and through a point close to point 22 and being located substantially halfway between the centers of upper ball joints of cylinders 13A, 13B.

Pour commander des mouvements de tangage pur, on bloque les vérins 13C, 13D, et on applique simultanément la même commande aux vérins 13A, 13B. La plateforme 12 pivote alors autour d'un axe fictif passant par le centre de la rotule 11 et les centres des rotules supérieures des vérins 13C, 13D. To control pure pitching movements, the cylinders 13C, 13D are blocked, and the same control is simultaneously applied to the cylinders 13A, 13B. The platform 12 then pivots around a fictitious axis passing through the center of the ball joint 11 and the centers of the upper ball joints of the jacks 13C, 13D.

Les mouvements de lacets purs nécessitent une commande différente pour chacun des vérins 13A à 13D : dans un sens (sens des aiguilles d'une montre, vu de dessus), il faut sortir la tige du vérin 13B et rentrer celle de 13A, et dans l'autre sens, rentrer celle de 13B et sortir celle des 13A. Les tiges des vérins 13C et 13D ne bougent pratiquement pas. La rotation s'effectue autour d'un axe passant par le centre de la rotule 11. Si la plateforme 12 est horizontale au départ, elle doit le rester au cours de cette rotation, l'axe de rotation en question étant alors vertical. The movements of pure laces require a different command for each of the cylinders 13A to 13D: in one direction (clockwise, seen from above), the rod of the cylinder 13B must be taken out and the rod of 13A returned, and in the other direction, enter that of 13B and take out that of 13A. The rods of the cylinders 13C and 13D practically do not move. The rotation takes place around an axis passing through the center of the ball joint 11. If the platform 12 is horizontal at the start, it must remain so during this rotation, the axis of rotation in question then being vertical.

Claims

1. Simulator for a motor car, characterized in that it comprises a platform (12) supporting, by means of a vibrating device with at least one degree of freedom (15 to 18) with movements of low amplitude and high frequency a driving position comprising a vehicle (2), the platform being supported by an animation device essentially comprising two parts: a lower part producing rectilinear movements in X and Y (1 to 9), and an upper part ( 10, 11, 13) producing angular movements with at least two degrees of freedom, all the movements being independent of each other, this simulator comprising a projection device (27) and a projection screen (25).

2. Simulator according to claim 1, characterized in that the projection device (27) and the projection screen (25) are integral with the platform.

3. Simulator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the vibrating device has six degrees of freedom practically independent of each other: linear in X,

Y, Z and angular in roll, pitch and yaw.

4. Simulator according to one of the preceding claims, characterized in that the rectilinear movements in X of the lower part of the animation device are produced by a lower carriage (3) moving on rails (1) under the action of jacks (5), this carriage supporting transverse rails (6) on which Y moves a second carriage (7) under the action of jacks (8).

5. Simulator according to one of the preceding claims, characterized in that the upper part of the platform animation device (12) comprises a tripod (10) fixed on the second carriage and supporting by a ball joint (11) the platform, and at least three jacks (13) fixed by ball joints to the second carriage and to the platform.