NO309067B1

NO309067B1 - Mobile platform and simulator cabin that uses the platform

Info

Publication number: NO309067B1
Application number: NO952983A
Authority: NO
Inventors: Pierre Lapalus
Original assignee: Ebim Sa
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2000-12-04
Also published as: DE69505748T2; EP0694896A1; NO952983D0; NO952983L; DK0694896T3; ATE173107T1; EP0694896B1; DE69505748D1; ES2126847T3

Abstract

The mobile platform consists of a main carriage (1) supported on a chassis (2) which slides by means of support blocks (3) moving on rails (4) mounted on a fixed support (S). The two rails form an open V-shape so that the chassis and hence the carriage can be tilted to either side, as the support blocks move on the rails. Movement of the chassis is achieved by means of a bidirectional motor (5) which turns a threaded shaft (6) which lies parallel with one of the rails. Further electric motor driven jacks are provided to tilt the carriage about the other coordinate axes. <IMAGE>

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en mobil plattform som særlig kan anvendes ved tilveiebringelse av en simulatorkabin for følbare bevegelser, særlig fører kabiner for tog, fly eller bakkekj øretøyer. The present invention relates to a mobile platform which can particularly be used when providing a simulator cabin for tangible movements, in particular driver's cabins for trains, airplanes or ground vehicles.

Oppfinnelsen angår også en kabin som anvender denne plattform, for simulering av bevegelsene for et fly eller et bakkekjøretøy. The invention also relates to a cabin that uses this platform, for simulating the movements of an aircraft or a ground vehicle.

Anvendelsen av førersimulatorkabiner gir tallrike fordeler, særlig innenfor rammen av utdannelse av fremtidige tog-piloter, særlig for tog med høy hastighet, fly eller også bakkekjøretøyførere, særlig for tungtransporter. The use of driver simulator cabins offers numerous advantages, especially within the framework of training future train pilots, especially for high-speed trains, airplanes or also ground vehicle drivers, especially for heavy transport.

Simulatorkabinen må kunne være i stand til, både i tid og rom, å kunne reprodusere de forskjellige bevegelser som en reell kabin utsettes for under funksjon og slik den even-tuelle pilot føler det, for å kunne tilpasse seg den virkelige oppførsel. I simulatorkabinen må således kunne føle aksellasjoner, desellerasjoner, mer eller mindre aksentuert bremsing, slingring, kursforandring og andre bevegelser som fremtvinges ved selve føringen eller profilen av veien eller ved opptredenen av uventede hindringer. The simulator cabin must be capable, both in time and space, of being able to reproduce the various movements that a real cabin is exposed to during operation and as the potential pilot feels, in order to be able to adapt to the real behavior. In the simulator cabin, one must therefore be able to feel accelerations, decelerations, more or less accentuated braking, swaying, course changes and other movements that are forced by the actual guidance or profile of the road or by the appearance of unexpected obstacles.

Simulatorkabinen må således selv være i stand til å kunne forskyve seg langs en lengdeakse, i et horisontalplan parallelt med denne akse eller skrådd til denne akse (aksellerasjon, desellerasjon, bremsing) og/eller i henhold til en tverrakse som er loddrett på denne longitudinelle akse (kursforandring), eventuelt kombinert med bevegelser i skråplan i forhold til denne tverrakse (rullebevegelser). The simulator cabin must thus itself be able to move along a longitudinal axis, in a horizontal plane parallel to this axis or inclined to this axis (acceleration, deceleration, braking) and/or according to a transverse axis that is perpendicular to this longitudinal axis (course change), possibly combined with movements in an inclined plane in relation to this transverse axis (rolling movements).

De forskjellige bevegelser av den mobile plattform eller simulatorkabin kan teoretisk oppnås takket være forskjellige stempler som betjenes hydraulisk og/eller pneumatisk. Anvendelsen av stempler, nødvendigvis ganske mange, tatt i betraktning multiplisiteten av bevegelser som skal reprodu-seres, gir i seg selv et romproblem for enheten. Anvendelsen av pneumatiske stempler gir likeledes mangelen av ikke tilfredsstillende å tillate en determinant simuleringspara-meter, nemlig den sanne reproduksjon av totaliteten av bevegelser på grunn av det snevre gjennomgangsområdet for denne teknologi og ikke-linearitet på grunn av terskeler. The different movements of the mobile platform or simulator cabin can theoretically be achieved thanks to different pistons operated hydraulically and/or pneumatically. The use of pistons, necessarily quite a few, taking into account the multiplicity of movements to be reproduced, in itself presents a space problem for the unit. The use of pneumatic pistons also gives the disadvantage of not satisfying to allow a determinant simulation parameter, namely the true reproduction of the totality of movements due to the narrow passage area of this technology and non-linearity due to thresholds.

Det hydrauliske system gir det samme rom-/plassproblem når det driver stemplene, det ledsages videre av støyproblemer, drifts- og vedlikeholdsproblemer (materialslitasje) og alle de risiki som forbindes med nærvær av oljeundertrykk. The hydraulic system presents the same space/space problem when driving the pistons, it is further accompanied by noise problems, operational and maintenance problems (material wear) and all the risks associated with the presence of oil vacuum.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på en ny mobil plattform som kan benyttes særlig for realisering av en simulatorkabin der denne plattform omfatter mobile enheter som kan gjennom-føres longitudinelle, transversale og rullebevegelser, på en fast bærer, og der plattformen karakteriseres ved at bevegelsene av de mobile enheter sikres ved elektriske binom-motorer/kulesporskruer for langs- og tverrbevegelsene og et elektrisk stempel for rullebevegelsene. The present invention aims at a new mobile platform which can be used in particular for the realization of a simulator cabin, where this platform comprises mobile units which can carry out longitudinal, transverse and rolling movements, on a fixed carrier, and where the platform is characterized by the movements of the mobile units are secured by electric binom motors/ball screws for the longitudinal and transverse movements and an electric piston for the rolling movements.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse (under henvisning til figur 1, sett fra siden av enheten) en mobil plattform som kan benyttes særlig for realisering av en simulatorkabin, omfattende to grupper av skinner, bevegelige vogner som kan undergå lengde-, tverr- og rullebevegelser på en stasjonær bærer, et påsatt system, herefter kalt kabin, og plattformen karakteriseres ved at den omfatter (figur 1): en første vogn som glir ved hjelp av sko på to par skinner, festet på en fast bærer (S) og som seg imellom danner en åpen V, idet vognen takket være en elektromotor/kulesporskruer, idet skruen er anordnet parallelt med skinnen og mutteren er fast med vognen idet vognen i seg selv omfatter et par glidere, anordnet loddrett på According to this, the present invention relates (with reference to Figure 1, seen from the side of the unit) to a mobile platform which can be used in particular for the realization of a simulator cabin, comprising two groups of rails, movable carriages which can undergo longitudinal, transverse and rolling movements on a stationary carrier, an attached system, hereinafter called cabin, and the platform is characterized by comprising (figure 1): a first carriage that slides by means of shoes on two pairs rails, fixed on a fixed carrier (S) and between them forming an open V, the carriage thanks to an electric motor/ball track screws, the screw being arranged parallel to the rail and the nut being fixed with the carriage, the carriage itself comprising a pair of sliders , arranged vertically on

skinnene, the rails,

en andre vogn som glir på skinner takket være anvendelsen av sko idet forskyvningen av vognen oppnås ved hjelp av en a second carriage that slides on rails thanks to the use of shoes, the displacement of the carriage being achieved by means of a

elektromotor/kulesporskruer idet denne skrue er anordnet parallelt med skinnen (skruen ikke vist), hvorved den andre vogn bærer lager fast med kabinen under definisjon av en rulleakse rundt hvilken kabinen kan dreie seg takket være et elektrisk stempel idet stempel-legemet og dets motor er fast med vognen mens stangen til stempelet er fast med kabinen. electric motor/ball track screws, as this screw is arranged parallel to the rail (screw not shown), whereby the second carriage carrier is fixed with the cabin under the definition of a rolling axis around which the cabin can turn thanks to an electric piston, since the piston body and its motor are fixed with the carriage while the rod of the piston is fixed with the cabin.

Uttrykket "påsatt system" benyttes her for å angi enheten som er ment for å bevege seg i forskjellige retninger på grunn av forskyvningen av de ovenfor nevnte vogner, det kan likeledes dreie seg om en simuleringskabin med betjening og utstyr slik det skal beskrives nedenfor (der uttrykket "kabin" beholdes for enkelhets skyld idet det imidlertid skal være klart at anvendelsen av dette uttrykk ikke på noen måte skal begrense oppfinnelsens omfang). The term "mounted system" is used here to denote the device which is intended to move in different directions due to the displacement of the above-mentioned carriages, it can also be a simulation cabin with controls and equipment as described below (where the expression "cabin" is retained for the sake of simplicity, as it should however be clear that the use of this expression shall in no way limit the scope of the invention).

Oppfinnelsen angår som nevnt innledningsvis også en kabin for simulering av oppførselen, særlig bevegelsen, for et fly eller et bakkekjøretøy og denne kabin karakteriseres ved at den omfatter en mobil plattform som beskrevet ovenfor og videre omfatter en betjeningspult, et visualiseringssystem for omgivelsene og forskjellig utstyr eller tilbehør som vegger, tak, klimatisering, pilotsete, lydutstyr og lignende. As mentioned at the outset, the invention also relates to a cabin for simulating the behaviour, in particular the movement, of an aircraft or a ground vehicle and this cabin is characterized by the fact that it comprises a mobile platform as described above and further comprises an operating desk, a visualization system for the surroundings and various equipment or accessories such as walls, roof, air conditioning, pilot's seat, sound equipment and the like.

Figur 2 er et riss sett bakfra av plattformen ifølge oppfinnelsen, ment for å vise kombinasjon av lateraltrans-lasjon og rullebevegelse. I denne figur befinner kabinen seg i nøytral posisjon (gulvet parallelt med bakken). I denne initialposisjon hviler kabinen (1) på lagrene til rulleaksen og holdes i horisontal posisjon takket være et stempel (12). En forskyvning av vognen (8) i retning av enkeltpilen ( >) medfører en forskyvning av stempelet posisjon (12') og lagrene (10) og provoserer samtidig en translasjon av kabinen og en skråstilling av dette (posisjon 1') når stempelstangen drives inn. En inversbevegelse ( ^ ^ av vognen (8) og stempelet (posisjon 12") forbundet med en utgang av stempelstangen, provoserer samtidig en lateral forskyvning av kabinen og en invers skråstilling av denne (1"). Figure 2 is a rear view of the platform according to the invention, intended to show a combination of lateral translation and rolling motion. In this figure, the cabin is in a neutral position (floor parallel to the ground). In this initial position, the cabin (1) rests on the bearings of the rolling axis and is held in a horizontal position thanks to a piston (12). A displacement of the carriage (8) in the direction of the single arrow ( >) causes a displacement of the piston position (12') and the bearings (10) and at the same time provokes a translation of the cabin and an inclined position thereof (position 1') when the piston rod is driven in . An inverse movement ( ^ ^ of the carriage (8) and the piston (position 12") connected to an output of the piston rod, provokes at the same time a lateral displacement of the cabin and an inverse inclination of this (1").

Det skal være klart at hvis man kun arbeider på stempelet observeres kun en rotasjon eller skråstilling av kabinen mens, hvis man kun forskyver vognen (8), uten å virke på stempelet, kun observerer en translasjon i det samme plan. It should be clear that if one only works on the piston, only a rotation or tilting of the cabin is observed, while if one only displaces the carriage (8), without acting on the piston, one only observes a translation in the same plane.

Figur 3 viser bevegelsen i lengderetning for kabinen (1) i en nøytral posisjon (horisontalt gulv) eller i en fremre senket eller også fremre hevet posisjon. Med immobilisert vogn (8) oppnås disse posisjoner ved hjelp av en forskyvning av vognen (2), enten kabinen fremover ( >) (oppnåelse av den fremre hevede posisjon), eller bakover ( y ) (fronten senket). Disse hevninger og senkninger av fronten av kabinen oppnås ved hjelp av disposisjonen i V-form av skinnene (4) og (4'). Figure 3 shows the longitudinal movement of the cabin (1) in a neutral position (horizontal floor) or in a forward lowered or forward raised position. With the immobilized carriage (8), these positions are achieved by means of a displacement of the carriage (2), either the cabin forwards ( >) (achieving the front raised position), or backwards ( y ) (the front lowered). These elevations and lowerings of the front of the cabin are achieved by means of the V-shaped arrangement of the rails (4) and (4').

Ved innretningen ifølge oppfinnelsen beveger kabinen (1) seg i lengderetning på skinner (4) og (4') under innvirkning av elektromotoren (5)/kulesporskruer (6), på tvers på gliderne (7 og 7') under innvirkning av elektromotoren/kulesporskruer, idet skruen er anordnet parallelt med disse skinner og animeres til en rulle-bevegelse under innvirkning av elektriske stempler (12, 12') hvorved disse forskjellige bevegelser kan provoseres suksessivt eller samtidig. In the device according to the invention, the cabin (1) moves longitudinally on rails (4) and (4') under the influence of the electric motor (5)/ball screw (6), across the sliders (7 and 7') under the influence of the electric motor/ ball track screws, the screw being arranged parallel to these rails and animated to a rolling movement under the influence of electric pistons (12, 12') whereby these different movements can be provoked successively or simultaneously.

Som angitt er de to par skinner (4 og 4') festet på bæreren eller basisen (6) i form av en åpen V. Som indikasjon danner disse skinner med hverandre en vinkel som generelt ligger mellom 130 og 170° . Det er imidlertid mulig å benytte en basis med parallellepipedisk form og på denne base å feste skinnene i henhold til en vinkel som velges ved hjelp av hengsler eller andre innretninger med egnet form og dimen-sjoner. Det er imidlertid fordelaktig å gi denne basis denne V-form og å feste skinnene direkte på denne basis. As indicated, the two pairs of rails (4 and 4') are attached to the carrier or base (6) in the form of an open V. As an indication, these rails form an angle with each other that is generally between 130 and 170°. It is, however, possible to use a base with a parallelepiped shape and on this base to attach the rails according to an angle that is chosen by means of hinges or other devices of suitable shape and dimensions. However, it is advantageous to give this base this V shape and to attach the rails directly to this base.

De fire skinner er anordnet parallelt seg imellom og generelt er de to fremre skinner anordnet i forlengelsen av de to bakre (alt i relasjon til kabinen). Det skal være klart at man ikke går utenfor rammen av oppfinnelsen når man velger forskjellige avstander for de fremre og de bakre skinner, imidlertid gir en slik disposisjon ikke øket stabilitet for plattformen. The four rails are arranged parallel to each other and generally the two front rails are arranged in extension of the two rear ones (all in relation to the cabin). It should be clear that one does not go outside the scope of the invention when choosing different distances for the front and rear rails, however, such a layout does not provide increased stability for the platform.

Rent generelt kan bæreren (S) festes direkte på den lokale plate som er ment å motta plattformen men det er også mulig å anordne vibrasjonsdempere. In general, the carrier (S) can be attached directly to the local plate which is intended to receive the platform, but it is also possible to arrange vibration dampers.

Glideskoene (3 og 3') er fortrinnsvis sko på kulelagere men, for å kompensere for systemets hyperstatisme, er det anbefalt å benytte elastiske elementer eller lignende for å gi leddforbindelse i de relative bevegelser mellom glidesko og vogn. Man kan benytte andre typer glidesko, likeledes er det mulig å benytte systemer med hjul eller valser og man kan likeledes komplettere systemet med innretninger som sikrer retur av den mobile enhet. The sliding shoes (3 and 3') are preferably shoes on ball bearings but, in order to compensate for the system's hyperstatism, it is recommended to use elastic elements or the like to provide joint connection in the relative movements between sliding shoe and carriage. You can use other types of sliding shoes, it is also possible to use systems with wheels or rollers and you can also complete the system with devices that ensure the return of the mobile unit.

Selv om den langsgående forskyvning kan sikres ved hjelp av en enkelt elektromotor/kulesporskrue, er det klart at det er mulig å benytte en elektromotor på hver av skinnene eller på minst to av skinnene. Although the longitudinal displacement can be ensured by means of a single electric motor/ball screw, it is clear that it is possible to use an electric motor on each of the rails or on at least two of the rails.

De elektriske motorer som er ment for langsgående og tverrgående forskyvning kan velges blant et stort spektrum av motorer, for eksempel synkronmotorer, likestrømsmotorer eller asynkronmotorer. Man foretrekker imidlertid synkronmotorer, særlig synkronmotorer uten ring og børste, vanligvis kalt "Brushless"-motorer. The electric motors intended for longitudinal and transverse displacement can be chosen from a wide range of motors, for example synchronous motors, direct current motors or asynchronous motors. However, synchronous motors are preferred, especially synchronous motors without ring and brush, usually called "Brushless" motors.

Skoene (9 og 9') er likeledes valgt blant kulesko og disse er fortrinnsvis gjort faste med vognen (8) ved hjelp av elastiske eller dempeblokk-elementer (14). Man foretrekker dempere for også å kunne arbeide under kompresjon og strekk og i stand til å fange opp vesentlige lateralkrefter. The shoes (9 and 9') are likewise chosen from ball shoes and these are preferably fixed to the carriage (8) by means of elastic or damping block elements (14). Dampers are preferred to also be able to work under compression and tension and able to absorb significant lateral forces.

Motoren til stempelet (12) kan velges blant motorer som angitt ovenfor men man benytter fortrinnsvis en motor av Brushless-typen. The motor for the piston (12) can be chosen from the motors specified above, but preferably a brushless type motor is used.

Hele innretningen ifølge oppfinnelsen kan, til slutt, omfatte stopp-anslag (15, 15'), festet til bæreren (S). The entire device according to the invention can, finally, comprise stop stops (15, 15'), attached to the carrier (S).

Den mobile plattform kan, takket være sine forskjellige forskyvningsmåter, reprodusere alle bevegelser man opplever i realiteten bortsett fra vibrasjoner som man kan reprodusere for frekvensmidler ved hjelp av høyttalere i kabinen. The mobile platform can, thanks to its different ways of displacement, reproduce all movements experienced in reality, apart from vibrations which can be reproduced for frequency means with the help of speakers in the cabin.

Den langsgående bevegelse fremover av kabinen skjer, taket være skinnene i V-form, i henhold til en bevegelse rundt et virtuelt rotasjonssenter. Kabinen hever seg, noe som tilsvarer aksellerasjonsfasen. Omvendt tilsvarer bevegelsen en desellerasjonsbevegelse eller bremsing, alt efter bevegelsens hurtighet. Kabinens rotasjon tilsvarer rulling slik denne fremtvinges ved sentrifugal- eller sentripetal-akselerasjon og retningsforandring på skinner når det gjelder tog. Tverrbevegelsene, forbundet med rulling, tilsvarer for eksempel brå, sideveis bevegelser. The longitudinal forward movement of the cabin occurs, thanks to the V-shaped rails, according to a movement around a virtual center of rotation. The cabin rises, which corresponds to the acceleration phase. Conversely, the movement corresponds to a deceleration movement or braking, depending on the speed of the movement. The rotation of the cabin corresponds to rolling as it is forced by centrifugal or centripetal acceleration and change of direction on rails in the case of trains. The transverse movements, associated with rolling, correspond, for example, to sudden, lateral movements.

Simulatorkabinen for reell anvendelse kan omfatte en pult, et visualiseringssystem som gjengir et landskap eller mere generelt omgivelsene samt forskjellige tilpasninger og annet utstyr (vegger, tak, klimatisering, pilotsete, lydutstyr og så videre). The simulator cabin for real use can include a desk, a visualization system that reproduces a landscape or more generally the surroundings as well as various adaptations and other equipment (walls, roof, air conditioning, pilot's seat, sound equipment and so on).

De forskjellige bevegelser for den mobile plattform ifølge oppfinnelsen styres generelt av en datamaskin eller av en automat og forbindes fortrinnsvis med et billedprojek-sjonsssystem. The various movements for the mobile platform according to the invention are generally controlled by a computer or by an automaton and are preferably connected to an image projection system.

Som et eksempel blir bevegelesene styrt av en datamaskin som beregner særlig de vinkler som skal gies gulvet i forhold til horisontalen som funksjon av basisen av gitte verdier for underlaget på hvilket man tenker seg å bevege seg (skinner, vei og så videre) og de beregnede verdier på tidspunktet t ut fra den matematiske modell for kjøretøyets dynamikk. As an example, the motion sensors are controlled by a computer which calculates in particular the angles to be given to the floor in relation to the horizontal as a function of the basis of given values for the surface on which one intends to move (rails, road and so on) and the calculated values at time t based on the mathematical model for the vehicle's dynamics.

Disse vinkler sendes til en automat i seriekobling og tolkes av et kommunikasjonskart. Automaten har tre aksekart som hver styrer en elektrisk kraft ment for styring av motorene som er innstallert på hver av de tre akser idet denne elektronikk kan ondulere med variabel frekvens i synkronmotorene. These angles are sent to an automaton in series connection and interpreted by a communication map. The automaton has three axis maps, each of which controls an electric power meant for controlling the motors installed on each of the three axes, as this electronics can undulate with variable frequency in the synchronous motors.

Claims

1. Mobile platform which can be used in particular for the realization of a simulator cabin, comprising two groups of rails, movable carriages (2, 8) which can undergo longitudinal, transverse and rolling movements on a stationary carrier, an attached system, hereinafter called cabin (1) , characterized in that it comprises (figure 1): a first carriage (2) which slides by means of shoes (3, 3') on two pair of rails (4, 4'), fixed on a fixed support (S) and forming an open V between them, the carriage (2) moving thanks to an electric motor (5)/ball screws (6), the screw being arranged parallel to the rail (4) and the nut is fixed with the carriage (2), the carriage itself comprising a pair of sliders (7, 7'), arranged vertically on the rails (4, 4'), a second carriage (8) which slides on rails (7, 7') thanks the use of shoes (9, 9') as the displacement of the carriage (8) is achieved by means of an electric motor/ball track screws as this screw is arranged parallel to the rail (7) (screw not shown), whereby the second carriage carries bearings (10, 10') fixed with the cabin (1) under the definition of a rolling axis (11) around which the cabin (1) can turn thanks to an electric piston (12, 12a) as the piston body and its motor (13) are fixed with the carriage (8) while the rod of the piston (12a) is fixed with the cabin (1).

2. Platform according to claim 1, characterized in that the rails (4, 4') form an angle between 130 and 170°.

3. Platform according to claim 1 or 2, characterized in that the rails (4, 4') are arranged parallel to each other and generally that two rear rails are arranged in the extension of two front rails, seen in relation to the front of the cabin.

4. Platform according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sliding shoes are ball sliding shoes.

Platform according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the shoes (3, 3') (9, 9') are fixed to the carriages 2 and 8 by means of elastic elements or silent-blocks (14).

6. Platform according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the electric motors for longitudinal and transverse displacement are selected from synchronous motors, direct current motors or asynchronous motors and preferably motors without ring and brush, of the Brushless type.

7. Simulator driver's cabin, in particular for trains, planes or ground vehicles, characterized in that it comprises a mobile platform according to any one of claims 1 to 6 and further comprising an operating desk, a visualization system for the surroundings and various equipment or accessories such as walls, roof, air conditioning, pilot's seat, sound equipment and the like.

8. Cabin according to claim 7, characterized in that the movements are controlled by a computer or an automaton.

9. Cabin according to any one of claims 7 and 8, characterized in that it comprises a synchronized connection between a platform according to any one of claims 1 to 7 and an image projection system.