WO2017144177A1 - Driving and/or flight simulator - Google Patents

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WO2017144177A1
WO2017144177A1 PCT/EP2017/000253 EP2017000253W WO2017144177A1 WO 2017144177 A1 WO2017144177 A1 WO 2017144177A1 EP 2017000253 W EP2017000253 W EP 2017000253W WO 2017144177 A1 WO2017144177 A1 WO 2017144177A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
driving
cab
flight simulator
pivot arm
pivot
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/000253
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hüseyin KESKIN
Saban KESKIN
Original Assignee
Keskin Hüseyin
Keskin Saban
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keskin Hüseyin, Keskin Saban filed Critical Keskin Hüseyin
Publication of WO2017144177A1 publication Critical patent/WO2017144177A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/08—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of aircraft, e.g. Link trainer
    • G09B9/12—Motion systems for aircraft simulators

Definitions

  • the invention relates to a driving and / or flight simulator according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on a driving and / or flight simulator according to the preamble of claim 1, which has become known for example by the subject of US 4,464,117 A1.
  • CONFIRMATION COPY Disadvantage of said CN document is that no natural driving simulation corresponding to a real driving situation on a road is possible.
  • the illustrated movements correspond to no natural acceleration and braking course, as it takes place in a vehicle on a road.
  • the acceleration course when accelerating in a real vehicle is such that when the driver accelerates, the driver is pressed into the seat.
  • the driving simulator according to the CN publication presupposes that there is initially a tilting movement before this acceleration force - as when accelerating - acts on the user.
  • the invention is therefore based on the object, starting from the cited CN document, a driving and / or flight simulator of the type mentioned in such a way that the driving conditions as realistic as possible, according to a natural road environment, can be simulated.
  • the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
  • An essential feature of the invention is that the cab is raised and pivoted and rotatably mounted at the free end of a trained as a pivot arm, wherein the pivot arm is suspended with its other end in a cardan or ball joint on a fixed surface.
  • the cab is rotatably mounted on a ceiling-side suspension point, swivel, raised and lowered on a respective unilaterally suspended pivot arm, which is associated with the advantage that in the invention, the focus of the cab from the ceiling side Suspension is removed.
  • the cab is therefore at the free, pivotable end of a pivotally mounted on one side pivot arm.
  • this pivot or pivot point is displaced away from the cab, the better is the natural acceleration, braking or cornering feeling of the user, because the actual pivot axes are arranged outside the cab according to the present invention.
  • Another feature of the invention is that in the prior art according to the CN document has the disadvantage that in a snaking drive initially the inclination of the cab must be made before the lateral acceleration force acts according to the curve acceleration, while in the present invention, a direct Kurvenbeuggungskraft without Necessity of the inclination of the cabin can be initiated without delay.
  • a driving simulator which is designed in particular as a flight simulator.
  • This is a cab that is mounted on a plurality of obliquely splayed, hydraulically adjustable in length feet, as disclosed for example in US 5,176,518 A1.
  • the acceleration force is applied in the manner of acceleration of a carriage, which is associated with the disadvantage that after a brief acceleration ride the carriage must also be decelerated again, which leads to an unnatural driving movement, because the user could also during the entire process that Acting accelerator pedal, but is nevertheless - contrary to his natural sense of motion - slowed down at the end of the movement.
  • the invention begins, instead of a linear acceleration movement a hemispherical movement, that is, a radius movement, starting from a cantilevered swing arm exerts, at the free lower end of the cab is arranged.
  • the pivot arm is arranged in a manner of a ball or universal joint hanging on a mounting surface, and that at the other end of the pivot arm now the cab is arranged in the connecting region between the free end of the Swing arm and the cab has a lifting drive, a rotary actuator and a tilt drive, so that at the free end of the pivot arm, a three-dimensional connection, which is coupled by associated drive elements, is realized.
  • the pivot arm itself is telescopically driven in its length, and further provided that the suspension of the other end of the pivot arm is coupled from a mounting surface of each with drive means, so that these drive means the pivot arm in each can move any pivotal position three-dimensionally in the space below the fixed suspension surface.
  • the three-dimensionally driven connection between the free end of the pivoting arm and the driving cab connected thereto is merely an additional feature of the invention, to which the invention is not dependent.
  • This three-dimensional connection is preferably realized by linear drives arranged at an angle of 90 degrees to one another, which act as lifting drives, so that each edge of the driving cab can be moved to the other edge in its own independent lifting movement Track collisions, depressions or other road characteristics as lifelike as possible.
  • the rotary drive between the cab and the free lower end of the pivot arm is preferably formed as a turntable, which is designed as an axial ball bearing and which is driven by a drive such that the orientation of the cab is set and fixed to the longitudinal axis of the pivot arm in any axis of rotation can be.
  • this rotary drive is formed exactly between the free lower end of the pivot arm and the top of the cab. It can also be provided that this rotary drive is formed in the region of the swivel arm itself or in the region of the suspension of the swivel arm on the upper suspension surface.
  • the discussed lifting drive which is either designed as a telescopic arm or the lifting drive - in another embodiment - can also be formed in the area between the free lower end of the pivot arm and the upper end of the cab.
  • the cab is designed as a tubular frame, to which the invention is not limited.
  • the tube frame may be formed as an open grid-shaped tube frame; However, it may also be a fully enclosed cabin in which the user is without visual contact with the outside world. In both cases, provision may be made for one or more displays to be arranged in the area of the driver's cab, which presents the user with the most natural possible image of the surroundings, and in another embodiment it may be provided that these displays are omitted and the user instead chooses one Wearing 3D glasses that simulates the natural environment.
  • the user is in any way associated with operating linkages and Méthestfite to realize a driving or flight simulator.
  • pivot arm of the X-Y direction is pivotally driven. This can take place either by a drive in the ball or universal joint even in the area of the suspension of the pivot arm on the suspension or even away thereof via corresponding part-turn actuators, such as a motor with cable or piston hydraulic cylinder units, with their free ends on the pivotal part of the Swing arm attack and pivot it in any XY direction.
  • part-turn actuators such as a motor with cable or piston hydraulic cylinder units
  • connection of the cab to the free end of the pivot arm is designed as a 90 ° offset rail guide. The driver's cab can therefore be rotated and pivoted in two mutually perpendicular directions on approximately hemispherical or full spherical bow rails.
  • the pivot point or pivot point of the cab is above the center of gravity of the cab, namely in the free suspended end of the pivot arm, which is attached to the mounting surface.
  • the lower part of the driving or flight simulator according to the invention in the driving cab is therefore approximately the same as in the prior art, only that the invention now additionally provides that the entire cab at the free pivoting, raised and lowered and rotatable end of an a mounting surface suspended swing arm is arranged.
  • the present invention is not limited to the arrangement of a single pivot arm. It can also be provided several swivel arms as training a triangular suspension, which therefore the only hanging pivot arm is replaced by a triangular arrangement, at the downwardly pointing tip the cab is turn rotatable, raised and lowered arranged.
  • the acceleration forces when accelerating and decelerating and steering to the natural tilting which are also present in the usual driving simulators, but that the acceleration and braking movements and the acceleration curves correspond to a natural acceleration process, what previously was not possible in the prior art.
  • FIG. 1 shows schematically the representation of a first embodiment of a driving simulator in two different states of motion
  • FIG. 2 the same illustration as FIG. 2
  • Figure 3 a comparison with Figure 1 and Figure 2 simplified perspective view of the driving simulator in the idle state
  • Figure 4 a first embodiment of the rotary and rotary drive of the swivel arm
  • Figure 5 a comparison with Figure 4 modified second embodiment
  • FIG. 6 a first mechanical equivalent circuit diagram for the driving simulator according to FIGS. 1 to 5 in the idle state
  • FIG. 7 Explanation of the acceleration and the forces resulting therefrom during operation of the driving simulator according to FIG. 8 shows an extreme driving situation of the driving simulator according to the illustration in FIG. 7
  • FIG. 10 shows a further modification of the driving situation with a modified pivoting drive for the pivoting arm
  • Figure 1 1 schematically the representation of the tilting movements of the cab in mechanical equivalent circuit diagram
  • FIG. 12 shows the view of FIG. 1 rotated by 90 degrees
  • Figure 13 mechanical equivalent circuit diagram when exerting strokes on the cab
  • FIG. 14 an embodiment modified from FIG. 6
  • FIG. 15 an embodiment modified from FIG. 10
  • FIG. 16 shows a further embodiment of the embodiment of a driver's cabin with semicircular rails which are arranged at an angle of 90 degrees to one another
  • Figure 17 the mechanical equivalent circuit diagram of the driving simulator with a cab according to Figure 16 in a first embodiment
  • FIG. 18 the mechanical equivalent circuit diagram according to FIG. 17 for another driving simulation
  • FIG. 19 the representation of FIG. 18 rotated by 90 degrees
  • a first embodiment of a driving simulator 1 is shown in FIGS. 1 and 2, which essentially consists of a base frame 2 which, with the aid of feet 3, 4, forms a middle central suspension point for a pivot joint 15.
  • the base frame 2 with the feet 3, 4 and any other suspension or suspension surface can be used, which is suitable to carry the weight of the cab 5 with the pivot arm 6.
  • the upper end of the pivot arm 6 is connected by means of a pivot joint 15 in the center of the base frame 2 and rotatably formed there.
  • the pivot joint may be formed as a universal joint or as a ball joint.
  • the driving cab 5 consists essentially of a tubular frame 7, in the interior of which a cockpit 8 is formed, in which, for example, a seat 9 with a user 40 sitting there is formed.
  • the user has a number of actuators in front of him, for example a control linkage 10 or foot pedals 27, as shown in FIG.
  • the complete driving simulation takes place, that is, the effective length of the pivot arm can be adjusted quickly and dynamically in its effective length, as well as in the region of a base plate 20, on which a number of linear drives 22, 23, 24 are arranged, short strokes are exerted on the top of the cab 5 in mutually perpendicular directions, and further between the base plate 20 and the cab still a turntable 21 is arranged with the arbitrary rotations of the cab 5 can be made.
  • the linear drives 22-24 are controlled separately and have relatively short strokes of, for example, 200 to 300 mm to simulate drivable unevenness, which are the other driving movements exerted by the pivot arm 6 and the drive elements arranged there, sensitively superimposed.
  • FIG. 3 shows further details of the driving simulator, where it can be seen that the pivot joint 15 is designed as a universal joint, so that it is able to perform in the arrow directions 18, 19 independent rotational movements.
  • a lifting movement relative to the pivoting arm 6 starting thereunder can be carried out in the direction of arrows 17 (Z-axis).
  • FIG. 3 also shows the three-dimensional coordinate system, from which it can be deduced that the movements in the direction of arrow 17 (Z-axis) in the Y-axis (arrow direction 37) are also superimposed on corresponding movements in the X-axis (arrow direction 36) can.
  • a turntable 21 is disposed above the base plate 20, which makes it possible to rotate the entire cab 5 in the rotational direction, namely in the direction of arrow 26, in any desired angular positions.
  • a number of arranged at an angle of 90 degrees to each other linear drives 22-24 is provided, which are preferably arranged at the corners of the base plate and cooperate with cab-fixed lugs 25, preferably are designed as racks.
  • the pinions of the associated linear drives 22-24 thus roll on the lugs 25 and thus can perform small-stroke shifts in the direction of arrows 17 (Z-axis) of the cab in the direction of the base plate 20.
  • the invention is not limited to the arrangement of linear drives 22-24 in connection with the lugs 25. It can be used any other lifting drive, such as a pneumatic or a hydraulic lifting drive or servo motors or the like.
  • the pivot axis 18 is rotated at an angle of 90 degrees to the pivot axis 19, and based on the figure 4, such a drive concept is explained in detail.
  • the pivot joint 15 is designed as a universal joint and essentially consists of an outer frame 28 exists, attached to the associated pivot bearing a semi-curved rack 31.
  • a linear drive 30 rolls with its pinion, which is preferably attached to the pivot arm 6.
  • an inner frame 29 is provided, on which in turn a rack 33 attaches, which is formed in a semi-arc and at which the pinion of another linear drive 32 rolls.
  • the inner frame 29 rotates on the pivot axis 18 while the outer frame 28 rotates on the pivot axis 19. In an initiation of a pivoting movement, therefore, the half-arc-shaped rack 33 is moved through a recess not shown in the pivot arm 6.
  • FIG. 6 shows a mechanical equivalent circuit diagram of an arrangement according to FIGS. 1 to 3.
  • the pivot arm 6 extends vertically downwards and is pivotally driven in the direction of arrows 36, 37.
  • the swing arm 6 according to the above description is still associated with a lifting movement in the direction of arrow 17 (Z axis), and the lower free end of the swing arm 6 opens into a rotary drive 38, according to the above embodiment as a turntable 21 in connection with the base plate 20 has been described. Due to this rotary drive, rotation takes place in the direction of arrow 26.
  • an anchor point 41 is formed, which is connected to the base plate 20, so that the plane of the base plate 20 is parallel to the plane of rotation in the direction of arrow 26.
  • the base plate 20 is according to the above description by means of the linear drives 24, 25 individually raised and lowered in relation to the top of the cab 5 is formed.
  • the driving cab 5 consists essentially of the aforementioned foot pedals 27, which may also be designed differently, the Operator 40 who sits in the cockpit 8 and presses an unspecified operating linkage 10.
  • a 3D glasses 12 is placed on the head 39 of the user 40 to simulate the natural environment.
  • FIG. 7 now shows the effect of acceleration forces in two different driving positions, wherein, starting from the basic position of the driving cab 5 in the illustration on the left side, first the acceleration force in the direction of the arrow 14 is exerted on the driving cab via the pivoting arm 6, which is thus in FIG the position of the driving cab 5a is deflected, wherein one of the opposing in the direction of arrow 14 acceleration force 43 is exerted on the head 39a of the user. Of course, this also takes place on the entire body of the user 40.
  • FIG. 7 therefore shows a plan view of the driving cab 5 in two different driving states.
  • Figure 8 shows the same view as Figure 7 in the side view, where it can be seen that the cab 5 and in the maximum deflection position of the cab 5 'in the ratio of the originally vertically oriented pivot arm 6, which is now in position 6'. In this illustration, only an acceleration on the cab 5 'is exercised, which corresponds approximately to the position of the cab 5a in Figure 7.
  • the position 5b of the driving cab shown in FIG. 7 corresponds to a combination of FIG. 8 with FIG. 10.
  • Figure 9 shows the analogous position to Figure 8, where a braking action is simulated and the pivot arm 6 is pivoted in its position 6 ", so that the force on the user 40 corresponds to a braking force and a correspondingly negative acceleration.
  • FIG. 10 shows, in a modification to the embodiment according to FIG. 8, that drive units 46, 46 'can now also be used instead of a rotary drive in the swivel joint 15, which are preferably arranged at an angle of 90 degrees to one another and at a force application point 55 on attack free pivotable end of the pivot arm 6 and thus drive the pivot arm 6 in any direction in the XY direction pivotally.
  • FIG. 10 again shows a transverse acceleration force 45 which takes place during a steering movement.
  • the force application point 55 for the drive units 46 can act on any extension of the pivot arm 6.
  • 1 1 shows a force 49, which simulates the tilting of the cab 5 itself, namely a rotation circle 48, in which case a pivot point 47 is shown approximately in the center of gravity of the cab 5 and this pivoting movement takes place in the pivot point 47, which is a hill climb. or downhill driving movement of the cab on a natural lane corresponds.
  • the unevenness of the roadway is still simulated by the linear drives 24, 25 in the region of the base plate 20, which thus ensure that the entire driving cab can be moved in the direction of arrows 17 in the short-stroke.
  • FIG. 12 shows the same representation as FIG. 11 in the other direction, that is, in a representation rotated by 90 degrees. Otherwise, the same reference numerals apply to the same parts.
  • FIG. 13 shows strokes of the swivel arm 6 in the directions of the arrows 17 in order to simulate a force Z acting in the vertical direction 51 in the Z direction.
  • the driver's cab 5 thus reaches a lowered position 5 'and then returns to a raised position.
  • the lifting movements 52 can be superimposed by rotational movements or other short-stroke movements of the linear drives 23, 24 in the region of the base plate 20.
  • All motion drives can each be coupled to the other motion drives in any manner.
  • the movements can therefore be superimposed independently of each other, so that any combination with each other can be achieved.
  • FIG. 14 shows the embodiment according to FIG. 6, wherein, however, it can be seen that the pivoting drive for the swivel arm 6 takes place via motors 53 which execute the pivoting drive of the swivel arm 6 via cables 54 in mutually perpendicular directions. Otherwise, the same reference numerals apply to the same parts.
  • FIG. 16 in conjunction with FIGS. 17 to 19 shows a further embodiment of a driving cab and a driving simulator 1 formed therefrom.
  • the driving cab 5 consists of the previously shown tubular frame 7, but in the upper region of the tubular frame two mutually perpendicular half-bow rails 56, 57 are arranged, which are driven separately from each other by a drive module 58 arranged therebetween.
  • the cab can be pivoted with respect to a fixed axis, which attaches, for example, on the upper side of the half-bow rail 56 in any direction in two mutually perpendicular directions.
  • the half-bow rails 56, 57 may also be formed as a full arc, resulting in two mutually perpendicular spherical arch rails, resulting in a complete rotation of the cab 5 in mutually perpendicular spatial planes.
  • arc drives are known in principle from EP 2 549 459 A1, it is not known to arrange such an arc arrangement, as shown schematically in Figure 17, at the free lower end of a pivot arm 6, which also still in the Arrow directions 17 can be raised and lowered and formed in the plane of rotation 26 rotatable.
  • the center of gravity is formed in the axis of rotation of the driving cab, and no natural driving feeling is generated by the fact that according to the invention the entire arrangement is laid in a pivot joint 15 arranged away from the center of gravity.
  • FIG. 19 merely shows the view rotated by 90 degrees in FIG. 18, which coincides with the explanation of FIG. 12, and the local force 50 has already been mentioned in FIG.

Abstract

The invention relates to a driving and/or flight simulator (1), which is mounted for pivoting at least on one side at a point (15) and pivots a seat (9) for at least one user (40) about at least one pivot axis (16, 18, 19) in order to simulate acceleration forces, wherein a cab (5, 5a, 5b, 5'), which contains the at least one seat (9), is mounted for raising, lowering, and rotation at the free end of a roof-side pivot arm (6, 6'), the other end of which is fastened in an articulated manner at a bearing point (15) arranged at a distance from the cab.

Description

Fahr- und/oder Flugsimulator  Driving and / or flight simulator
Die Erfindung betrifft einen Fahr- und/oder Flugsimulator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 . The invention relates to a driving and / or flight simulator according to the preamble of claim 1.
Aus Vereinfachungsgründen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindungsbeschreibung lediglich ein Fahrsimulator beschrieben, obwohl die Erfindung auch einen Flugsimulator betrifft oder auch die Kombination zwischen einem Fahr- und Flugsimulator. For reasons of simplification, only a driving simulator is described in the context of the present invention description, although the invention also relates to a flight simulator or the combination between a driving and flight simulator.
Wenn in der folgenden Erfindungsbeschreibung lediglich die Bezugnahme auf einen Fahrsimulator erfolgt, ist es lediglich als Vereinfachung der Beschreibung zu verstehen und nicht einschränkend für die Erfindung. When reference is made to a driving simulator in the following description of the invention, it is to be understood merely as a convenience of description and not as limiting of the invention.
Die Erfindung geht von einem Fahr- und/oder Flugsimulator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aus, der beispielsweise durch den Gegenstand der US 4 464 1 17 A1 bekannt geworden ist. The invention is based on a driving and / or flight simulator according to the preamble of claim 1, which has become known for example by the subject of US 4,464,117 A1.
Es handelt sich bei dem dargestellten Gegenstand um einen Fahrsimulator, der sich dadurch auszeichnet, dass der Sitz für den Benutzer lediglich in einer einzigen Schwenkachse verschwenkbar ist. It is in the illustrated subject to a driving simulator, which is characterized in that the seat for the user is pivotable only in a single pivot axis.
Mit der CN 2041 43671 U ist ein weiterer Fahrsimulator bekannt geworden, der sich dadurch auszeichnet, dass der Sitz des Benutzers um zwei zueinander senkrechte Schwenkachsen, nämlich um die X- und die Y-Achse, schwenkbar ausgebildet ist. With the CN 2041 43671 U another driving simulator has become known, which is characterized in that the seat of the user about two mutually perpendicular pivot axes, namely around the X and Y-axis, is pivotable.
Es fehlt allerdings eine Hubbewegung in der Z-Achse. However, there is no lifting movement in the Z-axis.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Nachteil der genannten CN-Druckschrift ist, dass keine natürliche Fahrsimulation entsprechend einer realen Fahrsituation auf einer Straße möglich ist. Die dargestellten Fahrbewegungen entsprechen keinem natürlichen Beschleunigungs- und Bremsverlauf, wie er in einem Fahrzeug auf einer Straße stattfindet. CONFIRMATION COPY Disadvantage of said CN document is that no natural driving simulation corresponding to a real driving situation on a road is possible. The illustrated movements correspond to no natural acceleration and braking course, as it takes place in a vehicle on a road.
Der Beschleunigungsverlauf beim Gasgeben in einem reellen Fahrzeug läuft dergestalt ab, dass beim Gasgeben der Fahrer in den Sitz gedrückt wird. Der Fahrsimulator nach der CN-Druckschrift setzt aber voraus, dass es zunächst zu einer Kippbewegung kommt, bevor diese Beschleunigungskraft - wie beim Gasgeben - auf den Benutzer wirkt. The acceleration course when accelerating in a real vehicle is such that when the driver accelerates, the driver is pressed into the seat. However, the driving simulator according to the CN publication presupposes that there is initially a tilting movement before this acceleration force - as when accelerating - acts on the user.
Das ist unnatürlich und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung minimiert oder vollkommen weggelassen. This is unnatural and is minimized or completely omitted in the context of the present invention.
Die Kippbewegungen, die im Fahrsimulator nach der CN-Druckschrift beim Gasgeben stattfinden, finden in Wirklichkeit nicht statt und sind bei der genannten CN-Druckschrift nur ein Hilfsmittel, um die in der Längsachse der Fahrstraße aufzubringende Beschleunigungskraft zu simulieren. The tilting movements that take place in the driving simulator according to the CN publication when accelerating, do not take place in reality and are in the said CN document only a tool to simulate the applied in the longitudinal axis of the driveway acceleration force.
Damit soll eine Endposition der Fahrbewegung erreicht werden, was jedoch nur über die Erzeugung einer Kippbewegung erfolgt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der genannten CN-Druckschrift, einen Fahr- und/oder Flugsimulator der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Fahrverhältnisse möglichst realistisch, entsprechend einer natürlichen Straßenumgebung, simuliert werden können. This is an end position of the travel movement to be achieved, but this is done only on the generation of a tilting movement. The invention is therefore based on the object, starting from the cited CN document, a driving and / or flight simulator of the type mentioned in such a way that the driving conditions as realistic as possible, according to a natural road environment, can be simulated.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Fahrkabine heb- und schwenkbar sowie drehbar am freien Ende eines als Schwenkarm ausgebildeten Armes gelagert ist, wobei der Schwenkarm mit seinem anderen Ende in ein Kardan- oder Kugelgelenk an einer festen Fläche abgehängt ist. To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1. An essential feature of the invention is that the cab is raised and pivoted and rotatably mounted at the free end of a trained as a pivot arm, wherein the pivot arm is suspended with its other end in a cardan or ball joint on a fixed surface.
Aus der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der Vorteil, dass nun die Fahrbewegungen (Beschleunigungen, Bremskräfte, Seitenkräfte und dergleichen) in einer natürlichen Fahrumgebung in nicht vorher bekannter Weise simuliert werden können, denn die vorherige Notwendigkeit der Einleitung einer Kippbewegung, bevor die danach folgende Brems- oder Beschleunigungskraft einwirkt, wird bei der vorliegenden Erfindung vermieden. From the given technical teaching has the advantage that now the driving movements (accelerations, braking forces, lateral forces and the like) can be simulated in a natural driving environment in a previously known manner, because the previous need to initiate a tilting movement before the subsequent braking or acceleration force is avoided in the present invention.
Grund für diese Maßnahme ist, dass die Fahrkabine an einem deckenseitigen Aufhängepunkt dreh-, schwenk-, heb- und senkbar an einem jeweils einseitig abgehängten Schwenkarm gelagert ist, was mit dem Vorteil verbunden ist, dass bei der Erfindung der Schwerpunkt der Fahrkabine von der deckenseitigen Aufhängung entfernt ist. Die Fahrkabine befindet sich demnach am freien, schwenkbaren Ende eines einseitig schwenkbar gelagerten Schwenkarmes. Reason for this measure is that the cab is rotatably mounted on a ceiling-side suspension point, swivel, raised and lowered on a respective unilaterally suspended pivot arm, which is associated with the advantage that in the invention, the focus of the cab from the ceiling side Suspension is removed. The cab is therefore at the free, pivotable end of a pivotally mounted on one side pivot arm.
Beim Stand der Technik fiel dieser Schwerpunkt mit den Drehachsen der Fahrkabine zusammen. In the prior art, this focus coincided with the axes of rotation of the cab.
Beim Stand der Technik spürt der Benutzer deshalb immer eine Rotationsbewegung um den Schwerpunkt, der möglicherweise in seinem Körper gebildet ist, wobei diese Rotation nicht den natürlichen Verhältnissen einer Straßenumgebung entspricht. In the prior art, therefore, the user always feels a rotational movement about the center of gravity, which may be formed in his body, this rotation does not correspond to the natural conditions of a road environment.
Bei der vorliegenden Erfindung wird hingegen der Dreh- und Schwenk- sowie Hubpunkt außerhalb des Schwerpunkts des Benutzers aus der Fahrkabine heraus verlegt. Bei einer Kurvenfahrt bei dem Stand der Technik wird deshalb lediglich eine Kippbewegung der Fahrkabine ausgelöst, während bei der vorliegenden Erfindung mit der Kurvenneigung gleichzeitig eine seitliche Beschleunigungskraft auf den Fahrer einwirkt, was einer natürlichen Kurvenbeschleunigungskraft entspricht. In the present invention, however, the turning and panning and lifting point is moved out of the driver's cabin outside the center of gravity of the user. When cornering in the prior art, therefore, only a tilting movement of the cab is triggered, while in the present invention with the curve slope simultaneously acts a lateral acceleration force on the driver, which corresponds to a natural Kurvenbeschleunigungskraft.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht also der Vorteil, dass die Kurvenbeschleunigungskräfte nicht in der Fahrkabine selbst oder an der Fahrkabine aufgebracht werden, sondern in einem Schwenk- oder Drehpunkt, der entfernt von der Fahrkabine angeordnet ist. In the present invention, therefore, there is the advantage that the Kurvenbeschleunigungskräfte are not applied in the cab itself or on the cab, but in a pivot or pivot point, which is located away from the cab.
Je weiter dieser Schwenk- oder Drehpunkt von der Fahrkabine weg verlagert ist, desto besser ist das natürliche Beschleunigungs-, Brems- oder Kurvengefühl des Benutzers, weil die eigentlichen Schwenkachsen außerhalb der Fahrkabine gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. The further this pivot or pivot point is displaced away from the cab, the better is the natural acceleration, braking or cornering feeling of the user, because the actual pivot axes are arranged outside the cab according to the present invention.
Da beim Stand der Technik bei einer Schlängelfahrt nur kurze Schwenkbewegungen um eine Y-Achse stattfinden, kommt es nicht zur Wirkung von Beschleunigungskräften auf den Benutzer. Dieser wird lediglich hin und her verschwenkt, ohne dass eine Kurvenbeschleunigungskraft spürbar ist. Since in the prior art only short pivoting movements take place about a Y-axis in a meandering, the effect of acceleration forces on the user does not occur. This is merely pivoted back and forth, without a Kurvenbeschleunigungskraft is noticeable.
Hier setzt die Erfindung ein, die zu den erfindungsgemäßen Kippbewegungen in der Schlängelfahrt noch zusätzlich Beschleunigungskräfte auf den Fahrer aufbringt, aufgrund der Tatsache, dass die Fahrkabine an einem von der Fahrkabine entfernt angeordneten festen Lagerpunkt befestigt ist. This is where the invention begins, which additionally applies acceleration forces to the driver to the tilting movements according to the invention in the meandering movement, due to the fact that the driving cab is fastened to a fixed bearing point arranged remotely from the driving cab.
Weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass beim Stand der Technik gemäß der CN-Druckschrift der Nachteil besteht, dass bei einer Schlängelfahrt zunächst die Neigung der Fahrkabine hergestellt werden muss, bevor die seitliche Beschleunigungskraft gemäß der Kurvenbeschleunigung wirkt, während bei der vorliegenden Erfindung eine direkte Kurvenbeschleunigungskraft ohne Notwendigkeit der Neigung der Kabine ohne Verzögerung eingeleitet werden kann. Another feature of the invention is that in the prior art according to the CN document has the disadvantage that in a snaking drive initially the inclination of the cab must be made before the lateral acceleration force acts according to the curve acceleration, while in the present invention, a direct Kurvenbeschleunigungskraft without Necessity of the inclination of the cabin can be initiated without delay.
Bei der Erfindung wird also demgemäß von Anfang an, nämlich bei Einleitung der Bewegung, bis zum Ende der Bewegung eine natürliche Beschleunigungskraft auf den Körper des Benutzers ausgeübt, wohingegen beim Stand der Technik zunächst eine Kippbewegung zur Einleitung dieser Beschleunigungskraft ausgeübt wird und erst nach Beendigung der Kippbewegung die Beschleunigungskraft aufgebaut wird. In the invention, therefore, from the beginning, namely at the initiation of the movement, to the end of the movement, a natural acceleration force is exerted on the body of the user, whereas in the prior art, first a tilting movement to initiate this acceleration force is exercised and only after completion of the Tilting movement, the acceleration force is built up.
Es ist eine weitere Ausführungsform eines Fahrsimulators bekannt geworden, die insbesondere als Flugsimulator ausgebildet ist. Es handelt sich dabei um eine Fahrkabine, die auf mehreren, schräg abgespreizten, hydraulisch in der Länge verstellbaren Füßen gelagert ist, wie beispielsweise in der US 5 176 518 A1 offenbart ist. It is a further embodiment of a driving simulator has become known, which is designed in particular as a flight simulator. This is a cab that is mounted on a plurality of obliquely splayed, hydraulically adjustable in length feet, as disclosed for example in US 5,176,518 A1.
Dort wird die Beschleunigungskraft in der Art der Beschleunigung eines Schlittens aufgebracht, was mit dem Nachteil verbunden ist, dass nach einer kurzen Beschleunigungsfahrt der Schlitten auch wieder abgebremst werden muss, was zu einer unnatürlichen Fahrbewegung führt, denn der Benutzer könnte auch während des gesamten Vorgangs das Gaspedal betätigen, wird aber gleichwohl - entgegen seinem natürlichen Bewegungsgefühl - am Ende der Bewegung abgebremst. Hier setzt die Erfindung ein, die statt einer linearen Beschleunigungsbewegung eine halbkugelige Bewegung, das heißt also eine Radiusbewegung, ausgehend von einem einseitig hängenden Schwenkarm, ausübt, an dessen freiem unteren Ende die Fahrkabine angeordnet ist. In der Auslenkbewegung des Schwenkarms und der maximalen Auslenkbewegung der Fahrkabine wirkt daher die natürliche Erdanziehungskraft auf die voll ausgelenkte Fahrkabine, und aufgrund dieser Tatsache spürt der Benutzer keine Abbremskraft, sondern die Beschleunigungskraft bleibt über den gesamten Schwenkwinkel der halbkugelförmigen Auslenkung der Fahrkabine erhalten. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. There, the acceleration force is applied in the manner of acceleration of a carriage, which is associated with the disadvantage that after a brief acceleration ride the carriage must also be decelerated again, which leads to an unnatural driving movement, because the user could also during the entire process that Acting accelerator pedal, but is nevertheless - contrary to his natural sense of motion - slowed down at the end of the movement. This is where the invention begins, instead of a linear acceleration movement a hemispherical movement, that is, a radius movement, starting from a cantilevered swing arm exerts, at the free lower end of the cab is arranged. In the deflection movement of the swing arm and the maximum deflection movement of the cab, therefore, the natural gravitational force acts on the fully deflected cab, and because of this Fact the user feels no deceleration force, but the acceleration force is maintained over the entire swing angle of the hemispherical deflection of the cab. This is a significant advantage over the prior art.
In der ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es deshalb vorgesehen, dass der Schwenkarm in der Art eines Kugel- oder Kardangelenks hängend an einer Befestigungsfläche angeordnet ist, und dass am anderen Ende des Schwenkarms nunmehr die Fahrkabine angeordnet ist, die im Verbindungsbereich zwischen dem freien Ende des Schwenkarms und der Fahrkabine einen Hubantrieb, einen Schwenkantrieb und einen Neigungsantrieb aufweist, sodass am freien Ende des Schwenkarmes eine dreidimensionale Verbindung, die von zugeordneten Antriebselementen gekoppelt ist, verwirklicht ist. In the first embodiment of the invention, it is therefore provided that the pivot arm is arranged in a manner of a ball or universal joint hanging on a mounting surface, and that at the other end of the pivot arm now the cab is arranged in the connecting region between the free end of the Swing arm and the cab has a lifting drive, a rotary actuator and a tilt drive, so that at the free end of the pivot arm, a three-dimensional connection, which is coupled by associated drive elements, is realized.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schwenkarm selbst in seiner Länge teleskopierbar angetrieben ist, und ferner ist vorgesehen, dass die Abhängung des anderen Endes des Schwenkarms von einer Befestigungsfläche aus jeweils mit Antriebsmitteln gekoppelt ist, sodass diese Antriebsmittel den Schwenkarm in jeder beliebigen Schwenklage dreidimensional im Raum unterhalb der festen Abhängefläche bewegen können. Die dreidimensional angetriebene Verbindung zwischen dem freien Ende des Schwenkarmes und der daran angebundenen Fahrkabine ist lediglich ein zusätzliches Merkmal der Erfindung, auf das die Erfindung nicht angewiesen ist. In a further development of the invention, it is provided that the pivot arm itself is telescopically driven in its length, and further provided that the suspension of the other end of the pivot arm is coupled from a mounting surface of each with drive means, so that these drive means the pivot arm in each can move any pivotal position three-dimensionally in the space below the fixed suspension surface. The three-dimensionally driven connection between the free end of the pivoting arm and the driving cab connected thereto is merely an additional feature of the invention, to which the invention is not dependent.
Diese dreidimensionale Verbindung wird bevorzugt durch im Winkel von 90 Grad zueinander angeordneten Linearantrieben verwirklicht, die als Hubantriebe wirken, sodass jede Kante der Fahrkabine in einer eigenen unabhängigen Hubbewegung zur anderen Kante bewegt werden kann, um Fahrbahnstöße, Mulden oder andere Fahrbahncharakteristiken möglichst naturgetreu nachzuahmen. This three-dimensional connection is preferably realized by linear drives arranged at an angle of 90 degrees to one another, which act as lifting drives, so that each edge of the driving cab can be moved to the other edge in its own independent lifting movement Track collisions, depressions or other road characteristics as lifelike as possible.
Die Erfindung ist jedoch auf die Anordnung dieser Linearantriebe nicht angewiesen; sie können auch entfallen. However, the invention is not dependent on the arrangement of these linear drives; they can also be omitted.
Der Drehantrieb zwischen der Fahrkabine und dem freien unteren Ende des Schwenkarmes ist bevorzugt als Drehteller ausgebildet, das als axiales Kugellager ausgebildet ist und das durch einen Antrieb dergestalt angetrieben ist, dass die Orientierung der Fahrkabine zu der Längsachse des Schwenkarms in jeder beliebigen Rotationsachse eingestellt und festgestellt werden kann. The rotary drive between the cab and the free lower end of the pivot arm is preferably formed as a turntable, which is designed as an axial ball bearing and which is driven by a drive such that the orientation of the cab is set and fixed to the longitudinal axis of the pivot arm in any axis of rotation can be.
Die Erfindung ist jedoch nicht darauf angewiesen, dass dieser Drehantrieb genau zwischen dem freien unteren Ende des Schwenkarms und der Oberseite der Fahrkabine ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass dieser Drehantrieb im Bereich des Schwenkarms selbst oder im Bereich der Aufhängung des Schwenkarms an der oberen Aufhängefläche ausgebildet ist. However, the invention is not dependent on that this rotary drive is formed exactly between the free lower end of the pivot arm and the top of the cab. It can also be provided that this rotary drive is formed in the region of the swivel arm itself or in the region of the suspension of the swivel arm on the upper suspension surface.
Gleiches gilt auch für den besprochenen Hubantrieb, der entweder als teleskopierbarer Schwenkarm ausgebildet ist oder der Hubantrieb - in einer anderen Ausgestaltung - auch im Bereich zwischen dem freien unteren Ende des Schwenkarms und dem oberen Ende der Fahrkabine ausgebildet sein kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dabei die Fahrkabine als Rohrgestell ausgebildet, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. The same applies to the discussed lifting drive, which is either designed as a telescopic arm or the lifting drive - in another embodiment - can also be formed in the area between the free lower end of the pivot arm and the upper end of the cab. In a preferred embodiment, the cab is designed as a tubular frame, to which the invention is not limited.
Das Rohrgestell kann als offenes gitterförmiges Rohrgestell ausgebildet sein; es kann sich jedoch auch um eine vollständig geschlossene Kabine handeln, in welcher der Benutzer ohne Sichtkontakt zur Außenwelt sich befindet. In beiden Fällen kann es vorgesehen sein, dass im Bereich der Fahrkabine ein oder mehrere Displays angeordnet sind, die dem Benutzer ein möglichst natürliches Abbild der Umgebung darbieten, und in einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass diese Displays entfallen und der Benutzer stattdessen eine 3D-Brille trägt, die ihm die natürliche Umgebung simuliert. The tube frame may be formed as an open grid-shaped tube frame; However, it may also be a fully enclosed cabin in which the user is without visual contact with the outside world. In both cases, provision may be made for one or more displays to be arranged in the area of the driver's cab, which presents the user with the most natural possible image of the surroundings, and in another embodiment it may be provided that these displays are omitted and the user instead chooses one Wearing 3D glasses that simulates the natural environment.
Dem Benutzer sind in beliebiger Weise Bedienungsgestänge und Fußgestänge zugeordnet, um einen Fahr- oder Flugsimulator zu verwirklichen. The user is in any way associated with operating linkages and Fußgestänge to realize a driving or flight simulator.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass der Schwenkarm der X-Y- Richtung schwenkbar angetrieben ist. Dies kann entweder durch einen Antrieb im Kugel- oder Kardangelenk selbst im Bereich der Aufhängung des Schwenkarms an der Aufhängefläche stattfinden oder auch entfernt davon über entsprechende Schwenkantriebe, wie zum Beispiel jeweils einen Motor mit Seilzug oder Kolbenhydraulikzylindereinheiten, die mit ihren freien Enden am schwenkbaren Teil des Schwenkarms angreifen und diesen in jeder beliebigen X-Y-Richtung verschwenken. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anbindung der Fahrkabine an das freie Ende des Schwenkarms als um 90 Grad zueinander versetzte Schienenführung ausgebildet ist. Die Fahrkabine kann daher in zwei zueinander senkrechten Richtungen auf etwa halbkugelförmigen oder vollkugelförmigen Bogenschienen gedreht und verschwenkt werden. All embodiments have in common that the pivot arm of the X-Y direction is pivotally driven. This can take place either by a drive in the ball or universal joint even in the area of the suspension of the pivot arm on the suspension or even away thereof via corresponding part-turn actuators, such as a motor with cable or piston hydraulic cylinder units, with their free ends on the pivotal part of the Swing arm attack and pivot it in any XY direction. In a further embodiment of the invention, it is provided that the connection of the cab to the free end of the pivot arm is designed as a 90 ° offset rail guide. The driver's cab can therefore be rotated and pivoted in two mutually perpendicular directions on approximately hemispherical or full spherical bow rails.
Vorteil der Erfindung ist demnach, dass bei der Beschleunigung der Fahrkabine, zum Beispiel beim Gasgeben oder beim Bremsen, der Drehpunkt oder Schwenkpunkt der Fahrkabine oberhalb vom Schwerpunkt der Fahrkabine liegt, nämlich im freien abgehängten Ende des Schwenkarmes, der an der Befestigungsfläche befestigt ist. Der untere Teil des erfindungsgemäßen Fahr- oder Flugsimulators im Bereich der Fahrkabine ist deshalb etwa gleich wie beim Stand der Technik ausgebildet, nur dass die Erfindung nunmehr zusätzlich vorsieht, dass die gesamte Fahrkabine an dem freien schwenkbaren, heb- und senkbaren sowie drehbaren Ende eines an einer Befestigungsfläche abgehängten Schwenkarms angeordnet ist. Advantage of the invention is therefore that in the acceleration of the cab, for example when accelerating or braking, the pivot point or pivot point of the cab is above the center of gravity of the cab, namely in the free suspended end of the pivot arm, which is attached to the mounting surface. The lower part of the driving or flight simulator according to the invention in the driving cab is therefore approximately the same as in the prior art, only that the invention now additionally provides that the entire cab at the free pivoting, raised and lowered and rotatable end of an a mounting surface suspended swing arm is arranged.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anordnung eines einzigen Schwenkarmes beschränkt. Es können auch mehrere Schwenkarme als Ausbildung einer dreiecksförmigen Abhängung vorgesehen werden, wobei demnach der einzige, hängende Schwenkarm durch eine Dreiecksanordnung ersetzt ist, an dessen nach unten weisender Spitze die Fahrkabine wiederum drehbar, heb- und senkbar angeordnet ist. Bei der Erfindung besteht demnach der Vorteil, dass zwischen den Beschleunigungskräften beim Gasgeben und beim Abbremsen und beim Lenken unterschieden wird zu den natürlichen Kippbewegungen, die auch bei den üblichen Fahrsimulatoren vorhanden sind, dass aber die Beschleunigungsund Bremsbewegungen sowie die Kurvenbeschleunigungen einem natürlichen Beschleunigungsablauf entsprechen, was bisher beim Stand der Technik nicht möglich war. Of course, the present invention is not limited to the arrangement of a single pivot arm. It can also be provided several swivel arms as training a triangular suspension, which therefore the only hanging pivot arm is replaced by a triangular arrangement, at the downwardly pointing tip the cab is turn rotatable, raised and lowered arranged. In the invention, therefore, there is the advantage that a distinction is made between the acceleration forces when accelerating and decelerating and steering to the natural tilting, which are also present in the usual driving simulators, but that the acceleration and braking movements and the acceleration curves correspond to a natural acceleration process, what previously was not possible in the prior art.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Soweit einzelne Gegenstände als „erfindungswesentlich" oder „wichtig" bezeichnet sind, bedeutet dies nicht, dass diese Gegenstände notwendigerweise den Gegenstand eines unabhängigen Anspruches bilden müssen. Dies wird allein durch die jeweils geltende Fassung des unabhängigen Patentanspruches bestimmt. All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art. As far as individual items are referred to as "essential to the invention" or "important", this does not mean that these items necessarily have to form the subject of an independent claim. This is determined solely by the current version of the independent claim.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor. In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : schematisiert die Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Fahrsimulators in zwei verschiedenen Bewegungszuständen FIG. 1 shows schematically the representation of a first embodiment of a driving simulator in two different states of motion
Figur 2: die gleiche Darstellung wie Figur 2 FIG. 2: the same illustration as FIG. 2
Figur 3: eine gegenüber Figur 1 und Figur 2 vereinfachte perspektivische Darstellung des Fahrsimulators im Ruhezustand Figure 3: a comparison with Figure 1 and Figure 2 simplified perspective view of the driving simulator in the idle state
Figur 4: eine erste Ausführungsform des Dreh- und Schwenkantriebs des Schwenkarms Figur 5: eine gegenüber Figur 4 abgewandelte zweite Ausführungsform Figure 4: a first embodiment of the rotary and rotary drive of the swivel arm Figure 5: a comparison with Figure 4 modified second embodiment
Figur 6: ein erstes mechanisches Ersatzschaltbild für den Fahrsimulator nach den Figuren 1 bis 5 im Ruhezustand Figur 7: Erläuterung der Beschleunigung und der daraus resultierenden Kräfte beim Betrieb des Fahrsimulators nach Figur 6 Figur 8: eine extreme Fahrsituation des Fahrsimulators entsprechend der Darstellung in Figur 7 FIG. 6: a first mechanical equivalent circuit diagram for the driving simulator according to FIGS. 1 to 5 in the idle state FIG. 7: Explanation of the acceleration and the forces resulting therefrom during operation of the driving simulator according to FIG FIG. 8 shows an extreme driving situation of the driving simulator according to the illustration in FIG. 7
Figur 9: eine gegenüber Figur 8 abgewandelte Fahrsituation Figure 9: a comparison with Figure 8 modified driving situation
Figur 10: eine weitere Abwandlung der Fahrsituation mit einem veränderten Schwenkantrieb für den Schwenkarm FIG. 10 shows a further modification of the driving situation with a modified pivoting drive for the pivoting arm
Figur 1 1 : schematisiert die Darstellung der Kippbewegungen der Fahrkabine im mechanischen Ersatzschaltbild Figure 1 1: schematically the representation of the tilting movements of the cab in mechanical equivalent circuit diagram
Figur 12: die um 90 Grad gedrehte Ansicht der Figur 1 FIG. 12 shows the view of FIG. 1 rotated by 90 degrees
Figur 13: mechanisches Ersatzschaltbild beim Ausüben von Hubbewegungen auf die Fahrkabine Figure 13: mechanical equivalent circuit diagram when exerting strokes on the cab
Figur 14: ein gegenüber Figur 6 abgewandeltes Ausführungsbeispiel FIG. 14: an embodiment modified from FIG. 6
Figur 15: ein gegenüber Figur 10 abgewandeltes Ausführungsbeispiel FIG. 15: an embodiment modified from FIG. 10
Figur 16: eine weitere Ausführungsform der Ausbildung einer Fahrkabine mit Halbbogenschienen, die im Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet sind FIG. 16 shows a further embodiment of the embodiment of a driver's cabin with semicircular rails which are arranged at an angle of 90 degrees to one another
Figur 17: das mechanische Ersatzschaltbild des Fahrsimulators mit einer Fahrkabine nach Figur 16 in einer ersten Ausführungsform Figure 17: the mechanical equivalent circuit diagram of the driving simulator with a cab according to Figure 16 in a first embodiment
Figur 18: das mechanische Ersatzschaltbild nach Figur 17 bei einer anderen Fahrsimulation Figur 19: die um 90 Grad gedrehte Darstellung der Figur 18 In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines Fahrsimulators 1 dargestellt, der im Wesentlichen aus einem Grundgestell 2 besteht, welches mithilfe von Standfüßen 3, 4 einen mittleren zentralen Aufhängepunkt für ein Schwenkgelenk 15 bildet. FIG. 18: the mechanical equivalent circuit diagram according to FIG. 17 for another driving simulation FIG. 19: the representation of FIG. 18 rotated by 90 degrees A first embodiment of a driving simulator 1 is shown in FIGS. 1 and 2, which essentially consists of a base frame 2 which, with the aid of feet 3, 4, forms a middle central suspension point for a pivot joint 15.
Selbstverständlich kann anstatt des Grundgestells 2 mit den Standfüßen 3, 4 auch jede andere Aufhänge- oder Abhängefläche verwendet werden, die geeignet ist, das Gewicht der Fahrkabine 5 mit dem Schwenkarm 6 zu tragen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ist das obere Ende des Schwenkarms 6 mithilfe eines Schwenkgelenks 15 im Mittelpunkt des Grundgestells 2 angebunden und dort drehbar ausgebildet. Of course, instead of the base frame 2 with the feet 3, 4 and any other suspension or suspension surface can be used, which is suitable to carry the weight of the cab 5 with the pivot arm 6. In the illustrated embodiment according to Figures 1 and 2, the upper end of the pivot arm 6 is connected by means of a pivot joint 15 in the center of the base frame 2 and rotatably formed there.
Das Schwenkgelenk kann hierbei als Kardangelenk oder als Kugelgelenk ausgebildet sein. The pivot joint may be formed as a universal joint or as a ball joint.
Die Fahrkabine 5 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einem Rohrgestell 7, in dessen Innenraum ein Cockpit 8 ausgebildet ist, in dem beispielsweise ein Sitz 9 mit einem dort sitzenden Benutzer 40 ausgebildet ist. In the exemplary embodiment shown, the driving cab 5 consists essentially of a tubular frame 7, in the interior of which a cockpit 8 is formed, in which, for example, a seat 9 with a user 40 sitting there is formed.
Der Benutzer hat eine Anzahl von Betätigungselementen vor sich, zum Beispiel ein Bedienungsgestänge 10 oder Fußpedale 27, wie sie in Figur 6 dargestellt sind. The user has a number of actuators in front of him, for example a control linkage 10 or foot pedals 27, as shown in FIG.
Er kann gemäß Figuren 1 und 2 vor sich einen nicht näher dargestellten Bildschirm 1 1 haben, um eine möglichst realitätsgenaue Abbildung der Umgebung zu simulieren, oder kann auch eine 3D-Brille 12 tragen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Fahrkabine 5 gerade in Pfeilrichtung 13 ausgeschwenkt und macht entsprechende Schaukelbewegungen, die auch für die andere Kante gemäß Pfeilrichtung 14 gelten. Während dieser Schaukelbewegungen findet die vollständige Fahrsimulation statt, das heißt, die wirksame Länge des Schwenkarmes kann schnell und dynamisch in seiner wirksamen Länge eingestellt werden, ebenso können im Bereich einer Grundplatte 20, an der eine Anzahl von Linearantrieben 22, 23, 24 angeordnet sind, kurze Hubbewegungen auf die Oberseite der Fahrkabine 5 in zueinander senkrechten Richtungen ausgeübt werden, und ferner ist zwischen der Grundplatte 20 und der Fahrkabine noch ein Drehteller 21 angeordnet, mit dem beliebige Drehungen der Fahrkabine 5 vorgenommen werden können. He can according to Figures 1 and 2 in front of him a screen not shown 1 have 1 to simulate a realistic as possible mapping of the environment, or can wear a 3D glasses 12. In the illustrated embodiment, the cab 5 is swung straight in the direction of arrow 13 and makes corresponding rocking movements, which also apply to the other edge according to arrow 14. During this rocking movements, the complete driving simulation takes place, that is, the effective length of the pivot arm can be adjusted quickly and dynamically in its effective length, as well as in the region of a base plate 20, on which a number of linear drives 22, 23, 24 are arranged, short strokes are exerted on the top of the cab 5 in mutually perpendicular directions, and further between the base plate 20 and the cab still a turntable 21 is arranged with the arbitrary rotations of the cab 5 can be made.
Die Linearantriebe 22-24 sind getrennt voneinander ansteuerbar und haben relativ kurze Hubwege von zum Beispiel 200 bis 300 mm, um befahrbare Unebenheiten zu simulieren, die den übrigen Fahrbewegungen, die von dem Schwenkarm 6 und den dort angeordneten Antriebselementen ausgeübt werden, feinfühlig überlagert werden. The linear drives 22-24 are controlled separately and have relatively short strokes of, for example, 200 to 300 mm to simulate drivable unevenness, which are the other driving movements exerted by the pivot arm 6 and the drive elements arranged there, sensitively superimposed.
Die Figur 3 zeigt weitere Einzelheiten des Fahrsimulators, wo erkennbar ist, dass das Schwenkgelenk 15 als Kardangelenk ausgebildet ist, sodass es in der Lage ist, in den Pfeilrichtungen 18, 19 unabhängige Drehbewegungen auszuführen. 3 shows further details of the driving simulator, where it can be seen that the pivot joint 15 is designed as a universal joint, so that it is able to perform in the arrow directions 18, 19 independent rotational movements.
Ausgehend von einer Schiebehülse 16 kann eine Hubbewegung gegenüber dem darunter ansetzenden Schwenkarm 6 in den Pfeilrichtungen 17 (Z-Achse) durchgeführt werden. Starting from a sliding sleeve 16, a lifting movement relative to the pivoting arm 6 starting thereunder can be carried out in the direction of arrows 17 (Z-axis).
Die Darstellung nach Figur 3 zeigt auch das dreidimensionale Koordinatensystem, aus dem entnehmbar ist, dass den Hubbewegungen in Pfeilrichtung 17 (Z-Achse) in der Y-Achse (Pfeilrichtung 37) auch entsprechende Bewegungen in der X-Achse (Pfeilrichtung 36) überlagert werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist oberhalb der Grundplatte 20 ein Drehteller 21 angeordnet, der es ermöglicht, die gesamte Fahrkabine 5 in Rotationsrichtung, nämlich in Pfeilrichtung 26, in beliebigen Winkelstellungen zu drehen. The illustration according to FIG. 3 also shows the three-dimensional coordinate system, from which it can be deduced that the movements in the direction of arrow 17 (Z-axis) in the Y-axis (arrow direction 37) are also superimposed on corresponding movements in the X-axis (arrow direction 36) can. In the illustrated embodiment of Figure 3, a turntable 21 is disposed above the base plate 20, which makes it possible to rotate the entire cab 5 in the rotational direction, namely in the direction of arrow 26, in any desired angular positions.
Ferner ist erkennbar, dass zwischen der Fahrkabine 5 und der Grundplatte 20 eine Anzahl von im Winkel von 90 Grad zueinander angeordneten Linearantrieben 22-24 vorgesehen ist, die bevorzugt an den Ecken der Grundplatte angeordnet sind und mit fahrkabinen-festen Ansätzen 25 zusammenwirken, die bevorzugt als Zahnstangen ausgebildet sind. Furthermore, it can be seen that between the driving cab 5 and the base plate 20, a number of arranged at an angle of 90 degrees to each other linear drives 22-24 is provided, which are preferably arranged at the corners of the base plate and cooperate with cab-fixed lugs 25, preferably are designed as racks.
Die Ritzel der zugeordneten Linearantriebe 22-24 wälzen sich somit an den Ansätzen 25 ab und können somit kleinhubige Verschiebungen in den Pfeilrichtungen 17 (Z-Achse) der Fahrkabine in Richtung auf die Grundplatte 20 ausführen. The pinions of the associated linear drives 22-24 thus roll on the lugs 25 and thus can perform small-stroke shifts in the direction of arrows 17 (Z-axis) of the cab in the direction of the base plate 20.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Anordnung von Linearantrieben 22-24 in Verbindung mit den Ansätzen 25 beschränkt. Es kann jeder andere beliebige Hubantrieb verwendet werden, wie zum Beispiel ein pneumatischer oder ein hydraulischer Hubantrieb oder auch Stellmotoren oder dergleichen mehr. Of course, the invention is not limited to the arrangement of linear drives 22-24 in connection with the lugs 25. It can be used any other lifting drive, such as a pneumatic or a hydraulic lifting drive or servo motors or the like.
Ebenso ist es nicht notwendig, alle Hubantriebe an allen vier Ecken der Fahrkabine 5 anzuordnen. Likewise, it is not necessary to arrange all lifting drives at all four corners of the cab 5.
Die Schwenkachse 18 ist im Winkel von 90 Grad zur Schwenkachse 19 verdreht, und anhand der Figur 4 wird ein solches Antriebskonzept näher erläutert. In der Ausführungsform ist erkennbar, dass das Schwenkgelenk 15 als Kardangelenk ausgebildet ist und im Wesentlichen aus einem Außenrahmen 28 besteht, an dem über zugeordnete Schwenklager eine halbbogenförmige Zahnstange 31 ansetzt. The pivot axis 18 is rotated at an angle of 90 degrees to the pivot axis 19, and based on the figure 4, such a drive concept is explained in detail. In the embodiment, it can be seen that the pivot joint 15 is designed as a universal joint and essentially consists of an outer frame 28 exists, attached to the associated pivot bearing a semi-curved rack 31.
An dieser Zahnstange wälzt sich ein Linearantrieb 30 mit seinem Ritzel ab, der bevorzugt an dem Schwenkarm 6 befestigt ist. At this rack, a linear drive 30 rolls with its pinion, which is preferably attached to the pivot arm 6.
In senkrechter Richtung zu dem äußeren Außenrahmen 28 ist ein Innenrahmen 29 vorgesehen, an dem wiederum eine Zahnstange 33 ansetzt, die halbbogenförmig ausgebildet ist und an der sich das Ritzel eines weiteren Linearantriebs 32 abwälzt. In the direction perpendicular to the outer outer frame 28, an inner frame 29 is provided, on which in turn a rack 33 attaches, which is formed in a semi-arc and at which the pinion of another linear drive 32 rolls.
Der Innenrahmen 29 dreht sich auf der Schwenkachse 18, während sich der Außenrahmen 28 auf der Schwenkachse 19 verdreht. Bei einer Einleitung einer Schwenkbewegung wird deshalb die halbbogenförmige Zahnstange 33 durch eine nicht näher dargestellte Ausnehmung in dem Schwenkarm 6 hindurchbewegt. The inner frame 29 rotates on the pivot axis 18 while the outer frame 28 rotates on the pivot axis 19. In an initiation of a pivoting movement, therefore, the half-arc-shaped rack 33 is moved through a recess not shown in the pivot arm 6.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen, in zwei Ebenen zueinander verstellbaren Antriebes dargestellt. 5 shows an embodiment of such, in two planes mutually adjustable drive is shown.
Am Außenrahmen 28 sitzt der Linearantrieb 32 und wälzt sich mit seinem RitzelOn the outer frame 28 of the linear actuator 32 sits and rolls with his pinion
34 an einem zugeordneten Zahnrad 35 ab, welches in der Schwenkachse 19 drehfest mit dem Innenrahmen 29 verbunden ist. 34 on an associated gear 35 from which is rotatably connected in the pivot axis 19 with the inner frame 29.
In senkrechter Richtung hierzu ist am Außenrahmen 28 ein weiteres ZahnradIn the vertical direction to the outer frame 28 is another gear
35 angeordnet, welches von einem Ritzel 34 beaufschlagt wird, dessen Linearantrieb 30 auf dem Schwenkarm 6 aufsitzt. Auf diese Weise können wiederum in den beiden zueinander senkrechten Schwenkachsen 18, 19 unabhängig voneinander ausgeführte Schwenkbewegungen des Schwenkarms 6 ausgeführt werden. Die Figur 6 zeigt ein mechanisches Ersatzschaltbild einer Anordnung nach den Figuren 1 bis 3. 35, which is acted upon by a pinion 34, the linear actuator 30 is seated on the pivot arm 6. In this way, again in the two mutually perpendicular pivot axes 18, 19 executed independently of each other pivotal movements of the pivot arm 6 are executed. FIG. 6 shows a mechanical equivalent circuit diagram of an arrangement according to FIGS. 1 to 3.
)  )
Es ist erkennbar, dass ausgehend von dem Schwenkgelenk 15 sich der Schwenkarm 6 vertikal nach unten erstreckt und in den Pfeilrichtungen 36, 37 schwenkbar angetrieben ist. It can be seen that starting from the pivot joint 15, the pivot arm 6 extends vertically downwards and is pivotally driven in the direction of arrows 36, 37.
Für die Ausbildung und Art des Schwenkantriebs gibt es verschiedene Ausführungsformen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle als erfindungswesentlich in Alleinstellung und/oder in Kombination miteinander beansprucht werden. For the training and type of rotary actuator, there are various embodiments that are claimed in the context of the present invention all as essential to the invention in isolation and / or in combination with each other.
Zusätzlich ist dem Schwenkarm 6 gemäß der vorstehenden Beschreibung noch eine Hubbewegung in der Pfeilrichtung 17 (Z-Achse) zugeordnet, und das untere freie Ende des Schwenkarmes 6 mündet in einem Drehantrieb 38, der gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel als Drehteller 21 in Verbindung mit der Grundplatte 20 beschrieben wurde. Aufgrund dieses Drehantriebes erfolgt eine Rotation in Pfeilrichtung 26. In addition, the swing arm 6 according to the above description is still associated with a lifting movement in the direction of arrow 17 (Z axis), and the lower free end of the swing arm 6 opens into a rotary drive 38, according to the above embodiment as a turntable 21 in connection with the base plate 20 has been described. Due to this rotary drive, rotation takes place in the direction of arrow 26.
Jenseits dieses Drehantriebes 38 für die Einleitung der Rotationsbewegung ist ein Ankerpunkt 41 ausgebildet, der an der Grundplatte 20 angebunden ist, sodass die Ebene der Grundplatte 20 parallel zu der Drehebene der Rotation in Pfeilrichtung 26 ist. Beyond this rotary drive 38 for the initiation of the rotational movement, an anchor point 41 is formed, which is connected to the base plate 20, so that the plane of the base plate 20 is parallel to the plane of rotation in the direction of arrow 26.
Die Grundplatte 20 ist gemäß der vorstehenden Beschreibung mithilfe der Linearantriebe 24, 25 individuell heb- und senkbar in Bezug zur Oberseite der Fahrkabine 5 ausgebildet. Die Fahrkabine 5 besteht im Wesentlichen aus den vorher erwähnten Fußpedalen 27, die auch anders ausgebildet sein können, der Bedienungsperson 40, die im Cockpit 8 sitzt und die ein nicht näher dargestelltes Bedienungsgestänge 10 betätigt. The base plate 20 is according to the above description by means of the linear drives 24, 25 individually raised and lowered in relation to the top of the cab 5 is formed. The driving cab 5 consists essentially of the aforementioned foot pedals 27, which may also be designed differently, the Operator 40 who sits in the cockpit 8 and presses an unspecified operating linkage 10.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf dem Kopf 39 des Benutzers 40 eine 3D-Brille 12 aufgesetzt, um die natürliche Umgebung zu simulieren. In the illustrated embodiment, a 3D glasses 12 is placed on the head 39 of the user 40 to simulate the natural environment.
Die Figur 7 zeigt nun die Einwirkung von Beschleunigungskräften in zwei verschiedenen Fahrstellungen, wobei, ausgehend von der Grundstellung der Fahrkabine 5 in der Abbildung auf der linken Seite, zunächst die Beschleunigungskraft in Pfeilrichtung 14 über den Schwenkarm 6 auf die Fahrkabine ausgeübt wird, die somit in die Stellung der Fahrkabine 5a ausgelenkt wird, wobei eine der in Pfeilrichtung 14 entgegenwirkende Beschleunigungskraft 43 auf dem Kopf 39a des Benutzers ausgeübt wird. Dies erfolgt natürlich auch auf den gesamten Körper des Benutzers 40. FIG. 7 now shows the effect of acceleration forces in two different driving positions, wherein, starting from the basic position of the driving cab 5 in the illustration on the left side, first the acceleration force in the direction of the arrow 14 is exerted on the driving cab via the pivoting arm 6, which is thus in FIG the position of the driving cab 5a is deflected, wherein one of the opposing in the direction of arrow 14 acceleration force 43 is exerted on the head 39a of the user. Of course, this also takes place on the entire body of the user 40.
Von dieser Stellung nach 5a der Fahrkabine 5 ausgehend, wird diese nun um eine zu der Grundplatte 20 parallele Ebene in die Stellung nach 5b verschwenkt. Dabei wird die Beschleunigungskraft 43' senkrecht zur Querbeschleunigungskraft 43', wobei die Querbeschleunigung 45 gleichzeitig eine Beschleunigung entgegen der Pfeilrichtung 14 simuliert, woraus eine resultierende Kraft 44 entsteht, die wiederum auf den Benutzer mit seinem Kopf 39b einwirkt. In dieser Stellung der Fahrkabine 5b wird demnach eine Kurvenfahrt simuliert mit einer zusätzlichen Beschleunigung, die einem Gasgeben der Fahrkabine entspricht. Hier ist erkennbar, wie sich die Kräfte im Ankerpunkt 41 zusammensetzen und im Schwerpunkt des Benutzers 40 wirken. Die Figur 7 zeigt demnach eine Draufsicht auf die Fahrkabine 5 in zwei verschiedenen Fahrzuständen. Figur 8 zeigt die gleiche Darstellung wie Figur 7 in der Seitenansicht, wo erkennbar ist, dass sich die Fahrkabine 5 und in der maximalen Auslenkposition der Fahrkabine 5' im Verhältnis von der ursprünglich senkrecht ausgerichteten Schwenkarm 6, welcher sich nun in Position 6' befindet. In dieser Darstellung wird nur eine Beschleunigung auf die Fahrkabine 5' ausgeübt, was etwa der Stellung der Fahrkabine 5a in Figur 7 entspricht. Starting from this position according to 5a of the driving cab 5, this is now pivoted about a plane parallel to the base plate 20 in the position according to 5b. In this case, the acceleration force 43 'is perpendicular to the lateral acceleration force 43', wherein the lateral acceleration 45 simultaneously simulates acceleration opposite to the direction of arrow 14, resulting in a resultant force 44, which in turn acts on the user with his head 39b. In this position, the driving cab 5b therefore a cornering is simulated with an additional acceleration, which corresponds to a throttle giving the cab. Here it can be seen how the forces in the anchor point 41 are composed and act in the center of gravity of the user 40. FIG. 7 therefore shows a plan view of the driving cab 5 in two different driving states. Figure 8 shows the same view as Figure 7 in the side view, where it can be seen that the cab 5 and in the maximum deflection position of the cab 5 'in the ratio of the originally vertically oriented pivot arm 6, which is now in position 6'. In this illustration, only an acceleration on the cab 5 'is exercised, which corresponds approximately to the position of the cab 5a in Figure 7.
Die in Figur 7 dargestellte Stellung 5b der Fahrkabine entspricht einer Kombination der Figur 8 mit der Figur 10. The position 5b of the driving cab shown in FIG. 7 corresponds to a combination of FIG. 8 with FIG. 10.
In Figur 8 ist deshalb lediglich eine Krafteinwirkung dargestellt, die einem Gasgeben des Fahrers entspricht und deshalb ein natürliches Gefühl für den Fahrer beim Gasgeben erzeugt, weil der Schwenkpunkt der Fahrkabine 5' entfernt von dem Schwerpunkt der Fahrkabine in einem Schwenkgelenk 15 ausgebildet ist. In Figure 8, therefore, only a force is shown, which corresponds to a throttle giving the driver and therefore creates a natural feeling for the driver when accelerating, because the pivot point of the cab 5 'is formed away from the center of gravity of the cab in a pivot joint 15.
Figur 9 zeigt die analoge Stellung zur Figur 8, wo eine Bremseinwirkung simuliert wird und der Schwenkarm 6 in seiner Stellung 6" verschwenkt wird, sodass die Krafteinwirkung auf den Benutzer 40 einer Bremskraft entspricht und einer dementsprechend negativen Beschleunigung. Figure 9 shows the analogous position to Figure 8, where a braking action is simulated and the pivot arm 6 is pivoted in its position 6 ", so that the force on the user 40 corresponds to a braking force and a correspondingly negative acceleration.
Wenn beispielsweise in Figur 8 beim Gasgeben der Vorgang des Zwischengasgebens oder eine ähnliche Gaswegnahme simuliert wird, so bedeutet dies, dass eine solche Situation sehr leicht entsprechend der Darstellung in Figur 8 simuliert werden kann, denn dann würde der Schwenkarm 6' nur um einen Winkel von zum Beispiel 5 Grad aus seiner dort dargestellten Lage nach rechts verschwenkt werden (im Gegenuhrzeigersinn), um so eine Zwischengas-Situation zu simulieren. Gleiches gilt für die Darstellung in Figur 9, wo eine Krafteinwirkung simuliert wird, die einem Bremsvorgang entspricht. Auch hier ist der Vorteil der Erfindung darin, dass der Schwerpunkt des Benutzers entfernt vom Schwenkgelenk 15 ausgebildet ist und die auf den Benutzer wirkende Ziehkraft in X- und Y- Richtung (Krafteinwirkung beim Bremsen) wesentlich größer ist als die durch die Schwerkraft auf den Benutzer ausgeübte Rotationsbewegung im Schwenkgelenk 15. For example, in Figure 8, when simulating gas, simulating the operation of the intermediate gas or similar gas removal, this means that such a situation can be simulated very easily as shown in Figure 8, because then the swing arm 6 'would only pivot by an angle of For example, 5 degrees can be pivoted from its position shown there to the right (counterclockwise), so as to simulate an intermediate gas situation. The same applies to the illustration in Figure 9, where a force is simulated, which corresponds to a braking operation. Again, the advantage of the invention is that the focus of the user away from the pivot joint 15th is formed and acting on the user pulling force in the X and Y direction (force during braking) is substantially greater than the force exerted by gravity on the user rotational movement in the pivot joint 15th
Es geht bei der Erfindung also weniger um die Kippbewegungen in der Grundplatte 20 und die dort angeordneten Linearantriebe, sondern um die Entfernung des Gewichtsschwerpunktes des Benutzers 40 von einer externen Aufhängefläche, die durch das Schwenkgelenk 5 repräsentiert wird. It is in the invention so less about the tilting movements in the base plate 20 and the linear drives arranged there, but to the removal of the center of gravity of the user 40 of an external suspension surface, which is represented by the pivot joint 5.
Die Figur 10 zeigt in Abwandlung zu der Ausführungsform nach Figur 8, dass auch statt eines Drehantriebes im Schwenkgelenk 15 selbst nunmehr auch Antriebseinheiten 46, 46' verwendet werden können, die bevorzugt im Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet sind und die an einem Kraftangriffspunkt 55 am freien schwenkbaren Ende des Schwenkarms 6 angreifen und somit den Schwenkarm 6 in jeder beliebigen Richtung in X-Y-Richtung verschwenkbar antreiben. FIG. 10 shows, in a modification to the embodiment according to FIG. 8, that drive units 46, 46 'can now also be used instead of a rotary drive in the swivel joint 15, which are preferably arranged at an angle of 90 degrees to one another and at a force application point 55 on attack free pivotable end of the pivot arm 6 and thus drive the pivot arm 6 in any direction in the XY direction pivotally.
Für die gleichen Teile gelten im Übrigen die gleichen Bezugszeichen, und aus Figur 10 ist wiederum eine Querbeschleunigungskraft 45 erkennbar, die bei einer Lenkbewegung stattfindet. Incidentally, the same reference numerals apply to the same parts, and FIG. 10 again shows a transverse acceleration force 45 which takes place during a steering movement.
Der Kraftangriffspunkt 55 für die Antriebseinheiten 46 kann auf einer beliebigen Erstreckung des Schwenkarms 6 angreifen. Die Figur 1 1 zeigt eine Krafteinwirkung 49, die das Kippen der Fahrkabine 5 selbst simuliert, und zwar um einen Rotationskreis 48, wobei hier ein Drehpunkt 47 etwa im Schwerpunkt der Fahrkabine 5 dargestellt ist und diese Schwenkbewegung im Drehpunkt 47 erfolgt, was einer Bergauf- oder Bergab- Fahrbewegung der Fahrkabine auf einer natürlichen Fahrbahn entspricht. Die Unebenheiten der Fahrbahn werden nach wie vor durch die Linearantriebe 24, 25 im Bereich der Grundplatte 20 simuliert, die somit dafür sorgen, dass die gesamte Fahrkabine kurzhubig in den Pfeilrichtungen 17 bewegt werden kann. Die Figur 12 zeigt die gleiche Darstellung wie Figur 1 1 in der anderen Richtung, das heißt in einer um 90 Grad gedrehten Darstellung. Ansonsten gelten für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen. The force application point 55 for the drive units 46 can act on any extension of the pivot arm 6. 1 1 shows a force 49, which simulates the tilting of the cab 5 itself, namely a rotation circle 48, in which case a pivot point 47 is shown approximately in the center of gravity of the cab 5 and this pivoting movement takes place in the pivot point 47, which is a hill climb. or downhill driving movement of the cab on a natural lane corresponds. The unevenness of the roadway is still simulated by the linear drives 24, 25 in the region of the base plate 20, which thus ensure that the entire driving cab can be moved in the direction of arrows 17 in the short-stroke. FIG. 12 shows the same representation as FIG. 11 in the other direction, that is, in a representation rotated by 90 degrees. Otherwise, the same reference numerals apply to the same parts.
Die Figur 13 zeigt Hubbewegungen des Schwenkarms 6 in den Pfeilrichtungen 17, um eine in vertikaler Richtung einwirkende Krafteinwirkung 51 in Z-Richtung zu simulieren. FIG. 13 shows strokes of the swivel arm 6 in the directions of the arrows 17 in order to simulate a force Z acting in the vertical direction 51 in the Z direction.
Dies entspricht Kompressionen, die der Benutzer 40 erfährt, wenn er in der natürlichen Straßenumgebung über eine Kuppel fährt und dementsprechend in der Krafteinwirkungsrichtung 51 angehoben wird. Die Fahrkabine 5 gelangt damit in eine abgesenkte Position 5' und dann wieder in eine angehobene Stellung. This corresponds to compressions experienced by the user 40 when driving over a dome in the natural road environment and accordingly raised in the direction of force 51. The driver's cab 5 thus reaches a lowered position 5 'and then returns to a raised position.
Die Hubbewegungen 52 können natürlich von Drehbewegungen oder anderen kurzhubigen Bewegungen von den Linearantrieben 23, 24 im Bereich der Grundplatte 20 überlagert sein. Of course, the lifting movements 52 can be superimposed by rotational movements or other short-stroke movements of the linear drives 23, 24 in the region of the base plate 20.
Alle Bewegungsantriebe können jeweils mit den anderen Bewegungsantrieben in jeder beliebigen Weise gekoppelt sein. All motion drives can each be coupled to the other motion drives in any manner.
Die Bewegungen können deshalb unabhängig voneinander überlagert werden, sodass beliebige Kombinationen untereinander erzielbar sind. The movements can therefore be superimposed independently of each other, so that any combination with each other can be achieved.
Die Figur 14 zeigt im Ergebnis die Ausführungsform nach Figur 6, wobei jedoch erkennbar ist, dass der Schwenkantrieb für den Schwenkarm 6 über jeweils Motoren 53 erfolgt, die über Seilzüge 54 in voneinander senkrechten Richtungen den Schwenkantrieb des Schwenkarmes 6 ausführen. Ansonsten gelten für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen. As a result, FIG. 14 shows the embodiment according to FIG. 6, wherein, however, it can be seen that the pivoting drive for the swivel arm 6 takes place via motors 53 which execute the pivoting drive of the swivel arm 6 via cables 54 in mutually perpendicular directions. Otherwise, the same reference numerals apply to the same parts.
Statt der Schwenkantriebe mit Motoren 53 und Seilzügen 54 nach Figur 14 können nach Figur 15 auch Antriebseinheiten 46 verwendet werden, die entweder als hydraulische oder pneumatische Kolbenzylindereinheiten ausgebildet sind oder als elektrische ünearantriebe oder als Schraubspindelantriebe und dergleichen mehr. Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen, wie sie anhand der Figur 10 erläutert wurden. Instead of the rotary actuators with motors 53 and cables 54 of Figure 14 and drive units 46 can be used according to Figure 15, which are designed either as hydraulic or pneumatic piston-cylinder units or as electrical ünearantriebe or as screw drives and the like. Otherwise, the same reference numerals as explained with reference to FIG. 10 apply.
Die Figur 16 in Verbindung mit den Figuren 17 bis 19 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Fahrkabine und einen daraus gebildeten Fahrsimulator 1 . FIG. 16 in conjunction with FIGS. 17 to 19 shows a further embodiment of a driving cab and a driving simulator 1 formed therefrom.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Fahrkabine 5 aus dem vorher gezeigten Rohrgestell 7, wobei jedoch im oberen Bereich des Rohrgestells zwei zueinander senkrechte Halbbogenschienen 56, 57 angeordnet sind, die getrennt voneinander durch ein dazwischen angeordnetes Antriebsmodul 58 antreibbar sind. In the exemplary embodiment shown, the driving cab 5 consists of the previously shown tubular frame 7, but in the upper region of the tubular frame two mutually perpendicular half-bow rails 56, 57 are arranged, which are driven separately from each other by a drive module 58 arranged therebetween.
Somit kann die Fahrkabine bezüglich einer feststehenden Achse, die beispielsweise an der oberen Seite der Halbbogenschiene 56 ansetzt, in zwei zueinander senkrechten Richtungen in beliebiger Weise verschwenkt werden. Thus, the cab can be pivoted with respect to a fixed axis, which attaches, for example, on the upper side of the half-bow rail 56 in any direction in two mutually perpendicular directions.
Im Gegensatz zu der Ausführung nach Figur 16 können die Halbbogenschienen 56, 57 auch als Vollbogen ausgebildet sein, wodurch sich zwei senkrecht zueinander drehende Kugelbogenschienen ergeben, die eine vollständige Rotation der Fahrkabine 5 in zueinander senkrechten Raumebenen ergeben. Solche Bogenantriebe sind zwar im Prinzip aus der EP 2 549 459 A1 bekannt, es ist jedoch nicht bekannt, eine solche Bogenanordnung, wie sie schematisiert in Figur 17 dargestellt ist, an dem freien unteren Ende eines Schwenkarms 6 anzuordnen, der darüber hinaus noch in den Pfeilrichtungen 17 heb- und senkbar und in der Rotationsebene 26 drehbar ausgebildet ist. In contrast to the embodiment of Figure 16, the half-bow rails 56, 57 may also be formed as a full arc, resulting in two mutually perpendicular spherical arch rails, resulting in a complete rotation of the cab 5 in mutually perpendicular spatial planes. Although such arc drives are known in principle from EP 2 549 459 A1, it is not known to arrange such an arc arrangement, as shown schematically in Figure 17, at the free lower end of a pivot arm 6, which also still in the Arrow directions 17 can be raised and lowered and formed in the plane of rotation 26 rotatable.
Nachteiligerweise ist bei der genannten EP 2 549 459 A1 der Schwerpunkt in der Drehachse der Fahrkabine ausgebildet, und es wird kein natürliches Fahrgefühl dadurch erzeugt, dass erfindungsgemäß die gesamte Anordnung in ein entfernt vom Schwerpunkt angeordnetes Schwenkgelenk 15 verlegt wird. Disadvantageously, in the cited EP 2 549 459 A1, the center of gravity is formed in the axis of rotation of the driving cab, and no natural driving feeling is generated by the fact that according to the invention the entire arrangement is laid in a pivot joint 15 arranged away from the center of gravity.
Es gelten für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen, wobei in Figur 18 eine Krafteinwirkung entsprechend dem Kippen eines Fahrzeuges simuliert wird, wie es in Figur 1 1 dargestellt wurde. The same reference numerals apply to the same parts, with a force being simulated in accordance with the tilting of a vehicle, as shown in FIG. 11.
Die Krafteinwirkung ist deshalb mit dem Bezugszeichen 49 versehen, wie in Figur 1 1 näher erläutert wurde. The force is therefore provided with the reference numeral 49, as has been explained in more detail in Figure 1 1.
Gleiches gilt für die Figur 19, die lediglich die um 90 Grad gedrehte Ansicht der Figur 18 darstellt, die mit der Erläuterung der Figur 12 übereinstimmt, und die dortige Krafteinwirkung 50 wurde in Figur 12 bereits schon erwähnt. The same applies to FIG. 19, which merely shows the view rotated by 90 degrees in FIG. 18, which coincides with the explanation of FIG. 12, and the local force 50 has already been mentioned in FIG.
Zeichnungslegende drawing Legend
1 Fahrsimulator 1 driving simulator
2 Grundgestell  2 base frame
3 Standfuß  3 base
4 Standfuß  4 stand
5 Fahrkabine 5a, 5b, 5'  5 driving cab 5a, 5b, 5 '
6 Schwenkarm 6'  6 swivel arm 6 '
7 Rohrgestell  7 tubular frame
8 Cockpit  8 cockpit
9 Sitz  9 seat
10 Bedienungsgestänge  10 control rods
1 1 Bildschirm  1 1 screen
12 3D-Brille  12 3D glasses
13 Pfeilrichtung  13 arrow direction
14 Pfeilrichtung  14 arrow direction
15 Schwenkgelenk  15 swivel joint
16 Schiebehülse  16 sliding sleeve
17 Pfeilrichtung (Z)  17 arrow direction (Z)
18 Schwenkachse  18 pivot axis
19 Schwenkachse  19 pivot axis
20 Grundplatte  20 base plate
21 Drehteller  21 turntable
22 Linearantrieb  22 linear drive
23 Linearantrieb  23 linear drive
24 Linearantrieb  24 linear drive
25 Ansatz  25 approach
26 Pfeilrichtung (Rotation)  26 arrow direction (rotation)
27 Fußpedale  27 foot pedals
28 Außenrahmen  28 outer frame
29 Innenrahmen  29 inner frame
30 Linearantrieb 31 Zahnstange 30 linear drive 31 rack
32 Linearantrieb  32 linear drive
33 Zahnstange  33 rack
34 Ritzel  34 pinions
35 Zahnrad  35 gear
36 X-Richtung  36 X direction
37 Y-Richtung  37 Y direction
38 Drehantrieb  38 rotary drive
39 Kopf (Benutzer) a, b 39 head (user) a, b
40 Benutzer 40 users
41 Ankerpunkt  41 anchor point
42 Pfeilrichtung  42 arrow direction
43 Beschleunigungskraft 43 acceleration force
44 resultierende Kraft44 resulting force
45 Querbeschleunigung45 lateral acceleration
46 Antriebseinheit, 46'46 drive unit, 46 '
47 Drehpunkt 47 pivot
48 Rotationskreis 48 rotation circle
49 Krafteinwirkung49 Force
50 Krafteinwirkung50 force action
51 Krafteinwirkung (Z)51 force (Z)
52 Hubbewegung52 stroke movement
53 Motor 53 engine
54 Seilzug  54 cable pull
55 Kraftangriffspunkt 55 force application point
56 Halbbogenschiene56 half arch rail
57 Halbbogenschiene57 half arch rail
58 Antriebsmodul 58 drive module

Claims

Patentansprüche claims
1 . Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ), welcher schwenkbar an mindestens einseitig an einem Punkt (15) gelagert ist und zur Simulation von Beschleunigungskräften einen Sitz (9) für mindestens einen Benutzer (40) um mindestens eine Schwenkachse (16, 18. 19) verschwenkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrkabine (5, 5a, 5b, 5'), die den mindestens einen Sitz (9) beinhaltet, heb-, senk- und drehbar am freien Ende eines deckenseitigen Schwenkarmes (6, 6') gelagert ist, dessen anderes Ende in einem von der Fahrkabine entfernt angeordneten Lagerpunkt (15) gelenkig befestigt ist. 1 . Driving and / or flight simulator (1), which is pivotally mounted on at least one side at a point (15) and for simulation of acceleration forces a seat (9) for at least one user (40) about at least one pivot axis (16, 18 ), characterized in that a driving cab (5, 5a, 5b, 5 '), which includes the at least one seat (9), raised, lowered and rotatably mounted at the free end of a ceiling-side pivot arm (6, 6') is, whose other end is articulated in a remote from the cab bearing point (15).
2. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (6, 6') mit seinem deckenseitigen Ende an einem Kardan- oder Kugelgelenk (15) abgehängt ist. 2. driving and / or flight simulator (1) according to claim 1, characterized in that the pivot arm (6, 6 ') with its cover-side end on a gimbal or ball joint (15) is suspended.
3. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dreh- (47), Schwenk- sowie Hubpunkt des Fahr- und/oder Flugsimulators (1 ) außerhalb des Schwerpunkts des Benutzers befindet. 3. Driving and / or flight simulator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the rotation (47), pivoting and lifting point of the driving and / or flight simulator (1) is located outside the center of gravity of the user.
4. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer simulierten Kurvenneigung eine seitliche Beschleunigungskraft (43) auf den Fahrer (40) einwirkt, was einer natürlichen Kurvenbeschleunigungskraft entspricht. 4. Driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that at a simulated curve inclination a lateral acceleration force (43) acts on the driver (40), which corresponds to a natural Kurvenbeschleunigungskraft.
5. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich zwischen dem freien Ende des Schwenkarms (6, 6') und der Fahrkabine (5, 5a, 5b, 5') ein Hubantrieb und/oder ein Schwenkantrieb und/oder einen Neigungsantrieb angeordnet ist. 5. Driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the connecting region between the free end of the pivot arm (6, 6 ') and the driving cab (5, 5a, 5b, 5') a lifting drive and / or a pivot drive and / or a tilt drive is arranged.
6. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (6, 6') in seiner Länge teleskopierbar ist6. driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pivot arm (6, 6 ') is telescopic in its length
7. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängung des fahrkabinenseitigen Endes des Schwenkarms (6, 6') mit einer Befestigungsfläche gekoppelt ist, welche mit der Fahrkabine (5, 5a, 5b, 5') über Antriebsmitteln gekoppelt ist, welche aus im Winkel von 90 Grad zueinander angeordneten, getrennt voneinander ansteuerbaren Linearantrieben (22, 23, 24) bestehen die mit fahrkabinen-festen Ansätzen (25) zusammenwirken, welche als Zahnstangen ausgebildet sind. 7. Driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the suspension of the cab side end of the pivot arm (6, 6 ') is coupled to a mounting surface, which with the cab (5, 5a , 5b, 5 ') is coupled via drive means, which are arranged at an angle of 90 degrees to each other, separately controllable linear drives (22, 23, 24) which cooperate with cab-fixed lugs (25), which are designed as racks.
8. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb zwischen der Fahrkabine und dem freien unteren Ende des Schwenkarmes als Drehteller ausgebildet ist und ein axiales Kugellager aufweist. 8. driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotary drive between the cab and the free lower end of the pivot arm is designed as a turntable and having an axial ball bearing.
9. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkgelenk (15) aus einem über9. driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pivot joint (15) from a via
Linearmotoren in zwei zueinander senkrechten Richtungen angetriebenes Kardangelenk (28, 29) besteht. Linear motors in two mutually perpendicular directions driven universal joint (28, 29).
10. Fahr- und/oder Flugsimulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (6, 6') über mindesten einen10. Driving and / or flight simulator (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pivot arm (6, 6 ') over at least one
Seilzug (54) angetrieben ist, der von einem Motor gesteuert ist und am schwenkbaren Teil des Schwenkarms angreift Cable (54) is driven, which is controlled by a motor and engages the pivotable part of the pivot arm
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