DE4446408A1 - Betriebssicherer Fahrsimulator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Bewe­ gungssimulatoren mit einer relativ zu einer Grundfläche beweglichen Plattform und insbesondere einen verbesserten Bewegungssimulator, in dem verschiedene Parameter eines elektromechanischen Betätigungs­ mechanismus zwischen der Plattform und der Grundfläche ununterbro­ chen überwacht werden und die Plattform im Falle eines erfaßten Fehlers automatisch in ihre Ausgangsstellung zurückgestellt wird.

Bewegungssimulatoren werden häufig zu Übungs-, Ausbildungs-, Prüf- und Unterhaltungszwecken verwendet. Diese Vorrichtungen umfassen Flugsimulatoren, Vergnügungsfahrten und dergleichen und können auch in dem sich entwickelnden Gebiet der virtuellen Realität ("virtual reality") angewandt werden.

Derartige Bewegungssimulatoren enthalten typischerweise eine beweg­ liche Plattform, eine unbewegliche Grundfläche sowie servogesteuerte Schwenkmechanismen, die zwischen der Plattform und der Grundflä­ che angeordnet sind, um die Plattform wahlweise auf eine Weise zu schwenken, daß die Bewegung eines Fahrzeugs nachgeahmt wird. Die Wahrnehmung einer Fahrbewegung in einem Fahrzeug durch die Passagiere kann durch optische und/oder akustische Simulationen gesteigert werden.

In Abhängigkeit von der besonderen nachzuahmenden Bewegung können die Plattformbewegungen schnell (wie erforderlich) sein, vorzugsweise müssen sie jedoch gleichmäßig sein (d. h. ohne abrupte Schritte oder Stöße aufgrund der Reibung). Wenn auf der Plattform Menschen fahren sollen, bestehen darüber hinaus besondere Anforde­ rungen an die Betriebseigenschaften und die Sicherheitsmerkmale. Falls das Betätigungssystem aus irgendeinem Grund fehlerhaft arbeitet, müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die fortgesetzte Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten.

In den meisten Bewegungssimulationssystemen des Standes der Tech­ nik besteht der Betätigungsmechanismus unabhängig von der Größe und von den Freiheitsgraden des Simulators typischerweise aus elek­ trohydraulischen Servobetätigungselementen. Diese Technik hat über die Jahre hinweg erhebliche Fortschritte gemacht und Lösungen für verschiedene Probleme hinsichtlich der Betriebseigenschaften und der Sicherheit erbracht. Beispielsweise sind Probleme bei der Reibung des Betätigungselements durch die Verwendung besonderer Dichtungen und hydrostatischer Lager wesentlich reduziert worden. Ferner ist eine Dämpfung am Hubende des Betätigungselements mittels kolbenbezoge­ ner Strömungsdrosselungen verwirklicht worden. Mit Druck beauf­ schlagte Akkumulatoren haben zusätzliche Hydraulikenergie für die gesteuerte Rückkehr in die Ausgangsstellung geschaffen. Mit Magnet­ ventilen, die durch Sensoren für elektrische Defekte gesteuert werden, werden Servoventile blockiert oder isoliert, außerdem werden damit wahlweise geeignete Umgehungsleitungen um das Betätigungselement angeschlossen, um eine langsame "Zusammenstoß"-Bedingung und eine sichere "Abbruch "-Bedingung zu ermöglichen. Diese Merkmale sind weitgehend von anderen hydraulischen Anwendungen übernom­ men und im Gebiet der Fluidsteuerung realisierbar.

Während hydraulische Servobetätigungselemente ausgezeichnete Bewe­ gungssteuerungseigenschaften besitzen, besitzen sie dennoch eine Anzahl von Nachteilen. Diese reichen von Problemen eines hohen Wartungsaufwandes aufgrund des Austretens von umweltfeindlichen und entflammbaren Fluiden über Probleme, die mit der Verunreinigung der verwendeten Fluide und dem unerwünschten Verstopfen kleiner Drosselöffnungen in Beziehung stehen, bis zu Problemen eines niedri­ gen Energiewirkungsgrades mit dem damit einhergehenden Problem der Wärmeabstrahlung. Zusätzlich erfordert eine typische Hydraulikan­ lage die teuere und an sich unnötige Konstruktion eines separaten Pumpenraums, in dem die Pumpenanlage untergebracht ist und der von Wärme, Lärm und giftigen Materialien erfüllt ist.

Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um einen verbesserten, elektromechanische Servobetätigungselemente verwendenden betriebs­ sicheren Fahrsimulator sowie ein Verfahren zum Betreiben dieses Fahrsimulators zu schaffen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesser­ ten, elektromechanisch betätigten betriebssicheren Fahrsimulator zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbes­ serten elektromechanisch betätigten betriebssicheren Fahrsimulator zu schaffen, in dem eine bewegliche Plattform bei Erfassung eines Fehlers im Betätigungsmechanismus dazu veranlaßt wird, automatisch in eine Ausgangsstellung zurückzukehren.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbesser­ tes Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrsimulators zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbesser­ tes elektromechanisches Servobetätigungselement für die Verwendung in einem solchen Fahrsimulator zu schaffen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch einen Fahrsimu­ lator, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt, sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrsimulators, das die im Anspruch 16 angegebenen Merkmale besitzt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein verbesserter Fahrsimula­ tor mit einer Grundfläche und einer Plattform, die relativ zur Grundflä­ che beweglich angebracht ist, geschaffen. Die Verbesserung besteht hauptsächlich in einem verbesserten Servobetätigungselement, das zwischen der Plattform und der Grundfläche wirkt, um wahlweise eine relative Bewegung zwischen Plattform und Grundfläche zu bewirken. Das verbesserte Servobetätigungselement besitzt einen Elektromotor mit einer drehbaren Abtriebswelle, einen Antireibungs-Schrau­ ben/Mutter-Mechanismus, der dem Motor zugeordnet ist und funktio­ nal in der Weise angeordnet ist, daß er eine Drehbewegung der Motor­ abtriebswelle in eine geradlinige Bewegung einer ausfahrbaren und einfahrbaren Betätigungsstange umwandelt, einen Sensor, der so be­ schaffen ist, daß er die Position der Stange überwacht, zwangsge­ schmierte Lager, die so beschaffen sind, daß sie auf im Servobetäti­ gungselement entstehende axiale und transversale Lasten reagieren, und einen um den Motor und den Sensor geschlossenen Regelkreis, der die Länge der Stange in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal verändert.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im vertikalen Schnitt und teilweise im Aufriß dargestellte Teilansicht in Längsrichtung des verbesserten Fahrsimulators längs der Linie 1-1 in Fig. 2, wobei diese Ansicht in durchgezogenen Linien die Plattform, die Grund­ fläche und den Betätigungsmechanismus veranschaulicht und in Strichlinien eine alternative, hochgehobene Position der Plattform zeigt;

Fig. 2 eine teilweise im vertikalen Schnitt und teilweise im Aufriß dargestellte Teilansicht in Querrichtung des in Fig. 1 gezeig­ ten Simulators, in der keine Personen dargestellt sind, wobei diese Ansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1 erfolgt;

Fig. 3 eine Kombination aus einem Blockschaltbild und einer sche­ matischen Darstellung eines Servobetätigungselements, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wobei diese Ansicht das elek­ tromechanische Servobetätigungselement und die zugehörige Betriebssicherheitsschaltung zeigt; und

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht eines Teils des Servobetätigungs­ elements, die die beiderseits der Mutter angebrachten Dämp­ fungskammern zeigt, welche die Mutter am Ende des Hubs abfedern oder verzögern.

Zunächst wird darauf hingewiesen, daß gleiche Bezugszeichen in sämt­ lichen Zeichnungen die gleichen Strukturelemente, Bereiche oder Oberflächen bezeichnen, wenn diese Elemente, Bereiche oder Oberflä­ chen im gesamten Anmeldungstext, wovon diese genaue Beschreibung ein Bestandteil ist, weiter beschrieben oder erläutert werden. Wenn nicht anders angegeben, sollen die Zeichnungen (z. B. Schraffuren, Anordnung der Teile, Formationen, Grade usw.) in Verbindung mit der Beschreibung gelesen werden, wobei sie einen Teil der gesamten vor­ liegenden Anmeldung bilden. Wenn in der folgenden Beschreibung die Ausdrücke "horizontal", "vertikal", "links", "rechts", "oben" und "unten" oder adjektivische und adverbiale Ableitungen hiervon ver­ wendet werden, wird einfach auf die Orientierung der dargestellten Struktur verwiesen, wie sie dem Leser in der besonderen Zeichnung vorliegt. Ähnlich beziehen sich die Ausdrücke "innen" und "außen" im allgemeinen auf die Orientierung einer Fläche je nach Fall relativ zu ihrer Erstreckungs- oder Drehachse.

Wie insbesondere in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist der verbesserte Be­ wegungs- oder Fahrsimulator der vorliegenden Erfindung im allgemei­ nen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Simulator 10 enthält eine rechtwinklige, plattenähnliche Grundfläche 11, die so beschaffen ist, daß sie auf einer geeigneten Unterstützungsfläche 12 aufruhen kann, eine rechtwinklige, plattenähnliche Plattform 13, die sich in einem Abstand über der Grundfläche 11 befindet und an dieser so angebracht ist, daß sie Schwenkbewegungen ausführen kann, und einen Betätigungsmechanismus, der im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist und zwischen der Plattform und der Grundfläche funktional angeordnet ist.

Der Betätigungsmechanismus enthält mehrere (z. B. zwei oder mehr) elektromechanische Servobetätigungselemente, die zwischen der Platt­ form und der Grundfläche eine relative Bewegung bewirken. In der offenbarten Ausführungsform ist die Plattform an der Grundfläche über ein zentrales Scherengelenk 15 angebracht, das eine Bewegung der Plattform um wenigstens einen Freiheitsgrad reduziert. In der bevor­ zugten Ausführungsform sind drei derartige Betätigungselemente vor­ gesehen. Zwei Servobetätigungselemente 16 und 18 sind in der Nähe der Vorderseite des Simulators angeordnet, während das dritte Ser­ vobetätigungselement 19 an der Rückseite angebracht ist. Diese drei Servobetätigungselemente sind in einer Anordnung gezeigt, in der sie sich an den Spitzen eines imaginären Dreiecks befinden. Zwischen der Grundfläche und den vorderen Betätigungselementen 16, 18 zwingen U-Hakenverbindungen diese Betätigungselemente zu seitlichen oder transversalen Schwingbewegungen (jedoch nicht zu Vorwärts- oder Rückwärtsbewegungen) relativ zur Grundfläche um ihre Schwenkach­ sen. Dagegen wird das hintere Betätigungselement 19 dazu gezwungen, vorwärts und rückwärts, jedoch nicht transversal relativ zur Grundflä­ che zu schwenken. In der bevorzugten Ausführungsform enthält die bewegliche Plattform 13 eine Kabine oder ein Gehäuse 20, das eine Anzahl von mit 21 bezeichneten Sitzreihen für Passagiere enthält, die ihrerseits mit dem Bezugszeichen P bezeichnet sind. Diese Passagiere P sitzen so, daß sie einer Videoanzeige 22 zugewandt sind.

Im allgemeinen ahmt die Plattform die Bewegung eines Fahrzeuges nach, obwohl dies nicht notwendig so sein muß. Wenn es sich bei­ spielsweise um eine Unterhaltungsvorrichtung oder um eine bogen­ förmige Bewegungen ausführende Vorrichtung handelt, kann die Kabine das Geräusch und das innere Erscheinungsbild eines Raumfahr­ zeuges nachahmen. Alternativ kann die Kabine die Fahrbewegung von Möbelrollen nachahmen. Es gibt nahezu unbegrenzt viele Möglichkei­ ten. Es ist ausreichend festzustellen, daß die Passagiere einer Videoan­ zeige zugewandt sind und daß die Kabine mit geeigneten Geräuschen beaufschlagt werden kann, die notwendig sind, um die Wahrnehmung der Fahrbewegung zu vervollständigen. Gleichzeitig besteht die Funkti­ on des Simulators darin, die Plattform im Raum physisch in einer Weise zu bewegen, die an die Ton- und Videowiedergabe angepaßt ist.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines der Servobetätigungs­ elemente und der Betriebssicherungseinrichtung, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind. In Fig. 3 besitzt das nun mit 23 bezeichnete Betäti­ gungselement eine untere ösenförmige Verbindung 24, einen Elektro­ motor 25 mit einer drehbaren Abtriebswelle 26, ein mit der Motorab­ triebswelle 26 verbundenes Gewinde 28 sowie ein Außenrohr 29, dessen unteres Ende am Statorabschnitt des Motors angebracht ist und sich hiervon nach oben erstreckt und dabei die Schraube umgibt. Eine Niedrigreibungsmutter 30 ist funktional im Rohr 29 angeordnet und besitzt eine Innengewindeoberfläche, die mit dem Gewinde 29 in Ein­ griff gelangen kann. Wenn sich daher die Schraube 28 in irgendeiner Richtung dreht, bewirkt die Verbindung des Gewindes mit der Mutter, daß sich die Mutter geradlinig auf den Motor zu oder vom Motor weg bewegt. In der Mutter ist ein Innenrohr 31 beweglich angebracht und endet an einer oberen Öse 32. Ein Positionsrückkopplungs-Meßwandler 33 ist am Betätigungselement funktional angebracht, um die Position des ausfahrbaren Innenrohrs 31 relativ zum unbeweglichen Außenrohr 29 zu überwachen und zu bestimmen.

Die Betriebssicherungseinrichtung, die allgemein mit 34 bezeichnet ist, ist in Form eines Blockschaltbilds gezeigt. Der Block 35 repräsentiert den zum Betätigungselement gelieferten elektrisch übermittelten einge­ gebenen Bewegungsbefehl. Das Ausgangssignal des Blocks 35 wird an einen Befehlsselektor geschickt, der im Block 36 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Befehlsselektors 36 wird als positiver Eingang an einen Summierpunkt 38 geliefert, der außerdem mit der negativen Positionsrückkopplung vom Meßwandler 33 versorgt wird. Somit ist der Summierpunkt 38 so beschaffen, daß er in Abhängigkeit von der algebraischen Summe dieses Befehlssignals und dieses Rückkopp­ lungssignals ein Fehlersignal an einen Servosteuerungsverstärker 39 liefert. Der Verstärker 39 liefert eine Geschwindigkeitssteuerung in Form von Stromsignalen an eine dreiphasige, impulsbreitenmodulierte Motorsteuereinrichtung, die im Block 40 dargestellt ist. An einen Gleichrichter 41 wird von einer geeigneten Quelle Wechselspannungs­ leistung geliefert. Der Gleichspannungsausgang des Gleichrichters 41 wird über ein Relais 42 als Leistungseingang für die Motorsteuerein­ richtung 40 bereitgestellt.

Ein Fehleranalysator 43 in Form eines Computers ist mit einer Anzahl von Eingängen versehen. Der Analysator 43 empfängt vom Gleichrich­ terausgang ein Gleichspannungsleistungs-Eingangssignal. Außerdem empfängt er vom Block 35 einen eingegebenen Bewegungsbefehl. Ferner empfängt er vom Meßwandler 33 ein Momentanposition-Rück­ kopplungssignal. Darüber hinaus sind am Meßwandler Begrenzerschal­ ter 44, 45 und 46 vorgesehen, die feststellen, ob die Mutter ihren er­ laubten Bewegungsbereich überschritten hat oder nicht. Es ist zu beachten, daß diese Begrenzungsschalter vom Betrieb des Meßwandlers 33 unabhängig sind. In jedem Fall werden die Ausgangssignale der Begrenzerschalter 44, 45 und 46 dem Fehleranalysator 43 als Eingänge zur Verfügung gestellt. Der Analysator 43 vergleicht die empfohlenen und die tatsächlichen Positionen des Betätigungselements, um zu ge­ währleisten, daß sie innerhalb der Betriebstoleranzen liegen. Ähnlich verifiziert der Analysator 43 über die Eingänge von den Schaltern 44, 45 und 46, daß sich die Mutter im erlaubten Bewegungsbereich befin­ det.

Der Fehleranalysator erzeugt ein Ausgangssignal für eine im Block 48 dargestellte Rekonfigurations-Steuereinrichtung. Diese Steuereinrich­ tung erzeugt für das Relais 42 ein Ausgangssignal und ferner ein Aus­ gangssignal für den Befehlsselektor 36. Wenn der Fehleranalysator 43 feststellt, daß vom Gleichrichter 41 keine Leistung geliefert wird, ver­ anlaßt er die Rekonfigurations-Steuereinrichtung dazu, daß sie den Motor an eine elektrodynamische Bremslast 47 anschließt, damit die Plattform, falls sie sich im hochgehobenen Zustand befindet, regenera­ tiv gebremst wird, da das Plattformgewicht das Betätigungselement zurückfährt, so daß sich dieses nach unten und nach hinten in seine anfängliche Beladestellung in der Nähe der Anlegestelle 17 bewegt. Falls entsprechend der Fehleranalysator 43 feststellt, daß sich die be­ fohlene Position von der tatsächlichen Position um mehr als einen vorgegebenen Betrag unterscheidet oder daß das Betätigungselement seinen erlaubten Bewegungsbereich überschritten hat, veranlaßt er die Rekonfigurations-Steuereinrichtung dazu, daß sie von der Motorsteue­ rung Leistung abzieht und die elektrodynamische Bremslast anschließt, was die gleiche sichere Rückkehr in die Beladestellung zur Folge hat.

Falls alternativ der Bewegungsbefehl den erlaubten Bewegungsbereich überschreitet oder falls die Befehlsrate vorgegebene Grenzwerte über­ steigt, isoliert der Befehlsselektor 36 die Bewegungsbefehle 35 und setzt automatisch einen im voraus programmierten Befehl zur Rückkehr in die Ausgangsstellung ein. Mit anderen Worten, bei diesem letzteren Ereignis übergeht der Befehlsselektor die eingegebenen Bewegungsbe­ fehle und befiehlt statt dessen unabhängig davon, daß die Plattform in ihre anfängliche Stellung in der Nähe der Anlegestelle zurückkehrt.

Es muß verhindert werden, daß die Betätigungselemente an ihren Vollhub-Begrenzungsanschlägen anschlagen, um sowohl plötzliche Verzögerungen der Plattform, die die Insassen verletzen könnten, als auch Beschädigungen des Betätigungselements selbst zu verhindern. Die elektrodynamische Bremse, die im Betriebssicherungssystem ent­ halten ist, begrenzt die Geschwindigkeit des Betätigungselements, es ist jedoch in der Nähe des Endes des Betätigungselement-Hubes eine weitere Verzögerung notwendig. Diese kann mittels getrennter Stoß­ dämpfer oder Dämpfungseinrichtungen, die an der Tragstruktur ange­ bracht sind, erzielt werden, so daß sie von der Plattform in der Nähe von deren äußersten Bewegungsgrenzen berührt werden. Die Dämp­ fungswirkung wird jedoch bequemer und wirksamer direkt in die Betätigungselement-Baueinheit selbst eingebaut. Dies ist typischerweise mit hydraulischen Betätigungselementen bewerkstelligt worden, indem in den Zylinderströmungsweg in der Nähe des Endes des Kolbenhubs eine Drosselung eingebaut worden ist. In einem elektromechanischen Betätigungselement kann das zylindrische Gehäuse als Fluidbehälter genutzt werden, um eine Hybridvorrichtung zu schaffen, die eine hy­ draulische Dämpfung bewirkt. Eine solche neue Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt.

Fig. 4 ist eine teilweise im vertikalen Schnitt und teilweise im Aufriß dargestellte Längsansicht des die Mutter 30 umgebenden Abschnitts des Rohrs 29, ferner zeigt die Ansicht von Fig. 4 die zugehörigen linken und rechten Hubende-Dämpfungsmechanismen 47, 61. Die Mutter 30 enthält gerillte Planetenrollen, die mit mehreren Leitgewinden auf der Schraube 28 in Eingriff sind, in Rillen an der Innenseite des Mutterge­ häuses passen und dadurch eine herkömmliche Mutter-/Schrauben- Anordnung bilden. Die Schraube und die Mutter werden mit Öl ge­ schmiert, welches das Außenrohr 29 vollständig füllt und mittels einer Dichtung an der Ausgangsstange und einer weiteren Dichtung an der (nicht gezeigten) Motorwelle eingeschlossen ist. Das Vorhandensein dieses Fluids erleichtert die Verwendung von einteiligen hydraulischen Dämpfungseinrichtungen 47, 61.

In Fig. 4 besitzt der linke Endabschnitt des Innenrohrs 31 eine gestufte Konfiguration. Ein Ringelement 49 mit einer Außendichtung und einer Innendichtung, die mit der inneren zylindrischen Oberfläche 50 des Außenrohrs bzw. mit der äußeren zylindrischen Oberfläche 51 des Innenrohrs in dichtem Eingriff sind, ist durch eine Feder 52 nach rechts vorbelastet, so daß es an einer nach links weisenden ringförmigen vertikalen Oberfläche 53 am Innenrohr anstößt. Die Kammer 54, in der die Feder 52 angebracht ist, enthält ebenso wie die Kammer 55 rechts vom Element 49 Hydraulikfluid. Die Kammer 55 steht mit der Kammer 54 über ein Rückschlagventil 56 in Verbindung, welches im Element 49 vorgesehen ist. Die Kammer 54 steht mit einer den Schraubenkopf 28 umgebenden Kammer 58 über einen Durchlaß mit einer gedrosselten Öffnung 59 in Verbindung. Die Kammern 55 und 58 stehen miteinan­ der über radiale Bohrungen 57 in Verbindung. Wenn sich daher die Mutter im Außenrohr 28 nach rechts bewegt, schlägt der Kolben 49 an der Stirnfläche des Lagers 60 an, wenn sich die Mutter ihrem Hubende annähert. Eine solche Bewegung veranlaßt den Kolben 49 zu einer Bewegung nach links relativ zur Stufenoberfläche 53 des Innenrohrs, wodurch der Druck in der Kammer 54 erhöht wird und eine Verzöge­ rungskraft für das Betätigungselement erzeugt wird. Daher strömt das Fluid von der Kammer 54 durch die gedrosselte Öffnung 59 in die Kammer 58. Dadurch wird eine Dämpfung der Kolbenbewegung am Hubende bei einer Bewegung der Mutter nach rechts geschaffen.

Eine ähnliche Dämpfungsbaueinheit, die allgemein mit 61 bezeichnet ist, ist an der linken Seite der Mutter angebracht. Diese Dämpfungs­ baueinheit enthält eine Buchse 62, die das Gewinde umgibt und über einen Block 59 an der Mutter angebracht ist, sowie einen beweglichen Kolben 64, der zum Kolben 49 analog ist. Das Element 64 ist mit der inneren Oberfläche 50 des Außenrohrs sowie mit der äußeren Oberflä­ che des Innenrohrs 62 in dichtem Eingriff. In einer zwischen den Ele­ menten 59, 64, 29 und 62 definierten Kammer 62′ ist eine Feder 65 funktional angeordnet. Die Kammer 62′ steht mit der ringförmigen Kammer 68, die das Gewinde umgibt, über ein Rückschlagventil 69 und einen Durchlaß mit einer gedrosselten Öffnung 71 in Verbindung. Wenn sich daher die Mutter relativ zum Rohr nach links bewegt und an einer (nicht gezeigten) festen Oberfläche am Ende des Kolbenhubs anschlägt, wird der Kolben 64 von der rechten Fläche 70 relativ zum Innenrohr 62 verschoben. Dadurch wird der Druck in der Kammer 66 erhöht, wodurch wie oben beschrieben Fluid durch die Drosselöffnung 71 strömt und eine Dämpfungswirkung für eine solche Bewegung geschaffen wird. Daher schafft die Erfindung im weitesten Sinne einen verbesserten Fahrsimulator sowie ein Verfahren zum Betreiben dieses Fahrsimulators. Der verbesserte Simulator besitzt eine Grundfläche, eine Plattform, die relativ zur Grundfläche beweglich angebracht ist, sowie einen Betätigungsmechanismus für die wahlweise Erzeugung einer solchen relativen Bewegung. Der Simulator besitzt eine Betriebs­ sicherungseinrichtung, die funktional so beschaffen ist, daß die Platt­ form bei Erfassung eines Fehlers in ihre anfängliche Beladestellung zurückkehrt.

Abwandlungen

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind viele Änderungen und Abwandlungen möglich. Beispielsweise muß die Grundfläche nicht notwendig die gezeigte besondere Form besitzen. Genauso muß die Plattform nicht die gezeigte besondere Form besitzen. Auch die Betäti­ gungseinrichtung kann von der gezeigten besonderen Form verschie­ dene Formen annehmen, schließlich kann die mittige scherenartige Verbindung insgesamt weggelassen werden, wenn andere Zwangsbe­ dingungen für die Bewegung vorgesehen sind. Der Betätigungsmecha­ nismus kann mehr als drei Servobetätigungselemente enthalten, ferner ist die Bewegung der Plattform nicht notwendig auf Roll-, Nick- und Stampfbewegungen eingeschränkt. Ebenso können die Kabine, das Gehäuse oder ein anderer auf der Plattform angebrachter Gegenstand wie gewünscht geändert werden. Die Plattform kann je nach besonde­ rer Anwendung lebende oder nichtlebende Objekte tragen. Die Be­ triebssicherungseinrichtung kann ohne weiteres wie gewünscht geändert oder abgewandelt werden, das Gewinde des Schrauben-/Mutter-Me­ chanismus kann von Schmiermittel umgeben sein oder am Ende des Hubs zwangsgeschmiert werden.

Obwohl daher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, kann der Fachmann verschiedene Abwand­ lungen vornehmen, wobei viele verschiedene zusätzliche Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Geistes der Erfindung vorgenommen werden können, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims (17)

1. Fahrsimulator, mit
einer Grundfläche (11),
einer Plattform (13), die relativ zur Grundfläche (11) beweg­ lich angebracht ist, und
einem Betätigungsmechanismus (14), der funktional zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) angeordnet ist und meh­ rere elektromechanische Servobetätigungselemente (16, 18, 19) enthält, die zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) wirken, um zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) wahlweise relative Bewegungen zu bewirken,
gekennzeichnet durch
eine Betriebssicherungseinrichtung (34), die in der Weise funktional angeordnet ist, daß sie den Zustand des Betätigungsmecha­ nismus (14) ununterbrochen überwacht und die Plattform (13) dazu veranlaßt, sich relativ zur Grundfläche (11) automatisch an eine vorge­ gebene Position zu bewegen, falls irgendein unsicherer und ungesteuer­ ter Zustand im Betätigungsmechanismus auftritt, der

• (a) ein Überschreiten einer vorgegebenen Differenz zwischen der befohlenen und der tatsächlichen Position,
• (b) ein Überschreiten eines vorgegebenen Bewegungsbereichs oder
• (c) ein Überschreiten einer vorgegebenen Geschwindigkeit zur Folge hat.

2. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (14) eine Verbindung (15) enthält, die so beschaffen ist, daß sie die Bewegung der Plattform (13) relativ zur Grundfläche (11) um wenigstens einen Freiheitsgrad reduziert.

3. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebssicherungseinrichtung (34) einen Sensor enthält, der einen Parameter eines der Servobetätigungselemente (16, 18, 19) ununterbrochen überwacht und einen Fehler eines solchen erfaßten Parameters anzeigt.

4. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er
die tatsächliche Bewegung der Plattform (13) in Abhängigkeit von der Zeit überwacht,
die überwachte Bewegung mit einer gewünschten Bewegung vergleicht und
einen Fehler anzeigt, wenn sich die tatsächliche Bewegung und die gewünschte Bewegung um mehr als einen vorgegebenen Betrag unterscheiden.

5. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er
die tatsächliche Position der Plattform (13) überwacht,
die somit erfaßte Position mit einer befohlenen Position vergleicht und
einen Fehler anzeigt, wenn sich die tatsächliche Position und die befohlene Position um einen vorgegebenen Betrag unterscheiden.

6. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er
überwacht, ob das Betätigungselement (16, 18, 19) eine Grenze seines erlaubten Hubes überschritten hat, und
einen Fehler anzeigt, wenn das Betätigungselement (16, 18, 19) eine solche Hubgrenze überschritten hat.

7. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er eine Abnahme der zum Servobetätigungselement gelieferten Leistung umfaßt.

8. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er das Servobetätigungselement (16, 18, 19) dazu veranlaßt, sich bei einem erfaßten Fehler in die vorgegebene Position zu bewegen.

9. Fahrsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er das Servobetätigungselement (16, 18, 19) bei einer erfaßten Leistungsabnahme mit einer regenerativen Bremse verbindet.

10. Fahrsimulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er das Servobetätigungselement (16, 18, 19) dazu veranlaßt, sich in die vorgegebene Position zu bewegen, wenn sich die tatsächli­ che Bewegung und die vorgegebene Bewegung um mehr als den vorge­ gebenen Betrag unterscheiden.

11. Fahrsimulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor so beschaffen ist, daß er bewirkt, daß das Servobetätigungselement (16, 18, 19) so gesteuert wird, daß es sich in die vorgegebene Position bewegt, wenn die tatsächliche Position und die befohlene Position um mehr als den vorgegebenen Betrag unterscheiden.

12. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servobetätigungselement eine Stoßdämpfereinrichtung enthält, die im Betätigungselement funktional so angeordnet ist, daß die relative Bewegung zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) gedämpft wird, wenn sich das Servobetätigungselement der Grenze seines erlaubten Hubes annähert.

13. Fahrsimulator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßdämpfereinrichtung eine hydraulische Einrichtung ist.

14. Fahrsimulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßdämpfereinrichtung durch die Verbindung wenigstens eines Kolbenkopfes mit einer Ausgangsstange im Betätigungselement gebildet ist, die ein mit Fluid gefülltes zylindrisches Gehäuse abdichtet.

15. Fahrsimulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Kolben und dem Gehäuse enthaltene Fluid dazu gezwungen wird, durch eine Fluiddrosseleinrichtung zu strömen, wenn sich die Betätigungsstange bei Annäherung an ein Ende ihres maximal zulässigen Hubes über die vorgegebene Position hinaus be­ wegt.

16. Verfahren zum Betreiben eines Fahrsimulators, der eine Grundfläche (11), eine Plattform (13), die an der Grundfläche (11) relativ beweglich angebracht ist, sowie mehrere elektromechanische Servobetätigungselemente (16, 18, 19) enthält, die zwischen der Platt­ form (13) und der Grundfläche (11) wirken, um zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) wahlweise eine relative Bewegung zu bewirken,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Befehlen, daß sich die Plattform (13) relativ zur Grundfläche (11) bewegt,
Überwachen wenigstens eines Betriebseigenschaftsparameters der Servobetätigungselemente (16, 18, 19),
Überwachen der Antwort der Plattform (13) auf die befohlene Bewegung und
Veranlassen, daß sich die Plattform (13) ungeachtet der befohlenen Bewegung relativ zur Grundfläche automatisch an eine vorgegebene Position bewegt, sobald die Servobetätigungselemente (16,18, 19)

• (a) eine vorgegebene Differenz zwischen der befohlenen Position und der tatsächlichen Position überschreiten,
• (b) einen vorgegebenen Bewegungsbereich überschreiten oder
• (c) eine vorgegebene Geschwindigkeit überschreiten.

17. Fahrsimulator, mit
einer Grundfläche (11) und
einer Plattform (13), die relativ zur Grundfläche (11) beweg­ lich angebracht ist,
gekennzeichnet durch ein elektromechanisches Servobetätigungselement (16, 18, 19), das zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) wirkt und eine ausfahrbare Stange besitzt, um zwischen der Plattform (13) und der Grundfläche (11) wahlweise eine relative Bewegung zu bewir­ ken, wobei das Servobetätigungselement enthält:

• - einen Elektromotor (25) mit einer drehbaren Abtriebswelle (26),
• - einen Antireibungs-Schrauben-/Mutter-Mechanismus, der dem Motor (25) zugeordnet und funktional so beschaffen ist, daß er eine Drehbewegung der Abtriebswelle (26) in eine geradlinige Bewe­ gung der Stange umwandelt,
• - einen Sensor, der so beschaffen ist, daß er die Position der Stange mißt, und
• - einen elektrischen Regelkreis, der um den Motor (25) und den Sensor geschlossen ist und den Ausfahrbetrag der Stange in Ab­ hängigkeit von einem elektrischen Befehlssignal verändert.