用于感受运动中交通工具的真实机械模拟器的制作方法

专利名称：用于感受运动中交通工具的真实机械模拟器的制作方法
技术领域：
本发明用于在娱乐行业，尤其在驾驶和/或飞行模拟器或任何其他放 置于娱乐场和/或游乐场中的飞行器使用。本发明还可用于ft^可类型驾校的教学和培训以及工业应用。
背景技术：
通常不具有可动机械部件的驾驶模拟系统被安装在游乐园和游乐场 中。这些模拟系统允许使用者感受驾驶而无需处于真正驾驶所带来的风险中。 这些系统在屏幕上投射出沿模拟道路运动的飞行器辆的影像，当驾驶者仅在 视觉水平动作时，其给驾驶者真实驾驶的感觉。这些模拟器在可动机械部件上已被进一步改进，所述可动机械部件被 定义为模拟，其将驾驶员作为真正驾驶者在相同方向移动。这些模拟改进了 模拟和视觉的真实度，并给予使用者身体的感觉。事实上，仅使用软件的模 拟器的局限之一是在驾驶时缺少身体感觉，这无法给予真正在飞行器中的感 觉。

发明内容
技术问题尽管目前的模拟种类多且在运动的尺寸和类型上有所区别，但其在创 造驾驶的真实感受方面具有身体上的限制。在驾驶者承受的力量、压力的方 向和长度上，其不能再现可靠的模拟，最重要的是不能在一段时间内连续给 予这些压力的模拟。事实上， 一般地，所述压力利用驾驶员的重量、在一定 方向上倾斜模拟或利用大的线性马达进行模拟，所述线性马达在小空间内以 一定的自由度移动驾驶舱，产生在强度和时间方向上受限的感觉。
技术方案建议的解决方案是包括三个可动部分的模拟器以及充当固定基座的 部件，所述可动部分相互连接并共同工作。第一部分在其竖直轴上具有相对于固定基座的圆周运动，第二部分与所述第一部分为一整体，其具有垂直于 所述第一部分的旋转轴的纵向运动。第三部分与所述第二部分为一整体，其 具有相对于其轴(平行于所述第一部分)的圓周运动，在其中，使用者被定 位并作为模拟器作用的对象。 有益效果
m本发明与以前的模式相比是非常具有创新性的，因为其能够形成产生 真实强度、方向、速率变化和持久性的身体感受的模拟器，以使得使用者无 法区分现实与虚拟。由于组成所述模拟器的部件协同运动，这种完全的真实 性不需要^f吏用大动力且昂贵的马达就能获得，因而本发明可以立即制造。与所述第一部分的转动相配合的所述第二部分的径向运动以及所述
第三部分的瞬时角坐标可连续表现任何加速、减速(制动)以及在任何驾驶 情况下出现的侧力的趋势。所述模拟器以相对小的引擎允许在任何受力条件
下模拟迅速加速，所述受力条件重现在大马力交通工具(例如F1跑车)中的
感觉。前面表述的相同概念用于模拟飞行，考虑到在飞行情况下要覆盖所有 的受力情形，增加所述第三部分的"自由度"是必须的。


图l是模拟器的全景图，其中表示出本发明的主要组成部分基座、 第一部分、第二部分以及第三部分，可看到主要的运动轴线。体验模拟感觉 的使用者的位置也可看见。图2是所述模拟器的概略图，其中突出了表J埘莫型受力的^M勿理^lt。 [11]图3是所述模拟器的概略图，其中能够识别主要的机械和电动机械
部件；图4是所述模拟器的概略图，其中有助于突出显示由两个轴向旋转 和一个水平运动组成的三个运动的"自由度"。图5是从所述模拟器上部看的局部视图(可以看到所述第一和第二 部分)，其中表示出所述第三部分的角坐标。图6是从所述模拟器上部看的局部视图，其中表现出所述第三部分 的纵轴与所述模拟器产生的合力之间的夹角。图7a是从所述模拟器的第三部分上部看的视图，其中可看到使用者 承受在模拟曲线上的侧向推力。[16]图7b是从所述模拟器的第三部分上部看的视图，其中可看到使用者 承受模拟制动力。图7c是从所述模拟器的第三部分上部看的视图，其中可看到使用者
承受模拟加速度。图8是从所述模拟器的第三部分上部看的视图，其中可看到使用者 承受由模拟器产生的地心引力。图9是从所述模拟器上部看的视图，其中表示出所述第三部分的两 个位置(位置1和位置2 )，其相对于所述第一部分的旋转轴镜像对称。图10a是从所述第三部分上部看的视图，其中表示出第二部分相对 于第一部分的加速度所产生的不希望的力(寄生力)。图10b是从所述第三部分上部看的视图，其中表示出第一部分的夹 角所产生的不希望的力(寄生力)。图10c是从所述第三部分上部看的视图，其中表示出第一部分的夹 角所产生的不希望的力(寄生力)。图lla是从所述第三部分的不同位置上部看的模拟器，其中表示出 在这些位置上的使用者所受的力。该图示出如何能模拟从恒定速度或固定状 态到加速状态的受力转换。图lib是从所述第三部分的不同位置上部看的模拟器，其中表示出 在这些位置上的使用者所受的力。该图示出如何能模拟从加速状态到恒定速 度或固定状态的受力转换。图12a是从所述第三部分的不同位置上部看的模拟器，其中表示出 在这些位置上的使用者所受的力。该图示出如何能模拟从恒定速度状态到制 动(减速)状态的受力转换。图12b是从所述第三部分的不同位置上部看的模拟器，其中表示出 在这些位置上的使用者所受的力。该图示出如何能模拟从制动(减速)状态 到恒定速度或固定状态的受力转换。图13a是从所述第三部分的不同位置上部看的模拟器，其中表示出 在这些位置上的使用者所受的力。该图示出如何能模拟从制动状态到侧向推 力(曲线)状态的受力转换。图13b是从所述第三部分的不同位置上部看的模拟器，其中表示出 在这些位置上的使用者所受的力。该图示出如何能模拟从侧向推力(曲线)状态到加速状态的受力转换。图14a的图表示出由模拟器的受力所产生的加速趋势。图14b的图表示出由模拟器的受力所产生的减速趋势。主要附图标记 0模拟器固定基座 1模拟器第一可动部分 2模拟器第二可动部分 3模拟器第三可动部分 4 第二部分的轴承 5第一部分的旋转轴 6 第三部分的旋转轴 7 第一部分的旋转正向 8 第三部分的旋转正向 9 第二部分的平移轴 10第一部分的马达 11第二部分的线性马达的定子固定部 12第二部分的线性马达的可动部13减震器，用于补偿示出第二和第三部分的地心引力 14第三部分的马达和适配器 15第三部分的参考轴 16体验由模拟器产生的仿真效果的使用者 17第一部分的速度和切向加速度的正向 18第二部分的线速度和加速度的正向 19第一部分的角速度矢量的正向 20第三部分的角速度矢量的正向 21第一部分上的第二部分的滑轨 ^模拟器在使用者的重心上产生的离心加速度 i 使用者的重心与第 一部分的旋转轴之间的距离 w第一部分的角速度a第三部分相对于第一部分的位角(所述角位于第三部分的参考轴与第二部分的纵向移动轴之间)"第三部分的参考轴与由模拟器在使用者的重心上产生的合力矢
量之间的夹角Fn,模拟器在使用者的重心上产生的合力[61] (9,使用者的重心[62] Q 第一部分的重心[63] 03第三部分的重心[64] v2第二部分的速度FC由第一部分的旋转产生的、作用于使用者的地心引力F,由第一部分的角加速度产生的、作用于使用者的切线力^ 由第二部分沿第一部分的直径方向产生的、作用于使用者的径向
力F,由第二部分在旋转的第一部分上的径向运动产生的、作用于使用者的科里奥利力 ai第一部分的切向加速度[70] a2 第二部分的加速度[71] Vl第一部分的切线速度[72]co3第三部分的角速度[73]g 重力加速度[74]/ 时间 ^上升时间(表示过渡响应进展的参数)[76]Pos-l表示第三部分相对于第一部分的一位置[77]Pos-2表示第三部分相对于第一部分的一位置[78]Pos-3表示第三部分相对于第一部分的一位置[79]Pos-4表示第三部分相对于第一部分的一位置[80]Pos-5表示第三部分相对于第一部分的一位置
具体实施例方式所述模拟器包括三个协同工作的可动部分，所述可动部分根据其所被分派(分配)的功能而具有不同的特性。本发明还包括固定部分，所述固定部分用作整个模型的基座(图1 )。[82]所述基座或部分0 (图3)是不充分表现所述模拟器特性的部件，因
为其唯一目的是将可动结构保持固定在地面上。该部件基本由具有圆柱形的 凹面结构构成，在所述形状中固定有驱动部分l的马达。部分1包括三个纵向杆(棒)，其端部铰接在两个形如半月的横向杆 上(图2 ),以及中心部分，所述中心部分铰接在部分1的旋转马达10上，所 述旋转马达允许部分1在圓柱基座上旋转。所述两个外横向杆21用作部分2 的支撑和滑轨，而中心杆11用作线性马达的定子部分，所述线性马达给部分 2以推进力(图1)。轴承22固定到所述纵向侧杆上，所述轴承允许部分2在 部分1上作纵向滑动(图4中的轴9 )。所述减震器13置于部分1的所述纵向杆的端部，其减小由部分1在 部分2和3上的旋转产生的地心引力，这必须由马达11/12进行补偿。在与 表现出部分1的高速旋转以及距离R的高数值的所述模拟器的高力量(强模 拟力的产生)协同工作的情况下，这些部件对于减小应由所述线性马达11/12 支撑的动力是必要的。所述减震器13使具有有限动力的线性马达的应用成为 可能，从而限制了所述模拟器的制造成本。部分2由基座构成，所述基座通过竖直和/或水平杆(图3)与部分 l相连。其通过位于竖直杆端部的轴承22铰接于部分1上。在所述基座的中 心区域具有开口，在所述开口中放置有在顶部的部分3的马达14、在底部 的驱动部分2的线性马达的可动部件12。最后的部件，部分3 (图1)由驾驶抢构成，在所述驾驶抢中，使用 者16 (人或物体)被定位，所述使用者受益于由所述模拟器产生的最终模拟 的感受。部分3由刚性管形桁架构成，所述桁架用作部分3的结构支撑以及 遮盖板的夹具。该刚性管形街架固定于基座，部分3的马达14的轴(图3) 固定于所述基座上。所述三个刚性部分部分l、部分2、部分3的运动类型表现出所述 模拟器的机能。事实上，由于组合的三种运动，我们获得产生真实模拟的最 终结果，而没有在任何方向上的迅速加速的时间限制，且具有短暂的过渡时 间(短暂的上升时间&见图14a)。部分1具有圓周运动5，所述圓周运动具有恒定的旋转方向(图2和 图4 );被视为正向7的所述旋转方向是逆时针方向。部分1的功能是在位于部分3 (图2)内的4吏用者16上产生离心加速度^ 。该离心加速度取决于来自部分1的旋转轴5的使用者16的重心Os 的距离i (如图2所示，为了简便，釆纳了使用者重心Os与部分3的重心03 相一致的特殊情况)，并取决于部分1的角速度w,所述角速度遵循规律^ = R由部分1的运动以及位于具有大量ws (位于图1的部分3内)的使 用者16上的部分2的位置产生的所述地心引力Fc = w, ^c是不得不进行调节 的力。事实上，通过部分2和3的运动调整该力，从中你能获得有效的连续 模拟，因而如实重现了希望的结果。所述模拟器的每个部件是基本的且为其 正确机能的特性。具有纵向移动(图4 )且唯一不具有圓周运动的部分2是通过限制模 型的惯性力矩在产生加速度中减少所述过渡时间(上升时间^图14a)的关键 部件。部件2的运动作为一种选"f奪可对使用者产生迅速加速。其功能是改变 部件3相对于旋转轴7的距离7 (图2)。还要非常有趣地指出的是如果将部 分2定位于与部分1的中心相反(参见Pos-l和Pos-2图9 )，部分2将以相同 的角速度 一产生相反方向的力。因此还改变半径W的部分2还能使施加于使 用者的力反向。部分2是使所述模拟器能够有效制造的关键，因为其避免了 使用大马力马达达到其目的。按照公式^ = R .c^2，由部分1产生的加速度的绝对值可通过改变部 分l[9]的角速度w (由于马达IO)或部分2相对于部分1的径向运动W (由 于线性马达12)而修改。对于最后的部件(部分3)，已将被称为部分3的轴(图5)的常规 方向15作为参照并表示部分3的角坐标a,所述角坐标表示位于轴9 (部分2 的纵轴，图5和图4 )和部分3的轴15 (图5 )之间的角。具有相对于其旋转轴6 (图2和图4 )的旋转运动8的部分3的目的 是适当地调节由所述模拟器产生的动力角(参见图6和[94])，修改部分3 相对于部分2的位角(图2和图5 )。所述角"(图6 )是位于所述模拟器对使用者16产生的合力尸 ,以及 部分3的轴15之间的角。该角具有不同于零的值并因此暗示了对使用者的等 同于侧向反力的侧向力的部件的存在。合力i^的绝对值和方向是可变的，并 取决于由部分1和2 (图6 )的运动产生的所述才莫拟器的受力条件。所述模拟器的全部动作来自部分1、 2和3的联合运动，且模拟的效果仅由与最后的部分为一整体的使用者16感受(在所给附图中，除了图l夕卜， 使用者16由从上面看的一人所代表)。在部分3内，如在[14]中部分预期的，呈现出常规的坐标轴交点和 方向15 (图7 )。所述坐标轴交点位于使用者的重心Oj，而参照方向15是部 分3的轴，其是纵向切断部分3的直线(图5,6)。为了更便于说明，用于所 述合力i^,的"以相对于其真实位置略微移动的位置表示。为了力的高数值以及很短的上升时间按照在时间上一定的希望的 进展，所述模拟器的工作允许你对位于部分3内的使用者16模拟变力效果， 无论是方向还是绝对值。模型的重要目的是如实地重现在驾驶交通工具时驾驶者(或乘客) 16所承受的力。正如已经提及地，由于所述模型的特殊形状，重现连续而无中断、 在驾驶交通工具时驾驶者16所承受的所有身体感觉是可能的，因为加速力； 减速力(制动)；弯曲的侧向力(地心引力)或这些力的各种组合。在交通工具中的驾驶者16所获得的感受取决于力学第三定律，所 述定律解释了 "任何作用力都会返回相同的反作用力"，参见图7a、图7b和 图7c，其分别代表对使用者16的弯曲的侧向力、制动力和加速力的。使用者16随时承受合力FJ除了恒定速度的情况或交通工具停止， 受力为零以及由上升、下降和颠簸地形产生的感觉之外)，所述合力是在段落 [99]中指出的力的组合。该力F&根据作用在使用者16上的力的方向而变化， 并被定义为加速、制动或在转弯处的转弯侧向推力。所述模拟器工作所遵循的原则是随时重现在驾驶真实交通工具时 将出现的所述合力F&。在本文中，将"力，，定义为那些用到4吏用者16上的力，并涉及对 使用者质量mj其恒定不变)的加速效果。因而谈论加速度或力是不恰当的，
因为它们是等效的，除非其为衡定量m^的要素。所述模拟器能重现交通工具的驾驶艙内的力。使用者16所承受的 该加速制动力和侧向力是所述模拟器的基本功能的表现。当我们谈论所述模拟器的基本功能的表现(加速、制动以及侧向力) 时，我们事实上的意思是说在驾驶真实的交通工具时对使用者16过渡的受力 状态。这是由于模拟器的工作不同于运动中交通工具的工作。在真实驾驶过程中，事实上，所述加速、制动以及转弯推力(除了迂回路线外)可在有限 的时间内保持，这与所述模拟器所获得的力相反。所述模拟器加速的重现呈现在图7c中。角度p等于180° (图6和7)。所述模拟器制动的重现呈现在图7b中。角度y9等于0(图6和7)。 所述模拟器的弯曲侧向力的重现在图7a。所述角度在O到180。之间各异 (还参见[94]和图6)。如果y5的值在0。和90。(端值除外)之间，我们具有 同时的制动和侧向推力，而如果"的值在90。和180° (端值除外)之间，我 们具有同时的加速度和侧向推力。在完美的圓形曲线中，该角为+-90°。通过 部分3的旋转改变所述角p，在加速过程中产生转弯力、具有制动侧向推力或 侧向推力的所有可能组合是可能的。加速180。)和制动("=0。)是在相反方向施加的相同力的互 补效果。与在[24]中指出的那些功能相比，所述模拟器的功能具有两种其他 情形，其在功能水平上完全相同，且根据力的缺省定义为具有恒定速度的 交通工具(完美的惯性系统)以及静止的交通工具。这两种情形在和 v尸O情况下获得。一旦证明(图7)所述模拟器能够重现加速、制动和侧向推力以具 有可靠而持续的驾驶真实模拟，必需检查我们如何能从重现存在于真实交通 工具中的受力状态的一种情形转变为另一种情形。当驾驶真实交通工具时， 驾驶者16事实上承受力，所述力根据交通工具的路径和特点，在一段时间内 或多或少地迅速改变，从加速过渡到恒速，从制动过渡到转弯和加速，等等。 所述模拟器必需能模拟力学上从一种状态到另 一种状态的过渡(也参见 [105])。受力功能的表现需要特殊的分析，因为考虑到所述模拟器是如何构 建的，在从一种状态过渡到另一种状态的过程中，将产生被称为"寄生力" 的附加力，该力必需由所ii^莫拟器补偿。所述模拟器在其力学工作过程中产生的所述"寄生力"主要由部分 1和2的运动而产生(由部分3产生的离心作用可被忽略)。所产生的所述力 为地心引力Fc(图8)，接下来的不想要的"寄生力"径向力(图10a)、切线 力(图10b)以及科里奥利力(图10c)，所述地心引力由部分l的旋转以及部分2[91]的位置而产生。所述径向力F,mr化出现在部分2&7^加速的过程中(图10a)。所述切线力Ff出现在部分1的加速旋转过程中，且此时部分2的距 离i 不为0 (图lOb)。所述科里奥利力Fc。,》物'ov V2产生在部分1旋转，w # 0且部 分2移动，V2^0时(图10c)。可有趣地注意的是，为co, # 0而产生的所述寄生力F,和 FC。J114] [115]仅在具有离心力Fc时出现。所述力K、 F,和F，被看作寄生力，因为它们在所述模拟器的力学 工作过程中产生了角-的失真。产生问题的方面是这些力的方向，而它们的 绝对值可被有利地利用以进一步减少从一种状态转换到另一种状态的过渡时 间。真实交通工具在路途中的驾驶场景可被呈现为由曲线连在一起的 一系列直线段。典型的真实场景如下交通工具从静止开始并加速到恒定速 度，然后当其到达转弯处时制动，沿曲线加速并到达恒定速度，且最后在跑 过几个直线和曲线段后，其减速并停止。该真实场景可进而通过一系列在工 作系统[106]、 [107]、 [108]下的连续状态A)交通工具停止-〉B)加速-> C) 恒速-> D)制动(减速)-> E)转弯-〉B)加速-〉C)恒速-〉D)制动-〉A)交 通工具静止而呈现。现在让我们看看所述模拟器如何能够模拟在[119]中指出的状态改变。成对分析受力顺序，状态的第一改变是A-〉 B，从静止的交通工具 到恒定速度到加速。状态A通过o^^0，v尸0 (Pos-l，图lla)的模拟器而获 得，通过中间步骤(参见Pos-2，图lla)，我们到达co^0，vf0 (Pos-3，图 lla)的B。进行如在[113] [118]中描述的返回并参考图lla，你可看到从Pos-l (wls0,v2=。，通过Pos-2 (部分0,"# 0的加速旋转，以及部分3 v2邦 的运动)直到Pos-3 0^0,^=0, ^=0)的转变如何产生寄生力，所述寄生力 通过模拟器补偿而保持加速度一致增加的相同感觉。从w产0到co#0的所述
转变产生了切线力F,;速度V2的改变产生了径向力K,而CO^0和V2邦的
同时出现产生了科里奥利力。这三种附加的不想要的力i^F;,F，以及离心力 Fc产生了合力F肌，并由所述模拟器的受力而产生，所述模拟器通过改变角a(参见图lla)由部分3的瞬时位置而补偿。在从Pos-l到Pos-3的转变过程中，
驾驶者事实上总是具有加速度增加一致的感觉，而没有任何失真的元素(参
见区域(l)图14a)，因为你可靠到角p保持恒定在180。。状态[119]的第二改变是B -> C,从加速到恒速。该状态在功能上 与前面的情况[121]相反。我们具有通过w^0,^邦,V2邦(朝向部分3中心 的径向运动以及部分1的减速旋转，Pos-4图lib )从w # 0 = 0,v2邦(Pos-3 图lib)到co^0,V2^0 (Pos-5图lib)的过渡。如可从图llb看到的，在从 开始位置过渡到结束位置(Pos-4)过程中，角a的位置改变了其值，以补偿过 渡力F,，i^F^的出现，并将角p保持在180。。这样一来，在减小加速度过程 中(区域(2)图14a),驾驶者感觉不到任何扭曲。如在前面的段落[121]和[122]看到的,部分3在所述模拟器内具有 拓展的功能。其允许模拟交通工具转弯，并在任何时候通过改变角a补偿不想 要的保持角P固定在希望的数值的寄生力的扭曲作用(在模拟器的力学工作 过程中产生)。类似于[121]和[122]，我们可分析由于[119]的状态的其他改变； 甚至在这些情况下的在[113]中出现的寄生力。状态[119]从恒速到制动的改变C -〉 D在图12a中表现。如可看到 的，由于部分3的补偿作用(Pos-2图12a),角p保持在恒定的0。，且使用 者感觉到制动(减速) 一致的增加(区域(l)图l仆)。状态[119]从制动到静止交通工具/恒速的改变D -> A在图12b中 表现。角"保持在恒定的0。，且使用者感觉到制动的减小而无扭曲(区域(2) 图14b)。从制动到转弯的状态D->E的改变在图13a中解释(所示例为向左 转弯，但对于右转弯没有任何改变)。这种从转弯中直线调动的转变通过从0。 到90。改变角"的所述模拟器逐渐产生。通过调节部分3的角a的位置，补偿 寄生力的补偿作用并同时伴随所述预定角"是可能的。对于从转弯到加速的状态E-〉B的改变由图13b解释。我们可同样 考虑前面的情况[127]。在该情况中，具有角"从90。到0。的转变。我们可凭借图11、图12和图13分析如[119]中所述的状态的受力 改变。在理论上其他状态，例如恒速->转弯；转弯->恒速/静止交通工具；加 速_>转弯等的改变是可能的。这些改变未以图表现，因为它们可轻松参照前面分析的情况。在[119]中，我们用清楚的描述成对分析了状态的改变。但在真实 情况下，所述改变应呈三组分析。事实上，真正的交通工具开始于静止状态 (静止的交通工具或固定/恒定的速度)，其加速、制动或转弯并最终回到静止
位置。因此，与[119]相关，应将状态改变的顺序分析为A-〉B-〉C, C->D->A 以及C-〉 D-> E-〉 B-〉 C。在图11、 12、 13中，所述状态改变分别表现为A->B-> C， C-〉D->A和D-> E-> B (在后面的情况中，从状态C和朝状态的转变不相 关)，这与前述相同。在这方面，强调图11、图12和图13中解释的状态的路 径如何证明所述模拟器的重要目标，即产生可靠的连续模拟的实现是必要的。 所加入的涉及有关相同状态的图11和图12中的部分3的不同开始位置Pos-l 和最终位置Pos-5的唯一解释似乎不允许连续模拟。首先必须指出的是Pos-1 和Pos-5不是必须不同，事实上，它们可同样具有角01= 0。 o 180。。但由于所 述模拟器的工作可在部分1 (参见图9)的两侧对称地开展，图11或图12的 Pos-5分别等同于相对于部分1对称示出的相同附图的Pos-l。还应当注意的 是，图11的Pos-5等同于图12的Pos-1,反之亦然，这与真实交通工具的正 常功能，即加速阶段后为正常的制动阶段、而制动阶-歐后为加速阶段相一致。 然而，如前所述，图11和图12的Pos-1和Pos-5可理想地相同，因而使所述 模拟器的部分1的一部分工作。所述模拟器不仅包括上述的机械结构，还包括电子机构。 [132]所述电子部分由以下主要元件构成计算机、控制器/调整器、传 感器、显示器以及附加设备。传感器允许测量对于控制所述^t拟器所必须的物理量。 [134]在部分1中，我们具有位置和角速度传感器以直接或间接测量w 和《i。在部分2中，具有位置和线加速度传感器以测量V2和"2。 [136]对于部分3,我们有位置和角加速度传感器以测量a和F^。 [137]计算机和控制器的布置为 一个位于部分l上、 一个位于部分2上、 一个位于部分3上。位于部分3上的所述计算机为主要部件并用作其他控制 器的管理者，并且其以显示的仿真软件的功能执行对机械结构的控制。其是 联合体力仿真和软件仿真的装置。如果所述it拟器为使用者具有^t拟(例如运动场)的旁观者的功能的"被动"类型或者为使用者是模拟交通工具(例如视频游戏、驾驶模拟器) 的主动驾驶者的"主动，，类型，附加设备，例如方向盘、刹车、加速器、传 动装置等将出现在部分3中。最后必须指出的是，尽管我们在说明中总是提及单独的使用者，但
部分3可包含多个使用者，特别是对于"被动"型的模拟器。该类型的模拟
器适合在娱乐场和游乐场使用。
权利要求
1、一种模拟器，包括三个可动部分，所述可动部分相互连接并共同工作，第一部分相对于其旋转的竖直轴具有圆周运动并被固定基座支撑，第二部分与所述第一部分为一整体，其具有垂直于所述第一部分的旋转轴的纵向(水平)运动，第三部分与所述第二部分为一整体，其用于放置作为模拟器作用对象的使用者；所述第三部分具有相对于其垂直旋转轴的圆周运动，所述垂直旋转轴平行于所述第一部分的旋转轴；所述第二部分的纵向运动协同于所述第一部分的旋转和所述第三部分的瞬时角布置，使得能够在交通工具运动中重现任何加速、制动减速以及侧向力的任何受力状态；这产生对任何使用者(位于所述第三部分中)承受的力的时间调试的可靠模拟以在短时间隔产生强大的力和连续性。
2、 如权利要求1所述的模拟器，其特征在于所述第一部分具有恒定转向的圓周运动，并产生作为其角速度功能的可变的地心引力。
3、 如权利要求1所述的模拟器，其特征在于所述第一部分在其端部具有减震器，所述减震器用于补偿由所述第一部分旋转产生的所述地心引力，其包括所述第二和第三部分。
4、 如权利要求1所述的模拟器，其特征在于与所述第一部分为一整体的所述第二部分具有垂直于所述第一部分的竖直旋转轴的纵向运动，其具有减小所述模拟器的总惯性力矩、减少其重心到所述第一部分的旋转轴的距离的作用。
5、 如权利要求1或4所述的模拟器，其特征在于所述第二部分减少了过渡时间(上升时间)，因而对(承受模拟作用的)使用者产生了特殊的模拟力，并且相似地，允许在短上升时间内产生强力。
6、 如权利要求l所述的模拟器，其特征在于所述第二部分通过改变使用者重心与所述第 一部分的旋转轴间的距离改变由所述第一部分产生的地心引力的数值。
7、 如权利要求1所述的模拟器，其特征在于由于所述第二部分在所述第一部分整个直径上的运动，当使用者保持定位在所述第三部分中时，所述第二部分能够产生使使用者感受从一边抛向另一边的相反的力。
8、 如权利要求1所述的模拟器，其特征在于所述第三部分具有相对于其垂直轴的圓周运动并根据所述第一部分的旋转和所述第二部分的位置改变其角坐标，以模拟对使用者的力(加速、减速(制动)和转弯的侧向推力)。
9、 如权利要求1或8所述的模拟器，其特征在于所述第三部分瞬时改变其位角以补偿由所述第一部分的角速度改变和/或所述第二部分的线速度改变而产生的附加力，从而恒定保持你想获得的模拟感(加速、制动、转弯和侧向推力)。
10、 如权利要求1或8或9所述的模拟器，其特征在于由于所述第二部分的初始位置接近于所述第一部分的旋转轴和/或所述第一部分的低角转动频率、所述第一部分旋转速度随后增加和随之发生的所述第二部分向外边移动直到停止在预调位置，所述模拟器对于使用者产生相同的加速度增加；同时，所述第三部分随时改变其角位以保持使用者相对于所产生力的位置的整体方向，以保持相同的加速度的感觉(参见图lla)。
11、 如权利要求1或8或9所述的模拟器，其特征在于通过将所述第二部分的初始位置定于距离不为零角速度的所述第一部分的旋转轴一定距离，并通过所述第一部分转速随后的减小和随之发生的所述第二部分向内移动直到停止在接近于所述第一部分旋转轴的预调位置(和/或所述第一部分具有低角速度)的，所述模拟器对使用者产生相同的加速度减小；同时，所述第三部分随时改变其角位以将使用者位置的整体方向保持在所产生的力，以产生加速度减小一致的感觉(参见图llb)。
12、 如权利要求1或8或9所述的模拟器，其特征在于由于所述第二部分的初始位置接近于所述第一部分的旋转轴的(和/或所述第一部分具有低角速度)，以及所述第一部分旋转速度随后增加和随之发生的所述第二部分向外边移动直到停止在预调位置，所述模拟器对使用者产生相同的减速(制动)减小；同时，所述第三部分随时改变其角位以将使用者的整体位置保持在由所述模拟器所产生的力，以产生减速一致的感觉(参见图12a)。
13、 如权利要求1或8或9所述的模拟器，其特征在于通过将所述第二部分的初始位置定于距离不为零角速度的所述第一部分的旋转轴一定距离，并通过所述第 一部分转速随后的减小和随之发生的所述第二部分向内移动直到停止在接近于所述第一部分旋转轴的预调位置(和/或所述第一部分具有几乎为零的角速度)，所述模拟器对使用者产生相同的减速(制动)减小；同时，所述第三部分随时改变其角位以将使用者的整体位置方向保持在所产生的力，以产生减速减'J、一致的感觉(参见图12b)。
14、 如权利要求1或8或9所述的模拟器，其特征在于通过所述第一部分的旋转和所述第二部分向外的移动，所述模拟器对使用者产生相同侧向推力的增加；同时，所述第三部分随时改变其角位以保持导致使用者位置的整体受力，从而获得所希望的侧向推力增加一致的感觉(参见图13a)。
15、 如权利要求1或8或9所述的模拟器，其特征在于通过减小所述第一部分的角速度和所述第二部分向内移动，所述模拟器对使用者产生相同的侧向推力的减小；同时，所述第三部分随时改变其角位以保持导致使用者位置的整体受力，从而获得所希望的侧向推力减小一致的感觉(参见图13b)。
全文摘要
本发明由一种模型构成，其包括三个可动部分，所述可动部分真实模拟位于任何运动的交通工具中的驾驶者所承受的所有力。第一部分相对于其旋转的竖直轴具有圆周运动并被固定基座支撑，第二部分与所述第一部分为一整体，其具有垂直于所述第一部分的旋转轴的纵向(水平)运动，第三部分与所述第二部分为一整体，其用于放置作为模拟器作用对象的使用者；所述第三部分具有相对于其垂直旋转轴的圆周运动，所述垂直旋转轴平行于所述第一部分的旋转轴；所述第二部分的纵向运动协同于所述第一部分的旋转和所述第三部分的瞬时角布置，使得能够连续重现出现在交通工具的任何运动阶段中的任何力，例如加速、减速(制动)以及侧向推力的状况。本发明在任何受力条件中模拟迅速加速，由于安装小尺寸马达，重现了在大马力交通工具(例如F1跑车)中的感觉。本发明潜在的原则是在任何时候，处于移动的交通工具中的人承受合力，如果其为人工恒定再现，所述合力使人感觉不到与真实驾驶情况的区别。尽管目前的机械模拟器种类多且在运动的尺寸和类型上有所区别，但其在创造驾驶的真实感受方面具有身体上的限制。它们不能再现可靠的模拟，例如驾驶者承受的力的方向和强度，但最重要的是它们不能在一段时间内连续重现对这些力的模拟。本发明与那些现有技术相比具有极大的改进，因为其使制造模拟器成为可能，所述模拟器产生过渡响应和时间持续性的强度、方向和速度的真实身体感受，因而使用者无法区分真实与虚拟。由于所述模拟器部件的协同动作，这种完全的真实感不需要使用大马力和昂贵的马达就能获得，因而本发明能够立即制造。
文档编号G09B9/02GK101632110SQ200780048006
公开日2010年1月20日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月29日
发明者克劳迪奥·若玛格诺丽, 玛丽亚艾琳娜莫·帕拉蒂尼, 皮尔依诺·若玛格诺丽 申请人:克劳迪奥·若玛格诺丽;玛丽亚艾琳娜莫·帕拉蒂尼