CN104637361A

CN104637361A - 一种轻载模拟平台

Info

Publication number: CN104637361A
Application number: CN201310567458.0A
Authority: CN
Inventors: 魏春雨; 徐方; 李学威; 冯亚磊; 何伟全; 边弘晔
Original assignee: Shenyang Siasun Robot and Automation Co Ltd
Current assignee: Suzhou Xinshinuo Semiconductor Equipment Co ltd
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: CN104637361B

Abstract

本发明涉及驾驶模拟器技术领域，提供了一种轻载模拟平台。包括静平台、动平台、主传动组件、第一传动组件、第二传动组件、第一连杆、第二连杆、第一连接组件、第二连接组件；动平台设置于静平台上方；第一传动组件和第二传动组件的一端与静平台活动链接，第一传动组件和第二传动组件的另一端与动平台活动链接；第一连杆和第二连杆的一端与静平台活动链接，第一连杆和第二连杆的另一端与动平台活动链接；传动组件和连杆之间通过第一连接组件和第二连接组件形成的滑动副连接；主传动组件的一端与静平台活动链接，主传动组件的另一端与第二连杆活动链接。本发明仅采用三支液压油缸和一台电机作为驱动源即可实现模拟器的功能，且免于沿Z轴洗出。

Description

一种轻载模拟平台

技术领域

本发明涉及驾驶模拟器技术领域，具体涉及一种轻载模拟平台。

背景技术

驾驶模拟器是一种能正确模拟驾驶操纵车辆的动作、获得实车驾驶感觉的半实物仿真***，其综合了液压技术、计算机技术、三维实时动画技术、网络技术等多种先进技术的高技术产品。借助模拟器，能对驾驶员进行各种形式的操作训练。模拟器的特性决定了它具有以下优点：1）安全性好；2）复现性好；3）经济性高；4）有利于相关设备的研发。因此，驾驶模拟器常常用来代替真实设备以训练操作者对真实设备的操纵能力，以及研发相关设备，其应用已经越来越普遍。

按照用途分类，驾驶模拟器可分为训练型驾驶模拟器和开发型驾驶模拟器。训练型驾驶模拟器主要用于驾驶员训练，也可以对微观交通***进行仿真，并对驾驶员的控制特性进行研究。开发型驾驶模拟器是在电子、液压、控制等技术支持下，从“人-机-环境”闭环***的整体性能出发，利用计算机对动力性、操纵稳定性、制动性能等进行仿真研究和开发的实验装备。

国外对驾驶模拟器的研究开发比较早，驾驶模拟器作为驾驶培训工具在发达国家早已普遍运用。日本政府早在1970年就通过法律正式规定，汽车驾驶培训学校必须装备汽车驾驶模拟器；美国则在上世纪70年代中期就有超过500所汽车驾驶培训学校装备了汽车驾驶模拟器；大多数欧洲国家也相继制定了使用汽车驾驶模拟器进行驾驶培训的法规。在某些发达国家，甚至警察局也采用驾驶训练模拟器来检验驾驶员的操作熟练度及对事故的防范能力。德国奔驰公司于1985年在柏林成功研制了六自由度开发型驾驶模拟器，并成功地运用到系列化高速轿车的新产品研发中，其性能代表了当时汽车驾驶模拟器技术的最高水平。1989年，德国大众汽车公司更新了原有的驾驶模拟器的计算机***和视景***，并用于新产品的研制中。1989年，美国通用汽车公司开始研制开发型驾驶模拟器，迄今为止已更新到第二代产品，其性能居世界领先水平。1993年初，美国福特汽车公司开始自主研制开发型驾驶模拟器。美国依阿华车辆中心于1993年投入1300万美元用来开发汽车驾驶模拟***，1996年又增加3000万美元由TRW公司进行改进，作为研究高速公路及车辆***的国家研究基地一部分，被称之为“国家先进汽车驾驶模拟器（NDAS）”。

国内对驾驶模拟器的研究起步较晚，并且经历了从引进国外产品到自主研发的漫长发展过程。一开始是引进捷克的点光源平板投影式仿真器，该仿真器中道路盘上的道路是用笔描绘而成的平面景象；接着引进了美国的被动式汽车仿真器。20世纪70年代，中国已经自主研制了点光源、转盘机电式汽车模拟器。90年代，随着计算机技术和图形、图像技术的发展，国内相继自主研制出仿真精度较高的主动式实时汽车驾驶模拟器。装甲兵工程学院、南京大学软件新技术国家重点实验室、昆明理工大学交通综合模拟实验室、浙江大学先进制造工程研究所等都在模拟器研发方面取得了很大成果。

目前模拟器半实物仿真***平台大多采用STEWART结构，利用六支液压油缸或者电动缸等进行驱动。虽然技术较为成熟，但是由于在模拟器这个特殊领域中需要用到洗出滤波算法，目前的洗出滤波算法无论是经典的、最优的还是自适应的，都有其各自的缺点，降低了沉浸感和真实感，一直以来是不断研究但却没有很好解决的热点。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、便于控制、驱动元件少的轻载模拟平台。

本发明采用如下技术方案：

一种轻载模拟平台，包括静平台（1）、动平台（4）、主传动组件、第一传动组件、第二传动组件、第一连杆（61）、第二连杆（62）、第一连接组件、第二连接组件；

所述动平台（4）设置于静平台（1）上方；

所述第一传动组件和第二传动组件的一端与所述静平台（1）活动链接，所述第一传动组件和第二传动组件的另一端与所述动平台（4）活动链接；

所述第一连杆（61）和第二连杆（62）的一端与所述静平台（1）活动链接，所述第一连杆（61）和第二连杆（62）的另一端与所述动平台（4）活动链接；

所述第一连接组件的一端固定在所述第一传动组件上，所述第一连接组件的另一端固定在所述第一连杆（61）上，所述第一连接组件在第一传动组件和第一连杆（61）之间形成一滑动副；

所述第二连接组件的一端固定在所述第二传动组件上，所述第二连接组件的另一端固定在所述第二连杆（62）上，所述第二连接组件在第二传动组件和第二连杆（62）之间形成一滑动副；

所述静平台（1）、第一传动组件、第二传动组件、第一连杆（61）和第二连杆（62）形成空间四连杆结构；

所述主传动组件的一端与所述静平台（1）活动链接，所述主传动组件的另一端与所述第二连杆（62）活动链接。

进一步地，所述主传动组件为主油缸（8），所述主油缸（8）依照所述轻载模拟平台模拟行进的方向设置；

所述第一传动组件和第二传动组件均为侧撑油缸（3），所述两个侧撑油缸（3）依照所述轻载模拟平台模拟行进的道路宽度方向设置。

进一步地，所述两个侧撑油缸（3）的缸筒底部分别通过两个球铰支座（2）与所述静平台（1）形成球铰副，所述两个侧撑油缸（3）的活塞杆端分别通过两个球铰支座（2）与所述动平台（4）形成球铰副；

所述第一连杆（61）和第二连杆（62）的下端分别通过两个连杆铰链座（10）与所述静平台（1）形成回转副，所述第一连杆（61）和第二连杆（62）的上端分别通过两个球铰支座（2）与所述动平台（4）形成球铰副。

进一步地，所述第一连接组件由滑杆（14）和滑槽杆（12）组成，所述滑杆（14）通过滑杆铰链座（15）与侧撑油缸（3）铰接形成回转副，所述滑槽杆（12）通过滑槽杆铰链座（11）与所述第一连杆（61）铰接形成回转副，滑杆（14）穿过滑槽杆（12）的斜孔形成滑动副；

所述第二连接组件由滑杆（14）和滑槽杆（12）组成，所述滑杆（14）通过滑杆铰链座（15）与另一个侧撑油缸（3）铰接形成回转副，所述滑槽杆（12）通过滑槽杆铰链座（11）与所述第二连杆（62）铰接形成回转副，滑杆（14）穿过滑槽杆（12）的斜孔形成滑动副。

进一步地，所述主油缸（8）的缸筒底部通过主油缸缸筒座（9）与所述静平台（1）铰接形成回转副，所述主油缸（8）的活塞杆端通过主油缸活塞杆座（7）与所述第二连杆（62）铰接形成回转副。

进一步地，在所述轻载模拟平台模拟行进的方向上，所述第一连杆（61）设置于前端，所述第二连杆（62）设置于后端，所述主油缸（8）依照与所述轻载模拟平台模拟行进的方向呈一锐角设置。

进一步地，在所述轻载模拟平台模拟行进的方向上，所述第一连杆（61）设置于后端，所述第二连杆（62）设置于前端，所述主油缸（8）依照与所述轻载模拟平台模拟行进的方向呈一钝角设置。

进一步地，所述两个侧撑油缸（3）在初始位置时预留有一定伸长量，给侧撑油缸（3）的活塞杆端的回缩留有余量；

所述主油缸（8）在初始状态时主油缸（8）的活塞杆的行程占总行程的一半，且总行程较大以满足动平台（4）的最大俯仰角要求。

进一步地，所述轻载模拟平台还包括一回转台（5），所述回转台（5）回转安装于动平台（4）上，所述回转台（5）与固定连接在动平台（4）上的电机及RV减速器***（13）的输出轴相连。

进一步地，所述轻载模拟平台模拟的运动设备转向时，电机及RV减速器***（13）动作使回转台（5）相对动平台（4）回转；

所述回转台（5）上放置整个驾驶模拟座舱或者驾驶座椅。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、仅采用三支液压油缸和一台电机作为驱动源即可实现模拟器的功能；

2、在沿Z轴回转上，回转台可以无限角度回转，相对于传统的模拟平台只能回转有限小角度而言，具有免于沿Z轴洗出的优点，能够提供更为真实的沉浸感。

附图说明

图1是本发明实施例的轻载模拟平台的三维结构示意图。

图2是本发明实施例的轻载模拟平台的主视图。

图3是本发明实施例的轻载模拟平台的左视图。

附图标记说明：

1、静平台， 2、球铰支座，

3、侧撑油缸， 4、动平台，

5、回转台， 61、第一连杆，

62、第二连杆， 7、主油缸活塞杆座，

8、主油缸， 9、主油缸缸筒座，

10、连杆铰链座， 11、滑槽杆铰链座，

12、滑槽杆， 13、电机及RV减速器***，

14、滑杆， 15、滑杆铰链座。

具体实施方式

为了节约能源，减速驱动执行元件的数量，秉持“减少驱动元件、发挥机械机构的传动功能”理念，本发明提出了一种新型轻载模拟平台，可以模拟加速、减速、俯仰、侧倾和偏航等各种运动状态，完全可以应用在各种模拟器当中。其结构简单，便于控制，驱动元件少，在回转方向上免于洗出滤波算法。本发明提供的轻载模拟平台适用于各种轿车、轻型汽车、船舶和舰艇等的动作模拟装置，可以作为上述模拟器的半实物仿真模拟平台。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

下文中，如无特别说明，图1中X方向为轻载模拟平台模拟前进的方向，Y方向为轻载模拟平台模拟行进的道路宽度方向。

如图1-图3所示，本发明提供一种轻载模拟平台，包括静平台1、动平台4、主传动组件、第一传动组件、第二传动组件、第一连杆61、第二连杆62、第一连接组件、第二连接组件。动平台4设置于静平台1上方。其中，主传动组件为主油缸8，主油缸8依照轻载模拟平台模拟行进的方向设置；第一传动组件和第二传动组件均为侧撑油缸3，两个侧撑油缸3依照轻载模拟平台模拟行进的道路宽度方向设置。

第一传动组件和第二传动组件的一端与静平台1活动链接，第一传动组件和第二传动组件的另一端与动平台4活动链接；第一连杆61和第二连杆62的一端与静平台1活动链接，第一连杆61和第二连杆62的另一端与动平台4活动链接。在一优选实施例中，静平台1上焊接两个相同的球铰支座2和两个相同的连杆铰链座10，动平台4的下表面焊接四个相同的球铰支座2，两个侧撑油缸3的缸筒底部分别通过两个球铰支座2与静平台1形成球铰副，两个侧撑油缸3的活塞杆端分别通过两个球铰支座2与动平台4形成球铰副；第一连杆61和第二连杆62的下端分别通过两个连杆铰链座10与静平台1形成回转副，第一连杆61和第二连杆62的上端分别通过两个球铰支座2与动平台4形成球铰副。

第一连接组件的一端固定在一个侧撑油缸3上，第一连接组件的另一端固定在第一连杆61上，第一连接组件在该侧撑油缸3和第一连杆61之间形成一滑动副；第二连接组件的一端固定在另一侧撑油缸3上，第二连接组件的另一端固定在第二连杆62上，第二连接组件在该侧撑油缸3和第二连杆62之间形成一滑动副。在一优选实施例中，两个相同的侧撑油缸3的缸筒上分别焊接滑杆铰链座15，两个相同的第一连杆61和第二连杆62上焊接滑槽杆铰链座11。两个侧撑油缸3均由滑杆14和滑槽杆12组成，每一滑杆14通过滑杆铰链座15与其中一侧撑油缸3铰接形成回转副，每一滑槽杆12通过滑槽杆铰链座11分别与第一连杆61和第二连杆62铰接形成回转副，滑杆14穿过滑槽杆12的斜孔形成滑动副。

在上述结构设计的基础上，静平台1、两个侧撑油缸3、第一连杆61和第二连杆62形成空间四连杆结构。

主油缸8的一端与静平台1活动链接，主油缸8的另一端与第二连杆62活动链接。在一优选实施例中，主油缸活塞杆座7焊接在第二连杆62上，主油缸缸筒座9焊接在静平台1上，主油缸8的缸筒底部通过主油缸缸筒座9与静平台1铰接形成回转副，主油缸8的活塞杆端通过主油缸活塞杆座7与第二连杆62铰接形成回转副。

本实施例中，在轻载模拟平台模拟行进的方向上，第一连杆61设置于前端，第二连杆62设置于后端，主油缸8依照与轻载模拟平台模拟行进的方向呈一锐角设置。在其他实施例中，还可以是在轻载模拟平台模拟行进的方向上，第一连杆61设置于后端，第二连杆62设置于前端，主油缸8依照与轻载模拟平台模拟行进的方向呈一钝角设置。

两个侧撑油缸3在初始位置时预留有一定伸长量，给侧撑油缸3的活塞杆端的回缩留有余量；主油缸8在初始状态时主油缸8的活塞杆的行程占总行程的一半，且总行程较大以满足动平台4的最大俯仰角要求。

此外，动平台4上还安装有回转台5，回转台5与固定连接在动平台4上的电机及RV减速器***13的输出轴相连，使得回转台5可以在动平台4上相对转动。轻载模拟平台模拟的运动设备转向时，电机及RV减速器***13动作使回转台5相对动平台4回转；回转台5上可放置整个驾驶模拟座舱或者仅放置驾驶座椅。

本发明提供的新型轻载模拟平台，仅采用三支液压油缸和一台电机作为驱动源即可实现模拟器的功能，极大地降低了成本，机构简单、紧凑，具有安全性和方便性。

工作原理：

本发明提供的轻载模拟平台，能够模拟车辆、舰艇等的加速、减速、俯仰、侧倾、偏航等各种运动状态。下面以模拟车辆运动为例说明该轻载模拟平台的工作原理。

如图1-图3所示，当车辆加速时，两个完全相同的侧撑油缸3保持初始长度不变（初始时已有一定伸长量，给回缩留有余量），其作用与第一连杆61和第二连杆62相同，此时静平台1、两个侧撑油缸3、第一连杆61、第二连杆62和动平台4形成空间四连杆结构。受到连杆铰链座10和主油缸缸筒座9的运动副限制，该空间四连杆结构只能沿着两个连杆的运动平面进行平面运动（也即只能在X方向所示的平面内运动）。

主油缸8快速动作且伸长量较小，使得动平台4产生向前的运动加速度占主导，而上仰角加速度很小，因此驾驶人员感觉到在加速，减速的过程道理相同，只需主油缸8快速动作且回缩量较小即可。

车辆上坡或下坡时需要模拟俯仰的过程。主油缸8有较大伸长量时，动平台4处于上仰的姿态，伸长量越大，仰角则越大；相反，主油缸8有较大回缩量时，动平台4处于下俯的姿态，回缩量越大，俯角则越大。因此对主油缸8的要求是初始状态时活塞杆的行程已占总行程的一半，且总行程较大，满足动平台4最大俯仰角的要求。

车辆如果横着行驶在具有一定坡度的道路上时，模拟平台需要模拟侧倾的状态。此时主油缸8不动作，两个完全相同的侧撑油缸3同时伸长或回缩。通过结构分析可知，动平台4只能以它与第一连杆61、第二连杆62的两个球铰中心的连线作为回转轴进行转动，达到双向侧倾的目的。此时，滑杆14会相应地在滑槽杆12中滑动，起到机构不憋死、导向的作用。

车辆转向时，电机及RV减速器***13动作，使回转台5相对动平台4回转。回转台5是个转接部件，其上可以放置整个模拟舱室，也可以只连接驾驶座椅，无论哪种方式都能感受到转向的真实感。当放置整个驾驶模拟座舱时，回转台5可以无限角度回转，相对于传动的模拟平台，在Z轴回转方向上免于洗出滤波算法，简化了控制策略。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种轻载模拟平台，其特征在于，包括静平台（1）、动平台（4）、主传动组件、第一传动组件、第二传动组件、第一连杆（61）、第二连杆（62）、第一连接组件、第二连接组件；

所述动平台（4）设置于静平台（1）上方；

2.如权利要求1所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述主传动组件为主油缸（8），所述主油缸（8）依照所述轻载模拟平台模拟行进的方向设置；

3.如权利要求2所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述两个侧撑油缸（3）的缸筒底部分别通过两个球铰支座（2）与所述静平台（1）形成球铰副，所述两个侧撑油缸（3）的活塞杆端分别通过两个球铰支座（2）与所述动平台（4）形成球铰副；

4.如权利要求2所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述第一连接组件由滑杆（14）和滑槽杆（12）组成，所述滑杆（14）通过滑杆铰链座（15）与侧撑油缸（3）铰接形成回转副，所述滑槽杆（12）通过滑槽杆铰链座（11）与所述第一连杆（61）铰接形成回转副，滑杆（14）穿过滑槽杆（12）的斜孔形成滑动副；

5.如权利要求2所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述主油缸（8）的缸筒底部通过主油缸缸筒座（9）与所述静平台（1）铰接形成回转副，所述主油缸（8）的活塞杆端通过主油缸活塞杆座（7）与所述第二连杆（62）铰接形成回转副。

6.如权利要求2所述的轻载模拟平台，其特征在于，在所述轻载模拟平台模拟行进的方向上，所述第一连杆（61）设置于前端，所述第二连杆（62）设置于后端，所述主油缸（8）依照与所述轻载模拟平台模拟行进的方向呈一锐角设置。

7.如权利要求2所述的轻载模拟平台，其特征在于，在所述轻载模拟平台模拟行进的方向上，所述第一连杆（61）设置于后端，所述第二连杆（62）设置于前端，所述主油缸（8）依照与所述轻载模拟平台模拟行进的方向呈一钝角设置。

8.如权利要求2所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述两个侧撑油缸（3）在初始位置时预留有一定伸长量，给侧撑油缸（3）的活塞杆端的回缩留有余量；

9.如权利要求1-8任一项所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述轻载模拟平台还包括一回转台（5），所述回转台（5）回转安装于动平台（4）上，所述回转台（5）与固定连接在动平台（4）上的电机及RV减速器***（13）的输出轴相连。

10.如权利要求9所述的轻载模拟平台，其特征在于，所述轻载模拟平台模拟的运动设备转向时，电机及RV减速器***（13）动作使回转台（5）相对动平台（4）回转；

所述回转台（5）上放置整个驾驶模拟座舱或者驾驶座椅。