DE202009002247U1

DE202009002247U1 - Fahrsimulator

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Publication number: DE202009002247U1
Application number: DE200920002247
Authority: DE
Original assignee: PRS PROFESSIONAL RACING SIMULA; PRS PROFESSIONAL RACING SIMULATION GmbH
Current assignee: PRS PROFESSIONAL RACING SIMULA; PRS PROFESSIONAL RACING SIMULATION GmbH
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2019-02-18

Abstract

Fahrsimulator (1) umfassend
– ein Cockpit (3) mit einem Sitz (4) für einen Fahrer und mit Bedienelementen eines Fahrzeugs (2),
– ein Sichtsystem (10) zur Darstellung der während des Simulationsbetriebs für den Fahrer sichtbaren Umgebung des fahrenden Fahrzeugs (2),
– eine Einhausung (11), mit der der Fahrer von optischen Einflüssen von außerhalb des Fahrsimulators (1) abschirmbar ist, und
– ein Bewegungssystem (15) zur gemeinsamen Bewegung des Cockpits (3), des Sichtsystems (10) und der Einhausung (11) relativ zu einer Aufstandsfläche (8) des Fahrsimulators (1),
dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (11) von einer Schließstellung, in der der Fahrer von optischen Einflüssen von außerhalb des Fahrzeugs (2) abgeschirmt ist, in eine Öffnungsstellung überführbar ist, in der ein Öffnungsquerschnitt (13) besteht, der dem Fahrer einen Einstieg in das Cockpit (3) und ein Verlassen desselben ermöglicht.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft einen Fahrsimulator umfassend

– ein Cockpit mit einem Sitz für einen Fahrer und mit Bedienelementen eines Fahrzeugs,
– ein Sichtsystem zur Darstellung der während des Simulationsbetriebs für den Fahrer sichtbaren Umgebung des fahrenden Fahrzeugs,
– eine Einhausung, mit der der Fahrer von optischen Einflüssen von außerhalb des Fahrsimulators abschirmbar ist, und
– ein Bewegungssystem zur gemeinsamen Bewegung des Cockpits, des Sichtsystems und der Einhausung relativ zu einer Aufstandsfläche des Fahrsimulators.

Unter einem Fahrsimulator im Sinne der vorliegenden Anmeldung sollen generell Vorrichtungen verstanden werden, mit denen sich der Fahrbetrieb unterschiedlichster Fahrzeuge in möglichst realistischer Weise simulieren lässt. Bei den Fahrzeugen kann es sich sowohl um Landfahrzeuge als auch um Luftfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge aller Art handeln. Typischerweise dienen derartige Geräte zur Simulation des Fahrbetriebs von Straßenfahrzeugen, insbesondere Rennwagen, sowie im Bereich der Luftfahrt von Flugzeugen und Helikoptern. Insbesondere im Bereich der Pilotenausbildung sind Flugsimulatoren als Mittel des kosteneffizienten und ungefährlichen Trainings nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Bereich des Rennsports lassen sich mit Hilfe von Rennsimulatoren neue Entwicklungen kostengünstig testen bzw. die Kurse der bekannten Rennstrecken im Vorfeld eines Rennens unabhängig und zusätzlich zu tatsächlichen Trainingsläufen einüben. Nicht zuletzt haben Rennsimulatoren aber auch im Bereich des Freizeitsports Verbreitung gefunden, um einem breiten Publikum Zugang zu dem "Feeling" eines "echten" Rennpiloten zu verschaffen und darüber hinaus die Möglichkeit zu schaffen – unter Zugrundelegung möglichst realer Streckentopographien – sich im Wettkampf mit bekannten Rennfahrern oder mit Mitspielern zu messen.
Stand der Technik
Mit Hilfe des eingangs beschriebenen bekannten Fahrsimulators lassen sich für den Fahrer zwei verschiedene Eindrücke simulieren: Hierbei handelt es sich zum einen um die Lage des Fahrzeugs im Raum und zum anderen die auf das Fahrzeug und den darin sitzenden Fahrer wirkenden Beschleunigungen. Bei den bekannten Systemen mit "optisch dichter" Einhausung kann die Lage des Fahrzeugs im Raum allein mit Hilfe des Sichtsystems dargestellt werden. Das Bewegungssystem, mit dessen Hilfe das Cockpit samt Sitz und Fahrer relativ zu einem erdfesten Bezugssystem bewegt werden kann, kann bei derartigen Systemen allein der Beschleunigungssimulation vorbehalten bleiben. Aufgrund der optischen Abschirmung von der Außenwelt kann der Fahrer beispielsweise nicht unterscheiden, ob eine seinen Körper beispielsweise an die Rückenlehne des Sitzes pressende Kraft aus einer Beschleunigung des Fahrzeugs resultiert oder aber dadurch bedingt ist, dass das Cockpit einschließlich des Sitzes nach hinten geneigt wird. Ebenso ist es für den Fahrer von der Empfindung her gleich, wenn er zum einen in einer schnell gefahrenen Linkskurve aufgrund der Fliehkraft in seinem Sitz nach rechts verschoben wird, oder wenn die Sitzfläche nach rechts geneigt wird. Durch die Entkopplung des Fahrers von realen Horizont wird die für ihn nicht sichtbare Bewegung des Cockpits einschließlich des Sitzes und somit seiner selbst nur als Beschleunigung wahrgenommen und die anscheinend momentan gerade herrschende Lage im Raum nur der Sicht entnommen und somit von dem Sichtsystem entsprechend simuliert.
Ein Nachteil der vorstehend beschriebenen Simulationsmethodik mit optischer Abschirmung des Fahrers von der realen Umgebung des Fahrsimulators besteht in der vergleichsweise aufwändigen Konstruktion. Die Einhausung besitzt bei den bekannten Fahrsimulatoren dieses Funktionsprinzips beträchtliche Ausmaße, um dem Fahrer durch eine (verschließbare) Öffnung in der Einhausung einen Zutritt in das Cockpit und zu dem Sitz zu ermöglichen. Die domartige Einhausung besitzt aufgrund ihrer Größe ein hohes Gewicht, woraus wiederum die Notwendigkeit entsteht, das Bewegungssystem entsprechend groß und leistungsfähig zu dimensionieren, da die gesamte Einhausung einschließlich Sichtsystem von dem Bewegungssystem mit der notwendigen Dynamik bewegt werden muss. Die großen Abmessungen und Gewichte führen aber nicht nur zu sehr hohen Kosten für derartige Fahrsimulatoren, sondern auch zu einem sehr großen Platzbedarf bei der Aufstellung. Insbesondere im Freizeit- und Vergnügungsbereich sind die Anwendungsfälle daher limitiert, da häufig keine Räume bzw. Aufstellplätze mit den erforderlichen Abmessungen existieren. Die bekannten Fahrsimulatoren mit optischer Abschirmung des Cockpits von der Außenwelt sind daher bislang in der Regel ausschließlich professionellen Anwendungsfällen vorbehalten. Aber auch in solchen Fällen sind die zuvor genannten Nachteile schwerwiegend und rufen nach Verbesserungen.
Ein alternatives bekanntes Fahrsimulatorkonzept besteht in der Weglassung der Einhausung, so dass der Fahrer auch die reale Umgebung des Cockpits, d. h. den Aufstellungsort des Fahrsimulators, wahrnehmen kann. Zwar richtet er seinen Blick während des Fahrbetriebs im Wesentlichen auf die vor ihm aufgestellten Monitore oder Projektoren (Sichtsysteme), die das Bild der Umgebung des fahrenden Fahrzeugs vor dem Cockpit darstellen, doch wird der Fahrer unwillkürlich auch in seinen Augenwinkeln stattfindende Veränderungen wahrnehmen, die nicht bewusst vom Sichtsystem erzeugt wurden, sondern z. B. daraus resultieren, dass sich das Cockpit mit dem Fahrer relativ zu der festen Umgebung des Aufstellungsorts bewegt. Die Simulation ist insofern unvollkommen, wohingegen die Kosten für die Realisierung eines derartigen Fahrsimulators deutlich geringer sind als bei einer optisch abschirmenden Einhausung. Darüber hinaus kann der Fahrer aufgrund der fehlenden Einhausung relativ einfach in das Cockpit ein- und aus diesem aussteigen. Der schwerwiegendste Nachteil eines derartigen vereinfachten Simulationsprinzips besteht jedoch darin, dass lediglich eine Simulation der Lage im Raum möglich ist, nicht jedoch eine echte Beschleunigungssimulation.
Aufgabe
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fahrsimulator bereitzustellen, der die Simulation von Beschleunigungen ermöglicht, sich aber dennoch durch eine geringe Baugröße und geringe Herstellkosten auszeichnet.
Lösung
Ausgehend von einem Fahrsimulator der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einhausung von einer Schließstellung, in der der Fahrer von optischen Einflüssen von außerhalb des Fahrzeugs abgeschirmt ist, in eine Öffnungsstellung überführbar ist, in der ein Öffnungsquerschnitt besteht, der dem Fahrer einen Einstieg in das Cockpit und ein Verlassen desselben ermöglicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator besteht somit die optische Abschirmung des Cockpits nur temporär, nämlich solange, wie sich auch tatsächlich der Fahrer auf dem Sitz des Cockpits befindet. Hingegen ist in Zeiten, in denen der Fahrsimulator unbenutzt ist, die Einhausung in eine Öffnungsstellung überführbar, in der zwar die optische Abschottung aufgehoben, aufgrund des dann freigegebenen Öffnungsquerschnitts jedoch ein leichtes Einstei gen in das Cockpit bzw. ein Aussteigen daraus, ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Prinzip der beweglichen Einhausung ermöglicht es, diese sehr klein zu gestalten, da im Gegensatz zu einer nach dem Stand der Technik starren Einhausung ein Bewegen des Fahrers innerhalb der Einhausung um die Sitzposition einzunehmen bzw. diese zu verlassen, nicht erforderlich ist. Die Einhausung gemäß der Erfindung muss lediglich so groß sein, dass der Fahrer die notwendige Bewegungsfreiheit besitzt, um insbesondere mit seinen Armen die Bedienelemente des Cockpits wie im realen Fahrbetrieb bedienen zu können. Darüber hinaus muss die erfindungsgemäße Einhausung das Sichtsystem aufnehmen bzw. das Sichtsystem so umgeben oder daran anschließen, dass aus Sicht des in seinem Sitz befindlichen Fahrers eine optische Abschirmung gegenüber der Außenwelt gegeben ist. Im Ergebnis ist es beispielsweise im Falle eines Fahrsimulators für einen Rennwagen ausreichend, wenn die Einhausung Abmessungen von ca. 1,50 m bis 2,00 m jeweils in Länge und Breite sowie ca. 0,5 m bis 0,8 m in der Höhe besitzt. Derartige Einhausungen lassen sich aus Kunststoff oder Blechteilen kostengünstig herstellen und zeichnen sich durch ihr geringes Gewicht aus. Das geringe Gewicht ist deshalb sehr vorteilhaft, weil es kostengünstige Bewegungssysteme zulässt, die die Einhausung samt des Cockpits und des Sichtsystems während des Fahrbetriebs zwecks Beschleunigungssimulation bewegen. Mit dem Fahrsimulator gemäß der Erfindung lassen sich somit kostengünstige, einen sehr geringen Platzbedarf aufweisende, aber dennoch eine hohe Simulationsgüte besitzende Fahrsimulatoren herstellen. Gleichwohl kann der Fahrer einfach und bequem einsteigen, wie dies bei den vorbekannten Systemen mit einfacher Lagesimulation der Fall ist.
Die Überführung der Einhausung von der Schließ – in die Öffnungsstellung und umgekehrt kann grundsätzlich durch eine rotatorische, eine translatorische oder eine kombinierte Bewegung aus den beiden vorgenannten Grundtypen erfolgen. Eine besonderes vorteilhafte Art und Weise besteht darin, dass die Einhausung entlang mindestens einer an dem Fahrzeug oder der Einhausung befestigten Schiene verfahrbar ist. Die Mechanik bei derartigen Systemen ist vergleichsweise einfach, robust und wartungsfrei und mit Hilfe rollengelagerter Systeme lassen sich Reibung und Betätigungskräfte niedrig halten.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, dass die Einhausung ausgehend von der Öffnungsstellung auf den Sitz zu und dabei gleichzeitig schräg nach unten verschiebbar ist. Die Abwärtsbewegung beim Schließen der Einhausung erlaubt einen "optisch dichten" Ab schluss zwischen der Einhausung und den Fahrer umgebenen Wandteilen des Cockpits. Um für den Fahrer möglichst einfach große Sichtwinkel realisieren zu können, kann die Einhausung die Form eines Halbzylinders mit geschlossener Oberseite und offener Unterseite besitzen. Die halbzylindrische innere Mantelfläche der Einhausung ist dann dem auf dem Sitz befindlichen Fahrer zugewandt. Im Falle der Verwendung von Projektoren beispielsweise in Form von Beamern, können diese an der ein Dach der Einhausung bildenden Oberseite oberhalb des Kopfs des Fahrers angebracht sein. Die Rückseite der Einhausung kann offen sein, wenn sich die Seitenflächen der Einhausung in der Schließstellung zu beiden Seiten des Fahrers bis mindestens zu einer vertikalen Ebene erstrecken, die den Rücken des Fahrers tangiert. In diesem Fall sind die Seitenflächen der Einhausung so weit um den Fahrer "herumgezogen", dass trotz der hinteren Öffnung optische Einflüsse von außen für den Fahrer nicht mehr in relevantem Maße wahrgenommen werden können. Die geöffnete Rückseite erlaubt es, die Einhausung mit entsprechender horizontaler Bewegungskomponente von schräg oben vorne über den im Sitz befindlichen Fahrer zu schieben. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine allseits geschlossene Einhausung zu verwenden und diese von oben über den Oberkörper-Bereich des Fahrers zu schwenken bzw. zu verschieben.
Aufgrund der Integration des Sichtsystems in die Einhausung wird vorzugsweise das gesamte Sichtsystem, insbesondere die hierzu gehörigen Monitore und/oder Projektoren zusammen mit der Einhausung von der Öffnungsstellung in die Schließstellung bewegt. Bei Verwendung des Projektionsprinzips ist es aber auch möglich, die Projektoren oberhalb und hinter dem Sitz des Fahrers fest in das Cockpit zu installieren. So ist es möglich, dass eine mit dem Cockpit verbundene Wand die Einhausung nach hinten begrenzt, so dass trotz der offenen Rückseite der Einhausung in der Schließstellung auch hinter dem Fahrer ein vollständiger Abschluss des Cockpit-Innenraums gegeben ist.
Neben einer manuellen Betätigung der Einhausung, die beispielsweise durch Federn oder Gegengewichte unterstützt sein kann, kommen auch Antriebe für die Betätigung in Frage. Diese können sowohl elektrisch, insbesondere elektromotorisch, als auch hydraulisch oder pneumatisch basiert sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels eines Fahrsimulators, der in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigt:
1: Eine Seitenansicht eines Fahrsimulators mit einer Einhausung in einer Öffnungsstellung,
2: wie 1, jedoch in einer Frontansicht,
3: wie 1, jedoch mit der Einhausung in einer Schließstellung,
4: wie 3, jedoch in einer Frontansicht.
Ein in den 1 bis 4 dargestellter Fahrsimulator 1 besteht aus einem in Originalgröße gefertigten Rennfahrzeug 2, das ein Cockpit 3 mit einem Sitz 4 und auch allen übrigen zum Fahren eines derartigen Rennfahrzeugs 2 benötigten Bedienelementen wie Lenkrad, Gas-, Brems-, Kupplungspedal, Schaltknüppel und der üblichen Instrumentierung (Fahrgeschwindigkeit, Drehzahl etc.) ausgestattet ist. Der Fahrsimulator 1 umfasst darüber hinaus ein nur schematisch dargestelltes Bewegungssystem, von dem nur Teile einer Verbindungs- und Lagerungsmechanik 6 sichtbar sind, die an eine Antriebsvorrichtung des Bewegungssystems 5 angeschlossen ist, welche unsichtbar in einem verkleideten Sockel 7 untergebracht ist. Der Sockel 7 seinerseits ist fest mit einer Aufstandsfläche 8 eines Hallenbodens 9 verbunden.
Das Bewegungssystem 5 ist von seinem Aufbau und seiner Funktionsweise her allgemein bekannt, weshalb auf diesbezügliche nähere Ausführungen an dieser Stelle verzichtet werden kann. Das Bewegungssystem 5 erlaubt zumindest eine Drehbewegung des Rennfahrzeugs 2 um eine horizontale, senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Achse (Nicken) sowie um eine horizontale, innerhalb der Zeichnungsebene verlaufende Achse (Wanken). Auf diese Weise können die für das Beschleunigungsempfinden des Fahrers wesentlichen Bewegungen des Cockpits 3, d. h. insbesondere des Sitzes 4, erreicht werden, die sowohl die bei Kurvenfahrt als auch beim Beschleunigen und Verzögern wirkenden Beschleunigungen realistisch simulieren können.
Ein in der Zeichnung nicht sichtbares und von seiner Funktionalität bekanntes Sichtsystem 10 befindet sich im Inneren einer Einhausung 11, die in 1 in einer Öffnungsstellung dargestellt ist. Die Einhausung 11 besitzt ungefähr die Form eines Halbzylinders mit einer Abrun dung 12 im Bereich der oberen vorderen Kante. In der Öffnungsstellung (1 und 3) erlaubt die Einhausung den Einstieg des Fahrers in das Cockpit 3, insbesondere auf den Sitz 4, durch einen hinreichend groß dimensionierten Öffnungsquerschnitt 13. Hat der Fahrer auf dem Sitz 4 Platz genommen, lässt sich die Einhausung 11 von der in 1 dargestellten Öffnungsstellung in eine in 3 dargestellte Schließstellung verfahren, in der das Cockpit 3 nicht mehr sichtbar ist, so dass anders herum betrachtet, der in dem Cockpit 3 sitzende Fahrer vor optischen Einflüssen von außerhalb des Cockpits 3 abgeschirmt ist. Um die optische Abschirmung zu vervollkommnen, kann die offene Rückseite 14 der Einhausung 11 durch eine nicht in der Zeichnung dargestellte Rückwand, die fest mit dem Rennfahrzeug 2 verbunden ist, abgeschlossen sein.
Während des Simulationsbetriebs ist der Fahrer in der Schließstellung der Einhausung 11 gemäß 3 vom realen Horizont entkoppelt, so dass die Bewegungen des Bewegungssystems 5 zu einer sehr realistischen Beschleunigungssituation verwendet werden können. Die Lage im Raum wird allein mit Hilfe des Sichtsystems 10 dargestellt. Das Sichtsystem 10 selbst ist gleichfalls aus dem Stand der Technik bekannt und daher hier nicht näher erläutert. Das Sichtsystem 10 besteht aus mehreren Beamern, die innerhalb der Einhausung oberhalb des Kopfs des Fahrers in der Nähe der Rückseite 14 angebracht sind und gemeinsam das Bild der Fahrstrecke auf die halbzylinderförmig gewölbte innere Mantelfläche 15 der Einhausung 11 projizieren.
Nach Beendigung der Simulation wird die Einhausung 11 wieder in die in 1 gezeigte Öffnungsstellung verschoben, damit der Fahrer das Cockpit 3 verlassen kann. Die Verschiebung der Einhausung 11 um den Verschiebeweg 16 erfolgt mit Hilfe zweier Schienen 17, die auf beiden Seiten des Fahrzeugs angeordnet und gegenüber einer Fahrzeuglängsachse geneigt sind, so dass die Einhausung 11 bei der Überführung in die Öffnungsstellung auch um einen gewissen Betrag angehoben wird. Die bei der rückwärtsgerichteten Schließbewegung eintretende Absenkung der Einhausung 11 begünstigt das blickdichte Abschließen des Cockpitbereichs, wobei durch die Schrägstellung der Schienen 17 in der Öffnungsstellung keine Kollision der Einhausung 11 mit der Vorderachse des Rennfahrzeugs 2 eintritt.

1: Fahrsimulator
2: Rennfahrzeug
3: Cockpit
4: Sitz
5: Bewegungssystem
6: Verbindungs- und Lagerungsmechanik
7: Sockel
8: Aufstandsfläche
9: Hallenboden
10: Sichtsystem
11: Einhausung
12: Abrundung
13: Öffnungsquerschnitt
14: Rückseite
15: innere Mantelfläche
16: Verschiebeweg
17: Schiene

Claims

Fahrsimulator (1) umfassend – ein Cockpit (3) mit einem Sitz (4) für einen Fahrer und mit Bedienelementen eines Fahrzeugs (2), – ein Sichtsystem (10) zur Darstellung der während des Simulationsbetriebs für den Fahrer sichtbaren Umgebung des fahrenden Fahrzeugs (2), – eine Einhausung (11), mit der der Fahrer von optischen Einflüssen von außerhalb des Fahrsimulators (1) abschirmbar ist, und – ein Bewegungssystem (15) zur gemeinsamen Bewegung des Cockpits (3), des Sichtsystems (10) und der Einhausung (11) relativ zu einer Aufstandsfläche (8) des Fahrsimulators (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (11) von einer Schließstellung, in der der Fahrer von optischen Einflüssen von außerhalb des Fahrzeugs (2) abgeschirmt ist, in eine Öffnungsstellung überführbar ist, in der ein Öffnungsquerschnitt (13) besteht, der dem Fahrer einen Einstieg in das Cockpit (3) und ein Verlassen desselben ermöglicht.
Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (11) entlang mindestens einer Schiene (17) verfahrbar ist.
Fahrsimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (11) ausgehend von der Öffnungsstellung auf den Sitz (4) zu und schräg nach unten verschiebbar ist.
Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (11) die Form eines Halbzylinders mit geschlossener Oberseite und offener Unterseite besitzt, wobei eine halbzylindrische innere Mantelfläche (15) der Einhausung (11) dem auf dem Sitz (4) befindlichen Fahrer zugewandt ist und eine Rückseite (14) der Einhausung (11) offen ist und sich Seitenflächen der Einhausung (11) in der Schließstellung zu beiden Seiten des Fahrers hin bis mindestens zu einer vertikalen Ebene erstrecken, die den Rücken des Fahrers tangiert.
Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sichtsystem (10), insbesondere hierzu gehörige Monitore und/oder Projektoren zusammen mit der Einhausung (11) von der Öffnungsstellung in die Schließstellung bewegbar sind.
Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (11) manuell oder mittels eines Antriebs von der Öffnungsstellung in die Schließstellung überführbar ist.