[发明专利]一种具有重载宽频带响应的车辆驾驶模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆驾驶模拟器，尤其是涉及一种具有重载宽频带响应的车辆驾驶模拟器。

背景技术

车辆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仿真系统。车辆驾驶模拟器集合了传感器技术、计算机技术、三维实时动画技术、网络技术等多种先进技术。借助车辆驾驶模拟器，能对“驾驶员-汽车-道路”相互关系进行研究并对驾驶员进行训练。车辆驾驶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，车辆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，它的应用已经越来越普遍。

国外早在1929年美国的埃德文·林克就设计了第一台飞行驾驶模拟器，并逐渐应用到车辆驾驶模拟器。国内北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等都对驾驶模拟器进行了相关研究，吉林大学、南京大学也开发了汽车驾驶模拟器，装甲兵工程学院研制了水陆坦克驾驶训练模拟器等。先进的驾驶模拟器主要由一个高仿真的驾驶舱、虚拟视景系统和一个六自由度运动模拟平台等组成。驾驶舱内布置的方向盘、油门、刹车、挡位、仪表等与被模拟对象在布局上和功能性能上几乎一致，操作人员根据虚拟视景系统产生的画面操纵驾驶舱的操作部件从而驱动运动模拟平台运动，获取身临其境的真实感觉。六自由度运动模拟平台都是基于经典的Stewart结构，它包括动平台、静平台、并分别通过铰链或万向节与六个液压缸连接，通过对六个油缸的独立控制，可以实现动平台在X、Y、Z三个方向的移动与转动，达到与真实设备里驾驶产生类似感觉的目的。

按照用途分类，车辆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，也可以对微观交通系统进行仿真，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-车-环境”闭环系统的整体性能出发，利用计算机对汽车动力性、操纵稳定性、制动性能等进行仿真研究和开发的实验装备。

基于开发型驾驶模拟器的特性，使其成为工程研究的理想平台，尤其是对于大型设备的研究，例如装甲车辆。由于装甲车辆自身质量大，要求模拟器提供较大的载荷，这类模拟器一般采用液压缸驱动，但液压系统自身的非线性特性结合并联机构的强耦合性给控制带来较大的难度，特别是使机构控制很难满足动态响应要求，现在大载荷的模拟器控制带宽均较小、频率响应很低。据文献报道，美国国家航空航天局设计的六自由度动力学试验系统，由液压缸驱动的Stewart并联平台作为运动模拟器，负载能力为2000磅，液压系统带宽为0－8赫兹，国内六自由度运动模拟器频率带宽一般为0～3赫兹。

电动缸主要采用电机、丝杠等驱动，具有高速度和高响应的特性，但提供的推力比液压缸小。例如美国Exlar公司的GSX系列伺服电动缸，最高直线速度可达1000mm/s，最高转速可达5000rpm，响应频率可达几十赫兹。

驾驶员在真实车辆座椅上驾驶时，往往能感受到发动机振动、车体结构振动等高频振动，如果车辆驾驶模拟器只提供如此低频且窄带宽的运动，将严重影响系统的整体性能，特别是驾驶员在座椅上的真实感将与真实设备中相差甚远。

发明内容

针对现有的车辆驾驶模拟器频率带宽都较窄的缺点，特别是影响驾驶员在座椅上的真实感的缺点，本发明的目的在于提供一种具有重载宽频带响应的车辆驾驶模拟器。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括六自由度液压驱动运动平台；模拟舱安装于六自由度液压驱动运动平台的动平台的上表面上，位于模拟舱内部的三自由度电动驱动运动座椅：包括座椅，座椅动平台，连接座椅动平台和动平台的三套结构完全相同的座椅驱动机构；每套座椅驱动机构均包括上球铰链、电动缸、下铰链、电机和减速器；三个下铰链分别均匀分布地安装在动平台上，三个上球铰链分别通过电动缸、减速器与下铰链连接，电机与减速器输入轴连接，上球铰链同时均匀地固定于座椅动平台的下表面，座椅安装在座椅动平台上表面。

本发明具有的有益效果是：

六自由度液压驱动运动平台能提供大推力，使得模拟舱进行重载条件下的运动，三自由度电动驱动运动座椅能提供模拟舱内座椅高频率宽频带的运动，驾驶员坐在模拟舱内座椅上驾驶时，感受到的是以上两种运动的复合运动，有效地提高了驾驶员在重载条件下对发动机振动、路面激励产生车体结构振动等高频振动的体验，使得车辆驾驶模拟器的模拟效果更加逼真。本发明可以用于大型工程机械车辆或装甲车辆驾驶模拟器。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。