[发明专利]模拟器的改进

说明书

本发明一般涉及用于低成本地模拟坐在车辆中的旅行者体验到的运动感觉而不产生这种运动的改进的模拟装置。

为了在飞行模拟器中产生主观的运动感觉，人们知道采用在多个挠性的外壳或垫中调节流动压力。在US-A-4059909中，以及在本申请人拥有的共同未审定的申请PCT/GB93/01788中，人体被支承在一个由气压撑起的支承表面上。该支承表面的区域可承载一系列垫，使垫的气压变化可改变人体接触该表面的方式，可检测出该表面坚硬或柔软。在垫中使用的气压一般大约为0.1巴，这使气垫支承柔软。在垫中的一种特殊材料具有随压缩变化的强的硬度梯度，因而提供了实际上变化的硬度，因而通过改变垫中的气压，人体被上述材料支承的程度可被改变，从而可以控制支承表面的表观硬度。本文中所用的术语，材料的“硬度”是指随着人体突入该表面，反抗力增加的速率。

大家知道，大脑解释皮肤接触的表面硬度，部分是作为上述表面正向皮肤施加的力的度量。另外，人们知道力产生加速度，而加速度的感觉是事先有某些线索的，例如，与人体接触的表面的表观硬度的增加。因此，与其它模拟如视觉上的或听觉上的模拟同步，通过布置施加适当的硬度变化模型可以产生模拟运动感觉的虚假感觉。这些错觉是飞行模拟器“g座位”的基础，“g座位”是过去研制出来的，具体来说，是由Kron研制并在他的上面提及的美国专利中描述。

人们已经知道上述装置具有几个缺陷。一个重大的潜在问题在于，电子信号产生真实的物理效应所需要的时间。虽然采用电磁致动器驱动的活塞可产生显著的改进，但是，气体的干预质量的热力学性质会妨碍这种作用的迅捷和精确。

另外，这种座位的操作会导致奇怪的、某种程度上非真实的感觉。这是由于在没有真实的加速度变化时，人体压力对不同硬度区域的传递具有副作用，凡是当坐着座位的人进行任何无意识的运动时，这种副作用都可引起坐垫接触区的自动补偿。其结果是座位区域本身感觉起来是“活的”。

不真实的第二个原因是没有伴随作用在与支承面接触的人体上的真实侧向加速力而发生的对衣服的“摩擦”和“牵拉”。实际上，人体在经历在路面上的拐弯力时倾向于在接触表面上滚动或滑动，同时衣服和皮肤有一种横向“牵拉”的感觉，这是人脑认识到的一种预期。

因此，Kron提出，除了压力垫硬度调节器以外，座位的表面-特别是座位平板的表面-应该设计得可在适当的方向上稍许移动，以便寻求对摩擦”暗示的模拟。

另外，与在模拟器座位中采用充气压力垫相关还存在一些实际困难。垫面未受到良好的保护，因而容易意外或故意地被刺穿。一个质量合理的座位需要大量的座垫，每个座垫都与气密密封件相关，因此到时不可避免地会发生空气泄漏。在可能使用这种模拟座位的娱乐场所中，这就意味着会面临高昂的维修费用。在家庭中，没有中央空气供给源可供这种机器使用，因而每个模拟器座位就不得不配备自己的压缩机。但是，如果泄漏(不可避免地)会形成的话，压缩机就必须在设备使用的大部分时间内运转，从而发出不可接受的噪音，并迅速磨损。

以前的模拟器座位的结构借助压力垫提供硬度调节，或者直接提供真实的座位运动，或者对座位的总运动附加压力垫系统，例如，在飞机训练模拟器上那样。

本发明的目的是提供一种模拟器，它不依靠压力垫硬度调节器(虽然也可选装这种调节器)，也不包括公知模拟器的总的物理运动。在本发明中，对其施加(有限)座位运动的模拟器座位设有下述装置，即，这种装置产生附加的暗示，这种暗示给使用者提供了运动的感觉，而不需要进行除了很小暗示运动以外的实际运动。

按照本发明的一个方面，提供模拟运动的设备，包括一个支承面，该支承面能够围绕至少一根轴线至少有限的转动位移，也可以选择地在与所述一根轴线成横向的方向上平动，以便向该支承面所支承的使用者提供模拟的运动感觉。

按照本发明的另一个方面，提供一种模拟运动的方法，引起一支承面相对于被支承的使用者的位移，在使用者和支承面之间的相对运动的方向上，作为被模拟运动的结果。

上述运动往往是在与模拟运动的方向相反的方向上，所述模拟运动用来引起使用者和作为该运动的结果而发生的表面之间的相对运动。例如，为了形成在路上向左转的感觉，支承面向右向下倾斜，因而使用者体验一种相对于座位向右滑动的微小倾向，部分有左转的主观感觉。

在本发明的一个推荐实施例中，支承面进一步设有用于与围绕或与所述一根轴线成横向的位移同步地改变支承面表观硬度的装置，从而影响支承在所述表面上的使用者对表观运动的感觉。