FR2745903A1

FR2745903A1 - Mobile platform with decoupled axes of translation and rotation

Info

Publication number: FR2745903A1
Application number: FR9602742A
Authority: FR
Inventors: Michel Andre Lacroix; Alain Leduc; Guillou Rene Le; Daniel Louard
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1997-09-12
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: FR2745903B1

Abstract

The platform incorporates a disc (2) carrying the object under test (v), surrounded by an inner ring (3) movable about the yaw axis and able to roll with respect to an outer ring (4). The outer ring is suspended by jacks (11,12) on a carriage (5) with respect to which it can move vertically and pitch. The carriage moves across a framework of rails (6) which in their turn move longitudinally on orthogonal rails (7). The movable supports (18) and spotlights (19) of a display system are fixed to the moving disc, and its screen (17) is fixed to the inner ring.

Description

La présente invention se rapporte à une plate-forme mobile pour simulateur d'étude de véhicule automobile. The present invention relates to a mobile platform for a motor vehicle study simulator.

Dans un simulateur d'étude de véhicule automobile, la restitution des accélérations pour le conducteur lui-même est un élément primordial de sa qualité. In a motor vehicle study simulator, the reproduction of accelerations for the driver himself is an essential element of its quality.

Pour restituer les accélérations auxquelles peut être soumis un véhicule, on fait généralement appel à des plates-formes mobiles à six degrés de liberté supportées par six vérins. Ces plates-formes mobiles sont bien appropriées à la restitution des accélérations d'aéronefs, mais mal adaptées à la restitution des accélérations de véhicules automobiles. En effet, ces plates-formes mobiles ne peuvent simuler que des déplacements longitudinaux et latéraux de faible amplitude (environ + 1,5 m), ce qui est insuffisant pour l'application à des véhicules automobiles. II faudrait , pour cette derniére application, que la plate-forme soit animée de mouvements longitudinaux et latéraux de plus grande amplitude, de plusieurs mètres. To restore the accelerations to which a vehicle may be subjected, use is generally made of mobile platforms with six degrees of freedom supported by six jacks. These mobile platforms are well suited to the reproduction of aircraft accelerations, but ill-suited to the reproduction of motor vehicle accelerations. Indeed, these mobile platforms can only simulate longitudinal and lateral displacements of small amplitude (approximately + 1.5 m), which is insufficient for the application to motor vehicles. It would be necessary, for this latter application, that the platform be animated with longitudinal and lateral movements of greater amplitude, of several meters.

D'autre part, pour restituer des accélérations longitudinales et latérales maintenues, il faut pouvoir incliner la plate-forme en tangage et en roulis d'un angle relativement important: par exemple d'environ +30 pour restituer une accélération d'environ t 0,5 g. II faut aussi pouvoir restituer simultanément des mouvements de lacets pour simuler des mises en virage ou des sorties de virage, ainsi que des déplacements verticaux de suivi de la route. Les rotations doivent s'effectuer autour d'un point situé au niveau du centre de gravité du véhicule. On the other hand, to restore maintained longitudinal and lateral accelerations, it is necessary to be able to tilt the platform in pitch and roll at a relatively large angle: for example of approximately +30 to restore an acceleration of approximately t 0 , 5 g. It is also necessary to be able to simultaneously reproduce yaw movements to simulate turns or exits from a turn, as well as vertical movements for following the route. The rotations must take place around a point located at the center of gravity of the vehicle.

La configuration à axes couplés des plates-formes mobiles à six degrés de liberté ne permet pas de restituer sans limitations importantes les débattements angulaires et linéaires simultanés requis pour l'application à des véhicules automobiles. II faut alors utiliser des plates-formes mobiles à axes découplés dans lesquelles les axes sont indépendants les uns des autres, et dans lesquelles tous les débattements réalisables sont possibles simultanément et sans limitations. The configuration with coupled axes of the mobile platforms with six degrees of freedom does not make it possible to restore without significant limitations the simultaneous angular and linear deflections required for the application to motor vehicles. It is then necessary to use mobile platforms with decoupled axes in which the axes are independent of each other, and in which all the achievable deflections are possible simultaneously and without limitations.

Le couplage des axes des plates-formes mobiles à six degrés de liberté se traduit aussi par l'impossibilité de réaliser des accélérations angulaires pures autour d'un point fixe, c'est-à-dire sans accélérations linéaires parasites. Pour réaliser des accélérations angulaires pures, il faudrait contrôler avec précision l'accélération linéaire de chacun des six vérins, ce qui n'est pas possible, car la charge des vérins varie en fonction de l'accélération des vérins et de la position de la plate-forme mobile. Coupling the axes of mobile platforms with six degrees of freedom also results in the impossibility of achieving pure angular accelerations around a fixed point, that is to say without parasitic linear accelerations. To achieve pure angular accelerations, it would be necessary to precisely control the linear acceleration of each of the six cylinders, which is not possible, since the load on the cylinders varies according to the acceleration of the cylinders and the position of the mobile platform.

La présente invention a pour objet une plate-forme mobile, en particulier pour simulateur d'étude de véhicule automobile, à axes de translation et de rotation découplés entre eux, dont le dispositif de mise en mouvement présente le minimum possible d'accélérations parasites de couplage des axes de déplacement, tout en autorisant des débattements angulaires et linéaires de grande amplitude. The present invention relates to a mobile platform, in particular for a motor vehicle study simulator, with translation and rotation axes decoupled from each other, the movement device of which has the minimum possible parasitic accelerations of coupling of the axes of movement, while allowing angular and linear deflections of large amplitude.

La plate-forme mobile conforme à l'invention comporte un disquesupport mobile en lacet à l'intérieur d'un premier anneau, ce premier anneau étant suspendu à l'intérieur d'un second anneau de façon à pouvoir pivoter autour d'un premier axe horizontal, ce pivotement étant commandé par au moins un vérin, ce second anneau étant lui-même suspendu à un chariot de façon à pouvoir pivoter autour d'un second axe horizontal, perpendiculaire au premier, sous l'effet d'au moins un autre vérin, le chariot se déplaçant selon une première direction horizontale sur un support qui se déplace selon une deuxième direction horizontale, perpendiculaire à la première, le second anneau étant suspendu au chariot par l'intermédiaire de vérins lui assurant une course verticale, I'écran d'un dispositif de visualisation étant fixé sur le premier anneau , le support mobile et les projecteurs de ce dispositif de visualisation étant fixés sur le disque mobile et le véhicule simulé étant avantageusement relié au disque mobile par des bielles permettant des mouvements de faible amplitude perpendiculairement au disque et parallèlement au disque selon une direction longitudinale. The mobile platform according to the invention comprises a movable yoke support disc inside a first ring, this first ring being suspended inside a second ring so as to be able to pivot around a first horizontal axis, this pivoting being controlled by at least one jack, this second ring being itself suspended from a carriage so as to be able to pivot around a second horizontal axis, perpendicular to the first, under the effect of at least one another jack, the carriage moving in a first horizontal direction on a support which moves in a second horizontal direction, perpendicular to the first, the second ring being suspended from the carriage by means of jacks ensuring a vertical stroke, I ' screen of a display device being fixed on the first ring, the mobile support and the projectors of this display device being fixed on the mobile disc and the simulated vehicle both advantageously connected to the movable disc by connecting rods for low amplitude movements perpendicularly to the disc and parallel to the disk in a longitudinal direction.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel:
- les figures 1 à 4 sont respectivement une vue de côté, une vue arrière, une vue de dessus et une vue de côté en perspective d'une plateforme mobile conforme à l'invention.The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which:
- Figures 1 to 4 are respectively a side view, a rear view, a top view and a perspective side view of a mobile platform according to the invention.

La présente invention est décrite ci-dessous en référence à un simulateur d'étude de voiture automobile, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à une telle application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour la simulation de divers autres types de véhicules, et en général pour mouvoir une plate-forme selon six degrés de liberté découplés entre eux et pouvant atteindre des amplitudes relativement élevées. The present invention is described below with reference to a motor car study simulator, but it is understood that it is not limited to such an application, and that it can be implemented for the simulation various other types of vehicles, and in general to move a platform according to six degrees of freedom decoupled from each other and which can reach relatively high amplitudes.

La plate-forme mobile 1 comprend essentiellement: un disque mobile 2 sur lequel est fixé le véhicule V dont on étudie le comportement, un premier anneau 3 entourant et supportant le disque 2 et autour d'un diamètre duquel peut tourner le disque 2, un second anneau 4 entourant et supportant le premier, un chariot mobile 5 supportant les éléments 2 à 4 et se déplaçant selon une première direction horizontale, par exemple une direction transversale (direction perpendiculaire à l'axe longitudinal du véhicule supporté par le disque 2) sur des rails 6 formant eux-mêmes un cadre-support mobile sur d'autres rails 7, fixés au sol, les rails 6 étant mobiles selon une direction perpendiculaire à la direction de déplacement du chariot 5, c'est-à-dire, dans le cas présent, une direction longitudinale. The mobile platform 1 essentially comprises: a mobile disc 2 on which the vehicle V is fixed, the behavior of which is being studied, a first ring 3 surrounding and supporting the disc 2 and around a diameter of which the disc 2 can rotate, a second ring 4 surrounding and supporting the first, a mobile carriage 5 supporting the elements 2 to 4 and moving in a first horizontal direction, for example a transverse direction (direction perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle supported by the disc 2) on rails 6 themselves forming a movable support frame on other rails 7, fixed to the ground, the rails 6 being movable in a direction perpendicular to the direction of movement of the carriage 5, that is to say, in in this case, a longitudinal direction.

Pour simplifier le dessin, les rails et les dispositifs associés n'ont été représentés que sur les figures 1 et 3.To simplify the drawing, the rails and the associated devices have only been shown in FIGS. 1 and 3.

L'anneau 4 est relié au chariot 5 par des suspensions latérales articulées 8, 9, diamétralement opposées. L'anneau 4 peut basculer (mouvements de tangage) autour d'un axe horizontal passant par ces suspensions. Ces mouvements de tangage sont commandés par un vérin 10. D'autre part, les suspensions 8, 9 sont reliées à des vérins 11, 12 verticaux fixés sur le chariot 5, ce qui permet de déplacer verticalement l'anneau 4, et par conséquent également l'anneau 3 et le disque 2. The ring 4 is connected to the carriage 5 by articulated lateral suspensions 8, 9, diametrically opposite. The ring 4 can tilt (pitch movements) around a horizontal axis passing through these suspensions. These pitching movements are controlled by a jack 10. On the other hand, the suspensions 8, 9 are connected to vertical jacks 11, 12 fixed on the carriage 5, which makes it possible to move the ring 4 vertically, and consequently also ring 3 and disc 2.

L'anneau 3 est supporté par l'anneau 4 en deux zones d'articulation 13, 14 diamétralement opposés et décalées, dans le plan médian de l'anneau 4 (plan passant par le centre de l'anneau et perpendiculaire à son axe), de 90" par rapport aux suspensions 8, 9. Ces articulations sont réalisées de façon à permettre la rotation de l'anneau 3 autour d'un axe horizontal perpendiculaire à celui autour duquel peut basculer l'anneau 4, pour faire effectuer à l'anneau 3, et donc au disque 2, des rotations en roulis. Ces rotations sont commandées par un vérin 15. Les mouvements de lacets du disque 2 à l'intérieur de l'anneau 3 sont commandés par un vérin 16. L'anneau 3 supporte une sphère écran 17, le disque 2 supporte des supports mobiles 18 de projecteurs 19. L'exemple représenté sur le dessin (en figure 3 seulement, pour ne pas surcharger le dessin), comporte deux tels supports mobiles, mais il est bien entendu qu'ils peuvent être en nombre différent et que les projecteurs que chacun d'eux supporte peuvent être de natures différentes (projecteurs de paysage, d'images d'autres véhicules, de piétons, ...). Dans l'application au test de voitures automobiles, les projecteurs d'images de route solidaires du disque 2 sont mobiles en lacet, et cette rotation s'effectue par rapport au centre de la sphère-écran 17 afin de conserver constante la distance de projection et de ne pas modifier la qualité de l'image. Le fait de rendre les projecteurs solidaires du disque 2 (et non pas de l'anneau 3) permet de conserver un champ visuel constant par rapport au conducteur quels que soient ces mouvements de lacet. The ring 3 is supported by the ring 4 in two articulation zones 13, 14 diametrically opposite and offset, in the median plane of the ring 4 (plane passing through the center of the ring and perpendicular to its axis) , 90 "with respect to the suspensions 8, 9. These articulations are made so as to allow the rotation of the ring 3 about a horizontal axis perpendicular to that around which the ring 4 can tilt, to cause the ring 3, and therefore disc 2, roll rotations These rotations are controlled by a jack 15. The laces movements of the disc 2 inside the ring 3 are controlled by a jack 16. The ring 3 supports a screen sphere 17, the disc 2 supports mobile supports 18 of projectors 19. The example shown in the drawing (in FIG. 3 only, so as not to overload the drawing), includes two such mobile supports, but it is good understood that they may be in different numbers and that the spotlights rs that each of them supports can be of different natures (landscape projectors, images of other vehicles, pedestrians, ...). In the application to the test of motor cars, the road image projectors secured to the disc 2 are movable in yaw, and this rotation is carried out relative to the center of the screen sphere 17 in order to keep the projection distance constant. and not to change the image quality. The fact of making the headlights integral with the disc 2 (and not with the ring 3) makes it possible to maintain a constant visual field with respect to the driver regardless of these yaw movements.

Le dispositif de mise en mouvement de plate-forme décrit cidessus permet, grâce au découplage des différents degrés de liberté (en translation et en rotation) de produire, entre autres, des mouvements "purs" (uniquement en translation selon une direction donnée ou uniquement en rotation autour d'un axe donné), et d'effectuer les rotations autour du centre de gravité de la masse "utile" (c'est-à-dire du véhicule testé, alors que dans le cas de plates-formes connues articulées sur un pivot, les rotations s'effectuent autour d'un point situé nettement en-dessous du véhicule). The platform movement device described above allows, thanks to the decoupling of the different degrees of freedom (in translation and in rotation) to produce, among other things, "pure" movements (only in translation in a given direction or only in rotation around a given axis), and perform the rotations around the center of gravity of the "useful" mass (that is to say of the vehicle tested, whereas in the case of known articulated platforms on a pivot, the rotations take place around a point located clearly below the vehicle).

Dans le mode de réalisation décrit ici, le disque 2 a un diamètre d'environ 3 m. Le véhicule est relié au disque 2 par l'intermédiaire de bielles (non représentées) fixées aux points d'attache des suspensions du véhicule. In the embodiment described here, the disc 2 has a diameter of approximately 3 m. The vehicle is connected to the disc 2 by means of connecting rods (not shown) fixed to the attachment points of the vehicle suspensions.

Ces bielles sont mobiles verticalement et longitudinalement et mues par des vérins hydrauliques, avec une course d'environ + 1,5 cm par exemple. Un tel dispositif de liaison permet de restituer les vibrations de fréquence élevée, de direction verticale et longitudinale que subit généralement ou que peut subir un véhicule.These connecting rods are movable vertically and longitudinally and moved by hydraulic cylinders, with a stroke of approximately + 1.5 cm for example. Such a connecting device makes it possible to restore the vibrations of high frequency, of vertical and longitudinal direction that generally undergoes or that a vehicle can undergo.

Le vérin 16 commandant les mouvements de lacets du disque 2 permet d'imposer au véhicule des accélérations angulaires de lacet correspondant, par exemple, à une mise en virage ou à une sortie de virage de ce véhicule. The jack 16 controlling the yaw movements of the disc 2 makes it possible to impose angular yaw accelerations on the vehicle corresponding, for example, to a turning or to a turning out of this vehicle.

L'anneau 3 peut, par exemple, pivoter en roulis de t 30 environ par rapport à l'anneau 4. Cet anneau 4 peut, par exemple, pivoter en tangage de t 30 environ par rapport au chariot 5. Ces débattements angulaires en roulis et en tangage permettent de restituer des accélérations latérales maintenues de t 0,5 g et des accélérations longitudinales de i 0,5 g. The ring 3 can, for example, pivot in roll of t 30 approximately relative to the ring 4. This ring 4 can, for example, pivot in pitch of t 30 approximately relative to the carriage 5. These angular deflections in roll and in pitch make it possible to restore maintained lateral accelerations of t 0.5 g and longitudinal accelerations of i 0.5 g.

Les vérins 11 et 12 ont, par exemple une course de + 10 cm, et permettent de restituer les déplacements verticaux du véhicule par rapport à la route. La course transversale du chariot 5 sur les rails 6, et la course longitudinale des rails 6 sur les rails 7 sont, par exemple, d'environ + 4 m, sous la commande de vérins hydrauliques. The jacks 11 and 12 have, for example a stroke of + 10 cm, and make it possible to restore the vertical movements of the vehicle relative to the road. The transverse stroke of the carriage 5 on the rails 6, and the longitudinal stroke of the rails 6 on the rails 7 are, for example, about + 4 m, under the control of hydraulic cylinders.

Claims

1. - Mobile platform with translation and rotation axes decoupled from each other, characterized in that it comprises a support disc (2) movable in lace inside a first ring (3), this first ring being suspended inside a second ring (4) so as to be able to pivot around a first horizontal axis, this pivoting being controlled by at least one jack (15), this second ring being itself suspended from a carriage (5) so as to be able to pivot about a second horizontal axis, perpendicular to the first, under the effect of at least one other jack (10), the carriage moving in a first horizontal direction on a support ( 6) which moves in a second horizontal direction, perpendicular to the first, the second ring being suspended from the carriage by means of jacks (11, 12) ensuring a vertical stroke, the simulated vehicle, the mobile support (18) and the projectors (19) of a display device being fixed on the movable disc and the screen (17) on the first ring (3).

2. - Platform according to claim 1, characterized in that a vehicle is connected to the mobile support disc (2) by connecting rods allowing small amplitude movements perpendicular to the disc and parallel to the disc.

3. - Platform according to claim 2, characterized in that the movements of the vehicle parallel to the disc are longitudinal movements.

4. - Platform according to one of the preceding claims, characterized in that the support disc (2) is movable inside the first ring (3) relative to the axis of the latter under the control a jack (16).

5. - Platform according to one of the preceding claims characterized in that the display screen is a screen sphere (17) and that the supports (18) of the projectors are movable around the center of this sphere.

6. - Platform according to one of the preceding claims, characterized in that it performs its rotational movements around the center of gravity of the "useful" mass which it supports.

7. - Platform according to one of the preceding claims, characterized in that it is part of a motor vehicle study simulator.