如何在保證性能的前提下，設(shè)計和打造出一款實現(xiàn)體積更小、重量更輕，適合汽車應(yīng)用的運(yùn)動模擬器？RLS磁編碼器和雷尼紹能為您做些什么？
背景
在航空領(lǐng)域，飛行模擬器對于飛行員和工程師來說是至關(guān)重要的工具。使用飛行模擬器可以在地面上安全地進(jìn)行飛行測試和飛行員訓(xùn)練。
面向精英賽車運(yùn)動和汽車行業(yè)的客戶，Dynisma公司開創(chuàng)性地推出了一種新型運(yùn)動發(fā)生器DMG-1。它可以精確模擬細(xì)微的運(yùn)動細(xì)節(jié)，提供完全沉浸式駕駛體驗。DMG-1也適用于汽車研發(fā)階段的車輛動力學(xué)測試和NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）測試應(yīng)用。
Dynisma的創(chuàng)始人是Ash Warne，他曾先后在邁凱倫(McLaren) 和法拉利 (Ferrari) 的F1賽車部門負(fù)責(zé)帶領(lǐng)模擬器團(tuán)隊。Dynisma的目標(biāo)是開發(fā)高性能駕駛模擬器，模擬逼真的車輛運(yùn)動細(xì)節(jié)，幫助F1賽車手奪冠，以及在乘用車投入量產(chǎn)之前幫助汽車工程師評估車輛駕駛性能。
“DMG-1運(yùn)動發(fā)生器適用于汽車測試和賽車運(yùn)動。憑借這項技術(shù)，賽車團(tuán)隊和汽車行業(yè)客戶能夠進(jìn)行模擬更逼真、保真度更高的測試，遠(yuǎn)超以往。比如說，這項技術(shù)的獨(dú)特之處在于高帶寬和極低延遲。這意味著，我們的客戶可以通過運(yùn)動發(fā)生器傳送更多信息，從而展現(xiàn)比以往更逼真、更身臨其境的場景。”
——Dynisma首席工程師兼首席執(zhí)行官
Ash Warne
DMG-1的運(yùn)動系統(tǒng)由兩部分組成：提供高保真和高帶寬運(yùn)動的高頻平臺 (HFP) 和實現(xiàn)較大幅度運(yùn)動的低頻平臺 (LFP)。視覺系統(tǒng)與運(yùn)動系統(tǒng)同步，為駕駛員提供視覺細(xì)節(jié)。
Dynisma的DMG-1工程主管Joshua Bell解釋說：“我們將視覺系統(tǒng)與運(yùn)動發(fā)生器集成在一起。當(dāng)駕駛員坐在車?yán)飼r，他們能夠完全沉浸在他們所看到的場景中。當(dāng)駕駛汽車時，他們既能感受到來自模擬器的運(yùn)動細(xì)節(jié)，也能看到來自視覺系統(tǒng)的視覺細(xì)節(jié)。這兩個系統(tǒng)相互配合，步調(diào)一致。”
挑戰(zhàn)
商業(yè)航空和軍事領(lǐng)域采用的高端專業(yè)運(yùn)動模擬器大多體積大、重量沉、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且價格昂貴。目前，供應(yīng)商們正在保持系統(tǒng)性能的前提下努力縮減產(chǎn)品體積和重量。
低延遲也至關(guān)重要，特別是在賽車運(yùn)動中，車手需要在抓地力處于極限狀態(tài)下駕駛賽車。延遲表示向運(yùn)動模擬器發(fā)送運(yùn)動命令和執(zhí)行運(yùn)動命令之間的時間差。當(dāng)駕駛員糾正轉(zhuǎn)向過度時，糾正速度取決于運(yùn)動系統(tǒng)的反饋速度。延遲越低，駕駛員就能更精確地駕駛模擬汽車。
例如，在某些延遲較高的模擬器中，可能必須在車輛模型中設(shè)計額外的轉(zhuǎn)向不足，才能確保車輛可控。然而，低延遲可以實現(xiàn)還原度極高的車輛模型，從而為駕駛員精確地模擬真實世界駕駛體驗。在汽車設(shè)計中，整車模型的模擬精度對于展現(xiàn)車輛的動態(tài)系統(tǒng)性能至關(guān)重要，例如乘坐舒適度和操控性。
“當(dāng)駕駛員需要對運(yùn)動發(fā)生器發(fā)出的信號快速做出反應(yīng)時，我們的技術(shù)就能以極低延遲為駕駛員添翼加速。我們通過運(yùn)動發(fā)生器傳送的信息取決于我們的客戶正在評估的用例。例如，汽車行駛模擬就是模擬當(dāng)汽車駛過顛簸路面、小型反光裝置、坑洼路面和減速帶時的垂向動力學(xué)，為車內(nèi)的駕乘人員展現(xiàn)非常逼真的場景，”Warne先生說道。
Bell先生繼續(xù)說道：“低延遲是我們產(chǎn)品的一個關(guān)鍵獨(dú)特賣點(diǎn) (USP)。往返總延遲非常重要，因為任何反饋延遲都會進(jìn)而影響到駕駛員。”
解決方案
Dynisma選擇了雷尼紹關(guān)聯(lián)公司RLS的LA11絕對式直線磁編碼器，以實現(xiàn)對皮帶驅(qū)動執(zhí)行器進(jìn)行精確位置控制，這些執(zhí)行器用于驅(qū)動低頻平臺執(zhí)行大幅度運(yùn)動（偏移）。
LFP由三個呈三角形排列的皮帶驅(qū)動執(zhí)行器（地軌）組成，它們通過三個被動式徑向?qū)к壟cHFP的三腳基座連接。LFP的三條地軌可在大行程范圍內(nèi)實現(xiàn)三個自由度（縱向、橫向、扭擺）的運(yùn)動。與之相比，HFP采用六個執(zhí)行器，可在較小運(yùn)動范圍內(nèi)實現(xiàn)六個自由度的運(yùn)動，但保真度更高。
特別是，LA11絕對式磁編碼器的電子電路設(shè)計具有較短的響應(yīng)時間和恢復(fù)時間。LA11磁編碼器還具有多種通信接口選項，可通過串行通信實現(xiàn)絕對位置讀數(shù)和增量位置讀數(shù)的雙輸出。
正如Bell先生所說：“LA11磁編碼器全部位于低頻平臺上。因此，在我們的演示系統(tǒng)中，我們在沿徑向向外延伸的三條地軌上安裝了六個編碼器，而在客戶系統(tǒng)上安裝了九個編碼器。編碼器的輸出連接到Beckhoff安全模塊，這些模塊又與我們的安全程序相連，這樣我們就能監(jiān)控系統(tǒng)的位置和速度。因此，我們可以安全地關(guān)閉任何超出自身安全性能范圍的系統(tǒng)。”
RLS的LA11絕對式直線磁編碼器
“我們對DMG-1的主要要求是，使用一種通過同一個讀數(shù)頭提供絕對式反饋和增量式反饋的編碼器。從實質(zhì)上說，我們需要將相關(guān)軸的位置和速度直接反饋給安全系統(tǒng)。如果我們使用只能提供絕對式信號的編碼器，那么就需要安裝另一個編碼器來獲得增量式信號，而這會占用更多空間。因此，LA11是我們的理想之選，因為它可以通過同一個讀數(shù)頭和鋼帶柵尺生成絕對式信號和增量式信號，從而大幅節(jié)省空間，”Bell先生總結(jié)道。
LFP由三個皮帶驅(qū)動執(zhí)行器（地軌）組成
成果
雷尼紹和RLS提供技術(shù)支持，幫助Dynisma針對具體應(yīng)用選擇并采用合適的編碼器解決方案。DMG-1為客戶創(chuàng)造了巨大價值，未來的市場前景一片光明。
“最初，我們針對以前的一款系統(tǒng)的特定需求聯(lián)系了雷尼紹，他們推薦了關(guān)聯(lián)公司RLS的LA11磁編碼器。從那時起，我們意識到它也非常適合DMG-1。在未來的6到12個月內(nèi)，我們將向汽車和賽車運(yùn)動領(lǐng)域的客戶交付三套DMG-1系統(tǒng)，未來陸續(xù)還有更多訂單，因此我們希望繼續(xù)與雷尼紹和RLS保持合作關(guān)系，”Joshua Bell說道。
多年來，雷尼紹和RLS通過多種多樣的產(chǎn)品，以卓越的技術(shù)和工程支持為后盾，與Dynisma建立了合作伙伴關(guān)系，為眾多客戶的業(yè)務(wù)發(fā)展提供了巨大幫助。Ash Warne繼續(xù)說道：“Dynisma為歐洲、北美及全球其他地區(qū)的賽車運(yùn)動和汽車行業(yè)客戶提供項目服務(wù)。
因此，我們的DMG-1等新產(chǎn)品已經(jīng)擁有廣闊的市場。我們與雷尼紹和RLS保持著非常良好的合作關(guān)系，他們的產(chǎn)品非常符合我們的需求和用例。我們還從這兩家企業(yè)獲得了卓越的產(chǎn)品選型幫助和技術(shù)支持。Dynisma始終致力于開發(fā)和擴(kuò)展產(chǎn)品研發(fā)路線圖，我們計劃在未來幾年繼續(xù)研發(fā)技術(shù)，并且期待與雷尼紹和RLS合作研發(fā)未來產(chǎn)品。”
