ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств и может быть использована для обучения вождению автомобиля и других аналогичных ему транспортных средств.
Известен тренажер вождения, представляющий собой макет рабочего места водителя, состоящего из стандартного сиденья водителя с системами регулирования параметров, блока педалей, рычага переключения передач, стояночного тормоза, приборного щитка с блоком приборов, рулевое колесо с блоком подрульных переключателей и монитора, расположенного за приборным щитком [1].
Наличие только одного монитора и расположение его экрана перед обучаемым на определенном расстоянии приводит к тому, что в его поле зрения частично попадает другая, не относящаяся к дорожному движению, информация. Например, боковым зрением он может видеть обстановку и то, что происходит в помещении, где установлен тренажер. Кроме того, отсутствие в тренажере системы моделирования динамики движения машины и динамической платформы не позволяет обучаемому ощущать реальность дорожной ситуации. Все это в итоге не позволяет достигнуть высокого качества обучения на тренажере, поскольку оно в значительной степени отличается от условий движения на реальном автомобиле.
Известен также тренажер вождения гусеничной машины, содержащий кабину с органами управления, расположенную на динамической платформе, систему моделирования динамики движения машины, систему имитации визуальной обстановки и имитатор шумов электрически связанные между собой, а два последних, соответственно, с устройством отображения визуальной информации и акустической системой [2].
В динамическом тренажере колебания динамической платформы (тангаж, крен и вертикальное перемещение) осуществляются при помощи
электроприводов и вертикальной однопружинной опоры (стойки), верхний конец которой через карданный шарнир соединен с платформой, а нижний через шлицевое соединение - с неподвижной станиной. Динамическая платформа рассматриваемого тренажера имеет три степени свободы, что позволяет осуществлять колебания полезной нагрузки (кабины), наиболее полно отображающие движение транспортного средства по местности. В то же время, она имеет существенный недостаток - низкую податливость подвижной системы, которая предопределена наличием в ее конструкции одной пружины. Для удержания заданной величины полезной нагрузки (веса кабины) пружина должна быть изготовлена с повышенной жесткостью. Такая пружина не обеспечивает требуемой величины вертикального перемещения кабины, в результате чего водитель, находясь на рабочем месте, недостаточно полно ощущает ситуацию реальной обстановки.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий установленную на подвижной с тремя степенями свободы платформе кабину с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и расположенными в ней устройствами отображения визуальной информации (мониторами) и акустической системой, электрически связанные и управляемые от ЭВМ систему моделирования динамики движения автомобиля, включающую модель трансмиссии с имитатором коробки передач, систему имитации визуальной обстановки, группа выходов которой соединена со входами устройств отображения визуальной информации, модуль имитации шумов, выход которого соединен со входом акустической системы [3]. Как наиболее близкий по конструкции, этот тренажер является ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого тренажера для обучения вождению автомобиля.
В данном устройстве частично устраняются недостатки, особенно те, которые отмечены в первом аналоге. В тренажере имеется система моделирования динамики движения автомобиля, включающая модель
динамики трансмиссии с коробкой передач, в конструкцию введена динамическая платформа, обеспечивающая обучаемому спектр акселерационных нагрузок, расположение монитора за приборным щитком (приближение его к водителю) в определенной степени уменьшает попадание в поле зрения обучаемого ненужной информации.
Вместе с тем, как и во втором аналоге, в прототипе используется однопружинная динамическая платформа, которой присущи недостатки, описанные выше. Отсутствие рулевых нагрузок, зависящих от рельефа местности, скорости движения и других факторов, неуправляемая коробка передач, позволяющая производить переключения на несмежные передачи (например, с первой на четвертую), не дает возможности прививать правильные навыки управления автомобилем при обучении на тренажере. Наличие только одного монитора и расположение его на расстоянии от водителя не исключает попадание в его поле зрения неадекватной информации.
Кроме того, имеют место такие недостатки, как неполное моделирование степени обзора местности за счет отсутствия информации, получаемой водителем через зеркала заднего вида о дорожной ситуации позади автомобиля, а также отсутствие видеомониторинга действий обучаемого.
Предлагаемой полезной моделью решается задача приближения условий обучения на тренажере к реальным условиям движения водителя на тренажерном средстве.
Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это расширение функциональных возможностей тренажера за счет моделирования дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле, и моделируются в тренажере путем введения устройства, регулирующего правильность переключения скоростей в коробке передач, устройства, изменяющего нагрузки на руле в зависимости от рельефа местности, скорости движения и других факторов, выполнением
динамической платформы более податливой за счет введения в конструкцию двух концентрично расположенных одна в другой пружин, расположением мониторов в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины, позволяющим повысить степень обзора местности с места водителя, устранить попадание неадекватной информации в поле зрения обучаемого и обеспечить обучаемого информацией через зеркала заднего вида о дорожной ситуации позади автомобиля. Кроме того, расположение в кабине видеокамеры позволяет инструктору осуществлять видеомониторинг действий обучаемого.
Для достижения этого технического результата известный тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий установленную на подвижной с тремя степенями свободы платформе кабину с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и расположенными в ней устройствами визуальной информации (мониторами) и акустической системой, электрически связанные и управляемые от ЭВМ систему моделирования динамики движения автомобиля, включающую модель трансмиссии с имитатором коробки передач, систему имитации визуальной обстановки, группа выходов которой соединена со входами устройств отображения визуальной информации, модуль имитации шумов, выход которого соединен со входом акустической системы, дополнительно содержит имитатор рулевых нагрузок с приводом руля, устройство управления переключением скоростей коробки передач и установленную внутри кабины видеокамеру для видеомониторинга действий обучаемого, мониторы расположены в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины, а подвижная платформа установлена на динамической опоре, подпружиненной двумя, концентрично расположенными одна в другой, пружинами, при этом пружины имеют разную длину и разный шаг навивки.
Отличительными признаками заявляемого тренажера от ближайшего аналога являются наличие имитатора рулевых нагрузок с приводом руля, устройства управления переключением скоростей коробки передач,
установленной внутри кабины видеокамеры, а также расположение мониторов в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины и установка динамической опоры на подпружиненной двумя концентрично расположенными одна в другой, пружинами, имеющими разную длину и разный шаг навивки.
Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемого тренажера, расширились функциональные возможности изделия, достигнут описанный выше технический результат, что в итоге дало возможность решить поставленную задачу и приблизить условия обучения на тренажере к условиям движения реального транспортного средства (автомобиля).
Предлагаемый тренажер для обучения вождению автомобиля иллюстрируется представленной схемой.
Тренажер (см. схему) содержит кабину 1, установленную на подвижной платформе 2 (на ее столешнице). В кабине 1 размещены органы управления 3, устройства отображения визуальной информации (мониторы) 4, акустическая система 5. Тренажер также содержит электрически связанные и управляемые от ЭВМ 6 систему моделирования динамики движения автомобиля 7, включающую модель трансмиссии 8 с имитатором коробки передач 9, соединенным с устройством 10 управления переключением скоростей коробки передач, имитатор рулевых нагрузок 11, соединенный с приводом руля 12, систему имитации визуальной обстановки 13, соединенную с устройством отображения визуальной информации 4 кабины и монитором инструктора 14, модуль имитации шумов 15, соединенный с акустической системой 5. Внутри кабины установлена видеокамера 16 для видеомониторинга действий обучаемого, информация с которой через имитатор визуальной обстановки 13 передается на монитор инструктора 14. Столешница динамической опоры 2 установлена на динамической стойке 17, которая подпружинена двумя концентрично расположенными одна в другой пружинами 18 и 19, имеющими разную длину и разный шаг навивки. Устройства отображения информации (мониторы) 4 расположены в
плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины 1.
Привод руля 12 представляет собой (как вариант) электродвигатель, который через редуктор цепной передачи поворачивает ось руля, имитируя различные реакции, возникающие в процессе движения реального автомобиля.
Устройство 10 управления переключением скоростей коробки передач представляет собой (как вариант) электромагнитную муфту, управляемую от ЭВМ, которая блокирует рычаг переключения передач в случае неправильных действий обучаемого, например, при попытке переключения на несмежные передачи (с первой на третью и последующие), либо переключения передач без сброса оборотов двигателя.
Работа тренажера для обучения вождению автомобиля осуществляется следующим образом.
Инструктор включает тренажер и при помощи ЭВМ ставит задачу перед обучаемым, находящимся в кабине. Тема текущей задачи появляется перед обучаемым на переднем мониторе.
При получении задачи движения по заданной трассе местности, обучаемый осуществляет запуск двигателя и, воздействуя на органы управления, осуществляет движение. При этом, благодаря наличию электрически связанных и управляемых от ЭВМ системы моделирования динамики движения автомобиля 7, системы имитации визуальной обстановки 13, модуля имитатора шумов 15, имитатора рулевых нагрузок 11 и имитатора коробки передач 9 в тренажере осуществляется моделирование всех систем и агрегатов, имеющих место в реальном автомобиле. На экранах устройств отображения визуальной информации (мониторов) 4 и 14 воспроизводится ландшафт местности, по которой осуществляется движение, а при помощи акустической системы 5 обучаемый слышит шумы двигателя и других агрегатов автомобиля.
Расположение мониторов 4 в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины 1 полностью исключает попадание в поле зрения водителя
посторонней визуальной информации. При этом водитель воспринимает только ту информацию, которая по заранее записанной программе ЭВМ с имитатора визуальной обстановки поступает на мониторы. Кроме того, установка мониторов в плоскостях боковых стекол и особенности системы имитации визуальной обстановки 13 дают возможность объединить информацию на боковых мониторах о дорожной обстановке сбоку и позади автомобиля, получаемую водителем в реальной машине от зеркал заднего обзора.
Введение в кабину 1 видеокамеры наблюдения 16 позволяет осуществить видеомониторинг действий обучаемого с передачей информации на монитор 14 инструктора.
Динамическая платформа 2 тренажера обеспечивает движение кабины 1 с тремя степенями свободы (крен, тангаж и вертикальное перемещение), что наиболее полно отображает движение колесного транспортного средства по местности. Эти перемещения осуществляются при помощи трех электроприводов и подвижной динамической опоры (стойки) 17, которая подпружинена двумя концентрично расположенными одна в другой пружинами 18 и 19, имеющими разную длину и разный шаг навивки. При подаче управляющих сигналов с блока управления на приводы они через кривошипно-аксиальные механизмы осуществляют пространственное перемещение кабины 1. Подпружиненная опора 17 при помощи двух концентрично расположенных одна в другой пружин 18 и 19, имеющих разную длину и шаг навивки, придает большую податливость подвижной системе за счет менее жестких пружин и последовательной их работы (сжатия). Это позволяет достичь величины вертикальных перемещений, адекватных перемещениям, имеющим место в реальном автомобиле.
Одним из наиболее важных устройств, передающих водителю ощущение опорной поверхности ландшафта, является руль. На протяжении всего маршрута движения водитель постоянно контролирует его поведение и, в зависимости от дорожной обстановки, получаемой через имитатор
визуальной обстановки, принимает решение о последующем действии.
Сумма реакций руля на водителя передает ему большой объем сенсорной информации, а именно: скорость движения, разность грунтовых покрытий под передними колесами, наличие микро и макронеровностей. Для воспроизведения этих реакций в тренажере он снабжен имитатором рулевых нагрузок 11 и приводом руля 12, воспроизводящим соответствующие реакции руля, адекватные реакциям, возникающим в реальном автомобиле в процессе его движения.
Воспроизведение имитатором рулевых нагрузок вышеуказанных реакций осуществляется от датчика состояния руля, вырабатывающего определенные сигналы, соответствующие указанным реакциям. Эти сигналы через вычислитель поступают на исполнительный орган имитатора - электродвигатель, который через редуктор цепной передачи поворачивает ось руля, имитируя перечисленные реакции.
Важным элементом конструкции, влияющим на выработку правильных навыков управления автомобилем, является также коробка передач. Правильная последовательность переключения передач: последовательность включения той или иной передачи, возможность перехода на пониженную передачу в зависимости от числа оборотов двигателя, вырабатывают у обучаемого необходимые навыки по управлению автомобилем. Для этого тренажер снабжен устройством 10 управления переключением скоростей коробки передач. Таким устройством является управляемая от ЭВМ электромагнитная муфта. Получая записанные в программе соответствующие сигналы, она блокирует неправильные действия водителя, то есть не позволяет, например, переключаться на несмежные передачи (с первой на третью и последующие), производить переключение скоростей без сброса числа оборотов двигателя.
Все это приближает условия обучения на тренажере к условиям движения на реальном автомобиле.
Таким образом, предлагаемой полезной моделью достигается
расширение функциональных возможностей тренажера за счет моделирования дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле, что приближает условия обучения на тренажере к реальным условиям движения водителя на колесном транспортном средстве.
Заявляемый в качестве полезной модели тренажер для обучения вождению автомобиля может быть изготовлен в условиях серийного производства на любом машиностроительном предприятии с использованием отечественных и зарубежных материалов и комплектующих изделий.
Использованные источники.
1. Патент РФ на полезную модель №72563, кл. G09B 9/04, опубл. 20.04.2008.
2. Масанов А.Н., Костин К.К., Танковые тренажеры. Агрегатное моделирование. - Рязань: издательство «Поверенный», 2007. - 328 с., Стр.147, 156, 206-208.
3. Патент РФ на полезную модель №73528, кл. G09B 9/04, опубл. 20.05.2008.