ПЛАТФОРМА ПОДВИЖНОСТИ ТРЕНАЖЕРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств и может быть использована для имитации колебаний шасси транспортного средства, включающих продольные перемещения (трогание, торможение, разгон) и поперечные перемещения (юз, повороты, занос), приведенные к кабине транспортного средства, в процессе обучения вождению на тренажере.
Известна трехстепенная динамическая платформа тренажера транспортного средства [1], содержащая подвижную балку, установленную на концах вращающегося вала, расположенного внутри опорной балки, закрепленной на разгрузочном торсионе и обеспечивающая, с помощью трех частотно-управляемых электроприводов, двух кривошипно-шатунных и одного поворотного механизмов перемещение кабины с обучаемыми по трем независимым степеням свободы от сигналов, поступающих от ЭВМ в реальном масштабе времени. На перемещающейся вокруг двух осей подвижной балке размещено опорно-поворотное устройство.
Данная платформа при имитации движения поворота одним приводом вращения не обеспечивает адекватного восприятия акселерационных нагрузок, испытываемых водителем при маневрировании транспортным средством, ибо в воспроизводимых динамическим тренажером перемещениях отсутствует продольная составляющая перемещения. Полная имитация нахождения транспортного средства в повороте может быть достигнута только при сумме вращательного перемещения в плоскости поворота и продольного перемещения по курсу транспортного средства. При адекватных диапазонах этих перемещений вестибулярный аппарат обучаемого воспринимает акселерационные нагрузки, подобные тем нагрузкам, которые испытывает водитель при управлении транспортным средством.
Известен динамический тренажер транспортного средства [2], динамическая платформа которого содержит неподвижную станину, подвижную раму, установленную на балке, которая с помощью траверсы закреплена на торсионе. Торсион установлен на опорах, закрепленных на неподвижной станине. Подвижная рама связана с балкой цилиндрическими шарнирами для обеспечения поворота рамы вокруг оси балки. На балке установлен электродвигатель и винтовой привод, связанный с подвижной рамой, который обеспечивает перемещение рамы вдоль балки. По обе стороны от продольной оси балки на станине установлены электроприводы, состоящие из электродвигателей с редукторами, выходные валы которых соединены с кривошипами, шатуны которых шаровыми опорами соединены с боковыми сторонами подвижной рамы. Балка установлена таким образом, что ее горизонтальное положение соответствует нулевому углу тангажа. Электроприводы разгружены упругими элементами торсиона на всем рабочем диапазоне ходов. На подвижной раме установлена кабина тренажера.
Данная динамическая платформа тренажера транспортного средства наиболее близка к заявляемой по совокупности общих признаков и является ее ближайшим аналогом (прототипом).
Наличие трех степеней свободы в рассматриваемой динамической платформе (крен, тангаж и продольное перемещение) позволяет осуществлять пространственные перемещения полезной нагрузки (кабины обучаемого), наиболее полно отображающие движение транспортного средства по местности. Однако, несмотря на очевидные преимущества в эксплуатационных характеристиках, она не позволяет имитировать перемещения, необходимые для выработки навыков вождения - отсутствует возможность имитации вращательной составляющей движения в повороте.
Предлагаемой полезной моделью решается задача приближения условий обучения к реальным за счет более точной имитации динамики движения транспортного средства при обучению вождению на тренажере.
Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это улучшение динамических характеристик платформы за счет увеличения количества степеней свободы перемещения путем придания платформе вращательного движения вокруг вертикальной оси и бокового смещения.
Для достижения этого технического результата известная динамическая платформа тренажера транспортного средства, содержащая станину и смонтированную на ней подвижную раму, установленную на балке, имеющую привод продольного перемещения вдоль балки и соединенную с балкой цилиндрическими шарнирами, которая расположена горизонтально при нулевом угле тангажа и через траверсу соединена с торсионом, а через кривошипно-шатунные механизмы с электроприводами тангажа и крена, установленными на неподвижной станине, дополнительно содержит блок управления электроприводами, расположенный на станине, и два электропривода, установленные на балке, исполнительные элементы которых аксиально соединены с продольной стороной подвижной рамы, а привод продольного перемещения оснащен аксиальными концевыми соединителями, взаимосвязанными с одной стороны с балкой, а с другой стороны с подвижной рамой.
Отличительными признаками заявляемой платформы подвижности динамического тренажера является наличие расположенного на станине блока управления электроприводами и двух дополнительных электроприводов, установленных на балке, исполнительные элементы которых аксиально соединены с продольной стороной подвижной рамы, а привод продольного перемещения оснащен аксиальными концевыми соединителями, взаимосвязанными с одной стороны с балкой, а с другой стороны с подвижной рамой.
Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемой динамической платформы, увеличилось количество степеней свободы перемещения с трех до пяти за счет работы двух дополнительных электроприводов, исполнительные механизмы которых аксиально соединены с продольной стороной подвижной платформы. Поворот рамы с полезной нагрузкой вокруг вертикальной оси вправо или влево обеспечивается асинхронным перемещением исполнительных механизмов этих электроприводов, а имитация бокового смещения полезной нагрузки осуществляется синхронным перемещением исполнительных механизмов данных электроприводов. Это дало возможность имитировать движение в поперечной плоскости и вращение в плоскости поворота, обеспечивая тем самым полный объем перемещений для выработки навыков вождения.
На чертеже приведена кинематическая схема заявляемой платформы подвижности динамического тренажера транспортного средства.
Платформа подвижности содержит станину 1, на которой смонтирована подвижная рама 2, установленная на балке 3. Перемещение кабины в пространстве (продольное, поперечное и вращательное) осуществляется с помощью приводов 4, 5 и 6, оснащенных аксиальными концевыми соединителями 7, взаимосвязанными с одной стороны с балкой 3, а с другой стороны с подвижной рамой 2. Балка 3 связана с траверсой 8 цилиндрическими шарнирами для обеспечения поворота рамы вокруг оси балки. В поперечной плоскости балка 3 имеет степень вращения вокруг оси торсиона 9, один конец которого закреплен на траверсе 8, а другой на опоре 10, закрепленной на станине 1 платформы подвижности. Пространственное положение балки 3 задается тремя точками, первая из которых фиксирована и находится на пересечении осей торсиона 9 и балки 3, две другие точки являются аксиальными соединителями 11 и 12 кривошипно-шатунных механизмов 13 и 14 двух мотор-редукторов 15 и 16 (электроприводы тангажа и крена), закрепленных на станине 1 симметрично оси балки 3. Управление всеми приводами осуществляется через блок управления 17, расположенный на станине 1. (Связи блока управления с электроприводами на схеме не показаны).
Работа платформы подвижности тренажера транспортного средства осуществляется следующим образом.
В исходном положении, при отсутствии сигнала управления «тангаж», подвижная рама 2 находится в горизонтальном положении за счет предварительной закрутки торсиона 9. Перемещение балки 3 и подвижной рамы 2 по сигналу «крен» с блока управления 17 осуществляется асинфазным перемещением исполнительных механизмов приводов 15 и 16, а имитация движения по сигналу «тангаж» - при синфазных их перемещениях.
При получении сигнала управления «трогание» привод 4 осуществляет перемещение исполнительного механизма и полезной нагрузки вдоль продольной оси подвижной рамы 2 в прямом направлении (вперед). По сигналу «торможение» следует аналогичное перемещение исполнительного механизма привода 4 в обратном направлении (назад). В это время приводы 5 и 6 синхронными смещениями своих исполнительных механизмов помогают сохранять линейность перемещения полезной нагрузки, размещенной на раме 2.
Для отработки вращения полезной нагрузки вокруг ее вертикальной оси используются асинхронные перемещения исполнительных механизмов приводов 5 и 6, а привод 4 осуществляет коррекцию вращения.
Имитация бокового смещения полезной нагрузки осуществляется синхронным перемещением исполнительных механизмов приводов 5 и 6.
Осуществление имитации поворота транспортного средства вокруг смещенного центра вращения воспроизводится одновременным перемещением приводов 4, 5 и 6 по следующему алгоритму.
А1. ускоренное движение вперед влево)ед влево
Привод 4
Привод 5
Привод 6
назад
вперед
вперед
А2. движение вперед вправо
Привод 4
Привод 5
Привод 6
вперед
назад
вперед
Б1. движение задним ходом влево
Привод 4
Привод 5
Привод 6
назад
вперед
назад
Б2. движение задним ходом вправо
Привод 4
Привод 5
Привод 6
вперед
назад
назад
Величины перемещений исполнительных механизмов пропорциональны радиусу поворота и ускорению движения имитируемого транспортного средства в повороте.
Имитация протяженного перемещения транспортного средства в ограниченных диапазонами перемещений исполнительных механизмов приводов подвижности достигается за счет особенности формирования сигналов управления. Особенность наличия данных сигналов определяется характеристиками чувствительности вестибулярного аппарата человека.
На вход блока управления 17 поступают сигналы с имитаторов кабины тренажера и блоков систем и агрегатов транспортного средства. Выходами блока управления являются двунаправленные информационные каналы управления пятью приводами подвижности. В одном направлении от блока управления поступают группы сигналов, содержащие кроме служебной информации величины перемещений. В другом направлении, к блоку управления, поступают группы сигналов, содержащие кроме служебной информации величины перемещений с датчиков обратной связи.
С тренажерного комплекса на блок управления поступают сигналы пространственного перемещения транспортного средства. При регистрации величин ускорений по каждому из перемещений меньших, чем величины порогов чувствительности человека, сигналы управления, подаваемые на приводы перемещения, не вырабатываются или, в зависимости от положения исполнительных механизмов, формируются сигналы по возвращению в исходное положение. При достижении установленного ускорения привод возвращает исполнительный механизм в исходное положение.
Использование в динамическом тренажере вождения заявляемой платформы подвижности, расширяющей количество воспроизводимых степеней свободы по перемещению кабины с обучаемым до пяти, позволяет осуществлять выработку всех необходимых навыков водителя по управлению транспортным средством.
Использованные источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №82497, кл. G09B 9/00, опубл. 27.04.2009.
2. Патент РФ на полезную модель №50330, кл. G09B 9/04, опубл. 27.12.2005.