КАБИНА ТРЕНАЖЕРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств и может найти применение в конструкции тренажеров для обучения вождению автомобиля.
Известно устройство для обучения вождению автомобиля, выполненное на базе реального автомобиля, содержащего кабину со штатными органами управления и имитаторы звуковой и визуальной информации. В основу последнего положен кинопроекционный метод имитации, включающий кинопроекционный аппарат и демонстрационный экран, расположенный на значительном удалении от кабины водителя (патент РФ №2171501, опубл. 27.07.2001 г.).
Известна также кабина тренажера транспортного средства с органами управления и расположенные в ней электрически связанные между собой проекторы, монитор и аудиоколонки моделирования зрительной и звуковой информации движения транспортного средства, при этом экран имитатора визуальной обстановки удален от обучаемого на расстояние, обеспечивающее поле зрения для бинокулярного восприятия зрительного образа, соответствующее полю зрения обозреваемому из кабины реального транспортного средства (полезная модель РФ №50031, опубл. 10.12.2005 г.).
Общим и существенным недостатком указанных аналогов является то, что они не обеспечивают адекватность восприятия дорожной ситуации, воспроизводимой на экранах. Расположение экранов на значительном удалении от обучаемого 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. Наличие так называемого информационного «шума» не позволяет водителю ощущать реальность дорожной ситуации.
Наиболее близкой по конструкции к заявляемой и выбранной в качестве ее ближайшего аналога (прототипа), является кабина тренажера вождения, состоящая из стандартного сидения водителя с системами регулирования параметров, блока педалей, рычага переключения передач, стояночного тормоза, приборного щитка с блоком приборов, рулевое колесо с блоком подрулевых переключателей и монитора, расположенного за приборным щитком (полезная модель РФ №72563, опубл. 20.04.2008 г.).
В данном устройстве, частично устраняются недостатки, отмеченные в приведенных выше аналогах. Расположение монитора за приборным щитком (приближение его к водителю) в определенной степени уменьшает, но не устраняет поступление в поле зрения обучаемого ненужной информации. Кроме того, во всех приведенных аналогах 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 моделирования рулевых нагрузок, адекватных нагрузкам, определяющимся условиями сцепления передних колес реального автомобиля с дорожным покрытием.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения степени обзора местности с места водителя и уменьшение ее искажения, устранение попадания в поле зрения обучаемого неадекватной информации, приближение условий обучения к реальным за счет моделирования рулевых нагрузок, а также обеспечение видеомониторинга действий обучаемого. Кроме того, данной полезной моделью решается сопутствующая задача - повышение технологичности и снижение весовых характеристик кабины.
Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это повышение степени обзора местности с места водителя, уменьшение искажения визуальной информации, приближение условий обучения к реальным, повышение технологичности и снижение веса кабины, обеспечение видеомониторинга действий обучаемого.
Для достижения этого технического результата в известной кабине тренажера транспортного средства, содержащей разборный корпус с расположенным в нем креслом водителя, устройством отображения визуальной информации (монитором) и имитаторами органов управления, включающими блок педалей, рычаг переключения передач, рычаг стояночного тормоза, приборную панель и рулевую колонку, мониторы расположены в воображаемых плоскостях лобовых и боковых стекол корпуса кабины, причем мониторы, расположенные в плоскостях лобовых стекол, снабжены устройством изменения угла наклона экрана, а рулевая колонка дополнительно содержит имитатор нагрузок на руле, адекватных нагрузкам, зависящим от условий сцепления передних колес реальной машины с дорожным покрытием, при этом кабина снабжена видеокамерой, обеспечивающей видеомониторинг действий обучаемого. Корпус кабины выполнен из термопластического материала.
Варианты: мониторы расположены на внешних плоскостях лобовых и боковых стекол корпуса; мониторы расположены в проемах корпуса, выполненных под лобовые и боковые стекла.
Отличительными признаками заявляемой кабины от ближайшего аналога по патенту РФ на полезную модель №72563, влияющими на достижение технического результата, является: расположение мониторов в воображаемых плоскостях лобовых и боковых стекол; наличие у мониторов, расположенных в плоскостях лобовых стекол, устройства для изменения угла наклона экранов; наличие у рулевой колонки устройства для имитации нагрузок, обеспечивающего изменение усилий на руле, в зависимости от условий сцепления передних колес автомобиля с дорожным покрытием; наличием в кабине видеокамеры; выполнение корпуса кабины из термопластичного материала; и как варианты, расположение мониторов на внешних плоскостях лобовых и боковых стекол и расположение мониторов в проемах корпуса, выполненных под лобовые и боковые стекла.
Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемой кабины
полностью устранена возможность попадания в поле зрения обучаемого информации, отличной от той, которая воспроизводится на мониторах. Установка мониторов в плоскостях боковых стекол дает возможность отобразить информацию о дорожной обстановке позади автомобиля, получаемую водителем в реальной машине от зеркал заднего обзора. Наличие в рулевой колонке имитатора нагрузок позволяет сымитировать нагрузки, имеющие место в реальном транспортном средстве, обусловленные сцеплением передних колес машины с дорожным покрытием. Устройство изменения угла наклона экранов лобовых мониторов позволяет устанавливать их в такое положение, в зависимости от антропометрических данных и особенностей зрения обучаемого, которое исключает искажение информации на мониторах. Все это значительно приближает условия обучения водителей на тренажере к реальным условиям вождения автомобиля. Кроме того, выполнение разъемных частей корпуса кабины из термопластичного материала позволяет повысить ее технологичность за счет применения метода вакуумной формовки, снизить вес и, как следствие, улучшить динамические характеристики платформы, на которой установлена кабина. Наличие в кабине видеокамеры позволяет осуществлять видеомониторинг действий обучаемого.
Предлагаемая кабина тренажера транспортного средства иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 - показан схематичный общий вид кабины в продольном разрезе;
на фиг.2 - внешний вид кабины в аксонометрической проекции;
на фиг.3 - схема формирования изображения на экранах мониторов кабины.
Кабина (фиг.1) содержит разборный корпус 1, расположенные в нем кресло водителя 2, мониторы лобовых стекол 3 с устройством изменения угла наклона экранов, содержащим одностепенной шарнир с осью вращения 4 и привод линейного перемещения (талреп) 5, мониторы боковых стекол 6,
имитаторы органов управления, включающие блок педалей 7, рычаг переключения передач 8, рычаг стояночного тормоза 9, приборную панель 10, рулевую колонку 11 с имитатором нагрузок 12, видеокамеру 13. Как вариант, имитатор нагрузок представляет собой устройство, содержащее соединенный с осью руля через редуктор цепной передачи электродвигатель, осуществляющий имитацию изменения усилий, зависящих от воздействия передних колес машины на дорожное покрытие и действий водителя в реальном автомобиле.
Работа составляющих элементов кабины тренажера транспортного средства осуществляется следующим образом.
Обучаемый, находящийся в кабине, воздействуя на органы управления, осуществляет управление движением машины по ландшафту. Сенсорные ощущения этого движения формируются имитаторами тренажера: имитатором визуальной обстановки, имитатором реакций руля, показаниями контрольных приборов и шумами работающих систем и агрегатов транспортного средства.
Одним из наиболее важных устройств, обеспечивающих водителю информацию о дорожной обстановке, является имитатор визуальной обстановки. Отличительной особенностью конструкции автомобильного транспортного средства является предоставление водителю большого сектора обзора, определенным четырьмя проемами кабины. Совокупность четырех проемов обеспечивает обзорность по азимуту до 200 градусов. Дополнительно к визуальной информации в прямом наблюдении через боковые проемы кабины водитель может наблюдать обстановку сзади машины по установленным зеркалам заднего вида.
Для достижения адекватного эффекта воспроизведения визуальной обстановки в тренажере на его кабину устанавливаются четыре монитора (фиг.2): два монитора лобовых стекол 3 и два монитора боковых стекол 6, на которые по заранее записанной программе ЭВМ с имитатора визуальной обстановки поступает изображение ландшафта, по которому осуществляется
движение автомобиля и изображение дорожной ситуации. Мониторы могут быть установлены как на внешней стороне лобовых и боковых стекол, так и непосредственно в проемах, выполненных под эти стекла. Рабочее поле каждого из мониторов перекрывает соответствующий проем кабины и воспроизводит видеоинформацию, адекватную информации, наблюдаемой в соответствующем секторе.
Как видно из схемы формирования изображения на экранах мониторов (фиг.3), содержание видеоинформации, воспроизводимой на мониторе сектора А складывается из информации непосредственного наблюдения в секторе А с видеоинформацией имитатора левого зеркала заднего вида. Аналогично формируется результирующее изображение на мониторе сектора Г, в нем микшируется информация, наблюдаемая непосредственно в секторе Г с видеоинформацией правого зеркала заднего вида.
В результате обучаемый воспринимает только ту информацию, которая воспроизводится на мониторах кабины.
Другим 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, как то: скорость движения, разность грунтовых покрытий перед передними колесами, наличие микро и макро неровностей. Для воспроизведения этих реакций в тренажере применен блок имитации нагрузок, воспроизводящий следующие функции реакция руля:
1) при движении машины. При остановленной машине нагрузка поворота руля большая и максимальна на величинах предельного поворота, эта нагрузка уменьшается с увеличением скорости движения;
2) люфт рулевой колонки определяет возврат руля из положения, отличного от положения передних колес, в сторону уменьшения
величины люфта. Величина люфта уменьшается с увеличением скорости движения.
3) взаимодействие с грунтовыми покрытиями. При разности свойств грунтовых покрытий под передними колесами осуществляется радиальная нагрузка приводящая машину в сторону грунта с наибольшим коэффициентом трения качения. Сила приведения руля зависит от разности этих коэффициентов;
4) отработка микропрофиля. На наличие микронеровностей, величина которых составляет менее половины радиуса колеса, руль машины реагирует самовозвратным импульсом. Скорость нарастания и убывания этого импульса зависит от скорости движения машины. При этом, попадание в выбоину на дороге сопровождается уводом руля в сторону этой выбоины; наезд на выступ сопровождается уводом руля в сторону обратную этому выступу;
5) отработка макропрофиля. Движение по косогору сопровождается уводом руля в сторону колеса с меньшей высотой;
Воспроизведение имитатором нагрузок вышеуказанных реакций осуществляется от датчика состояния руля, вырабатывающего определенные сигналы, соответствующие вышеуказанным реакциям, которые через вычислитель поступают на исполнительный орган имитатора - электродвигатель, который через редуктор цепной передачи поворачивает ось руля, имитируя перечисленные реакции.
Необходимость в наличии устройства изменения угла наклона экранов мониторов, расположенных в плоскостях лобовых стекол, вытекает из различия антропометрических данных обучаемых и особенностей их зрения. В результате этого при неизменном положении мониторов у обучаемых может происходить искажение визуальной информации, отображаемой мониторами. При вращении гайки привода линейного перемещения (талрепа) 5 происходит поворот экрана монитора вокруг оси вращения 4, и он занимает положение, при котором отсутствует искажение визуальной информации у
конкретного обучаемого.
Введение в кабину видеокамеры наблюдения позволяет осуществлять видеомониторинг действий обучаемого с передачей информации на пульт инструктора.
Таким образом, при решении поставленных задач в заявляемой кабине устраняются недостатки, имеющие место в прототипе и достигается технический результат, заключающийся в повышении степени обзора местности с места водителя, уменьшении искажения визуальной информации, приближении условий обучения к реальным, обеспечении видеомониторинга действий обучаемого, а также повышение технологичности и снижение веса кабины.