ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ ВОЕННЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН С РУЛЕВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
SIMULATOR FOR TRAINING OF COMBAT CRAWLER MACHINES WITH STEERING CONTROL

Изобретение относится к области учебно-тренировочных средств, а именно к тренажерам для подготовки механиков-водителей по вождению военных гусеничных машин с рулевым управлением.
Известен динамический тренажер вождения танка Т-72 («Тренажеры и технические средства обучения». Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России, том XVIII, издательский дом «Оружие и технологии», Москва, 2009 г., стр.116), тренажер механика-водителя танка Т-90 с рычажным управлением движением («Тренажеры и технические средства обучения». Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России, том XVIII, издательский дом «Оружие и технологии», Москва, 2009 г., стр.112), динамические трехстепенные тренажеры вождения боевых машин БМД и БМП с рулевым управлением движения.(«Тренажеры и технические средства обучения». Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России, том XVIII, издательский дом «Оружие и технологии», Москва, 2009 г., стр.118).
Эти тренажеры содержат макет-кабину (отделение механика-водителя), оснащенную органами управления, смотровыми и контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими пуск двигателя, контроль за работой двигателя, обслуживающих его систем и агрегатов трансмиссии. Перед приборами наблюдения механика-водителя установлен монитор, на который передается изображение местности полигона. Обучаемый механик-водитель осуществляет имитацию движения машины по смоделированной записи местности полигона, передаваемой на экран монитора, в соответствии с командами командира (руководителя). Рядом с макет-кабиной расположено рабочее место руководителя занятиями, предназначенное для включения тренажера и контроля за действиями обучаемых. Рабочее место оснащено мониторами, манипуляторами управления и гарнитурой переговорной связи.
Недостатками данных конструкций тренажеров являются:
- макет-кабина не позволяет обучаемому приобрести профессиональный навык посадки на рабочее место в отделении управления движением;
- макет-кабина не оснащена поворотной платформой с механизмом имитации процесса поворота от органов управления движением с восприятием реакции действия процесса на обучаемого;
- обучаемый постоянно находится в поле зрения руководителя занятиями, что приводит к психологическому прессингу.
Известны способ обучения вождению наземных транспортных средств и ходовой тренажер для его осуществления (патент RU 2089940 C1), представляет собой гусеничное шасси без башни и курсовых установок, содержащий корпус со штатным местом механика-водителя, оборудованным органами управления, силовую установку, ходовую часть и место инструктора, оборудованное своими органами управления. Место инструктора расположено слева от механика-водителя в корпусе на месте стрелков-десантников и дополнительно оборудовано педалью тормоза, сблокированной с педалью тормоза водителя и кнопкой для аварийной остановки двигателя. Возможность следить за изменениями технического состояния транспортного средства и режимом работы сборочных единиц осуществляется за счет того, что щит контрольных приборов водителя находится в поле зрения инструктора, а наблюдение за трассой движения осуществляется через штатные смотровые приборы или непосредственным наблюдением за местностью (в положении «по-походному»). На месте снятой башни с вооружением дополнительно установлена неподвижная кабина с дополнительным местом инструктора, частично изолированная от места механика-водителя перегородкой. Для обеспечения обзорности дополнительное место установлено выше основного места инструктора и водителя, а кабина имеет застекленные окна и приборы очистки стекол. На дополнительном месте могут быть установлены органы управления ходового тренажера вождения, сдублированные с органами управления водителя. Связь инструктора с обучаемым осуществляется через штатную аппаратуру внутренней связи и коммутации. Для оценки качества вождения на дополнительном месте инструктора установлена система объективного контроля, регистрирующая параметры движения транспортного средства, управляемого обучаемым, такие как средняя скорость движения, соблюдение габаритов при преодолении препятствий, качество торможения и т.п. В совокупности дополнительное место инструктора создает у обучаемого иллюзию самостоятельности на завершающем этапе обучения.
Недостатками данной конструкции тренажера являются:
- происходит реальное снятие моторесурсов силового привода и расход топлива с использованием заправочных технических систем;
- на рабочем месте обучаемого отсутствует устройство для независимого (без использования аппаратуры внутренней связи и коммутации инструктора) получения «консультации».
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является танковый тренажер обучения вождению (патент RU 2138079 C1), содержащий макет-кабину, органы управления, датчики приводов управления, шаговый искатель, программный барабан, блок консультации, диапроектор со шторным двухпозиционным устройством и электромагнитом, переключатель режимов работы и счетчик ошибок. Исполнительный механизм диапроектора связан с датчиками приводов управления через шаговый искатель, а якорь электромагнита с соединенной с ним шторкой шторного двухпозиционного устройства и параллельно соединенный счетчик ошибок связан с переключателем режима работы.
Режимов работы тренажера два: режим консультации и основной режим.
При работе тренажера в основном режиме обучаемый размещается в макет-кабине, включает выключатель батарей. Сигнал подается на шаговый искатель и исполнительный механизм диапроектора, обеспечивающий выдачу световой информации на экран через шторку двухпозиционного устройства, которая находится в крайнем правом положении. При правильном выполнении операций сигналы от датчиков органов управления поступают в шаговое устройство, которое обеспечивает выдачу электрического сигнала на исполнительный механизм диапроектора. В случае ошибочных действий сигнал от датчиков не поступает на шаговое устройство и замена кадра в диапроекторе не осуществляется.
Для обеспечения работы тренажера в режиме «консультация» обучаемый переводит переключатель режимов работ в положение «консультация», что обеспечивает замыкание электрической цепи от аккумуляторных батарей к электромагниту. При этом якорь электромагнита переводит шторку в левое положение, высвечивает на экране правую часть кадров диафильма, на которой дается консультация по устранению допущенной ошибки. При этом параллельно подается электрический сигнал на счетчик ошибок. После получения консультации обучаемый переводит переключатель режимов работы в положение «работа», чем обесточивает электромагнит, якорь которого под действием пружины возвращается в исходное положение, увлекая за собой шторку.
Недостатками данной конструкции тренажера являются:
- макет-кабина не позволяет обучаемому механику-водителю правильно приобретать профессиональный навык посадки на рабочее место;
- макет-кабина не оснащена поворотной платформой с механизмом поворота от органов управления движением, что снижает реальность выполнения процесса поворота;
- не фиксируется субъективная оценка безошибочно проведенной работы по выполнению учебных операций.
Задачей предлагаемого изобретения является создание тренажера с учебно-тренировочными средствами для обучения вождению военных гусеничных машин с рулевым управлением без снятия моторесурсов силового привода.
Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что тренажер выполнен из тандемно расположенных двух взаимосвязанных макетных учебных участков: аутотренинг-класс и мастер-класс.
Аутотренинг-класс для самостоятельных тренировок выполнен как передняя корпусная часть гусеничного шасси с встроенным отделением управления движением для механика-водителя, органами управления, включая рулевое управление, контрольно-измерительными приборами, приборами наблюдения, люк для посадки-высадки, учебно-тренировочные средства, включая датчики приводов управления, расположенное на продольной оси корпусной части. На корпусной части установлена ходовая часть, например, по два опорных катка на каждом борту корпуса, независимая торсионная подвеска.
Передняя корпусная часть аутотренинг-класса выполнена с возможностью имитации поворота в горизонтальной плоскости от силового привода по сигналам от органа управления на угол, равный, например, 12-15°, в обе стороны от продольной оси и с возможностью выполнения имитации крена и тангажа от силового привода с датчиками для рысканья, управляемые через учебно-тренировочные средства, на величину высоты подъема, равной, например, 100-120 мм.
Перед передней корпусной частью аутотренинг-класса на его продольной оси установлен монитор, на который передается местность полигона, а механик-водитель осуществляет движение машины по смоделированной записи местности полигона, передаваемой на экран монитора, в соответствии с командами через гарнитуру переговорной связи или выданному заданию на выполнение упражнений вождения.
Мастер-класс для начального обучения с помощью инструктора и без него выполнен как макет-кабина с органами управления и учебно-тренировочными средствами обучения, включая датчики приводов управления, диапроектор, переключатель режимов работы и счетчик ошибок. Эта макет-кабина установлена на днище передней корпусной части с расположением ее на продольной оси корпусной части, а рабочее место инструктора расположено, например, справа от макет-кабины и сзади передней корпусной части. В макет-кабине такие органы управления, как педаль тормоза, педаль подачи топлива, педаль сцепления главного фрикциона, штурвальная колонка с рулевым колесом сдублированы с органами управления, расположенными в отделении управления движением передней корпусной части гусеничного шасси.
При отработке профессионального навыка как в аутотренинг-классе, так и в мастер-классе, с началом самостоятельного выполнения задания без ошибок, субъективная оценка с помощью учебно-тренировочных средств тренажера передается записью в базу данных обучаемого механика-водителя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - общий вид тренажера, вид слева;
на фиг.2 - общий вид тренажера, план;
на фиг.3 - конструктивная схема механизма имитации поворота шасси, разрез А-А;
на фиг.4 - конструктивная схема механизма имитации поворота шасси, вид Б;
на фиг.5 - конструктивная схема механизма имитации крена, тангажа, разрез В-В;
на фиг.6 - конструктивная схема механизма имитации крена, тангажа, разрез Г-Г;
на фиг.7 - структурно-функциональная схема макетного участка аутотренинг-класс;
на фиг.8 - структурно-функциональная схема макетного участка мастер-класс.
Тренажер 1 (смотри фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) содержит тандемно расположенные два взаимосвязанных макетных учебных участка: передний в виде аутотренинг-класса 2, выполненный как передняя корпусная часть гусеничного шасси, на продольной оси которого установлено отделение управления движением 3, и второй в виде мастер-класса 4, выполненный как макет-кабина этого отделения управления,  установленная с помощью кронштейна 5 на днище передней корпусной части 2 для возвышения по образованию обзорности идентичной обзорности из отделения 3. На верхнем корпусном листе отделения управления движением 3 и аналогичном листе макет-кабины 4 расположены люк 6 для посадки/высадки механика-водителя с элементами поворота и его закрытия 7 и приборы наблюдения 8. Внутри отделения 3 и макет-кабины 4 к их потолочной корпусной части 9 закреплено сиденье 10 для механика-водителя. Кроме этого в каждом отделении управления соответственно расположены органы управления 11, 12, включая педаль сцепления 13, педаль тормоза 14, педаль подачи топлива 15, штурвальная колонка 16 с рулевым колесом 17, кинематически связанным с поперечными правым валиком 18 и левым валиком 19. В результате органы управления 12 макет-кабины 4 являются дублированием органов управления 11 отделения управления 3. При этом поперечные поворотные валики 18, 19 только в отделении управления 3 соответственно кинематически связаны со сторонними рулевыми приводами - правым 20 и левым 21, установленные для переключения передач работы гусеничных движителей (не показано). Кроме этого в отделении 3 и макет-кабине 4 установлены избиратель переключения скоростей 22, контрольно-измерительные приборы 23, элементы кнопочной аппаратуры включения/выключения 24 (на включение бортовой сети или иного внешнего источника питания, на подогрев системы охлаждения, а также на запуск и останов маршевого двигателя гусеничного шасси). В связи с тем, что маршевый двигатель и трансмиссия на базовом шасси расположены в герметизированном отдельном отсеке и их работа имитируется действиями учебно-тренировочных средств, конкретное их расположение на тренажере 1 отсутствует.
Для комфортной работы (по аналогии с гусеничным шасси) в отделении управления 3 и макет-кабине 4 установлены освещение 25 и вентилятор 26. Передняя корпусная часть 2 выполнена с независимой торсионной подвеской 27 и установкой с помощью балансиров 28 на опорные катки 29 (по два опорных катка на каждой стороне), с последующей выставкой их на образование клиренса по величине, равной базовому, например, 500 мм. В качестве базовой передней конструктивной части для создания тренажера 1 взяты составные элементы, например, самоходной артиллерийской установки 2С19 «Мста-С».
Собранная конструктивная часть 2 с макет-кабиной 4 установлена на жесткую платформу 30, по краям которой установлено ограждение 31. Оно выполнено для безопасности наружного визуального наблюдения за действиями динамической имитации процесса поворота за счет дополнительно установленного механизма поворота 32 и динамической имитации процесса крена и тангажа за счет дополнительно установленного механизма 33. Кроме этого на ограждении 31 установлен тент 34 из мягкой плотной материи с возможностью закрытия тренажера 1 для отработки навыков вождения в ночных условиях.
На платформе 30 справа от продольной оси за передней корпусной частью 2 установлен рабочий стол 35 и сиденье 36 для инструктора. Для высадки/посадки в макет-кабину 4 слева от нее напротив люка 6 установлен постамент с лестничными ступеньками 37. Посадка/высадка из отделения управления 3 выполняется за счет скоб 38, аналогичных скобам базового гусеничного шасси, которые установлены с левой стороны передней корпусной части 2. Механизм поворота 32 содержит замкнутую цепную передачу 39 с силовым приводом 40, составленным из реверсивного электродвигателя 41 с редуктором 42, в котором установлены элементы включения/выключения реверса, обеспечивая поворот передней корпусной части 2 в горизонтальной плоскости на угол, равный 12-15°, в обе стороны от продольной оси тренажера. Ветви цепной передачи 39 параллельны между собой и расположены перпендикулярно продольным осям тренажера 1 и корпусной части 2 перед первыми опорными катками 29, а звено цепи верхней ветви, лежащее на продольной оси, кинематически соединено с кронштейном 43, установленным на днище передней корпусной части 2.
Центр поворота 44 относительно платформы 30 расположен на противоположном конце днища и кинематически соединяет продольные оси корпусной части 2 и платформы 30 с помощью двух параллельных стержневых ромбов 45 и 46 с шарнирной подвижностью в местах их крепления. Нижние концы стержней соединены с наружным кольцом шарового подшипника скольжения 47, закрепленного на платформе 30. Шарнирная подвижность этих ромбов по их вертикали в центре поворота 44 уравновешена гибким звеном, например пружиной 48. Для осуществления радиального перемещения передней корпусной части 2 на его днище под балансир 28 каждого опорного катка 29 установлен двуплечий рычаг 49 с силовым приводом 50 так, что при его работе одно плечо поднимает балансир 28, а установленное на втором плече колесо 51 начинает контактировать с поверхностью платформы 30. С началом работы цепной передачи 39 электромеханическое управление которой происходит от рулевого колеса 17, колеса 51 начнут движение, увлекая на поворот переднюю корпусную часть 2. С поворотом рулевого колеса 17 в исходное положение передняя корпусная часть также возвращается в исходное положение.
Силовой привод 50 содержит реверсивный электродвигатель 52 с редукторной частью 53 по выполнению выходным звеном 54 прямолинейного движения. Звено 54 кинематически соединяется со вторым плечом рычага 49. Силовой привод 50 установлен на днище передней корпусной части 2. В редукторной части 53 установлены элементы включения/выключения реверса электродвигателя 52. Механизм 33 по выполнению имитации крена и тангажа установлен на передней корпусной части 2 и содержит силовой привод 55, состоящий из реверсивного электродвигателя 56 с редукторной частью 57, по выполнению выходным звеном 58 прямолинейного движения с последующим силовым действием на балансир 28 опорного катка 29, либо сверху (для опускания), либо снизу (для поднятия этого катка). Для выполнения имитации крена включаются либо электродвигатели у передних опорных катков 29, либо электродвигатели у вторых опорных катков. При этом для имитации преодоления стенки управление поступает со стола инструктора 35, а при движении с подтормаживанием управление поступает от рулевого колеса 17 механика-водителя. Для выполнения имитации тангажа включаются либо электродвигатели у первого и второго опорных катков 29 правой стороны, либо у первого и второго опорных катков 29 с левой стороны корпусной части 2. Управление включением поступает со стола инструктора 35. Высота подъема для имитации крена и имитации тангажа составляет 100-120 мм. Механизм поворота 32 и механизм 33 для имитации крена и тангажа расположены на первом учебном участке аутотренинг-класс 2.
Учебно-тренировочные средства тренажера 1 распределены следующим образом:
- на рабочем столе инструктора 35 установлены мониторы 59, задатчики-манипуляторы управления 60 и гарнитура переговорной связи 61 для работы с первым и вторым учебными участками;
- на втором учебном участке мастер-класс 4 начального обучения механика-водителя (см. фиг.7) в макет-кабине размещены органы управления 12, датчики органов управления 62, шаговый искатель 63, переключатель режимов работ 64, счетчик ошибок 65. Снаружи перед приборами наблюдения 8 установлен экран диапроектора 66 с электромагнитом 67 и двухпозиционной передвижной шторкой 68 на кронштейне 69. При этом, счетчик ошибок 65 выполнен с возможностью выдавать два вида подсчетов: количество ошибок за проведенную работу и отметку безошибочной работы. Передача оценок ведется в двух направлениях - для обучаемого и в базу данных 70 на стол инструктора 35.
Установка экрана 66 выполнена с возможностью смещения его в сторону для увеличения длины обзора. На продольной оси за люком 6 на кронштейне 71 установлен исполнительный механизм диапроектора 72;
сопр.
- на первом учебном участке аутотренинг-класс 2 (см. фиг.8) состав учебных средств по сравнению со вторым участком изменен с одновременным усложнением функциональности до уровня максимально реального для имитации работы узлов и агрегетов. Внутри отделения 3 дополнительно к органам управления 11 установлены имитатор маршевого двигателя и трансмиссии 73, датчики положения органов управления, включая датчики 74, 75 поворота рулевого колеса 17 в обе стороны, датчик переключения передач 76, датчик педали сцепления 77, датчик педали тормоза 78, датчик педали подачи топлива 79, датчик положения работы цепной передачи 39 на имитацию поворота 80, 81, установленные снаружи на платформе 30. Для элементов кнопочной аппаратуры включения/выключения 24 установлены: датчик включения бортовой сети или иного внешнего источника питания 82, датчик кнопки на прогрев системы охлаждения 83, датчик кнопки запуска маршевого двигателя 84, датчик кнопки останова маршевого двигателя 85. Имитатор 73 содержит указатель скорости 86, умножитель 87, ключевой элемент 88, сумматор 89. Снаружи перед приборами наблюдения 8 установлен носитель эталонной синхронной видеоаудиоинформации 90 о дорожно-транспортной обстановке и следующих параметрах маршрута движения: φ° (угол поворота в горизонтальной плоскости передней корпусной части 2), скорости V, соответствующем ей включенном номере передачи N и механическом сопротивлении движению М, дешифрактор 91, экран монитора 92.
Для механизма 33 по выполнению имитации крена и тангажа установлены соответственно датчики положения крена 93, 94, датчики положения тангажа 95, 96, 97, 98 (для каждого опорного катка 29), блок сравнения со счетчиком ошибок 99. Передача количества ошибок и отметка безошибочной работы ведутся в двух направлениях - для обучаемого и в базу данных 100 на стол инструктора 35. На столе инструктора установлен блок имитационной нагрузки (задатчик-манипулятор) 101.
Функционирование тренажера 1 происходит в следующем порядке:
1. Мастер-класс
На начальном этапе обучения механик-водитель, находясь в макет-кабине 4, знакомится с расположением органов управления 12 с помощью инструктора, руководимого начальными действиями обучаемого. После включения обучаемым бортовой сети с помощью аппаратуры 24 сигнал подается на шаговый искатель 63 и исполнительный механизм диапроектора 72, который обеспечивает выдачу световой информации на экран 66 с двухпозиционной передвижной шторкой 68, которая находится в крайнем правом положении. Обучаемый последовательно осуществляет выполнение операций, высвечиваемых на экране. При правильном выполнении операций сигналы от датчиков органов управления поступают в шаговый искатель 63 от датчиков 62, который обеспечивает выдачу электрического сигнала на исполнительный механизм диапроектора 72. Этим достигается замена кадра. В случае ошибочных действий сигнал на шаговый искатель 63 от датчиков 62 не поступает и замена кадров в диапроекторе не осуществляеися.
Для обеспечения работы тренажера в режиме «консультация» обучаемый переводит переключатель режимов работ 64 в положение «консультация», что обеспечивает замыкание электрической цепи от бортовой сети к электромагниту 67. При этом якорь электромагнита, перемещаясь, переводит шторку в левое положение, обеспечивая высвечивание на экране правой части кадра диафильма, на который дается консультация об устранении допущенной обучаемым ошибки. При этом параллельно подается электрический сигнал на счетчик ошибок 65. После получения консультации обучаемый переводит переключатель режимов работы 64 в положение «работа», чем обесточивает электромагнит 67, якорь которого под действием пружины возвращается в исходное положение, увлекая за собой шторку. Информация на кадре имеет рабочую часть (левая половина кадра) и консультационную (правая половина кадра). По окончании работы счетчик ошибок 65 передает два подсчета - количество ошибок и отметку безошибочной работы - для обучаемого и в базу данных 70 на стол инструктора 35. Безошибочность действий на начальном этапе обучения вождению позволяет инструктору переводить обучаемого на следующий этап практических занятий - этап самостоятельной отработки профессиональных навыков вождения и эксплуатации машины, но уже в более сложных дорожных условиях с приближенной реальностью восприятия им процессов работы узлов и агрегатов ВГМ.
2. Аутотренинг-класс
сопр
На переднем макетном участке 2 инструктор знакомит обучаемого правильности посадки/высадки в отделение управления движением 3. С помощью элементов поворота и закрывания 7 закрывается люк 6. Находясь на сидении 10, обучаемый докладывает о готовности к работе. Первые занятия по отработке профессиональных навыков вождения и эксплуатации машины проходят в режиме дублирования. Для этого инструктор располагается в макет-кабине 4 и руководит правильным выполнением наиболее сложных моментов в процессе запрограммированной работы. Экран диапроектора 66 повернут в сторону, и через приборы наблюдения 8 макет-кабины 4 обеспечивается возможность просмотра экрана монитора 92. На экран этого монитора передается эталонная запись прохождения маршрута, обучаемый, выполнив запуск маршевого двигателя, начинает выполнять имитацию движения гусеничного шасси. Глядя через приборы наблюдения 8 на экран монитора, по принципу «Делай, как я!» (как решил поставленную задачу мастер-водитель), стремится копировать эти действия в достаточных пределах по отношению к эталонной записи параметры φ°, V, N. Параметр механизма сопротивления движения М заносится на носитель и воспроизводится на тренажере 1, чтобы вызвать эффект его нагружения, аналогичный нагружению гусеничного шасси во время движения по маршруту. В результате действий органами управления 11, органов кнопочной аппаратуры 24 и сравнения в блоке счетчика ошибок 99 выдается независимая оценка выполненной работы, которая передается в двух направлениях - для обучаемого и в базу данных 100 на стол инструктора 35.
Набор эталонной записи разнообразных видов работ по эксплуатации гусеничного шасси располагается на столе инструктора и содержит широкий спектр тренировочных работ, включая запуск маршевого двигателя с учетом сезонности действий, прохождения маршрутов от простого до сложного (движение по шоссе, преодоление стенки, движение по сильнопересеченной местности, вождение в ночных условиях и т.д.)
Таким образом, выполнение безошибочного курса тренировочных работ с сохранением хорошей реакции свидетельствует как о достаточной теоретической, так и практической подготовке обучаемого механика-водителя, а оценка  отклонения моделируемого движения по маршруту от эталонного позволит провести разборку допущенных ошибок и их устранение.
В совокупности последовательное обучение на таких взаимосвязанных учебных участках позволяет экономично, без снятия моторесурсов силового привода выполнять отработку профессионального навыка вождения гусеничного шасси с рулевым управлением в условиях, максимально приближенных к реальным.