ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств и может быть использована для обучения вождению автомобиля. Предлагаемой полезной моделью решается задача приближения условий обучения на тренажере к реальным условиям движения водителя на колесном транспортном средстве. Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это расширение функциональных возможностей тренажера за счет моделирования дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле.
Известны автомобильные тренажеры, представляющие собой макет рабочего места водителя с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и устройствами отображения визуальной информации и имитации шумов |1, 2).
Прототипом заявляемой полезной модели является тренажер для обучения вождению автомобиля [3], 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, модуль имитации шумов, имитатор рулевых нагрузок с приводом руля, устройство управления переключателем скоростей и установленную внутри кабины видеокамеру для видеомониторинга действий обучаемого, мониторы, расположенные в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины.
Основным недостатком указанного устройства является то, что подвижная платформа имитирует движение колесного транспортного средства по местности, но не позволяет имитировать боковые нагрузки, возникающие при движении на реальном автомобиле в поворотах, а также акселерационные эффекты, возникающие в не стандартных (аварийных) режимах езды. Кроме того, при помощи трех электроприводов, представляется сложным имитация движения автомобиля по поврежденной дороге (содержащей выбоины и т.п.). Учитывая тот факт, что основное преимущество тренажера это имитация сложных дорожных условий, а также различных аварийных ситуаций, которые опасно воссоздавать при езде на учебном автомобиле, данный тренажер не позволяет достигнуть высокого качества обучения.
Привод руля рассматриваемого тренажера представляет собой электродвигатель, который через редуктор цепной передачи поворачивает ось руля, имитируя реакции, возникающие в процессе движения реального автомобиля, обусловленные скоростью движения, разностью грунтовых покрытий под передними колесами, наличием микро и макронеровностей. Такая конструкция не обеспечивает полной имитации динамических усилий на рулевом колесе, возникающих в процессе движения. В процессе движения на рулевом колесе возникает момент сопротивления, обусловленный продольным наклоном оси поворота управляемого колеса; поперечным наклоном оси поворота управляемого колеса; момент сопротивления повороту колеса относительно шкворня. Результирующий момент сопротивления в общем случае может оказывать как стабилизирующее, так и дестабилизирующее воздействие на рулевое колесо.
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 имитации дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле, и моделируются в тренажере путем введения поворотной платформы, имитатора антиблокировочной системы, изменения конструкции подвижной платформы и имитатора рулевых нагрузок.
Для достижения этого технического результата в 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 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, модуль имитации шумов, имитатор рулевых нагрузок с приводом руля, устройство управления переключателем скоростей и установленную внутри кабины видеокамеру для видеомониторинга действий обучаемого, мониторы, расположенные в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины, дополнительно введена поворотная платформа.
При этом подвижная платформа выполнена на основе четырех линейных электроприводов, расположенных по углам тренажера, для полной имитации подвески реального автомобиля.
Вместе с тем имитатор рулевых нагрузок содержит моментный электродвигатель, размещенный на валу рулевого колеса, имитирующий результирующий момент сопротивления.
Кроме того, в конструкцию тренажера дополнительно введен имитатор антиблокировочной системы для имитации работы антиблокировочной системы.
Отличительными признаками заявляемого тренажера от ближайшего аналога являются наличие поворотной платформы, имитатора антиблокировочной системы, измененная конструкция подвижной платформы и имитатора рулевых нагрузок.
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).
Сущность полезной модели поясняется структурной схемой предложенного устройства, представленной на фиг.1.
Тренажер (см. схему) содержит имитатор рабочего места водителя 1, установленный на систему имитации акселерационных эффектов 2 (на ее столешнице). Имитатор рабочего места водителя содержит органы управления 3, устройства отображения визуальной информации (мониторы) 4, акустическую систему 5. Тренажер также содержит электрически связанные и управляемые от ЭВМ 6 модель трансмиссии 7 с имитатором коробки передач 8, соединенным с устройством 9 управления переключением скоростей коробки передач, имитатор рулевых нагрузок 10, соединенный с приводом руля 11, имитатор антиблокировочной системы 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 системы имитации акселерационных эффектов 2 установлена на четыре линейных электродвигателя 17, размещенных на столешнице поворотной платформы 18. Устройства отображения информации (мониторы) 5 расположены в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол рабочего места водителя 1.
Привод руля 11 представляет собой (как вариант) моментный электродвигатель, размещенный на валу рулевого колеса, имитируя результирующий момент сопротивления, включающий в себя следующие составляющие: стабилизирующий момент, обусловленный продольным наклоном оси поворота управляемого колеса; стабилизирующий момент, обусловленный поперечным наклоном оси поворота управляемого колеса; момент сопротивления повороту колеса относительно шкворня. А также осуществляющий возврат рулевого колеса в нейтральное положение.
Устройство 9 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.
Система имитации акселерационных эффектов 2 тренажера обеспечивает движение рабочего места водителя 1 с четырьмя степенями свободы (крен, тангаж, вертикальное перемещение и поворот), что наиболее полно отображает движение колесного транспортного средства по местности. Крен, тангаж и вертикальное перемещение осуществляется при помощи четырех линейных электроприводов 17, расположенных по углам тренажера. Такая конструкция позволяет полностью имитировать подвеску реального автомобиля, воспроизводя динамические усилия, возникающие в процессе движения. Для имитации акселерационных эффектов, возникающих при поворотах, заносах, юзе в конструкцию тренажера введена поворотная платформа 18, выполненная на основе шагового электропривода. Поворотная платформа обеспечивает поворот имитатора рабочего места водителя на определенный угол и с определенной скоростью в зависимости от скорости движения автомобиля, угла поворота и других факторов. Такая конструкция системы имитации акселерационных эффектов позволяет наиболее полно воспроизводить динамические усилия, возникающие в процессе движения на реальном автомобиле, позволяя проводить обучение не только в стандартных условиях езды, но и в аварийных, сложных дорожных условиях, при отказах техники.
Имитатор антиблокировочной системы 12 представляет собой (как вариант) управляемый от ЭВМ 6 электропривод, выполненный на электродвигателе с эксцентриком на валу. Электропривод педали тормоза включается только тогда, когда требуется имитация работы антиблокировочной системы. Такая конструкция позволяет проводить обучение вождению автомобилей, оснащенных или не оснащенных антиблокировочной системой, и имитировать динамическое воздействие на педаль тормоза, возникающее при работе антиблокировочной системы на автомобиле.
Предложенные изменения подвижной платформы, введение поворотной платформы и имитатора антиблокировочной системы позволяет обучаемому понять все особенности вождения автомобиля, оснащенного современными системами (курсовой устойчивости, противобуксовочной, антиблокировочной и другими).
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 9 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. Патент РФ на полезную модель №73528, кл. G09B 9/04, опубл. 20.05.2008.
3. Патент РФ на полезную модель №84150, кл. G09B 9/04, опубл. 27.06.2009.