ДИНАМИЧЕСКИЙ ТРЕНАЖЕР ВОЖДЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
CATERPILLAR VEHICLE DRIVING TRAINING SIMULATOR

Изобретение относится к тренажерам для подготовки водителей гусеничных машин, а именно к военным тренажерам.
Известен динамический тренажер вождения гусеничной машины, содержащий кабину с органами управления и датчиками их положения, связанными с входом блока моделирования двигателя, выход которого соединен с входом блока моделирования трансмиссии, первый блок моделирования гусеничного движителя и второй блок моделирования гусеничного движителя, входы которых соединены с выходом блока моделирования трансмиссии, а выходы являются первыми входами первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к первым входам первого и второго сумматоров соответственно, вторые входы которых соединены с выходом третьего интегратора, выход первого инвертора подключен к первому входу четвертого интегратора, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора непосредственно, а с третьим входом первого сумматора через второй инвертор (см. Изделие ТТВ-1/172. Технический паспорт и описание). Известное техническое решением наиболее близко предлагаемому и принято за прототип.
Недостатком данного тренажера является то, что он не моделирует поворот гусеничной машины, что снижает качество подготовки обучаемых и способствует формированию навыков, не соответствующих вождению реальной гусеничной машины.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение качества подготовки механика-водителя за счет моделирования в предлагаемом динамическом тренажере поворота гусеничной машины.
Техническим результатом изобретения является повышение качества подготовки механика-водителя.
Техническое решение достигается тем, что в известный динамический тренажер вождения гусеничной машины, содержащий кабину с органами управления и датчиками их положения, связанными с входом блока моделирования двигателя, выход которого соединен с входом блока моделирования трансмиссии, первый блок моделирования гусеничного движителя и второй блок моделирования гусеничного движителя, входы которых соединены с выходом блока моделирования трансмиссии, а выходы являются первыми входами первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к первым входам первого и второго сумматоров соответственно, вторые входы которых соединены с выходом третьего интегратора, выход первого инвертора подключен к первому входу четвертого интегратора, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора непосредственно, а с третьим входом первого сумматора через второй инвертор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены пятый и шестой интеграторы, входы которых подключены к выходам первого и второго сумматоров соответственно, выход пятого интегратора соединен со вторым входом первого интегратора, входом первого инвертора и первым входом третьего интегратора, второй вход которого подключен к выходу шестого интегратора и вторым входам второго и четвертого интеграторов.
Изобретение поясняется чертежом, где приведена функциональная схема динамического тренажера вождения гусеничной машины.
Динамический тренажер вождения гусеничной машины содержит кабину 1 с органами управления и датчиками их положения, блок 2 моделирования двигателя, блок 3 моделирования трансмиссии, первый блок 4 моделирования гусеничного движителя, второй блок 5 моделирования гусеничного движителя, первый интегратор 6, второй интегратор 7, первый сумматор 8, второй сумматор 9, пятый интегратор 10, шестой интегратор 11, первый инвертор 12, третий интегратор 13, второй инвертор 14 и четвертый интегратор 15.
Кабина 1 с органами управления и датчиками их положения связана с входом блока 2 моделирования двигателя, выход которого соединен с входом блока 3 моделирования трансмиссии.
Первый блок 4 моделирования гусеничного движителя и второй блок 5 моделирования гусеничного движителя входами соединены с выходом блока моделирования трансмиссии, а их выходы являются первыми входами первого 6 и второго 7 интеграторов.
Первый интегратор 6 через последовательно соединенные первый сумматор 8, пятый интегратор 10 и первый инвертор 12 соединен с первым входом четвертого интегратора 15, выход которого непосредственно и через второй инвертор 14 соединен соответственно с третьими входами первого сумматора 8 и второго сумматора 9.
Второй интегратор 7 через последовательно соединенные второй сумматор 9 и шестой интегратор 11 соединен со вторым входом второго интегратора 7 и со вторыми входами третьего интегратора 13 и четвертого интегратора 15.
Выход третьего интегратора 13 соединен со вторыми входами первого сумматора 8 и второго сумматора 9.
Выход пятого интегратора 10 соединен со вторым входом первого интегратора 6, входом первого инвертора 12 и первым входом третьего интегратора 13.
Динамический тренажер вождения гусеничной машины работает следующим образом.
В процессе движения по маршруту обучаемый находится в кабине 1 и воздействует на органы управления.
Напряжение, пропорциональное оборотам коленчатого вала двигателя и крутящему моменту, с блока 2 моделирования двигателя поступает на блок 3 моделирования трансмиссии. Моделирующие узлы, входящие в состав трансмиссии, определяются конструктивными особенностями моделируемой машины.
На входе блок 3 моделирования трансмиссии образуется напряжение, пропорциональное оборотам выходного вала трансмиссии. Это напряжение поступает на первые входы первого блока 4 моделирования и второго блока 5 моделирования гусеничного движителя. На выходе каждого блока получается напряжение, пропорциональное скорости движения соответствующего гусеничного движителя.
Первый блок 4 моделирования гусеничного движителя связан с первым интегратором 6, а второй блок 5 моделирования гусеничного движителя - с интегратором 7.
Формирование напряжения, пропорционального моменту, действующему на гусеничный движитель при повороте, осуществляется следующим образом.
M1
M2
V1
V2
Если на первые входы первого интегратора 6 и второго интегратора 7 подать равные по знаку и величине, например, положительные напряжения U и U, пропорциональные крутящему моменту, приложенному к правому и левому ведущим колесам гусениц, то на выходе первого интегратора 6 и второго интегратора 7 появятся отрицательные напряжения U и U, пропорциональные линейной скорости движения гусениц.
V1
V2
Напряжения U и U поступают на первые входы первого сумматора 8 и второго сумматора 9, с помощью которых осуществляется суммирование следующих величин:
на первом сумматоре 8 -
на втором сумматоре 9 -
V1
V2
где U, U - напряжения, пропорциональные линейным скоростям правой (левой) гусениц;
VM
U - напряжение, пропорциональное линейной скорости машины;
WM
U - напряжение, пропорциональное угловой скорости поворота машины (знак этого напряжения определяется направлением поворота);
B - расстояние между центрами правой и левой гусениц.
Напряжения на выходах первого сумматора 8 и второго сумматора 9 будут положительными, так как в процессе разгона
V1
VM
V2
VM
WM
U>U и U>U, U=0.
T1
T2
Указанные суммы интегрируются с помощью пятого интегратора 10 и шестого интегратора 11, в результате чего формируются напряжения -U и -U, пропорциональные величине усилия, развиваемого в рабочей ветви правой и левой гусениц. Постоянные времени пятого интегратора 10 и шестого интегратора 11 пропорциональны линейной податливости рабочих ветвей гусениц.
T1
T2
M1
M2
Напряжения -U и -U поступают на входы первого интегратора 6, второго интегратора 7 и третьего интегратора 13. На входы первого интегратора 6 и второго интегратора 7 эти напряжения поступают с учетом коэффициента, пропорционального радиусу ведущего колеса, и имеют знак, противоположный знаку напряжений U и U, т.е. противодействуют разгону. В результате этого моделируются затраты энергии на разгон машины.
T1
T2
Напряжения -U и -U также поступают на первый и второй входы третьего интегратора 13, для которого эти напряжения будут пропорциональными силами, приводящими машину в движение. В качестве допущения считается, что буксование гусеницы с грунтом отсутствует.
VM
В результате на выходе третьего интегратора 13 появится напряжение U, пропорциональное прямолинейной скорости движения машины. Это напряжение поступает на соответствующие входы первого сумматора 8 и второго сумматора 9, в результате чего происходит уменьшение упругой деформации рабочих ветвей гусениц.
T1
T2
WM
WM
V1
V2
M
Кроме того, напряжение -U через первый инвертор 12, а напряжение -U непосредственно поступают на входы четвертого интегратора 15. Так как на входах третьего интегратора 13 они равны, но противоположны по знаку за счет первого инвертора 12, то эти напряжения не приводят к изменению напряжения U на выходе третьего интегратора 13. Если в качестве начальных условий принять U=0, то будет сохраняться прямолинейное движение. В этом случае третьи слагаемые выражения (1) и (2) будут равны нулю. Следовательно, -U=-U, т.е. моделируется прямолинейное движение гусеничной машины с мгновенной скоростью V(t).
o
M1
o
V1
VM
V1
V1
VM
T1
Если в какой-то момент времени t, равный t, изменить напряжение U, например, до нуля, то в этом случае напряжение на другом третьем интеграторе 13 начнет уменьшаться. В результате этого напряжение на выходе второго сумматора 9 сменит знак на противоположный, так как до момента времени t(U) преобладало над значением напряжения (U). После того как -U стало уменьшаться, -U стало меньше U. Вследствие интегрирования указанной суммы напряжение -U на выходе пятого интегратора 10 начинает уменьшаться, а при определенных условиях может сменить знак на противоположный (указанные условия определяются соотношением постоянных времени интеграторов, входящих в состав устройства).
T1
T2
T1
T2
WM
Так как -U<-U, то разность на входах четвертого интегратора 15 U-U<0, что вызывает заряд четвертого интегратор 15, причем его выходное напряжение U будет положительной полярности, и через второй инвертор 14 поступает на третий вход первого сумматора 8 и непосредственно на третий вход второго сумматора 9.
WM
V1
T1
WM
T2
T1
T2
За счет второго инвертора 14 напряжения U и U в данном случае отрицательные, совпадают по знаку, что вызывает увеличение положительного напряжения на выходе первого сумматора 8 и, как следствие, увеличение -U на выходе пятого интегратора 10. С другой стороны, напряжение U уменьшает напряжение на выходе второго сумматора 9 и, как следствие, уменьшает напряжение -U, т.е. происходит уменьшение разности на входах четвертого интегратора 15 U-U<0, что замедляет заряд последнего. Так как постоянная времени четвертого интегратора 15 пропорциональна моменту инерции массы машины в повороте, то устройство моделирует влияние момента инерции массы машины в повороте на величину угловой скорости. Это соответствует реальным условиям, так как для того, чтобы ввести машину в поворот, необходимо затратить дополнительную силу, характеризующуюся поворачивающим моментом.
При снятии поворачивающего момента машина сама выходит из поворота, что моделируется следующим образом.
M1
M2
V1
T1
Если вновь на вход первого интегратора 6 подать напряжение U=U. то напряжение U на выходе первого интегратора 6 начнет увеличиваться, уменьшая при этом напряжение -U, а на выходе пятого интегратора 10 напряжение также начнет увеличиваться.
Таким образом, в предлагаемом динамическом тренажере моделируется поворот гусеничной машины, причем учитывая при этом момент инерции массы машины в повороте, что особенно важно для правильности воспроизведения переходных процессов при входе машины в поворот и выходе из него.
Применение предлагаемого тренажера позволит более качественно воспроизводить динамику движения гусеничной машины, а следовательно, и повысить качество обучения водителей гусеничных машин, сократить расход моторесурса реальных машин, используемых для обучения, и сократить расход топлива.