ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ И ИМИТАТОР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области технических устройств для обучения водителей управлению транспортными средствами, имеющими руль с органами управления на рукоятках, таких как мотоцикл, аквабайк, снегоход и т.д.
Известен имитатор транспортного средства - мотоцикла, содержащий подставку и раму с сиденьем, установленные перед монитором, который соединен с блоком управления /заявка Японии №2000342849, 2000/.
Известен также тренажер для обучения вождению мотоцикла, содержащий блок датчиков положения органов управления на имитаторе транспортного средства, который имеет раму с сиденьем, блок управления, блок имитации виртуальной дороги и монитор /заявка Японии №2000342849, 2000/.
Известные имитатор и тренажер не обеспечивают водителю достоверные ощущения езды, что отрицательно влияет на эффективность процесса обучения.
Задачей полезной модели является повышение достоверности ощущения езды и повышения тем самым эффективности процесса обучения.
Для решения задачи предложен имитатор транспортного средства, содержащий подставку, раму с сиденьем.
Имитатор снабжен платформой, которая установлена шарнирно на подставке, стойкой с опорой, блоком силовых элементов, каждый из которых соединен с рамой, и приводом поворота упомянутой стойки, установленной шарнирно на подставке.
Имитатор снабжен основанием для подставки, стойка имеет шаровую опору для рамы и установлена шарнирно на упорном подшипнике, а платформа выполнена с отверстием, в котором расположена упомянутая стойка.
Каждый силовой элемент блока может быть выполнен в виде гидроцилиндра, включающего корпус и шток.
Шток каждого гидроцилиндра соединен с платформой шарнирном, а корпус каждого гидроцилиндра соединен с рамой сиденья через шарнир с крестовиной.
Имитатор снабжен группой органов управления, расположенных на рукоятках руля: рычаг газа, рычаг ручного тормоза и рычаг переключения передач, и ножным тормозом, смонтированным на раме, каждый из которых снабжен датчиком положения.
Руль может быть снабжен вентилятором.
Имитатор снабжен датчиком поворота рамы.
Предложен также тренажер для обучения вождению транспортного средства, содержащий блок датчиков положения органов управления на имитаторе транспортного
средства, который имеет раму с сиденьем, блок управления, блок имитации дороги и монитор.
Тренажер снабжен блоком силовых элементов, предназначенных для наклона рамы сиденья имитатора транспортного средства, и регулятором управления силовыми элементами, а блок управления имеет первый выход, который соединен с входом упомянутого регулятора.
Тренажер может быть снабжен аналого-цифровым преобразователем, имеет при этом блок аналоговых датчиков положения органов управления, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя (при использовании цифровых датчиков положения необходимость в последнем отпадает).
Тренажер также может быть снабжен силовой установкой с гидромотором, имеет при этом блок гидроцилиндров в качестве силовых элементов.
Тренажер также может быть снабжен блоком аналоговых датчиков положения упомянутых гидроцилиндров, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя.
Блок управления выполнен с возможностью моделирования движения транспортного средства вперед вверх и/или вперед вниз.
Тренажер снабжен блоком имитации дороги, вход которого соединен с блоком управления, первый выход соединен с монитором, а второй выход соединен с акустическими колонками.
Монитор и колонки могут быть встроены в шлем, надеваемый на голову обучаемого.
Полезная модель поясняется чертежами.
Фиг.1 Тренажер, вид сбоку.
Фиг.2 Имитатор, вид спереди.
Фиг.3 Узел поворота стойки.
Фиг.4 Узел наклона рамы сиденья.
Фиг.5 Силовой элемент наклона рамы сиденья.
Фиг.6 Руль.
Фиг.7 Блок-схема тренажера.
Тренажер для обучения вождению мотоцикла содержит (Фиг.1, 2) основание 1, на котором неподвижно закреплен корпус 2, поворотную платформу 3 и центральную стойку 4 опоры сиденья водителя на имитаторе мотоцикла.
Поворотная платформа 3 закреплена на корпусе 2 шарнирно посредством упорного подшипника 5 с возможностью поворота вокруг стойки (для моделирования заноса).
В центре крыши поворотной платформы 3 выполнено отверстие, в котором расположен упорный подшипник 5 центральной стойки 4.
К центральной стойке 4 жестко прикреплен (фиг.3) рычаг 6, один конец которого имеет проушину шарнирного соединения штока гидроцилиндра 7 силового элемента поворотного механизма 8. Корпус гидроцилиндра 7 силового элемента также имеет шарнирное соединение с поворотной платформой 3.
В верхней части центральной стойки 4 имеется (фиг.2) узел 10 шаровой опоры с резиновым пыльником (не показан), который жестко прикреплен к нижней поверхности основания 11 сиденья водителя.
С нижней стороны к основанию 11 сиденья прикреплены (фиг.4, 5) на шарнирных соединениях 12 с крестовинами штоки гидроцилиндров 7 силовых элементов осуществления наклона в продольной и поперечной плоскостях. Корпуса 13 гидроцилиндров 7 силовых элементов шарнирами 14 прикреплены к поворотной платформе 3.
Нижняя сторона основания 11 сиденья водителя прикреплена к пространственной раме 15 стержневой конструкции (из металлической трубы), к которой прикреплены также узел переключения передач, рычаг ножного тормоза и подножка 16.
С одной стороны к раме 15 прикреплен (фиг.6) на подшипнике 17 руль 18 с датчиком угла поворота. На консолях (ручках) руля 18 смонтированы рукоятка 19 газа с возвратной пружиной и датчиком положения, рычаг 20 ручного тормоза и рычаг 21 сцепления с соответствующими датчиками угла поворота, кнопка 22 пуска двигателя тренажера, включения ближнего света и габаритных огней и тумблер 23 переключателя указателя поворота. Руль 18 выполнен с возможностью монтажа на дополнительной консоли вентилятора, предназначенного имитации обдува лица водителя во время езды.
Тренажер для обучения вождению мотоцикла также содержит (Фиг.7) блок 25 аналоговых датчиков положения органов управления, блок 26 аналоговых датчиков положения гидроцилиндров силовых элементов 7, аналого-цифровой преобразователь 27, блок 28 управления, блок 29 имитации дороги (представление дороги в виртуальном виде), блок 30 гидроцилиндров силовых элементов 7, регулятор 31 управления гидроцилиндрами силовых элементов 7, силовую установку 32 с гидромотором, монитор 34 и акустические колонки 35.
Блок 25 аналоговых датчиков органов управления включает датчик поворота руля 18, датчик положения рукоятки 19 газа, датчик положения рычага 20 ручного тормоза и датчик положения рычага переключения передач.
Блок 26 включает аналоговые датчики пар гидроцилиндров силовых элементов 7 соответственно крена и тангажа.
Аналого-цифровой преобразователь 27 выполнен с элементами преобразования аналоговых сигналов в цифровые сигналы и имеет первый вход для коммутации аналоговых датчиков блока 25, второй вход для коммутации аналоговых датчиков блока 26 и выход для коммутации с блоком 28 управления регулятором 31 силовых элементов 7.
Блок 28 управления включает электронные приборы, которые выполнены с возможностью переработки сигналов (т.е. представляет собой компьютер).
Блок 28 снабжен математической моделью движения мотоцикла (формирование виртуальной дороги).
Блок 29 выполнен с возможностью формирования подвижных и неподвижных объектов обстановки виртуальной дороги на мониторе 34, и шумов, сопровождающих работу двигателя, и других звуков, воспроизводимых в соответствии с положением датчиков блоков 25, 26 акустическими колонками 35.
Монитор 34 и акустические колонки 35 могут быть вмонтированы в шлем водителя.
Работа на тренажере начинается с пуска электронного и электромеханического оборудования.
По упрощенному алгоритму водитель имитирует трогание и разгон по виртуальной дороге.
Поворот рукоятки 19 газа «к себе» приводит к «увеличению подачи топлива» и вызывает изменение тангажа рамы 15 со знаком «+» (тенденция к «подъему переднего колеса»). Поворот рукоятки 19 газа «от себя» приводит к «уменьшению подачи топлива» и «уменьшению тяги двигателя».
При движении по ровной горизонтальной дороге угол тангажа лежит в пределах от -1 до +1 углового градуса, что отражает прямолинейное движение с равномерной скоростью.
Поворот рукоятки 19 «газа», вызывающий увеличение угла тангажа от +2 до +6 градусов отражает линейно возрастающее ускорение движения.
Угол тангажа от +7 до +10 градусов отражает резко возрастающее ускорение движения (разгон на заднем колесе, переднее колесо не касается грунта).
Угол тангажа более +12 градусов отражает момент нарушения динамического равновесия в сагиттальной плоскости, предшествует опрокидыванию мотоцикла назад.
Угол тангажа от -2 до - 6 градусов отражает линейно возрастающее замедление движения (равномерное торможение). Угол тангажа менее -6 градусов отражает резкое замедление, достаточно сильный упор переднего колеса в неровности дороги. Угол тангажа
более -9 градусов отражает момент нарушения динамического равновесия в сагиттальной плоскости, предшествует опрокидыванию мотоцикла вперед.
Воздействия водителя на рукоятку 19 газа, рычаг 21 сцепления и рычаг 20 ручного тормоза, резкое переключение передач, перемещения тела вперед и назад вызывают изменения угла тангажа.
Положение руля 18 в пределах от +0,5 до -0,5 углового градуса отражает прямолинейное движение мотоцикла по дороге. Поворот руля 18 на угол от 1 до 3 градусов в сочетании с умеренным наклоном тела водителя в сторону поворота руля 18 отражает плавное изменение курса. Поворот руля 18 на угол 4-6 градусов (и более) в сочетании с более глубоким наклоном тела в сторону поворота руля отражает резкое изменение курса.
Сброс газа или торможение на дуге усиливает изменение курса (сокращает радиус поворота).
«Загрузка» внешней подножки 16 (выравнивание мотоцикла), увеличение подачи топлива, на фоне выравнивания руля 18 обеспечивают быстрое «выпрямление» траектории (переход на прямолинейное движение). Крен мотоцикла при движении по дуге поворота на угол 15 и более градусов отражает его падение набок (визуализация условного падения).
Программа блока 28 тренажера модулирует звуки, сопровождающие движение (звуки двигателя, покрышек, ветра).
Проскальзывание колес при резком разгоне, торможении, их боковое скольжение на дуге поворота сопровождается характерным звуком в акустических колонках 35 тренажера.
Показания датчиков скорости движения, частоты оборотов двигателя считываются водителем во время езды с приборной панели имитатора мотоцикла, одновременно с изменениями обстановки в виртуальном пространстве. Приборная панель может быть как виртуальной (например, на мониторе), так и реальной (точно повторяющей панель мотоцикла).
Программа блока 28 тренажера рассчитывает ветровую нагрузку и модулирует командный сигнал, пропорциональный скорости движения. Этот сигнал управляет работой вентилятора, струя воздуха от которого подается в область лица водителя.
Совокупность предлагаемых средств, которыми оснащены тренажер для обучения вождению и имитатор транспортного средства, позволяет обеспечить наибольшее приближение ощущений обучаемого к реальным ощущениям, возникающим при езде на транспортном средстве, что в свою очередь позволяет улучшить качество подготовки обучаемого и сократить время обучения.