ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

. ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Нолезная модель относится к техническим средствам обучения вождению транспортных средств и может быть использована для обучения вождению автомобиля, а также для совершенствования и быстрой оценки степени развития профессионально значимых двигательных навыков. Известен тренажер для обучения вождению автомобиля, представляющий собой работоспособный автомобиль, оборудованный средствами определения положения органов управления, которые связаны с ррмещенным вне упомянутого автомобиля компьютерным устройством обработки информации, включающим в себя средство моделирования движения, громкоговоритель для воспроизведения сигнала имитации шума, возникающего при движении, и дисплей для отображения визуальной обстановки (DE19928490, опубл. 28.12.2000). Устройство громоздко и сложно в эксплуатации. При этом отсутствует возможность учета изменения положения головы обучаемого и направления его взгляда, как это происходит при реальном процессе вождения. Известно также устройство помощи в обучении вождению транспортного средства, включающее в себя установленные в кабине водителя средства определения положения органов управления транспортным средством, видеокамеры для определения положения головы и направления взгляда обучаемого, акустическую систему и средство отображения информации, подключенные к компьютерному устройству обработки информации, включающему в себя средство выбора режимов работы а также формирователи аудиосигналов и видеосигналов (FR2618244, опубл. 20.01.1989). Однако, поскольку данное устройство может быть использовано лишь в движущемся транспортном средстве, область его применения ограничена. Так, например, для эксплуатации его необходимо иметь специальную площадку, либо производить обучение на дороге в условиях движения транспорта. Кроме того, данное устройство непригодно для обучения начальным навыкам вождения. МПК7 G 09 В 9/04
средства определения положения органов управления транспортным средством, положения головы и направления взгляда обучаемого, акустическую систему и средство отображения информации, подключенные к компьютерному устройству обработки информации, включающему в себя средство выбора режимов работы тренажера, связанное со средством моделирования движения транспортного средства, а также формирователь аудиосигналов и формирователь видеосигналов, в том числе сигналов имитации визуальной обстановки при движении транспортного средства, предназначенных для передачи указанных сигналов, соответственно, на акустическую систему и средство отображения информации (DE №10033442, опубл. 31.01.2002). Обязательное использование в данном тренажере для определения положения головы и взгляда обучаемого специального шлема, оборудованного средствами отображения и акустической системой приводит к тому, что условия, в которых находится обучаемый оказываются весьма далекими от реальных условий вождения, при этом оказывается невозможно использование устройств отображения информации других типов, например, монитора. Кроме того, неудобства в обучении создает отсутствие специально выделенного режима тестирования, посредством которого можно задать параметры обучения, соответствующие опыту и физическим данным обучаемого.
Технический результат данной полезной модели заключается в исключении недостатков указанных выше тренажеров, с тем, чтобы:
1.Повысить качество подготовки водителей автомобилей, за счет формирования у них начальных навыков оптимфтьных действий с органами управления в штатных и критических ситуациях.
2.Осуществлять начальную и продвин)ггую подготовку водителей в автошколах, спортивно-технических и общеобразовательных школах.
3.Совершенствовать и тестировать степень развития профессионально значимых навыков управления автомобилем у водителей со стажем.
4.Повысить качество обучения за счет применения компьютерного моделирования визуально информации и шумов, сопровождающих движение автомобиля.
5. Снизить стоимость обучения за счет сокращения расхода ресурса автомобилей предназначенных для обучения и горюче смазочных материалов.
6. Повысить гибкость педагогической технологии при осуществлении подготовки водителей, что, в свою очередь, приведет к повышению качества и эффективности подготовки водителей и сокращен1|ю в связи с этим дорожнотранспортных происществий.
Технический результат достигается тем, что в тренажере, предназначенном для обучения вождению транспортного средства и содержащем рабочее место водителя, средства определения положения органов управления транспортным средством, положения головы и/или направления взгляда обучаемого, акустическую систему и средство отображения информации, подключенные к компьютерному устройству обработки информации, включающему в себя средство выбора режимов работы тренажера, связанное со средством моделирования движения транспортного средства, а также формирователь аудиосигналов и формирователь видеосигналов, в том числе сигналов имитации визуальной обстановки при движении транспортного средства, предназначенных для воспроизведения соответственно акустической системой и средством визуального отображения информации, компьютерное устройство обработки информации включает в себя средство тестирования, связанное со средством выбора режима работы тренажера и формирователем видеосигналов, и средство корректировки сигналов имитации визуальной обстановки при движении транспортного средства по сигналам изменения положения головы и/или направления взгляда обучаемого, связанное с формирователем видеосигналов, цричем в качестве средств определения положения головы и/или направления взгляда обучаемого использована, по меньшей мере, одна видеокамера, а формирователь аудиосигналов связан со средством моделирования движения транспортного средства для формирования сигналов имитации шума при движении транспортного средства.
На фиг. 1 изображена структурная схема тренажера. положения органов 3 управления транспортным средством. Положение головы и/или глаз обучаемого (для определения направления взгляда) контролируется расположенной приблизительно на уровне головы обучаемого видеокамерой 4, связанной с компьютерным устройством 5 обработки информации. Последнее связано с акустической системой 6 и средством отображения информации 7. Компьютерное устройство 5 включает в себя средство 5.1 выбора режимов работы тренажера, связанное со средством 5.2 моделирования движения транспортного средства и средством 5.3 тестирования, а также формирователь 5.4 аудиосигналов, имитирующих шум, возникающий при движении транспортного средства, и формирователь 5.5 видеосигналов, в том числе сигналов имитации визуальной обстановки при движении транспортного средства. Сигналы с указанных формирователей передаются, соответственно, на акустическую систему 6 и средство отображения информации 7. Компьютерное устройство обработки информации 5 также включает в себя средство 5.6 корректировки сигналов имитации визуальной обстановки при движении транспортного средства по сигналам изменения положения головы и/или направления взгляда обучаемого, связанное с формирователем 5.5 видеосигналов. Формирователь 5.4 аудиосигналов связан со средством 5.2 моделирования движения транспортного средства для формирования сигналов имитации щума при движении транспортного средства. Рабочее место водителя 1 представляет собой конструкцию с сидением водителя, на которой установлены органы управления 3, средства 2 определения положения последних, средство отображения информации 1 и акустическая система 6. Рабочее место водителя 1 может быть выполнено с возможностью обеспечения адаптирования к удобной позе водителя в соответствии с особенностями строения тела последнего. К органам управления 3 относятся: рулевое управление, педали тормоза, «газа, сцепления, имитатор коробки и рычаг переключения передач, все эти органы управления, связаны с средствами 2, контрол 1рующими их положение. Оси средств определения положения педалей и рулевого колеса поворачиваются на угол, пропорциональный перемещению органа управления. Средства определения Ii:ci/c(l6 yположения рычага переключения передач и стояночного тормоза активируются при перемещении соответствующего органа управления в определенное положение.
Каждая педаль оснащена специальным загрузочным устройством, создающим ощущение сопротивления движению ноги, соответствующее сопротивлению в реальном автомобиле.
Педаль сцепления механически связана с рычагом в имитаторе коробки переключения передач таким образом, что при ненажатой недали сцепления переключить передачу невозможно.
Тренажер работает следующим образом.
Сначала проводят тестирование, при котором определяется степень развития профессионально значимых для Еодитещ двигательных навыков. На основе полученных результатов вырабатываются стратегия и тактика индивидуализации обучения. В режиме тестирован средство 5.3 тестирования тренажера обеспечивает выбор и регистрацию каждого из тестируемых параметров и их комбинаций: скорость руления, скорость переключения передач, скорость и точность движений ногами при управлении педалями. Работа тренажера в режиме тестирования осуществляется следующим образом. Обучаемый, находясь на рабочем месте, по команде инструктора выполняет определенные действия, например, вращение рулевого колеса от одного упора поворотного механизма до другого с максимально возможной для обучаемого скоростью.
Средство тестирования включает в себя программный модуль, который обрабатывает сигналы, поступающие от средства 2 определения положения органов управления. При необходимости производится аналого-цифровое преобразование.
Отдельные элементы управления автомобилем тестируются программным способом, например, въезд на эстакаду или прохождение определенного марщрута за конкретное время.
В режиме вождения тренажер работает следующим образом.
ределенным образом, в зависимости от постацленной задачи, на органы унравления. В результате чего, средства 2 определения, связанные с органами управления 3, активируются и на их выходах формируются аналоговые напряжения, пропорциональные величине перемещения органов управления. Преобразованные в цифровой код, они, с помощью ЭВМ, трансформируются в численные значения переменных, пропорциональных положению органов управления 3, необходимых для управления моделью движения автомобиля.
Основу модели движения автомобиля составляют дифференциальные уравнения, описывающие движение агрегатов и узлов реальной мащины во взаимодействии с грунтом и профилем местности с учетом конкретной модели автомобиля. На основе этих уравнений создан программный модуль, моделирующий движение машины, который в совокупности с персональной ЭВМ составляет средство 5.2 моделирования движения. В результате решения дифференциальных уравнений вычисляются значения выходных переменных модели движения, основными из них являются:
1.крутящий момент двигателя;
2.частота вращения вала двигателя;
3.линейная скорость движения автомобиля;
4.угловая скорость поворота автомобиля;
5.угол тангажа подрессоренной части корпуса;
6.угол крена подрессоренной части корпуса;
Выходные переменные 1-3 от средства моделирования 5.2 поступают на входы формирователя 5.4, представляющий собо программный модуль в совокупности с персональной ЭВМ, звуковой платой, преобразующей цифровой код в сигнал звуковой частоты и, при необходимости, усилитель для создания необходимого уровня шума. В результате обучаемый слыщит в наущниках илц через динамики (акустическая система 6), установленные в корпусе рабочего места водителя 1, шум двигателя в зависимости от режима работы моделируемой машины. На реальной машине производится запись шумоэ на нескольких характерных режимах, например, начиная с минимально устойчивой частоты вращения вала двигателя и кончая максимальной, через равные промежутки по частоте вращения вала двигателя. Далее, такая же запись осуществляется и при другой нагрузке на двигатель. В результате получается конечное число фрагментов записи щума на месте водителя. Затем эти фрагменты оцифровываются на компьютере и с помощью выходных переменных средства 5.2 моделирования движения эти фрагменты выбираются и с помощью звуковой платы преобразуются в аналоговый сигнал шума двигателя. Промежуточные значения между фиксированными частотами вращения вала двигателя, при которых производилась запись щума, интерполируются за счет сдвига основных частот спектра оцифрованного щума. Таким образом, имитируемый щум в заявляемом тренажере практически соответствует реальному шуму, при этом, чем больше оцифрованных фрагментов, тем имитируемый шум ближе к реальному. Другие выходные переменные характеризуют параметры движения мащины на местности. От средства 5.2 они поступают на формирователь 5.5 видеосигналов. Эти переменные управляют положением моделируемой мащины на местности. Местность воспроизводится программным способом с помощью трехмерной графики. Формирователь 5.5 включает в себя базу данных визуальных объектов, модуль выборки кадра и модуль (программного или программно-аппаратного) генерации кадра в каком-либо стандарте трехмерной графики. Визуальная база данных представляет собой набор взаимосвязанных именованных элементов типа МЕСТНОСТЬ, ОБЪЕКТ, ИЗОБРАЖЕНИЕ, СВ|ЕТ, ТРАССЫ и т.д.. Устройство отображения визуальной информации может представлять представляет собой средство отображения информации, совместимое с модулем генерации кадра, или виртуальный щлем. Модуль выборки кадра, в соответствии с параметрами выбранной для обучения местности, положением моделируемой мащины в пространстве, извлекает из визуальной базы данных информацию о трассе моделируемого для
упражнения участка. Кроме того, этот модуль формирует необходимый для построения кадра объем геометрических данных о местности, объектах и освещении, т.е., те объекты и их особенности, которые должен видеть обучаемый водитель на устройстве отображения визуальной информации. Затем упомянутый модуль транслирует эти данные в соответствии со стандартом, реализованном в модуле генерации кадра, и передает полученную управляющую последовательность в модуль генерации кадра, который формирует кадр в устройстве отображения визуальной информации .
Поступающие в модуль выборки кадра выходные переменные, определяющие перемещение автомобиля в пространстве, от средства 5.2 моделирования движения, обеспечивают выборку из визуальной базы данных информации о моделируемой местности для каждого нового положения автомобиля относительно местности. В результате при «вождении автомобиля на тренажере обучаемый водитель видит на устройстве отображения визуальной информации 7 изменяющуюся картину местности. Причем, видимые им изменения определяются пространственным положением моделируемого автомобиля, которое зависит от того в какое положение он ставит органы управления 3 и от характеристик самого автомобиля, заложенных в средстве 5.2 моделирования движения, т.е. водитель осуществляет управление «автомобилем на тренажере так же, как если он управлял бы реальной мащиной на реальной местности.
При этом осуществляется корректировка формируемого изображения и смещение кадра в зависимости от положения голоэы и/или направления взгляда обучаемого, по сигналам, формируемым в соответствии с информацией, поступающей от видеокамеры.
Моделируемое движение транспортного средства на местности, воспроизводится с учетом воздействия водителя на органы управления, установленные на рабочем месте 1, в зависимости от положения головы и/или направления взгляда обучаемого, а также с учетом переменных, характеризующих параметры погодно-дорожных условий движущегося автомобиля.
.с