БОРТОВОЙ ТРЕНАЖЕР ВОЖДЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
ONBOARD SIMULATOR OF TRACK-TYPE VEHICLE DRIVING

Изобретение относится к учебно-тренировочным средствам обучения вождению гусеничных машин.
Известные устройства и тренажеры по вождению ТР-172М, ТР-434 и ТР-765, представляющие собой макет отделения управления с органами управления, предназначенные для приобретения моторных навыков в управлении машиной (см. Обучение вождению боевых машин на учебно-тренировочных средствах. - М.: Воениздат, 1981, с.15-36).
Существенным недостатком этих тренажеров является невозможность формирования сенсорных навыков в управлении машиной.
В настоящее время для обучения вождению боевых машин широко используются унифицированные динамические тренажеры типа ТТВ (см. Обучение вождению боевых машин на учебно-тренировочных средствах. - М.: Воениздат, 1981, с.36-67). Тренажеры данного типа представляют собой унифицированные динамические комплексы, предназначенные для формирования у механиков-водителей практических навыков в последовательности и координации действий органами управления, в наблюдении за контрольно-измерительными приборами, а также для совершенствования приемов вождения машин в различных условиях движения. Однако конструкция этих тренажеров не позволяет формирование всего комплекса навыков, необходимых для управления реальной машиной, и имеет ряд существенных недостатков:
обучаемый не ощущает визуально результатов неправильных действий по управлению машиной, что с психологической точки зрения весьма важно, потому что нарушение правил преодоления препятствий и неточные действия органами управления движением влекут за собой сваливания, разрушения препятствий, поломки и аварии машины;
на тренажерах типа ТТВ практически невозможно добиться ощущения правильного преодоления препятствия потому, что даже при явно неверных действиях обучаемого визуальная картинка запрограммирована на правильное действие и производит на экране следствие правильных действий.
Практика использования тренажеров при обучении вождению показывает, что положительный эффект достигается только в том случае, когда обучаемый ощущает свои неверные действия органами чувств. Поэтому на заключительном этапе обучения вождению возникает необходимость создания тренажера, который бы обеспечивал обучаемому возможность визуально ощущать неправильные действия по управлению боевой машиной и оперативно получать результаты этих действий.
На снабжение войск поступила система объективного контроля (СОК) «Трасса-2М-Агат», которая предназначена для контроля качества вождения боевых машин применительно к зачетному упражнению и другим упражнениям Курса вождения боевых машин Сухопутных войск. Эта система позволяет руководителю занятия в оперативном времени видеть на экране дисплея и печати ошибки, которые допускают обучаемые при выполнении упражнения. Однако обучаемый, ради которого, в сущности, и организовано занятие, а также механик-водитель-инструктор, который находится вместе с обучаемым в танке, такой оперативной информации о результатах своей деятельности не получают. Поэтому использование этой системы на этапе начального обучения, которое проводится в учебных центрах и военных училищах, является малоэффективным. Система выполняет только контролирующую функцию. Процесс формирования навыка разорван по времени, так как действие выполняется раньше, а о том правильное оно или не правильное обучаемый узнает значительно позже, когда последняя машина подразделения с обучаемым прибывает на исходную и руководитель занятия в разборе указывает обучаемым на невыполненные оценочные показатели и допущенные ошибки при их выполнении.
Кроме того, на этапе начального обучения, речь идет о формировании двигательных навыков, когда процесс очень динамичен и здесь нужно мгновенно оценивать каждое управляющее действие и объективно его предъявлять.
Поэтому для начального обучения предлагается новое техническое решение, которое позволяет в минимальные сроки водителям овладевать навыками вождения боевых машин, максимально использовать их высокие боевые и эксплуатационные свойства в сложных условиях современной войны.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому является известное устройство для обучения водителей гусеничных машин (см. патент на изобретение №2319218 от 10 марта 2008 г.), содержащее датчик регистрации местоположения машины, генератор низкой частоты, магнитночувствительные элементы датчиков, схемы усилителя сигналов, фазовый детектор, блок компараторов, схему установки уровней отклонений, блок управления, переключатель режимов работы, светодиодные индикаторы малого и среднего отклонения, генераторы мигания, усилители, индикаторы предельного отклонения, схему ИЛИ, одновибратор, счетчик импульсов, блок формирования оценок, цифровой индикатор, задатчик оценочных показателей, таймер, схему управления таймером, блок кодовых переключателей, пересчетную схему, блок сигнализации времени, светодиодные индикаторы отсчета нормативного времени движения, расположенные в поле зрения смотрового прибора водителя.
Недостатком данного устройства, является то, что при выполнении упражнения по вождению инструктор и руководитель занятия не видят объективно и в реальном времени ошибок обучаемого при нарушении им правил преодоления препятствий и ограниченных проходов, что снижает эффективность обучения.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества обучения вождению и системы объективного контроля, которая обеспечивала бы высокую точность оценки деятельности обучаемого.
Поставленная задача решается путем введения в известное устройство для обучения водителей гусеничных машин смотрового прибора инструктора, электронного ключа обучаемого, датчика удара, светодиодного индикатора превышения допустимой величины удара, передатчика ошибок, приемника ошибок, блока сопряжения и персональной электронно-вычислительной машины.
При этом бортовой тренажер вождения гусеничной машины, содержащий датчик регистрации местоположения машины, генератор низкой частоты, магнитночувствительные элементы датчиков, схемы усилителя сигналов, фазовый детектор, блок компараторов, схему установки уровней отклонений, блок управления, переключатель режимов работы, светодиодные индикаторы малого и среднего отклонения, генераторы мигания, усилители, индикаторы предельного отклонения, схему ИЛИ, одновибратор, счетчик импульсов, блок формирования оценок, цифровой индикатор, задатчик оценочных показателей, таймер, схему управления таймером, блок кодовых переключателей, пересчетную схему, блок сигнализации времени, светодиодные индикаторы отсчета нормативного времени движения, расположенные в поле зрения смотрового прибора водителя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены смотровой прибор инструктора, электронный ключ обучаемого, датчик удара, светодиодный индикатор превышения допустимой величины удара, передатчик ошибок, приемник ошибок, блок сопряжения и персональная электронно-вычислительная машина, при этом вход смотрового прибора водителя и смотровой прибор инструктора содержат последовательно соединенные светодиодные индикаторы отсчета нормативного времени движения, вход которых соединен с выходом блока сигнализации времени, светодиодные индикаторы малого, среднего и предельного отклонения, входы которых соединены с выходами усилителей, светодиодный индикатор превышения допустимой величины удара, вход которого соединен с первым выходом датчика удара, другой выход которого связан с первым входом счетчика импульсов, другой вход которого связан с выходом одновибратора, третий вход счетчика импульсов связан с первым выходом блока управления, а первый выход счетчика импульсов связан с первым входом блока формирования оценок, другой вход которого является вторым выходом блока управления, имеющего связь с выходом электронного ключа обучаемого, а третий выход блока управления соединен с одним из входов блока сигнализации времени, светодиодные индикаторы малого и среднего отклонения через усилители соединены с выходами генераторов мигания, входы которых соединены с первым и вторым выходами переключателя режимов работы соответственно, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно через усилители с индикаторами предельного отклонения и первым, и вторым входами схемы ИЛИ, выход которой через одновибратор соединен с другим входом счетчика импульсов, второй выход которого имеет связь с последовательно соединенными передатчиком ошибок, приемником ошибок, блоком сопряжения и персональной электронно-вычислительной машиной, для управления обучением вождению с командного пункта.
Предложенное техническое решение позволяет также обучаемому: самостоятельно, без помощи инструктора, отрабатывать основные элементы упражнений; видеть все свои ошибки в момент их совершения; видеть устранение этих ошибок в момент их устранения; получать объективную оценку сразу же после выполнения упражнения.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема предлагаемого тренажера.
На чертеже приняты обозначения: датчик 1 регистрации местоположения машины, генератор 2 низкой частоты, магниточувствительные элементы датчиков 3 и 4, схемы усилителя сигналов 5 и 6, фазовый детектор 7, блок компараторов 8, схема 9 установки уровней отклонений, блок 10 управления, переключатель 11 режимов работы, светодиодные индикаторы 12 и 13 малого и среднего отклонения, первый 14 и второй 15 генераторы 14 и 15 мигания, усилители 16 и 17, индикаторы 18 и 19 предельного отклонения, усилители 20 и 21, схема ИЛИ 22, одновибратор 23, счетчик 24 импульсов, блок 25 формирования оценок, цифровой индикатор 26, задатчик 27 оценочных показателей, таймер 28, схема 29 управления таймером, блок 30 кодовых переключателей, пересчетную схема 31, блок 32 сигнализации времени, светодиодные индикаторы 33-39 отсчета нормативного времени движения, расположенные в поле зрения смотрового прибора 40 водителя, смотровой прибор 41 инструктора, электронный ключ 42 обучаемого, датчик удара 43, светодиодный индикатор 44 превышения допустимой величины удара, передатчик 45 ошибок, приемник 46 ошибок, блок 47 сопряжения, персональная электронно-вычислительная машина 48.
Смотровые приборы 40 водителя и 41 инструктора представляют собой штатные смотровые приборы наблюдения механика-водителя и командира машины соответственно. Эти приборы дооборудованы линейками светодиодных индикаторов, которые вмонтированы между верхней и нижней призмами. Информация о показателях качества вождения и ошибках отображается на светодиодных индикаторах и подается обучаемому непосредственно в смотровой прибор 40 водителя.
При движении по участку препятствия обучаемый видит:
1. Отсчет нормативного времени, установленного на преодоление участка препятствия по светодиодным индикаторам 33-39.
2. Момент начального отклонения машины от середины прохода препятствия по светодиодным индикаторам 12 и 13.
3. Выход машины за габарит препятствия или задевания машиной за габаритный ограничитель на препятствии по индикаторам 18 и 19.
4. Ускорение удара корпуса машины более допустимой величины 3g по светодиодному индикатору 44.
Аналогичную информацию видит механик-водитель-инструктор по светодиодным индикаторам своего смотрового прибора 41 инструктора.
Передача информации с препятствия на машину и с машины на командный пункт руководителю занятия осуществляется дистанционно, за счет, например, реализации принципа электромагнитных колебаний. При этом каждой ошибке, каждой фамилии обучаемого и номеру препятствия на маршруте движения соответствует своя, вполне определенная форма, величина и частота следования закодированного сигнала. В предлагаемом бортовом тренажере, в отличие от существующих конструкций тренажеров и систем контроля, не используются радиоволны, а потому он не мешает руководителю занятия управлять процессом обучения вождению по радиостанции.
Конструктивно датчик 1 регистрации местоположения машины выполнен в виде токонесущего проводника, расположенного по периметру участка препятствия. При пропускании по проводам слабого переменного тока вокруг них образуется переменное электромагнитное поле, которое задает программу движения танка на контролируемом участке. Провода могут подвешиваться на столбах или прокладываться в земле по обочинам вдоль трассы движения на глубину до 80 см.
На бортах машины, на его правой и левой надгусеничных полках, в передней части устанавливают два магниточувствительных элемента датчиков 3 и 4, в которых при движении по препятствию наводятся напряжения, пропорциональные величине смещения машины от середины прохода препятствия или его границ справа и слева. Линия укладки провода может совпадать с линией размещения ограничительных столбов, устанавливаемых согласно требованиям Курса вождения, или выходить за нее на расстояние до 3-х метров.
Таким образом, оборудование бортового тренажера в сравнении с оборудованием существующих тренажеров и систем контроля значительно проще в изготовлении и установке. Оно не требует устанавливать на препятствие и машину громоздкие, ненадежные механические датчики, реализующие принцип механического удара элемента датчика, устанавливаемого на машине об элемент датчика, устанавливаемого на препятствии. И, что немаловажно, заменив прибор обучаемого, оборудование бортового тренажера, может быть использовано на любых других объектах бронетанковой, автомобильной и другой техники.
В персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) 48 осуществляется определение индивидуальной оценки обучаемого по показателям качества вождения, переданным приемником 46 ошибок, и отображения результатов вождения на дисплее в реальном времени.
Тренажер работает следующим образом.
Перед началом вождения руководитель занятия, прибыв на вышку командного пункта, включает ПЭВМ 48. Берет диск с записанной на него программой контроля и вставляет его в окно накопителя. Во время загрузки программы на экран дисплея выводится «Инструкция о порядке пользования бортовым тренажером и системой контроля».
Руководитель занятия читает инструкцию и в дальнейшем действует в соответствии с ее указаниями.
На экран дисплея выводится сообщение - «Код группы…». Это означает, что руководитель занятия должен ввести код учебной группы, с которой проводится данное занятие. Предположим, что занятие проводится со слушателями 1 факультета 2 курса 3 группы. Соответственно, нажатием клавиш «010203» вводит код учебной группы.
После чего на экран дисплея выводится список данной учебной группы, который был заложен в память машины с самого начала поступления слушателей в академию и формирования учебных групп.
Руководитель занятия проверяет наличие слушателей на занятии по списку в журнале учета учебных занятий. При необходимости он может вызвать экранный редактор текста и внести необходимые изменения, указать причины отсутствия обучаемого (болен, наряд, отпуск и т.д.).
Далее, руководитель занятия вручает каждому обучаемому персональный электронный ключ 42. При этом он обращает внимание на то, чтобы номер электронного ключа соответствовал номеру слушателя в списке группы. Это сделано для того, чтобы ПЭВМ могла различать результаты вождения каждого обучаемого.
После постановки задачи и отправки обучаемых по учебным местам руководитель занятия переводит систему в режим автоматического контроля, нажатием клавиши «Enter» и включением блока 48 сопряжения ПЭВМ 48 с учебными местами и участками препятствий. При этом на экране дисплея появляется сообщение «ИДЕТ АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВОЖДЕНИЯ».
Обучаемые, прибыв на учебные места, готовят машины к движению и вставляют электронный ключ 42 в замок блока 10 управления, а инструктор переключателем блока 29 устанавливает нормативное время выполнения упражнения. Докладывают руководителю занятия по радиостанции о готовности к движению и по команде «Вперед» выполняют упражнение. Оператор на командном пункте включает генератор 2 низкой частоты, слабый переменный ток которого напряжением 12 В и частотой 3,5 кГц, проходя по проводнику 1, образует вокруг него переменное магнитное поле. С началом движения, в момент въезда на контролируемый участок пути (пересечения машиной исходной линии на командном пункте), элемент датчика 3, пересекая магнитное поле, вырабатывает электрический сигнал. Этот сигнал, усиленный электронной микросхемой 5, поступает на схему 29 управления таймером и сбрасывает в исходное состояние все элементы таймера. Сигнал с выхода схемы управления таймером подается на вход блока 10 управления, который разрешает прохождение импульсов кварцевого генератора времени таймера 28 на вход блока 32 сигнализации времени. При этом импульсы с выхода пересчетной схемы 29 с периодом, пропорциональным установленному числу норматива времени, отсчитываются десятичным счетчиком блока 32 сигнализации времени. Импульсы с выходов десятичного счетчика запоминаются триггером блока 32 сигнализации времени и через усилитель того же блока последовательно включают светодиодные индикаторы 33-38 зеленого цвета, расположенные в поле зрения смотрового прибора 40 водителя. Эти светодиодные индикаторы фиксируют отсчет нормативного времени, установленного на преодоление участка препятствия. Их последовательное включение обязывает водителя регулировать скорость движения машины таким образом, чтобы преодолеть контролируемый участок пути (участок с препятствием) раньше, чем включится последний справа светодиодный индикатор 39 красного цвета. Включение этого индикатора указывает обучаемому на невыполнение норматива. Оно будет зафиксировано счетчиком 24 импульсов, как ошибка - «ВРЕМЯ» и передано на командный пункт для руководителя занятия. Аналогичная информация подается на смотровой прибор 41 инструктора, призывая его своевременно и объективно влиять на действия обучаемого.
При движении машины в электромагнитном поле, созданном по периметру препятствий и ограниченных проходов, в элементах датчиков 3 и 4, расположенных на бортах машины, будут вырабатываться электрические сигналы, пропорциональные отклонению машины от середины линии проезда. Магниточувствительные элементы датчиков включены таким образом, что сигналы с их выходов направлены встречно друг другу. Эти сигналы, усиленные микросхемами 5 и 6, поступают на фазовый детектор 7, который и определяет величину и направление отклонения машины от середины линии проезда. Сигнал постоянного тока от фазового детектора подается на блок компараторов 8.
При движении посередине прохода (по заданной траектории движения) в магниточувствительных элементах датчиков наводятся напряжения, одинаковые по величине, но противоположные по знаку, и поэтому суммарный сигнал рассогласования на выходе фазового детектора отсутствует.
В случае отклонения машины от середины прохода (от заданной траектории движения) равенство напряжений в магниточувствительных элементах датчиков нарушается. На выходе фазового детектора появляется сигнал рассогласования постоянного тока, который проходит в блок 8 компараторов. В зависимости от величины и направления отклонения машины (вправо или влево) от середины линии ограниченного прохода на выходе формируется соответствующий этому отклонению управляющий сигнал, который преобразуется в сигнал световой индикации смотрового прибора наблюдения. Светодиодные индикаторы 12 и 13 малого и среднего отклонения, фиксирующие моменты отклонения машины от середины прохода, расположены в верхней части поля зрения смотрового прибора 40 водителя. При этом блок компараторов определяет три уровня отклонений: малое, среднее и предельное. Величины уровней индикации отклонений задаются и обеспечиваются внутренними регуляторами блока управления через схему 9, которая подключена своим входом к блоку компараторов. При наличии на другом входе в компараторе сигнала рассогласования, соответствующего величине отклонения от средней линии заданного направления движения, они подаются на схемы светодиодных индикаторов, расположенных в верхней части поля зрения смотрового прибора 40 водителя. Сигнал малого отклонения, усиливаясь в усилителе электромикросхемой 16 и 17, индицируется обучаемому мигающим светом за счет генераторов мигания 14 и 15 соответствующего светодиодного индикатора (13 или 12) малого и среднего отклонения. Это позволяет обучаемому с начала движения правильно оценивать свое ощущение по величине отклонения. Сигнал среднего отклонения с выхода блока компараторов через переключатель 11 поступит на электромикросхему усилителя 16 или 17 и вызовет постоянное свечение светодиодных индикаторов 12 или 13 в зависимости от стороны отклонения от заданного направления движения. При этом водитель, не переключая внимания от наблюдения за направлением движения, может самостоятельно контролировать правильность своих действий, а также отрабатывать приемы вождения в ограниченных проходах.
В случае предельного отклонения от середины линии ограниченного прохода сигнал через переключатель поступит на усилитель 20 или 21 и просигнализирует обучаемому о допущенной ошибке постоянным свечением светодиодного индикатора 18 или 19 предельного отклонения. Одновременно, от блока 8 сигнал поступит на счетчик 24 импульсов через схему 22 ИЛИ и одновибратор 23, который «запомнит» этот сигнал, как ошибку - «ГАБАРИТ». Индикация отклонений машины от заданного направления и съезда за пределы обозначенных габаритов, а также регистрация ошибок по технике вождения вправо или влево аналогичны и без особенностей. Аналогичную информацию может наблюдать механик-водитель-инструктор по светодиодным индикаторам своего прибора 41 инструктора.
Такое деление величин отклонения на уровни крайне важно при формировании у обучаемого навыка начального ориентирования из бронированной гусеничной машины при преодолении препятствий и ограниченных проходов.
Результаты экспериментальных исследований показали, что обучаемые, прошедшие подготовку без прибора, имели в среднем на участке препятствия длиной 20 м одно отклонение.
Однако величина этого отклонения была сравнительно большой, и в среднем составляла около 80 см. То есть обучаемые после трех-четырех занятий, а это 10-12 заездов по однотипным препятствиям, не научились чувствовать момент начала отклонения машины от середины прохода и видели его только тогда, когда оно становилось достаточно большим.
В то же время обучаемые, прошедшие подготовку с бортовым тренажером, сразу же после первых занятий снизили величину отклонения примерно в два раза, а интенсивность их воздействия на органы управления движением машины при этом увеличилась в три раза. Соответственно во столько же раз уменьшилось и время, необходимое для формирования устойчивого навыка.
При движении с ударами корпуса машины больше допустимой величины 3g включается светодиодный индикатор 44 превышения допустимой величины удара, который расположен по середине верхней части поля зрения смотрового прибора 40 водителя. Он указывает обучаемому на недопустимость такого удара и одновременно помогает ему максимально использовать скоростные возможности боевой машины по плавности хода, не допуская, как излишне «мягкой» езды, так и жестких ударов. Включение светодиодного индикатора 44 превышения допустимой величины удара будет зафиксировано счетчиком 24 импульсов как ошибка - «ГАБАРИТ» и передано на командный пункт для руководителя занятия.
Сигнал окончания отработки упражнения, поступающий от блока 10 управления на счетчик 24 импульсов, о количестве допущенных ошибок по технике вождения и времени выполнения упражнения проходит в блок 25 формирования оценок. Исходная информация, заложенная в задатчике 27 оценочных показателей, сравнивается с текущей и в виде общей оценки средней скорости движения с учетом количества ошибок, допущенных при преодолении препятствий, выдается на индикатор 26 оценок, а затем на блок 10 управления. В результате инструктор и руководитель занятия делают вывод о достигнутом уровне мастерства вождения и возможности перехода к более сложной задаче.
Тренажер исключает субъективность в оценке мастерства вождения, а также позволяет установить конкретные ошибки в вождении машины. Нулевые показания цифрового индикатора фиксируют случаи обхода препятствия на маршруте движения.
Аналогичную информацию видит механик-водитель-инструктор по индикаторам своего прибора 41 инструктора, что позволяет ему своевременно и объективно влиять на действия обучаемого.
Руководитель занятия может контролировать ход процесса обучения на учебном месте. Для этого, используя программу компьютера, он вызывает командой, например, первое учебное место и по «Ведомости учета результатов вождения» анализирует сколько обучаемых выполнили задачу на данном учебном месте, какие они имеют характерные ошибки и каков результат выполнения оценочных показателей.
Ошибки, зафиксированные счетчиком 24, после преодоления препятствия будут дистанционно переданы с помощью передатчика 45 ошибок, установленного на машине, на приемник 46 ошибок, расположенный на выходе из препятствия и имеющий электрическую связь с блоком 47 сопряжения ПЭВМ 48 на командном пункте. Руководитель занятия на дисплее ПЭВМ в реальном времени видит результаты выполнения показателей качества вождения каждого обучаемого, а по окончании занятия выводит их на печать в «Ведомость учета результатов вождения» по форме, образец которой определен Курсом вождения боевых машин.
Предложенный бортовой тренажер спроектирован и изготовлен опытный образец, который позволил провести сравнительные испытания эффективности обучения на машине с предлагаемым устройством.
Результаты сравнительных экспериментальных исследований показали, что, во-первых, бортовой тренажер целесообразно использовать не только на машинах, но и на тренажерах типа ТТВ. В этом случае мы будем формировать тот единый навык, который необходим для практического вождения боевой машины, и объективно его оценивать.
Во-вторых, бортовой тренажер на машинах и на тренажерах целесообразно использовать не на трассах подготовительных упражнений, где одно препятствие следует за другим, а на участках препятствий, где обеспечено многократное преодоление одного и того же препятствия. Это многократное преодоление одного и того же препятствия может составлять десятки раз. И только в этом случае навык в технике преодоления препятствий и ограниченных проходов формируется наиболее эффективно.
Каждый участок препятствия должен содержать два препятствия, расположенные на кольцевой трассе. Расположение препятствий на кольцевой трассе должно обеспечивать возможность разгона танка до 5-6 передачи, с тем, чтобы учить обучаемого правильному преодолению препятствий с подходом к нему и отходом от него на максимально возможной скорости. Размеры этого участка могут быть 100-150 м по фронту и 300-350 м в глубину.
Реализация предлагаемой методики обучения вождению с бортовым тренажером на участках препятствий повысит качество вождения на 25%, сократит число занятий на 27% или 29 часов, а расход моторесурсов уменьшит на 12% или 30 км. Кроме того, высвободит большую часть механиков-водителей инструкторов и уменьшит территории учебных полей, отводимых под танкодромы и автодромы примерно на две третьи. При выполнении упражнений бортовой тренажер исключает субъективность в определении индивидуальной оценки обучаемому, а также позволяет установить конкретные ошибки в технике вождения машины и обеспечить среднюю скорость движения на 15% выше при прочих равных условиях.