НАГРУЗОЧНЫЙ УЗЕЛ ТРЕНАЖЕРА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Предложение относится к тренажерной технике, а именно к автомобильным тренажерам, и может быть использовано преимущественно для отработки навыков вождения автомобильного колесного транспорта.
Известен гоночный симулятор обучения управлению транспортными средствами (Патент RU №108682, G09B 9/02, опубл. 2011 г.), содержащий стандартные органы управления автомобилем на рабочем месте обучаемого, электромеханическую динамическую платформу модуля водителя, компьютер и акустическую систему, систему вибрации, широкоэкранную систему визуализации.
В процессе работы такого симулятора осуществляется достоверная имитация поведения различных видов автомобилей в экстремальных условиях, а также отсутствие необходимости наблюдения инструктора для контроля безопасности работы тренажера и оценки действий испытуемого.
Основным недостатком симулятора является применение стандартных органов управления транспортным средством и отсутствие возможности создания условий для большего погружения обучающегося в процесс обучения на конкретном транспортном средстве.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному устройству, является тренажер для имитации движения транспортного средства (Патент RU 2715325, G09B 9/02, опубл. 26.02.2020), содержащий связанные между собой неподвижную и подвижную платформы, из которых последняя снабжена приводами изменения ее положения, рабочий модуль водителя, размещенный на подвижной платформе и оснащенный креслом и штатными органами управления с имитацией обратной связи в виде рулевого колеса, педалей тормоза и газа, рычагами переключения передач на рулевом колесе, систему визуализации, воспроизводящую дорожную обстановку, в виде, по меньшей мере, фронтального экрана с видеопроектором, размещенных на стойках, и систему управления элементами тренажера в виде блока управления, источника питания и компьютера, на подвижной платформе в качестве рабочего модуля установлено реальное транспортное средство, сменяемое при необходимости, а связь неподвижной и подвижной платформ выполнена с помощью карданного шарнира и приводных тяг, связанных с валами приводов изменения положения подвижной платформы, при этом блок управления и приводы жестко закреплены на нижней платформе, а валы приводов снабжены датчиками их положения, подключенными к блоку управления, причем колеса транспортного средства выполнены свободными от контакта с опорной поверхностью и отключены от привода транспортного средства.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности имитации реальных рулевых нагрузок, а именно конструкция тренажера не позволяет создавать сопротивление вращению рулевого колеса соответствующее сопротивлению в реальных условиях эксплуатации автомобиля. Известно, что сопротивление вращению рулевого колеса присутствует при вождении автомобиля всегда и обусловлено его конструкцией, скоростью движения, типом усилителя руля (или его отсутствием) и пр. Таким образом, данный недостаток не в полной мере позволяет воспроизвести реальные условия работы водителя автомобиля. В свою очередь, это значительно снижает качество обучения навыкам управления транспортными средствами.
Техническим результатом предложения является повышение эффективности тренажера путем расширения его функциональных возможностей за счет имитации рулевых нагрузок, соответствующих таковым в реальных условиях эксплуатации автомобиля.
Технический результат достигается за счет того, что устанавливают нагрузочный узел, на поверхности его корпуса размещают прикрепленный винтовым соединением линейный актуатор, выполненный с возможностью управления с персонального компьютера, шток которого шарнирно соединяют с тормозной колодкой, а внутри корпуса на подшипниках располагают вал нагрузочного узла, на котором сваркой фиксируют цилиндрический маховик.
Предложение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена принципиальная схема тренажера для обучения вождению автомобиля;
на фиг. 2 изображена блок-схема управления тренажером;
на фиг. 3 изображена принципиальная схема нагрузочного узла.
Предлагаемое техническое решение содержит штатный автомобиль 1 заводского производства, установленный на опорах 2, при этом автомобиль 1 содержит все составные части реального автомобиля, позволяющие использовать его после отсоединения от управляющих систем тренажера непосредственно по прямому назначению. Имеется система контроля положения органов управления автомобилем 1 в пространстве, имеющая датчики 3 (фиг. 2) положения соответствующих органов управления 4, связанные с одной стороны с указанными органами управления 4, а с другой стороны - подключенные к персональному компьютеру 5 преподавателя. Персональный компьютер 5 задает программы обучения и связан с проектором 15, проецирующим соответствующие этим программам обучения изображения на лобовое стекло 11 автомобиля 1, используемое в качестве экрана. Персональный компьютер 5 преподавателя выполнен с блоками 12 сравнения для сопоставления действий, совершаемых обучаемым в процессе обучения и преобразованных в цифровой вид, с заданными параметрами этих действий, заложенными в процессе обучения преподавателем и связанными с преобразователями сигналов сравнения в соответствующую информацию, отображаемую на мониторе персонального компьютера 5 преподавателя.
Тренажер оборудован звуковой системой 13, роль которой успешно выполняет штатная система воспроизведения звука, находящаяся в компьютерах.
С целью расширения функциональных возможностей и приближения процессам обучения к реальным условиям тренажер оборудован имитатором 14 вибрационного эффекта, связанным с опорой сиденья обучаемого, а также нагрузочным узлом 10 рулевых нагрузок связанным с персональным компьютером 5 преподавателя позволяющим обеспечивать сопротивление вращению рулевого колеса 6 (фиг. 1, 2).
Роль имитатора 14 вибрационного эффекта выполняет регулируемый по оборотам электродвигатель, вмонтированный в основание сидения водителя. В качестве органов управления 4 в тренажере используются педали акселератора, тормоза, сцепления, рычаг переключения передач, рычаг ручного тормоза, рулевое колесо, световые приборы и штатные указатели состояния управляемых этими органами агрегатов автомобиля.
Роль нагрузочного узла 10 выполняет устройство, состоящее из корпуса 16, внутри которого на подшипниках 17 располагают вал 9, через карданчик 8 связанный с валом 7 рулевой колонки. На валу 9 нагрузочного узла 10 сваркой закрепляют цилиндрический маховик 18. На поверхности корпуса 16 винтовым соединением закрепляют линейный актуатор 19, шток 20 которого шарнирно соединяют с тормозной колодкой 21 (фиг. 3). Актуатор 19 выполнен с возможностью управления с персонального компьютера 5.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Перед началом занятий преподаватель составляет план занятий, отбирает материалы для демонстрации изображений на экране 11 при помощи проектора 15, определяет количество времени для демонстрации, устанавливает и настраивает аппаратуру тренажера, просматривает и прослушивает отобранные материалы в помещении. На занятиях преподаватель объясняет обучаемым, как проводить подготовку автомобиля к выезду, как проводить контрольный осмотр автомобиля, как выезжать и производить остановку автомобиля, а также ставить автомобиль на стоянку. Кроме того, он объясняет им обязанности водителя.
Поскольку используемый автомобиль 1 является штатной единицей заводского производства, обучаемый самостоятельно готовит автомобиль к виртуальной поездке.
После осмотра автомобиля обучаемый начинает виртуальное движение. При помощи персонального компьютера 5 преподаватель задает на блок управления (на рисунке не показан) проектора 15 различные команды. По этим командам на экран 11 выводится изображение различных дорог или перекрестков. Через микрофон звуковой системы 13 преподаватель дает обучаемому команды по направлению движения.
Система контроля положения органов управления автомобилем, подключенная к персональному компьютеру 5 преподавателя, считывает информацию с датчиков 3, установленных на органах управления 4, например, на сошке рулевого управления, на выходе коробки переключения передач и т.п., что позволяет преподавателю и обучаемому быть в курсе изменения вектора движения автомобиля.
На экран 11, расположенный непосредственно перед обучаемым на лобовом стекле, при помощи проектора 15 выводится изображение полотна дороги, дорожных знаков, знаков светофора и другая информация.
Тренажер снабжен имитаторами звукового, вибрационного эффекта, а также имитатором рулевых нагрузок усиливающими реалистичность вождения автомобиля в разных климатических зонах страны, в разных погодных условиях, в разный период времени. Имитатор 14 вибрации создает у обучаемого реальные физические ощущения при работе виртуального двигателя, работа которого зависит от силы давления обучаемым на педаль акселератора (к примеру, увеличение скорости движения автомобиля). Имитатор рулевых нагрузок выполненный в виде нагрузочного узла 10 позволяет обеспечивать сопротивление вращению рулевого колеса 6 в зависимости от дорожной обстановки и других факторов за счет изменения величины прижимного усилия тормозной колодки 21 к цилиндрическому маховику 18. Тормозное усилие создается за счет выдвижения штока 20 линейного актуатора 19, который шарнирно соединен с тормозной колодкой.
Имитатор 14 вибрации и нагрузочный узел 10 выполняющий роль имитатора рулевых нагрузок работает в полном соответствии с компьютерной программой, поскольку своим блоком управления в первом случае и актуатором 19 во втором, подключен к персональному компьютеру 5 преподавателя.
При нарушении правил дорожного движения информация передается на персональный компьютер 5 преподавателя. По окончании занятий производится распечатка информации обо всех совершенных ошибках, после чего преподаватель оценивает работу обучаемого.
Информация об ошибках обучаемого поступает с блоков 12 сравнения предназначенных для сопоставления действий, совершаемых водителем в процессе обучения с заданными параметрами этих действий, заложенными в процессе обучения преподавателем.
По сравнению с прототипом предлагаемое решение позволяет обеспечить повышение эффективности тренажера и расширить его функциональные возможности.