Тренажер транспортного средства

 

Изобретение относится к техническим устройствам обучения водителей транспортных средств , в частности, автомобилей. Цель изобретения - повышение эффективности работы тренажера за счет повышения качества имитации динамических воздействий на обучаемого и зрительной обстановки для достижения адекватности тренажера реальному транспортному средству. Кабина электромобиля посредством амортизаторов 7 размещена на основании 8, оборудованном приводом поперечного перемещения относительно траектории движения и установленном на поворотной платформе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а моделирующее устройство выполнено в виде установленной на шасси электромобиля бортовой вычислительной машины 24 в микромодульном исполнении, аналого-цифрового преобразователя, внешнего управляющего устройства. При этом бортовая вычислительная машина 24 связана входами с датчиками положения органов управления и перемещения кабины, а выходами - с приводами перемещений кабины и через узел токосъема - с внешним управляющим устройством, связанным с пультом инструктора и имитатором дорожной обстановки. При работе на тренажере воспроизводятся более полные к реальной обстановке динамические и информационные воздействия на обучаемого. 3 ил.

союз сонетсних. социАлистичеснии

РЕСПУБЛИН (5114 G 09 В 9/04

> 1053Ng

1>1 "Д1 1 48>i ЧЕСКАЯ

Е Б : .:„9; g p

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 425 71 1 4/2 7-1 1 (22) 04.06.87 (46) 15.09.89. Бюл. Ф 34 (71) Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта и Всесоюзный заочный политехнический институт (72) П.П. Белов, И.А, Венгеров, В.П. Грибков, С.А. Минаев и А.Е. Чебышев (53) 629.113(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11й 826394, кл. G 09 В 9/04, 1978. (54) ТРЕНАЖЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к техническим устройствам обучения водите- . лей транспортных средств, в частности автомобилей. Цель изобретения повышение эффективности работы тренажера за счет повьппения качества имитации динамических воздействий на .обучаемого и зрительной обстановки дпя достижения адекватности тренажера реальному транспортному средству, .,Кабина электромобиля посредством

„„SU„„3 508265 А 1

2 амортизаторов 7 размещена на основании 8, оборудованном приводом поперечного перемещения относительно траектории движения и установленном на поворотной платформе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а моделирующее устройство выполнено в виде установленной на шасси электромобиля бортовой вычислительной машины 24 в микромодульном исполнении, аналого-цифрового преобразователя; внешнего управляющего устройства.

При этом бортовая вычислительная машина 24 связана входами с датчиками положения органов уяравления и перемещения кабины, а выходами — с приводами перемещений кабины и через ® узел токосъема — с внешним управляю- щим устройством, связанным с пультом инструктора и имитаторам дорожной об- С становки. При работе на тренажере воспроизводится более полные к реаль- 2 ной обстановке динамические и инфор- мационные воздействия на обучаемого, 3 150826

Изобретение относится к техническим устройствам для обучения водителей транспортных средств.

Цель изобретения — повышение эф5 фективности работы тренажера за счет повышения качества имитации динамических воздействий на обучаемого и зрительной обстановки для достижения адекватности тренажера реальному транспортному средству.

На фиг. 1 представлен общий вид подвижной кабины тренажера; на фиг. 2 — кинематическая схема кабины, Разрез; на фиг. 3 — структурная блок-схема тренажера.

Тренажер содержит модель кабины 1 транспортного средства, оборудованную креслом 2 водителя, приборным щитком 3 с имитаторами приборов и 20 указателем.поворотов, стандартными органами управления, включающими рулевое колесо 4, педали 5 акселератора, тормоза, сцепления и рычаг 6 пе- ° реключения коробки передач, Кабина 1 25 установлена посредством четырех амортизаторов 7 на основании 8 с возможностью ее поворота вокруг продольной оси Х в малых отклонениях при движении по наклонной поверхности 30 трассы (например, на виражах ) и оснащена датчиком 9 углового положения, Основание 8 оборудовано электромеханическим приводом поперечного перемещения относительно траектории движения, включающим электродвигатель 10 с приводной шестерней 11, четыре опорных ролика 12 и датчик 13 поперечного (вдоль оси Y) перемещения, Ролики 12 входят в продольные фигурные пазы (типа ласточкина хвоста) поворотной платформы 14, в одном из которых нарезана зубчатая рейка (гребенка) 15, находящаяся в зацеплении с пРиводной шестерней 11. Поворотная 45 платформа 14 установлена на неподвижную ось шасси .16 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси Z с помощью электропривода 17 на валу которого укреплен датчик 18 углового

50 положения. Шасси 16, на котором установлен тяговый электродвигатель !9 электромобиля с датчиком 20 скорости, перемещается с помощью приводных роликов 21 по направляющим 22 трассы, установленным на неподвижном основании 23. На шасси 16 установлена бортовая аналоговая вычислительная машина (БАВМ) 24 для решения дифферен5 4 циальных уравнений движения транспортного средства и формирования управляющих сигналов на электроприводы и на приборный щиток 3. Кроме того, шасси оборудовано датчиками — щупом

25 со свободно катящимися направляющими роликами для определения местонахождения электромобиля на трассе и угла поворота трассы.

Для передачи сигнала с электромобиля на внешние управляющие устройства 26 (ВУУ) служит коллектор 27 с прижимной пружиной 28.

Органы управления 4-6 кабины 1 оборудованы электрическими. датчиками их положения 29-31 (фиг.3), е Рулевое колесо 4 дополнительно оборудовано электромеханическим нагрузочным устройством 32. Кроме того, кабина 1 оборудована имитатором 33 акустической обстановки с динамиком.

БАВМ 24 включает в себя блок 34 моделирования динамики движения, блок

35 формирования управляющих сигналов на электродвигатели 10, 17, 19, блок

36 формирования сигнала на имитатор

33 акустической обстановки, БАВМ 24 через коллектор 27 связана с АЦП 37, соединенным с внешним управляющим устройством 26. ВУУ 26 включает блок

38 формирования управляющих сигналов имитатора 39 дорожной обстановки и блок 40 контроля действий обучаемогоо.

Пульт 41 обучающего (инструктора) содержит блок 42 индикации и блок 43 программы обучения, Кинематическая схема подвижной кабины тренажера обеспечивает 4 степени свободы относительно неподвижного основания. Связанная система О,Х,Y;Z расположена в центре тяжести моделируемого на тренажере транспортного средства, причем ось Х направлена по продольной оси симметрии тренажера, ось Z вертикально вверх, а направление оси Y образует правостороннюю ортогональную систему координат. Продольные (основные) перемещения кабины (по оси Х) производятся путем перемещения шасси 16 с помощью электродвигателя 19 в соответствии с уравнением: т, т хГ хг

Х=$соз&=(Х +Ы ) ddt-Ч jpdt)cose, (1) о о где $ — значение скорости, выводимое на спидометр. приборного щитка

082á5

У-(Х,+Б) ай. 8 . (2) Y -У -KY

П il0 (4) 5 15

8 — угол поворота платформы вокруг оси, — угол отклонения педали акселератора, — угол отклонения педали тормоза; х

Wg u

W — передаточные функции транЯ

1 спартного средства между входами соответственно по Ы и р и выходом по Х„

Х вЂ” начальное значение скорости транспортного средства . Т 1,Т вЂ” время отклонения педалей акселератора, тормоза.

Поперечное перемещение (по оси У) производится за счет, перемещения основания 8 кабины с помощью электродвигателя 10 в соответствии с уравнением

Угловое перемещение вокруг верти1 кальной оси Z производится sa счет вращения поворотной платформы 14 с помощью электродвигателя 17 в соответствии с уравнением

Е =1 q, (3) где g — угол поворота углового колеса, Ы вЂ” передаточная функция тран Ц спортного средства между входом по q и выходом по 8 .

Угловое перемещение вокруг про.дольной оси Х осуществляется за счет деформации амортизаторов 7 под влчянием центробежной и центростремитель"ной сил при движении электромобиля по виражам направляющих трассы, Для отработки взаимодействия с автомобилем-лидером, находящимся на трассе перед ТС обучаемого и управляемым с пульта экспериментатора задают переменную положительную скорость Х„ от 0 до Х„

В определенных точках трассы созданы перекрестки и перпендикулярно трассе с обеих сторон ее могут двигаться объемные макеты пешеходов к. транспортных средств со скоростями в соответствии с уравнением где уп — поперечная скорость;

Y „0 — начальная поперечная скорость макета;

Y — скорость бокового движения электромобиля;

K — коэффициент отгасительнаго движения (K=-1-2, 5

Начальные скорости Y „ задаются в блоке 42 программы обучения: движение слева направо, l

Датчики 29 — 31 положения органов управления представг,яют собой дискретные (микрапереключатели,1 и анало- говые элементы, Рулевое колесо 4 оснашенс многооборотным прецизионным потенциометром 1 .С-3, связанным механическим редуктором с соотношением

5: 3 с валом рулевого колеса. Педали

5 тормоза, акселератора оснащены резольверами типа РБ-2, педаль сцепления и рычаг 6 переключения коробки

2, 1 передач — микропереклюателями типа

1п-1!05У4.

Нагрузочное устройство 32 представляет собой электродвигатель постоянного тока типа АЛ-102, ротор которого механически (через клинаременную передачу) связан с валом рулевого колеса. Управляющая обмотка электродвигателя через усилитель мощ ности связана с БАЯМ 24. Таким обраЗ1 зом, тормозной момент, создаваемый электродвигателем на валу рулевого колеса 4, пропорционален напряжению на управляющей обмотке, закон изменения которого задается SABM 24 в функции имитируемой скорости и реального

35 угла поворота рулевого колеса 4, Имитатор 33 акустической обстановки с динамиком воспроизводит аэродинамический шум, соответств ющий дви4, жению автомобиля в реальных условиях, а также звучание двигателя на выбранной передаче:.

БАВМ 24 выполняет следующие функции: моделирование динамики движения

ТС адекватной реальной путем решения соответствующих уравнений по каналам управления траекториеЙ и скоростью движения формирование управляющих сигналов на электрические двигатели

10,17,19 приводов линейных и угловых перемещений подвижных узлов электромобиля; формирование сигнала управления нагруэочным устройством 32 руле55 ваго колеса 4; формирование сигналов управления и мтатором 33 акустическои обстановки, формирование сигнала на имитатор спидометра приборного щитка 3, 1508265

Блок 34, в котором решаются уравнения 1-4, представляет собой набор стандартных операционных усилителей, выполненных на элементах той же серии.

Блок 35 формирования управляющих сигналов содержит три стандартных сумматора, выполненных на элементах серии К-140, на входы которых приходят сигналы, соответствующие текущим параметрам траектории электромобиля, вырабатываемые блоком.34 моделирования динамики движения, и сигналы обратной связи с датчиков 13,18,20 под- 15 вижных элементов электромобиля.

В качестве амортизаторов 7 использованы амортизаторы мотоцикла

"Восход", характеристики которых обеспечивают углы наклона кабины на 20 виражах (достаточно близкие реальным углам).

Поперечное боковбе перемещение кабины 1 (относительно направляющих трассы 22) осуществляется с помо- 25 щью электродвигателя 10, управляемого сигналами блока 34 моделирования динамики движения БАВМ 24.

Поворотная платформа 14 установлена на неподвижную ось шасси 16 и опи- 30 рается на шасси через опорные шарики подшипника, направляющие канавки которых проточены в шасси 16 и платформе 14 .(не показаны).

Привод углового перемещения подвижной платформы 14 представляет. собой механический редуктор, приводимый электродвигателем 17 (типа ЧАПУ ,и ХПИ).

Выбор электрических двигателей и 10 конструкции приводов произведен из условий обеспечения динамического подобия перемещения кабины с обучаемым реальным перемещениям водителя в кабине ТС. 45

Коллектор 27 состоит из двух частей: неподвижной — в аиде медных шин различного сечения, закрепленных на изолирующих стойках, располагаемых на межрельсовом пространстве трассы, и подвижной, представляющей собой медно-графитные щетки с направляющими и прижимной пружиной 28, закрепленными на нижней части подвижной кабины 1, $5

Электрическая связь кОллектора 27 с другими устройствами осуществляется с помощью изолированных проводов различного сечения, соединяющих щетки коллектора с элементами, расположенными непосредственно на электромобиле, а шины через АЦП 37 с источником питания (не показан), с блоком 43 программы пульта 41, блоками 38, 40, входящими в состав ВУУ 26.

Датчики 13,18,20, которыми оснаще- . ны подвижные элементы 8, 16, 14 электромобиля, служат для формирования сигналов обратной связи, поступающих на входы блока 35 формирования управляющих сигналов БАВИ 24 для формирования сигналов, управляющих движением тренажера. Датчик.13 поперечноа го перемещения представляет собой многооборотный прецизионный потенциометр ПС-3 датчики 18 углового перемещения и 20 скорости выполнены в ви-де резольверов тина РБ-4.

ВУУ 26 представляет собой ЦУВМ типа электроники-60 и осуществляет следующие функции: по команцам с программного блока 43 пульта 41 обучающего определяет моменты появления, начальные и текущие скорости подвижных макетов транспортных средств и пешеходов, входящих в состав имитаторов 39 дорожной обстановки с учетом управляющих манипуляций.обучаемого, находящегося в кабине 1; вырабатывает управляющие сигналы на световариаторы и кинопроекторы.имитатора 39 дорожной обстановки, а также на тяговый привод электромобиля-лиде" ра; осуществляет оценочную процедуру управляющих действий обучаемого .со-.:.: гласно алгоритму, приведенному ниже; при превьппении обучаемым заданной скорости движения или при иных управ. ляющих воздействиях на органы 4 уп равления, которые могут привести.к возникновению аварийной ситуации, вырабатывает сигнал на остановку тренажера.

Управление начальными условиями. (моменты появления и начальные скорости) движения подвижных макетов имитатора 39 происходит следующим образом.

Сигналь1 на электроприводы макетов поступают с блока 38 в зависимости от значения текущей скорости движе- . ния электромобиля с обучаемым, по-. ступающего с датчика 20 скорости (через БАВМ 24, коллектор 27 и АЦП 37), места нахождения, электромобиля на трассе (с определяемой вепичиной на". пряжения с выхода датчика 25) и их

08265 задают обучаемому программу движенк:, а также ргзлнчбнне дорожно-транспор.:— о ные ситуации- например;онеэапное тор.можение автомобиля-лидера, выезд транспортного средства на перекресток при запрещающем сигнале светофора, неожиданное появленис пешехода на проезжей части. С помощью световариатора и имитатора спидометра, установленного в приборном щитке 3, управляемых соответственно ВУУ 26 и БАВЧ 24, достигается иллюзия повышенной скорости движения, Макеты пешеходов и транспортных средств перемещаются по командам с ВУУ 26 с уче) том управляющих манипуляпий обучаемого путем подачи соответствующих сигналов, формируемых блоком 37 на их электрические приводы. Имитатор

23, управляемый БАВМ 24, воссоздает акустическую обстановку, адекватную реальной r в зависимости ог параметров имитируемого движения электромобиля с обучаемым, Обучаемый имеет возможность объехать появляющуюся помеху справа или слева (исходя из конкретной ситуации) за счет управления относительным двиоо жением помехи, причем восприятие этого маневра не отличается от реального из-за высокой степени точности где g. — показатели качества управ1 ления, n — общее число действий обучаеоБщ мого соответствующим органам управления; — ошибочные действия данным органом;

Т - общее время действия данным

- оЕо1 органом управления;

P — эталонная интенсивность дейст. ствий обучаемого органом управления, P — текущая интенсивность действия обучаемого органом управления, Для сцепления коробки передач и системы сигнализации значения показа= телей g рассчитываются как

J . помощ пош Тобщ Тою

7,„ где Т вЂ” время ошибочных действий, . Сложность конкретного задания дополнительно оценивается коэффициентом

9 !5 начальных скоростей, задаваемых программой занятий с блока 43, ВУУ 26 включает блок 40 контроля действий обучаемого, на выходы которого (через коллектор 27 и АЦП 37) поступают сигналы с датчиков 29-31 положения органов управления. В блоке 40 контроля производится сравнение текущих манипуляций обучаемого с эталонными, определяемыми выбранной программой обучения. Алгоритм оценки выбран по таким органам управления, как рулевое колесо, педали тормоза и акселератора." обц

Побо П бобр Оои Ро Ро (7) где и — число эталонных действий органов управления;

$ — протяженность трассы.

Эталонные значения получаются на основе обработки результатов серии проездов по трассе высококвалифицированных инструкторов.

Тренажер работает следующим образом.

Электромобиль с обучаемым, находящимся в кресле 2 кабины 1, перемещается по направляющим 22 с регулируемой скоростью внутри затемненной трассы,. Программный блок 43 и ВУУ 26 применяемых следящих приводов под-! вюкиых макетов, Управление относительным движением макетов (с учетом управляющих действий обучаемого) производится следующим образом.

При появлении макета в поле зрения обучаемого посиедний пытается его объехать, вращая рулевое колесо

4 в ту или иную сторону, либо проскочить (пронустить), воздействуя на педали 5 акселератора (тормоза). При этом сигналы с датчика 29 положения рулевого колеса 4 (либо с датчика 30 положения педалей 5) проходят через соответствующие блоки БАВИ 24 и через коллектор 2.7 и АЦП 37 поступают на блок 38, где суммируются (по модулю) с сигналами начальной скорости движения макета, В зависимости от сигнала рассогласования макет увеличивает либо уменьшает скорость движения (вплоть до перемены знака ско- "

1рости и полной остановки), При прохождении закругленной трассы кабина I с обучаемым наклоняется относительно продольной оси эа счет

11

150 деформации амортизато1 ив 7 в зав .симости от текущей центробежной силы.

При неправильных действиях обучаемого, оцениваемых блоком 40 путем сравнения угла, заданного трассой (определяемого датчиком 25), с деиствительным, являющимся функцией угла поворота рулевого колеса и "боковой" скорости автомобиля, производит-ся перемещение основания 8 с кабиной

1 электромобиля по поперечным пазам

1оворотной платформы 14. Одновременно с помощью электропривода 17 происходит поворот платформы 14 относительно шасси 16 на угол, вычисляемый в блоке 34 BABN 24. Отклонение каби" ны электромобиля контролируется с по-. мощью потенциометрического датчи:га 13„ связанного с FABN 24, определяющей значение текущей координаты бокового перемещения электромобиля вырабатывающей управляющей сигнал, пропорциональный этому значению. Уп-равление скоростью перемещения тренажера осуществляется непосредственно обучаемым. Управляющие сигналы потупают на тяговый двигатель 19 с блока 35 SABM 24 в зависимости от гекущего положения педалей акселерагора и тормоза с учетом динамики движения зцектромобиля, моделируемого на блоке 34 БАИ1 24 и сигналов обрат. ной -.вязи с датчика 20, При подъезде к перекрестку и появлении подвижно о препятствия за счет .анипулирования обучаемым рулевывл колесом 4 происхоцит поворот кабины вокруг вертикальной оси (при неиэмен:ном направлении шасси 16 электромобиля по направляющим 22) и поперечное смещение по павам платформы 14 в соответствии с выбранным направлением объезда препятствия, При этом управляющие действия обучаемого (по продольному и боковому каналам управ-. ления) сравниваются в ВУУ 26 с эталонными, задаваемыми с программного блока 43. При правильных манипуляциях органами управления кабина i с обучаемым перемещается таким образом, чтобы создавать иллюзию реального

8265 12 движ ния. При управляющих манипуляциях, которые могут привести к аварийной ситуации, цо команде с ВУУ 26 тренажер останавливается, 5

Формула из о бр е r ения

Тренажер транспортного .средства, содержащий замкнутую трассу с размещенным на ней электромобилем, на шасси которого установлена модель кабины, включающая рабочее место водителя с органами управления и моделирующее устройство, входы которого связаны с органами управления через цатчики их положений, а выходь| — с приводами моделей и макетов тран" спортных средств и пешеходов, имитатор дорожной обстановки и пуль"т ин-= структора, отличающийся тем, что, с целью повышекия эффектив" ности работы тренажера за счет повы-.шения качества имитации динамических воздействий на обучаемого и зрительной обстановки для достижения адекватности тренажера. реальному транспортному средству, он снабжен датчиками перемещения электромобиля и механизмом изменекия положения модели кабины, выполненным в виде основания,, связанного посредством амортизаторов с модель о кабины и посредством привода поперечного перемещения — с платформой, установленной с воэможностью поворота относительно шасси, а моделирующее устройство выполнено и ниде установленной на шасси ббртовой вычислительной машины в микромодульном исполнении, аналого-цифрового преобразователя и внешнего управляющего устройства, при этом бортовая вычислительная машина связана входами с датчиками положения органов уп равления и датчиками перемещения электромобиля, а выходами — с приводами поперечного перемещения и поворота платформы, и через аналого-цифровой преобразователь. — с внешним управляющим устройством, соединенньвч с пультом инструктора @ имитатором дорожной обстановки.!

508265 Ры2. 2 р

Составитель В. Ионова

Техред М.Ходанич Корректор Л. Бескид

Редактор О, Спесивых

Заказ 5544/53

Тираж 469

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101