Динамический тренажер вождения автомобиля

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам обучения вождению транспортных средств, может быть использована для обучения вождению автомобиля, а также в качестве аттракциона. Решаемая техническая задача заключается в обеспечении высокой скорости перемещения имитатора кабины тренажера между крайними положениями, обеспечении больших углов крена, тангажа, обеспечении вертикального перемещения, вибрации с различной частотой и амплитудой динамической платформы тренажера вождения автомобиля. Динамический тренажер вождения автомобиля содержит оборудование с ЭВМ, динамическую платформу и модуль водителя. Модуль водителя, установлен на динамической платформе и включает имитатор кабины автомобиля с установленными в нем органами управления автомобилем с датчиками положения, подключенными к блоку сопряжения соединенному с ЭВМ, систему визуализации и акустическую систему соединенные с ЭВМ соответственно. Динамическая платформа выполнена в виде 6-степенной динамической платформы типа «гексапод». 1 н.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 4 илл.

Полезная модель относится к техническим средствам обучения вождению транспортных средств, может быть использована для обучения вождению автомобиля, а также в качестве аттракциона.

Известен тренажер карьерного самосвала «БелАЗ» (изготавливаемый производственной фирмой «Логос», http://pf-logos.tiu.ru), содержащий модуль водителя, включающий имитатор кабины, органы управления автомобилем с датчиками, регистрирующими их положение, блок сопряжения, систему визуализации и акустическую систему, динамическую платформу в виде 3-степенной электромеханической платформы, модуль инструктора с установленным компьютерным оборудованием.

Известен «Интерактивный аттракцион Орион», известный так же как аттракцион «Транс-Форс» (производитель ЗАО «Транзас», http://www.transas.ru), содержащий модуль водителя, включающий кабину, органы управления в виде джойстиков, систему визуализации и акустическую систему, динамическую платформу в виде 3-степенной электромеханической платформы, модуль инструктора, компьютерное оборудование.

Известен автомобильный тренажер «АТК-12», выбранный в качестве

прототипа, (производится научно-производственным предприятием «Гидро-механические системы», г. Муром, http://nppgms.ru), содержащий модуль водителя, включающий имитатор кабины автомобиля «КамАЗ», органы управления автомобилем с датчиками, регистрирующими их положение, блок сопряжения, систему визуализации и акустическую систему, динамическую платформу в виде 3-степенной электромеханической платформы, модуль инструктора с установленным компьютерным оборудованием. Данный тренажер не обеспечивает высокую скорость перемещения имитатора кабины тренажера между крайними положениями, не обеспечивает большие углы крена и тангажа, вертикального перемещения, вибрацию с различной частотой и амплитудой динамической платформы тренажера вождения автомобиля, которые позволяют имитировать сильные ускорения и любые неровности ландшафта, вибрацию двигателя и реалистичный эффект движения.

Решаемая техническая задача заключается в обеспечении высокой скорости перемещения имитатора кабины тренажера между крайними положениями, обеспечении больших углов крена и тангажа, обеспечении вертикального перемещения, вибрации с различной частотой и амплитудой динамической платформы тренажера вождения автомобиля.

Решаемая техническая задача в динамическом тренажере вождения автомобиля, содержащем компьютерное оборудование с ЭВМ, динамическую платформу, подключенную к ЭВМ, модуль водителя, установленный на динамической платформе и включающий имитатор кабины автомобиля с установленными в нем органами управления автомобилем с датчиками положения, подключенными к блоку сопряжения соединенному с ЭВМ, систему визуализации и акустическую систему соединенные с ЭВМ соответственно, достигается тем, что динамическая платформа выполнена в виде 6-степенной динамической платформы типа «гексапод». Динамическая платформа может содержать неподвижную и подвижную раму, соединенные между собой пневматическими приводами с датчиками положения, посредством шарнирного соединения, и систему управления пневматическими приводами соединенную с ЭВМ.

На фиг. 1 изображена общая схема динамического тренажера вождения автомобиля.

На фиг. 2 изображена динамическая платформа.

На фиг. 3 изображен модуль водителя.

На фиг. 4 (4/1 и 4/2) изображена блок-схема программного алгоритма работы ЭВМ (на двух страницах).

Динамический тренажер вождения автомобиля (фиг. 1) содержит компьютерное оборудование 1 с ЭВМ 2, динамическую платформу 3 подключенную к ЭВМ 2, модуль водителя 4, установленный на динамической платформе 3 и включающий имитатор кабины автомобиля 5 с установленными в нем органами управления автомобилем 6 с датчиками положения 7, подключенными к блоку сопряжения 8 соединенному с ЭВМ 2, систему визуализации 9 и акустическую систему 10 соединенные с ЭВМ 2 соответственно.

Компьютерное оборудование 1 включает ЭВМ 2 с подключенными клавиатурой, мышью, монитором, динамиком и микрофоном, для связи инструктора с водителем (на чертеже не показано).

Динамическая платформа 3 (фиг. 2) представляет собой параллельный механизм с 6-ю степенями свободы типа «гексапод» (Merlet J.P. Parallel Robots. Solid mechanics and its applications. - Kluwer Academic Publishers, V. 74, 2000.) и содержит неподвижную раму 11 и подвижную раму 12, соединенные между собой пневматическими приводами 13 с датчиками положения (не показаны), посредством шарнирного соединения 14. Датчики положения (не показаны) пневматических приводов 13 выполнены в виде двух плеч одним концом подвижно соединенных между собой при помощи датчика угла поворота, а другим шарнирно соединенных с цилиндром и штоком пневматического привода соответственно, таким образом, что при движении штока пневматического привода изменяется угол раствора плеч, измеряемый датчиком угла поворота. Динамическая платформа 3 содержит систему управления пневматическими приводами 15, которая, в примере конкретной реализации, включает пропорциональные регуляторы давления (не показаны) и блок управления на основе микропроцессора (не показан) соединеный с ЭВМ 2, с датчиками положения (не показаны) пневматических приводов 13 и с пропорциональными регуляторами давления (не показаны), которые соединены воздушными шлангами с пневматическими приводами 13 и компрессором (не показан).

Компрессор (на чертеже не показан) выполнен в виде компрессора ДЭН-5,5111, производимого ЗАО «Челябинский компрессорный завод» (http://chkz.ru/).

Пневматические приводы 13 выполнены на основе пневматического привода DNC-125-400-PPV-A, производимого и поставляемого фирмой ООО «ФЕСТО-РФ», (http://www.festo.com), дополнительно оснащенного датчиком положения пневматического привода (не показан).

В примере конкретной реализации модуль водителя 4 (фиг. 3) включает имитатор кабины автомобиля 5, который представляет собой кабину автомобиля «КамАЗ» с рабочим местом водителя 16. Органы управления автомобилем 6 включают электронные педали 17 (сцепление, газ, тормоз) снабженные датчиками положения педалей, выполненные в виде электронных педалей модели Глобал подвесная серии Р6000 и напольная серии Р7000, производимые ООО «Кора», РФ, г. Набережные Челны, имитатор коробки переключения передач 18, выполненный на основе тросового привода коробки переключения передач производимого ООО «Кора»», РФ, г. Набережные Челны, дополнительно снабженного датчиками положения рычага переключения передач (не показаны), имитатор руля 19, изготовленный на основе рулевого управления автомобиля «КамАЗ» дополнительно снабженного датчиком положения руля 20. Система визуализации 9 выполнена в виде 4-х мониторов 21, модели LG 42 LK530 (производимой компанией LG Electronics, Южная Корея), расположенных на месте лобовых и боковых окон имитатора кабины автомобиля 5. Акустическая система 10 выполнена в виде микрофона кабины 22, который может использоваться для связи обучаемого с инструктором, и динамиков кабины 23 для генерации звукового окружения автомобиля. Датчики (не показаны) положения электронных педалей 17, датчик положения руля 20 и датчики (не поканы) положения рычага переключения имитатора коробки передач 18 подключены к блоку сопряжения 8, который представляет собой электронный прибор на базе микропроцессора и установлен в имитаторе кабины автомобиля 5.

Программный алгоритм ЭВМ представлен на фиг. 4. Возможность реализации подобного алгоритма работы ЭВМ известна, это подтверждается уже существующими тренажерами вождения автомобиля, множеством компьютерных игр с использованием 3D графики.

Динамический тренажер вождения автомобиля работает следующим образом. Включают питание динамического тренажера вождения автомобиля (питание компьютерного оборудования 1, питание модуля водителя 4, питание модуля динамической платформы 3). После включения тренажера и запуска программного алгоритма (фиг. 4) на ЭВМ 2, инструктор, в главном меню программного алгоритма, отображаемом на мониторе компьютерного оборудования 1, выбирает с помощью клавиатуры или мыши упражнение для обучения вождению автомобиля. Упражнение представляет собой трехмерную модель местности (например город или автодром) в которой расположен виртуальный автомобиль, обучаемый должен выполнить запрограммированную в упражнении задачу, например, доехать до пункта назначения с соблюдением правил дорожного движения. Процесс обучения вождению автомобиля по принципу действия схож с компьютерной игрой, обучаемый находится в модуле водителя 4, воздействует на органы управления автомобилем 6 осуществляя управление автомобилем в виртуальной среде, генерируемой программным алгоритмом ЭВМ 2. Система визуализации 9 отображает трехмерную виртуальную динамическую картину окружающей автомобиль местности, подобную виду с места водителя в реальном автомобиле. Действия водителя отслеживаются датчиками 7 органов управления автомобилем 6, данные с датчиков 7 передаются в блок сопряжения 8, а затем в программный алгоритм ЭВМ 2, на основании этих данных строится математическая модель поведения виртуального автомобиля. Акустическая система 10 с помощью динамиков 23 воспроизводит звуковое окружение автомобиля, звуки работы автомобиля (двигатель, неисправности автомобиля, сигнал, столкновения с препятствиями), а так же голосовые указания инструктора, микрофон кабины 22 служит для голосовой связи водителя с инструктором. Алгоритм работы блока сопряжения следующий, инициализация начальных значений переменных и буфера обмена данными с ЭВМ 2, циклический опрос датчиков 7 органов управления автомобилем 6, составление информационного пакета с данными с датчиков 7, запись информационного пакета в буфер обмена данными (отправка данных в ЭВМ 2).

Модуль динамической платформы 3 (фиг. 2) имитирует динамические нагрузки в кабине автомобиля, подобные нагрузкам ощущаемым водителем в реальном автомобиле. Координаты положения виртуального автомобиля определяются в программном алгоритме ЭВМ 2 (фиг. 4), в результате решения обратной кинематической задачи (Математическое моделирование кинематики и динамики робота-манипулятора типа «хобот». Математические модели секции манипулятора, как механизма параллельной кинематики типа «гексапод» 11, ноября 2009, авторы: Каганов Ю.Т., Карпенко А.П. УДК 519.6, "Наука и образование: электронное научно-техническое издание", www.technomag.edu.ru) для динамической платформы 3 согласно программному алгоритму рассчитываются положения штоков пневматических приводов 13, полученные данные передаются из ЭВМ 2 компьютерного оборудования 1 в систему управления 15 пневматическими приводами 13, где сравниваются с данными с датчиков положения пневматических приводов 13. На основе сравнения методом ПИД-регулирования (известного в электронике алгоритма пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования) блок управления в системе управления 15 пневматических приводов 13 генерирует сигналы на пропорциональные регуляторы давления, управляя положением штоков пневматических приводов 13, обеспечивая крен, тангаж и вертикальное перемещение подвижной рамы 12 динамической платформы 3. Компрессор (не показан) обеспечивает сжатие воздуха и подачу его под давлением на пропорциональные регуляторы давления, а затем на пневматические приводы 13. Алгоритм работы блока управления (не показан) системы управления 15 пневматических приводов 23 следующий, инициализация начальных значений переменных и буфера обмена данными с ЭВМ 2, циклический опрос датчиков положения (не показаны) пневматических приводов 23, составление информационного пакета с данными с датчиков положения пневматических приводов 23, запись информационного пакета в буфер обмена данными (отправка данных в ЭВМ 2), получение информационного пакета из ЭВМ 2 с командами для пропорциональных регуляторов давления (не показаны) системы управления 15 пневматическими приводами 23, сравнение с текущими показаниями датчиков, генерация сигналов на пропорциональные регуляторы давления системы управления 15 алгоритмом ПИД-регулирования.

По сравнению с прототипом предлагаемый динамический тренажер вождения содержит динамическую платформу выполненную в виде параллельного механизма с 6-ю степенями свободы типа «гексапод», которая обеспечивает большие углы крена, тангажа и вертикальное перемещение, вибрацию с различной частотой и амплитудой динамической платформы тренажера вождения автомобиля. За счет применения пневматических приводов обеспечивается высокая скорость перемещения имитатора кабины тренажера между крайними положениями.

1. Динамический тренажер вождения автомобиля, содержащий компьютерное оборудование с ЭВМ, динамическую платформу, подключенную к ЭВМ, модуль водителя, установленный на динамической платформе и включающий имитатор кабины автомобиля с установленными в нем органами управления автомобилем с датчиками положения, подключенными к блоку сопряжения, соединенному с ЭВМ, систему визуализации и акустическую систему, соединенные с ЭВМ соответственно, отличающийся тем, что динамическая платформа выполнена в виде 6-степенной динамической платформы типа «гексапод».

2. Динамический тренажер вождения автомобиля по п. 1, отличающийся тем, что динамическая платформа содержит неподвижную и подвижную раму, соединенные между собой пневматическими приводами с датчиками положения посредством шарнирного соединения, и систему управления пневматическими приводами, соединенную с ЭВМ.