Тренажер вождения большегрузного шасси маз
Тренажер предназначен для обучения основным навыкам вождения и для совершенствования приемов вождения большегрузного шасси в различных ландшафтных, дорожных и погодных условиях, в различное время года и суток, без расхода моторесурса и горюче-смазочных материалов, в условиях учебного класса. Тренажер представляет собой учебно-тренировочный программно-аппаратный комплекс, состоящий из модуля инструктора и модуля водителя. Тренажер характеризуется применением штатных органов управления и КИП на рабочем месте обучаемого и широкоэкранной системой визуализации. В систему визуализации входят: проектор; монитор, встраиваемый в зеркало заднего вида; светопередающие экраны, усиливающие яркость изображения и устанавливаемые вместо стекол кабины автомобиля; система определения положения головы водителя для формирования закабинного изображения с учетом перемещения точки наблюдения водителя. При изменении положения водителя (наклоны влево-право, вперед-назад) происходит изменение отображаемой обстановки во фронтальной системе обзора и в имитируемом зеркале заднего вида, как в реальном автомобиле. В тренажере используется промышленная шина данных CAN (Control Area Network), обеспечивающая подключение имитаторов устройств оборудования кабины водителя для ввода/вывода и сбора данных (стандарт ISO 11898). Кабина расположена на трехстепенной (шестистепенной) электромеханической динамической платформе, имитирующей движение шасси. Различные конфигурации тренажера могут быть объединены в локальную компьютерную сеть для совместной обработки учебных задач. Тренажер предоставляет возможность управления с одного модуля инструктора несколькими тренажерами.
Сокращения
ТВ - тренажер вождения;
ТТХ - тактико-технические характеристики;
КИП - контрольно-измерительные приборы.
Область техники, к которой относится полезная модель
Тренажер предназначен для обучения основным навыкам вождения и для совершенствования приемов вождения большегрузного шасси в различных ландшафтных, дорожных и погодных условиях, в различное время года и суток, без расхода моторесурса и горюче-смазочных материалов, в условиях учебного класса.
Уровень техники
Ближайшим аналогом полезной модели, тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ, является тренажер грузового автомобиля Mark III
Motion-Based Driver Training Simulator производства MPRI [Commercial Carrier Journal, статья Reality Show by Sean Kelley, May 2006]. Тренажер состоит из кабины водителя, расположенной на динамической платформе, и модуля инструктора. Mark III имеет длину 7,32 м, ширину - 6,4 м и высоту - 4,57 м. Вес тренажера 1906 кг. Для размещения тренажера необходимо помещение площадью не менее 80 м2 с минимальной высотой 5 м.
Существенные признаки тренажера Mark III Motion-Based Driver Training Simulator производства MPRI.
1. Тренажер грузового автомобиля Mark III Motion-Based Driver Training Simulator производства MPRI, характеризующийся:
- наличием шестистепенной электромеханической динамической платформы;
- 5-канальной системой визуализации;
- применением 6 больших экранов для проецирования на них изображения изменяющегося ландшафта с помощью проекторов разрешением 1024×768 пикселей;
- применением штатных органов управления и КИП грузового автомобиля на рабочем месте обучаемого;
- наличием двух LCD экранов, встраиваемых в боковые зеркала заднего вида;
- наличием аудиосистемы для имитации акустической обстановки на рабочем месте водителя;
- наличием широкоэкранного монитора на рабочем месте инструктора для наблюдения за обучаемым.
Недостатками данного экипажного тренажера являются:
- отсутствие соответствующего изменения закабинной обстановки при изменении положения точки наблюдения водителя;
- отсутствие программной и/или аппаратной дублированной визуальной обстановки, наблюдаемой обучаемыми, на рабочем месте инструктора для полного контроля за действиями обучаемых;
- существенные ограничения по размещению в стандартных учебных классах из-за больших габаритов тренажера и экранов для проецирования на них изображения ландшафта, а также необходимого расстояния между кабиной и неподвижными экранами;
- необходимость использования экранов с диагональю не менее 3,5 м для отображения ландшафта при любом положении динамической платформы (при реально наблюдаемой водителем только части экрана - не более 1/2), что при разрешении 1024×768 пикселей приводит к размывке и низкой детализации изображения в наблюдаемой части экрана;
- использование неподвижных экранов, расположенных отдельно от кабины водителя, что не позволяет, даже в сочетании с динамической платформой, полностью имитировать реальное движение, т.к. всегда остается не преодолимая «безопасная зона» между экранами и кабиной;
- органы управления и КИП по составу, расположению и динамическим усилиям, в основном, не соответствуют кабине МАЗ-543 или МАЗ-7917/МАЗ-79221.
Раскрытие полезной модели
Тренажер вождения большегрузного шасси МАЗ представляет собой учебно-тренировочный программно-аппаратный комплекс, состоящий из модуля инструктора и
модуля водителя. Технический результат полезной модели заключается в достижении максимально точной имитации органов управления шасси, логики работы всех систем и агрегатов и в создании эффекта присутствия, возникающего в процессе обучения как результат комплексного воздействия на обучаемых искусственных факторов, обеспечивающих максимальное приближение условий обучения к условиям работы водителя в реальном большегрузном шасси МАЗ.
Модуль водителя (изображение №3) состоит из трехстепенной (шестистепенной) динамической платформы (изображение №4) и рабочего места водителя (изображение №5). Основные параметры модуля водителя:
- Максимальные габаритные размеры модуля не превышают, мм: 2050×1950×2800.
- Масса модуля водителя не превышает 1050 кг.
Модуль инструктора (изображение №2) предназначен для управления процессом обучения и объединяет устройства, которые обеспечивают включение тренажера, проверку его работоспособности, контроль и оценку действий обучаемых. Основные параметры модуля инструктора:
- Максимальные габаритные размеры изделия не превышают, мм: 3320×1222×1600
- Масса модуля инструктора не превышает 150 кг.
В тренажере реализована концепции модульности и масштабируемости: возможность формирования различных конфигураций тренажера из функционально законченных модулей инструктора и водителей (для МАЗ-543 и МАЗ-7217). Это позволяет построить групповые тренажеры, обеспечивающие взаимодействие многих участников в реальном времени на общей синтезируемой местности или полигоне.
Общие характеристики тренажера.
1. Максимальная потребляемая мощность тренажера - не более 5 кВт.
2. Надежность
- Тренажер обеспечивает время непрерывной работы - не менее 6 часов с последующим перерывом 1 час.
- Тренажер обеспечивает среднюю наработку на отказ не менее 150 часов.
- Тренажер обеспечивает время готовности к работе не более 10 минут.
- Тренажер нормально функционирует при изменениях напряжения питающей сети от минус 15% до плюс 10%.
3. Обеспечение радиоэлектронной защиты
- Тренажер при работе не создает помех другим радиоэлектронным устройствам.
4. Обеспечение конструктивности
- Конструкция изделия обеспечивает соответствие внешнего вида, расположения сидения, щитков КИП, средств связи, других узлов и органов управления на рабочем месте обучаемого, а также усилий на органах управления и величин их перемещения данным конструкторской документации на имитируемое большегрузное шасси с погрешностью не более 10%.
- Питание компьютерных систем осуществляется посредством источников бесперебойного питания.
5. Стойкость к внешним воздействиям и живучесть
- Тренажер сохраняет работоспособность в условиях температуры окружающего воздуха от +10 до +40 град. С и относительной влажности 80% при 25 град. С.
- Тренажер сохраняет работоспособность после воздействия повышенной +50 град. С и пониженной минус 40 град. С температуры на тренажер в упаковке предприятия изготовителя.
- Тренажер сохраняет работоспособность после транспортировки на автомобиле в штатной таре по среднепересеченной местности на расстояние не менее 300 км.
- Функционирование тренажера не нарушается при кратковременном снятии питающего напряжения.
Перечень существенных признаков полезной модели.
1. Тренажер вождения большегрузного шасси, характеризующийся:
- применением штатных органов управления и КИП на рабочем месте обучаемого;
- наличием многоканальной, широкоэкранной системы визуализации, с применением светопередающих экранов;
- наличием монитора, встраиваемого в зеркало заднего вида;
- использованием трехстепенной (шестистепенной) электромеханической динамической платформы (для модуля водителя), которая:
- требует однофазной сети электропитания;
- имеет потребляемую мощность 2-4 кВт;
- подходит для установки в стандартных учебных классах;
отличающийся от ближайшего аналога Mark III Motion-Based Driver Training Simulator производства MPRI:
- формированием изображения окружающей обстановки непосредственно на остеклении кабины;
- наличием датчика положения головы водителя;
- использованием промышленной шины данных CAN (Control Area Network), обеспечивающей полностью независимое подключение имитаторов устройств оборудования рабочих мест обучаемых для ввода/вывода и сбора данных (стандарт ISO 11898);
- программным и аппаратным (в зависимости от комплектации) дублированием полей зрения приборов наблюдения обучаемого на рабочем месте инструктора;
- отображением поля зрения с имитируемой внешней камеры на автодром на рабочем месте инструктора;
- обеспечением голосовой связи между инструктором и водителем с помощью акустической системы и микрофона, установленных в модуле водителя, головной гарнитуры с микрофоном на рабочем месте инструктора;
- масштабируемостью, как возможностью формирования сложных, взаимодействующих тренажерных комплексов из нескольких тренажеров (до 10 шт.) без изменения их внутренней структуры с одним модулем инструктора;
- возможностью объединения различных тренажеров с унифицированным интерфейсом в локальную компьютерную сеть;
- компактностью (минимальная площадь помещения для размещения тренажера - 15 м2).
Краткое описание чертежей
Фигура №1. Модуль водителя тренажера большегрузного шасси МАЗ-543 (ТВ-543). Монтажный чертеж.
1 - Кабина
5 - Платформа динамическая
6 - Блок системный водителя
13, 15, 17, 19, 21 - Болты с гайками, шайбами крепления кабины
32 - Монитор 17"
Фигура №2. Тренажер большегрузного шасси МАЗ-7917/МАЗ-79221 (ТВ-7917/ТВ-79221). Монтажный чертеж.
1 - Модуль инструктора
3 - Модуль водителя
Фигура №3. Трехстепенная динамическая платформа модуля водителя тренажера вождения большегрузного шасси (общий вид).
1 - Компенсационная пружина
2 - Карданная опора
3 - Подвижная рама
4 - Разнесенные между собой электродвигатели (3 шт.)
5 - Карданный подвес
6 - Штока
7 - Без эксцентриковые кривошипно-шатунные механизмы (3 шт.)
8 - Основания
9 - Выносные лапы
10 - Электронный шкаф
Материалы, поясняющие сущность полезной модели
1. ИЗОБРАЖЕНИЕ №1. Тренажер вождения большегрузного шасси МАЗ (общий вид).
2. ИЗОБРАЖЕНИЕ №2. Модуль инструктора тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ (общий вид).
3. ИЗОБРАЖЕНИЕ №3. Модуль водителя тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ (общий вид).
4. ИЗОБРАЖЕНИЕ №4. Трехстепенная динамическая платформа модуля водителя тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ (общий вид).
5. ИЗОБРАЖЕНИЕ №5. Оборудование кабины водителя тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ-543 (ТВ-543) (общий вид).
6. ИЗОБРАЖЕНИЕ №6. Оборудование кабины водителя тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ-7917/МАЗ-79221 (ТВ-7917/ТВ-79211) (общий вид).
На изображении №1 представлен общий вид тренажера большегрузного шасси, состоящего из:
1) модуля водителя;
2) модуля инструктора.
На изображении №2 представлен общий вид модуля инструктора тренажера большегрузного шасси в составе:
1) дублирующий монитор зеркала заднего вида;
2) дублирующий монитор фронтальной визуализации;
3) монитор контроля;
4) монитор управления;
5) шкаф аппаратный;
6) система акустическая;
7) манипулятор «мышь»;
8) клавиатура;
9) микрофон.
На изображении №3 представлен общий вид модуля водителя тренажера большегрузного шасси в составе:
1) кабина водителя;
2) трех степенная динамическая платформа.
На изображении №4 представлен общий вид динамической платформы модуля водителя тренажера вождения большегрузного шасси.
На изображении №5 представлен общий вид оборудования кабины водителя тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ-543 (ТВ-543):
1) имитатор зеркала заднего вида;
2) панель приборов;
3) устройство визуализации фронтального поля зрения
4) щиток управления подогревателем;
5) манометр системы регулирования давления воздуха в шинах;
6) рукоятка ручного привода подачи топлива;
7) рычаг стояночного тормоза;
8) педаль подачи топлива;
9) рулевое колесо;
10) педаль тормоза.
На изображении №6 представлен общий вид оборудования кабины водителя тренажера вождения большегрузного шасси МАЗ-7917/МАЗ-79221 (ТВ-7917/ТВ-79211):
1) имитатор зеркала заднего вида;
2) панель приборов двигателя;
3) устройство визуализации фронтального поля зрения;
4) панель приборов шасси и ГМТ;
5) распределительной коробки передач;
6) рукоятка управления подачей топлива;
7) педаль управления подачей топлива;
8) рулевое колесо;
9) педали тормоза;
10) сиденье водителя.
Осуществление полезной модели
Технический результат заключается в достижении максимально точной имитации органов управления большегрузного шасси МАЗ, логики работы всех систем и агрегатов и в создании эффекта присутствия, возникающего в процессе обучения как результат комплексного воздействия на обучаемых искусственных факторов, обеспечивающих максимальное приближение условий обучения к условиям работы водителя в реальном большегрузном шасси. Эффект присутствия обеспечивается синхронизированным действием следующих видов информации:
- визуальной - обстановкой на рабочем месте водителя, показаниями приборов, световой индикацией, формированием изображения дорожной обстановки на ветровом стекле и в зеркале заднего вида, частота кадров при визуализации не менее телевизионной (25 кадров в секунду);
- акустической - спектром и уровнем шума работающих агрегатов и механизмов шасси в различных режимах (для обеспечения голосовой связи между водителем и инструктором используется акустическая система с микрофоном на рабочем месте водителя и головная гарнитура с микрофоном на рабочем месте инструктора);
- динамической - воспроизведением усилий и величин перемещения органов управления, аналогичных реальным, воздействием перегрузок при колебаниях рабочего места обучаемого
(управление платформой позволяет обеспечить имитацию разгонного и тормозного ускорений).
Все виды информации взаимосвязаны и изменяются в зависимости от обстановки и действий обучаемых.
Максимально точная имитация органов управления большегрузного шасси МАЗ достигается конструкцией модуля, обеспечивающей соответствие внешнего вида, расположения сидений, щитков КИП, средств связи, других узлов и органов управления на рабочем месте обучаемого, а также усилий на органах управления и величин их перемещения данным конструкторской документации на имитируемое большегрузное шасси с погрешностью не более 10%.
Имитаторы органов управления и КИП на рабочем месте водителя оборудованы специальными датчиками. Обучаемый, находясь на рабочем месте и выполняя поставленные задачи, воздействует на органы управления. Соответствующая информация в виде цифрового сигнала поступает в компьютер. Компьютер вырабатывает необходимые управляющие сигналы. Под действием управляющих сигналов изменяются внешняя визуальная информация, показания приборов, световая информация, появляются и изменяются шумы работы агрегатов большегрузного шасси МАЗ. Компьютер синтезирует внешнюю визуальную обстановку, фиксирует неправильные действия обучаемого и выдает необходимую информацию о профиле местности и имитируемых препятствиях. Система определения положения головы водителя формирует закабинное изображение на каждом экране с учетом перемещения точки наблюдения водителя. При изменении положения водителя (наклоны влево-право, вперед-назад) происходит изменение отображаемой обстановки во фронтальной системе обзора и в имитируемом зеркале заднего вида, как в реальном автомобиле. Система контроля и оценки действий обучаемого фиксирует ошибки по подготовке и пуску двигателя, качеству вождения в сложных условиях, соблюдение правил дорожного движения, столкновение с другими участниками движения и препятствиями. По полученным результатам в конце упражнения автоматически выставляются оценки в соответствии с загружаемым курсом вождения, которые могут быть распечатаны на принтере для отчета. В режиме обучения действия обучаемого отражаются на экране монитора управления и инструктор, при необходимости, может корректировать их действия по переговорному устройству.
Различные конфигурации тренажера могут быть объединены в локальную компьютерную сеть для совместной обработки учебных задач. Один модуль инструктора может обеспечивать управление несколькими тренажерами.
1. Тренажер вождения большегрузного шасси, характеризующийся применением штатных органов управления и КИП на рабочем месте обучаемого, широкоэкранной системой визуализации, использующей светопередающие экраны, формированием изображения непосредственно на ветровом стекле кабины, наличием монитора, встраиваемого в зеркало заднего вида, наличием датчика положения головы водителя, использованием промышленной шины данных CAN (Control Area Network), обеспечивающей подключение имитаторов устройств оборудования кабины водителя для ввода/вывода и сбора данных (стандарт ISO 11898), наличием трехстепенной (шестистепенной) электромеханической динамической платформы модуля водителя, возможностью объединения различных вариантов тренажера в локальную компьютерную сеть для совместной обработки учебных задач и возможностью управления с одного модуля инструктора несколькими тренажерами.
