Тренажер вождения грузового автомобиля камаз-4350/5350
Тренажер предназначен для обучения основным навыкам вождения и для совершенствования приемов вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 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, использованием рулевого колеса с системой обратной связи, наличием компьютерной акустической системы, состоящей из высоко- и низкочастотных динамиков для воспроизведения звуковой обстановки и команд инструктора, использованием микрофонов с аппаратной оцифровкой сигнала и широкоэкранной системы визуализации. В систему визуализации входят: 4 проектора разрешением 1280х1024 пикселей (для формирования фронтального обзора и для левого и правого бокового обзора); 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 и боковых системах обзора и в имитируемых, программно настраиваемых зеркалах заднего вида, как в реальном автомобиле. На рабочем месте инструктора отображается поля зрения водителя, поле зрения с внешней подвижной камеры на район вождения и видеоизображение водителя, передаваемое с веб-камеры, установленной в кабине. В тренажере используются промышленные компьютеры, промышленная шина данных CAN (Control Area Network), обеспечивающая подключение имитаторов устройств оборудования кабины водителя для ввода/вывода и сбора данных (стандарт ISO 11898), и компьютерная локальная сеть для цифровой передачи переговоров инструктора и водителя. Кабина расположена на трехстепенной (шестистепенной) электромеханической динамической платформе, имитирующей движение КАМАЗа. В тренажере используется система вибрации для имитации динамических воздействий на обучаемого при работе двигателя. Модуль инструктора включает в себя программные и аппаратные средства блокировки динамической платформы. Несколько тренажеров могут быть объединены в локальную компьютерную сеть
для совместной обработки учебных задач. Тренажер предоставляет возможность управления с одного модуля инструктора несколькими тренажерами.
Область техники, к которой относится полезная модель
Тренажер предназначен для обучения основным навыкам вождения и для совершенствования приемов вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 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 грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350, является динамический компьютерный модульный тренажер вождения автомобиля «КАМАЗ» (индекс АТК-10-01), выпускаемый научно-производственным предприятием «Электронно-механические системы» [www.nppems ru]. Тренажер состоит из кабины водителя, расположенной на динамической платформе, и модуля инструктора. Габаритные размеры: длина - 3 м, ширина - 2,5 м, высота - 2,3 м. Масса тренажера - не более 2000 кг.
Существенные признаки динамического компьютерного модульного тренажера вождения автомобиля «КАМАЗ» производства НПП «ЭМС».
1. Динамический компьютерный модульный тренажер вождения автомобиля «КАМАЗ» производства НПП «ЭМС», характеризующийся:
- наличием трехстепенной электромеханической динамической плагформы,
- применением четырех LCD мониторов для отображения изменяющегося виртуального пространства;
- применением штатных органов управления и КИП грузового автомобиля КАМАЗ на рабочем месте обучаемого;
- наличием аудиосистемы для имитации акустической обстановки на рабочем месте водителя;
- наличием контрольного и дублирующих мониторов на рабочем месте инструктора и веб-камеры в кабине водителя для наблюдения за обучаемым. Недостатками данного экипажного тренажера являются:
- отсутствие системы слежения за положением точки наблюдения водителя для соответствующего изменения закабинной обстановки;
- отсутствие системы вибрации для имитации динамических воздействий на обучаемого при работе двигателя;
- отсутствие имитации обратной связи на рулевом колесе.
Раскрытие полезной модели
Тренажер вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (изображение 
1) 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 грузового автомобиля, 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 автомобиле КАМАЗ.
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: 3000×3000×2800.
- Масса модуля водителя не превышает 2000 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: 3320×1220×1600
- 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 КАМАЗ-4350 и КАМАЗ-5350). 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 имитируемый грузовой автомобиль 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 грузового автомобиля, характеризующийся:
- применением штатных органов управления и КИП на рабочем месте обучаемого;
- использованием трехстепенной (шестистепенной) электромеханической динамической платформы (для модуля водителя), которая:
- требует однофазной сети электропитания;
- имеет потребляемую мощность 2-4кВт;
- подходит для установки в стандартных учебных классах;
- возможностью программной настройки зеркал заднего вида;
- отображением поля зрения с имитируемой внешней камеры на район вождения на рабочем месте инструктора;
- программным и аппаратным (в зависимости от комплектации) дублированием полей зрения обучаемого на рабочем месте инструктора;
- наличием веб-камеры в кабине водителя для контроля действий обучаемого,
- 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;
- компактностью (минимальная площадь помещения для размещения тренажера - 15 м2);
отличающийся от ближайшего аналога динамического компьютерного модульного тренажера вождения автомобиля «КАМАЗ» производства НПП «ЭМС»:
- наличием датчика положения головы водителя;
- применением системы вибрации для имитации динамических воздействий на обучаемого при работе двигателя;
- использованием рулевого колеса с системой имитации обратной связи;
- наличием широкоэкранной системы визуализации, с применением светопередающих экранов и 4-х проектов разрешением 1280х1024 пикселей на каждый канал визуализации;
- формированием изображения непосредственно на ветровом и боковых стеклах кабины;
- возможностью применения трехмерной стерео-визуализации;
- 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);
- 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;
- использованием реальной кабины КАМАЗ;
- применением промышленных компьютеров, отличающихся:
- повышенной надежностью;
- стойкостью к вибрации и механическим ударам;
- стойкостью к внешним электромагнитным полям;
- расширенным диапазонам рабочих температур;
- увеличенный жизненный цикл изделия.
Краткое описание чертежей
Фигура 1. Модуль водителя тренажера грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (вид слева).
Фигура 2. Модуль водителя тренажера грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (вид спереди).
Фигура 3. Модуль водителя тренажера грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (вид сверху)
Фигура 4. Трехстепенная динамическая платформа модуля водителя тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (вид спереди и вид слева).
Фигура 5. Трехстепенная динамическая платформа модуля водителя тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (вид сверху).
Материалы, поясняющие сущность полезной модели
1. Изображение 1. Тренажер вождения грузового автомобиля КАМАЗ (общий вид).
2. Изображение 2. Модуль инструктора тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ (общий вид).
3. Изображение 3. Модуль водителя тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ (общий вид).
4. Изображение 4. Трехстепенная динамическая платформа модуля водителя тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ (общий вид).
5. Изображение 5. Оборудование кабины водителя тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (ТВ-4350/5350) (общий вид).
На изображении 1 представлен общий вид тренажера грузового автомобиля, состоящего из:
1) модуля водителя;
2) модуля инструктора.
На изображении 2 представлен общий вид модуля инструктора тренажера грузового автомобиля в составе:
1) монитор контроля;
2) монитор управления;
3) дублирующий монитор зеркала заднего вида и левой части фронтальной визуализации;
4) дублирующий монитор правой части фронтальной визуализации;
5) принтер;
6) шкаф аппаратный;
7) система акустическая;
8) манипулятор «мышь»;
9) клавиатура;
10)микрофон;
11) кнопка блокировки динамической платформы.
На изображении 3 представлен общий вид модуля водителя тренажера грузового автомобиля в составе:
1) кабина водителя;
2) трех степенная динамическая платформа.
На изображении 4 представлен общий вид динамической платформы модуля водителя тренажера вождения грузового автомобиля.
На изображении 5 представлен общий вид оборудования кабины водителя тренажера вождения грузового автомобиля КАМАЗ-4350/5350 (ТВ-4350/5350):
1) устройство визуализации левого бокового поля зрения;
2) рулевое колесо;
3) панель приборов;
4) устройство визуализации фронтального поля зрения;
5) переключатели и клавишные выключатели;
6) педали подачи топлива;
7) выключатель стартера и приборов;
8) тормозная педаль рабочей тормозной системы;
9) педаль сцепления;
10) рычаг механизма дистанционного управления коробкой передач;
11) сидение водителя.
Осуществление полезной модели
Технический результат заключается в достижении максимально точной имитации органов управления грузового автомобиля КАМАЗ, 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 грузовом автомобиле. 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 автомобиля 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 и вибрациях 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 грузового автомобиля КАМАЗ 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 имитируемый грузовой автомобиль 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 грузового автомобиля КАМАЗ. 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 его действия по переговорному устройству. Инструктор также может наблюдать за обучаемым с помощью веб-камеры, расположенной в кабине водителя.
Различные конфигурации тренажера могут быть объединены в локальную компьютерную сеть для совместной обработки учебных задач. Один модуль инструктора может обеспечивать управление несколькими тренажерами.
Тренажер вождения грузового автомобиля КАМАЗ, характеризующийся применением штатных органов управления и КПП на рабочем месте обучаемого, наличием электромеханической динамической платформы модуля водителя, наличием компьютерной акустической системы, состоящей из высоко- и низкочастотных динамиков для воспроизведения звуковой обстановки и команд инструктора, использованием микрофонов с аппаратной оцифровкой сигнала, наличием программных и аппаратных средств блокировки динамической платформы в модуле инструктора, возможностью программной настройки зеркал заднего вида, программным и аппаратным (в зависимости от комплектации) дублированием полей зрения водителя на рабочем месте инструктора, отображением поля зрения с имитируемой внешней камеры на район вождения на рабочем месте инструктора, наличием веб-камеры в кабине водителя для контроля действий обучаемого, использованием компьютерной локальной сети для цифровой передачи переговоров инструктора и водителя, отличающийся тем, что в наличии имеется датчик положения головы водителя, применяется система вибрации для имитации динамических воздействий на обучаемого при работе двигателя, используется рулевое колесо с системой имитации обратной связи, в наличии имеется широкоэкранная система визуализации, использующая светопередающие экраны и проекторы разрешением 1280×1024 пикселей, изображение формируется непосредственно на ветровом и боковых стеклах кабины, используется промышленная шина данных CAN (Control Area Network), обеспечивающая подключение имитаторов устройств оборудования кабины водителя для ввода/вывода и сбора данных (стандарт ISO 11898), применяются промышленные компьютеры, используется реальная кабина КАМАЗ, масштабируемость, как возможность формирования сложных, взаимодействующих тренажерных комплексов из нескольких тренажеров (до 10 шт.) без изменения их внутренней структуры с одним модулем инструктора и возможность объединения различных тренажеров с унифицированным интерфейсом в локальную компьютерную сеть.
