Имитатор коробки переключения передач
Имитатор коробки переключения передач предназначен для обучения водителей наземных транспортных средств, например, военных машин. Имитатор содержит корпус с установленным в нем механизмом блокировки, рычаг (10) переключения передач и элементы (35, 36), регистрирующие положение рычага переключения передач. Особенностью имитатора является конструкция механизма блокировки, включающая принципиально новые узлы и элементы, а именно: две направляющие (13, 14) с установленными в них тремя подпружиненными ступенчатыми валиками (15, 16, 17). Валики имеют возможность осевого перемещения, снабжены упорными элементами (21, 22), ограничителями осевого перемещения (23, 24) и элементами фиксации (25, 26) положения рычага (10) переключения передач. Элементы (35, 36), регистрирующие положение рычага (10) переключения передач, представляют собой бесконтактные оптически сопряженные пары. Корпус имитатора выполнен из высокопрочных материалов. 6 ил.
Предлагаемая полезная модель относится к тренажерной технике, а именно к устройствам для моделирования работы коробки переключения передач, и может быть использована при конструировании тренажеров для обучения водителей наземных транспортных средств, например, военных машин.
Известен тренажер для обучения вождению автомобиля [см. патент РФ на полезную модель 
72346, МПК G09B 9/04 (2006.01), опубл. 2008.04.10], который относится к техническим средствам обучения вождению транспортных средств и может быть использован для обучения управлению автомобилями.
Известный тренажер содержит устройство отображения визуальной информации, рабочее место водителя с органами управления, датчиками их положения, акустическую систему, аналого-цифровой преобразователь, блок моделирования движения машины, имитатор шума, тестирующий блок, блок имитации визуальной информации. Рабочее место водителя представляет собой несущую металлоконструкцию, на которой установлены органы управления, датчики положения органов управления, устройство отображения визуальной информации и акустическая система. К органам управления относятся: рулевое управление, педали тормоза, акселератора, сцепления, рычаг переключения передач. Все эти органы управления механически связаны с датчиками их положения. Датчиками педалей и рулевого колеса являются потенциометры, оси которых поворачиваются на угол, пропорциональный перемещению органов управления. Датчиками рычага переключения передач и стояночного тормоза являются микропереключатели.
Недостатком известного тренажера является ненадежность работы датчиков аналоговых органов управления, так как они устанавливаются механическим поворотом потенциометров. В процессе эксплуатации эти потенциометры могут сбиваться, что, в конечном счете, приводит к снижению качества моделирования движения автомобиля. Кроме того, микропереключатели, установленные в системе управления рычага переключения передач, имеют невысокий срок службы и часто выходят из строя.
Известен также тренажер для обучения водителя автомобиля [см. патент РФ на полезную модель 73528, МПК G09B 9/04 (2006.01), опубл. 2008.01.28], Тренажер содержит рабочее место водителя с аналоговыми органами управления (механизм имитатора коробки передач, педали автомобиля и руль автомобиля) и дискретными органами управления, аналоговыми датчиками положения рычага переключения передач, руля и педалей и дискретными датчиками их положения, привод коробки передач, акустическую систему, формирователь звуковых сигналов, модуль имитации шума двигателя, устройство согласования, модуль калибровки, модуль управления программой, модуль моделирования движения машины, блок имитации визуальной обстановки.
В известном патенте на тренажер представлен также конкретный вариант выполнения имитатора коробки передач. Имитатор содержит рычаг переключения передач, датчик положения рычага переключения передач влево - вправо, датчик положения рычага переключения передач вперед - назад, электромагнитную муфту, корпус, вал, усилитель мощности. Механизм имитатора коробки передач может представлять, например, конструкцию, обеспечивающую перемещение рычага переключения передач в двух плоскостях: вдоль оси автомобиля (вперед - назад) и поперек оси автомобиля (влево - вправо). По каждой оси установлены датчики, на выходе которых формируются напряжения, пропорциональные перемещению рычага вдоль каждой оси. Таким образом, отслеживаются координаты положения рычага переключения передач. Вал при перемещении рычага вдоль продольной оси автомобиля жестко связан с электромагнитной муфтой, которая может блокировать перемещение рычага вдоль продольной оси автомобиля. Механизм имитатора коробки передач, а также руль автомобиля, педали тормоза, «газа», сцепления относятся к аналоговым органам управления. Эти органы управления механически связаны с датчиками их положения: руль автомобиля - с датчиком положения руля, педали - с датчиком положения педалей, механизм имитатора коробки передач - с датчиками положения рычага переключения передач. Датчиками положения рычага переключения передач, педалей и рулевого колеса являются потенциометры, оси которых поворачиваются на угол пропорциональный перемещению органов управления. В связи с тем, что потенциометрические датчики в процессе работы могут сбиваться, в процессе эксплуатации осуществляется контроль работы всех органов управления и при необходимости осуществляется калибровка органов управления. Для этого служит модуль калибровки, с помощью которого определяются минимальные и максимальные значения того или иного датчика и затем эти значения нормируются в диапазоне от 0 минимум до 1 максимум, в результате исключается снижение качества моделирования автомобиля в процессе эксплуатации тренажера.
Таким образом, в описанном выше тренажере сделана попытка устранения недостатков, присущих первому рассмотренному аналогу. Это осуществлено путем введения дополнительного модуля калибровки, что приводит к неоправданному усложнению конструкции тренажера, не решая при этом радикально актуальную проблему низкой надежности электромеханических датчиков.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа имитатор коробки переключения передач, который входит в состав компьютерного тренажера базовой подготовки водителей (изделие АТК), производства России [см. Тренажер базовой подготовки водителей АТК-02.00.00.000 РЭ, с.4-5]. Описание известного тренажера и чертежи представлены на сайте Центральной снабженческой базы РОСТО (ДОСААФ) http:cb-rosto.ru. Чертеж имитатора коробки переключения передач прототипа приведен в ПРИЛОЖЕНИИ к описанию заявки.
Тренажер базовой подготовки водителей относится к техническим средствам для первоначального обучения вождению автомобиля. В его состав входит имитатор коробки переключения передач, который предназначен для имитации работы коробки переключения передач, имеющей четыре передачи вперед и одну передачу заднего хода.
Известный имитатор состоит из корпуса, рычага переключения передач и механизма блокировки, в состав которого входят: стопорная планка со специальными фигурными пазами, ролик, тросик, пружины сжатия и регулировочный болт. Благодаря пружинам сжатия механизм блокировки всегда включен. Выключение происходит при нажатии на педаль сцепления, которая через тросик соединяется со стопорной планкой. Регулировочным болтом регулируется натяжение тросика для обеспечения полного выключения механизма блокировки. В процессе работы имитатора рычаг переключения передач воздействует на электрический датчик, в котором возникает цифровой сигнал, который поступает в блок сопряжения, а затем в системный блок. На каждую передачу установлен свой электрический датчик.
Недостатком наиболее близкого аналога, выбранного в качестве прототипа, является ненадежность его конструкции, обусловленная наличием таких элементов, как электрические датчики, взаимодействующие с рычагом переключения передач, установленные на каждую из передач. Кроме того, такие элементы, входящие в состав прототипа, как пружины сжатия и тросик, из-за возможного растяжения требуют постоянной регулировки и не способствуют обеспечению стабильности и продолжительности работы - самых важных параметров, характеризующих работу этого узла.
Следует также отметить, что корпус технического решения, выбранного в качестве прототипа, представляет собой гнутый короб из листового материала небольшой толщины, который рассчитан на работу в комфортных условиях, например, в просторном помещении. При этом разработанный авторами имитатор коробки передач предназначен для работы в совсем иных условиях. Предлагаемый имитатор коробки переключения передач входит в состав тренажера боевой машины, например, бронетранспортера БТР-80, в котором имеется лишь небольшое пространство для размещения имитатора тренажера, в том числе и имитатора коробки переключения передач. Таким образом, условия эксплуатации имитатора достаточно жесткие: корпус должен быть жестким, устойчивым к ударам, деформациям и вибрациям, которым он может быть подвержен в ходе работы и испытаний. Таким образом, известный имитатор имеет ограниченные возможности и не может быть применен для тренажеров, на которых осуществляется обучение вождению и отработка других заданий, необходимых для боевых машин.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы имитатора коробки переключения передач. Еще одной важной задачей, поставленной при разработке заявляемой полезной модели, является увеличение срока службы изделия за счет повышения механической прочности элементов его конструкции.
Для решения указанных задач предлагается имитатор коробки переключения передач, который, как и наиболее близкий к нему имитатор, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус с установленным в нем механизмом блокировки, включающем стопорную планку и элементы, регистрирующие положение рычага переключения передач. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип имитатора, является то, что в механизм блокировки дополнительно введены два направляющих элемента с установленными в них с возможностью осевого перемещения тремя подпружиненными ступенчатыми валиками. Ступенчатые валики снабжены упорными элементами, ограничителями осевого перемещения и элементами фиксации положения рычага переключения. Элементы, регистрирующие положение рычага переключения передач, представляют собой бесконтактные оптически сопряженные пары. Рычаг переключения передач дополнен толкателем, а несущие элементы корпуса имитатора выполнены из высокопрочных материалов.
Выполнение задач, поставленных при создании полезной модели, стало возможным благодаря следующему.
В предлагаемой полезной модели усовершенствована конструкция механизма блокировки имитатора коробки переключения передач, а именно, в механизм дополнительно введены новые конструктивные элементы: направляющие, три подпружиненных ступенчатых валика, имеющих возможность перемещаться вдоль своей оси, а также упорные, фиксирующие элементы и ограничители осевого перемещения. Перечисленные элементы конструкции, а также бесконтактные оптические датчики, регистрирующие положение рычага переключения передач (в отличии от электромеханических устройств в прототипе), обеспечивают надежную работу имитатора и существенно увеличивают срок его службы.
Кроме того, увеличение срока службы изделия, а также приобретение им дополнительных антивандальных свойств обеспечено в предлагаемой полезной модели за счет такого существенного признака, как выполнение несущих элементов корпуса имитатора из специальных высокопрочных материалов.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображен заявляемый имитатор (вид спереди);
на фиг.2 - вид спереди на фиг.1 (со снятой крышкой);
на фиг.3 - вид сверху на имитатор (без верхней крышки и рычага);
на фиг.4 - вид сверху на механизм блокировки;
на фиг.5 изображен рычаг переключения передач с толкателем;
на фиг.6 - толкатель.
Имитатор коробки переключения передач содержит корпус (см. фиг.1, 2), состоящий из двух несущих стенок: передней 1, задней 2, боковых стенок 3, 4, 5, 6, верхней крышки 7 и поддона 8. На верхней крышке 7 корпуса имитатора установлен узел рычага переключения передач, который состоит из корпуса 9, рычага 10 переключения передач и толкателя 11 (см. фиг.5). Внутри корпуса имитатора смонтирован механизм блокировки (см. фиг.3, 4) состоящий из стопорной планки 12 с фигурной прорезью и двух направляющих элементов 13, 14, в которых установлены с возможностью осевого перемещения три подпружиненных ступенчатых валика 15, 16, 17. Ступенчатые валики подпружинены при помощи пружин 18, 19, 20, установленных в направляющих элементах 13, 14 симметрично с двух сторон каждого валика. Ступенчатые валики 15, 16, 17 снабжены упорными элементами 21, 22, выполненными, например, в виде двух пластин, жестко закрепленных на соответствующем валике (см. фиг.2). Через упорные элементы 21, 22 при переключении передач осуществляется кинематическая связь между толкателем 11 рычага 10 переключения передач и соответствующим ступенчатым валиком 15, 16 или 17, осуществляющим фиксацию рычага 10 переключения передач в установленном положении. Для ограничения осевого перемещения валиков 15, 16, 17 в направляющих 13, 14 вдоль оси каждого из валиков выполнены сквозные пазы 23, через которые проходит стержень 24 (см. фиг.3). Для фиксации рычага 10 переключения передач в направляющих 13, 14 установлены фиксирующие элементы 25, 26, представляющие собой пружинные фиксаторы, которые, попадая в кольцевые пазы 27, 28, 29 (см. фиг.4) соответствующего валика фиксируют валики 15, 16, 17, а, следовательно, и рычаг 10 переключения передач в выбранном положении. Представленный на фиг.6 толкатель 11 соединяется с рычагом 10 переключения передач, например, путем сварки и состоит из стержня 29 и штыря 30. На направляющих 13, 14 (см. фиг.2, 3) закреплены электронные платы 31, 32, 33, 34 с установленными на них элементами 35, 36, предназначенными для регистрации положения рычага 10 переключения передач. Элементы 35, 36 представляют собой бесконтактные оптически сопряженные пары. На электронных платах 31, 32, 33, 34 установлены также разъемы 37, 38, 39, 40, предназначенные для соединения электронных плат с устройствами, обрабатывающими информацию о переключении передач (на фиг. не показаны).
В заявляемой полезной модели в качестве рычага переключения передач могут быть использованы выпускаемые отечественной промышленностью рычаги для автомашин ЗИЛ-130, КАМАЗ, УРАЛ, ГАЗ-53 и др. В качестве разъемов могут быть использованы, например, четырех контактные разъемы PW 10 МР, китайского производства, а в качестве фиксаторов могут быть использованы, например, пружинные фиксаторы производства компании Elesa+Ganter (Германия). В качестве бесконтактных оптически сопряженных пар могут быть использованы ИК-диод DNP 318U и ИК-транзистор PS 3022, выпускаемые японской фирмой STANLEY Electric. Несущие детали корпуса имитатора могут быть изготовлены, например, из конструкционной легированной стали марки Сталь 40Х ГОСТ 4543-71.
Имитатор коробки переключения передач работает следующим образом.
В исходном вертикальном положении, соответствующем нейтральной передаче, рычаг 10 имитатора зафиксирован посредством фиксации валиков шариковыми фиксаторами 25, 26. При включении одной из передач рычаг 10 переключения передач перемещается в соответствующее положение, при этом толкатель 11, расположенный на другом конце рычага 10 перемещается в прорези стопорной планки 12 и посредством давления штырей 30 толкателя 11 на упорные элементы 21, 22 валика перемещает соответствующий валик (15, 16 или 17) из центрального положения в положение, соответствующее выбранной передаче. При этом валик фиксируется кольцевыми пазами 27, 28, 29 на фиксирующих элементах 25, 26 и своим концом перекрывает оптический канал, образованный бесконтактными оптически сопряженными парами: диод 35 - транзистор 36. В результате происходит размыкание цепи, соответствующей выбранной передаче. При выборе другой передачи или возвращении рычага 10 в нейтральное положение валик возвращается в исходное центральное положение усилием двух одинаковых пружин 19, установленных симметрично с двух сторон валика, и фиксируется в этом положении фиксирующими элементами 25, 26.
Таким образом, в заявляемой полезной модели за счет изменения конструкции механизма блокировки, замены элементов, регистрирующих положение рычага переключения передач, бесконтактными оптически сопряженными парами, а также выполнения корпуса имитатора из высокопрочных материалов существенно повышена надежность конструкции изделия, а также увеличен срок его службы.
Имитатор коробки переключения передач, содержащий корпус с установленным в нем механизмом блокировки, включающим стопорную планку и элементы, регистрирующие положение рычага переключения передач, отличающийся тем, что в механизм блокировки дополнительно введены два направляющих элемента с установленными в них с возможностью осевого перемещения тремя подпружиненными ступенчатыми валиками, снабженными упорными элементами, ограничителями осевого перемещения и элементами фиксации положения рычага переключения, при этом элементы, регистрирующие положение рычага переключения передач, представляют собой бесконтактные оптически сопряженные пары, рычаг переключения передач дополнен толкателем, а несущие элементы корпуса имитатора выполнены из высокопрочных материалов.
