Тренажер начальной подготовки водителя автомобиля

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств, а более конкретно, к средствам обучения водителей автомобиля, и может быть использована для привития у обучаемых правильных навыков управления автомобилем в ходе учебного процесса без участия инструктора.

Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это расширение функциональных возможностей тренажера и автоматизация процесса обучения без участия в нем инструктора.

Для достижения этого технического результата известный тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий макет кабины с находящимися в ней креслом водителя, имитаторами органов управления, состоящими из рулевого колеса, механически связанного с блоком рулевых имитаторов, блоков имитации коробки переключения передач и стояночного тормоза с рычагами управления, щитка приборов и блока педалей, блок моделирования систем и агрегатов, имитатор визуальной обстановки с устройством отображения визуальной информации, акустическую систему и блок согласующих устройств, дополнительно содержит блок выработки команд управляемого обучения, привод продольного перемещения кресла водителя, датчики положения ног водителя на полу кабины, датчик положения спины водителя, контроллер датчиков хвата руля, расположенных по его окружности.

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств, а более конкретно, к средствам обучения водителей автомобиля, и может быть использована для привития у обучаемых правильных навыков управления автомобилем в ходе учебного процесса без участия инструктора.

Известны тренажеры для обучения водителей транспортных средств, содержащие рабочее место водителя с органами управления реального автомобиля, системами имитации и отображения визуальной обстановки и шумовых характеристик, блок моделирования динамики движения машины, блок управления программой и рабочее место инструктора с монитором и пультом управления [1], [2].

Особенностью указанных тренажеров является то, что ход всего процесса обучения и контроль за действиями обучаемого осуществляет мастер-инструктор. Отсутствие инструктора или недостаточная его квалификация не обеспечивает привития у кандидата в водители необходимых навыков по управлению автомобилем. Следствием отсутствия ожидаемого результата является также то, что указанные тренажеры в большей степени являются тренажерами-имитаторами, нежели учебно-тренировочными средствами.

Одно из направлений совершенствования учебно-тренировочных средств в настоящее время - это создание тренажеров, направленных на учебный процесс, то есть на привитие правильных навыков и действий по управлению автомобилем без участия инструктора.

Данный подход частично реализован в тренажере вождения, представляющем собой макет рабочего места водителя, состоящего из стандартного сиденья водителя с системами регулирования параметров, блока педалей, рычага переключения передач, стояночного тормоза, приборного щитка с блоком приборов, рулевого колеса с блоком подрульных переключателей и монитора, расположенного за приборным щитком. В состав тренажера входит также системный блок компьютера с программным обеспечением [3].

Отличительной особенностью тренажера является то, что его программное обеспечение содержит набор задач и упражнений с функцией оценивания действий обучаемого. Эту функцию осуществляет обучаемый самостоятельно без вмешательства инструктора. Основной недостаток рассматриваемого тренажера состоит в том, что его функцией является не сам процесс привития у обучаемого правильных навыков по управлению автомобилем, а контроль за правильностью выполнения уже полученных ранее навыков, который выполняется обучаемым без инструктора.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий макет кабины с находящимися в ней креслом водителя, имитаторами органов управления, состоящими из рулевого колеса, механически связанного с блоком рулевых имитаторов, блоков имитации коробки переключения передач и стояночного тормоза с рычагами управления, щитка приборов и блока педалей, блок моделирования систем и агрегатов, имитатор визуальной обстановки с устройством отображения визуальной информации, акустическую систему и блок согласующих устройств, первый вход которого соединен с выходом блока имитации стояночного тормоза, второй вход соединен с выходом блока педалей, первая группа входов-выходов блока согласующих устройств соединена, соответственно, с группой выходов-входов щитка приборов, вторая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока рулевых имитаторов, третья группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока имитации коробки переключения передач, четвертая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока моделирования систем и агрегатов, первый выход которого соединен со входом имитатора визуальной обстановки, второй выход соединен с первым входом акустической системы [4]. Как наиболее близкий по конструкции, этот тренажер является ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого тренажера начальной подготовки водителя автомобиля.

Обеспечивая высокую степень моделирования визуальной обстановки, шумовых характеристик, моделирования динамики движения автомобиля, его узлов и агрегатов данный тренажер, как и указанные выше аналоги не в полной мере направлен на привитие правильных навыков по управлению автомобилем.

В процессе управления автомобилем водитель применяет комплекс навыков, слагаемыми которого являются моторные навыки по оперированию и работе с органами управления и вербальные навыки, направленные на оценку дорожной обстановки и принятие решения в сложившейся дорожной ситуации.

Тренажер-прототип в большей степени обеспечивает привитие у обучаемых вербальных навыков, а моторные навыки частично вырабатываются за счет организационных мер мастера-инструктора, направленных на восполнение недостатков конструкции тренажера.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения качества обучения управлению автомобилем путем приближения условий обучения на тренажере к реальным условиям вождения автомобиля.

Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это расширение функциональных возможностей тренажера за счет придания ему дополнительных функций по привитию у обучаемых правильных и устойчивых моторных и вербальных навыков по управлению автомобилем, а также автоматизация процесса обучения без участия в нем инструктора.

Для достижения этого технического результата известный тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий макет кабины с находящимися в ней креслом водителя, имитаторами органов управления, состоящими из рулевого колеса, механически связанного с блоком рулевых имитаторов, блоков имитации коробки переключения передач и стояночного тормоза с рычагами управления, щитка приборов и блока педалей, блок моделирования систем и агрегатов, имитатор визуальной обстановки с устройством отображения визуальной информации, акустическую систему и блок согласующих устройств, первый вход которого соединен с выходом блока имитации стояночного тормоза, второй вход соединен с выходом блока педалей, первая группа входов-выходов блока согласующих устройств соединена, соответственно, с группой выходов-входов щитка приборов, вторая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока рулевых имитаторов, третья группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока имитации коробки переключения передач, четвертая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока моделирования систем и агрегатов, первый выход которого соединен со входом имитатора визуальной обстановки, второй выход соединен с первым входом акустической системы, дополнительно содержит блок выработки команд управляемого обучения, привод продольного перемещения кресла водителя, датчики положения ног водителя на полу кабины, датчик положения спины водителя, контроллер датчиков хвата руля и группу датчиков хвата руля, расположенных по его окружности, выход которых соединен со входом контроллера, через канал приемопередающей связи информационно связанного с блоком согласующих устройств, третий вход которого соединен с выходом датчиков положения ног водителя на полу кабины, четвертый вход соединен с выходом датчика положения спины водителя, выход блока согласующих устройств соединен со входом привода продольного перемещения кресла водителя, а пятая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока выработки команд управляемого обучения, первый вход которого соединен с третьим выходом блока моделирования систем и агрегатов, второй вход соединен с выходом имитатора визуальной обстановки, а первый выход блока выработки команд управляемого обучения соединен со вторым входом блока акустической системы, второй выход соединен со входом устройства отображения визуальной информации.

Отличительными признаками заявляемого тренажера являются наличие в нем блока выработки команд управляемого обучения, привода продольного перемещения кресла водителя, датчиков положения ног водителя на полу кабины, датчика положения спины водителя, контроллера датчиков хвата руля и группы датчиков хвата руля, расположенных по его окружности, выход которых соединен со входом контроллера, через канал приемопередающей связи информационно связанного с блоком согласующих устройств, третий вход которого соединен с выходом датчиков положения ног водителя на полу кабины, четвертый вход соединен с выходом датчика положения спины водителя, выход блока согласующих устройств соединен со входом привода продольного перемещения кресла водителя, а пятая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока выработки команд управляемого обучения, первый вход которого соединен с третьим выходом блока моделирования систем и агрегатов, второй вход соединен с выходом имитатора визуальной обстановки, а первый выход блока выработки команд управляемого обучения соединен со вторым входом блока акустической системы, второй выход соединен со входом устройства отображения визуальной информации.

Наличие в тренажере указанных отличительных признаков диктуется тем, что в учебном процессе по подготовке водителей автомобиля первичным фактором является выработка у них моторных навыков (правильная посадка в кресле, правильное расположение ступней ног относительно педалей, правильное положение рук на ободе рулевого колеса).

Правильные навыки работы с рулевым колесом представляют собой комплекс методических операций по отработке правил скоростного руления двумя руками с перекрестными хватами рук. Если на начальной стадии обучения кандидат в водители приобретает неверные навыки хвата и способы перехвата колеса, то при самостоятельном вождении в быстро меняющейся дорожной обстановке он может стать причиной дорожно-транспортного происшествия.

Необходимость в устройстве контроля положения ног для привития моторных навыков работы с педалями определяется тем, что положение левой ноги связано с работоспособностью системы трансмиссии, поскольку напряженно расположенная над педалью сцепления нога всегда может осуществить, пусть даже и кратковременное, изменение соотношения передаточного момента системы трансмиссии, что при частых повторениях приведет к неработоспособности системы управления трансмиссией. Кроме того, в таком положении ступни водитель случайно может совершить нежелательное действие с педалью акселератора и повлиять на дорожную ситуацию.

Наличие датчика касания спины обеспечивает выработку правильного положения корпуса водителя в кресле автомобиля.

Введение в конструкцию тренажера вышеуказанных отличительных признаков расширило его функциональные возможности за счет привития правильных навыков управления автомобилем на начальном этапе подготовки водителей и обеспечило достижение указанного результата.

Предлагаемый тренажер начальной подготовки водителя автомобиля иллюстрируется представленной схемой.

Тренажер (см. схему) содержит макет кабины 1 с находящимися в ней креслом водителя 2, имитаторами органов управления, состоящими из рулевого колеса 3, механически связанного с блоком рулевых имитаторов 4, блоков имитации коробки переключения передач 5 и стояночного тормоза 6 с рычагами управления, щитка приборов 7 и блока педалей 8, блок моделирования систем и агрегатов 9, имитатор визуальной обстановки 10 с устройством отображения визуальной информации 11, акустическую систему 12 и блок согласующих устройств 13, первый вход которого соединен с выходом блока имитации стояночного тормоза 6, второй вход соединен с выходом блока педалей 8, первая группа входов-выходов блока согласующих устройств 13 соединена, соответственно, с группой выходов-входов щитка приборов 7, вторая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока рулевых имитаторов 4, третья группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока имитации коробки переключения передач 5, четвертая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока моделирования систем и агрегатов 9, первый выход которого соединен со входом имитатора визуальной обстановки 10, второй выход соединен с первым входом акустической системы 12. Дополнительно в него введены блок выработки команд управляемого обучения 14, привод 15 продольного перемещения кресла водителя, датчики 16 положения ног водителя на полу кабины, датчик 17 положения спины водителя, контроллер 18 датчиков хвата руля и группу датчиков 19 хвата руля, расположенных по его окружности, выход которых соединен со входом контроллера 18, через канал приемопередающей связи 20-21 информационно связанного с блоком согласующих устройств 13, третий вход которого соединен с выходом датчиков 16 положения ног водителя на полу кабины, четвертый вход соединен с выходом датчика 17 положения спины водителя, выход блока согласующих устройств 13 соединен со входом привода 15 продольного перемещения кресла водителя, а пятая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока выработки команд управляемого обучения 14, первый вход которого соединен с третьим выходом блока моделирования систем и агрегатов 9, второй вход соединен с выходом имитатора визуальной обстановки 10, а первый выход блока выработки команд управляемого обучения 14 соединен со вторым входом блока акустической системы 12, второй выход соединен со входом устройства отображения визуальной информации 11.

Имитатор руля 3 содержит сенсорное рулевое колесо, подрулевую колонку и блок рулевых имитаторов 4, включающий многооборотный датчик углового положения, привод имитатора нагрузок и механизм ограничения поворотов. Окружность рулевого колеса условно разбита на сектора (а, 6, в,м), которые являются зонами отслеживаемого хвата, контролируемыми емкостными датчиками хвата 19. Информация о состоянии датчиков хвата 19, собранная и обработанная контроллером 18, через канал беспроводной связи 20-21 передается в блок согласующих устройств 13. Средствами, осуществляющими канал беспроводной связи, являются приемопередатчики 20 и 21, один из которых установлен в контроллере 18, а второй - в блоке согласующих устройств 13. Канал беспроводной связи в зависимости от способа его реализации (по радиоэфиру или по оптолучу) может отличаться.

Группа педалей 8 содержит три педали (педаль сцепления, педаль тормоза, педаль подачи топлива), каждая из которых имеет нагружатель и датчик углового перемещения, связанный через блок согласующих устройств 13 с блоком моделирования систем и агрегатов 9 автомобиля.

На полу макета кабины 1 установлены два дополнительных датчика 16 контроля положения ног водителя. Один датчик расположен слева от педали сцепления, другой - справа от педали подачи топлива. Датчики установлены с возможностью контакта с ними стоп ног водителя при радиальном переносе их с педали сцепления и педали подачи топлива, соответственно.

Контроль за положением водителя в кресле 2 осуществляется с помощью датчика ремня безопасности и датчика 17 положения спины водителя.

Привод 15 продольного перемещения кресла водителя 2 выполняет роль имитатора кратковременных перемещений (рывков) транспортного средства в случае неправильной эксплуатации системы трансмиссии - неправильной работы педалью сцепления. Частые неправильные воздействия на педаль сцепления в реальном автомобиле также приводят к рывкам машины и, как следствие, могут привести к выходу из строя элементов сцепления. В целях сохранности системы трансмиссии и привития правильного навыка оперирования педалью сцепления предлагается закреплять моторные навыки на тренажере посредством управления от блока выработки команд управляемого обучения 14. Привод 15 продольного перемещения кресла водителя представляет собой мотор-редуктор, через рычаг механически связанный с креслом и через блок согласующих устройств 13 электрически связанный с модулем трансмиссии, входящим в блок моделирования систем и агрегатов 9, и управляемый от сигнала математической модели трансмиссии.

Работа тренажера начальной подготовки водителя автомобиля осуществляется следующим образом.

Обучаемый, находясь на рабочем месте макета кабины 1, выбирает тему упражнения в соответствии с которой блок выработки команд управляемого обучения 14 создает последовательность команд. Оценку действий обучаемого по выполнению команд и контроль за правильностью их выполнения осуществляют датчики 16 положения ног водителя на полу кабины, датчик 17 положения спины водителя, группа датчиков 19 хвата руля, а также датчики подрульных переключателей, датчики рычага переключения передач и стояночного тормоза, датчики органов управления щитка водителя.

При определении положений рук в процессе маневрирования рулем закрытые руками датчики из группы датчиков 19 хвата руля подают сигналы на контроллер 18, с которого по приемопередающему каналу беспроводной связи 20-21 сигналы поступают на блок согласующих устройств 13, а с него - на блок выработки команд управляемого обучения 14.

Аналогично датчики 16 и 17 через блок согласующих устройств 13 подают на блок выработки команд 14 сигналы о положении ног обучаемого на полу кабины и о положении его спины, а также о работе ног с педалями в зависимости от дорожной ситуации.

Если сигналы с датчиков соответствуют правильным положениям и действиям обучаемого, исходя из дорожной ситуации и агрегатного состояния машины, блок выработки команд управляемого обучения 14 вырабатывает и подает обучаемому команду на продолжение упражнения, которая высвечивается на мониторе 16. Неверное действие, не влекущее изменения агрегатного состояния машины, сопровождается выдачей обучаемому комментария, а действие, выполненное не в соответствии с дорожной ситуацией или нарушающее требование методики обучения, сопровождается выдачей сообщения об ошибке и команды на возврат к ситуации, ранее достигнутой на момент свершения неверного действия.

Проверка правильности положения рук на момент начала и конца маневра выполняется по следующему алгоритму:

1) определить абсолютную величину смещения руля от исходного положения (1);

2) по смещению 1 определить относительное смещение (смещение в рамках одного оборота) - 2;

3) если величина 2 ±7°, то принимается, что сектор «19а» находится в исходном положении. Если 2>±7°, то переход на п.8;

4) считать сигнатуру положения рук с датчиков хвата руля;

5) если считанная сигнатура совпадает с сигнатурой, требуемой по методике, то перейти к выполнению последующего действия методики;

6) если не совпадает, то выдать сообщение о переносе рук в требуемые сектора.

7) выход из процедуры;

8) определяется смещение сектора относительно сектора «19а», равной mod(2)₁₅-7,5;

9) определить положение рук по сдвигу сигнатуры с датчиков на величину смещения сектора;

10) если руки не лежат на необходимых секторах (19к-19г, 19н-19а, 19л-19в, 19а-19д), то выдать команду о переносе рук в требуемые сектора, затем переход на п.5;

11) если последующие действия по методике относятся к маневрированию, то переход на п.5;

12) если последующего поворота машины не требуется, а требуется прямолинейное движение, то выдать команду «выставь машину или приведи руль к исходному положению», затем переход на п.7.

Привод 15 продольного перемещения кресла водителя воспроизводит (моделирует) кратковременные инерционные перемещения (рывки) автомобиля, создаваемые при трогании, переключении передач, торможении и непреднамеренных воздействиях на педаль сцепления. Привод работает по сигналам, подаваемым на мотор-редуктор через блок согласующих устройств 13 с блока педалей 8, блока переключения передач 5 и блока стояночного тормоза 6, которые управляют работой мотор-редуктора, осуществляющего перемещение кресла.

При многократном повторении описанных выше действий обучаемый самостоятельно до автоматизма отрабатывает навыки по управлению автомобилем. При этом в учебном процессе исключается присутствие человеческого фактора (инструктора), который может невольно оказывать на обучаемого нежелательные психологические воздействия.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности тренажера и автоматизировать процесс обучения, исключив участие в нем мастера-инструктора.

Заявляемый в качестве полезной модели тренажер начальной подготовки водителя автомобиля может быть изготовлен в условиях серийного производства на любом машиностроительном предприятии с использованием отечественных и зарубежных материалов и комплектующих изделий.

Использованные источники.

1. Заявка 2002102320 от 31.01.2002, кл. G09В 9/02, опубл. 27.09.2003.

2. Патент РФ на ПМ 69293, кл. G09В 9/04, опубл. 10.12.2007.

3. Патент РФ на ПМ 72563, кл. G09В 9/04, опубл. 20.04.2008.

4. Заявка 2009100750 от 11.01.2009, кл. G09В 9/04.

Тренажер начальной подготовки водителя автомобиля, содержащий макет кабины с находящимися в ней креслом водителя, имитаторами органов управления, состоящими из рулевого колеса, механически связанного с блоком рулевых имитаторов, блоков имитации коробки переключения передач и стояночного тормоза с рычагами управления, щитка приборов и блока педалей, блок моделирования систем и агрегатов, имитатор визуальной обстановки с устройством отображения визуальной информации, акустическую систему и блок согласующих устройств, первый вход которого соединен с выходом блока имитации стояночного тормоза, второй вход соединен с выходом блока педалей, первая группа входов-выходов блока согласующих устройств соединена соответственно с группой выходов-входов щитка приборов, вторая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока рулевых имитаторов, третья группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока имитации коробки переключения передач, четвертая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока моделирования систем и агрегатов, первый выход которого соединен со входом имитатора визуальной обстановки, второй выход соединен с первым входом акустической системы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок выработки команд управляемого обучения, привод продольного перемещения кресла водителя, датчики положения ног водителя на полу кабины, датчик положения спины водителя, контроллер датчиков хвата руля и группу датчиков хвата руля, расположенных по его окружности, выход которых соединен со входом контроллера, через канал приемопередающей связи информационно связанного с блоком согласующих устройств, третий вход которого соединен с выходом датчиков положения ног водителя на полу кабины, четвертый вход соединен с выходом датчика положения спины водителя, выход блока согласующих устройств соединен со входом привода продольного перемещения кресла водителя, а пятая группа входов-выходов соединена с группой выходов-входов блока выработки команд управляемого обучения, первый вход которого соединен с третьим выходом блока моделирования систем и агрегатов, второй вход соединен с выходом имитатора визуальной обстановки, а первый выход блока выработки команд управляемого обучения соединен со вторым входом блока акустической системы, второй выход соединен со входом устройства отображения визуальной информации.