RU114387U1

RU114387U1 - TRAINING SIMULATOR FOR CAR DRIVING

Info

Publication number: RU114387U1
Application number: RU2011149608/11U
Authority: RU
Inventors: Василий Николаевич Ашанин; Алексей Михайлович Савельев; Алексей Владимирович Степанов
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-03-20

Abstract

1. Тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий установленную на подвижной с тремя степенями свободы платформе кабину с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и расположенными в ней устройствами отображения визуальной информации (мониторами) и акустической системой, электрически связанные и управляемые от ЭВМ, систему моделирования динамики движения автомобиля, включающую модель трансмиссии с имитатором коробки передач, систему имитации визуальной обстановки, модуль имитации шумов, имитатор рулевых нагрузок с приводом руля, устройство управления переключателем скоростей и установленную внутри кабины видеокамеру для видеомониторинга действий обучаемого, мониторы, расположенные в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины, отличающийся тем, что подвижная платформа выполнена на основе четырех линейных электроприводов, расположенных по углам тренажера. ! 2. Тренажер для обучения вождению автомобиля по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит поворотную платформу. ! 3. Тренажер для обучения вождению автомобиля по п.1, отличающийся тем, что имитатор рулевых нагрузок содержит моментный электродвигатель, размещенный на валу рулевого колеса. ! 4. Тренажер для обучения вождению автомобиля по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит имитатор антиблокировочной системы. 1. A simulator for teaching driving a car, containing a cabin installed on a movable platform with three degrees of freedom, with simulators of controls similar to controls of a real car, and visual information display devices (monitors) and an acoustic system located in it, electrically connected and controlled from a computer , a vehicle dynamics simulation system, including a transmission model with a gearbox simulator, a visual environment simulation system, a noise simulation module, a steering load simulator with a steering wheel drive, a speed switch control device and a video camera installed inside the cab for video monitoring of the student's actions, monitors located in planes each of the windshield and side windows of the cockpit, characterized in that the movable platform is made on the basis of four linear electric drives located at the corners of the simulator. ! 2. The car driving simulator according to claim 1, further comprising a turntable. ! 3. The simulator for teaching driving a car according to claim 1, characterized in that the simulator of steering loads comprises a torque electric motor located on the steering wheel shaft. ! 4. The car driving simulator according to claim 1, further comprising an anti-lock braking system simulator.

Description

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств и может быть использована для обучения вождению автомобиля. Предлагаемой полезной моделью решается задача приближения условий обучения на тренажере к реальным условиям движения водителя на колесном транспортном средстве. Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это расширение функциональных возможностей тренажера за счет моделирования дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле.The utility model relates to the field of educational and training tools and can be used to teach driving a car. The proposed utility model solves the problem of approximating the training conditions on the simulator to the real conditions of movement of the driver on a wheeled vehicle. The expected technical result in the implementation of the utility model is the expansion of the simulator's functionality by modeling additional functions that take place in a real car.

Известны автомобильные тренажеры, представляющие собой макет рабочего места водителя с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и устройствами отображения визуальной информации и имитации шумов |1, 2).Automobile simulators are known, which are a model of the driver’s workplace with simulators of controls similar to the controls of a real car, and devices for displaying visual information and simulating noise (1, 2).

Прототипом заявляемой полезной модели является тренажер для обучения вождению автомобиля [3], содержащий установленную на подвижной с тремя степенями свободы платформе кабину с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и расположенными в ней устройствами отображения визуальной информации (мониторами) и акустической системой, электрически связанные и управляемые от ЭВМ, систему моделирования динамики движения автомобиля, включающую модель трансмиссии с имитатором коробки передач, систему имитации визуальной обстановки, модуль имитации шумов, имитатор рулевых нагрузок с приводом руля, устройство управления переключателем скоростей и установленную внутри кабины видеокамеру для видеомониторинга действий обучаемого, мониторы, расположенные в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины.The prototype of the claimed utility model is a simulator for driving training [3], which contains a cabin with simulators of controls similar to the controls of a real car, mounted on a mobile platform with three degrees of freedom, and visual information display devices (monitors) and an acoustic system located in it electrically connected and controlled by a computer, a system for modeling the dynamics of a car’s movement, including a transmission model with a gearbox simulator, a system Simulates visual environment simulate module noises, load simulator steering drive wheel, gear shift control apparatus and a video camera mounted inside the cab for video monitoring action trainee monitors located in the planes of each of the frontal and side cabin windows.

Основным недостатком указанного устройства является то, что подвижная платформа имитирует движение колесного транспортного средства по местности, но не позволяет имитировать боковые нагрузки, возникающие при движении на реальном автомобиле в поворотах, а также акселерационные эффекты, возникающие в не стандартных (аварийных) режимах езды. Кроме того, при помощи трех электроприводов, представляется сложным имитация движения автомобиля по поврежденной дороге (содержащей выбоины и т.п.). Учитывая тот факт, что основное преимущество тренажера это имитация сложных дорожных условий, а также различных аварийных ситуаций, которые опасно воссоздавать при езде на учебном автомобиле, данный тренажер не позволяет достигнуть высокого качества обучения.The main disadvantage of this device is that the movable platform simulates the movement of a wheeled vehicle in the terrain, but does not allow simulating the lateral loads that occur when driving on a real car in corners, as well as acceleration effects that occur in non-standard (emergency) driving modes. In addition, using three electric drives, it seems difficult to simulate the movement of a car on a damaged road (containing potholes, etc.). Given the fact that the simulator's main advantage is the imitation of difficult road conditions, as well as various emergency situations that are dangerous to recreate when driving in a training car, this simulator does not allow to achieve high quality training.

Привод руля рассматриваемого тренажера представляет собой электродвигатель, который через редуктор цепной передачи поворачивает ось руля, имитируя реакции, возникающие в процессе движения реального автомобиля, обусловленные скоростью движения, разностью грунтовых покрытий под передними колесами, наличием микро и макронеровностей. Такая конструкция не обеспечивает полной имитации динамических усилий на рулевом колесе, возникающих в процессе движения. В процессе движения на рулевом колесе возникает момент сопротивления, обусловленный продольным наклоном оси поворота управляемого колеса; поперечным наклоном оси поворота управляемого колеса; момент сопротивления повороту колеса относительно шкворня. Результирующий момент сопротивления в общем случае может оказывать как стабилизирующее, так и дестабилизирующее воздействие на рулевое колесо.The steering wheel of the simulator under consideration is an electric motor that rotates the steering axis through a chain drive gearbox, simulating the reactions that occur during the movement of a real car, due to the speed of movement, the difference in ground coatings under the front wheels, and the presence of micro and macro-irregularities. This design does not provide a complete simulation of the dynamic forces on the steering wheel that occur during movement. In the process of movement on the steering wheel, a moment of resistance occurs due to the longitudinal inclination of the axis of rotation of the steered wheel; transverse tilt of the axis of rotation of the steered wheel; moment of resistance to rotation of the wheel relative to the king pin. The resulting moment of resistance in the general case can have both a stabilizing and destabilizing effect on the steering wheel.

Предлагаемой полезной моделью решается задача приближения условий обучения на тренажере к реальным условиям движения водителя на тренажерном средстве.The proposed utility model solves the problem of approximating the training conditions on the simulator to the real conditions of movement of the driver on the simulator.

Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это расширение функциональных возможностей тренажера за счет имитации дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле, и моделируются в тренажере путем введения поворотной платформы, имитатора антиблокировочной системы, изменения конструкции подвижной платформы и имитатора рулевых нагрузок.The expected technical result in the implementation of the utility model is the expansion of the simulator's functionality by simulating additional functions that take place in a real car and is simulated in the simulator by introducing a turntable, an anti-lock system simulator, changing the design of a moving platform and steering load simulator.

Для достижения этого технического результата в известный тренажер для обучения вождению автомобиля, содержащий установленную на подвижной с тремя степенями свободы платформе кабину с имитаторами органов управления, аналогичными органам управления реального автомобиля, и расположенными в ней устройствами отображения визуальной информации (мониторами) и акустической системой, электрически связанные и управляемые от ЭВМ, систему моделирования динамики движения автомобиля, включающую модель трансмиссии с имитатором коробки передач, систему имитации визуальной обстановки, модуль имитации шумов, имитатор рулевых нагрузок с приводом руля, устройство управления переключателем скоростей и установленную внутри кабины видеокамеру для видеомониторинга действий обучаемого, мониторы, расположенные в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол кабины, дополнительно введена поворотная платформа.To achieve this technical result, into a well-known simulator for teaching car driving, containing a cabin with simulators of controls similar to the controls of a real car, mounted on a movable platform with three degrees of freedom, and visual information display devices (monitors) and an acoustic system located in it, electrically connected and controlled by a computer, a system for modeling the dynamics of vehicle motion, including a transmission model with a gearbox simulator, with a visual simulation system, a noise simulation module, a steering load simulator with a steering wheel drive, a speed switch control device and a video camera installed inside the cabin for video monitoring the student’s actions, monitors located in the planes of each of the front and side windows of the cabin, an additional rotary platform is introduced.

При этом подвижная платформа выполнена на основе четырех линейных электроприводов, расположенных по углам тренажера, для полной имитации подвески реального автомобиля.At the same time, the movable platform is based on four linear electric drives located at the corners of the simulator to fully simulate the suspension of a real car.

Вместе с тем имитатор рулевых нагрузок содержит моментный электродвигатель, размещенный на валу рулевого колеса, имитирующий результирующий момент сопротивления.At the same time, the steering load simulator contains a torque motor located on the steering wheel shaft, simulating the resulting resistance moment.

Кроме того, в конструкцию тренажера дополнительно введен имитатор антиблокировочной системы для имитации работы антиблокировочной системы.In addition, a simulator of an anti-lock system is additionally introduced into the simulator design to simulate the operation of an anti-lock system.

Отличительными признаками заявляемого тренажера от ближайшего аналога являются наличие поворотной платформы, имитатора антиблокировочной системы, измененная конструкция подвижной платформы и имитатора рулевых нагрузок.Distinctive features of the proposed simulator from the closest analogue are the presence of a rotary platform, a simulator of the anti-lock system, a modified design of the moving platform and a simulator of steering loads.

Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемого тренажера, расширились функциональные возможности изделия, достигнут описанный выше технический результат, что в итоге дало возможность решить поставленную задачу и приблизить условия обучения на тренажере к условиям движения реального транспортного средства (автомобиля).Due to the presence of these features in the design of the inventive simulator, the product’s functionality expanded, the technical result described above was achieved, which ultimately made it possible to solve the problem and bring the training conditions on the simulator closer to the conditions of movement of a real vehicle (car).

Сущность полезной модели поясняется структурной схемой предложенного устройства, представленной на фиг.1.The essence of the utility model is illustrated by the structural diagram of the proposed device, shown in figure 1.

Тренажер (см. схему) содержит имитатор рабочего места водителя 1, установленный на систему имитации акселерационных эффектов 2 (на ее столешнице). Имитатор рабочего места водителя содержит органы управления 3, устройства отображения визуальной информации (мониторы) 4, акустическую систему 5. Тренажер также содержит электрически связанные и управляемые от ЭВМ 6 модель трансмиссии 7 с имитатором коробки передач 8, соединенным с устройством 9 управления переключением скоростей коробки передач, имитатор рулевых нагрузок 10, соединенный с приводом руля 11, имитатор антиблокировочной системы 12, систему имитации визуальной обстановки 13, соединенную с устройством отображения визуальной информации 4 кабины и монитором инструктора 14, модуль имитации шумов 15, соединенный с акустической системой 5. Внутри кабины установлена видеокамера 16 для видеомониторинга действий обучаемого, информация с которой через имитатор визуальной обстановки 13 передается на монитор инструктора 14. Столешница системы имитации акселерационных эффектов 2 установлена на четыре линейных электродвигателя 17, размещенных на столешнице поворотной платформы 18. Устройства отображения информации (мониторы) 5 расположены в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол рабочего места водителя 1.The simulator (see diagram) contains a driver’s workplace simulator 1 installed on a system for simulating acceleration effects 2 (on its tabletop). The driver’s workplace simulator contains controls 3, visual information display devices (monitors) 4, an acoustic system 5. The simulator also contains a transmission model 7 electrically connected and controlled by a computer 6 with a gearbox simulator 8 connected to a gear change control device 9 , a steering load simulator 10 connected to the steering wheel drive 11, an anti-lock system simulator 12, a visual environment simulation system 13 connected to a visual info display device 4 of the cabin and the instructor’s monitor 14, a noise simulation module 15 connected to the speaker system 5. A video camera 16 is installed inside the cabin for video monitoring of the student’s actions, information from which is transmitted through the visual environment simulator 13 to the instructor’s monitor 14. The table top of the acceleration effects simulation system 2 is installed on four linear electric motors 17 located on the countertop of the rotary platform 18. Information display devices (monitors) 5 are located in the planes of each of the frontal and lateral x glasses driver's workplace 1.

Привод руля 11 представляет собой (как вариант) моментный электродвигатель, размещенный на валу рулевого колеса, имитируя результирующий момент сопротивления, включающий в себя следующие составляющие: стабилизирующий момент, обусловленный продольным наклоном оси поворота управляемого колеса; стабилизирующий момент, обусловленный поперечным наклоном оси поворота управляемого колеса; момент сопротивления повороту колеса относительно шкворня. А также осуществляющий возврат рулевого колеса в нейтральное положение.Steering wheel drive 11 is (as an option) a torque motor placed on the steering wheel shaft, simulating the resulting moment of resistance, which includes the following components: stabilizing moment, due to the longitudinal inclination of the axis of rotation of the steered wheel; stabilizing moment due to the transverse tilt of the axis of rotation of the steered wheel; moment of resistance to rotation of the wheel relative to the king pin. As well as carrying out the steering wheel return to the neutral position.

Устройство 9 управления переключением скоростей коробки передач представляет собой (как вариант) электромагнитную муфту, управляемую от ЭВМ, которая блокирует рычаг переключения передач в случае неправильных действий обучаемого, например, при попытке переключения на несмежные передачи (с первой на третью и последующие), либо переключения передач без сброса оборотов двигателя.The gearbox shift control device 9 is (as an option) a computer-controlled electromagnetic clutch that locks the gearshift lever in case of learner incorrect actions, for example, when trying to switch to non-adjacent gears (from first to third and subsequent), or switching gears without resetting engine speed.

Система имитации акселерационных эффектов 2 тренажера обеспечивает движение рабочего места водителя 1 с четырьмя степенями свободы (крен, тангаж, вертикальное перемещение и поворот), что наиболее полно отображает движение колесного транспортного средства по местности. Крен, тангаж и вертикальное перемещение осуществляется при помощи четырех линейных электроприводов 17, расположенных по углам тренажера. Такая конструкция позволяет полностью имитировать подвеску реального автомобиля, воспроизводя динамические усилия, возникающие в процессе движения. Для имитации акселерационных эффектов, возникающих при поворотах, заносах, юзе в конструкцию тренажера введена поворотная платформа 18, выполненная на основе шагового электропривода. Поворотная платформа обеспечивает поворот имитатора рабочего места водителя на определенный угол и с определенной скоростью в зависимости от скорости движения автомобиля, угла поворота и других факторов. Такая конструкция системы имитации акселерационных эффектов позволяет наиболее полно воспроизводить динамические усилия, возникающие в процессе движения на реальном автомобиле, позволяя проводить обучение не только в стандартных условиях езды, но и в аварийных, сложных дорожных условиях, при отказах техники.The simulator of the acceleration effects 2 simulator provides the movement of the driver’s workplace 1 with four degrees of freedom (roll, pitch, vertical movement and rotation), which most fully displays the movement of a wheeled vehicle in the area. Roll, pitch and vertical movement is carried out using four linear electric drives 17 located at the corners of the simulator. This design allows you to fully simulate the suspension of a real car, reproducing the dynamic forces arising in the process of movement. To simulate the acceleration effects that occur during bends, drifts, and skidding, the rotary platform 18, based on a step-by-step electric drive, is introduced into the simulator design. The rotary platform provides the driver simulator of the driver’s workplace at a certain angle and at a certain speed depending on the speed of the car, the angle of rotation and other factors. This design of a system for simulating acceleration effects makes it possible to most fully reproduce the dynamic forces arising in the process of driving a real car, allowing training not only in standard driving conditions, but also in emergency, difficult road conditions, in case of equipment failures.

Имитатор антиблокировочной системы 12 представляет собой (как вариант) управляемый от ЭВМ 6 электропривод, выполненный на электродвигателе с эксцентриком на валу. Электропривод педали тормоза включается только тогда, когда требуется имитация работы антиблокировочной системы. Такая конструкция позволяет проводить обучение вождению автомобилей, оснащенных или не оснащенных антиблокировочной системой, и имитировать динамическое воздействие на педаль тормоза, возникающее при работе антиблокировочной системы на автомобиле.The simulator of the anti-lock system 12 is (as an option) a computer-controlled electric drive 6 made on an electric motor with an eccentric on the shaft. The electric brake pedal is activated only when imitation of the anti-lock braking system is required. This design allows you to teach driving cars with or without anti-lock braking system and simulate the dynamic effect on the brake pedal that occurs when the anti-lock braking system is used in a car.

Предложенные изменения подвижной платформы, введение поворотной платформы и имитатора антиблокировочной системы позволяет обучаемому понять все особенности вождения автомобиля, оснащенного современными системами (курсовой устойчивости, противобуксовочной, антиблокировочной и другими).The proposed changes to the mobile platform, the introduction of the turntable and the anti-lock system simulator allows the student to understand all the features of driving a car equipped with modern systems (exchange rate stability, traction control, anti-lock and others).

Важным элементом конструкции, влияющим на выработку правильных навыков управления автомобилем, является также коробка передач. Правильная последовательность переключения передач: последовательность включения той или иной передачи, возможность перехода на пониженную передачу в зависимости от числа оборотов двигателя, вырабатывают у обучаемого необходимые навыки по управлению автомобилем. Для этого тренажер снабжен устройством 9 управления переключением скоростей коробки передач. Таким устройством является управляемая от ЭВМ электромагнитная муфта. Получая записанные в программе соответствующие сигналы, она блокирует неправильные действия водителя, то есть не позволяет, например, переключаться на несмежные передачи (с первой на третью и последующие), производить переключение скоростей без сброса числа оборотов двигателя.An important structural element that affects the development of the right driving skills is also the gearbox. The correct sequence of gear shifting: the sequence of switching on one or another gear, the possibility of shifting to a lower gear depending on the engine speed, develop the necessary skills for driving the student. For this, the simulator is equipped with a gear shift control device 9. Such a device is a computer-controlled electromagnetic clutch. Receiving the corresponding signals recorded in the program, it blocks the driver’s incorrect actions, that is, it does not allow, for example, switching to non-adjacent gears (from first to third and subsequent), switching speeds without resetting the engine speed.

Все это приближает условия обучения на тренажере к условиям движения на реальном автомобиле.All this brings training conditions on the simulator closer to driving conditions on a real car.

Таким образом, предлагаемой полезной моделью достигается расширение функциональных возможностей тренажера за счет моделирования дополнительных функций, которые имеют место в реальном автомобиле, что приближает условия обучения на тренажере к реальным условиям движения водителя на колесном транспортном средстве.Thus, the proposed utility model achieves the expansion of the simulator's functionality by modeling additional functions that take place in a real car, which brings training conditions on the simulator closer to the actual driving conditions of the driver on a wheeled vehicle.

Заявляемый в качестве полезной модели тренажер для обучения вождению автомобиля может быть изготовлен в условиях серийного производства на любом машиностроительном предприятии с использованием отечественных и зарубежных материалов и комплектующих изделий.Declared as a utility model, a simulator for learning to drive a car can be manufactured in mass production at any machine-building enterprise using domestic and foreign materials and components.

Использованные источники.Used sources.

1. Патент РФ на полезную модель №72563, кл. G09B 9/04, опубл. 20.04.2008.1. RF patent for utility model No. 72563, cl. G09B 9/04, publ. 04/20/2008.

2. Патент РФ на полезную модель №73528, кл. G09B 9/04, опубл. 20.05.2008.2. RF patent for utility model No. 73528, cl. G09B 9/04, publ. 05/20/2008.

3. Патент РФ на полезную модель №84150, кл. G09B 9/04, опубл. 27.06.2009.3. RF patent for utility model No. 84150, class. G09B 9/04, publ. 06/27/2009.

Claims

1. A training simulator for driving a car, comprising a cabin mounted on a mobile platform with three degrees of freedom, with simulators of controls similar to the controls of a real car, and visual information display devices (monitors) and an acoustic system located therein, electrically connected and controlled by a computer , a system for modeling the dynamics of a car’s movement, including a transmission model with a gearbox simulator, a visual environment simulation system, a simulation module umov, a simulator of steering loads with a steering wheel drive, a speed switch control device and a video camera installed inside the cabin for video monitoring the student’s actions, monitors located in the planes of each of the front and side windows of the cabin, characterized in that the movable platform is based on four linear electric drives located in the corners of the simulator.

2. The simulator for driving training according to claim 1, characterized in that it further comprises a turntable.

3. The simulator for driving training according to claim 1, characterized in that the steering load simulator contains a torque motor placed on the steering wheel shaft.

4. The simulator for teaching driving a car according to claim 1, characterized in that it further comprises a simulator of an anti-lock system.