RU2467400C1

RU2467400C1 - Bus simulator

Info

Publication number: RU2467400C1
Application number: RU2011116902/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Трофименко (RU); Юрий Васильевич Трофименко; Татьяна Юрьевна Григорьева (RU); Татьяна Юрьевна Григорьева; Елена Владимировна Шашина (RU); Елена Владимировна Шашина; Борис Михайлович Додонов (RU); Борис Михайлович Додонов; Артур Мишаевич Бадалян (RU); Артур Мишаевич Бадалян; Владимир Владимирович Галевко (RU); Владимир Владимирович Галевко; Дмитрий Вадимович Крючков (RU); Дмитрий Вадимович Крючков; Алексей Александрович Цесарь (RU); Алексей Александрович Цесарь; Михаил Владимирович Ишков (RU); Михаил Владимирович Ишков
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to simulators. bus simulator includes sealed capsule (19) installed on dynamic platform, which capsule is made as actual bus cab (5) with driver's workplace (6) with seat (7), standard controls (8) and instrumentation with sensors, dashboard (9), as well as display system with front (10) and side screens (12, 13) respectively, audio system (14) and instructor workplace (15) with common control system (16) to synchronise operation of systems and simulator components. Additionally, the capsule (19) is equipped with microclimate and air quality simulation system, video cameras and sensors to control driver's psychophysiological state as well as vibrators (17, 18) for driver's seat (7) and dynamic platform respectively. In the capsule (19), past-cab space (20) is provided having seats (21) for passengers, front door (22) and self-contained power supply. Herewith, the front screen (10) is installed externally in close proximity to the capsule (19), and side screens (12, 13) made as liquid crystal monitors simulate rear view mirrors. The display system reproduces and controls wide range of factors characterising traffic conditions.

EFFECT: higher accuracy in reproduction of bus controls, operation principles of all systems and aggregates; presence effect is created.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к учебным моделям и тренажерам и предназначено для исследования надежности человека-оператора непосредственно во время выполнения алгоритмов деятельности в составе человеко-машинной (эргатической) системы, а также в критических (конфликтных) ситуациях, возникающих при имитации условий движения по моделируемому маршруту со многими участниками движения.The invention relates to training models and simulators and is intended to study the reliability of a human operator directly during the execution of activity algorithms as part of a man-machine (ergatic) system, as well as in critical (conflict) situations that arise when simulating traffic conditions along a simulated route with many participants in the movement.

Известен тренажер SimBus производства компании STC Simulator Training Oy (Финляндия), предназначенный для подготовки водителей. Тренажер Bus-3000 основан на целом каркасе автобуса (Volvo, Van Hool и др.). Длина ходовой части около 5 м, ширина около 2,5 м и высота около 3,1 м, масса, включая подвижную платформу, около 4000 кг. Органы управления тренажером включают все необходимые устройства для вождения обычного автобуса, контрольно-измерительные приборы. Салон включает 6 пассажирских мест, заднее сиденье (4 места), место инструктора (сиденье, стол и средства управления программным обеспечением). Ощущение движения создается движущимся проецируемым ландшафтом и подвижной платформой. Для визуализации ландшафта используется 4 проектора и П-образный экран. Угол обозрения - более 180°. Тренажер дает возможность создавать различные погодные и транспортные условия, изменять направление движения, тормозить, проходить специфические ситуации (продажа билетов), управлять автобусом с механической и автоматической коробкой передач, с использованием тормоза-замедлителя и других регулирующих устройств (см. Tenkanen, Teppo 2SimBus Driving Simulator Opens Up-New Possibilities / Public Transport International, Volume: 56. - Publisher: International Association of Public Transport (UITP). - 2007-5. - pp 44-45. - ISSN: 1016-796X).Known simulator SimBus manufactured by STC Simulator Training Oy (Finland), designed to train drivers. The Bus-3000 simulator is based on the whole frame of the bus (Volvo, Van Hool, etc.). The length of the chassis is about 5 m, the width is about 2.5 m and the height is about 3.1 m, the mass, including the movable platform, is about 4000 kg. The controls of the simulator include all the necessary devices for driving a regular bus, instrumentation. The salon includes 6 passenger seats, a rear seat (4 seats), an instructor's seat (seat, table and software controls). A sense of movement is created by a moving projected landscape and a moving platform. To visualize the landscape, 4 projectors and a U-shaped screen are used. Viewing angle - more than 180 °. The simulator allows you to create different weather and transport conditions, change direction, slow down, go through specific situations (ticket sales), drive a bus with a manual and automatic transmission, using a retarder and other control devices (see Tenkanen, Teppo 2SimBus Driving Simulator Opens Up-New Possibilities / Public Transport International, Volume: 56. - Publisher: International Association of Public Transport (UITP). - 2007-5. - pp 44-45. - ISSN: 1016-796X).

Однако недостатками такого тренажера являются те обстоятельства, что он не позволяет исследовать состояние водителя автобуса в критических (конфликтных) ситуациях, возникающих при имитации условий движения по моделируемому маршруту со многими участниками движения; имеет значительные массогабаритные показатели; экраны, расположенные в форме буквы П, недостаточно реалистично воспроизводят обстановку в местах сопряжения.However, the disadvantages of such a simulator are those circumstances that it does not allow to study the condition of the bus driver in critical (conflict) situations that arise when simulating traffic conditions along a simulated route with many traffic participants; It has significant overall dimensions; screens located in the shape of the letter P do not realistically reproduce the situation in the interface.

Также известен тренажер, содержащий модель управляемого объекта, оснащенную органом управления и программой управления параметрами объекта, а также регистрирующий блок и информационное табло. Модель управляемого объекта выполнена в виде кабины, установленной по углам на пружинных рессорах с гидравлическими гасителями. Под днищем кабины симметрично относительно центральной оси пола кабины установлены двигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения и с дисбалансными шайбами. Внутри кабины в области расположения двигателя транспортного средства размещены нагревательный элемент и низкочастотный динамик. В верхних углах кабины закреплены четыре широкополосных динамика. На уровне головы оператора установлены датчики температуры и шума, на уровне спины оператора - датчик вибрации. На крыше кабины закреплена фильтровентиляционная установка. Тренажер позволяет моделировать условия работы оператора, приближенные к реальным, и исследовать при этих условиях работоспособность оператора (см. патент РФ №2215330, М. кл. G09B 9/00, опубл. 27.10.2003).Also known is a simulator containing a model of a managed object, equipped with a control body and a program for managing the parameters of the object, as well as a recording unit and an information board. The model of the controlled object is made in the form of a cabin mounted in the corners on spring springs with hydraulic dampers. Under the cab bottom, symmetrically relative to the central axis of the cab floor, DC motors with adjustable speed and with unbalanced washers are installed. Inside the cab, in the area of the vehicle engine, a heating element and a low-frequency speaker are placed. In the upper corners of the cab four broadband speakers are fixed. Temperature and noise sensors are installed at the level of the operator’s head, and a vibration sensor is installed at the level of the operator’s back. A filter ventilation unit is fixed on the roof of the cab. The simulator allows you to simulate the operator’s working conditions close to real, and to investigate the operator’s performance under these conditions (see RF patent No. 2215330, M. cl. G09B 9/00, publ. 10/27/2003).

Недостатками данного устройства являются те обстоятельства, что способ проецирования изображения не позволяет имитировать окружающую обстановку со многими активными участниками дорожного движения, максимально приближенно к реальным условиям; пружинные рессоры с гидравлическими гасителями не позволяют адекватно передать колебания и крены подвески при движении; отсутствуют системы воссоздания высокочастотных колебаний, позволяющих передать особенности рельефа.The disadvantages of this device are those circumstances that the method of projecting an image does not allow simulating the environment with many active road users, as close as possible to real conditions; spring springs with hydraulic dampers do not adequately convey the vibrations and suspension rolls during movement; there are no systems for reproducing high-frequency oscillations that allow conveying features of the relief.

Известен принятый в качестве прототипа тренажер вождения автобуса ЛиАЗ-5256/ЛиАЗ-6212 производства ООО «Логос» (Россия). Тренажер «Логос» воспроизводит кабину автобуса ЛиАЗ-5256/ЛиАЗ-6212 со штатным набором органов управления и контрольно-измерительными приборами и предназначен для обучения основным навыкам вождения автобуса и совершенствования приемов вождения в условиях моделируемой городской дорожной обстановки со многими участниками движения без расхода горюче-смазочных материалов и моторесурса транспортного средства в условиях классного помещения. Максимальные габаритные размеры изделия: 3000×2500×3210 мм, масса изделия 1600 кг.Known as a prototype simulator driving bus LiAZ-5256 / LiAZ-6212 produced by LLC Logos (Russia). The Logos simulator reproduces the cabin of the LiAZ-5256 / LiAZ-6212 bus with a standard set of controls and instrumentation and is designed to teach the basic skills of driving a bus and improve driving techniques in a simulated urban road environment with many participants without fuel consumption lubricants and motor vehicle resources in a classroom setting. Maximum overall dimensions of the product: 3000 × 2500 × 3210 mm, product weight 1600 kg.

Тренажер «Логос» характеризуется использованием упрощенного макета кабины городского автобуса (место водителя) с органами управления и контрольно-измерительными приборами на рабочем месте водителя; наличием широкоэкранной системы визуализации дорожной обстановки с применением светопередающих экранов и 4-х проекторов NEC WT-610 разрешением 1280×1024 пикселей на каждый канал визуализации; формированием изображения дорожного окружения непосредственно на ветровом и боковых стеклах кабины; наличием трехстепенной (шестистепенной) электромеханической динамической платформы модуля водителя для имитации движения; датчика положения головы водителя; компьютерной акустической системы, состоящей из высоко- и низкочастотных динамиков для воспроизведения звуковой обстановки и команд инструктора; использованием микрофона на рабочем месте инструктора для общения с обучающимся, при этом инструктор контролирует процесс обучения с теми же полями зрения, что и обучающийся водитель (см. патент РФ на полезную модель №70981, М.кл F99Z 99/00, опубл. 20.02.2008 г.).The Logos simulator is characterized by the use of a simplified model of a city bus cabin (driver's seat) with controls and instrumentation at the driver's workplace; the presence of a widescreen visualization system for traffic conditions using light-transmitting screens and 4 projectors NEC WT-610 with a resolution of 1280 × 1024 pixels per visualization channel; imaging of the road environment directly on the windshield and side windows of the cabin; the presence of a three-degree (six-degree) electromechanical dynamic platform of the driver module to simulate movement; driver head position sensor; computer acoustic system consisting of high and low frequency speakers for reproducing the sound environment and instructor commands; using a microphone at the instructor's workplace to communicate with the student, while the instructor controls the learning process with the same fields of view as the student driver (see RF patent for utility model No. 70981, M.cl F99Z 99/00, publ. 20.02. 2008).

Недостатками данного тренажера являются отсутствие имитации дорожной обстановки с активно действующими участниками движения, управляемыми светофорными объектами, переменными экспозициями инженерного обустройства, что не соответствует реальным условиям движения, формирует у водителя ложные навыки и не позволяет адекватно оценить его свойства как оператора человеко-машинной системы при возникновении конфликтных ситуаций на дороге и ДТП; при проецировании изображения на боковые и лобовые экраны, установленные вместо стекол кабины, т.е. при восприятии с близкого расстояния большого изображения, могут возникать проблемы с восприятием дорожной обстановки (эффект дезориентации); также при колебаниях платформы происходят колебания изображений, что снижает достоверность имитации окружения; кроме того, у тренажера «Логос» отсутствует закабинное пространство и многие штатные электрические и электромеханические элементы оборудования, в том числе передняя дверь с механизмами открывания и закрывания, стеклоочистители, что также влияет на достоверность имитации рабочих условий; конструкция кабины негерметична, что не позволяет использовать системы регулирования микроклимата и уровня загрязнения воздуха в кабине тренажера для воспроизведения реальных условий; использование динамической платформы позволяет имитировать лишь низкочастотные колебания и крены макета кабины; отсутствуют системы психофизиологического контроля состояния водителя.The disadvantages of this simulator are the lack of simulation of the road situation with active participants in the movement, controlled by traffic lights, variable exposure of the engineering arrangement, which does not correspond to the real conditions of the movement, forms false skills in the driver and does not allow him to adequately assess his properties as a human-machine system operator when conflict situations on the road and traffic accidents; when projecting images on the side and frontal screens installed instead of the cab windows, i.e. when perceiving a large image at close range, problems may arise with the perception of the road situation (disorientation effect); also, when the platform vibrates, image vibrations occur, which reduces the reliability of the environment simulation; in addition, the Logos simulator does not have a cockpit space and many standard electrical and electromechanical equipment elements, including a front door with opening and closing mechanisms, windshield wipers, which also affects the reliability of the simulation of working conditions; the cabin design is leaky, which does not allow using the climate control system and the level of air pollution in the simulator cabin to reproduce real conditions; the use of a dynamic platform allows simulating only low-frequency vibrations and rolls of the cab layout; there are no systems of psychophysiological monitoring of the driver's condition.

Технической задачей изобретения является повышение точности воспроизведения органов управления автобуса, принципов работы всех систем и агрегатов, а также создание эффекта присутствия, возникающего за счет имитации дорожной обстановки, воздействия на водителя факторов внутренней среды в кабине, обеспечивающих максимальное приближение моделируемых условий к условиям при реальном движении автобуса по маршруту за счет синхронизированного действия визуальной, акустической и динамической информации при условии осуществления психофизиологического контроля состояния водителя.An object of the invention is to increase the accuracy of the reproduction of the bus controls, the principles of operation of all systems and units, as well as the creation of the presence effect arising from the simulation of the road situation, the influence on the driver of environmental factors in the cockpit, ensuring the maximum approximation of the simulated conditions to the conditions in real traffic the bus along the route due to the synchronized action of visual, acoustic and dynamic information, subject to the implementation of the psychophysical biological monitoring of the driver.

Решение поставленной технической задачи достигается благодаря тому, что автобусный тренажер, содержащий систему имитации кренов и колебаний автобуса при его движении по реальной дороге в виде электромеханической динамической платформы с блоком управления режимами движения, установленный на динамической платформе макет кабины, выполненный в виде реальной кабины автобуса с рабочим местом водителя, оснащенным креслом, штатными органами управления и контрольно-измерительными приборами, снабженными датчиками, систему визуализации, воспроизводящую дорожную обстановку с лобовым и боковыми экранами для проецирования изображения, акустическую систему объемного звука для воссоздания реальной звуковой обстановки, по меньшей мере один датчик, связанный с работой водителя, рабочее место инструктора с общей системой управления, связанной со штатными органами управления и контрольно-измерительными приборами через блок сопряжения, а также с каждой из систем и элементов тренажера, согласно изобретению тренажер дополнительно снабжен системой моделирования микроклимата и качества воздуха, рядом видеокамер и дополнительных датчиков, связанных с работой водителя, а также вибраторами, один из которых установлен под креслом водителя, а другие - на подвижной части электромеханической динамической платформы, при этом последняя выполнена двухстепенной, а макет кабины - в виде герметичной капсулы, представляющей собой реальную кабину автобуса с закабинным пространством, включающим установленные позади кресла водителя места для размещения пассажиров, а также передней дверью, автономным электропитанием, подключенным с помощью штатной электропроводки, снабженной предохранителями, к штатным и дополнительным электрическим и электромеханическим элементам оборудования капсулы, при этом экраны системы визуализации дорожной обстановки установлены снаружи герметичной капсулы, причем лобовой экран для проецирования изображения выполнен вогнутым и размещен перед капсулой в непосредственной близости от нее, а в качестве боковых экранов установлены жидкокристаллические мониторы, имитирующие зеркала заднего вида, размещенные с каждой из боковых сторон герметичной капсулы, при этом система визуализации выполнена с возможностью имитации расширенного ряда факторов, характеризующих дорожную обстановку, и управления ими, а все видеокамеры и датчики, связанные с работой водителя, установлены в объеме герметичной капсулы и предназначены для контроля психофизиологического состояния водителя.The solution of the technical problem is achieved due to the fact that the bus simulator containing a system for simulating the rolls and vibrations of a bus when it is moving along a real road in the form of an electromechanical dynamic platform with a driving mode control unit, a cab model installed on a dynamic platform made in the form of a real bus cabin with driver’s workplace equipped with a seat, standard controls and instrumentation equipped with sensors, visualization system, air producing traffic conditions with frontal and side screens for image projection, surround sound system to recreate real sound conditions, at least one sensor associated with the driver’s work, instructor’s workplace with a common control system associated with standard controls and instrumentation devices through the interface unit, as well as with each of the systems and elements of the simulator, according to the invention, the simulator is additionally equipped with a system for modeling the microclimate and quality air, near video cameras and additional sensors related to the driver’s work, as well as vibrators, one of which is installed under the driver’s seat, and the other on the moving part of the electromechanical dynamic platform, the latter being made two-stage, and the cab model is in the form of a sealed capsule , which is a real bus cabin with cockpit space, including passenger seats located behind the driver’s seat, as well as a front door, autonomous power supply, using standard wiring, equipped with fuses, to the standard and additional electrical and electromechanical elements of the capsule equipment, while the screens of the road visualization system are installed outside the sealed capsule, and the frontal screen for projecting the image is made concave and placed in front of the capsule in the immediate vicinity of it, and as side screens there are liquid crystal monitors imitating rear-view mirrors placed on each side sealed capsules wherein the imaging system is arranged to simulate the extended number of factors that characterize the traffic situation, and management, and all cameras and sensors associated with the operation of the driver, mounted in the volume sealed capsule and intended for monitoring psychophysiological condition of the driver.

На решение поставленной технической задачи направлено и то, что в герметичной капсуле в качестве штатных электромеханических элементов оборудования капсулы дополнительно размещены механизмы открывания и закрывания передней двери и стеклоочистителей, а в качестве электрических - штатные системы освещения и сигнализации.The technical task is also addressed by the fact that, in the sealed capsule, as standard electromechanical elements of the capsule equipment, the opening and closing mechanisms of the front door and wipers are additionally placed, and standard lighting and alarm systems are installed as electric ones.

Решение поставленной технической задачи достигается и тем, что в расширенный ряд факторов, характеризующих дорожную обстановку и воспроизводимых системой визуализации, дополнительно включены активно действующие участники движения, управляемые светофорные объекты, переменные экспозиции инженерного обустройства, переменные природные и урбанизованные ландшафты, окружающие дорогу, необходимые для имитации конфликтных ситуаций и ДТП при движении по дороге в реальных условиях.The solution of the technical problem is achieved by the fact that in an expanded series of factors characterizing the traffic situation and reproduced by the visualization system, active participants in the movement, controlled traffic lights, variable exposure of the engineering arrangement, variable natural and urban landscapes surrounding the road, necessary for simulation are additionally included conflict situations and accidents when driving on the road in real conditions.

Решение поставленной технической задачи достигается благодаря максимально точной имитации как самой кабины, так и ее внутреннего оснащения, а именно тем, что кабина выполнена в виде реальной кабины автобуса с закабинным пространством, включающим установленные позади рабочего места водителя кресла для размещения пассажиров, передней дверью, а также автономным электропитанием штатных и дополнительных электрических элементов оборудования, а именно штатной системы освещения и сигнализации, и кроме этого, электромеханических элементов оборудования, таких как механизм открывания и закрывания дверей, а также стеклоочистителей. Исполнение кабины автобуса в виде герметичной капсулы дает возможность дополнительно моделировать микроклимат и качество воздуха в ее объеме. Применение двухстепенной электромеханической динамической платформы, снабженной вибраторами, в комплексе с вибратором, установленным под креслом водителя, обеспечивает необходимое и достаточное приближение моделируемых условий, а именно кренов и колебаний автобуса при его движении по дороге, а также вибраций от работы двигателя и агрегатов автобуса и других факторов, оказывающих воздействие на водителя. Использование акустической системы объемного звука позволяет наиболее полно воссоздать реальную звуковую обстановку на рабочем месте водителя. В связи с тем, что лобовой экран системы визуализации выполнен вогнутым для охвата всей кабины и установлен стационарно снаружи герметичной капсулы, появляется возможность получения реальной картины, обозреваемой водителем из движущегося по трассе автобуса. При этом жидкокристаллические мониторы, используемые как боковые экраны, создают дополнительный обзор обстановки на дороге в качестве зеркал заднего вида. В результате того, что система визуализации имитирует дорожную обстановку с расширенным рядом факторов, а именно с активно действующими участниками движения, управляемыми светофорными объектами и др., значительно повышается степень приближения работы водителя к реальным условиям. Поскольку в объеме герметичной капсулы устанавливаются видеокамеры, а также датчики, связанные с работой водителя, у инструктора имеется возможность контролировать психофизиологическое состояние водителя при работе и давать ему оценку. При этом с помощью общей системы управления создаются условия синхронного воздействия на водителя визуальной, акустической и динамической информации, а также изменяется состояние микроклимата и качества воздуха в капсуле.The solution of this technical problem is achieved due to the most accurate simulation of both the cabin itself and its internal equipment, namely, that the cabin is made in the form of a real bus cabin with cab space, including a front door installed behind the driver’s workplace for passengers, and also autonomous power supply of standard and additional electrical equipment elements, namely a standard lighting and alarm system, and in addition, electromechanical elements about equipment such as door opening and closing mechanisms, as well as wipers. The design of the bus cabin in the form of a sealed capsule makes it possible to further simulate the microclimate and air quality in its volume. The use of a two-stage electromechanical dynamic platform equipped with vibrators, in combination with a vibrator mounted under the driver’s seat, provides the necessary and sufficient approximation of the simulated conditions, namely, the rolls and vibrations of the bus when it is moving along the road, as well as vibrations from the engine and bus units and others factors affecting the driver. Using a surround sound speaker system allows you to fully recreate the real sound environment at the driver’s workplace. Due to the fact that the front screen of the visualization system is concave to cover the entire cabin and is installed stationary outside the airtight capsule, it becomes possible to obtain a real picture observed by the driver from a bus moving along the highway. At the same time, liquid crystal monitors used as side screens create an additional overview of the situation on the road as rear-view mirrors. As a result of the fact that the visualization system imitates the traffic situation with an expanded number of factors, namely, with active participants in the movement, controlled by traffic lights, etc., the degree of approximation of the driver’s work to real conditions is significantly increased. Since video cameras are installed in the volume of the sealed capsule, as well as sensors related to the driver’s work, the instructor has the opportunity to monitor the psychophysiological state of the driver during work and give him an assessment. At the same time, using the general control system, conditions are created for synchronous exposure of the driver to visual, acoustic and dynamic information, as well as the state of the microclimate and air quality in the capsule.

В результате у водителя создается эффект присутствия в реальном автобусе за счет моделирования инструктором движения по маршруту и возникновения конфликтных ситуаций, для которых оценивается степень опасности, и ДТП с активно действующими участниками движения. Фиксируемые с помощью датчиков и видеокамер действия и состояние водителя, например, изменение кожно-гальванической реакции, а также значения факторов окружающей среды, сохраненные в памяти компьютера общей системы управления, служат для проведения последующего анализа действий водителя и оценки степени его надежности как элемента человеко-машинной системы.As a result, the driver creates the effect of being in a real bus due to the instructor simulating the movement along the route and the occurrence of conflict situations for which the degree of danger is assessed, and an accident with active participants in the movement. The actions and condition of the driver, recorded with the help of sensors and video cameras, for example, changes in the skin-galvanic reaction, as well as the values of environmental factors stored in the computer's memory of the general control system, serve to conduct a subsequent analysis of the driver’s actions and assess the degree of his reliability as an element of a human machine system.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлено устройство тренажера; на фиг.2 дан вид А на фиг.1; на фиг.3 изображена функциональная блок-схема системы управления параметрами тренажера и исследования работы водителя.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 schematically shows the device of the simulator; figure 2 is given a view of figure 1; figure 3 shows a functional block diagram of a control system for the parameters of the simulator and the study of the driver.

Автобусный тренажер содержит систему имитации кренов и колебаний автобуса при его движении по реальной дороге, которая выполнена в виде электромеханической динамической платформы (на чертеже не обозначена) с блоком 1 управления режимами движения (см. фиг.1). Подвижная часть 2 динамической платформы приводится в движение с помощью мотор-редукторов 3 с кривошипно-коромысловыми механизмами (на чертеже не показаны), закрепленными на неподвижном основании 4. При этом на подвижной части 2 динамической платформы установлен макет кабины 5 (см. фиг.2), представляющий собой реальную кабину автобуса в натуральную величину. В кабине 5 оборудовано рабочее место 6 водителя, оснащенное креслом 7, снабженными датчиками (на чертеже не показаны) штатными органами 8 управления, а именно рулевым управлением, педалями газа и тормоза и др., а также контрольно-измерительными приборами (на чертеже не показаны), смонтированными на приборной панели 9. В составе автобусного тренажера предусмотрено наличие системы визуализации (на чертеже не обозначена), которая воспроизводит дорожную обстановку. Система визуализации содержит один лобовой экран 10 для проецирования изображения от блока 11 проекторов фронтальной проекции, установленного на потолке учебного павильона вне кабины 5, а также два боковых экрана 12 и 13, представляющие собой жидкокристаллические мониторы, имитирующие зеркала заднего вида. Для воссоздания реальной звуковой обстановки в кабине 5 в состав тренажера включена акустическая система 14 объемного звука. Для управления тренажером предусмотрено рабочее место 15 инструктора с общей системой 16 управления, связанной со штатными органами 8 управления и контрольно-измерительными приборами через блок сопряжения (на чертеже не показан), а также с каждой из систем тренажера, такими как система имитации кренов и колебаний автобуса, визуализации, воссоздания звуковой обстановки и пр., и с элементами тренажера, такими как по меньшей мере один датчик (на чертеже не обозначен), связанный с работой водителя.The bus simulator contains a system for simulating the rolls and vibrations of the bus when it is moving on a real road, which is made in the form of an electromechanical dynamic platform (not indicated in the drawing) with block 1 for controlling driving modes (see Fig. 1). The movable part 2 of the dynamic platform is driven by motor gears 3 with crank-beam mechanisms (not shown in the drawing), mounted on a fixed base 4. At the same time, a prototype of the cab 5 is installed on the movable part 2 of the dynamic platform (see Fig. 2 ), which is a real life-size bus cabin. In the cab 5, a driver’s workstation 6 is equipped, equipped with a seat 7, equipped with sensors (not shown in the drawing) by standard controls 8, namely, steering, gas and brake pedals, etc., as well as instrumentation (not shown ) mounted on the dashboard 9. As part of the bus simulator, there is a visualization system (not indicated in the drawing) that reproduces the road situation. The visualization system contains one frontal screen 10 for projecting an image from a block 11 of projectors of frontal projection mounted on the ceiling of the training pavilion outside the cab 5, as well as two side screens 12 and 13, which are liquid crystal monitors that simulate rear-view mirrors. To recreate the real sound environment in the cabin 5, a simulator 14 of surround sound is included in the simulator. To control the simulator, a workstation 15 for the instructor is provided with a common control system 16 connected to the standard control bodies 8 and control and measuring devices through the interface unit (not shown in the drawing), as well as to each of the simulator systems, such as a roll and vibration simulation system bus, visualization, recreation of sound conditions, etc., and with the elements of the simulator, such as at least one sensor (not indicated in the drawing), associated with the work of the driver.

Тренажер дополнительно снабжен системой моделирования микроклимата и качества воздуха (на чертеже не показана), рядом видеокамер и дополнительных датчиков (на чертеже не показаны), а также вибраторами 17 и 18, один из которых - вибратор 17 установлен под креслом 7 водителя, а другие - вибраторы 18 установлены на подвижной части 2 электромеханической динамической платформы. При этом динамическая платформа выполнена двухстепенной и работает в комплексе с вибратором 17 кресла 7 водителя, создавая достаточно полную имитацию колебательных воздействий на водителя. Сам макет кабины 5 выполнен в виде герметичной капсулы 19, представляющей собой реальную кабину 5 с закабинным пространством 20 с установленными в нем позади кресла 7 водителя местами 21 для размещения пассажиров, а также передней дверью 22, автономным электропитанием, которое подключено с помощью штатной электропроводки, снабженной предохранителями, к штатным и дополнительным электрическим и электромеханическим элементам (на чертеже не показаны) оборудования капсулы 19. В качестве штатных электромеханических элементов оборудования дополнительно размещены механизмы открывания и закрывания передней двери 22 и стеклоочистителей, а в качестве электрических - штатные системы освещения и сигнализации.The simulator is additionally equipped with a system for modeling the microclimate and air quality (not shown in the drawing), a number of cameras and additional sensors (not shown in the drawing), as well as vibrators 17 and 18, one of which is a vibrator 17 installed under the driver’s chair 7, and the others vibrators 18 are mounted on the movable part 2 of the electromechanical dynamic platform. At the same time, the dynamic platform is made two-stage and works in conjunction with the vibrator 17 of the driver's seat 7, creating a fairly complete simulation of the vibrational effects on the driver. The layout of the cab 5 itself is made in the form of a sealed capsule 19, which is a real cab 5 with a cockpit space 20 with seats 21 for accommodating passengers installed in it behind the driver’s seat 7, as well as a front door 22, autonomous power supply, which is connected using standard wiring, equipped with fuses, to the standard and additional electrical and electromechanical elements (not shown) of the equipment of the capsule 19. As standard electromechanical elements of the equipment, The mechanisms for opening and closing the front door 22 and the wipers are well placed, and the standard lighting and alarm systems are used as electric ones.

При этом экраны 10, 12 и 13 системы визуализации дорожной обстановки установлены снаружи герметичной капсулы 19 (см. фиг.2). Причем лобовой экран 10 для проецирования изображения выполнен вогнутым, охватывает капсулу 19, размещен перед ней в непосредственной близости и закреплен с помощью крепления 23. В качестве боковых экранов 12 и 13 установлены жидкокристаллические мониторы, имитирующие правое и левое зеркала заднего вида, размещенные с каждой из боковых сторон герметичной капсулы 19 с помощью кронштейнов 24 и 25, соответственно. Кроме этого, система визуализации выполнена с возможностью имитации расширенного ряда факторов, характеризующих дорожную обстановку, и управления ими. В расширенный ряд факторов дополнительно включены активно действующие участники движения, управляемые светофорные объекты, переменные экспозиции инженерного обустройства, переменные природные и урбанизованные ландшафты, окружающие дорогу, необходимые для имитации конфликтных ситуаций и ДТП при движении по дороге в реальных условиях.In this case, the screens 10, 12 and 13 of the visualization system of the road situation are installed outside the sealed capsule 19 (see figure 2). Moreover, the frontal screen 10 for projecting the image is made concave, covers the capsule 19, is placed in front of it in close proximity and is fixed by means of fixing 23. As the side screens 12 and 13, liquid crystal monitors are installed that simulate the right and left rear-view mirrors placed on each of the sides of the sealed capsule 19 using brackets 24 and 25, respectively. In addition, the visualization system is made with the ability to simulate an expanded series of factors characterizing the road situation, and control them. An expanded number of factors additionally includes active participants in the movement, controlled traffic lights, variable exposure of the engineering infrastructure, variable natural and urban landscapes surrounding the road, necessary to simulate conflict situations and accidents when driving on the road in real conditions.

Все видеокамеры и датчики установлены в объеме герметичной капсулы 19, подключены к общей системе 16 управления и предназначены для контроля психофизиологического состояния водителя.All cameras and sensors are installed in the volume of the sealed capsule 19, are connected to a common control system 16 and are designed to control the psychophysiological state of the driver.

Общая система 16 управления тренажером состоит из блока графических станций (на чертеже не показаны), обеспечивающих вывод изображения, сервера сбора и обработки информации (на чертеже не показан), персонального компьютера 26 инструктора тренажера.The general simulator control system 16 consists of a block of graphic stations (not shown in the drawing) that provide image output, an information collection and processing server (not shown in the drawing), and a personal computer 26 of the simulator instructor.

На фиг.3 представлена функциональная блок-схема систем тренажера. Центральным является блок 27 управляющей логики, который обеспечивает обмен информацией между всеми блоками и передачу ее на персональный компьютер 26 инструктора. С блоком 27 управляющей логики связаны блок 28 звукового сопровождения, воспроизводимого системой объемного звука 14, динамический блок 29, управляющий работой динамической платформы и вибраторов 17, 18, блок 30 датчиков органов 8 управления и блока сопряжения, блок 31 визуализации, управляющий работой системы 32 управления работой блока 11 проекторов, экрана 10, экранов-мониторов 12, 13, блок 33 создания микроклимата и качества воздуха и блок 34 сбора и обработки информации.Figure 3 presents the functional block diagram of the systems of the simulator. Central is the block 27 of the control logic, which provides the exchange of information between all blocks and its transmission to the personal computer 26 of the instructor. The sound control unit 28 reproduced by the surround sound system 14, the dynamic unit 29 controlling the operation of the dynamic platform and vibrators 17, 18, the sensor unit 30 of the control elements 8 and the interface unit, the visualization unit 31 controlling the operation of the control system 32 are connected to the control logic unit 27 the operation of the block 11 of the projectors, the screen 10, the monitor screens 12, 13, the microclimate and air quality block 33 and the information collection and processing unit 34.

Автобусный тренажер работает следующим образом.Bus simulator works as follows.

Инструктор с помощью системы 16 управления, вводя данные (время года и суток, погодные условия и т.д.) в персональный компьютер 26 инструктора, управляет работой систем тренажера со своего рабочего места 15. При этом системой визуализации моделируется участок улично-дорожной сети, по которому предстоит движение. Изображение с помощью закрепленного на потолке павильона блока 11 проекторов проецируется на установленный непосредственно перед капсулой 19 вогнутый лобовой экран 10, закрепленный с помощью крепления 23. Одновременно сигнал поступает и на боковые экраны-мониторы 12 и 13, закрепленные с помощью кронштейнов 24 и 25 на боковых сторонах герметичной капсулы 19 и имитирующие зеркала бокового вида. Водитель размещается в макете 5 кабины на кресле 7 водителя, установленном на рабочем месте 6. Позади водителя расположено закабинное пространство 20 с местами 21 для размещения пассажиров, наличие которого повышает достоверность имитации городского автобуса. Водитель, имитируя движение по дороге, управляет механизмами открывания и закрывания передней двери 22, воздействует на штатные органы 8 управления и приборную панель 9, и дополнительные элементы и системы капсулы 19, сигналы с которых посредством датчиков через блок сопряжения поступают в общую систему 16 управления. В общей системе 16 управления происходит обработка сигналов и формирование ответных сигналов, которые передаются через блок сопряжения к штатным системам, изменяя показания контрольно-измерительных приборов, а также на блок 1 управления динамической платформой. При этом верхняя подвижная часть 2 платформы приводится в движение с помощью мотор-редукторов 3. В то же время сигнал поступает и на вибраторы, причем вибраторы 18 установлены непосредственно на подвижной части 2 платформы и имитируют колебания от воздействия дорожного покрытия, а вибратор 17 размещен под креслом 7 водителя и имитирует колебания от работы двигателя и агрегатов автобуса. Одновременно общая система 16 управления с помощью акустической системы 14 объемного звука имитирует шум двигателя и других агрегатов автобуса в капсуле 19 тренажера в зависимости от режима движения, а также шум транспортного потока. Также инструктор с помощью общей системы 16 управления и системы моделирования микроклимата и качества воздуха может управлять условиями в герметичной капсуле 19, изменяя их в зависимости от требований эксперимента.The instructor using the control system 16, entering data (time of year and day, weather conditions, etc.) into the instructor’s personal computer 26, controls the operation of the simulator systems from his workstation 15. In this case, the visualization system simulates a section of the road network, on which to move. The image is projected onto the concave frontal screen 10 mounted directly in front of the capsule 19 and mounted on the ceiling of the pavilion 11 of the projectors. It is fixed by means of the fastening 23. At the same time, the signal is also transmitted to the side screens-monitors 12 and 13, which are fixed with brackets 24 and 25 on the side sides of the sealed capsule 19 and simulating side view mirrors. The driver is placed in the cab layout 5 on the driver's seat 7, installed at the workplace 6. Behind the driver there is a cockpit space 20 with 21 seats for passengers, the presence of which increases the reliability of the city bus simulation. The driver, simulating the movement on the road, controls the opening and closing mechanisms of the front door 22, acts on the standard controls 8 and the dashboard 9, and additional elements and systems of the capsule 19, the signals from which through sensors enter the common control system 16. In the general control system 16, the signals are processed and response signals are generated, which are transmitted through the interface unit to the standard systems, changing the readings of the instrumentation, as well as to the dynamic platform control unit 1. At the same time, the upper movable part 2 of the platform is driven by gear motors 3. At the same time, the signal is also transmitted to the vibrators, and the vibrators 18 are mounted directly on the movable part 2 of the platform and simulate vibrations from the impact of the road surface, and the vibrator 17 is placed under 7 driver's seat and simulates fluctuations from the operation of the engine and bus units. At the same time, the general control system 16 using the surround sound speaker system 14 simulates the noise of the engine and other bus units in the capsule 19 of the simulator depending on the driving mode, as well as the noise of the traffic stream. Also, the instructor using the General control system 16 and the simulation system of microclimate and air quality can control the conditions in the sealed capsule 19, changing them depending on the requirements of the experiment.

Блок 31 визуализации с помощью системы 32 управления работой блока проекторов, экрана, мониторов обеспечивает реалистичное поле зрения из кабины водителя автобуса посредством блока 11 проекторов, вогнутого экрана 10 и экранов-мониторов 12 и 13, имитирующих зеркала заднего вида. Изображение имеет трехмерную перспективу и полностью соответствует создаваемым звуковым и вибрационным ощущениям в реальном автобусе. Блок 28 звукового сопровождения, воспроизводимого системой объемного звука 14, обеспечивает полный спектр звуковых эффектов, сопровождающих движение автобуса по маршруту. Источники звука (звук от качения колес по различным видам дорожного покрытия, от работы двигателя и других механизмов автобуса, шум транспортных потоков и т.п.) объединены в единую базу данных звуковых эффектов, являющуюся частью базы данных визуального окружения. Динамический блок 29, управляющий работой динамической платформы и вибраторов 17, 18, обеспечивает вибрационные нагрузки на капсулу 19 от различных видов дорожного покрытия и от работы двигателя и агрегатов автобуса, эффекты разгона, торможения, изменения направления движения, столкновения с объектами окружения. Блок 33 создания микроклимата и качества воздуха управляет параметрами микроклимата и качеством воздуха в салоне, имитируя максимальную приближенность к различным реальным условиям в зависимости от требований эксперимента. Блок 34 сбора и обработки информации обеспечивает накопление и анализ информации о режиме движения автобуса, шумовой и вибрационной нагрузке в капсуле 19, о микроклимате, а также поступающих с видеокамер и датчиков данных о состоянии водителя, осуществляет обработку вводимых инструктором сценариев дорожной обстановки, имитирование конфликтных ситуаций и выводит результаты проведенного эксперимента в требуемой форме. Блок 30 датчиков органов управления и блока сопряжения, состоящий из датчиков, которыми оснащены органы 8 управления, сервоприводов, установленных на руле и педалях акселератора и тормоза и обеспечивающих обратную связь для водителя, и блока сопряжения, воспринимает сигналы, поступающие с органов 8 управления капсулой 19, и отправляет их в блок 27 управляющей логики, который обеспечивает связь всех блоков модели, расчет взаимного расположения всех объектов, обмен информации между датчиками, а также обрабатывает информацию, вводимую инструктором на персональный компьютер 26.Block 31 visualization using the system 32 to control the operation of the block of projectors, screens, monitors provides a realistic field of view from the driver’s cab of the bus through the block 11 of the projectors, a concave screen 10 and the monitor screens 12 and 13 simulating rear-view mirrors. The image has a three-dimensional perspective and is fully consistent with the generated sound and vibration sensations in a real bus. The soundtrack unit 28 reproduced by the surround sound system 14 provides a full range of sound effects accompanying the movement of the bus along the route. Sound sources (sound from rolling wheels on various types of road surface, engine operation and other mechanisms of the bus, traffic noise, etc.) are combined into a single database of sound effects, which is part of the visual environment database. The dynamic unit 29, which controls the operation of the dynamic platform and the vibrators 17, 18, provides vibration loads on the capsule 19 from various types of road surface and from the operation of the engine and bus units, effects of acceleration, braking, change of direction, collision with environmental objects. The microclimate and air quality creation unit 33 controls the microclimate parameters and the air quality in the cabin, simulating a maximum proximity to various real conditions depending on the requirements of the experiment. Block 34 of the collection and processing of information provides the accumulation and analysis of information about the mode of movement of the bus, noise and vibration load in the capsule 19, about the microclimate, as well as data about the driver’s condition coming from video cameras and sensors, it processes the scenarios of the traffic situation entered by the instructor, simulates conflict situations and displays the results of the experiment in the required form. Block 30 sensors of the controls and the interface unit, consisting of sensors that are equipped with controls 8, servos installed on the steering wheel and accelerator and brake pedals and providing feedback for the driver, and the interface unit, receives signals coming from the bodies 8 of the capsule control 19 , and sends them to the control logic block 27, which provides communication of all the model blocks, calculates the relative position of all objects, exchanges information between sensors, and also processes the information entered by the instruction Speaking to a personal computer 26.

Наличие такого уровня симуляции с осуществлением контроля за действиями и состоянием водителя при его работе позволит создать условия для водителей автобуса, максимально приближенные к реальности, что позволит достичь необходимой для исследований повторяемости и достоверности результатов.The presence of such a level of simulation with monitoring the actions and condition of the driver during his work will create conditions for bus drivers that are as close as possible to reality, which will achieve the repeatability and reliability of the results necessary for research.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность воспроизведения органов управления автобуса, принципов работы всех систем и агрегатов, а также создать эффект присутствия, возникающий за счет имитации дорожной обстановки, воздействия на водителя факторов внутренней среды в кабине, обеспечивающих максимальное приближение моделируемых условий к условиям при реальном движении автобуса по маршруту за счет синхронизированного действия визуальной, акустической и динамической информации при условии осуществления психофизиологического контроля состояния водителя.Thus, the invention allows to increase the accuracy of the reproduction of the bus controls, the principles of operation of all systems and units, as well as to create a presence effect arising from the simulation of the road situation, the influence of environmental factors in the cab on the driver, ensuring the maximum approximation of the simulated conditions to the conditions under real the movement of the bus along the route due to the synchronized action of visual, acoustic and dynamic information, subject to the implementation of psychophysiological who control the state of the driver.

Claims

1. A bus simulator containing a system for simulating rolls and vibrations of a bus when it is moving on a real road in the form of an electromechanical dynamic platform with a driving mode control unit, a cab model installed on a dynamic platform, made in the form of a real bus cabin with a driver’s workstation equipped with a chair, full-time controls and instrumentation equipped with sensors, a visualization system that reproduces the traffic situation with frontal and side screens for projection image encoding, surround sound system to recreate a real sound environment, at least one sensor associated with the driver’s work, instructor’s workplace with a common control system associated with standard controls and instrumentation through the interface unit, as well as each of the systems and elements of the simulator, characterized in that the simulator is additionally equipped with a system for modeling the microclimate and air quality, a number of cameras and additional sensors associated with the driver’s work, as well as vibrators, one of which is installed under the driver’s chair, and the other on the movable part of the electromechanical dynamic platform, the latter being made two-stage, and the cab model is in the form of a sealed capsule, which is a real bus cabin with a cockpit space, including seats for accommodating passengers installed behind the driver’s chair, as well as a front door, autonomous power supply, connected using standard wiring, equipped with fuses, to At the same time, the screens of the traffic visualization system are installed outside the sealed capsule, and the frontal screen for projecting the image is made concave and placed in front of the capsule in close proximity to it, and liquid crystal monitors imitating the side screens are installed rear-view mirrors placed on each side of the sealed capsule, while the visualization system is made with possible the ability to simulate an extended range of factors characterizing the traffic situation and control them, and all video cameras and sensors related to the driver’s work are installed in the volume of a sealed capsule and are designed to control the psychophysiological state of the driver.

2. The simulator according to claim 1, characterized in that, in the sealed capsule, as standard electromechanical elements of the capsule equipment, the opening and closing mechanisms of the front door and wipers are additionally placed, and standard lighting and alarm systems are installed as electric ones.

3. The simulator according to claim 1, characterized in that the expanded number of factors characterizing the traffic situation and reproduced by the visualization system additionally includes active participants in the movement, controlled traffic lights, exposure variables of the engineering arrangement, variables of natural and urban landscapes surrounding the road, necessary to simulate conflict situations and accidents when driving on the road in real conditions.