RU50330U1

RU50330U1 - DYNAMIC VEHICLE SIMULATOR

Info

Publication number: RU50330U1
Application number: RU2004132245/22U
Authority: RU
Inventors: А.Н. Масанов; В.Е. Малов; С.И. Сауткин; Е.М. Маминов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Муромский радиозавод"
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2005-12-27

Abstract

Изобретение относится к области тренажеростроения, а именно - к динамическим тренажерам транспортных средств. Динамический тренажер содержит неподвижную станину 1, подвижную раму 2, установленную на балке 3, которая с помощью траверсы 4 закреплена на торсионе 5. Торсион 5 установлен на опорах 6, закрепленных на неподвижной станине 1. Подвижная рама 2 связана с балкой 3 цилиндрическими шарнирами 7, на балке установлен электродвигатель 8 и винтовой привод 9, обеспечивающий перемещение рамы 2 вдоль балки 3. По обе стороны от оси балки 3 на станине 1 установлены электроприводы, состоящие из электродвигателей 10 с редукторами 11, выходные валы которых соединены с кривошипами 12, шатуны 13 которых шаровыми опорами 14 соединены с боковыми сторонами подвижной рамы 2. Балка 3 установлена таким образом, что ее горизонтальное положение соответствует нулевому углу тангажа. Кабина с рабочего места обучаемого 15 устанавливается на подвижной раме с соблюдением расстояний от оси торсиона 5 до кресла обучаемого 16, равному расстоянию от центра тяжести реальной машины до места оператора. Расстояние от неподвижной станины 1 до оси балки 3 составляет не менее половины величины вертикального перемещения подвижной рамы 2. Предлагаемый динамический тренажер транспортного средства позволяет обеспечить имитацию сенсорных воздействий на обучаемого, максимально соответствующих сенсорным воздействиям на оператора реальной машины и тем самым повысить качество обучения экипажа. В качестве реальной машины может быть как наземное, так и воздушное транспортное средство.The invention relates to the field of simulator engineering, namely, to dynamic simulators of vehicles. The dynamic simulator comprises a fixed frame 1, a movable frame 2 mounted on a beam 3, which is mounted on a torsion bar 5 with a traverse 4. A torsion bar 5 is mounted on supports 6 mounted on a fixed frame 1. The movable frame 2 is connected to the beam 3 by cylindrical joints 7, An electric motor 8 and a screw drive 9 are installed on the beam, which moves the frame 2 along the beam 3. On both sides of the axis of the beam 3, electric drives are installed on the bed 1, consisting of electric motors 10 with gearboxes 11, the output shafts of which are connected to rivoshipami 12, connecting rods 13 are ball bearings 14 are connected to the lateral sides of the movable frame 2. The beam 3 is mounted so that its horizontal position corresponds to a zero pitch angle. The cabin from the workplace of the trainee 15 is installed on a movable frame in compliance with the distances from the axis of the torsion bar 5 to the chair of the trainee 16, equal to the distance from the center of gravity of the real machine to the operator’s place. The distance from the fixed bed 1 to the axis of the beam 3 is at least half the vertical movement of the movable frame 2. The proposed dynamic simulator of the vehicle allows you to simulate sensory effects on the learner, the most appropriate sensory effects on the operator of a real machine and thereby improve the quality of crew training. As a real car can be both land and air vehicle.

Description

Изобретение относится к области тренажеростроения, а именно - к динамическим тренажерам транспортных средств.The invention relates to the field of simulator engineering, namely, to dynamic simulators of vehicles.

Известен динамический тренажер транспортного средства, содержащий кабину и динамическую опору, содержащую расположенную на раме треугольную платформу, соединенную при помощи шарнирно-рычажных механизмов с движителями, разгруженными в нейтральном положении двумя упругими элементами, выполненными в виде торсионов, при этом каждая из двух вершин треугольной платформы через шарнирно-рычажный механизм соединена с отдельным движителем, закрепленным на раме, а третья вершина платформы непосредственно соединена с рамой через двухстепенной шарнир. Движители в данной конструкции опоры выполнены в виде двух гидроцилиндров (патент РФ на полезную модель №31869, опубл. 27.08.2003 г.).A dynamic vehicle simulator is known, comprising a cab and a dynamic support comprising a triangular platform located on the frame, connected by articulated link mechanisms with propulsors unloaded in the neutral position by two elastic elements made in the form of torsions, each of which is two vertices of the triangular platform through an articulated linkage mechanism connected to a separate mover mounted on the frame, and the third top of the platform is directly connected to the frame through two stages hinge. Movers in this support structure are made in the form of two hydraulic cylinders (RF patent for utility model No. 31869, publ. 08/27/2003).

Однако, наличие двух торсионов и использование в качестве движителей двух гидроприводов усложняет конструкцию опоры.However, the presence of two torsion bars and the use of two hydraulic drives as propulsors complicates the construction of the support.

Известна также система подвижности тренажера транспортного средства, содержащая неподвижное основание с опорами, три гидроцилиндра, шарнирно соединенных штоками с подвижной платформой, три направляющих, механически соединенные на концах с опорами. Направляющие выполнены с возможностью поворота вокруг своей продольной оси и размещены на основании так, что две направляющие параллельны между собой, а третья перпендикулярна и равноудалена по отношению к первым двум, причем основания корпусов гидроцилиндров установлены на направляющих. Имеются также три кривошипно-ползунных механизма, концы рычагов которых соответственно соединены шарнирно с ползунами и штоками The mobility system of a vehicle simulator is also known, comprising a fixed base with supports, three hydraulic cylinders pivotally connected by rods to a movable platform, three guides mechanically connected at the ends to the supports. The guides are made to rotate around their longitudinal axis and are placed on the base so that the two guides are parallel to each other, and the third is perpendicular and equidistant with respect to the first two, and the bases of the hydraulic cylinder housings are mounted on the guides. There are also three crank-slide mechanisms, the ends of the levers of which are respectively articulated with sliders and rods

гидроцилиндров, а концы кривошипов соответственно соединены шарнирно с основанием корпусов гидроцилиндров и средней частью рычагов (патент РФ на изобретение №1828295, опубл. 10.07.1996 г.).hydraulic cylinders, and the ends of the cranks are respectively pivotally connected to the base of the hydraulic cylinder housings and the middle part of the levers (RF patent for the invention No. 1828295, publ. 07/10/1996).

Недостатком данной конструкции системы подвижности тренажера являются значительные размеры системы кинематики по отношению с размерами кабины тренажера, необходимость специального помещения, наличие электрогидроприводов.The disadvantage of this design of the simulator’s mobility system is the significant size of the kinematics system with respect to the simulator’s cabin size, the need for a special room, and the presence of electrohydraulic drives.

За прототип принято устройство динамического тренажера танка, опора которого содержит неподвижную станину и подвижную платформу, шарнирно установленную на балке, закрепленной на торсионе. Кабина оператора реального объекта устанавливается на динамическую опору. На станине расположены три электропривода, редукторы и три кривошипно-шатунных механизма, шатуны которых шарнирно соединены с платформой в трех точках (htpp//www.morozov.com.ua/rus, 2004, сайт казенного предприятия «Харьковское конструкторское бюро по машиностроению им. А.А.Морозова»).The prototype is a device of a dynamic tank simulator, the support of which contains a fixed bed and a movable platform pivotally mounted on a beam mounted on a torsion bar. The operator’s cab of a real object is mounted on a dynamic support. There are three electric drives, gearboxes and three crank mechanisms on the bed, the connecting rods of which are pivotally connected to the platform at three points (htpp // www.morozov.com.ua / eng, 2004, the site of the state-owned enterprise “Kharkov Design Bureau of Engineering named after A.A. Morozov ").

В данной конструкции в нейтральном положении торсиона управление электроприводами способствует перемещению платформы по крену и тангажу вокруг точки (вокруг места крепления балки и платформы), однако при этом вертикальная составляющая перемещений незначительна и равна h=1_см·sinα, где 1_см - расстояние между шарнирами балки и шатуна, α - угол тангажа (фиг.3). Имитация полной вертикальной составляющей тангажа воспроизводится радиальным перемещением балки, что сопровождается линейным смещением рабочего места обучаемого Δх=1_б·(соs_мин-соs_макс) не адекватным смещению в реальной машине, где 1_б - длина балки, мин и макс - углы отрицательного и положительного тангажа, соответственно (фиг.4). Следствием принятой конструкции являются значительные угловые перемещения шатунов в шарнирных соединениях.In this design, in the torsion’s neutral position, the electric drive control contributes to the platform moving along the roll and pitch around the point (around the attachment point of the beam and the platform), however, the vertical component of the movements is insignificant and equal to h = 1 _cm · sinα, where 1 _cm is the distance between the hinges beams and connecting rods, α is the pitch angle (figure 3). The imitation of the full vertical component of the pitch is reproduced by the radial movement of the beam, which is accompanied by a linear displacement of the learner’s workplace Δх = 1 _b · (sos _min- sos _max ) not adequate to the displacement in a real machine, where 1 _b is the length of the beam, min and max are the negative and positive pitch, respectively (figure 4). The consequence of the adopted design is significant angular movement of the connecting rods in the articulated joints.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения имитации сенсорных воздействий на обучаемого, максимально соответствующих сенсорным воздействиям на членов экипажа реальной машины за счет обеспечения соответствия величины вертикального перемещения кресла обучаемого величине вертикального перемещения кресла оператора реального транспортного средства при одинаковых углах тангажирования.The present invention solves the problem of simulating sensory effects on the learner that are most appropriate for sensory influences on the crew members of a real machine by ensuring that the amount of vertical movement of the chair learner matches the vertical movement of the chair of the operator of a real vehicle at the same pitch angles.

Для достижения этого технического результата в динамическом тренажере транспортного средства, содержащем кабину с креслом закрепленную на подвижной раме, установленной на балке, которая закреплена на торсионе и соединена при помощи кривошипно-шатунных механизмов с электроприводами, установленными на неподвижной станине введена подвижная рама соединенная цилиндрическими шарнирами с балкой, соединенной с закрепленной на торсионе траверсой, причем в нейтральном положении (нулевой угол тангажа) балка располагается горизонтально, а кабина тренажера установлена на подвижную раму с соблюдением равенства расстояния от оси торсиона до кресла оператора расстоянию от статического центра тяжести транспортного средства до рабочего места оператора реального транспортного средства. При этом подвижная рама дополнительно снабжена винтовым приводом продольного перемещения относительно балки, а расстояние от неподвижной станины до оси балки составляет не менее половины величины вертикального перемещения подвижной рамы.To achieve this technical result, in a dynamic vehicle simulator containing a cabin with a chair mounted on a movable frame mounted on a beam that is mounted on a torsion bar and connected using crank mechanisms with electric drives mounted on a fixed frame, a movable frame connected by cylindrical joints with beam connected to the traverse fixed to the torsion bar, and in the neutral position (zero pitch angle) the beam is horizontal, and the simulator is mounted on a movable frame in compliance with the equality of the distance from the axis of the torsion bar to the operator’s seat to the distance from the static center of gravity of the vehicle to the operator’s workplace of a real vehicle. In this case, the movable frame is additionally equipped with a screw drive for longitudinal movement relative to the beam, and the distance from the fixed frame to the axis of the beam is at least half of the vertical movement of the movable frame.

Отличительными признаками предлагаемой динамической опоры тренажера от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются: установка рамы на балке с помощью цилиндрических шарниров, обеспечивающих возможность поворота рамы относительной оси балки, наличие винтового привода продольных перемещений рамы, горизонтальная установка балки в нейтральном положении (при нулевом угле тангажа) и расположение кабины на подвижной раме с соблюдением равенства расстояния от оси торсиона до кресла оператора расстоянию от Distinctive features of the proposed dynamic support of the simulator from the above known, closest to it, are: the installation of the frame on the beam using cylindrical hinges that provide the ability to rotate the frame relative to the axis of the beam, the presence of a screw drive for longitudinal movements of the frame, horizontal installation of the beam in the neutral position (when zero pitch angle) and the location of the cab on a moving frame in compliance with the equality of the distance from the axis of the torsion bar to the operator’s seat to the distance from

статического центра тяжести транспортного средства до рабочего места оператора реального транспортного средства, установка на раму винтового привода продольных перемещений рамы.static center of gravity of the vehicle to the workplace of the operator of a real vehicle, installation on the frame of a screw drive of longitudinal movement of the frame.

Благодаря наличию этих признаков обеспечивается увеличение необходимой вертикальной составляющей перемещения по тангажу h=2·1б·sin, имитация отсутствующих в прототипе продольных акселерационных воздействий и сведение неадекватного линейного смещения до минимума Δx=1б·(l-cosα) (фиг.5). За счет установки кривошипных механизмов в срединные положения линейных смещений концов шатунов относительно плоскости тангажа Δх/2 достигнуто уменьшение диапазона угловых перемещений шатунов в шарнирных соединениях.Due to the presence of these signs, an increase in the necessary vertical component of the pitch displacement h = 2 · 1b · sin, an imitation of the longitudinal acceleration actions absent in the prototype and minimization of the inadequate linear displacement to a minimum Δx = 1b · (l-cosα) are ensured (Fig. 5). Due to the installation of the crank mechanisms in the middle positions of the linear displacements of the ends of the connecting rods relative to the pitch plane Δx / 2, a decrease in the range of angular displacements of the connecting rods in articulated joints is achieved.

Предлагаемая динамическая опора тренажера транспортного средства иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.The proposed dynamic support of the vehicle simulator is illustrated by the drawings shown in figures 1-5.

На фиг.1 показан вид динамического тренажера сбоку;Figure 1 shows a side view of a dynamic simulator;

на фиг.2 - вид тренажера сверху (без кабины);figure 2 is a top view of the simulator (without cab);

на фиг.3 - схема имитации крена и тангажа при неподвижной балке прототипа;figure 3 - circuit simulation of roll and pitch with a fixed beam of the prototype;

на фиг.4 - схема перемещения балки прототипа;figure 4 - diagram of the beam prototype;

на фиг.5 - схема перемещения балки.figure 5 - diagram of the movement of the beam.

Динамический тренажер (фиг.1) содержит неподвижную станину 1, подвижную раму 2, установленную на балке 3, которая с помощью траверсы 4 закреплена на торсионе 5. Торсион 5 установлен на опорах 6, закрепленных на неподвижной станине 1. Подвижная рама 2 связана с балкой 3 цилиндрическими шарнирами 7 для обеспечения поворота рамы вокруг оси балки, на балке установлен электродвигатель 8 и винтовой привод 9, связанный с подвижной рамой 2 и обеспечивающий перемещение рамы вдоль балки 3. По обе стороны от оси балки 3 (фиг.2) на станине 1 установлены электроприводы, состоящие из электродвигателей 10 с редукторами 11, выходные валы которых The dynamic simulator (Fig. 1) contains a fixed frame 1, a movable frame 2 mounted on a beam 3, which, with the help of a traverse 4, is mounted on a torsion bar 5. A torsion bar 5 is mounted on supports 6 mounted on a fixed frame 1. A movable frame 2 is connected to the beam 3 by cylindrical hinges 7 to ensure rotation of the frame around the axis of the beam, an electric motor 8 and a screw drive 9 are installed on the beam, connected to the movable frame 2 and providing movement of the frame along the beam 3. On both sides of the axis of the beam 3 (figure 2) on the frame 1 electric drive installed odes, consisting of electric motors 10 with gears 11, the output shafts of which

соединены с кривошипами 12, шатуны 13 которых шаровыми опорами 14 соединены с боковыми сторонами подвижной рамы 2. Балка 3 установлена таким образом, что ее горизонтальное положение соответствует нулевому углу тангажа. Электроприводы разгружены упругими элементами торсиона 5 на всем рабочем диапазоне ходов. На подвижной раме 2 установлена кабина 15 тренажера с креслом 16 обучаемого оператора, при этом кабина установлена на раме таким образом, что расстояние от оси торсиона 5 до кресла 16 обучаемого в кабине 15 тренажера равно расстоянию от статического центра тяжести до рабочего места водителя реального транспортного средства, а расстояние от неподвижной станины 1 до оси балки 3 составляет не менее половины величины вертикального перемещения подвижной рамы 2.connected to cranks 12, connecting rods 13 of which are connected by spherical bearings 14 to the sides of the movable frame 2. The beam 3 is mounted so that its horizontal position corresponds to a zero pitch angle. The electric drives are unloaded by the elastic elements of the torsion 5 on the entire operating range of strokes. On the movable frame 2, a simulator cabin 15 is installed with a seat 16 of the trained operator, while the cab is mounted on the frame in such a way that the distance from the axis of the torsion bar 5 to the seat 16 of the trainee in the simulator cabin 15 is equal to the distance from the static center of gravity to the driver’s workplace of a real vehicle and the distance from the fixed bed 1 to the axis of the beam 3 is at least half the magnitude of the vertical movement of the movable frame 2.

Работа динамической платформы тренажера осуществляется следующим образом. При поступлении от программного комплекса тренажера (на чертеже не показан) сигнала, пропорционального пространственной ориентации имитируемого отделения транспортного средства в виртуальном мире (для танка - корпуса или башни), электродвигатели 10 через редукторы 11 изменяют угловое положение кривошипов 12 и шатунов 13, а через них и ориентацию подвижной рамы 2, электродвигатель 8 через винтовой привод изменяет линейное положение рамы 2. Осью вращения рамы в одной плоскости служит торсион 5, как узел тангажа, а в другой плоскости - балка 3, как узел крена. Соотношения элементов конструкции (положение оси кривошипа, длина рычага кривошипа, ширина рамы, расстояние от оси торсиона до шаровых опор) подбираются с условиями обеспечения необходимых диапазонов перемещения рамы 2 (от минус 15° до плюс 15° по крену и тангажу) и отсутствия заклинивая кривошипов при их полном обороте.The dynamic platform of the simulator is as follows. When a signal is received from the simulator software package (not shown in the drawing) that is proportional to the spatial orientation of the simulated vehicle compartment in the virtual world (for a tank — a hull or tower), the electric motors 10 through the gears 11 change the angular position of the cranks 12 and the connecting rods 13, and through them and the orientation of the movable frame 2, the electric motor 8 through the screw drive changes the linear position of the frame 2. The axis of rotation of the frame in one plane is torsion 5, as a pitch unit, and in the other plane, beam 3, as zel roll. The ratios of the structural elements (the position of the crank axis, the length of the crank arm, the width of the frame, the distance from the torsion axis to the ball bearings) are selected with the conditions for ensuring the necessary ranges of movement of the frame 2 (from minus 15 ° to plus 15 ° in roll and pitch) and the absence of jamming cranks with their full turnover.

Предлагаемый динамический тренажер транспортного средства позволяет обеспечить имитацию сенсорных воздействий на обучаемого, максимально соответствующих сенсорным воздействиям на оператора The proposed dynamic simulator of the vehicle allows you to provide a simulation of sensory effects on the learner, the most appropriate sensory effects on the operator

реальной машины и тем самым повысить качество обучения экипажа. В качестве реальной машины может быть как наземное, так и воздушное транспортное средство.real machine and thereby improve the quality of crew training. As a real car can be both land and air vehicle.

Claims

1. Dynamic vehicle simulator, comprising a cabin with an operator’s chair, mounted on a movable frame mounted on a beam mounted on a torsion bar and connected using crank mechanisms with electric drives mounted on a fixed bed, characterized in that the beam is located horizontally at zero pitch angle and is connected to the torsion bar through the beam, the movable frame is connected to the beam by cylindrical joints and is equipped with a translational drive along the beam, and the distance from torsion to the operator’s chair in the simulator’s cabin is equal to the distance from the static center of gravity of the real vehicle to the operator’s workplace.

2. The dynamic simulator of a vehicle according to claim 1, characterized in that the translational movement drive of the movable frame is placed in the beam and is connected to the frame through a screw pair.

3. The dynamic vehicle simulator according to claim 1, characterized in that the distance from the fixed bed to the axis of the torsion bar is at least half the magnitude of the vertical movement of the movable frame.