RU68745U1 - Тренажер для обучения водителя автомобиля - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к техническим средствам обучения вождению транспортных средств, может быть использована для обучения вождению автомобиля.

Тренажер для обучения водителя автомобиля содержащий рабочее место водителя с передней акустической системой и с аналоговыми органами управления, и дискретными органами управления, механически связанными соответственно с аналоговыми датчиками положения и дискретными датчиками положения, модуль имитации шума двигателя, группа выходов которого соединена с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов передней акустической системы, блок имитации визуальной обстановки, первая группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля моделирования движения машины, вторая группа выходов которого соединена с группой входов имитатора шума двигателя, а первая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с группой входов устройства отображения визуальной информации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит заднюю акустическую систему, имитатор шума колес, устройство согласования, модуль калибровки и модуль управления программой, первая и вторая группы выходов которого соответственно соединены с первой группой входов модуля калибровки и со второй группой входов блока имитации визуальной обстановки, третья группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля калибровки, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов модуля моделирования движения машины, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов устройства согласования, вторая группа выходов которого соединена со второй группой входов модуля калибровки, выходы аналоговых датчиков положения соединены с группой аналоговых входов устройства согласования, цифровая группа входов последнего соединена с выходами дискретных датчиков положения, вторая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с третьей группой входов модуля моделирования машины, третья группа выходов которого соединена с группой входов модуля имитации шума колес, выход последнего соединен с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов задней акустической системой.

Description

Полезная модель относится к техническим средствам обучения вождению транспортных средств, может быть использована для обучения вождению автомобиля.

Известен тренажер для обучения водителей транспортных средств [1], содержащий имитатор визуальной обстановки, выполненный в виде ленты и блока передачи информации, рабочее место с видеоконтрольным блоком, подключенным входом к блоку передачи информации, и с органами управления, связанными с датчиками их положения, модуль моделирования движения машины.

Недостатками указанных аналогов является то, что они очень громоздкие, дорогие и не могут качественно воспроизвести информацию, получаемую водителем в процессе обучения, а также имеют большое количество подвижных механических устройств, снижающих надежность тренажера в целом.

Известен также тренажер для обучения водителей транспортных средств [2], содержащий рабочее место водителя с передней акустической системой и с аналоговыми и дискретными органами управления механически связанными соответственно с аналоговыми и дискретными датчиками их положения,, модуль имитации шума двигателя, группа выходов которого соединена с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов передней акустической системы, блок имитации визуальной обстановки, первая группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля моделирования движения машины, вторая группа выходов которого соединена с группой входов имитаторов шумов, а первая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с группой входов устройства отображения визуальной информации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является тренажер для обучения вождению автомобиля [3], содержащий рабочее место водителя с передней акустической системой и с аналоговыми и дискретными органами управления механически связанными соответственно с аналоговыми и дискретными датчиками их положения,, модуль имитации шума двигателя, группа выходов которого соединена с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов передней акустической системы, блок имитации визуальной обстановки, первая группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля моделирования движения машины, вторая группа выходов которого соединена с группой входов имитаторов шумов, а первая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с группой входов устройства отображения визуальной информации.

К общим недостатком прототипа и аналогов является

1. Отсутствие акустического воздействия на водителя при юзе и буксовании колес.

2. В прототипе датчики аналоговых органов управления устанавливаются механическим поворотом потенциометров. В процессе эксплуатации эти потенциометры могут сбиваться, что, в конечном счете, приводит к снижению качества моделирования движения автомобиля.

3. В прототипе параметры дорожно-грунтовых условий заданы постоянно в модуле моделирования движения и не зависят от того «едет» ли обучаемый по асфальтированной дороге или по полю. В результате у водителя не возникает необходимости двигаться по дороге, он может, например, «срезать» поворот, проехав вне дороги и при этом ни какой реакции со стороны автомобиля не будет.

Общим техническим результатом заявляемого технического решения является повышение качества и эффективности обучения за счет устранения указанных недостатков аналогов и прототипа.

Этот технический результат достигается тем, что известный тренажер, содержащий рабочее место водителя с передней акустической системой и с аналоговыми органами управления, и дискретными органами управления, механически связанными соответственно с аналоговыми датчиками положения и дискретными датчиками положения, модуль имитации шума двигателя, группа выходов которого соединена с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов передней акустической системы, блок имитации визуальной обстановки, первая группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля моделирования движения машины, вторая группа выходов которого соединена с группой входов имитатора шума двигателя, а первая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с группой входов устройства отображения визуальной информации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит заднюю акустическую систему, имитатор шума колес, устройство согласования, модуль калибровки и модуль управления программой, первая и вторая группы выходов которого соответственно соединены с первой группой входов модуля калибровки и со второй группой входов блока имитации визуальной обстановки, третья группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля калибровки, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов модуля моделирования движения машины, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов устройства согласования, вторая группа выходов которого соединена со второй группой входов модуля калибровки, выходы аналоговых датчиков положения соединены с

группой аналоговых входов устройства согласования, цифровая группа входов последнего соединена с выходами дискретных датчиков положения, вторая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с третьей группой входов модуля моделирования машины, третья группа выходов которого соединена с группой входов модуля имитации шума колес, выход последнего соединен с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов задней акустической системой.

На фиг.1 изображена схема тренажера.

Тренажер содержит: Устройство отображения визуальной информации 1, рабочее место водителя 2 с аналоговыми 4 и дискретными 7 органами управления, аналоговыми датчиками положения 5 и дискретными датчиками положения 8, переднюю 3 и заднюю 6 акустические системы, формирователь звуковых сигналов 9, устройство согласования 10, модуль имитации шума двигателя 11, модуль имитации шума колес 12,модуль калибровки 13, модуль управления программой 14, модуль моделирования движения машины 15, блок имитации визуальной обстановки 16.

На фиг.2 изображен вариант выполнения устройства согласования 10. Устройство содержит устройство ввода-вывода дискретных сигналов 17, устройство ввода аналоговых сигналов 18, процессор 19.

На фиг.3 изображен вариант выполнения модуля моделирования движения машины 15, содержащий модуль моделирования шасси 20, модуль моделирования взаимодействия шасси с грунтом 21, модуль вычисления текущих координат шасси 22, модуль определения параметров буксования 23 и модуль определения параметров ДГУ (дорожно-грунтовых условий) под каждым колесом 24.

На фиг.4 изображен вариант выполнения блока имитации визуальной обстановки 16. Блок имитации визуальной обстановки содержит формирователь сигналов видео изображения 25, модуль управления видеокамерами 26, модуль интерфейсов программы 27, модуль основной видеокамеры 28, модель внешней обстановки 29, модуль формирователя служебных окон 30 и модуль видеокамеры зеркала 31.

Тренажер, содержит рабочее место водителя 2 с передней акустической системой 3 и с аналоговыми органами управления 4, и дискретными органами управления 7, механически связанными соответственно с аналоговыми датчиками положения 5 и дискретными датчиками положения 8, модуль имитации шума двигателя 11, группа выходов которого соединена с группой входов формирователя звуковых сигналов 9, группа выходов которого соединена с группой входов передней акустической системы 3, блок имитации визуальной обстановки 16, первая группа входов которого соединена с первой группой

выходов модуля моделирования движения машины 15, вторая группа выходов которого соединена с группой входов имитатора шума двигателя 11, а первая группа выходов блока имитации визуальной обстановки 16 соединена с группой входов устройства отображения визуальной информации 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит заднюю акустическую систему 6, имитатор шума колес 12, устройство согласования 10, модуль калибровки 13 и модуль управления программой 14, первая и вторая группы выходов которого соответственно соединены с первой группой входов модуля калибровки 13 и со второй группой входов блока имитации визуальной обстановки 16, третья группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля калибровки 13, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов модуля моделирования движения машины 15, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов устройства согласования 10, вторая группа выходов которого соединена со второй группой входов модуля калибровки 13, выходы аналоговых датчиков положения 5 соединены с группой аналоговых входов устройства согласования 10, цифровая группа входов последнего соединена с выходами дискретных датчиков положения 8, вторая группа выходов блока имитации визуальной обстановки 16 соединена с третьей группой входов модуля моделирования машины 15, третья группа выходов которого соединена с группой входов модуля имитации шума колес 12, выход последнего соединен с группой входов формирователя звуковых сигналов 9, группа выходов которого соединена с группой входов задней акустической системой 6.

Рабочее место водителя 2 представляет собой несущую металлоконструкцию, на которой установлены органы управления 4 и 7. Рабочее место водителя 2 обеспечивает подгонку позы водителя в соответствии со строением его тела, за счет использования штатного автомобильного сидения, размещение органов управления осуществляется как на реальном автомобиле.

К аналоговым органам управления 4, относятся: руль, педали тормоза, газа, сцепления. Эти органы управления механически связаны с датчиками их положения 5. Датчиками педалей и рулевого колеса являются потенциометры оси, которых поворачиваются на угол пропорциональный перемещению органов управления.

Каждая педаль оснащена загрузочным устройством, создающим сопротивление движению ноги, аналогичное сопротивлению в реальном автомобиле. Это загрузочное устройство представляет собой пружину изменяющую усилие на педалях при их перемещении.

К дискретным органам управления 7, относится рычаг переключения передач. Датчиками 9 таких органов управления являются микропереключатели.

Тренажер работает следующим образом.

Подготовительная часть. Инструктор включает тренажер и на экране монитора появляется главное окно задач. С помощью с помощью манипулятора «мышь» и клавиатуры инструктор может переходить на выполнение любой задачи, представленной в главном окне. Например, занести данные на обучаемых, провести тестирование работы датчиков всех органов управления все это обеспечивает программный модуль 14 управления программой в совокупности с остальными модулями тренажера.

Обучаемый водитель воздействует, определенным образом, в зависимости от поставленной задачи, на органы управления. В результате чего, аналоговые датчики 4, механически связанные с аналоговыми органами управления 5 перемещаются и на их выходах формируются аналоговые напряжения, пропорциональные величине перемещения органов управления 4. Эти напряжения поступают на аналоговые входы устройства согласования 10, с помощью которого они преобразуются в численные значения переменных, пропорциональных положению органов управления 4. Потенциометрические датчики в процессе работы могут сбиваться, поэтому в процессе эксплуатации осуществляется контроль работы всех органов управления и при необходимости осуществляется их калибровка. Для этого служит модуль калибровки 13, с помощью которого определяются минимальные и максимальные значения того или иного датчика и затем эти значения нормируются в диапазоне от 0 минимум до 1 максимум, в результате исключается снижения качества моделирования автомобиля в процессе эксплуатации тренажера. Для руля нормирование осуществляется в диапазоне от -1 до +1. Таким образом, достигается технический результат - повышение качества моделирования автомобиля, устранением недостатка п.2.

Эти аналоговые переменные поступают через первую группу входов модуля 15 моделирования движения машины на модуль моделирования 20 шасси автомобиля (см. фиг.3), а через вторую группу входов на этот же модуль поступают переменные от дискретных датчиков 8, которые обеспечивают полное моделирование управления автомобилем.

Основу модели движения автомобиля составляют дифференциальные уравнения, как правило, с нелинейными правыми частями, описывающие движение агрегатов и узлов реальной машины во взаимодействии с грунтом и профилем местности. На основе этих уравнений создан программный модуль, моделирующий движение машины, который в совокупности с персональной ЭВМ представляет собой модуль 15 моделирования движения. В результате решения (интегрирования) дифференциальных уравнений вычисляются значения выходных переменных модели движения, основными из них:

1. крутящий момент двигателя;

2. частота вращения вала двигателя;

3. частота вращения каждого колеса автомобиля;

4. линейная скорость каждого колеса относительно поверхности движения;

5. линейная скорость движения машины;

6. угловая скорость поворота машины;

7. вертикальное перемещение подрессоренной части корпуса;

8. угол тангажа подрессоренной части корпуса;

9. угол крена подрессоренной части корпуса.

Для обеспечения изменения сопротивления качению колес и изменения сцепления колес с грунтом при выезде каждого колеса на другой грунт в блоке 15 используются два дополнительных модуля: модуль 22 вычисления текущих координат шасси и модуль 24 определения параметров дорожно-грунтовых условий (ДГУ) под каждым колесом. На группе выходов модуля 22 формируются координаты, описывающие пространственное положение шасси автомобиля, эти переменные с помощью модуля 26 (фиг.4) управляют положением основной камеры 28 на моделируемой местности 29, т.е. осуществляется однозначное положение автомобиля на местности. Следовательно, однозначно определяются параметры ДГУ под каждым колесом. Эти параметры через вторую группу выходов блока 16 поступают на третью группу входов модуля 15 моделирования движения, в котором в модуле 24 определяются значения коэффициентов сопротивления и сцепления под каждым колесом в зависимости от типа грунта (например, асфальт, песок, луг, и т.д.). В этом же модуле определяется и высота моделируемой поверхности местности, необходимой для моделирования колебаний машины. Таким образом - достигается технический результат, устраняется недостаток прототипа отмеченный в п.3.

Выходные переменные 1-2 через вторую группу выходов блока 15 поступают на входы модуля имитатора шума двигателя 11, который в совокупности с формирователем 9 (звуковая плата), преобразующим цифровой код в сигнал звуковой частоты и, при необходимости, усилитель для создания необходимого уровня шума. В результате обучаемый водитель слышит через динамики (передняя акустическая система 3), установленные на рабочего места водителя 2 перед водителем, шум двигателя в зависимости от режима работы моделируемой машины.

Программный модуль имитатора шума двигателя 11 выполняется следующим образом. На реальной машине производится запись шумов на нескольких характерных режимах, например, начиная с минимально устойчивой частоты вращения вала двигателя и кончая максимальной через равные промежутки по частоте вращения вала двигателя. Далее такая же запись осуществляется только при другой нагрузке на двигатель. В результате

получается конечное число фрагментов записи шума на месте водителя. Затем эти фрагменты оцифровываются на компьютере, и с помощью выходных переменных модуля 15 моделирования движения, эти фрагменты выбираются, и с помощью звуковой платы преобразуются в аналоговый сигнал шума двигателя. Промежуточные значения между фиксированными частотами вращения вала двигателя, при которых производилась запись шума, интерполируется за счет сдвига основных частот спектра оцифрованного шума. Таким образом, имитируемый шум в заявляемом тренажере практически соответствует реальному шуму и чем больше оцифрованных фрагментов, тем он ближе к реальному.

Для имитации шума колес используется модуль имитации шума колес 12, принцип его работы такой же, как и в предыдущем случае, т.е. записываются и оцифровываются фрагменты звука колес при пробуксовке относительно грунта, например, асфальта. Эти фрагменты выбираются, с помощью переменных поступающих с третьего выхода модуля 15 моделирования движения машины. Далее после преобразования в аналоговый звуковой сигнал в формирователе звуковых сигналов 9, эти фрагменты воспроизводятся передней 3 или задней 6 акустическими системами в зависимости от того какие колеса буксуют или юзят.

Управляющие переменные для управления шумом колес формируются следующим образом. В модуле моделирования движения 15 формируются переменные 3-4, переменные 3, определяющие частоту вращения каждого колеса вычисляется в модуле 20 моделирования шасси, и подаются на модуль 23 определения параметров буксования. На другую группу входов этого же модуля 23 поступают переменные, пропорциональные линейной скорости движения каждого колеса относительно поверхности движения с модуля 21 взаимодействия шасси с грунтом, которые затем пересчитываются в частоту вращения колес и сравниваются с переменными 3. Если эти значения равны, то буксование и юз отсутствуют. Если частота вращения, какого либо колеса выше частоты вращения этого колеса, рассчитанной через линейную скорость, то возникает буксование, в противном случае возникает юз. Чем выше эта разность тем выше интенсивность буксования и юза. Таким образом, выходные переменны сформированные на выходе модуля 23 определения параметров буксования несут полную информацию о буксовании (юзе) каждого колеса и их интенсивности, что дает возможность управления модулем имитации шума колес 12. В результате исключается недостаток прототипа, отмеченный в пункте 1.

Выходные переменные 5-9 характеризуют параметры движения машины на местности, они формируются в блоке 15 с помощью модуля 21 взаимодействия шасси с грунтом, затем в модуле 22 вычисляются текущие (в каждый момент времени) координаты перемещения шасси во всех степенях свободы. Такие переменные могут быть, например,

вычислены с помощью направляющих косинусов. Затем они через первую группу выходов модуля 15 моделирования движения, поступают на первую группу входов блока 16 имитации визуальной обстановки. Эти переменные управляют положением виртуальных камер на моделируемой местности. Местность воспроизводится программным способом с помощью 3D графики.

Вариантов исполнения блока 16 имитации визуальной обстановки известно довольно много, их можно видеть практически во всех компьютерных играх, в которых используется 3D графика. Как вариант исполнения блока 16 имитации визуальной информации в совокупности с устройством отображения визуальной информации 1, представлен на фиг.4.

Модуль 26 управления видеокамерами управляет положением основной 28 видеокамеры «установленной на уровне глаз водителя» и камерой 31 зеркала заднего вида. Эти камеры совместно с модулем 27 интерфейсов программы (программно) и формирователем 25 сигналов видео изображения (аппаратно) обеспечивают на выходах последнего сигналов видеоизображения. Эти сигналы обеспечивают отображение на мониторе (устройство 1 отображения визуальной информации) изображение дороги на местности, наблюдаемое с места водителя.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет исключить недостатки тренажера прототипа и повысить его эффективность. Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР №1728875 Мкл G09В 9/04.

2. Свидетельство на полезную модель №24032 Мкл G09В 9/04.

3. Патент на полезную модель №31033 Мкл G09В 9/04.

Claims (1)

1. Тренажер для обучения водителя автомобиля, содержащий рабочее место водителя с передней акустической системой и с аналоговыми органами управления, и дискретными органами управления, механически связанными соответственно с аналоговыми датчиками положения и дискретными датчиками положения, модуль имитации шума двигателя, группа выходов которого соединена с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов передней акустической системы, блок имитации визуальной обстановки, первая группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля моделирования движения машины, вторая группа выходов которого соединена с группой входов имитатора шума двигателя, а первая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с группой входов устройства отображения визуальной информации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит заднюю акустическую систему, имитатор шума колес, устройство согласования, модуль калибровки и модуль управления программой, первая и вторая группы выходов которого соответственно соединены с первой группой входов модуля калибровки и со второй группой входов блока имитации визуальной обстановки, третья группа входов которого соединена с первой группой выходов модуля калибровки, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов модуля моделирования движения машины, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов устройства согласования, вторая группа выходов которого соединена со второй группой входов модуля калибровки, выходы аналоговых датчиков положения соединены с группой аналоговых входов устройства согласования, цифровая группа входов последнего соединена с выходами дискретных датчиков положения, вторая группа выходов блока имитации визуальной обстановки соединена с третьей группой входов модуля моделирования машины, третья группа выходов которого соединена с группой входов модуля имитации шума колес, выход последнего соединен с группой входов формирователя звуковых сигналов, группа выходов которого соединена с группой входов задней акустической системой.