SU1504659A1 - Имитатор внешней визуальной обстановки тренажера транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к тренажеростроению, а именно к оптикоэлектронным системам имитации внешней обстановки, и может быть использовано дл  визуализации картины окружающего пространства, предъ вл емой оператору (водителю) в ходе обучени  навыкам вождени  и управлени  транспортными средствами. Цель изобретени  - повышение точности работы и улучшение качества обучени  навыкам вождени . Имитатор содержит кабину 1 транспортного средства с лобовым стеклом 4, креслом 2 обучаемого и органами 3 управлени  (вождени ), сопр женный с управл ющим устройством 5 тренажера через генератор изображени  телевизионный проектор 7 с проекционным объективом 8 и установленный перед лобовым стеклом кабины экран. Проектор 7 развернут своей апертурой в сторону лобового стекла, на котором дополнительно нанесено светоделительное покрытие, изламывающее оптическую ось проектора в сторону экрана и оптически сопр гающее выходной зрачок проекционного объектива с зоной расположени  глаз обучаемого. При этом телепроектор снабжен блоком 20 сервоприводов перемещени  по трем линейным координатам, а в состав имитатора введено наголовное приспособление 22 дл  обучаемого с укрепленными на нем реперными элементами 23. Внутри кабины установлены блоки дополнительно введенного измерител  9 линейных перемещений реперных элементов наголовного приспособлени , при этом выходы измерител  и выходы сервоприводов электрически св заны с устройством 5. При перемещении головы обучаемого подаетс  команда на устройство 5, обеспечивающее пропорциональное перемещение телевизионного проектора 7. 2 ил.

Description

го

(Л

сд

О)

ел

10

3150

пространства, предъ вл емой оператору (водителю) в ходе обучени  навыкам вождени  и управлени  транспортными средствами. Цель изобретени  - повьшение точности работы и улучшение качества обучени  навыкам вождени . Имитатор содержит кабину 1 транспортного средства с лобовым стеклом 4, креслом 2 обучаемого и органа- ми 3 управлени  (вождени ), сопр женный с управл ющим устройством 5 тренажера через гейератор изображени  телевизионный проектор 7 с проекционным объективом 8 и установленный перед лобовьш стеклом кабины экран. Проектор 7 развернут своей апертурой в сторону лобового стекла, на котором дополнительно нанесено светоделитель- ное покрытие, изламывающее оптичес- кую ось проектора в сторону экрана

и оптически сопр гающее выходной зрачок проекционного объектива с зоной расположени  глаз обучаемого..При этом телепроектор снабжен блоком 20 сервоприводов перемещени  по трем линейным координатам, а в состав имитатора введено наголовное приспособление 22 дл  обучаемого с укрепленньши на нем реперными элементами 23, Внутри кабины установлены блоки дополнительно введенного измерител  9 линейных перемещений реперных элементов наголовного приспособлени , при этом выходы измерител  и выходы сервоприводов электрически св заны с устройством 5. При перемещении головы обучаемого подаетс  команда на устройство 5, обеспечивающее пропорциональное перемещение телевизионного проектора 7 , 2 ил.

Изобретение относитс  к тренажеростроению , а конкретно к оптико-электронным системам имитации внешней обстановки , и может быть использовано дЛ  визуализации картины окружающего пространства, предъ вл емой оператору (водителю) В ходе обучени  навыкам вождени  и управлени  транспортньии средствами.

Цель изобретени  - повышение точ- ности имитации и улучшени  качества обучени  навыкам .вохсдени .

На фиг. 1 представлена конструктивно-функциональна  схема имитатора внешней визуальной обстановки трена- жера транспортного средства; на фиг. 2 - то же, функциональна  блок-схема .

Имитатор содержит (фиг. О кабину с креслом оператора 2 и .органами 3 уп равлени  и лобовым стеклом 4. Орга - ны 3 управлени  (датчики рулевой колонки и педального механизма) электрически св заны с управл ющим устройством тренажера 5, в которой реализованы математические модели динамики транспортного средства (включа  акЙ1е- лерационные перегрузки) и кинематики относительного перестроени  внешней визуальной обстановки. Устройство 5 св зано с генератором 6 изображени  внешней визуальной обстановки, где производитс  синтез изображени , подлежащего предъ влению с помощью телевизионного проектора 7 и проекционного объектива 8 на экране 9 имитатора.

Дл  имитации акцелерационных перегрузок , действующих на человека-оператора в процессе вождени  (вследствие вибраций, ускорений и т.п.) в тренажере установлены блоки и гидромеханические элементы 10 сервосистемы перегрузки .

На телепроектор могут быть поданы сигналы не только синтезированного изображени , но и с некоторой передающей телевизионной камеры (не показано ), выполн ющие функцию генератора изображени . При этом передающа  камера осматривает некоторый макет (мул ж) окружающего пространства (местности), а управление ее перемещением осуществл етс  от ЭВМ 6, реализующей подпрограмму кинематики относительного перемещени . .

Устройство 5 содержит (фиг. 2) собственно ЦВМ 11, например, Классической архитектуры, котора  включает процессор 12, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 14 и устройство 15 управлени  (УУ), св занные и взаимодействующие между собой согласно принципам функционировани  ЦВМ.

Св зь с органами управлени  3, генератором изображени  внешней визуальной обстановки 6 и сервосистемой

перегрузки 10 выполнена в устройстве 5 через автономные устройства вво да-вывода 16, 17 и 18 соответственно .

Компоненты ЦВМ 11 и устройства 16, 17 и 18 ввода-вывода св заны между собой с устройством 5 посредс гвом мультиплексной шины 19.

Телепроектор 7 вкупе с проекционным объективом 8 дополнительно снабжен сервоприводами 20 дл  перемещени  по линейным координатам (вверх - вниз влево - вправо, вперед - назад), которые подсоединены к дополнительно введенному блоку сопр жени  (устройству ввода - вывода) 21. Этот блок 21 выполнен, например в виде буферных ЦАП, включенных в контуры цифровых

15 сид  в кресле 2 кабины I, наблюдае изображение на экране 9 имитатора В соответствии с концептуальной мо делью управлени  в зависимости от наблюдаемой обстановки обучаемый в

след щих систем сервоприводов 20. Ий- 20 действует на органы управлени  3,

30

35

формаци  в этих регистрах обновл етс  по внутренним командам от устройства управлени  15 ЦВМ 11.

Телепроектор 7 вкупе с проекционным .объективом 8 развернуты своей 25 апертурой в сторону лобового стекла 4, на наружной плоскости которого нанесено светоделительное покрытие (не показано), изламывающее световой поток в сторону экрана 9. Очевидно, что в некоторых случа х (например, дл  отрезани  бликов от местного освещени  пульта) указанное светоделительное покрытие может быть выполнено с пектроделительным. Посредством этого светоделительного покрыти  обеспечено как в статике, так и в динамике , оптическое сопр жение выходного зрачка объектива 8 и местоположени  глаз обучаемого, т.е. объектив 8 и глаза обучаемого зеркально сопр жены светоделительным покрытием по отношению к экрану 9. .1

В состав устройства дополнительно

введено надеваемое на голову обучае- дд мого наголовное приспособление 22 (каска или шлем) с укрепленными на нем реперными элементами 23 (фотоприемники , светодиоды, триппель-призмы и т.п.). С этими реперными элемента- 50 ми 23 взаимодействуют блоки измерител  9 линейных перемещений 24, который определ ет текущие координа ты репер- ных элементов (а значит и головы обучаемого ) относительно некоторых ба- ее зовых конструкций кабины I. Измеритель 24 электрически подсоединен к

40

сигналы от которых поступают в уст ройство 5, а именно через устройст во ввода 16 в ЦВМ 11, где реализов на динамика движени  и кинематика носительного перемещени  местных п метов имитируемого внешнего простр ства. В соответствии с уравнени ми реализующими эту кинематику, от ус ройства 5 подаютс  сигналы в генер тор 6 изображени  внешней визуальн обстановки, где синтезируютс  теку изображение местных предметов в со ветствующих ракурсах и взаимораспо жени х. Таким образом, на проекцио ной трубке телепроектора 7 воспрои водитс  синтезированное изображени совокупности местных предметов вне ней обстановки, которое проекционн объективом 8 проецируетс  в сторон лобового стекла 4. Светоделительно ( или спектроделительное) покрытие, нанесенное на наружной поверхности лобового стекла 4, изламывает свет поток и направл ет его на экран 9, поверхность которого как и в извес ном устройстве выбрана по форме,ум шающей аберрационные искажени , и лена от глаз обучаемого на конечно рассто ние. Расположение объектива выбрано таким образом, что его зра выхода оптически сопр жен по отнош нию к экрану 9 с текущим местополо нием глаз обучаемого.

Осуществл   управленческие:дейс ви  (трениру сь и приобрета  навык управлени ), обучаемый невольно ил соответствии со штатным алгоритмом взаимодействи  с техническими сред вами ТС отклон ет и/или поворачивае

устройству 5 введенному в

тренажера, а именно к ее состав дополнительному блоку 25 сопр жени  (устройству ввода). Последнее может быть выполнено например, в виде буферного ОЗУ оп-. рашиваемого по командам из ЦВМ И. Здесь, реализована подпрограмма вычислений , управл юща  через блок сопр жени  2 компенсирующими движени ми сервоприйодов 20 и соответственно

перемещени ми телепроектора 7 с объективом 8.

Имитатор функционирует следующим образом.

Обучаемый на тренажере оператор,

сид  в кресле 2 кабины I, наблюдает изображение на экране 9 имитатора. В соответствии с концептуальной моделью управлени  в зависимости от наблюдаемой обстановки обучаемый воздействует на органы управлени  3,

0

5

5

д 0 е

0

сигналы от которых поступают в устройство 5, а именно через устройст- во ввода 16 в ЦВМ 11, где реализована динамика движени  и кинематика относительного перемещени  местных предметов имитируемого внешнего простран- . ства. В соответствии с уравнени ми, реализующими эту кинематику, от устройства 5 подаютс  сигналы в генератор 6 изображени  внешней визуальной обстановки, где синтезируютс  текущее изображение местных предметов в соответствующих ракурсах и взаиморасположени х . Таким образом, на проекционной трубке телепроектора 7 воспроизводитс  синтезированное изображение совокупности местных предметов внешней обстановки, которое проекционным объективом 8 проецируетс  в сторону лобового стекла 4. Светоделительное (или спектроделительное) покрытие, нанесенное на наружной поверхности лобового стекла 4, изламывает световой поток и направл ет его на экран 9, поверхность которого как и в известном устройстве выбрана по форме,уменьшающей аберрационные искажени , и удалена от глаз обучаемого на конечное рассто ние. Расположение объектива выбрано таким образом, что его зрачок выхода оптически сопр жен по отношению к экрану 9 с текущим местоположением глаз обучаемого.

Осуществл   управленческие:дейст- ви  (трениру сь и приобрета  навыки управлени ), обучаемый невольно или в соответствии со штатным алгоритмом взаимодействи  с техническими средствами ТС отклон ет и/или поворачивает

голову в некоторой зоне перемещений, допускаемых снар жением и рабочим, местом. Вместе с головой перемещаетс  наголовное приспособление 22 с укрепленными на нем реперными элемен- тфми 23. Взаимодейству  с последним посредством каких-либо физических по- лфй (например, электромагнитных, акустических , оптико-локационных и-т.п.) блоки измерител  линейных перемещений 24 определ ют линейные изменени  текущего положени  головы обучаемого ot исходного. Эти изменени  в вкде, например, электрических сигналов по- в устройство 5, а именно через djjiOK сопр жени  25 к ЦВМ 1 1, где производитс  пересчет в систему координат изображени , а затем и телепро- eicTOpa 7. На сервоприводы 20 последнего подаютс  от устройства 5, а HifieHHO через блок сопр жени  21 сиг- дл  перемещени  телепроектора 7 С:объективом 8 по координатам эквива- измеренным перемещени м голо- (глаз) обучаемого. При необходимости возможна кинематическа  св зь (е показана) между сервоприводом, о|гветственным за перемещение телепро- еКтора 7 вдоль оптической оси и про- е сционным объективом 8 дл  изменени  з)еличины заднего отрезка последнего с; целью автоматического поддержани  резкости изображени  на экране 9. Т|аким образом осуществл етс  доста- тЬчно жестка  компенсационна  св зь м|ежду перемещением головы обучаемого (|влево - вправо, вверх - вниз, впе- р1ед - назад) и движени ми телепроек- Tiopa 7 с объективом 8 (влево - впра

5

0

5

0

5

0

во, назад - вперед, вверх - вниз, со ответственно, как показано на фиг.1),

Claims (1)

1. В результате такого текущего компенсационного сдвига телепроектора.7 с объективом 8 выходной зрачок последнего непрерывно оптически сопр жен с местоположением глаз обучаемого . Тем самым почти полностью исключены параллактические ошибки наблюдени  изображени  местных предметов на экране, возникающие из-за конечной удаленности последнего. Формула изоб.ретени 

   Имитатор внешней визуальной обстановки тренажера транспортного средства , содержащий кабину транспортного средства с лобовым стеклом, креслом обучаемого и органами управлени , те- левизионнь1й проектор с проекционным объективом, электрически св занный с управл ющим устройством через генератор изображени , и экран, установленный перед лобовым стеклом кабины, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности работы и улучшени  качества обучени  навыкам вождени , он снабжен сервоприводами перемещени  телевизионного проектора по трем линейным координатам, наго- ловным приспособлением дл  обучаемо - го с закрепленными на нем реперными элементами и установленными внутри кабины блоками измерител  линейных перемещений реперных элементов, электрически св занными с управл ющим устройством, причем на лобовом стекле нанесено светоделительное покрытие, а ось телевизиЬнного проектора обращена в сторону лобового стекла.

   Фие.2