ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЖДЕНИЮ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК G09B9/04 

Изобретение относится к тренажерной технике, в частности к автотренажерам, и может быть использовано преимущественно для отработки навыков вождения автотранспорта.

Известны различные автоматизированные системы обучения вождению транспорта и контроля знаний обучающихся, которые обычно содержат блок программного управления, аудиовизуальный блок и устройство ввода ответов обучаемого и их анализа (1), (2), (3).

Известные системы предназначены для отработки и контроля теоретических знаний правил вождения путем визуального моделирования различных транспортных ситуаций и автоматического контроля их решения.

Известные решения не пригодны для отработки навыков вождения путем имитации в динамике реальной транспортной обстановки и реальных условий управления, а также оперативного контроля правильности выполняемых обучаемым действий.

Известно устройство для обучения водителей транспортных средств, включающее в себя рабочее место обучаемого с органами управления и блоком датчиков их положения, блок моделирования динамики движения, задатчик программы обучения и последовательности действий, блок логического контроля последовательности действий и блок оценки (4).

Известное устройство позволяет обучающемуся с помощью рычагов управления моделировать операции вождения в заданных программой дорожно-транспортных ситуациях и оценивать правильность действий обучаемого. Устройство удобно для выработки автоматизма действий обучающегося органами управления автомобиля.

Недостатками известного устройства являются отсутствие визуальной имитации реальной дорожной обстановки и имитации состояния движения автомобиля при действиях обучаемого с органами управления.

Известно устройство имитаций условий движения транспортного средства для тренажера, включающее в себя установленную на неподвижном макете местности подвижную модель транспортного средства с механизмами движения, торможения и поворота, управляемого дистанционно обучаемым из кабины, установленной на платформе (5). Платформа снабжена исполнительными механизмами наклона и линейного перемещения, а также исполнительным элементом рыскания, который через интегрирующий узел управляется от датчика рыскания модели. Наклон платформы с кабиной формируется по сигналам от датчиков крена и тангажа модели.

Известное устройство обеспечивает для обучающегося при его нахождении в кабине тренажера имитацию реальных условий движения автомобиля. Использование макета местности и модели транспортного средства обеспечивает визуальное наблюдение обучающимся результатов его действия органами управления при проезде транспортным средством по заданной макетом местности.

Недостатками известного устройства является нереальность восприятия обучающимся дорожно-транспортной обстановки, не привязанной непосредственно к кабине управления и наблюдаемой со стороны, и отсутствие средств контроля и оценки правильности действий и общей оценки уровня мастерства обучаемого.

Известен тренажер для обучения вождению транспортных средств, содержащий кабину с органами управления, связанную с вычислительным устройством, кинопроектор, оптически связанный с экраном и блоком считывания информации, который подключен к вычислительному устройству, первый и второй выходы которого через регулятор скорости проекции и поворотный механизм связаны с кинопроектором (6). Для приближения условий движения по представляемому на экране маршруту скорость проекции через вычислительное устройство корректируется задатчиком вида грунта.

Представление маршрута в виде перемещающегося на экране с заданной скоростью изображения повышает реальность восприятия обучающимся дорожно-транспортной ситуации. При этом скорость проекции маршрута на экране определяет скорость моделируемого обучающимся движения.

Недостатками известного тренажера являются:
- недостаточный уровень реальности и информационной обеспеченности моделируемой дорожно-транспортной обстановки, в частности, из-за отсутствия звукового сопровождения и комментариев инструктора для отдельных дорожно-транспортных ситуаций;
- отсутствие средств контроля и оценки правильности действий и общей оценки уровня мастерства обучающегося.

Известен наиболее близкий к заявляемому техническому решению по характеризующим его существенным признакам, выбранный в качестве ближайшего аналога тренажер, включающий в себя имитатор рабочего места водителя в виде кабины с органами управления и датчиками их положения, имитатор дорожно-транспортной обстановки в виде записи эталонной дорожно-транспортной обстановки с представлением изображения, звука, в частности, словесных комментариев и сигналов, отражающих действия мастера-водителя, в частности, параметров скорости и угла поворота, блок моделирования параметров скорости и поворота на основе сигналов с имитатора рабочего места водителя, блок сравнения параметров с эталонной записи и смоделированных параметров и устройство отображения отклонения моделируемых параметров от эталонных в виде смещения изображения относительно экрана.

За счет звукового сопровождения с комментариями повышается реальность и информационная обеспеченность имитируемой дорожно- транспортной ситуации.

Использование записи эталонной дорожно-транспортной обстановки, отражающей действия мастера водителя, и блока сравнения для определения отклонения моделируемых обучающимся параметров от эталонных сверх допустимых пределов позволяет оценивать правильность его действий в момент совершения ошибок, что повышает эффективность обучения.

Недостатками известного тренажера являются:
- оценка моделируемого маршрута движения по сравнению с эталонным осуществляется лишь по параметрам скорости и угла поворота, что позволяет фиксировать отклонение от эталона сверх допустимых пределов, но не обеспечивает выявления реальных ошибок в спектре возможных ошибок для их устранения в момент их совершения и не обеспечивает возможности отработки действий обучающегося в конкретных дорожно-транспортных ситуациях путем копирования действий мастера-водителя;
- отсутствие средств для общей оценки уровня мастерства водителя на основании пройденного маршрута, в частности для оценки профессиональных качеств.

Задачей изобретения является модернизация тренажера с целью обеспечения конкретизации ошибок обучаемого в момент их совершения и возможности общей оценки уровня мастерства или профессиональной пригодности водителя.

Поставленная цель решается за счет того, что при использовании существенных признаков известного выбранного в качестве ближайшего аналога тренажера для обучения вождению транспортного средства, включающего в себя имитатор рабочего места водителя с органами управления и датчиками их положения, имитатор дорожно-транспортной обстановки в виде средства с записью эталонной дорожно-транспортной обстановки с представлением изображения маршрута, звука и параметров скорости и угла поворота рулевого колеса, отражающих действия мастера-водителя, блок моделирования параметров скорости и угла поворота рулевого колеса на основе сигналов с имитатора рабочего места водителя, блок сравнения моделируемых параметров с параметрами эталонной записи и устройство отображения отклонения моделируемых параметров от эталонных, в соответствии с изобретением запись эталонной дорожно-транспортной обстановки выполнена в виде некорректируемого изображения маршрута и отдельно представленных параметров скорости и угла поворота рулевого колеса, дополненных параметрами, характеризующими передаточное число коробки передач и механическое сопротивление движению, моделируемое на основе параметров положения педалей тормоза, акселератора и рычага коробки передач, а имитатор рабочего места водителя снабжен имитатором нагрузки и устройствами сигнализации отклонения сверх допустимых пределов моделируемых параметров скорости, угла поворота рулевого колеса и передаточного числа коробки передач от эталонных параметров.

Предпочтительный вариант выполнения тренажера предполагает установку имитатора рабочего места водителя на платформе с механизмом ее поворота с помощью следящего электропривода, управляемого сигналами поворота эталонной записи имитатора дорожно-транспортной обстановки, а также механизмом ручного поворота от рулевого колеса, приводимого в действие обучающимся.

Предпочтительный вариант выполнения тренажера предполагает выполнение устройства сигнализации отклонения сверх допустимых пределов в виде загорающихся лампочек, например лампочек левого и правого поворота.

Выполнение записи эталонной дорожно-транспортной обстановки в виде некорректируемого изображения маршрута и отдельно представленных параметров скорости и угла поворота рулевого колеса, дополненных параметрами, характеризующими передаточное число коробки передач и механическое сопротивление движению, позволяют отразить в записи эталона не только вождение транспортного средства по параметрам угла поворота при постоянной скорости, которые обеспечивают обучающимся лишь возможность ограниченной отработки действий с органами управления, но и по параметрам, определяющим правильность действия органами управления в заданных эталонным маршрутом дорожно-транспортных ситуациях, в частности своевременное торможение, начало движения, увеличение или уменьшение скорости, выдерживание установленной скорости, начало поворота и т.п.

Правильность выполнения этих действий характеризует уровень теоретической и практической подготовки водителя. Поэтому тренажер может использоваться для контроля и общей оценки уровня мастерства или профессиональной пригодности водителя. Например, прохождение маршрута или его части, в частности, при отключенном устройстве информации об эталонных параметрах, без отклонений в допустимых пределах от этого эталона, но с замедленной реакцией свидетельствует о достаточной теоретической подготовке водителя, но малой практической подготовке, отражающейся в замедленности действий. Прохождение маршрута без отклонений от эталона с сохранением хорошей реакции свидетельствует как о достаточной теоретической, так и практической подготовке. Наличие отклонений при моделировании движения по маршруту от эталона свидетельствует о недостаточной теоретической подготовке.

Наличие отдельных сигнальных устройств, срабатывающих при отклонении параметров моделируемого движения от эталонных по скорости, углу поворота рулевого колеса и передаточному числу коробки скоростей позволяет обучающему распознавать и корректировать конкретные ошибки непосредственно в момент их появления и таким образом полностью копировать действия мастера-водителя, запоминать и отрабатывать действия водителя в определенных дорожно-транспортных ситуациях. Это в значительной степени ускоряет процесс усвоения теоретических и практических навыков вождения.

Более подробно заявленное техническое решение рассматривается на чертежах, где представлены:
- на фиг. 1 - тренажер для обучения вождению транспортного средства -конструктивная схема;
- на фиг. 2 - тренажер по фиг. 1 - структурно-функциональная схема.

Тренажер по фиг. 1 и 2 содержит имитатор рабочего места водителя 1 с органами управления, включающими руль 2, рычаг переключения передач 3, педали сцепления 4, тормоза 5, акселератор 6, связанные с соответствующими датчиками 7, 8, 9, 10, 11, а также указатель скорости 12 и имитатор трансмиссии 13, содержащий умножитель 14, ключевой элемент 15 и сумматор 16.

Тренажер установлен на поворотной платформе 17, включающей механизм автоматического поворота 18 и ручной привод от руля 2. Тренажер содержит также носитель эталонной синхронной видеоаудиоинформации 19 о дорожно-транспортной обстановке и следующих параметрах: маршруте движения ϕ^o, скорости V, соответствующем ей включенном номере передачи коробки передач N и механическом сопротивлении движению M_сопр. Кроме этого, в состав тренажера входит дешифратор 20, телевизор 21, указатель заданной (эталонной) скорости 22, сигнальная лампа контроля правильности включения коробки передач 23, блок сравнения 24 и имитатор нагрузки 25.

В качестве исполнительных элементов блок-схемы тренажера, таких как органы управления, датчики их положения, дешифратор, блок сравнения, использованы известные стандартные устройства.

Носитель эталонной информации 19 дорожно-транспортной обстановки выполнен в виде средства для видеоаудиозаписи, сделанной из автомобиля, управляемого мастером-водителем. При этом сделана широкая съемка маршрута и синхронная с ней запись звука комментариев инструктора по маршруту движения и показаний датчиков скорости, угла поворота рулевого колеса, педалей сцепления тормоза и акселератора, а также рычага переключения передач.

В основе принципа построения тренажера лежит известное в практике обучения правило "Делай, как я!". С этой целью при моделировании движения транспортного средства на тренажере обучающийся стремится к однозначному решению стоящей перед ним задачи, в частности, так, как решил ее мастер-водитель. Она формулируется в виде эталонной поездки на автомобиле из начальной точки маршрута в конечную и будет решена, если обучающийся выдержит в достаточных пределах по отношению к эталонной записи параметры:
маршрут движения (угол поворота рулевого колеса ϕ^o);
скорость движения V, км/час;
порядковый номер передачи.

Первые два параметра воспроизводятся на тренажере синхронно с представленным на экране телевизора изображением маршрута и поступают соответственно на указатель задаваемой скорости 22 и через усилитель (на схеме не показан) на привод поворота 18, осуществляя автоматическое угловое перемещение платформы 17 вместе с имитатором автомобиля 1 относительно экрана телевизора.

Для того чтобы обучающийся выполнил задание по скорости и задаваемому номеру передачи, он должен, действуя органами управления, выдержать скорость по датчику скорости (спидометру) 12 и сигнальной лампочке 23, которая не горит, если скорость и номер передачи выбраны правильно. Задание по маршруту выполняется вращением рулевого колеса 2, стремясь повернуть имитатор рабочего места водителя 1 на поворотной платформе 17 так, чтобы удержать его напротив экрана.

Параметр механического сопротивления движению M_сопр моделируется, M_сопр заносится на носитель и воспроизводится на тренажере, чтобы вызвать эффект его нагружения, аналогичный нагружению автомобиля во время его эталонной поездки.

Таким образом, пользуясь органами управления и ориентируясь на сигнализацию отклонения эталона, обучающийся моделирует движение транспортного средства по заданному маршруту и с заданной скоростью и за счет этого копирует эталонные действия мастера-водителя по всем основным параметрам, имевшим место в реальных условиях движения автомобиля при эталонной записи.

При контроле и оценке уровня профессиональной подготовки экзаменуемый моделирует реальные условия движения транспортного средства по заданному маршруту с отключенными устройствами сигнализации, представляющими эталонные параметры скорости, угла поворота рулевого колеса и передаточного числа коробки передач, и оценку его теоретической и практической подготовки делают в зависимости от наличия или отсутствия отклонений от эталонных параметров движения.

Заявленное техническое решение полностью решает задачу, стоящую перед изобретением.

Заявленное техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время в Российской Федерации и за границей не известно и отвечает требованиям критерия "Новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, за счет удачного схемного решения обеспечивает расширение области применения и повышение эксплуатационных качеств, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Источники информации
(1) Патент США 3516175, НКИ: 35-8, 1970.

(2) Авт. свидетельство СССР 492213, МКИ: G 05 B 7/04, 1973.

(3) Авт. свидетельство СССР 635508, МКИ: G 09 B 7/00, 1978.

(4) Авт. свидетельство СССР 1531126, МКИ: G 09 B 9/04, 1989.

(5) Авт. свидетельство СССР 1365109, МКИ: G 09 B 9/04, 1989.

(6) Авт. свидетельство СССР 936013, МКИ: G 09 B 9/04, 1982.

(7) Заявка Франции 2556866, МКИ: G 09 B 9/04, 1985.

Изобретение относится к тренажерной технике, автотренажерам для отработки навыков вождения автомобиля. Тренажер включает в себя имитатор рабочего места водителя с органами управления и датчиками их положения, имитатор дорожно-транспортной обстановки с представлением изображения маршрута, звука, параметров скорости и угла поворота рулевого колеса, блок моделирования параметров скорости и угла поворота на основе сигналов с имитатора рабочего места водителя, блок сравнения моделируемых параметров с параметрами эталонной записи и устройство отображения отклонения моделируемых параметров от эталонных. Запись эталонной дорожно-транспортной обстановки выполнена в виде некорректированного изображения маршрута и отдельно представленных параметров скорости им угла поворота рулевого колеса, дополненных параметрами, характеризующими передаточное число коробки передач и механическое сопротивление движению. Имитатор рабочего места водителя снабжен устройствами сигнализации отклонения сверх допустимых пределов моделируемых параметров от эталонных. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Тренажер для обучения вождению транспортного средства, включающий в себя имитатор рабочего места водителя с органами управления и датчиками их положения, имитатор дорожно-транспортной обстановки в виде средства с записью эталонной дорожно-транспортной обстановки с представлением изображения маршрута, звука, параметров скорости и угла поворота рулевого колеса, отражающих действия мастера-водителя, блок моделирования параметров скорости и угла поворота рулевого колеса на основе сигналов с имитатора рабочего места водителя, блок сравнения моделируемых параметров с параметрами эталонной записи и устройство отображения отклонения моделируемых параметров от эталонных, отличающийся тем, что средство с записью эталонной дорожно-транспортной обстановки выполнено с некорректируемым изображением маршрута и отдельно представленными параметрами скорости и угла поворота рулевого колеса, дополненными параметрами, характеризующими передаточное число коробки передач и механическое сопротивление движению, моделируемое на основе параметров положения педалей тормоза, акселератора и рычага коробки передач, а имитатор рабочего места водителя снабжен имитатором нагрузки и устройствами сигнализации отклонения сверх допустимых пределов моделируемых параметров скорости, угла поворота рулевого колеса и передаточного числа коробки передач от эталонных параметров. 2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что имитатор рабочего места водителя установлен на платформе с механизмом ее поворота с помощью следящего электропривода, управляемого сигналами поворота эталонной записи имитатора дорожно-транспортной обстановки, а также механизмом ручного поворота от рулевого колеса, приводимого в действие обучающимся. 3. Тренажер по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство сигнализации отклонения моделируемых параметров от эталонных сверх допустимых пределов выполнено в виде загорающихся лампочек, например лампочек левого и правого поворотов.